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EP1342907B1 - Ventileinrichtung - Google Patents

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Publication number
EP1342907B1
EP1342907B1 EP02026757A EP02026757A EP1342907B1 EP 1342907 B1 EP1342907 B1 EP 1342907B1 EP 02026757 A EP02026757 A EP 02026757A EP 02026757 A EP02026757 A EP 02026757A EP 1342907 B1 EP1342907 B1 EP 1342907B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
switch element
valve means
control surface
switching element
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02026757A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1342907A2 (de
EP1342907A3 (de
Inventor
Andreas Köster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP1342907A2 publication Critical patent/EP1342907A2/de
Publication of EP1342907A3 publication Critical patent/EP1342907A3/de
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/50—Arrangements or methods for preventing or reducing deposits, corrosion or wear caused by impurities

Definitions

  • the invention relates to a valve device according to the preamble of the main claim.
  • valve devices With regard to the opening of a control surface and thus the fluidic connection from an inlet to an outlet channel of the valve, there are in particular two different possibilities, either by lifting a switching element of the control surface as in the lifting valve or by turning the switching element relative to the control surface, whereby defined through holes of the Switching element are placed exactly above the inlet channels or the inlet channel of the valve.
  • a rotary valve is described for example in the not yet published patent application with the file number 10101412.0.
  • the function and construction of globe valves is well known.
  • valve rod From the FR 2 772 429 and the US 4,666,124 poppet valves are known, the valve rod are guided over a gate so that they perform a combined lifting rotary motion when lifting from the valve seat. From the DE 1990462 a poppet valve is known which has a switching element which is a cross-section circular and has contoured passage openings. However, these valves are not suitable for controlled delivery of the fluid to different outlets.
  • a valve rod or shaft is driven as a rotation axis of the switching element via a drive module.
  • the switching elements are usually circular and have through holes, which when rotated with the openings correspond to a control surface and in this way establish the fluidic connection between the valve inlet opening and the valve outlet opening.
  • the invention is an object of the invention to provide a valve device with adjustment, which reduces the wear of the sealing surfaces and at the same time eliminates adhesions.
  • This lifting rotary motion is realized in the application example described by a backdrop with a guide contour containing a slope, and a forcibly guided in the guide contour gag, which is fixedly connected to the valve stem realized.
  • scraper edges To the through holes on the switching element are scraper edges, which push away possible dirt in the sealing area when closing the valve by the lifting rotary motion and thus clean the sealing surfaces.
  • a sealing edge directly adjoining the scraping edge achieves the sealing effect between the switching element and the control surface. Even an edge that combines the sealing and scraping function is conceivable.
  • Closing the valve in the event of a malfunction of the system can be ensured by a return spring on the gate.
  • valve device with adjusting device An embodiment of such a valve device with adjusting device is shown in the drawing and will be described below.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the valve device with adjusting device in the fully open position.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the underside of the switching element and a cut part of the control surface.
  • inventive valve means with adjustment is usually located within a valve housing, not shown here.
  • a valve rod or shaft 1 which is located in the valve housing is fixed at its first side with a switching element 2, at its second end with a drive, not shown here, usually an electric motor, connected to the switching element 2 via the Valve rod 1 turns.
  • the switching element 2 has passage openings 3, through which a fluid can flow in the open position of the valve.
  • a hole 4 At the upper end of the valve rod 1 is a hole 4, in which a toggle 5 is inserted by means of a press fit.
  • This gag 5 engages positively in two guide contours 6 a slide 7, which has the shape of a hollow cylinder in the present application example.
  • the toggle 5 When turning the valve rod 1, the toggle 5 must follow exactly the contour 6 and with it the valve rod 1 and the switching element 2, which has a circular cross-section in the present case.
  • the contour 6 In the first region 8, the contour 6 has a shape parallel to the switching element 2, so that the switching element 2 performs a pure rotational movement in this first region.
  • the contour 6 In the adjoining region 9, the contour 6 has a circumferential slope to the switching element 2 directed toward, so that the switching element 2 performs a combined rotational and lifting movement.
  • a control surface 10 which is generally fixed and connected to the valve housing. This control surface 10 also has contoured passage openings 13, which correspond to those of the switching element 2.
  • sealing edges 11 and scraping edges 12 which surround the contoured through holes 3 of the switching element 2.
  • the toggle 5 follows the contour 6 in the area 9 and there is a combined lifting rotary movement of the switching element 2 instead.
  • impurities are removed from the control surface 10 via the scraping edges 12 of the switching element 2 by the rotational movement.
  • a small gap is created by the slight lifting of the valve rod 1 with the switching element 2 by the guide contour 6, which is greatest when the end of the area 9 is reached by the toggle 5.
  • excessive friction between the scraping edges 12 of the switching element 2 and the control surface 10 is prevented.
  • the further rotational movement of the valve rod 1 and thus of the switching element 2 in the region 8 of the guide contour 6 finds a growing coverage of the through holes 3.13 of switching element 2 and control surface 10 instead.
  • the inlet side is located here on the side facing away from the switching element 2 of the control surface 10, the outlet side of the valve on the side facing away from the control element 10 of the switching element 2.
  • the volume flow of the fluid can be changed and with appropriate control be controlled by the actuator.
  • valve rod or shaft 1 is rotated in the reverse direction and accordingly carries out a pure rotary movement when passing through the toggle 5 in the area 8 and later when passing through the area 9 of the toggle from a combined lifting rotary motion.
  • the valve rod or shaft 1 is rotated in the reverse direction and accordingly carries out a pure rotary movement when passing through the toggle 5 in the area 8 and later when passing through the area 9 of the toggle from a combined lifting rotary motion.
  • valve housing and the design of link 7, guide contour 6, valve rod 1, switching element 2 and control surface 10 and the type of drive can be performed differently.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Der prinzipielle Aufbau solcher Ventileinrichtungen ist allgemein bekannt. Hinsichtlich der Öffnung einer Steuerfläche und somit der fluidischen Verbindung von einem Eintritts- zu einem Austrittskanal des Ventils gibt es insbesondere zwei verschiedene Möglichkeiten, entweder durch Abheben eines Schaltelements von der Steuerfläche wie beim Hubventil oder durch Verdrehen des Schaltelements gegenüber der Steuerfläche, wodurch definierte Durchgangsöffnungen des Schaltelements exakt über die Eintrittskanäle oder den Eintrittskanal des Ventils gelegt werden. Ein solches Drehschieberventil ist beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10101412.0 beschrieben. Die Funktions- und Bauweise von Hubventilen ist allgemein bekannt.
  • Aus der FR 2 772 429 und der US 4,666,124 sind Tellerventile bekannt, deren Ventilstange über eine Kulisse derart geführt sind, dass sie beim Abheben vom Ventilsitz eine kombinierte Hub- Drehbewegung ausführen. Aus der DE 1990462 ist ein Tellerventil bekannt, das ein Schaltelement aufweist, das ein Querschnitt Kreisförming ist und konturierte Durchgangs offnungen aufweist. Diese Ventile sind jedoch nicht zur geregelten Zuführung des Fluids zu verschiedenen Auslässen geeignet.
  • Bei einem Drehschieberventil wird eine Ventilstange bzw. -welle als Drehachse des Schaltelementes über ein Antriebsmodul angetrieben. Die Schaltelemente sind in der Regel kreisrund und besitzen Durchgangsöffnungen, die bei Verdrehen mit den Öffnungen einer Steuerfläche korrespondieren und auf diese Art und Weise die fluidische Verbindung zwischen Ventileintrittsöffnung und Ventilaustrittsöffnung herstellen.
  • Nachteil eines solchen Drehschieberventils ist der hohe Verschleiß, der durch die Reibung bei der Drehbewegung zwischen Schaltelement und Steuerfläche entsteht. Dies führt zu Leckagen am Ventil und somit zu einer geringeren Lebensdauer. Bei einem Hubventil können Verklebungen, die insbesondere durch den Einfluß von Öl und Kraftstoffadditiven oder auch anderen Verunreinigungen im Abgas in bestimmten Temperaturbereichen entstehen, zu einer Fehlfunktion des Ventils führen. Solche Verklebungen führen auch zu Problemen an Drehschieberventilen, sind hier jedoch durch die scherende Bewegung des Schaltelementes zur Steuerfläche mit geringerer Kraft zu lösen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung mit Verstellvorrichtung zu schaffen, welches den Verschleiß der Dichtflächen reduziert und gleichzeitig Verklebungen beseitigt.
  • Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
  • Hierdurch wird, nachdem ein Spalt durch die kombinierte Hub- Drehbewegung zeugt ist, noch eine weitere Drehbewegung ausgeführt. Hierdurch erhöht sich die Überdeckung der Durchgangsöffnungen im Schaltelement und in der feststehenden Steuerfläche, wodurch die Durchflußmenge verändert und auch geregelt werden kann.
  • Diese Hub- Drehbewegung wird im beschriebenen Anwendungsbeispiel durch eine Kulisse mit einer Führungskontur, die eine Steigung enthält, und einem in der Führungskontur zwangsgeführten Knebel, der fest mit der Ventilstange verbunden ist, realisiert. Durch Drehen der Ventilstange bzw. der Drehachse und damit des fest verbundenen Schaltelementes über einen Antrieb kann nun das Ventil geöffnet bzw. geschlossen werden.
  • Durch eine umlaufende Dicht- und Schabkante um die Durchgangsöffnungen des Schaltelementes können nun durch die Drehbewegung entstehende Verklebungen scherend gelöst und gleichzeitig durch die Hubbewegung ein permanentes Reiben zwischen der Schabkante und der Steuerfläche verhindert werden, was den Verschleiß im Vergleich zu einem üblichen Drehschieberventil deutlich reduziert. Auf diese Weise können also die Vorteile des Hubventils, insbesondere der geringe Verschleiß, mit den Vorteilen des Drehschieberventils, insbesondere das mögliche Abscheren von Verklebungen, miteinander kombiniert werden.
  • Um die Durchgangsöffnungen am Schaltelement befinden sich Schabkanten, die beim Schließen des Ventils durch die Hub- Drehbewegung mögliche Verschmutzungen im Dichtbereich wegschieben und somit die Dichtflächen reinigen. Eine direkt an die Schabkante anschließende Dichtkante erzielt die Dichtwirkung zwischen dem Schaltelement und der Steuerfläche. Auch eine Kante, die Dicht- und Schabfunktion kombiniert ist vorstellbar.
  • Ein Schließen des Ventils bei einer auftretenden Fehlfunktion des Systems kann durch eine Rückdrehfeder an der Kulisse sichergestellt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Ventileinrichtung mit Verstellvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ventileinrichtung mit Verstellvorrichtung in vollständig geöffneter Stellung.
  • Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Unterseite des Schaltelementes sowie einen geschnittenen Teil der Steuerfläche.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Ventileinrichtung mit Verstellvorrichtung befindet sich üblicherweise innerhalb eines hier nicht dargestellten Ventilgehäuses. Eine Ventilstange bzw. -welle 1, die sich im Ventilgehäuse befindet, ist an ihrer ersten Seite fest mit einem Schaltelement 2, an ihrem zweiten Ende mit einem hier nicht dargestellten Antrieb, in der Regel ein Elektromotor, verbunden, der das Schaltelement 2 über die Ventilstange 1 in Drehung setzt. Das Schaltelement 2 weist Durchgangsöffnungen 3 auf, durch die ein Fluid bei geöffneter Stellung des Ventils strömen kann. Am oberen Ende der Ventilstange 1 befindet sich eine Bohrung 4, in die ein Knebel 5 mittels Preßsitz gesteckt ist. Dieser Knebel 5 greift formschlüssig in zwei Führungskonturen 6 einer Kulisse 7 ein, die im vorliegenden Anwendungsbeispiel die Form eines Hohlzylinders aufweist.
  • Bei Verdrehen der Ventilstange 1 muß der Knebel 5 genau der Kontur 6 folgen und mit ihm auch die Ventilstange 1 bzw. das Schaltelement 2, welches im vorliegenden Fall einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Im ersten Bereich 8 weist die Kontur 6 eine zum Schaltelement 2 parallele Form auf, so daß das Schaltelement 2 in diesem ersten Bereich eine reine Drehbewegung ausführt. Im daran anschließenden Bereich 9 weist die Kontur 6 eine umlaufende Steigung zum Schaltelement 2 hin gerichtet auf, so daß das Schaltelement 2 eine kombinierte Dreh- und Hubbewegung ausführt. Als Gegenstück zum Schaltelement 2 befindet sich an der der Ventilstange 1 abgewandten Seite eine Steuerfläche 10, die in der Regel feststehend und mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Diese Steuerfläche 10 weist ebenfalls konturierte Durchgangsöffnungen 13 auf, die mit denen des Schaltelementes 2 korrespondieren. An der Unterseite des Schaltelementes 2 befinden sich Dichtkanten 11 und Schabkanten 12, die die konturierten Durchgangsöffnungen 3 des Schaltelementes 2 umschließen. Bei vollständig geschlossenem Ventil findet keine Überdeckung der Durchgangsöffnungen 3,13 von Schaltelement 2 und Steuerfläche 10 statt und die Dichtung zwischen einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite des Ventils findet über diese Dichtkanten 11 statt. Der Knebel 5 befindet sich zu diesem Zeitpunkt am Anschlag des Konturbereiches 9.
  • Beginnt nun die Drehung der Drehachse 1 über den Antrieb folgt der Knebel 5 der Kontur 6 im Bereich 9 und es findet eine kombinierte Hub- Drehbewegung des Schaltelementes 2 statt. Dabei werden durch die Drehbewegung Verunreinigungen über die Schabkanten 12 des Schaltelementes 2 von der Steuerfläche 10 entfernt. Gleichzeitig entsteht ein kleiner Spalt durch das leichte Anheben der Ventilstange 1 mit dem Schaltelement 2 durch die Führungskontur 6, der am größten ist, wenn das Ende des Bereiches 9 durch den Knebel 5 erreicht ist. Durch diese Hubbewegung wird eine zu große Reibung zwischen den Schabkanten 12 des Schaltelementes 2 und der Steuerfläche 10 verhindert. Während der weiteren Drehbewegung der Ventilstange 1 und somit des Schaltelementes 2 in den Bereich 8 der Führungskontur 6, findet eine wachsende Überdeckung der Durchgangsöffnungen 3,13 von Schaltelement 2 und Steuerfläche 10 statt.
  • Sowohl mit dem sich erweiternden Spalt zwischen dem Schaltelement 2 und der Steuerfläche 10 während der kombinierten Hub- Drehbewegung als auch mit steigender Überdeckung der Durchgangsöffnungen 3,13 während der reinen Drehbewegung wächst auch der Fluidstrom von der Eintrittsseite zur Austrittsseite des Ventils. Die Eintrittsseite befindet sich hier an der dem Schaltelement 2 abgewandten Seite der Steuerfläche 10, die Austrittsseite des Ventils an der dem Steuerelement 10 abgewandten Seite des Schaltelementes 2. Je nach Stellung der Drehachse 1 des Ventils kann somit der Volumenstrom des Fluids verändert und bei entsprechender Steuerung des Stellantriebs geregelt werden.
    Bei der schließenden Bewegung des Ventils wird die Ventilstange bzw. -welle 1 in umgekehrter Richtung gedreht und führt dementsprechend zunächst eine reine Drehbewegung bei Durchlaufen des Knebels 5 im Bereich 8 und später bei Durchlaufen des Bereichs 9 des Knebels eine kombinierte Hub- Drehbewegung aus. Auch hier werden während der kombinierten Hub- Drehbewegung vor der Berührung der Dichtfläche 11 des Schaltelementes 2 und der Steuerfläche 10 Verunreinigungen von der Steuerfläche 10 durch die Schabkanten 12 des Schaltelementes 2 gelöst.
  • Es sollte klar sein, daß sowohl die Bauform des Ventilgehäuses als auch die Ausgestaltung von Kulisse 7, Führungskontur 6, Ventilstange 1, Schaltelement 2 und Steuerfläche 10 sowie die Art des Antriebs unterschiedlich ausgeführt werden können.

Claims (8)

  1. Ventileinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, einer Verstellvorrichtung, einem Antrieb, einer Ventilstange (1) bzw. -welle, einem Schaltelement (2) und einer Steuerfläche (10) wobei die angetriebene Ventilstang (1) das mit ihr fest verbunden Schaltelement (2) entsprechend der Verstellvorrichtung relativ zur Steuerfläche (10) bewegt, was ein Öffnen und Schließen des Ventils verursacht, wobei die Verstellvorrichtung derartig ausgebildet ist, daß das Schaltelement (2) eine kombinierte Hub- und Drehbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (2) im Querschnitt kreisförmig ist und konturierte Durchgangsöffnungen (3) aufweist, wobei die Verstellvorrichtung derart ausgebildet ist, dass sich an die kombinierte Hub- Drehbewegung eine reine Drehbewegung anschließt.
  2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Verstellvorrichtung aus einer Kulisse (7), besteht, die eine Führungskontur (6) aufweist.
  3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ventilstange bzw. -welle (1) über ein Verbindungsstück formschlüssig mit der oder den Führungskonturer (6) der Kulisse (7) verbunden ist und somit das Schaltelement durch die Führungskonturen 6 zwangsgeführt wird.
  4. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Verbindungsstück radial zur Ventilstange (1) und in Höhe der Führungskontur (6) der Kulisse (7) angebracht ist.
  5. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Verbindungsstück ein Knebel oder ein Metallstift (5) ist, der kraft- oder stoffschlüssig mit der Ventilstange (1) verbunden ist.
  6. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Führungskontur (6) der Kulisse (7) im weiter vom Schaltelement (2) entfernten Bereich (8) parallel zum Schaltelement (2) verläuft und im sich an den Bereich (8) anschließenden Bereich (9) eine umlaufende Steigung in Richtung des Schaltelementes (2) aufweist.
  7. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Steuerfläche (10) ein feststehendes kreisförmiges Element mit konturierten Durchgangsöffnungen (13) ist, die mit den konturierten Durchgangsöffnungen (3) des Schaltelementes (2) korrespondieren.
  8. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die konturierten Durchgangsöffnungen (3) des Schaltelementes (2) umlaufende Dicht- (11) und Schabekanten (12) aufweisen.
EP02026757A 2002-03-02 2002-11-29 Ventileinrichtung Expired - Lifetime EP1342907B1 (de)

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EP1342907A3 EP1342907A3 (de) 2006-04-19
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