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Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage mit einem Abgasventil zur Steuerung
eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine
zurückgeführt werden
soll, und ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Volumenstroms.
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Es
ist allgemein bekannt, dass es bei bestimmten Betriebszuständen vorteilhaft
ist, einer Verbrennungskraftmaschine einen Teil des erzeugten Abgases
wieder zuzuführen,
indem es vom Abgasstrang abgezweigt und dem Ansaugstrang zugeführt wird.
Zu diesem Zweck weisen die Abgasanlagen einer solchen, mit Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine
eine Abgasrückführungsvorrichtung
auf, mit der ein Teil des Abgases in eine Verbrennungskraftmaschine
zurückgeführt wird. Die
Abgasrückführung erfolgt über eine
Rückführleitung,
die von einer Abgasleitung abzweigt, und ein Abgasventil, das den
Volumenstrom von Abgas durch die Rückführleitung steuert. Das Problem
bei den bekannten Abgasrückführungsvorrichtungen
besteht darin, dass die dabei verwendeten Abgasventile eine steil
verlaufende Kennlinie aufweisen, also einen starken Anstieg des
freigegebenen Strömungsquerschnitts
bei kleinen Öffnungswinkeln,
wodurch die Steuerung des Volumenstroms von Abgas erschwert wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Abgasventil mit einer Kennlinie zur verbesserten
Steuerung eines Volumenstroms von Abgas zu schaffen, sowie eine Abgasanlage
mit einem solchen Abgasventil und ein Verfahren zur Steuerung eines
solchen Volumenstroms.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein erfindungsgemäßes Abgasventil
zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine
zurückgeführt werden
soll, gelöst.
Das Abgasventil umfasst ein Gehäuse,
das einen Abgaseinlass, einen Abgasauslass und einen Rückführauslass
aufweist, und ein Ventilelement, das verstellbar ist, wodurch die Öffnungsquerschnitte des
Abgasauslasses und des Rückführauslasses
geändert
werden können.
Das Ventilelement ist relativ zum Abgaseinlass, zum Abgasauslass
und zum Rückführauslass
so angeordnet, dass das Ventilelement eine erste Stellung einnehmen
kann, in der der Rückführauslass
vollständig
geschlossen ist, während
der Abgasauslass vollständig
geöffnet
ist, sowie eine zweite Stellung, in der der Rückführauslass teilweise geöffnet ist,
während
der Abgasauslass weiterhin vollständig geöffnet ist, und eine dritte
Stellung, in der der Rückführauslass
mindestens teilweise geöffnet
ist, während
der Abgasauslass teilweise geschlossen ist. Die Kennlinie eines
solchen Abgasventils verläuft
flacher, da in der zweiten Stellung der Rückführauslass teilweise geöffnet wird,
während
der Abgasauslass noch vollständig
geöffnet
ist. Dies ermöglicht
eine verbesserte Steuerung des Volumenstroms. Es ist selbstverständlich,
dass, insbesondere bei einem kontinuierlich verstellbaren Abgasventil, eine
Vielzahl von Stellungen des Ventilelements für beispielsweise die zweite,
oben genannte Stellung möglich
sind, wobei der Abgasauslass in diesen Stellungen jeweils vollständig geöffnet ist,
während
der Rückführauslass
unterschiedlich weit geöffnet
ist. Dies gilt insbesondere auch für die dritte Ventilstellung.
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Vorzugsweise
ist der Rückführauslass
in der dritten Stellung vollständig
geöffnet.
Auf diese Weise verläuft
die Kennlinie des Abgasventils auch dann abgeflacht, wenn sich das
Abgasventil in der dritten Stellung befindet.
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Im
Gehäuse
kann mindestens ein Dichtanschlag für das Ventilelement in der
ersten Stellung vorgesehen sein, wodurch der Rückführauslass in der ersten Stellung
des Ventilelements abgedichtet wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann das Ventilelement eine vierte Stellung einnehmen,
in der der Abgasauslass vollständig
geschlossen ist. Dies ermöglicht,
den gesamten Abgasstrom in den Rückführauslass
zu lenken, und ist für
eine Wirkung als Motorbremse vorteilhaft, wobei gleichzeitig kein
Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird.
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Vorzugsweise
ist im Gehäuse
mindestens ein Dichtanschlag für
das Ventilelement in der vierten Stellung vorgesehen. Der Dichtanschlag
ermöglicht es,
den Abgasauslass in dieser Stellung abzudichten.
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Beispielsweise
ist der Abgaseinlass zwischen dem Abgasauslass und dem Rückführauslass angeordnet,
wodurch eine einfache Bauweise des Abgasventils ermöglicht wird.
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Der
Abgaseinlass kann mittig zwischen dem Rückführauslass und dem Abgasauslass
angeordnet sein. Somit ergibt sich eine symmetrische Anordnung der
Ventilanschlüsse.
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Der
Abgaseinlass kann auch asymmetrisch zwischen dem Rückführauslass
und dem Abgasauslass angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft für eine kompakte
Ausführung
des Abgasventils.
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Vorzugsweise
ist der Rückführauslass
näher am
Abgaseinlass angeordnet als der Abgasauslass. Eine solche Anordnung
ist beispielsweise für
den Einbau in eine Abgasanlage von Vorteil.
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Gemäß einer
der bevorzugten Ausführungsform
unterscheidet sich der Winkel zwischen dem Rückführauslass und dem Abgasauslass
von einem Wert von 180°.
Die relative Anordnung von Ventilelement, Abgaseinlass, Abgasauslass
und Rückführauslass
kann auf diese Weise durch den Winkel zwischen Rückführauslass und Abgasauslass
modifiziert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Ventilelement eine zweiflügelige
Ventilklappe, die sich um eine Drehachse drehen kann, wodurch eine
einfache Bauweise des Abgasventils und eine Steuerung des Ventilelements über den
Drehwinkel der Ventilklappe ermöglicht
wird.
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Vorzugsweise
ist der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Rückführauslass
zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen
Rand des Rückführauslasses
kleiner als der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der
dem Abgasauslass zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Abgasauslasses,
wenn sich das Ventilelement in der ersten Stellung befindet. Diese
Abstände
ermöglichen
eine einfache Bauweise des Abgasventils und eine einfache Überführung des
Ventilelements aus der ersten in die zweite Stellung.
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Benachbart
zum Abgasauslass und/oder Rückführauslass
kann eine gekrümmte
Dichtfläche vorgesehen
sein, die mit dem Ventilflügel
zusammenwirkt, der dem Abgasauslass bzw. Rückführauslass zugeordnet ist, und
deren Krümmungsmittelpunkt
etwa mit der Drehachse der Ventilklappe zusammenfällt. Auf
diese Weise wird sichergestellt, dass auch bei einer Drehbewegung
der Ventilklappe eine Abdichtung zwischen Ventilflügel und
Dichtfläche
besteht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind der Abgasauslass, der Rückführauslass
und die Position der Drehachse der Ventilklappe nicht entlang einer
Geraden angeordnet. Eine solche Anordnung vereinfacht die Bauweise
des Abgasventils.
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Es
ist möglich,
dass die beiden Flügel
der Ventilklappe zueinander geneigt angeordnet sind, insbesondere
in einem Winkel zwischen 45° und 120°. Eine solche
Ventilklappe erhöht
die Anordnungsmöglichkeiten
der Ventilanschlüsse.
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Vorzugsweise
ist auf einer vom Abgaseinlass abgewandten Seite der Ventilklappe
kein Gasfluss zwischen Rückführauslass
und Abgasauslass möglich,
wodurch die Steuerung des Volumenstroms verbessert wird.
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Das
Gehäuse
kann eine Ventilkammer aufweisen, die in einem Schnitt senkrecht
zur Drehachse der Ventilklappe allgemein rechteckig ist, wodurch eine
kompakte Bauweise der Ventilkammer ermöglicht wird.
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Das
Gehäuse
kann auch eine Ventilkammer aufweisen, die in einem Schnitt senkrecht
zur Drehachse der Ventilklappe allgemein kreisförmig ist. Somit können die
Seitenflächen
der Ventilkammer die Funktion einer Dichtfläche für die Ventilklappe übernehmen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Abgasventil nach Art einer Rohrverzweigung ausgeführt. In
dieser Ausführungsform reduziert
sich der Bauraum des Abgasventils, da keine Ventilkammer benötigt wird.
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Der
Rückführauslass
kann in einem Bereich von 0 bis 50% der Höhe der Ventilklappe angeordnet sein,
wodurch die Kennlinie des Abgasventils modifiziert werden kann.
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Beispielsweise
kann der Rückführauslass exzentrisch
angeordnet sein, wodurch die Bauweise des Abgasventils besonders
flexibel gestaltet werden kann.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Rückführauslass eine
von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist. Die Kennlinie
des Abgasventils kann über
die Querschnittsform des Rückführauslasses beliebig
beeinflusst werden.
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Der
Rückführauslass
kann eine Querschnittsform aufweisen, die in dem zuerst von dem Ventilelement
freigegebenen Querschnitt mindestens eine abschnittsweise zumindest
annähernd
gerade Kontur hat. Dies erlaubt eine Abweichung vom kreisförmigen Querschnitt
mit einfachen Mitteln und führt zu
einem im Vergleich mit einer Kreisform geringeren Anstieg des freien
Strömungsquerschnitts
bei kleinen Öffnungswinkeln.
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Vorzugsweise
weist die Querschnittsform zwei Geraden auf, die einander schneiden,
und die Mittelachse dieser beiden Geraden ist senkrecht zur Drehachse
der Ventilklappe. Auf diese Weise lässt sich die Kennlinie des
Abgasventils über
den Winkel zwischen den beiden Geraden verändern.
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Beispielsweise
ist der Öffnungsquerschnitt des
Abgasauslasses und/oder des Rückführauslasses
durch einen vom Ventilelement freigegebenen Querschnitt des Abgasauslasses
und/oder des Rückführauslasses
bestimmt. Auf diese Weise wird der Öffnungsquerschnitt, das heißt die Fläche, durch
die Abgas in den Abgasauslass oder Rückführauslass strömen kann,
einerseits durch die geometrische Form des Querschnitts des Abgas-
oder Rückführauslasses
und andererseits durch das Ventilelement bestimmt.
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In
einer erfindungsgemäßen Abgasanlage, mit
einem Abgasbehandlungsbauteil und einem Abgasventil, ist das Abgasventil
vorzugsweise stromabwärts
des Abgasbehandlungsbauteils angeordnet. Das Abgasventil wird nur
von behandeltem Abgas durchströmt
und somit geringer belastet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das Abgasbehandlungsbauteil einen Auslasstrichter auf und das Abgasventil
ist an dem Auslasstrichter angeordnet. Dies ermöglicht, das Abgasventil platzsparend
einzubauen.
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Vorzugsweise
ist das Abgasbehandlungsbauteil ein Dieselpartikelfilter, wodurch
die Belastung des Abgasventils durch Partikel sinkt.
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Die
Erfindung wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Steuerung eines
Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine
zurückgeführt werden
soll, gelöst,
wobei im Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine ein Abgasventil
angeordnet ist, das ein Gehäuse
mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass und einem Rückführauslass
aufweist, sowie einem Ventilelement, das verstellbar ist, wodurch
die Öffnungsquerschnitte des
Abgasauslasses und des Rückführauslasses
geändert
werden können.
Eine Steuerung wählt
in Abhängigkeit
vom Abgasvolumenstrom, der zur Verbrennungskraftmaschine zurückgeführt werden
soll, zwischen einem ersten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass
vollständig
geschlossen ist, während
der Abgasauslass vollständig
geöffnet
ist, einem zweiten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass
teilweise geöffnet
ist, während
der Abgasauslass weiterhin vollständig geöffnet ist, und einem dritten
Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass mindestens teilweise
geöffnet
ist, während
der Abgasauslass teilweise geschlossen ist. Auf diese Weise lässt sich
die Kennlinie des Abgasventils so verändern, dass die Steuerung des
Volumenstroms verbessert wird. Insbesondere ist es möglich, einen
flacheren Verlauf der Kennlinie des Abgasventils zu erhalten, also
einen kleineren Anstieg des freigegebenen Strömungsquerschnitts bei kleinen Öffnungswinkeln.
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Vorzugsweise
kann ein vierter Betriebszustand gewählt werden, in welchem der
Abgasauslass vollständig
geschlossen ist. Dies ermöglicht,
den gesamten Abgasstrom in den Rückführauslass
zu lenken.
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Im
dritten Betriebszustand kann der Rückführauslass vollständig geöffnet sein,
wodurch die Kennlinie des Abgasventils auch im dritten Betriebszustand
abgeflacht verläuft.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Abgasanlage;
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2 zeigt
ein Abgasbehandlungsbauteil mit einem erfindungsgemäßen Abgasventil;
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasventils;
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4 zeigt
eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Abgasventils;
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasventils
in der ersten Stellung und in einer Mittenstellung;
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6 zeigt
das Abgasventil aus 5 in der vierten Stellung und
in einer Mittenstellung;
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7 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasventils
mit zueinander geneigten Flügeln
der Ventilklappe;
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8 zeigt
eine vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasventils
nach Art einer Rohrverzweigung;
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die 9a und 9b zeigen
den Schnitt zweier Rückführauslässe gemäß der Schnittebene IX-IX
in 3; und
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die 10a und 10b zeigen
den Schnitt zweier Abgasventile gemäß der Schnittebene X-X in 3.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Abgasanlage 10 einer
Verbrennungskraftmaschine 12 mit einem Abgasstrang 14,
entlang dem mehrere Abgasanlagenbauteile, insbesondere Abgasbehandlungsbauteile 17,
angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abgasanlagenbauteile
ein Turbolader 16, ein Katalysator 18, ein Dieselpartikelfilter 20 und
ein Schalldämpfer 22.
Stromabwärts
der Abgasbehandlungsbauteile 17, insbesondere des Dieselpartikelfilters 20,
ist ein Abgasventil 24 angeordnet, von dem ein Teil des
Abgases (zwischen 0% und 100%) über
eine Rückführleitung 26 zu
einem Luftansaugkanal 28 der Verbrennungskraftmaschine 12 geleitet
wird. Das Abgasventil 24 kann auch an einer anderen Stelle
im Abgasstrang 14 eingebaut sein. Bei der gezeigten Abgasanlage 10 handelt
es sich um ein Beispiel; es sind auch andere Ausführungsformen
möglich,
die sich u. a. hinsichtlich der Art, Anzahl und Anordnung der Abgasanlagenbauteile
in der Abgasanlage 10 vom gezeigten Beispiel unterscheiden.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
der Abgasanlage 10, in der das Abgasventil 24 in
einem Auslasstrichter 30 des Dieselpartikelfilters 20 angeordnet
ist. Vom Abgasventil 24 führt der Abgasstrang 14 analog
zu 1 weiter zum Schalldämpfer 22 und die Rückführleitung 26 zum
Luftansaugkanal 28 der Verbrennungskraftmaschine 12.
Das Abgasventil kann auch in einem Auslasstrichter eines anderen Abgasbehandlungsbauteils 17 angeordnet
sein, beispielsweise in einem Auslasstrichter des Katalysators 18.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
des Abgasventils 24. Das Abgasventil 24 weist
ein Gehäuse 36 mit
einer rechteckigen Ventilkammer 38 auf. In die Ventilkammer 38 münden ein
Abgaseinlass 40, ein Abgasauslass 42 und ein Rückführauslass 44,
wobei der Abgaseinlass 40 und der Abgasauslass 42 mit
dem Abgasstrang 14 und der Rückführauslass 44 mit der
Rückführleitung 26 verbunden ist.
Es ist ein Ventilelement 46 vorgesehen, das hier durch
eine zweiflügelige
Ventilklappe 48 gebildet ist, die sich um eine Drehachse 50 drehen
kann.
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Eine
erste Stellung des Ventilelements 46 ist mit durchgezogener
Linie gezeigt. In dieser Stellung ist der Rückführauslass 44 vollständig geschlossen, während der
Abgasauslass 42 vollständig
geöffnet ist.
Es sind zwei Dichtanschläge 52 für das Ventilelement 46 in
der ersten Stellung vorgesehen.
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In
einer zweiten Stellung des Ventilelements 46 ist der Rückführauslass 44 teilweise
geöffnet, während der
Abgasauslass 42 weiterhin vollständig geöffnet ist. Die zweite Stellung
des Ventilelements 46 wird erreicht, indem das Ventilelement 46 entgegen
des Uhrzeigersinns aus der ersten Stellung heraus um einen beliebigen
Winkel gedreht wird, solange die mit gestrichelter Linie gezeigte
Stellung nicht überschritten
wird.
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Wird
die Ventilklappe 48 aus der mit gestrichelter Linie gezeigten
Stellung heraus entgegen des Uhrzeigersinns gedreht, so befindet
sich das Ventilelement 46 in seiner dritten Stellung, in
der der Rückführauslass 44 mindestens
teilweise geöffnet
ist, während
der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist.
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Die
gepunktete Linie zeigt das Ventilelement 46 in seiner vierten
Stellung, in der der Abgasauslass 42 vollständig geschlossen
ist. Es sind zwei Dichtanschläge 56 vorgesehen,
die das Ventilelement 46 in dieser Stellung abdichten.
Die vierte Stellung ist vorgesehen für eine Wirkung der Abgasanlage 10 als Motorbremse,
wobei gleichzeitig kein Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine 12 verbrannt
wird.
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Benachbart
zum Abgasauslass 42 ist eine gekrümmte Dichtfläche 54 vorgesehen,
die mit dem rechten Ventilflügel
der Ventilklappe 48, der dem Abgasauslass 42 zugeordnet
ist, zusammenwirkt. Der Krümmungsmittelpunkt
dieser Dichtfläche
fällt mit der
Drehachse 50 der Ventilklappe 48 zusammen, wodurch
in der ersten bis zur zweiten Stellung der Ventilklappe 48 eine
Abdichtung zwischen Ventilklappe 48 und Dichtfläche 54 gewährleistet
ist. Die Dichtfläche 54 verhindert,
dass die Ventilklappe 48 in geringfügig geöffneten Stellungen „hinterströmt” wird, also
sich zusätzlich
zu dem eigentlichen Strömungsweg
vom Abgaseinlass zum Rückführauslass
ein zweiter, unkontrollierter Strömungsweg von der Seite des
Abgasauslasses hinter der Ventilklappe 48 zum Rückführauslass 44 etabliert.
Es ist auch möglich, dass
weitere Dichtflächen
benachbart zum Abgasauslass 42 und/oder Rückführauslass 44 vorgesehen sind,
die weiteren Dichtflächen
können
insbesondere so angeordnet sein, dass zwischen Gehäuse 36 und der
Ventilklappe 48 in jeder Stellung der Ventilklappe 48 eine
Abdichtung besteht.
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Das
Verfahren zur Steuerung des Volumenstroms von Abgas, das zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden
soll, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in 3 gezeigte Ausführungsform
beschrieben. Die Steuerung wählt in
Abhängigkeit
vom Abgasvolumenstrom, der zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden
soll, einen der folgenden Betriebszustände.
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Soll
kein Abgas zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden,
so wird ein erster Betriebszustand gewählt, in dem der Rückführauslass 44 vollständig geschlossen
und der Abgasauslass 42 vollständig geöffnet ist. Dieser Betriebszustand
entspricht der ersten Stellung des Ventilelements 46 im
Abgasventil 24.
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Falls
nur ein geringer Abgasvolumenstrom zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden
soll, so wird ein zweiter Betriebszustand gewählt, in dem der Rückführauslass 44 teilweise
geöffnet
ist, während
der Abgasauslass 42 weiterhin vollständig geöffnet ist. Dieser Betriebszustand
entspricht der zweiten Stellung des Ventilelements 46 im Abgasventil 24;
ein Teil des Abgases kann durch den teilweise geöffneten Öffnungsquerschnitt des Rückführauslasses 44 strömen, während der
andere Teil des Abgases unbehindert durch den Abgasauslass 42 strömt.
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Ein
dritter Betriebszustand, in dem der Rückführauslass 44 mindestens
teilweise geöffnet
ist und der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist,
wird gewählt,
wenn ein hoher Volumenstrom von Abgas zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeleitet werden
soll. Da der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist,
erhöht
sich der Volumenstrom durch den Rückführauslass 44. Es ist
insbesondere möglich,
dass der Rückführauslass 44 in
diesem Betriebszustand vollständig
geöffnet
ist. Die entsprechende Stellung des Abgasventils 24 ist
die dritte Stellung des Ventilelements 46.
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Der
Grenzfall, dass der Abgasauslass 42 vollständig geschlossen
ist, bildet einen vierten Betriebszustand. Der Volumenstrom von
Abgas wird vollständig
zum Rückführauslass
geleitet. Die vierte Stellung des Ventilelements 46 im
Abgasventil 24 entspricht diesem Betriebszustand. Dieser
Betriebszustand ist beispielsweise für eine Wirkung der Abgasanlage 10 als
Motorbremse vorgesehen, wobei gleichzeitig kein Kraftstoff in der
Verbrennungskraftmaschine 12 verbrannt wird.
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4 zeigt
ein Diagramm des Volumenstroms V, der durch die Rückführleitung 26 zur
Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt wird, in Abhängigkeit
von einem Stellwinkel α des
Abgasventils 24. Die gestrichelte Linie zeigt eine Kennlinie 32 eines
Abgasventils nach dem Stand der Technik. Die durchgezogene Linie
zeigt eine Kennlinie 34 eines erfindungsgemäßen Abgasventils 24.
Die Kennlinie 34 verläuft
flacher als die Kennlinie 32, insbesondere in einem Bereich
bis zum Winkel α1, wodurch die Steuerung des Volumenstroms
V weniger empfindlich gegen Abweichungen des Stellwinkels α des Abgasventils 24 ist
und somit die Steuerung des Volumenstroms verbessert wird.
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Die
unterschiedlichen Ausführungsformen des
Abgasventils 24 erlauben verschiedene Verläufe von
Kennlinien, Die gezeigte Kennlinie 34 wurde als Beispiel
gewählt,
und es sind auch andere Verläufe von
Kennlinien möglich.
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Die 5 und 6 zeigen
eine zweite Ausführungsform
des Abgasventils 24, wobei das Gehäuse 36 eine Ventilkammer 38 aufweist,
die in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse 50 der Ventilklappe 48 allgemein
kreisförmig
ist. Die Wand der Ventilkammer 38 übernimmt in dieser Bauweise
die Funktion der Dichtfläche 54.
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Der
Abgaseinlass 40 ist asymmetrisch zwischen dem Rückführauslass 44 und
dem Abgasauslass 42 angeordnet, wobei der Rückführauslass 44 näher am Abgaseinlass 40 angeordnet
ist als der Abgasauslass 42.
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Der
Winkel zwischen dem Rückführauslass 44 und
dem Abgasauslass 42 ist kleiner als 180°. Somit liegen sich der Rückführauslass 44 und
der Abgasauslass 42 nicht symmetrisch gegenüber. Aufgrund
dieser Bauweise sind der Abgasauslass 42, der Rückführauslass 44 und
die Position der Drehachse 50 der Ventilklappe 48 nicht
entlang einer Geraden angeordnet.
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5 zeigt
das Abgasventil 24 mit dem Ventilelement 46 in
der ersten Stellung des Ventilelements 46 mit durchgezogener
Linie. Die Ventilklappe 48 liegt dabei an den Dichtanschlägen 52 an.
Der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Rückführauslass 44 zugeordnet
ist, und dem nächstgelegenen
Rand des Rückführauslasses 44 ist
kleiner als der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der
dem Abgasauslass 42 zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen
Rand des Abgasauslasses 42. In der mit gestrichelten Linien
gezeigten Mittenstellung der Ventilklappe 48 sind der Abgasauslass 42 und
der Rückführauslass 44 gleichzeitig
vollständig
geöffnet.
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Ein
Drehen der Ventilklappe 48 um ihre Drehachse 50 aus
der ersten Stellung um einen beliebigen Winkel bis zur Mittenstellung
bringt die Ventilklappe 48 in ihre zweite Stellung. Der
Rückführauslass 44 ist
dabei teilweise geöffnet,
während
der Abgasauslass 42 noch vollständig geöffnet ist.
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6 zeigt
die Ventilklappe 48 mit gestrichelten Linien in ihrer Mittenstellung.
Wird die Ventilklappe 48 über diese Mittenstellung hinaus
weiter entgegen des Uhrzeigersinns verdreht, wie durch die Pfeile
dargestellt, so nimmt die Ventilklappe 48 eine dritte Stellung
ein, in der der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist,
während
der Rückführauslass 44 vollständig geöffnet ist.
Eine vierte Stellung der Ventilklappe 48, in der der Abgasauslass 42 vollständig geschlossen
ist und der Rückführauslass 44 vollständig geöffnet ist,
ist in 6 mit durchgezogener Linie gezeigt. Die Ventilklappe 48 liegt
dabei an den Dichtanschlägen 56 an.
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In
keiner Stellung der Ventilklappe 48 ist ein Fluss von Abgas
zwischen Rückführauslass 44 und Abgasauslass 42 auf
der vom Abgaseinlass 40 abgewandten Seite der Ventilklappe 48 möglich.
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7 zeigt
eine dritte Ausführungsform
des Abgasventils 24. Der Abgaseinlass 40 ist mittig
zwischen dem Abgasauslass 42 und dem Rückführauslass 44 angeordnet.
Der Abgasauslass 40, der Rückführauslass 44 und die
Drehachse 50 der Ventilklappe 48 sind entlang
einer Geraden angeordnet. Die beiden Flügel der Ventilklappe 48 sind
um 110° zueinander
geneigt angeordnet.
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Die
Ventilklappe 48 ist in einer ersten Stellung mit durchgezogener
Linie gezeigt, in einer Mittenstellung mit gestrichelter Linie und
in einer vierten Stellung mit gepunkteter Linie. Diese Stellungen
sind analog zu den in 5 und 6 gezeigten
Stellungen der Ventilklappe 48, und die Funktion des Abgasventils 24 entspricht
der in den 5 und 6 gezeigten
zweiten Ausführungsform
des Abgasventils 24.
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8 zeigt
eine vierte Ausführungsform
des Abgasventils 24, das nach Art einer Rohrverzweigung
ausgeführt
ist. Der Abgaseinlass 40 ist ebenso wie der Abgasauslass 42 durch
das Rohr des Abgasstrangs 14 gebildet. Der Rückführauslass 44 wird durch
das Rohr der Rückführleitung 26 gebildet.
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In
der Rohrverzweigung ist eine zweiflügelige Ventilklappe 48 vorgesehen,
deren Flügel
in einem Winkel von 90° zueinander
geneigt angeordnet sind. Die Ventilklappe 48 ist mit der
durchgezogenen Linie in der ersten Stellung gezeigt, mit gestrichelter Linie
in einer zweiten Stellung und mit der gepunkteten Linie in einer
dritten Stellung.
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Die
in 8 gezeigte Rohrverzweigung 58 ist symmetrisch
aufgebaut, wobei der Abgaseinlass 40 mittig zwischen dem
Abgasauslass 42 und dem Rückführauslass 44 angeordnet
ist. Die Rohrverzweigung 58 kann natürlich auch asymmetrisch aufgebaut
sein. Die Rückführleitung 26 kann
beispielsweise von einem geraden Abgasstrang 14 abzweigen,
bei dem Abgaseinlass 40 und Abgasauslass 42 entlang
einer Geraden angeordnet sind.
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Die 9a und 9b zeigen
den Schnitt zweier Rückführauslässe 44 entlang
der in 3 gezeigten Schnittebene IX-IX. In 9a ist
ein kreisförmiger
Querschnitt gezeigt, während
in 9b eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform gezeigt
ist. Diese Querschnittsform ähnelt
einem Dreieck, wobei an den Seiten des Dreiecks der Querschnitt
abschnittsweise eine annähernd
gerade Kontur hat. Die Querschnittsform des Rückführauslasses 44 ist
so im Abgasventil 24 angeordnet, dass eine Mittelachse 60 zwischen
zwei der annähernd
geraden Abschnitte des Querschnitts senkrecht zur Drehachse 50 der
Ventilklappe 48 ist. Es können natürlich auch andere Querschnittsformen
verwendet werden. Die von der Kreisform abweichenden Querschnittsformen
können
natürlich
auch mit anderen Ausführungsformen
des Abgasventils 24 verwendet werden. Auch der Abgasauslass
oder der Abgaseinlass können
von der Kreisform abweichende Querschnittsformen aufweisen.
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Die 10a und 10b zeigen
den Schnitt zweier Abgasventile 24 entlang der in 3 gezeigten
Schnittebene X-X. Die Stellung der Ventilklappe 48 entspricht
dabei der in 3 mit gestrichelter Linie gezeigten
Stellung. Der Rückführauslass 44 ist exzentrisch,
im Wesentlichen auf der rechten Seite der Ventilklappe 48 angeordnet.
In 10a ist ein Abgasventil 24 gezeigt, bei
dem der Rückführauslass 44 mittig
relativ zur Höhe
der Ventilklappe 48 in Richtung der Drehachse 50 angeordnet
ist. In 10b ist der Rückführauslass 44 in
einem Bereich von 0 bis 50% der Höhe der Ventilklappe 48 angeordnet.
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Der Öffnungsquerschnitt
des Rückführauslasses 44,
das heißt
die Fläche,
durch die Abgas in den Rückführauslass 44 strömen kann,
ist einerseits durch die geometrische Form des Querschnitts des Rückführauslasses 44 und
andererseits durch das Ventilelement 48 begrenzt. Somit
wird der Öffnungsquerschnitt
des Rückführauslasses 44 durch
einen vom Ventilelement 48 freigegebenen Querschnitt des Rückführauslasses 44 bestimmt.
Es ist keine weitere Reduzierung des Öffnungsquerschnitts vorgesehen, beispielsweise
beim Anschluss des Abgasventils 24 an die Rückführleitung 26,
wodurch eine kompakte Bauweise des Abgasventils 24 erreicht
wird. Der Öffnungsquerschnitt
des Abgasauslasses 42 wird auf analoge Weise bestimmt.