DE102014117309B4 - Valve device for exhaust gas recirculation on an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ventilvorrichtung zur Abgasrückführung an einem Verbrennungsmotor miteinem Gehäuse (48) mit zumindest einem Einlasskanal (50; 52) und zumindest einem Auslasskanal (56),zwei Ventilsitzen (60, 68), die im Gehäuse (48) ausgebildet sind,und zwei Regelkörpern (62, 70), die auf einer gemeinsamen Ventilstange (74) angeordnet sind, die über einen gemeinsamen Aktor (76) translatorisch synchron bewegbar ist und im Gehäuse (48) gelagert ist,wobei jedem Ventilsitz (60, 68) ein Regelkörper (62, 70) zur Regelung eines Durchströmungsquerschnitts (64, 72) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dassim Gehäuse (48) ein erster Einlasskanal (50) und ein zweiter Einlasskanal (52) ausgebildet sind, die durch eine Trennwand (59) voneinander getrennt sind, wobei der freie Durchströmungsquerschnitt (64) beider Einlasskanäle (50, 52) am ersten Ventilsitz (60) durch die Stellung des ersten Regelkörpers (62) zum ersten Ventilsitz (60) regelbar ist, wobei die Ventilstange (74) das Gehäuse (48) zentral zwischen den beiden Teildurchströmungsquerschnitten des Durchströmungsquerschnitts (64) und somit in Verlängerung der Trennwand (59) durchsetzt.Valve device for exhaust gas recirculation on an internal combustion engine, comprising a housing (48) with at least one inlet channel (50; 52) and at least one outlet channel (56), two valve seats (60, 68) formed in the housing (48), and two control bodies (62 , 70), which are arranged on a common valve rod (74) which can be moved translationally synchronously via a common actuator (76) and is mounted in the housing (48), each valve seat (60, 68) having a control body (62, 70 ) is assigned to regulate a flow cross-section (64, 72), characterized in that a first inlet channel (50) and a second inlet channel (52) are formed in the housing (48), which are separated from one another by a partition (59), the The free flow cross section (64) of both inlet channels (50, 52) on the first valve seat (60) can be regulated by the position of the first control body (62) in relation to the first valve seat (60), the valve rod (74) central between the housing (48) Passed through both partial flow cross-sections of the flow cross-section (64) and thus as an extension of the partition (59).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zur Abgasrückführung an einem Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse mit zumindest einem Einlasskanal und zumindest einem Auslasskanal, zwei Ventilsitzen, die im Gehäuse ausgebildet sind, und zwei Regelkörpern, die auf einer gemeinsamen Ventilstange angeordnet sind, die über einen gemeinsamen Aktor translatorisch synchron bewegbar ist und im Gehäuse gelagert ist, wobei jedem Ventilsitz ein Regelkörper zur Regelung eines Durchströmungsquerschnitts zugeordnet ist.The invention relates to a valve device for exhaust gas recirculation on an internal combustion engine with a housing with at least one inlet channel and at least one outlet channel, two valve seats that are formed in the housing, and two control bodies that are arranged on a common valve rod, which are translationally synchronous via a common actuator is movable and is mounted in the housing, each valve seat being assigned a control body for regulating a flow cross-section.
Die Abgasrückführung dient in bekannter Weise dazu, den Schadstoffausstoß von Verbrennungsmotoren zu minimieren, in dem das Abgas gekühlt oder ungekühlt vom Abgaskrümmer zurück zu den Zylindern geführt wird. Bei V-Motoren mit zwei Zylinderbänken und somit zwei Abgaskrümmern und zwei Abgasauslassleitungen, werden auch zwei Abgasrückführleitungen ausgebildet, die von den Abgasauslassleitungen abzweigen. Um diese Abgasrückführleitungen nicht über die gesamte Strecke zweiflutig ausführen zu müssen und entsprechend zwei Abgasrückführventile und Massenstromsensoren verwenden zu müssen, vereinigen sich diese Abgasrückführleitungen üblicherweise im Bereich des Abgasrückführventils zu einer Leitung. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass bei geschlossenem Abgasrückführventil stromaufwärts des Regelkörpers des Ventils keine fluidische Verbindung zwischen den beiden Abgasrückführleitungen besteht, da sonst die Pulsationen des einen Abgasstrangs auf den anderen übertragen würden. Um dies zu verhindern ist es beispielsweise bekannt in den beiden parallelen Abgasrückführleitungen Rückschlagventile anzuordnen, deren Durchströmungsquerschnitt jedoch üblicherweise relativ klein ist, so dass teilweise die hohen geforderten Rückführraten insbesondere bei relativ kleinen vorhandenen Druckgefällen nicht zu verwirklichen sind.The exhaust gas recirculation is used in a known manner to minimize the pollutant emissions from internal combustion engines, in which the exhaust gas is cooled or uncooled from the exhaust manifold back to the cylinders. In V-engines with two cylinder banks and thus two exhaust manifolds and two exhaust gas outlet lines, two exhaust gas recirculation lines are also formed, which branch off from the exhaust gas outlet lines. In order not to have to run these exhaust gas recirculation lines with two flow lines over the entire route and to have to use two exhaust gas recirculation valves and mass flow sensors, these exhaust gas recirculation lines usually combine to form one line in the area of the exhaust gas recirculation valve. However, care must be taken that when the exhaust gas recirculation valve is closed, there is no fluidic connection between the two exhaust gas recirculation lines upstream of the valve's regulating body, since otherwise the pulsations of one exhaust gas line would be transferred to the other. To prevent this, it is known, for example, to arrange check valves in the two parallel exhaust gas recirculation lines, the flow cross-section of which, however, is usually relatively small, so that in some cases the high required return rates cannot be achieved, especially with relatively small pressure gradients.
Um auf derartige Rückschlagventile verzichten zu können und dennoch eine Trennung der beiden Abgasrückführleitungen im Betrieb ohne Abgasrückführung verwirklichen zu können, ist es bekannt, Ventilvorrichtungen zu nutzen, die ein Gehäuse mit zwei Einlässen und einem Auslass aufweisen, wobei zwischen den Kanälen zwei Ventilsitze ausgebildet sind, die von zwei auf einer Ventilstange angeordneten und gemeinsam betätigten Regelkörpern beherrscht werden. Bei Betätigung des Ventils werden automatisch beide Durchströmungsquerschnitte freigegeben, so dass eine Strömung von beiden Einlässen zum Auslass erfolgen kann.In order to be able to dispense with such check valves and still be able to achieve a separation of the two exhaust gas recirculation lines during operation without exhaust gas recirculation, it is known to use valve devices which have a housing with two inlets and one outlet, two valve seats being formed between the channels, which are controlled by two regulating bodies arranged on a valve rod and operated together. When the valve is actuated, both flow cross-sections are automatically released so that a flow can take place from both inlets to the outlet.
Ein solches Abgasrückführventil für einen V-Motor ist beispielsweise aus der
Eine alternative Ausführung hierzu ist in der
Die
Des Weiteren ist aus der
Nachteilig an allen diesen Ausführungen ist es jedoch, dass das Volumen eines im Abgasrückführkanal angeordneten Kühlers zur Kühlung des Abgasstroms die Gasdynamik im Verbrennungsmotor in Lastbereichen, in denen kein Abgas zurückgeführt wird, negativ beeinflusst, da eine größere Schwingsäule für auftretende Pulsationen zur Verfügung steht und die Druckwellen durch die vorhandenen Einbauten im Wärmetauscher beeinflusst werden. Diese Effekte treten besonders bei Motoren in V-Bauform mit zwei getrennten Zylinderbänken auf.A disadvantage of all of these designs, however, is that the volume of a cooler arranged in the exhaust gas recirculation duct to cool the exhaust gas flow negatively affects the gas dynamics in the internal combustion engine in load ranges in which no exhaust gas is recirculated, since a larger oscillating column is available for pulsations that occur and the Pressure waves are influenced by the existing fixtures in the heat exchanger. These effects occur particularly in V-shaped engines with two separate cylinder banks.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Ventilvorrichtung zur Abgasrückführung zu schaffen, mit der die Gasdynamik des Motors möglichst wenig durch ein nicht benutztes Abgasrückführsystem beeinflusst wird und welches auch für die Verwendung bei V-Motoren geeignet sein soll, ohne zusätzliche Bauteile verwenden zu müssen.The object is therefore to create a valve device for exhaust gas recirculation with which the gas dynamics of the engine is influenced as little as possible by an unused exhaust gas recirculation system and which should also be suitable for use in V-engines without having to use additional components.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by a valve device with the features of the main claim.
Dadurch, dass im Gehäuse ein erster Einlasskanal und ein zweiter Einlasskanal ausgebildet sind, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, wobei der freie Durchströmungsquerschnitt beider Einlasskanäle am ersten Ventilsitz durch die Stellung des ersten Regelkörpers zum ersten Ventilsitz regelbar ist, und wobei die Ventilstange das Gehäuse zentral zwischen den beiden Teildurchströmungsquerschnitten des Durchströmungsquerschnitts und somit in Verlängerung der Trennwand durchsetzt, bleiben bei Verbrennungsmotoren mit zwei getrennten Zylinderbänken diese beiden Abgasstränge im geschlossenen Zustand des Ventils getrennt, so dass kein Überschwingen von der einen Zylinderbank auf die andere möglich ist. Es erfolgt somit eine Trennung der beiden Abgasrückführkanäle von den beiden Zylinderbänken bis zum Regelkörper des Ventils, so dass bei geschlossenem Regelkörper keine gegenseitige Beeinflussung der Abgasströme vorliegt. Des Weiteren wird dennoch ein gemeinsamer Durchsatz durch den zweiten Regelkörper geregelt. Mit derartigen Hubventilen sind eine sehr genaue Regelung und ein dichter Verschluss einfach erreichbar. Es wird wenig Bauraum benötigt.Characterized in that a first inlet channel and a second inlet channel are formed in the housing, which are separated from one another by a partition, the free flow cross-section of both inlet channels on the first valve seat being controllable by the position of the first control body relative to the first valve seat, and the valve rod being the housing interspersed centrally between the two partial flow cross-sections of the flow cross-section and thus in the extension of the partition, in internal combustion engines with two separate cylinder banks these two exhaust lines remain separated when the valve is closed, so that no overshoot from one cylinder bank to the other is possible. There is thus a separation of the two exhaust gas recirculation channels from the two cylinder banks up to the control body of the valve, so that when the control body is closed there is no mutual influence of the exhaust gas flows. Furthermore, a common throughput is still regulated by the second regulating body. With such lift valves, very precise regulation and a tight seal can be easily achieved. Little space is required.
Dadurch, dass der erste Ventilsitz zwischen dem Einlasskanal und einem Wärmetauscher angeordnet ist und der zweite Ventilsitz zwischen dem Wärmetauscher und dem Auslasskanal angeordnet ist, werden sowohl der Turbinenwirkungsgrad als auch die Gasdynamik des Verbrennungsmotors verbessert werden, da das dem Abgaskrümmer anhängende Gasvolumen um das Volumen des Abgaskühlers verringert wird. Auch das Gasvolumen des Ansaugkrümmers wird nicht vergrößert, da auch hier eine Abtrennung des Kühlervolumens durch den stromabwärts des Kühlers angeordneten Regelkörper erfolgt.Because the first valve seat is arranged between the inlet channel and a heat exchanger and the second valve seat is arranged between the heat exchanger and the outlet channel, both the turbine efficiency and the gas dynamics of the internal combustion engine are improved, since the gas volume attached to the exhaust manifold increases by the volume of the Exhaust gas cooler is reduced. The gas volume of the intake manifold is not increased either, since here, too, the cooler volume is separated off by the regulating body arranged downstream of the cooler.
Durch beide Ausführungen wird entsprechend die Gasdynamik im Verbrennungsmotor verbessert.Both versions improve the gas dynamics in the internal combustion engine accordingly.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, zwischen den beiden Ventilsitzen eine Gehäusewand auszubilden, über die die beiden getrennten Einlasskanäle vom zweiten Ventilsitz im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung getrennt sind. Dies ermöglicht es, das Ventil sehr klein zu bauen, da der Einlasskanal gegenüberliegend zum Auslasskanal des Wärmetauschers ausgebildet werden kann und ein direktes Anströmen des zweiten Ventilsitzes gleichzeitig verhindert wird.Furthermore, it is advantageous to form a housing wall between the two valve seats, via which the two separate inlet channels are separated from the second valve seat in the closed state of the valve device. This makes it possible to build the valve very small, since the inlet channel can be formed opposite to the outlet channel of the heat exchanger and a direct flow against the second valve seat is prevented at the same time.
Vorzugsweise sind am Gehäuse ein zweiter Auslasskanal und ein dritter Einlasskanal ausgebildet, durch die ein Anschluss eines beispielsweise U-förmig durchströmten Kühlers zwischen den beiden Ventilsitzen ermöglicht wird.A second outlet channel and a third inlet channel are preferably formed on the housing, through which a connection of a cooler, for example through which there is a U-shaped flow, is enabled between the two valve seats.
Vorteilhafterweise ist dabei der zweite Auslasskanal stromabwärts des ersten Ventilsitzes angeordnet und der dritte Einlasskanal ist stromaufwärts des zweiten Ventilsitzes ausgebildet, so dass das Gehäuse des Ventils zunächst über die beiden Einlasskanäle angeströmt wird, hinter dem ersten Ventilsitz der Abgasstrom über den zweiten Auslasskanal aus dem Gehäuse zum Kühler strömt und wieder zurück über den dritten Einlasskanal in das Gehäuse der Ventilvorrichtung strömt. Hinter dem zweiten Ventilsitz strömt das Abgas dann durch den ersten Auslasskanal aus dem Gehäuse in Richtung des Saugrohres.Advantageously, the second outlet channel is arranged downstream of the first valve seat and the third inlet channel is formed upstream of the second valve seat, so that the valve housing is first flown through the two inlet channels, behind the first valve seat the exhaust gas flow through the second outlet channel from the housing to the The cooler flows and flows back into the housing of the valve device via the third inlet channel. Behind the second valve seat, the exhaust gas then flows through the first outlet channel out of the housing in the direction of the intake manifold.
Durch eine Verbindung des zweiten Auslasskanals und des dritten Einlasskanals über den Wärmetauscher sind keine zusätzlichen Leitungen notwendig, so dass der benötigte Bauraum minimiert wird.By connecting the second outlet channel and the third inlet channel via the heat exchanger, no additional lines are necessary, so that the required installation space is minimized.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist die Gehäusewand zwischen den ersten beiden Einlasskanälen und dem dritten Einlasskanal angeordnet, der in Verlängerung der beiden ersten Einlasskanäle im Gehäuse angeordnet ist. Dies verringert den Bauraum der Ventilvorrichtung.In a further embodiment, the housing wall is arranged between the first two inlet channels and the third inlet channel, which is arranged in the housing as an extension of the two first inlet channels. This reduces the installation space of the valve device.
In diesen bevorzugten Ausführungen ist der erste Einlasskanal mit einer ersten Zylinderbank verbunden und der zweite Einlasskanal mit einer zweiten Zylinderbank verbunden, wodurch die Trennung der Zylinderbänke bei geschlossenem Ventil sichergestellt wird.In these preferred embodiments, the first inlet duct is connected to a first cylinder bank and the second inlet duct is connected to a second cylinder bank, whereby the separation of the cylinder banks is ensured when the valve is closed.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist im dritten Einlasskanal eine Öffnung ausgebildet, in der ein Druck- oder Strömungssensor angeordnet ist. Dieser dient dazu die Strömung durch den Wärmetauscher zu bestimmen und somit eine optimale zum Saugrohr zurückgeführte Abgasmenge regeln zu können. Dabei befindet sich der Sensor auf der kalten Seite des Wärmetauschers und ist somit geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt.In a particularly preferred embodiment, an opening in which a pressure or flow sensor is arranged is formed in the third inlet channel. This is used to determine the flow through the heat exchanger and thus to be able to regulate an optimal amount of exhaust gas returned to the intake manifold. The sensor is located on the cold side of the heat exchanger and is therefore less exposed to thermal loads.
Es wird somit eine Ventilvorrichtung geschaffen, mit der bei geschlossenem Ventil nicht nur eine vollständige Trennung der Zylinderbänke vorliegt, sondern auch ein Gesamtmassenstrom über den zweiten Regelkörper geregelt wird. Zusätzlich wird das Gasvolumen des Abgasrückführkanals minimiert, indem das Kühlervolumen sowohl vom Abgaskrümmer als auch vom Ansaugkrümmer getrennt wird. Dies verursacht eine bessere Gasdynamik des Motors und erhöht den Turbinenwirkungsgrad. Um dies zu erreichen werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Stattdessen wird dies mit einem einfach aufgebauten Ventil mit nur einem Aktor erreicht.A valve device is thus created with which, when the valve is closed, there is not only complete separation of the cylinder banks, but also a total mass flow is regulated via the second control body. In addition, the gas volume of the exhaust gas recirculation duct is minimized by separating the cooler volume from both the exhaust manifold and the intake manifold. This causes better gas dynamics in the engine and increases the turbine efficiency. No additional components are required to achieve this. Instead, this is achieved with a simply constructed valve with only one actuator.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit zwei Zylinderbänken mit Abgasrückführung. -
2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in Seitenansicht. -
3 zeigt die Seitenansicht der Ventilvorrichtung aus2 in Draufsicht. -
4 zeigt eine Seitenansicht der Ventilvorrichtung der2 und3 von der gegenüberliegenden Seite als Draufsicht.
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1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with two cylinder banks with exhaust gas recirculation. -
2 shows a perspective sectional view of a valve device according to the invention in side view. -
3 shows the side view of the valve device from2 in plan view. -
4th FIG. 13 shows a side view of the valve device of FIG2 and3 from the opposite side as a plan view.
In
Stromaufwärts der Turbine
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
Die beiden Einlasskanäle
Dieser dritte Einlasskanal
Beide Regelkörper
Zur Regelung der zurückzuführenden Abgasmenge muss der Aktor
Im Betrieb des Verbrennungsmotors
Das hierzu verwendete Ventil ist in seinem Aufbau sehr einfach und leicht zu montieren. Der Platzbedarf ist ebenfalls minimiert. Dennoch ist eine sehr genaue Regelung möglich.The valve used for this is very simple and easy to assemble in its structure. The space requirement is also minimized. However, a very precise regulation is possible.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So kann die Lage der Einlass- und Auslasskanäle im Gehäuse geändert werden oder andere Regelkörper verwendet werden. Insbesondere bei Veränderung der Form des Wärmetauschers kann eine solche Änderung der Kanäle zueinander sinnvoll sein. Auch bei einer Niederdruckabgasrückführung kann diese Ventilvorrichtung genutzt werden.It should be clear that the scope of protection of the main claim is not limited to the exemplary embodiment described. The position of the inlet and outlet channels in the housing can be changed or other control bodies can be used. Such a change in the channels to one another can be useful in particular when the shape of the heat exchanger is changed. This valve device can also be used with low-pressure exhaust gas recirculation.
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- 2015-10-19 WO PCT/EP2015/074125 patent/WO2016083018A1/en active Application Filing
- 2015-10-19 EP EP15781366.8A patent/EP3224466B1/en active Active
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