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Die Erfindung betrifft ein Hochtemperaturventil für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Abgasventil oder Abgasrückführventil, mit einem Ventilschaft mit einem Führungsabschnitt mit gleichbleibendem Querschnitt, mit einem ersten Ventilteller, der von einer Ausnehmung durchsetzt ist, mit der der erste Ventilteller auf dem Führungsabschnitt beweglich geführt ist, wobei die Ausnehmung mit dem Führungsabschnitt abdichtet. Das erfindungsgemäße Hochtemperaturventil braucht nur einen einzigen Ventilteller zu enthalten, kann insbesondere aber zwei Ventilteller enthalten.
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Bei dem bekannten Ventil sind auf einem Führungsabschnitt eines Ventilschaftes zwei Ventilteller verschiebbar aufgenommen, wobei zwischen den beiden Ventiltellern eine Druckfeder angeordnet ist, durch die die Ventilteller jeweils nach außen beaufschlagt sind. Der Ventilschaft wird von einem Aktuator in Axialrichtung betätigt, wobei entweder der eine Ventilteller oder der andere Ventilteller von einem zugehörigen Ventilsitz abgehoben wird und so einen Durchlass zu dem einen oder dem anderen Durchlasskanal eröffnet. Beim Öffnen des Durchlasses muss die Federkraft überwunden werden. Die Federkraft muss relativ stark bemessen sein, da die Druckunterschiede zwischen den beiden Seiten erheblich sein können.
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Bei Verschiebung eines der Ventilteller entlang des zylindrisch ausgebildeten Führungsabschnittes des Ventilschaftes muss immer eine Abdichtung des Ventiltellers gegenüber dem Führungsschaft erfolgen. Infolge der hohen Abgastemperaturen und der starken möglichen Temperaturwechsel, kann sich eine relativ hohe Reibung der Ventilteller gegenüber dem Führungsabschnitt ergeben. Ferner kann sich durch eine Unsymmetrie im Aufbau eine Kippung des Ventiltellers gegenüber dem Führungsabschnitt ergeben. Dies führt zu einem entsprechenden Verschleiß und einer relativ hohen Reibung zwischen dem Ventilteller und dem Führungsabschnitt des Ventilschaftes. In ungünstigen Fällen kann die Ventilanordnung durch eine zu hohe Reibung unbrauchbar werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hochtemperaturventil für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Abgasventil oder Abgasrückführventil, zu schaffen, mit dem einerseits eine gute Abdichtung gewährleistet ist und andererseits die oben erwähnten Probleme vermieden werden. Insbesondere soll der Verschleiß auch bei hohen und wechselnden Temperaturen möglichst gering gehalten werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Hochtemperaturventil gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Ausnehmung eine von der Querschnittsform des Führungsabschnitts abweichende Form mit mindestens einer Engstelle aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Dadurch, dass die Ausnehmung eine von der Querschnittsform des Führungsabschnitts abweichende Form aufweist, wird insgesamt mehr Spiel als bei der üblichen Passung ermöglicht, bei der die Ausnehmung und der Führungsabschnitt eine korrespondierende Form aufweisen. Andererseits wird durch die Engstelle, die enger als der restliche Teil der Ausnehmung ist, erreicht, dass eine gute Abdichtung gewährleistet ist.
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Der Führungsabschnitt des Ventilschaftes weist in der Regel eine zylindrische Form auf. Grundsätzlich wären jedoch auch andere Formen denkbar, wie z. B. oval, polygonförmig etc.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung eine sich von einer Engstelle an einem ersten axialen Ende des ersten Ventiltellers zum gegenüberliegenden zweiten Ende des ersten Ventiltellers vorzugsweise konisch erweiternde Form auf.
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Mit einer derartigen Ausgestaltung ist einerseits eine gute Abdichtung gewährleistet und andererseits wird einer erhöhten Reibung durch Kippen entgegengewirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung in einem Bereich zwischen einem ersten axialen Ende und einem gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des ersten Ventiltellers eine Engstelle auf, von der ausgehend sich die Ausnehmung zu beiden Enden hin vorzugsweise konisch erweitert.
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Mit einer derartigen Ausführung wird insbesondere einer erhöhten Reibung durch Kippen entgegengewirkt, da die Verlegung der Engstelle zwischen die beiden axialen Enden des Ventiltellers im Falle einer Kippung aneinander anliegenden Flächen vermindert. Vorzugsweise ist hierbei die Engstelle in der Mitte zwischen den beiden axialen Enden angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung mindestens zwei Engstellen auf, zwischen denen sich die Ausnehmung erweitert.
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Auf diese Weise wird die Abdichtung des Ventiltellers gegenüber dem Führungsabschnitt weiter verbessert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung eine erste Engstelle mit einem ersten Querschnitt und mindestens eine zweite Engstelle mit einem zweiten Querschnitt auf, wobei die zweite und jede weitere Engstelle einen Querschnitt aufweist, der gegenüber dem Querschnitt der ersten Engstelle erweitert ist.
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Auf diese Weise wird eine besonders gute Abdichtung gewährleistet und gleichzeitig die Reibung zwischen den Ventiltellern und dem Führungsabschnitt vermindert.
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Hierbei kann eine erste Engstelle an einem ersten axialen Ende des ersten Ventiltellers vorgesehen sein und eine zweite und eine dritte Engstelle entlang der Ausnehmung vorgesehen sein, die einen größeren Querschnitt als die erste Engstelle aufweisen.
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Daneben ist es denkbar, die erste Engstelle in den mittleren Bereich zwischen die beiden axialen Enden des ersten Ventiltellers zu verlegen und die zweite und dritte Engstelle mit größerem Querschnitt an den axialen Enden vorzusehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung bildet der erste Ventilteller mit einem ersten Ventilsitz einen ersten Gasdurchlass und ein zweiter Ventilteller, dessen Aufbau vorzugsweise dem ersten Ventilteller entspricht, bildet mit einem zweiten Ventilsitz einen zweiten Gasdurchlass.
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Hierbei ist vorzugsweise zwischen den beiden Ventiltellern eine Feder angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist hierbei der erste Ventilteller auf dem Führungsabschnitt verschiebbar angeordnet und durch die Feder in Richtung auf einen Anschlag am äußeren Ende des Ventilschaftes beaufschlagt.
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Ferner ist vorzugsweise der zweite Ventilteller auf dem Führungsabschnitt verschiebbar angeordnet und durch die Feder in Richtung auf einen Anschlag am vom äußeren Ende des Ventilschaftes abgewandten Ende des Führungsabschnittes beaufschlagt.
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Mit diesen Merkmalen wird ein Ventil realisiert, das einen einzigen Eingang und zwei Ausgänge aufweist, wobei es sich z. B. um einen normalen Gasdurchlass und um einen Bypass-Gasdurchlass handeln kann.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochtemperaturventil;
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2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Hochtemperaturventil gemäß 1;
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3a bis 3f verschiedene Schnitte durch den ersten Ventilteller gemäß 2, wobei die Anordnung der Engstelle variiert ist.
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In 1 ist ein Teilschnitt durch ein Hochtemperaturventil 10 gezeigt, das hier als Abgasrückführventil(AGR)-Ventil ausgeführt ist.
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Das Hochtemperaturventil 10 weist einen Abgaszuführkanal 12 auf, einen Auslasskanal 26 und einen Bypass-Kanal 14. Ein Ventilschaft 20, der von einem mechanischen oder elektrischen Aktuator in Axialrichtung bewegt werden kann, wie durch den Pfeil 35 angedeutet ist, ist im Ventilgehäuse 11 beweglich gelagert und weist an seinem äußeren Ende einen zylindrischen Führungsabschnitt 22 auf.
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Auf dem Führungsabschnitt 22 sind zwei Ventilteller verschiebbar gelagert, nämlich ein erster, äußerer Ventilteller 18, sowie ein zweiter, innerer Ventilteller 30, zwischen denen eine Druckfeder 24 angeordnet ist. Der erste Ventilteller 18 dichtet mit einem ersten Ventilsitz 16 ab, um – je nach Ventilstellung – entweder den Gasdurchlass vom Abgaszuführkanal 12 zum Bypass-Kanal 14 zu verschließen oder freizugeben.
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Der zweite Ventilteller 30 dichtet mit einem zweiten Ventilsitz 28 ab, um – je nach Ventilstellung – den Gasdurchlass vom Abgaszuführkanal 12 zum Auslasskanal 26 entweder abzudichten oder freizugeben.
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Die Strömungsrichtung des Gases ist in 1 durch den Pfeil 32 im Abgaszuführkanal 12 und durch die Pfeile 33 und 34 im Auslasskanal 26 und im Bypass-Kanal 14 angedeutet.
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Wie insbesondere aus 2 zu ersehen ist, ist der erste Ventilteller 18 durch die Feder 24 gegen den ersten Ventilsitz 16 beaufschlagt, während der zweite Ventilteller 30 durch die Feder 24 gegen den zweiten Ventilsitz 28 beaufschlagt ist. Somit dichten in der Stellung gemäß 2 beide Ventilteller 18, 30 mit den Ventilsitzen 16, 28 ab, so dass beide Gasdurchlässe verschlossen sind.
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Hebt der Aktuator den Ventilschaft 20 nach oben ab, so wird der erste Ventilteller 18 auf einem Anschlag 36 etwa in Form einer Mutter oder eines Rings am äußeren Ende des Führungsabschnittes 22 gehalten. Bei einer Bewegung des Aktors in die entgegengesetzte Richtung nach unten wird der zweite Ventilteller 30 an einem Anschlag 38 in Form eines Absatzes gehalten.
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In der in 2 gezeigten Stellung sind beide Gasdurchlässe von den Ventiltellern 18, 30 unter Wirkung der Feder 24 verschlossen.
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Bewegt der Aktuator (nicht dargestellt) den Ventilschaft 20 aus der in 2 gezeigten Stellung nach unten, d. h. in Richtung auf den ersten Ventilsitz 16, so wird unter Überwindung der Federkraft der zweite Ventilteller 30 vom zweiten Ventilsitz 28 abgehoben, so dass der Gasdurchlass vom Abgaszuführkanal 12 zum Auslasskanal 26 freigegeben wird.
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Wird dagegen ausgehend von der in 2 gezeigten Stellung der Ventilschaft 20 vom Aktuator in die entgegengesetzte Richtung, d. h. gemäß 2 nach oben, bewegt, so dichtet der zweite Ventilteller 30 wieder mit dem zweiten Ventilsitz 28 ab, während der erste Ventilteller 18 unter Überwindung der entsprechenden Federkraft vom ersten Ventilsitz 16 abgehoben wird und somit den Gasdurchlass vom Abgaszuführkanal 12 zum Bypass-Kanal 14 freigibt.
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Da beide Ventilteller 18, 30 entlang des Führungsabschnitts 22 verschiebbar angeordnet sind, bildet eine zentrale Ausnehmung 37 des ersten Ventiltellers 18 bzw. eine zentrale Ausnehmung 39 des zweiten Ventiltellers 30 zusammen mit dem Führungsabschnitt 22 eine Gleitlagerführung und damit eine gewisse Spielpassung.
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Somit hängt die Leckagerate einerseits von der Abdichtung zwischen den jeweiligen Ventilsitzen 16 bzw. 28 mit den zugeordneten Dichtflächen am Außenumfang der Ventilteller 18 bzw. 30 als auch zusätzlich von der Spielpassung zwischen dem Führungsabschnitt 22 und den jeweiligen Ausnehmungen 37 bzw. 39 der Ventilteller 18 bzw. 30 ab. Je größer die Spielpassung, desto größer ist tendenziell die Leckagerate. Andererseits kann eine zu eng tolerierte Passung zwischen dem Führungsabschnitt 22 und den zentralen Ausnehmungen 37 bzw. 39 zu einer deutlich erhöhten Reibung führen. Diese Reibungskraft muss vom Aktuator, der den Ventilschaft 20 bewegt, zusätzlich zur Kraft der Feder 24 überwunden werden. Da erhebliche Druckunterschiede zwischen dem Abgaszuführkanal 12 einerseits und dem Auslasskanal 26 und dem Bypass-Kanal 14 andererseits auftreten können, muss die Druckfeder 24 ohnehin relativ stark bemessen sein, um ungewollte Bewegungen und damit Leckage an den jeweiligen Gasdurchlässen zu vermeiden. Dies bedeutet, dass der Aktuator entsprechend stark dimensioniert sein muss.
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Infolge der hohen Temperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius und der starken Temperaturdifferenzen, die auftreten können, können sich die Passungen zwischen dem Führungsabschnitt 22 und den Ausnehmungen 37 bzw. 39 des ersten Ventiltellers 18 bzw des zweiten Ventiltellers 30 erheblich verändern. Dies kann zu stark erhöhter Reibung und damit zum Verschleiß führen, was zum Klemmen führen kann. Daneben können infolge von Toleranzen Kippmomente zwischen den Ventiltellern 18 bzw. 30 und dem Führungsabschnitt 22 auftreten.
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Erfindungsgemäß wird nun das Dichtproblem zwischen dem Ventilschaft 20 und den Ventiltellern 18 bzw. 30 einerseits und die Gefahr erhöhter Reibung und die Gefahr des Fressens andererseits dadurch reduziert, dass die Ausnehmungen 37 bzw. 39 nicht mit einem konstanten zylindrischen Querschnitt ausgeführt werden, sondern mit einer von der Querschnittsform des Führungsabschnitts 22 abweichenden Querschnittsform, wobei mindestens eine Engstelle vorgesehen ist.
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Hierbei wird durch die Engstelle die Abdichtung gegenüber dem Führungsabschnitt 22 gewährleistet, während durch die sich gegenüber der Engstelle erweiternde Querschnittsform der Gefahr einer erhöhten Reibung und der Gefahr des Fressens entgegengewirkt wird.
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Dies wird im Folgenden anhand der 3a bis 3f näher erläutert.
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3a zeigt einen Querschnitt durch den ersten Ventilteller 18 mit einem ersten axialen Ende 40 und einem zweiten axialen Ende 42. Am zweiten axialen Ende 42 ist am Außenumfang eine Ventildichtfläche 50 ausgebildet, die mit dem zugeordneten ersten Ventilsitz 16 am Gehäuse 11 zusammenwirkt.
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Der erste Ventilteller 18 ist von der zentralen Ausnehmung 37 durchsetzt. Am ersten, schmaleren Ende 40 des Ventiltellers 18 weist die Ausnehmung 37 eine Engstelle 44 auf. Ausgehend von der Engstelle 44 erweitert sich der kreisförmige Innenquerschnitt der Ausnehmung 37 zum zweiten axialen Ende 42 hin allmählich konisch.
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In 3b ist eine abgewandelte Ausführung des ersten Ventiltellers 18 dargestellt und insgesamt mit 18a bezeichnet. Im Übrigen werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.
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Der einzige Unterschied zur Ausführung gemäß 3a besteht darin, dass die Engstelle 44 am zweiten axialen Ende 42 vorgesehen ist, während sich die Ausnehmung 37 ausgehend von der Engstelle 44 aus konisch zum ersten axialen Ende 40 hin erweitert.
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3c zeigt eine weitere Abwandlung des Ventiltellers, der insgesamt mit 18b bezeichnet ist. Hierbei ist die Engstelle 44 in der Mitte zwischen den beiden axialen Enden 40, 42 vorgesehen und erweitert sich von dort aus zu beiden Enden hin konisch.
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3d zeigt eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Ventiltellers, der insgesamt mit 18c bezeichnet ist. Hierbei ist eine erste Engstelle 44 am ersten axialen Ende vorgesehen, sowie eine zweite Engstelle 46 am zweiten axialen Ende 42. Der Querschnitt der zweiten Engstelle 46 ist etwas größer bemessen als der Querschnitt der ersten Engstelle 44. Somit erfolgt die Abdichtung im Wesentlichen an der ersten Engstelle 44. Die zweite Engstelle 46 am gegenüberliegenden zweiten Ende trägt zusätzlich zur Abdichtung bei, wobei die Erweiterung zwischen den beiden Engstellen im mittleren Bereich der Ausnehmung 37 zusätzlich zur Verminderung der Reibung beiträgt. Ruß und Verschleißpartikel können in der Erweiterung zwischen den Engstellen aufgenommen werden.
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In 3e ist eine weitere Abwandlung des Ventiltellers dargestellt und insgesamt mit 18d bezeichnet.
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Der einzige Unterschied zur Ausführung gemäß 3d besteht darin, dass die erste Engstelle 44 nunmehr am zweiten Ende 42 des Ventiltellers 18d vorgesehen ist, während die zweite Engstelle 46, die einen etwas größeren Querschnitt als die erste Engstelle 44 aufweist, am ersten Ende 40 des Ventiltellers 18d vorgesehen ist.
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In 3f ist schließlich eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Ventiltellers dargestellt und insgesamt mit Ziffer 18e bezeichnet. Hierbei weist der Ventilteller 18e eine erste Engstelle 44 in der Mitte zwischen den beiden axialen Enden 40, 42 auf, während eine zweite und eine dritte Engstelle 46, 48 an beiden Enden 40, 42 des Ventiltellers 18e vorgesehen sind.
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Zwischen den Engstellen 44, 46, 48 erweitert sich jeweils der Innenquerschnitt. Die zweite und dritte Engstelle 46, 48 weisen jeweils einen etwas größeren Querschnitt als die erste Engstelle 44 auf.
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Wie zuvor bereits erwähnt, könnte grundsätzlich auch die erste Engstelle 44 mit dem kleinsten Querschnitt an einem der beiden axialen Enden 40, 42 des Ventiltellers aufgenommen sein, während die beiden anderen Engstellen 46, 48 mit etwas größerem Querschnitt am anderen der beiden axialen Enden 40, 42 und in der Mitte vorgesehen sein können (nicht dargestellt).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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