Niederdruck-Abgasrückführventil

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Niederdruck-Abgasrückführventil zur Einleitung und Steuerung eines Abgasrückführstromes und eines Frischluftstromes, das in einem Gehäuse (11) einen Frischluftzuführkanal (12), einen Abgaszuführkanal (13) und einen mit beiden verbundenen Abfuhrkanal (14) aufweist, wobei die Verbindung des Frischluftzuführkanals (12) mit dem Abfuhrkanal (14) über ein erstes Ventil (20)im Gehäuse (11) und die Verbindung des Abgaszuführkanals (13) mit dem Abfuhrkanal (14) über ein zweites Ventil (30) im Gehäuse (11) gesteuert wird. Das erste Ventil (20) und das zweite Ventil (30) sind zu einer einzigen Ventileinheit (40) mit einem einzigen Ventilglied vereinigt (41), das einen ersten Ventilkörper (42), der mit mindestens einem zugeordneten ersten Ventilsitz (21) des Frischluftzuführkanals (12) zusammenwirkt, und einen zweiten Ventilkörper (43) aufweist, der mit mindestens einem zugeordneten zweiten Ventilsitz (31, 34) des Abgaszuführkanals (13) zusammenwirkt (Fig. 1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Niederdruck-Abgasrückführventil zur Einleitung und Steuerung eines Abgasrückführstromes und eines Frischluftstromes, das in einem Gehäuse einen Frischluftzuführkanal, einen Abgaszuführkanal und einen mit beiden verbundenen Abfuhrkanal aufweist, wobei die Verbindung des Frischluftzuführkanals mit dem Abfuhrkanal über ein erstes Ventil im Gehäuse und die Verbindung des Abgaszuführkanals mit dem Abfuhrkanal über ein zweites Ventil im Gehäuse gesteuert wird.

[0002] Bei einem bekannten Niederdruck-Abgasrückführventil sind bei zwei Ventilen deren Ventilglieder derart zusammen angeordnet, dass auf dem ersten Ventilglied das zweite Ventilglied angeordnet ist in sich überlappender Weise, wobei beide eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Die beiden Ventilglieder sind jeweils als Klappenkörper ausgebildet, die um die Drehachse schwenkbar sind. Die Drosselung der Frischluft über Klappen ist insofern nachteilig, als sich dabei eine in Umfangsrichtung stark unsymmetrische Verteilung der Strömungsgrößen Druck, Temperatur, Geschwindigkeit und Gaszusammensetzung hinter der Zumischstelle ergibt. Eine solche unsymmetrische Verteilung beeinträchtigt die Funktion eines auf den Abfuhrkanal folgenden Verdichters in nachteiliger Weise. Der Verdichter muss in seiner Leitung gedrosselt werden. Nachteilig ist ferner eine voluminöse Bauform, die einen beachtlichen Platzbedarf hat. Ein weiterer Nachteil ist die hohe Leckage eines Klappenventils bei geschlossener AGR-Strecke.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Niederdruck-Abgasrückführventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine gleichmäßige Verteilung in Umfangsrichtung ermöglicht, eine günstige Strömungsführung für den Frischluftverlauf sowie den Verlauf des rückgeführten Abgases ermöglicht, eine geringe Leckage bei geschlossenem zweiten Ventil, also AGR-Ventil, aufweist und eine kompakte Bauform mit geringem Platzbedarf und eine kostengünstige Gestaltung ermöglicht.

[0004] Die Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass bei einem Niederdruck-Abgasrückführventil mit den eingangs genannten Merkmalen das erste Ventil und das zweite Ventil zu einer einzigen Ventileinheit mit einem einzigen Ventilglied vereinigt sind, das einen ersten Ventilkörper, der mit mindestens einem zugeordneten ersten Ventilsitz des Frischluftzuführkanals zusammenwirkt, und einen zweiten Ventilkörper aufweist, der mit mindestens einem zugeordneten zweiten Ventilsitz des Abgaszuführkanals zusammenwirkt. In vorteilhafter Weise weist das einzige Ventilglied einen translatorisch verschiebbaren Schieber auf, der vorzugsweise koaxial zu einer darauf wirkenden Antriebseinheit im Gehäuse angeordnet ist, die der Betätigung dieses einzigen Ventilgliedes dient. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung ist es möglich, die Frischluft, statt über Klappen, mittels eines Schiebers anzudrosseln, um die Rate des eingeleiteten, zurückgeführten Abgases zu erhöhen. Durch die koaxiale Anordnung des Schiebers zu den beiden Ventilsitzen, die auf konzentrischen Kreisen verlaufen, des Abgasrückführkanals werden ein dichtes Schließen des zweiten Ventils, also AGR-Ventils, und Abgaszuführkanals und somit eine im Vergleich zu Klappenventilen wesentlich geringere Leckage ermöglicht. Aufgrund des lediglich einzigen Ventilgliedes sowohl zur Steuerung der AGR-Rate als auch zur Androsselung der Frischluft reicht für die Betätigung des einzigen Ventilgliedes eine Antriebseinheit aus. Deshalb und wegen des lediglich einzigen Ventilgliedes ist das Ventil einfach im Aufbau, erfordert nur wenige Einzelteile und ist kostengünstig. Aufgrund der Schiebersteuerung ist eine sehr kompakte, axial kurz bauende Bauform erreichbar mit geringem Platzbedarf. Vorteilhaft ist ferner, dass nur geringe Druckverluste zu verzeichnen sind und nach der Zumischstelle keine Unregelmäßigkeiten in der Umfangsverteilung vorkommen. Es sind die Voraussetzungen für eine strömungsoptimierte Bauweise geschaffen, wobei beim Androsseln der Frischluft etwaige Druckverluste so klein wie möglich sind. Dieses Kombinationsventil gemäß der Erfindung eignet sich daher sehr gut für aufgeladene Motoren, bei denen die AGR-Rate geregelt wird und die Frischluft in einfacher Weise angedrosselt werden kann, um bedarfsweise die AGR-Rate zu erhöhen.

[0005] Weitere besondere Erfindungsmerkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des Niederdruck-Abgasrückventils gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, auf die hier zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.

[0006] Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

[0007] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

eine schematische perspektivische Ansicht eines Niederdruck-Abgasrückführventils, mit radialem Schnitt und bei maximalem Öffnungsgrad eines Einlassluftdrosselventils,

Fig.2

einen schematischen Schnitt des Niederdruck-Abgasrückführventils in Fig. 1 in der gleichen Stellung,

Fig.3

einen schematischen Schnitt entsprechend demjenigen in Fig. 2, jedoch in einer Ventilstellung größter Abgasrückführmenge,

Fig.4 und Fig. 5

jeweils einen vergrößerten Schnitt einer Einzelheit IV in Fig. 2 bzw. V in Fig. 3.

[0008] In den Zeichnungen ist ein Niederdruck-Abgasrückführventil 10 in Gestalt eines Kombinationsventils gezeigt, das zur Einleitung und Steuerung eines Abgasrückführstromes und eines Frischluftstromes ausgebildet ist und in einem Gehäuse 11 einen Frischluftzuführkanal 12, einen Abgaszuführkanal 13 und einen mit beiden verbundenen Abfuhrkanal 14 aufweist, aus dem je nach Ventilposition entweder gemäß Pfeil 15 zugeführte Frischluft (gestrichelte Pfeile) und/oder gemäß Pfeil 16 zugeführtes rückgeführtes Abgas (durchgezogene Pfeile) abgeführt wird, wobei es sich entweder je nach Ventilstellung allein um Frischluft gemäß Fig. 1 und 2 oder allein um Abgas gemäß Fig. 3 oder bei einer Zwischenstellung des Ventils um ein Gemisch aus beiden handelt.

[0009] Die Verbindung des Frischluftzuführkanals 12 mit dem Abfuhrkanal 14 wird über ein erstes Ventil 20 im Gehäuse 11 und die Verbindung des Abgaszuführkanals 13 mit dem Abfuhrkanal 14 über ein zweites Ventil 30 im Gehäuse 11 gesteuert. Das erste Ventil 20 und das zweite Ventil 30 sind erfindungsgemäß zu einer einzigen Ventileinheit 40 mit einem einzigen Ventilglied 41 vereinigt, wobei dieses einzige Ventilglied 41 mindestens zwei Ventilkörper 42, 43 hat, die zu einem einzigen Ventilkörper 44 vereinigt sind. Der erste Ventilkörper 42 wirkt mit mindestens einem zugeordneten ersten Ventilsitz 21 des Frischluftzuführkanals 12 zusammen. Der zweite Ventilkörper 43 wirkt mit mindestens einem zugeordneten zweiten Ventilsitz 31, 34 des Abgaszuführkanals 13 zusammen.

[0010] Die Ventileinheit 40 weist eine einzige, auf diese zur Steuerung wirkende Antriebseinheit 50 im Gehäuse 11 auf, die zur Betätigung des einzigen Ventilgliedes 41 ausgebildet ist. Die Antriebseinheit 50 kann vielfältig gestaltet sein. Sie besteht z. B. aus einem schematisch angedeuteten Linearantrieb 51, der in Linearrichtung auf eine Achse 52 arbeitet. Die Achse 52 hat eine Fail-Safe-Einrichtung 53 in Form einer Feder 54, die im Fail-Safe-Fall die Achse 52 in die in Fig. 1 und 2 gezeigte Stellung über einen Anschlag 55 auf der Achse 52 verschiebt.

[0011] Das einzige Ventilglied 41 weist einen translatorisch verstellbaren Schieber 45 auf, der z. B. aus einem zylindrischen Ring besteht und koaxial zur Antriebseinheit 50 angeordnet ist. Der Schieber 45 ist über einzelne radiale Stege 46 fest mit der Achse 52 verbunden.

[0012] Das Gehäuse 11 weist einen äußeren Mantel 17 mit endseitigem Flansch 18 auf. Der Mantel 17 umgibt mit radialem Abstand einen inneren, z. B. etwa birnenförmigen, Gehäusekörper 19, der als Hohlkörper ausgebildet ist und die Antriebseinheit 50 enthält. Der Mantel 17 begrenzt mit der äußeren Umfangsfläche 22 des inneren Gehäusekörpers 19 eine Mischkammer mit Abfuhrkanal 14 in Form eines Ringraumes, in dem bei entsprechender Ventilstellung hindurchgeleitetes Abgas und Frischluft eine schnelle, gleichmäßige und gute Durchmischung ohne merkliche Druckverluste erfahren. Der Gehäusekörper 19 ist mittels einer Haltevorrichtung 49, die z. B. aus drei strömungsgünstig gestalteten und platzierten Stützrippen besteht, im Gehäuse 11 gehalten.

[0013] An das in den Zeichnungen linke Ende des Mantels 17 ist ein zur Achse 52 koaxialer Ringkanal 23 angeschlossen, der den Abgaszuführkanal 13 bildet. An den Ringkanal 23 ist ein Stutzen 24 angeschlossen, durch den rückgeführtes Abgas gemäß Pfeil 16 in den Ringkanal 23 und Abgaszuführkanal 13 eingeleitet wird. An der Anschlussstelle an den Mantel 17 weist der Ringkanal 23 eine Ringöffnung 25 auf, über die der Ringkanal 23 je nach Ventilstellung in den Frischluftzuführkanal 12 mündet. Der Ringkanal 23 umringt den Frischluftzuführkanal 12. Der Schieber 45 oder zumindest ein Teil dieses liegt an einer inneren Umfangsfläche 26 des Ringkanals 23 an, vorzugsweise unter Abdichtung dort, und ist längs dieser Umfangsfläche 26 axial verschiebbar geführt.

[0014] Der aus dem ersten Ventilkörper 42 und zweiten Ventilkörper 43 zu einem einzigen Bauelement vereinigte Ventilkörper 44 ist als etwa zylindrische Hülse 47 gestaltet, deren beide endseitige Stimflächen als Ventilflächen ausgebildet sind. Die Hülse 47 ist Teil, z.B. fester Teil, insbesondere einstückiger Teil, des Schiebers 45, mit dem die Hülse 47 über einen konischen Ringteil 48 verbunden ist.

[0015] Auf der in den Darstellungen rechten Stirnseite der Hülse 47 ist eine axiale erste Ventilfläche 27 ausgebildet, die dem ersten Ventilsitz 21 zugeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Axialseite, in den Zeichnungen auf der linken Axialseite der Hülse 47, ist eine zweite Ventilfläche 28 ausgebildet, die dem zweiten Ventilsitz 31 zugeordnet ist.

[0016] Der erste Ventilsitz 21 des Frischluftzuführkanals 12 ist aus einer axialen Anschlagfläche 32 in Form einer Ringnut gebildet, die auf der äußeren Umfangsfläche 22 des inneren Gehäusekörpers 19 gebildet ist. Diese axiale Anschlagfläche 32 ist einer endseitigen Stirnfläche der Hülse 47 zugeordnet und zugewandt, die die erste Ventilfläche 27 bildet.

[0017] Ein zweiter kombinierter Ventilsitz des Abgaszuführkanals 13 ist aus zwei axial und radial versetzten axialen Anschlagflächen 33 und 35 der Ringöffnung 25 des Ringkanals 23 gebildet. Die eine axiale Anschlagfläche 33 ist der anderen endseitigen Stirnfläche der Hülse 47 und dortigen Ventilfläche 28 zugeordnet. Die andere axiale Anschlagfläche 35 bildet einen weiteren zweiten Ventilsitz 34, dem eine koaxiale Ventilfläche 29 zugeordnet ist, die z. B. am konischen Ringteil 48 vorgesehen ist.

[0018] Im gezeigten Ausführungsbeispiel schließt sich die Hülse 47 an den geführten Teil des Schiebers 45 an und ist damit vorzugsweise einstückig. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel bildet allein die Hülse 47 einen Schieber mit beidendigen axialen Ventilflächen 27 und 28, 29 zum Zusammenwirken mit dem ersten Ventilsitz 21 bzw. zweiten Ventilsitz 31, 34.

[0019] In Fig. 1 und 2 ist eine Ventilstellung dargestellt, bei der das erste Ventil 20 mit Ventilfläche 27 und Ventilsitz 21 voll geöffnet ist, während das zweite Ventil 30 mit den Ventilfläche 28, 29 und den Ventilsitzen 31, 34 geschlossen ist, so dass kein Abgas aus dem Abgaszuführkanal 13 in den Abfuhrkanal 14 und die vorgeschaltete Mischkammer gelangen kann, sondern lediglich Frischluft gemäß den Pfeilen 15.

[0020] In Fig. 3 ist die andere Endstellung des Ventils gezeigt, in der das erste Ventil 20 geschlossen ist, da die Ventilfläche 27 auf dem Ventilsitz 21 aufsitzt, so dass der Durchlass von Frischluft aus dem Frischluftzuführkanal 12 gesperrt ist. Das zweite Ventil 30 dagegen ist voll geöffnet, so dass eine maximale Menge rückgeführten Abgases in den Abfuhrkanal 14 über die vorgeschaltete Mischkammer gelangen kann gemäß dem durchgezogenen Pfeil 16.

[0021] Man erkennt, dass das Ventilglied 41 in Gestalt des einzigen Ventilkörpers 44, ausgebildet als Hülse 47, gemeinsam mit dem Ringteil 48 den Ventilschieber der beiden Ventile 20, 30 bildet, der vom axial einstückig anschließenden Schieber 45 gehalten und geführt ist, wobei das Ventil 20 einen Ventilsitz 21 und das Ventil 30 zwei Ventilsitze 31 und 34 aufweist, denen am Ventilschieber die erste Ventilfläche 27 bzw. die beiden zweiten Ventilflächen 28 und 29 zugeordnet sind.

[0022] Das dargestellte Niederdruck-Abgasrückführventil 10 hat vielfältige Vorteile. Es hat eine kompakte Bauform, besteht aus nur wenigen Einzelelementen und ist kostengünstig. Vorteilhaft ist ferner, dass hinsichtlich der Ströme rückgeführten Abgases und Frischluft eine Strömungsoptimierung mit sehr geringen Druckverluste erreicht ist. Es ergibt sich bei der Mischung von Frischluft und rückgeführtem Abgas eine gleichmäßige Umfangsverteilung im Abfuhrkanal 14 und der vorgeschalteten Mischkammer, wobei also ungleiche Verteilungen in Umfangsrichtung vermieden sind. Die Frischluft und das rückgeführte Abgas verlaufen zum überwiegenden Teil in Form einer etwa parallelen Strömung und dabei auf kurzer axialer Länge bei guter Umfangsverteilung. Diese symmetrische Verteilung der Strömungsgrößen, wie Druck, Temperatur, Geschwindigkeit und Gaszusammensetzung, ergibt sich schon in kurzem Abstand hinter den jeweiligen Ventilen 20, 30. Dadurch wird die Funktion eines etwaigen an das Gehäuse 11 angeschlossenen Verdichters nicht nachteilig beeinflusst. Die Leckage der AGR-Strecke ist bei geschlossenem AGR-Ventil 30 sehr gering. Über den an der Umfangsfläche anliegenden Schieber 45 ist eine gute Abdichtung erreicht. Das Ventil hat außerordentlich kurze axiale Abmessungen und benötigt daher besonders wenig Bauraum.

Ansprüche

1. Niederdruck-Abgasrückführventil zur Einleitung und Steuerung eines Abgasrückführstromes und eines Frischluftstromes, das in einem Gehäuse (11) einen Frischluftzuführkanal (12), einen Abgaszuführkanal (13) und einen mit beiden verbundenen Abfuhrkanal (14) aufweist, wobei die Verbindung des Frischluftzuführkanals (12) mit dem Abfuhrkanal (14) über eine erstes Ventil (20) im Gehäuse (11) und die Verbindung des Abgaszuführkanals (13) mit dem Abfuhrkanal (14) über ein zweites Ventil (30) im Gehäuse (11) gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Ventil (20) und das zweite Ventil (30) zu einer einzigen Ventileinheit (40) mit einem einzigen Ventilglied (41) vereinigt sind, das einen ersten Ventilkörper (42), der mit mindestens einem zugeordneten ersten Ventilsitz (21) des Frischluftzuführkanals (12) zusammenwirkt, und einen zweiten Ventilkörper (43) aufweist, der mit mindestens einem zugeordneten zweiten Ventilsitz (31, 34) des Abgaszuführkanals (13) zusammenwirkt.

2. Niederdruck-Abgasrückführventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinheit (40) eine einzige darauf wirkende Antriebseinheit (50) im Gehäuse (11) zur Betätigung des einzigen Ventilgliedes (41) aufweist.

3. Niederdruck-Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (50) einen Linearantrieb (51) aufweist.

4. Niederdruck-Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das einzige Ventilglied (41) einen translatorisch verstellbaren Schieber (45) zur Betätigung aufweist.

5. Niederdruck-Abgasrückführventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schieber (45) koaxial zur Antriebseinheit (50) angeordnet ist.

6. Niederdruck-Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Ventilkörper (42) und der zweite Ventilkörper (43) zu einem einzigen Ventilkörper (44) vereinigt sind, der auf einer Axialseite mindestens eine erste Ventilfläche (27), die dem mindestens einen, ersten Ventilsitz (21) zugeordnet ist, und auf der gegenüberliegenden Axialseite mindestens eine zweite Ventilfläche (28), vorzugsweise zwei in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung versetzte Ventilflächen (28, 29), aufweist, die dem mindestens einen zweiten Ventilsitz (31), vorzugsweise zwei in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung versetzten Ventilsitzen (31, 34), zugeordnet ist.

7. Niederdruck-Abgasrückführventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der einzige Ventilkörper (44) als etwa zylindrische Hülse (47) ausgebildet ist, an deren beiden Enden die Ventilflächen (27, 28, 29) ausgebildet sind.

8. Niederdruck-Abgasrückführventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hülse (47) den Schieber (45) bildet oder Teil, z. B. fester Teil, insbesondere einstückiger Teil, des Schiebers (45) ist.

9. Niederdruck-Abgasrückführventil nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Ventilsitz (21) des Frischluftzuführkanals (12) aus einer einer endseitigen Stirnfläche der Hülse (47) zugeordneten und zugewandten axialen Anschlagfläche (32) auf der äußeren Umfangsfläche (22) eines z. B. etwa birnenförmigen inneren Gehäusekörpers (19) gebildet ist, der die Antriebseinheit (50) enthält und mit seiner Umfangsfläche (22) in radialem Abstand von einem Mantel (17) des Gehäuses (11) verläuft und zusammen mit dem Mantel (17) eine Mischkammer und/oder den Abfuhrkanal (14) begrenzt.

10. Niederdruck-Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine zweite Ventilsitz (31) oder zwei Ventilsitze (31, 34) des Abgaszuführkanals (13) aus dem anderen Ende der Hülse (47) zugeordneten und zugewandten axialen Anschlagflächen (33, 35) einer Ringöffnung (25) eines Ringkanals (23) des Abgaszuführkanals (13) gebildet sind, der den Frischluftzuführkanal (12) umringt und in diesen mit seiner Ringöffnung (25) mündet.

11. Niederdruck-Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schieber (45) mit einem Teil an einer inneren Umfangsfläche (26) des Ringkanals (23) anliegt, vorzugsweise dicht, und längs dieser Umfangsfläche (26) axial verschiebbar geführt ist.

12. Niederdruck-Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich an den geführten Teil des Schiebers (45) ein Ringteil (48) anschließt, der eine Ringfläche aufweist, die eine auf gleicher Umfangslinie wie der zugeordnete zweite Ventilsitz (34, 35) befindliche zweite Ventilfläche (29) des Abgaszuführkanals (13) bildet.

13. Niederdruck-Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der geführte Teil des Schiebers (45) und der Ringteil (48) mit der Hülse (47) einstückig sind.

Zeichnung