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EP2211048A1 - Abgasklappenvorrichtung und Abgaswärmerückgewinnungssystem einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abgasklappenvorrichtung und Abgaswärmerückgewinnungssystem einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Publication number
EP2211048A1
EP2211048A1 EP10150324A EP10150324A EP2211048A1 EP 2211048 A1 EP2211048 A1 EP 2211048A1 EP 10150324 A EP10150324 A EP 10150324A EP 10150324 A EP10150324 A EP 10150324A EP 2211048 A1 EP2211048 A1 EP 2211048A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
flap
exhaust gas
passage
valve
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
EP10150324A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2211048B1 (de
Inventor
Andreas Köster
Costantino Brunetti
Michael Breuer
Andres Tönnesmann
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 EP2211048A1 publication Critical patent/EP2211048A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2211048B1 publication Critical patent/EP2211048B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
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    • F01N2240/36—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an exhaust flap
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    • F02M26/44—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders in which a main EGR passage is branched into multiple passages

Definitions

  • the invention relates to an exhaust valve device for internal combustion engines with a first housing in which a first exhaust passage is formed, in which a first control valve is arranged with a first valve body, via which an exhaust gas flow in the first exhaust passage is controllable, and a second housing in which a second exhaust duct is formed, in which a second control valve is arranged with a second flap body, via which an exhaust gas flow in the second exhaust passage is controllable, wherein the first control valve and the second control flap are mechanically coupled via an actuating device mechanically operable depending on each other and an exhaust heat recovery system of an internal combustion engine with a first branch at which an exhaust passage divides into an exhaust gas outlet passage and a bypass passage in which an exhaust gas heat exchanger is arranged, and with a second branch at which the bypass passage opens into the exhaust gas exhaust passage.
  • Such exhaust valve devices are used, for example, to achieve in exhaust gas recirculation systems, in which an exhaust gas heat exchanger is bypassed via a bypass channel, a regulation of the amounts of exhaust gas, which are passed over the exhaust gas heat exchanger or led over the bypass channel.
  • a device is for example from the EP 0 987 427 A1 known.
  • two flap body arranged at an angle of 90 ° to each other on a common shaft, each flap body dominates one of the channels. This makes it possible to adjust an exhaust gas temperature, which is provided to the internal combustion engine during the return.
  • the exhaust gas is passed over the bypass channel in the warm-up phase, whereby Pollutant emissions are reduced.
  • an exhaust gas recirculation valve is to be provided for volume control.
  • exhaust valve via which the exhaust gas back pressure is adjustable in the exhaust duct
  • exhaust gas recirculation flap is for example from the DE 10 2006 055 226 A1 known.
  • a slide over which the exhaust gas recirculation channel is closed in a branch in front of the exhaust duct and the exhaust gas recirculation channel on the end of a shaft of an exhaust valve, arranged at 90 ° to the exhaust flap, a slide over which the exhaust gas recirculation channel is closed.
  • the flow-through cross section of the exhaust gas recirculation channel is additionally increased, as a result of which the recirculated exhaust gas portion can be increased, so that in turn pollutant emissions are reduced.
  • the two exhaust ducts are opened or shot in opposite directions over the entire range of application.
  • exhaust heat recovery systems have become known in recent times, in which a bypass channel is arranged in parallel to the exhaust gas outlet channel, in which an exhaust gas heat exchanger is arranged.
  • a bypass channel is arranged in parallel to the exhaust gas outlet channel, in which an exhaust gas heat exchanger is arranged.
  • Such a system is intended to increase the comfort in a vehicle faster heating of the cooling water of the engine and thus a faster, fuel consumption but hardly increasing heating of the cab can be achieved after the cold start.
  • Such a system is for example from the DE 203 02 520 U1 known.
  • a control flap is arranged only in the exhaust main channel or the control flap is arranged in a branch in front of the bypass duct or the exhaust duct. It is designed as a pivoting flap which can be moved back and forth between the two end positions in which it closes one of the channels. This means that in each case one of the channels is fully open, while the cross section of the other is adjustable.
  • a disadvantage of such an embodiment is that it is not possible to produce a sufficient exhaust back pressure after the warm-up phase of the internal combustion engine in order to provide a sufficient exhaust gas recirculation quantity available. Even with a transmission of the other coupled exhaust valve devices on this system described remains a substantially constant cross-section to the exhaust outlet of the internal combustion engine open, whereby no sufficient exhaust backpressure can be provided.
  • the object of the invention is therefore to provide an exhaust valve device and an exhaust heat recovery system, with which a sufficient exhaust back pressure to achieve high exhaust gas recirculation rates can be ensured, both in the exhaust valve device and the exhaust system, the number of components should be kept as low as possible, so that space, costs and Weight can be reduced compared to conventional designs. In particular, additional interfaces should be avoided when using an exhaust heat recovery system.
  • an exhaust flap device in which in a first position, the first control flap fully releases the first exhaust passage while the second reef flap completely closes the second exhaust passage, in a second position the first control flap partially closes the first exhaust passage, while the second control flap completely closes the second exhaust passage and in a third position, the first control valve completely closes the first exhaust passage, while the second control valve completely releases the second exhaust passage.
  • the object is achieved by an exhaust heat recovery system with such an exhaust valve device, wherein the first control flap is arranged in the first exhaust duct serving as Abgasausariaden exhaust duct between the two branches and serves as an exhaust valve and the second control valve is arranged in the second exhaust duct serving as a bypass channel and serves as an exhaust heat recovery valve.
  • the first control flap continuously reduces the flow-through cross section of the first exhaust gas duct by actuating the adjusting device, while the second control flap closes the flow-through cross section of the second exhaust gas duct and reduces the first flow control valve between the second and the third position of the first exhaust passage by operating the adjusting device continuously, while the second control valve continuously increases the flow-through cross-section of the second exhaust passage.
  • the exhaust back pressure can be continuously controlled, and between the second and third positions, without large changes in the exhaust back pressure, exhaust heat recovery to improve comfort.
  • the inner wall of the second exhaust passage is shaped such that the inner wall substantially corresponds to the body swept by the outer periphery of the second valve body when passing through the region between the first position and the second position.
  • the second control flap in the exhaust duct can be rotated over a defined angle of rotation, without a flow-through cross-section of the channel is released.
  • the continuous closure of the second channel is ensured simultaneously with continuous opening of the first exhaust duct during the rotation from the first to the second position via a directly coupled adjusting device, without having to use additional couplings or motion converter.
  • the flap body of the second control flap is circular and axially symmetrical mounted on a shaft or made in one piece with the shaft and the inner wall of the exhaust passage has in the region between the first and the second position Regulating flap on a spherical zone shape, wherein the spherical zone of the inner wall has substantially the same diameter as the circular valve body,
  • the torques acting on the actuator by the exhaust gas flow are kept very low, so that smaller drives can be used and the power consumption decreases ,
  • such exhaust valve device is easy to manufacture and assemble.
  • the first housing and the second housing are made in one piece, wherein the valve body of the first control valve is circular and is arranged axisymmetrically on a shaft. This eliminates additional assembly steps. Furthermore, installation in the engine is simplified and the required space is minimized.
  • first flap body and the second flap body are arranged on a common single- or multi-part shaft, which can be actuated via the adjusting device. It thus eliminates additional coupling elements between actuator and flap, which again reduces the number of components and the assembly is facilitated.
  • the first control valve closes the first exhaust passage and the second control valve completely closes the second exhaust passage.
  • the exhaust backpressure can be further enhanced to further increase the exhaust gas recirculation rate.
  • the first control flap continuously reduces the flow-through cross section of the first exhaust gas duct by actuating the adjusting device between the first and the second position, while the second control damper reduces the flow-through cross section of the second Exhaust gas channel closes, reduced between the second and the fourth position, the first control valve the flow-through cross section of the first exhaust passage by operating the actuator continuously until it is closed, while the second control valve closes the flow-through cross-section and closes between the fourth and the third position, the first control valve the flow-through cross-section of the first exhaust passage completely while the second control valve continuously increases the flow-through cross-section of the second exhaust passage.
  • both channels can be individually moved independently of the fully closed position in the fully open position and thus the exhaust back pressure in the channels can be set individually.
  • This is preferably achieved by forming an inner wall of the first exhaust passage such that the inner wall substantially corresponds to the body swept through the outer periphery of the first valve body when passing through the region between the fourth and third positions and thus shapes an inner wall of the second exhaust passage in that the inner wall substantially corresponds to the body swept through the outer circumference of the second cap body when passing through the area between the first position and the second position.
  • valve body of the first control valve is circular and axially symmetrical mounted on a shaft or made integral with the shaft and the inner wall of the first exhaust duct has in the region between the fourth and the third position of the first control valve in the form of a spherical zone, wherein the spherical zone the inner wall has substantially the same diameter as the circular valve body. So relatively small actuators can be used. The manufacturing effort remains relatively low.
  • the exhaust gas heat exchanger is arranged in a first section of an exhaust gas recirculation channel of a low-pressure region of a turbocharged internal combustion engine, at the end of a third branch is arranged, at which the exhaust gas recirculation channel in another section of the exhaust gas recirculation passage, in which an exhaust gas recirculation valve is arranged, and an exhaust heat recovery passage in which the exhaust heat recovery valve is disposed, so that the first portion of the exhaust gas recirculation passage and the exhaust heat recovery passage form the bypass passage.
  • an exhaust gas flow can optionally be cooled to heat recovery or uncooled led to the exhaust outlet, while high exhaust gas recirculation rates can be ensured by a high achievable exhaust back pressure.
  • a regulation of the exhaust back pressure with or heat recovery remains possible, although only one adjusting device for adjusting the exhaust flap and the exhaust gas heat recovery valve is needed.
  • a system is proposed in which the complexity and the number of components to achieve the aforementioned functions are minimized.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an exhaust heat recovery system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a side view of an exhaust valve device according to the invention.
  • FIGS. 3 a) and b) show a first position of the two control flap of the exhaust valve device according to the invention in a sectional view along the lines BB and AA of the exhaust valve device of FIG. 2 ,
  • FIGS. 4 a) and b) show a second position of the two control valves of the exhaust valve device according to the invention in a sectional view along the lines BB and AA of the exhaust valve device of FIG. 2 ,
  • FIGS. 5 a) and b) show a third position of the two control flap of the exhaust valve device according to the invention in a sectional view along the lines BB and AA of the exhaust valve device of FIG. 2 ,
  • FIGS. 6 a) and b) show a further embodiment of the two control valves with four different positions of the control valve in a schematic representation.
  • FIG. 1 illustrated exhaust heat recovery system has an exhaust gas outlet 2, in which a diesel particulate filter 4 is arranged, which in turn is arranged in the flow direction behind a turbine, not shown, of an exhaust gas turbocharger.
  • the exhaust heat recovery system to a first branch 6, at the exhaust gas outlet channel 2 branches off an exhaust gas recirculation channel 8, in which an exhaust gas heat exchanger 10 is disposed, while in the course of the exhaust outlet 2, an exhaust flap 12 is arranged.
  • a second branch 14 is arranged, at which a bypass channel 16 opens into the exhaust gas outlet channel 2. The exhaust gas flowing into the continuing region of the exhaust gas outlet passage 2 is subsequently discharged.
  • an exhaust heat recovery passage 20 which forms the bypass passage 16 with a portion 22 of the exhaust gas recirculation passage 8, in which the exhaust gas heat exchanger 10 is arranged. While in the further section 21 of the exhaust gas recirculation passage 8 behind the third branch 18 or behind the serving as a bypass passage 16 section 22 of the exhaust gas recirculation passage 8 in Exhaust gas recirculation channel 8 an exhaust gas recirculation valve 24 is arranged to control the recirculated to an intake manifold of the internal combustion engine exhaust gas is disposed in the exhaust heat recovery channel 20, which opens into the second branch 14, an exhaust heat recovery valve 26.
  • the exhaust gas recirculation channel 8 opens in a fourth branch 28 into an intake passage 30 of the internal combustion engine which leads to a compressor, not shown, of the turbocharger.
  • exhaust gas After a cold start of the internal combustion engine exhaust gas passes through the turbine in the exhaust heat recovery system. At this time, the exhaust valve is largely unthrottled, so that the exhaust gas is passed through the exhaust gas recirculation passage 8 and the exhaust gas heat exchanger 10.
  • By opening the exhaust heat recovery valve 26 can be ensured that regardless of the position of the exhaust gas recirculation valve 24, a sufficient amount of exhaust gas is passed through the exhaust gas heat exchanger 10 in order to achieve the fastest possible heating of the coolant. This serves to heat the vehicle interior, so that the comfort can be significantly increased by rapidly increasing the coolant temperature by quickly increasing the coolant temperature.
  • the exhaust heat recovery valve 26 may be rotated to its closed position so that exhaust gas can no longer flow through the exhaust heat recovery passage 20 while the exhaust flap 12 is at least partially opened to ensure sufficient exhaust emissions.
  • exhaust flap device can be used for such an exhaust heat recovery system.
  • the in the FIG. 2 shown exhaust valve device has a first housing 34 in which a first exhaust passage 36 is formed, which can serve as Abgasauslasskanal 2 and which is dominated by a first control valve 38, which can serve as the exhaust valve 12.
  • a second housing 40 is formed integrally with the first housing 34 and forms a second exhaust passage 42, in which in turn a second control valve 44 is arranged, which can serve as exhaust heat recovery valve 26 and in the FIGS. 3 to 5 is recognizable.
  • the control valves 38, 44 each consist of a flap body 46, 48, wherein the flap body 46, 48 are mounted on a common shaft 50 which is rotatably mounted in the housing 34, 40 and the first end through a channel wall 52 of the first exhaust duct 36th extends in the direction of the adjusting device 32, via which the shaft 50 and thus the control valves 38, 44 are set in rotation.
  • an electric motor 54 which is arranged with a gear, not shown in a receiving chamber of a actuator housing 55, which is closed by a cover 56.
  • a torsion spring 57 is arranged, which serves as a run-flat spring and thus the control valves 38, 44 back to an emergency position in case of failure of the actuator 32.
  • the two flap body 46, 48 are arranged approximately rotated by 45 ° to each other on the shaft 50, wherein both the flap body 46, 48 and the cross sections of the exhaust ducts 36, 42 are formed substantially circular.
  • the flap bodies 46, 48 are mounted axially symmetrically on the shaft 50.
  • the first exhaust passage 36 is substantially straight, that is, has a constant cross section without deflections.
  • the second exhaust passage 42 has an opening 58 to an inlet 58 at an angle of approximately 65 ° employed discharge opening.
  • the inner walls 62 delimiting the exhaust gas channel 42 have a spherical shape over a predefined area, thus forming a spherical zone 64 whose diameter substantially corresponds to the diameter of an outer circumference 66 of the second valve body 48.
  • FIGS. 3a ) and b a first position of the first control flap 38 in the first housing 34 and the associated position of the second control valve 44 in the second housing 40 is shown.
  • the first exhaust passage 36 is fully opened in this position, while the second exhaust passage 42 is completely closed by the second control valve 44.
  • both control flap 38, 44 were rotated by a defined angle on the shaft 50 by means of the adjusting device 32 in their exhaust ports 36, 42, the first exhaust passage 36 is partially closed in this position by the first control valve 38, so that at a Use as an exhaust valve 12, an increased back pressure in the direction of flow in front of the control valve 38 area is generated.
  • the second exhaust passage 42 is still closed by the second control valve 44, since the periphery of the cap body 48 is still on the inner wall 62. This is achieved by the ball zone 64, at which the flap body 48 is guided between the first position and the second position.
  • the end position after rotation from the second position to a third position serving as the end position is in the FIGS. 5 a) and b) shown.
  • the first control flap 38 is in its exhaust gas channel 26 completely occlusive position.
  • the reduced effetströmbare cross section of the second position was thus reduced in the process of the cap body 46 continuously further into the closure division.
  • the flow-through cross section of the second exhaust passage 42 is continuously increased until it is completely released in the end position.
  • the various pitches of the two control valves 38, 44 are shown schematically in a continuing or alternative embodiment.
  • the first exhaust passage 36 on a spherical zone 68 the inner wall 70 in turn corresponds to the swept from the outer periphery of the cap body 46 of the first control valve 38 surface between a fourth and the third position substantially.
  • the first control flap 38 is currently in its closed state while the second control flap 44 just barely closes the second exhaust channel 42.
  • the first control flap 38 when moving between the first and second positions, the first control flap 38 is fully opened Position is moved to a free cross-section of the first exhaust passage 36 slowly closing position, while the second control valve closes the second exhaust passage 42. This movement continues until the fourth position.
  • the first exhaust gas passage 36 Upon further rotation of the control valves 38, 44 from the fourth position in the direction of the third position, the first exhaust gas passage 36 then remains completely closed, while the free cross section of the second exhaust passage 42 is continuously increased until it is completely open in the third position of the second control valve 44.
  • an exhaust valve device with which a first control flap for increasing the pressure in a first exhaust duct can be rotated into a partially or completely closing the channel position, without rotating the second directly mechanically coupled exhaust flap in a channel opening position. It is also possible to rotate the second control flap from its closed position into a position releasing the channel without the first control flap releasing the cross section.
  • an interdependent regulation of the two control flap can be realized over a predetermined angle of rotation. This is achieved within a housing with only one adjusting device, wherein both flaps are directly coupled rotationally fixed, so are rotated together. Accordingly, when used for exhaust heat recovery, this exhaust valve device is suitable for increasing the recirculated exhaust gas in an internal combustion engine.
  • a system is presented with which exhaust heat recovery without additional heat exchanger is achieved.
  • the limit rotational angle of the two flaps according to the second and the fourth position, in which the second control valve begins to open the cross-section by appropriate design of the ball zones and the position of the inlet openings to the outlet can be adapted to the needs and application of the exhaust valve device.
  • the spherical zone includes an angle of approximately 45 °, this can of course also increase or decrease. It would also be possible to rotate the spherical zone, so that inlet and outlet are opposite to each other or only offset from each other at a different height, without an angle between them is formed.

Landscapes

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Abstract

Es sind Abgasklappenvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem ersten Abgaskanal(2, 36), in dem eine Regelklappe (12, 38) angeordnet ist und einem zweiten Abgaskanal (16, 42), in dem eine zweite Regelklappe (26, 44) angeordnet ist, wobei die erste Regelklappe (12, 38) und die zweite Regelklappe (26, 44) gemeinsam über eine Stellvorrichtung (32) mechanisch gekoppelt abhängig voneinander betätigbar sind, und entsprechende Abgassysteme, in denen derartige Abgasklappenvorrichtungen angeordnet sind, bekannt. Bei der Verwendung in einem Abgaswärmerückgewinnungssystem kann bei gekoppelter Abgasklappe und Bypassklappe keine ausreichende Abgasrückführmenge sichergestellt werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Abgasklappenvorrichtung derart auszubilden, dass in einer ersten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) vollständig freigibt, während die zweite Regelklappe (26, 44) den zweiten Abgaskanal (16, 42) vollständig verschließt, in einer zweiten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) teilweise verschließt, während die zweite Regelklappe (12, 38) den zweiten Abgaskanal (16, 42) vollständig verschließt und in einer dritten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) vollständig verschließt, während die zweite Regelklappe (26, 44) den zweiten Abgaskanal (16, 42) vollständig freigibt. So kann mit einfachen Mitteln ein ausreichender Abgasgegendruck erzeugt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit einem ersten Gehäuse, in dem ein erster Abgaskanal ausgebildet ist, in dem eine erste Regelklappe mit einem ersten Klappenkörper angeordnet ist, über die ein Abgasstrom im ersten Abgaskanal regelbar ist, und einem zweiten Gehäuse, in dem ein zweiter Abgaskanal ausgebildet ist, in dem eine zweite Regelklappe mit einem zweiten Klappenkörper angeordnet ist, über die ein Abgasstrom im zweiten Abgaskanal regelbar ist, wobei die erste Regelklappe und die zweite Regelklappe gemeinsam über eine Stellvorrichtung mechanisch gekoppelt abhängig voneinander betätigbar sind sowie ein Abgaswärmerückgewinnungssystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einer ersten Verzweigung, an der sich ein Abgaskanal in einen Abgasauslasskanal und einen Bypasskanal, in dem ein Abgaswärmetauscher angeordnet ist, teilt und mit einer zweiten Verzweigung, an der der Bypasskanal in den Abgasauslasskanal mündet.
  • Derartige Abgasklappenvorrichtungen werden beispielsweise genutzt, um in Abgasrückführsystemen, in denen ein Abgaswärmetauscher angeordnet ist, der über einen Bypasskanal umgehbar ist, eine Regelung der Abgasmengen zu erreichen, die über den Abgaswärmetauscher geführt werden oder über den Bypasskanal geführt werde. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 987 427 A1 bekannt. Hier sind zwei Klappenkörper im Winkel von 90° zueinander auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, wobei jeder Klappenkörper einen der Kanäle beherrscht. Hierdurch wird es möglich, eine Abgastemperatur einzustellen, die dem Verbrennungsmotor bei der Rückführung zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere zum schnelleren Aufheizen des Motors wird in der Warmlaufphase das Abgas über den Bypasskanal geführt, wodurch Schadstoffemissionen reduziert werden. Zusätzlich ist ein Abgasrückführventil zur Mengenregelung vorzusehen.
  • Des Weiteren sind zumeist über Gestänge gekoppelte Regelklappe bekannt, bei denen die Abgasklappe, über welche der Abgasgegendruck im Abgaskanal einstellbar ist, mit einer Abgasrückführklappe gekoppelt ist. Eine Kombination aus Abgasklappe und Abgasrückführklappe ist beispielsweise aus der DE 10 2006 055 226 A1 bekannt. Hier ist in einer Verzweigung vor dem Abgaskanal und dem Abgasrückführkanal auf dem Ende einer Welle einer Abgasklappe, im 90° Winkel zur Abgasklappe, ein Schieber angeordnet, über den der Abgasrückführkanal verschließbar ist. Bei Erhöhung des Abgasgegendrucks durch Schließen der Abgasklappe wird zusätzlich der durchströmbare Querschnitt des Abgasrückführkanals vergrößert, wodurch der rückgeführte Abgasanteil erhöht werden kann, so dass wiederum Schadstoffemissionen verringert werden. In beiden Anwendungen werden die beiden Abgaskanäle über den gesamten Anwendungsbereich gegenläufig geöffnet beziehungsweise geschossen.
  • Zusätzlich sind in neuerer Zeit Abgaswärmerückgewinnungssysteme bekannt geworden, bei denen zum Abgasauslasskanal parallel ein Bypasskanal angeordnet wird, in dem ein Abgaswärmetauscher angeordnet ist. Durch ein derartiges System soll zur Erhöhung des Komfort in einem Fahrzeug eine schnellere Aufheizung des Kühlwassers des Verbrennungsmotors und somit eine schnellere, den Kraftstoffverbrauch jedoch kaum erhöhende Aufheizung der Fahrerkabine nach dem Kaltstart erreicht werden.
  • Eine derartiges System ist beispielsweise aus der DE 203 02 520 U1 bekannt. Dabei wird entweder nur im Abgashauptkanal eine Regelklappe angeordnet oder die Regelklappe wird in einer Verzweigung vor dem Bypasskanal beziehungsweise dem Abgaskanal angeordnet. Sie wird dabei als Schwenkklappe ausgebildet, die zwischen den beiden Endstellungen, in denen sie jeweils einen der Kanäle verschließt, hin und her- bewegt werden kann. Dies bedeutet, dass jeweils einer der Kanäle vollständig geöffnet ist, während der Querschnitt des jeweils anderen regelbar ist.
  • Nachteilig an einer derartigen Ausführung ist, dass es nicht möglich ist, nach der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors einen ausreichenden Abgasgegendruck zu erzeugen, um eine ausreichende Abgasrückführmenge zur Verfügung zu stellen. Auch bei einer Übertragung der anderen gekoppelten Abgasklappenvorrichtungen auf dieses beschriebene System bleibt ein im Wesentlichen konstanter Querschnitt zum Abgasauslass der Verbrennungskraftmaschine geöffnet, wodurch kein ausreichender Abgasgegendruck mehr zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abgasklappenvorrichtung und ein Abgaswärmerückgewinnungssystem zu schaffen, mit denen ein ausreichender Abgasgegendruck zum Erreichen hoher Abgasrückführraten sichergestellt werden kann, Sowohl bei der Abgasklappenvorrichtung als auch beim Abgassystem soll die Bauteileanzahl möglichst gering gehalten werden, so dass Bauraum, Kosten und Gewicht im Vergleich zu üblichen Ausführungen reduziert werden. Insbesondere sollen zusätzliche Schnittstellen bei Verwendung eines Abgaswärmerückgewinnungssystems vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasklappenvorrichtung gelöst, bei der in einer ersten Position die erste Regelklappe den ersten Abgaskanal vollständig freigibt, während die zweite Regefklappe den zweiten Abgaskanal vollständig verschließt, in einer zweiten Position die erste Regelklappe den ersten Abgaskanal teilweise verschließt, während die zweite Regelklappe den zweiten Abgaskanal vollständig verschließt und in einer dritten Position die erste Regelklappe den ersten Abgaskanal vollständig verschließt, während die zweite Regelklappe den zweiten Abgaskanal vollständig freigibt. Entsprechend wird die Aufgabe durch ein Abgaswärmerückgewinnungssystem mit einer derartigen Abgasklappenvorrichtung gelöst, wobei die erste Regelklappe im als Abgasauslasskanal dienenden ersten Abgaskanal zwischen den beiden Verzweigungen angeordnet ist und als Abgasklappe dient und die zweite Regelklappe im als Bypasskanal dienenden zweiten Abgaskanal angeordnet ist und als Abgaswärmerückgewinnungsventil dient. Es wird somit möglich, die Abgasklappe im Kanal zu drehen und somit einen Abgasgegendruck einzustellen, ohne dass der Bypasskanal geöffnet wird. Hierdurch können deutlich verbesserte Abgasrückführraten auch in Abgaswarmerückgewinnungssystemen erzielt werden. Auf zusätzliche Schnittstellen und Bauteile, die bei Ansteuerung mehrerer Klappen erforderlich wären, kann weitestgehend verzichtet werden, so dass Kosten reduziert werden.
  • Vorzugsweise verkleinert zwischen der ersten und der zweiten Position die erste Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals durch Betätigen der Stellvorrichtung kontinuierlich, während die zweite Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals verschließt und verkleinert zwischen der zweiten und der dritten Position die erste Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals durch Betätigen der Stellvorrichtung kontinuierlich, während die zweite Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals kontinuierlich vergrößert. Somit kann zwischen der ersten und der zweiten Position der Abgasgegendruck kontinuierlich geregelt werden und zwischen der zweiten und dritten Position ohne große Änderungen des Abgasgegendrucks eine Abgaswärmerückgewinnung zur Verbesserung des Komforts stattfinden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenwand des zweiten Abgaskanals derart geformt, dass die Innenwand im Wesentlichen dem durch den Außenumfang des zweiten Klappenkörpers beim Durchfahren des Bereiches zwischen der ersten Position und der zweiten Position überstrichenen Körper entspricht. Hierdurch kann die zweite Regelklappe im Abgaskanal über einen definierten Drehwinkel gedreht werden, ohne dass ein durchströmbarer Querschnitt des Kanals freigegeben wird. So wird auf einfache Weise gleichzeitig der andauernde Verschluss des zweiten Kanals bei kontinuierlichem Öffnen des ersten Abgaskanals bei der Drehung von der ersten in die zweite Position über eine direkt gekoppelte Stellvorrichtung sichergestellt, ohne zusätzliche Kupplungen oder Bewegungsumformer verwenden zu müssen.
  • In einer weiterführenden Ausführungsform ist der Klappenkörper der zweiten Regelklappe kreisförmig ausgebildet und achssymmetrisch auf einer Welle befestigt oder einstückig mit der Welle hergestellt und die Innenwand des Abgaskanals weist im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Position der Regelklappe eine Kugelzonenform auf, wobei die Kugelzone der Innenwand im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der kreisförmige Klappenkörper, Bei einer derartigen Ausführung werden die auf die Stellvorrichtung durch den Abgasstrom wirkenden Drehmomente sehr gering gehalten, so dass kleinere Antriebe verwendet werden können und der Stromverbrauch sinkt. Zusätzlich ist eine derartige Abgasklappenvorrichtung leicht herstellbar und montierbar.
  • Dabei ist es vorteilhaft, eine Eintrittsöffnung des zweiten Gehäuses versetzt zu einer Austrittsöffnung des zweiten Gehäuses anzuordnen. Dies erleichtert die Herstellung der Kugelzone, da Hinterschnitte vermieden werden.
  • Vorzugsweise sind das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse einstückig hergestellt, wobei der Klappenkörper der ersten Regelklappe kreisförmig ausgebildet ist und achssymmetrisch auf einer Welle angeordnet ist. Hierdurch entfallen zusätzliche Montageschritte. Des Weiteren wird der Einbau im Motor vereinfacht und der benötigte Bauraum minimiert.
  • In einer weiterführenden Ausführungsform sind der erste Klappenkörper und der zweite Klappenkörper auf einer gemeinsamen ein- oder mehrteiligen Welle angeordnet, die über die Stellvorrichtung betätigbar ist. Es entfallen somit zusätzliche Kopplungsglieder zwischen Stellvorrichtung und Klappe, wodurch erneut die Bauteileanzahl reduziert und die Montage erleichtert wird.
  • Vorzugsweise verschließt beim Verdrehen der Regelklappen zwischen der zweite und der dritten Position in einer vierten Position die erste Regelklappe den ersten Abgaskanal und die zweite Regelklappe den zweiten Abgaskanal vollständig, Durch eine derartige Ausführung kann der Abgasgegendruck zur weiteren Erhöhung der Abgasrückführrate zusätzlich verstärkt werden.
  • In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform verkleinert zwischen der ersten und der zweiten Position die erste Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals durch Betätigen der Stellvorrichtung kontinuierlich, während die zweite Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals verschließt, verkleinert zwischen der zweiten und der vierten Position die erste Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals durch Betätigen der Stellvorrichtung kontinuierlich bis dieser verschlossen ist, während die zweite Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt verschließt und verschließt zwischen der vierten und der dritten Position die erste Regelklappe den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals vollständig während die zweite Regelklappe den durchströmbare Querschnitt des zweiten Abgaskanals kontinuierlich vergrößert. Dies bedeutet, dass in der vierten Position gerade die erste Regelklappe den Kanal verschließt, während unmittelbar hinter dieser Position die zweite Regelklappe den Kanal beginnt freizugeben. Damit können beide Kanäle einzeln unabhängig von der vollständig geschlossenen Position in die vollständig geöffnete Position bewegt werden und somit der Abgasgegendruck in den Kanälen einzeln eingestellt werden.
  • Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass eine Innenwand des ersten Abgaskanals derart geformt ist, dass die Innenwand im Wesentlichen dem durch den Außenumfang des ersten Klappenkörpers beim Durchfahren des Bereiches zwischen der vierten und der dritten Position überstrichenen Körper entspricht und eine Innenwand des zweiten Abgaskanals derart geformt ist, dass die Innenwand im Wesentlichen dem durch den Außenumfang des zweiten Kappenkörpers beim Durchfahren des Bereiches zwischen der ersten Position und der zweiten Position überstrichenen Körper entspricht. So sind für die voneinander unabhängige Regelung keine zusätzlichen Bewegungsumformer notwendig.
  • So ist vorteilhafterweise der Klappenkörper der ersten Regelklappe kreisförmig ausgebildet und achssymmetrisch auf einer Welle befestigt oder einstückig mit der Welle hergestellt und die Innenwand des ersten Abgaskanal weist im Bereich zwischen der vierten und der dritten Position der ersten Regelklappe die Form einer Kugelzone auf, wobei die Kugelzone der Innenwand im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der kreisförmige Klappenkörper. So können relativ kleine Aktuatoren verwendet werden. Der Herstellaufwand bleibt relativ gering.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Abgaswärmerückgewinnungssystems ist der Abgaswärmetauscher in einem ersten Abschnitt eines Abgasrückführkanals eines Niederdruckbereiches einer turboaufgeladenen Verbrennungskraftmaschine angeordnet, an dessen Ende eine dritte Verzweigung angeordnet ist, an der sich der Abgasrückführkanal in einen weiteren Abschnitt des Abgasrückführkanals, in dem ein Abgasrückführventil angeordnet ist, und einen Abgaswärmerückgewinnungskanal, in dem das Abgaswärmerückgewinnungsventil angeordnet ist, teilt, so dass der erste Abschnitt des Abgasrückführkanals und der Abgaswärmerückgewinnungskanal den Bypasskanal bilden. Hierdurch entfällt im Abgassystem die Notwendigkeit eines zusätzlichen Wärmetauschers zur Wärmerückgewinnung, wodurch Kosten und Aufwand deutlich reduziert werden.
  • Durch die beanspruchten Ausführungsformen einer Abgasklappenvorrichtung und eines Abgaswärmerückgewinnungssystems mit einer derartigen Abgasklappenvorrichtung kann ein Abgasstrom wahlweise gekühlt zur Wärmerückgewinnung oder ungekühlt zum Abgasauslass geführt werden, wobei gleichzeitig hohe Abgasrückführraten durch einen hohen erreichbaren Abgasgegendruck sichergestellt werden können. Nach der Warmlaufphase bleibt eine Regelung des Abgasgegendruckes mit oder Wärmerückgewinnung möglich, obwohl nur eine Stellvorrichtung zur Verstellung der Abgasklappe und des Abgaswarmerückgewinnungsventils benötigt wird. Des Weiteren wird ein System vorgeschlagen, bei welchem die Komplexität und die Anzahl der Bauteile zur Erreichung der vorgenannten Funktionen minimiert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasklappenvorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Abgaswärmerückgewinnungssystem sind in den Figuren dargestellte und werden nachfolgend beschrieben.
  • Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Abgaswärmerückgewmnungssystems.
  • Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abgasklappenvorrichtung.
  • Figuren 3 a) und b) zeigen eine erste Position der beiden Regelklappe der erfindungsgemäßen Abgasklappenvorrichtung in geschnittener Darstellung entlang der Linien B-B und A-A der Abgasklappenvorrichtung der Figur 2.
  • Figuren 4 a) und b) zeigen eine zweite Position der beiden Regelklappen der erfindungsgemäßen Abgasklappenvorrichtung in geschnittener Darstellung entlang der Linien B-B und A-A der Abgasklappenvorrichtung der Figur 2.
  • Figuren 5 a) und b) zeigen eine dritte Position der beiden Regelklappe der erfindungsgemäßen Abgasklappenvorrichtung in geschnittener Darstellung entlang der Linien B-B und A-A der Abgasklappenvorrichtung der Figur 2.
  • Figuren 6 a) und b) zeigen eine weitere Ausführung der beiden Regelklappen mit vier verschiedenen Positionen der Regelklappe in schematischer Darstellung.
  • Das in der Figur 1 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungssystem weist einen Abgasauslasskanal 2 auf, in dem ein Dieselpartikelfilter 4 angeordnet ist, der wiederum in Strömungsrichtung hinter einer nicht dargestellten Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist. Hinter dem Dieselpartikeifilter 4 weist das Abgaswärmerückgewinnungssystem eine erste Verzweigung 6 auf, an der vom Abgasauslasskanal 2 ein Abgasrückführkanal 8 abzweigt, in dem ein Abgaswärmetauscher 10 angeordnet ist, während im weiteren Verlauf des Abgasauslasskanals 2 eine Abgasklappe 12 angeordnet ist. Hinter der Abgasklappe 12 ist eine zweite Verzweigung 14 angeordnet, an der ein Bypasskanal 16 in den Abgasauslasskanal 2 mündet. Das in den weiterführenden Bereich des Abgasauslasskanals 2 strömende Abgas wird im Folgenden ausgestoßen.
  • Vom Abgasrückführkanal 8 zweigt an einer dritten Verzweigung 18 ein Abgaswärmerückgewinnungskanal 20 ab, der mit einem Abschnitt 22 des Abgasrückführkanals 8, in dem der Abgaswärmetauscher 10 angeordnet ist, den Bypaßkanal 16 bildet. Während im weiteren Abschnitt 21 des Abgasrückführkanals 8 hinter der dritten Verzweigung 18 beziehungsweise hinter dem als Bypasskanal 16 dienenden Abschnitt 22 des Abgasrückführkanals 8 im Abgasrückführkanal 8 ein Abgasrückführventil 24 zur Regelung der zu einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine rückgeführten Abgasmenge angeordnet ist, ist im Abgaswärmerückgewinnungskanal 20, der in die zweite Verzweigung 14 mündet, ein Abgaswärmerückgewinnungsventil 26 angeordnet.
  • Der Abgasrückführkanal 8 mündet in einer vierten Verzweigung 28 in einen Ansaugkanal 30 der Verbrennungskraftmaschine der zu einem nicht dargestellten Verdichter des Turboladers führt.
  • Nach Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine gelangt Abgas über die Turbine in das Abgaswärmerückgewinnungssystem. Zu diesem Zeitpunkt ist die Abgasklappe weitestgehend ungedrosselt, so dass das Abgas über den Abgasrückführkanal 8 und den Abgaswärmetauscher 10 geführt wird. Durch Öffnen des Abgaswärmerückgewinnungsventils 26 kann sichergestellt werden, dass unabhängig von der Stellung des Abgasrückführventils 24 eine ausreichende Menge Abgas über den Abgaswärmetauscher 10 geführt wird, um eine möglichst schnelle Aufheizung des Kühlmittels zu erreichen. Dieses dient zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums, so dass durch schnelle Erhöhung der Kühlmitteltemperatur der Komfort durch schnelles Aufheizen des Fahrzeuginnenraums deutlich erhöht werden kann. Nach Durchlaufen der Warmlaufphase kann das Abgaswärmerückgewifinungsventil 26 in seine geschlossene Stellung gedreht werden, so dass über den Abgaswärmerückgewinnungskanal 20 kein Abgas mehr strömen kann, während die Abgasklappe, 12 zumindest teilweise geöffnet wird, um einen ausreichenden Abgasausstoß sicherzustellen.
  • Je nach Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine ist nach der Warmlaufphase eine sehr große Abgasmenge zum Ansaugkanal 30 zurückzuführen. Da diese Menge nicht ausschließlich durch Öffnen des Abgasrückführventils 24 sichergestellt werden kann, wird durch teilweises Verschließen des Abgasauslasskanals 2 der Abgasgegendruck erhöht, so dass die in den Abgasrückführkanal 8 einströmende Abgasmenge wächst. Hierbei muss jedoch sichergestellt werden, dass der Bypasskanal 16 verschlossen bleibt,
  • Um die Abgasklappe 12 und das Abgaswärmerückgewinnungsventil 26 über eine einzelne Stellvorrichtung 32 ansteuern zu können, kann erfindungsgemäß eine in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Abgasklappenvorrichtung für ein derartiges Abgaswärmerückgewinnungssystem verwendet werden.
  • Die in der Figur 2 dargestellte Abgasklappenvorrichtung weist ein erstes Gehäuse 34 auf, in dem ein erster Abgaskanal 36 ausgebildet ist, der als Abgasauslasskanal 2 dienen kann und der von einer ersten Regelklappe 38 beherrscht wird, die als Abgasklappe 12 dienen kann.
  • Ein zweites Gehäuse 40 ist einteilig mit dem ersten Gehäuse 34 ausgebildet und formt einen zweiten Abgaskanals 42, in dem wiederum eine zweite Regelklappe 44 angeordnet ist, die als Abgaswärmerückgewinnungsventil 26 dienen kann und in den Figuren 3 bis 5 erkennbar ist.
  • Die Regelklappen 38, 44 bestehen jeweils aus einem Klappenkörper 46, 48, wobei die Klappenkörper 46, 48 auf einer gemeinsamen Welle 50 befestigt sind, die im Gehäuse 34, 40 drehbar gelagert ist und deren erstes Ende sich durch eine Kanalwand 52 des ersten Abgaskanals 36 in Richtung der Stellvorrichtung 32 erstreckt, über die die Welle 50 und damit die Regelklappen 38, 44 in Drehung versetzbar sind. Als Antrieb der Stellvorrichtung 32 dient in vorliegender Ausführung ein Elektromotor 54, der mit einem nicht dargestellten Getriebe in einer Aufnahmekammer eines Stellergehäuses 55 angeordnet ist, welche über einen Deckel 56 verschlossen ist. Zusätzlich ist zwischen der Welle 50 und dem Stellergehäuse 55 eine Drehfeder 57 angeordnet, die als Notlauffeder dient und somit bei Ausfall der Stellvorrichtung 32 die Regelklappen 38, 44 in eine Notlaufstellung zurückdreht.
  • Wie in den Figur 3 bis 5 zu erkennen ist, sind in vorliegendem Ausführungsbeispiel die beiden Klappenkörper 46, 48 etwa um 45° verdreht zueinander auf der Welle 50 angeordnet, wobei sowohl die Klappenkörper 46, 48 als auch die Querschnitte der Abgaskanäle 36, 42 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sind. Die Klappenkörper 46, 48 sind achssymmetrisch auf der Welle 50 befestigt.
  • Aus den Figuren 3a) bis 5a) wird ersichtlich, dass der erste Abgaskanal 36 im Wesentlichen gerade verläuft, also einen gleichbleibenden Querschnitt ohne Umlenkungen aufweist.
  • Im Vergleich hierzu wird aus den Figuren 3b) bis 5b) deutlich, dass der zweite Abgaskanal 42 eine zu einer Eintrittsöffnung 58 unter einem Winkel von ca. 65° angestellte Austrittsöffnung 60 aufweist. Die den Abgaskanal 42 begrenzenden Innenwände 62 weisen über einen vordefinierten Bereich eine Kugelform auf, bilden also eine Kugelzone 64, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser eines Außenumfangs 66 des zweiten Klappenkörpers 48 entspricht. Die Folge dieser Ausformung wird im Folgenden anhand der Figuren 3 bis 5 erklärt.
  • In den Figuren 3a) und b) ist eine erste Position der ersten Regelklappe 38 im ersten Gehäuse 34 sowie die zugehörige Position der zweiten Regelklappe 44 im zweiten Gehäuse 40 dargestellt. Der erste Abgaskanal 36 ist in dieser Position vollständig geöffnet, während der zweite Abgaskanal 42 durch die zweite Regelklappe 44 vollständig verschlossen ist.
  • In der in den Figuren 4a) und 4b) dargestellten zweiten Position wurden beide Regelklappe 38, 44 um einen definierten Winkel über die Welle 50 mittels der Stellvorrichtung 32 in ihren Abgaskanälen 36, 42 verdreht, Der erste Abgaskanal 36 wird in dieser Position durch die erste Regelklappe 38 teilweise verschlossen, so dass bei einer Verwendung als Abgasklappe 12 ein erhöhter Gegendruck im in Strömungsrichtung vor der Regelklappe 38 liegenden Bereich erzeugt wird. Gleichzeitig wird der zweite Abgaskanal 42 weiterhin durch die zweite Regelklappe 44 verschlossen, da der Umfang des Kappenkörpers 48 weiterhin an der Innenwand 62 liegt. Dies wird durch die Kugelzone 64 erreicht, an der der Klappenkörper 48 zwischen der ersten Position und der zweiten Position entlang geführt wird. Dies bedeutet, dass zwischen der ersten und der zweiten Position der durchströmbare Querschnitt des ersten Abgaskanals 36 kontinuierlich verkleinert wird, während der zweite Abgaskanal 42 verschlossen bleibt. In dieser zweiten Position ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Ende der Kugelzone 64 erreicht, so dass bei weiterer Drehung der zweiten Regelklappe 44 der zweite Abgaskanal 42 langsam geöffnet wird.
  • Die Endstellung nach der Drehung von der zweiten Position in eine dritte, als Endposition dienende, Position ist in den Figuren 5 a) und b) dargestellt. Die erste Regelklappe 38 befindet sich in ihrer den Abgaskanal 26 vollständig verschließenden Position. Der verkleinerte durchströmbare Querschnitt der zweiten Position wurde somit beim Verfahren des Kappenkörpers 46 kontinuierlich weiter bis in die Verschlusssteilung verkleinert. Bei dieser Drehung von der zweiten Position in die dritte Position wird jedoch der durchströmbare Querschnitt des zweiten Abgaskanals 42 kontinuierlich vergrößert bis er in der Endstellung vollständig freigegeben wird. Bei Parallelschaltung der beiden Kanäle folgt daraus, dass der Abgasstrom im zweiten Abgaskanal 42 wächst, während er im ersten Abgaskanal 36 geringer wird bis schließlich der vollständige Abgasstrom über den zweiten Abgaskanal 42 geführt wird.
  • In den Figuren 6a) und b) sind die verschiedenen Steigungen der beiden Regelklappen 38, 44 in einem weiterführenden beziehungsweise alternativen Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Im Vergleich zur Ausführung gemäß der Figuren 3a) bis 5b) weist in dieser Ausführung auch der erste Abgaskanal 36 eine Kugelzone 68 auf, deren Innenwand 70 wiederum der vom äußeren Umfang des Kappenkörpers 46 der ersten Regelklappe 38 überstrichenen Fläche zwischen einer vierten und der dritten Position im Wesentlichen entspricht. In dieser vierten Position ist die erste Regelklappe 38 gerade in ihrem geschlossenen Zustand während die zweite Regelklappe 44 gerade noch den zweiten Abgaskanal 42 verschließt, Daraus folgt, dass zunächst bei der Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position die erste Regelklappe 38 aus ihrer vollständig geöffneten Position in eine den freien Querschnitt des ersten Abgaskanals 36 langsam verschließende Stellung bewegt wird, während die zweite Regelklappe den zweiten Abgaskanal 42 verschließt. Diese Bewegung wird bis zur vierten Position fortgesetzt. Bei Weiterdrehen der Regelklappen 38, 44 aus der vierten Position in Richtung der dritten Position bleibt daraufhin der erste Abgaskanal 36 vollständig verschlossen, während der freie Querschnitt des zweiten Abgaskanal 42 kontinuierlich vergrößert wird bis dieser in der dritten Position der zweiten Regelklappe 44 vollständig geöffnet ist.
  • Im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Ausführung wird es somit möglich, den ersten Abgaskanal 36 vollständig zu drossel und somit den Gegendruck und damit wiederum die Abgasrückführrate zusätzlich zu erhöhen. Des Weiteren sind beide Abgaskanäle 36, 42 einzeln zu regeln.
  • Es wird somit eine Abgasklappenvorrichtung geschaffen, mit der eine erste Regelklappe zur Druckerhöhung in einem ersten Abgaskanal in eine teilweise oder vollständig den Kanal verschließende Stellung verdreht werden kann, ohne die zweite direkt mechanisch gekoppelte Abgasklappe in eine den Kanal öffnende Stellung zu verdrehen. Ebenso ist es möglich, die zweite Regelklappe aus ihrer geschlossenen Stellung in eine den Kanal freigebende Stellung zu drehen, ohne dass die erste Regelklappe den Querschnitt freigibt. Je nach gewählter Ausführung kann auch eine voneinander abhängige Regelung der beiden Regelklappe über einen vorbestimmten Drehwinkel realisiert werden. Dies wird innerhalb eines Gehäuses mit nur einer Stellvorrichtung erreicht, wobei beide Klappen direkt drehfest gekoppelt sind, also miteinander verdreht werden. Entsprechend eignet sich diese Abgasklappenvorrichtung bei einer Verwendung zur Abgaswärmerückgewinnung zur Erhöhung des rückgeführten Abgases bei einer Verbrennungskraftmaschine, Zusätzlich wird ein System präsentiert, mit welchem eine Abgaswärmerückgewinnung ohne zusätzlichen Wärmetauscher erreicht wird.
  • Selbstverständlich lässt sich der Grenzdrehwinkel der beiden Klappen entsprechend der zweiten beziehungsweise der vierten Position, bei dem die zweite Regelklappe beginnt den Querschnitt zu Öffnen, durch entsprechende Gestaltung der Kugelzonen sowie der Stellung der Einlassöffnungen zu den Auslassöffnungen an die Bedürfnisse und den Einsatzfall der Abgasklappenvorrichtung anpassen. Während im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kugelzone etwa einen Winkel von 45° einschließt, lässt sich dieser selbstverständlich auch vergrößern oder verkleinern. Auch wäre es möglich, die Kugelzone zu drehen, so dass Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung einander gegenüberliegen oder nur versetzt zueinander auf einer unterschiedlichen Höhe angeordnet sind, ohne dass ein Winkel zwischen ihnen gebildet wird.
  • Verschiedene weitere konstruktive Änderungen im Vergleich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind denkbar, so beispielsweise eine nicht zentrische Lagerung einer oder beider Klappen, eine andere Anordnung der Gehäuse zueinander oder der Stellvorrichtung zum Gehäuse. Vordringlich ist es erfindungsgemäß lediglich notwendig, ein Öffnen der zweiten beziehungsweise der ersten Regelklappe beim Schließen der ersten beziehungsweise der zweiten Regelklappe zu verzögern, ohne Gestänge, Koppelgetriebe oder mehrere Stellvorrichtungen verwenden zu müssen. Auch wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Abgasklappenvorrichtung auch für andere Abgaswärmerückgewinnungssysteme geeignet ist, die beispielsweise einen gesonderten Bypasszweig mit zusätzlichem Wärmetauscher verwenden.

Claims (13)

  1. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit einem ersten Gehäuse, in dem ein erster Abgaskanal ausgebildet ist, in dem eine erste Regelklappe mit einem ersten Klappenkörper angeordnet ist, über die ein Abgasstrom im ersten Abgaskanal regelbar ist, und einem zweiten Gehäuse, in dem ein zweiter Abgaskanal ausgebildet ist, in dem eine zweite Regelklappe mit einem zweiten Klappenkörper angeordnet ist, über die ein Abgasstrom im zweiten Abgaskanal regelbar ist, wobei die erste Regelklappe und die zweite Regelklappe gemeinsam über eine Stellvorrichtung mechanisch gekoppelt abhängig voneinander betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) vollständig freigibt, während die zweite Regelklappe (26, 44) den zweiten Abgaskanal (16, 42) vollständig verschließt, in einer zweiten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) teilweise verschließt, während die zweite Regelklappe (12, 38) den zweiten Abgaskanal (16, 42) vollständig verschließt und in einer dritten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) vollständig verschließt, während die zweite Regelklappe (26, 44) den zweiten Abgaskanals (16, 42) vollständig freigibt.
  2. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Position die erste Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals (2, 36) durch Betätigen der Stellvorrichtung (32) kontinuierlich verkleinert, während die zweite Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals (16, 42) verschließt und zwischen der zweiten und der dritten Position die erste Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals (2, 36) durch Betätigen der Stellvorrichtung (32) kontinuierlich verkleinert, während die zweite Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals (16, 42) kontinuierlich vergrößert.
  3. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwand (62) des zweiten Abgaskanals (16, 42) derart geformt ist, dass die Innenwand (62) im Wesentlichen dem durch den Außenumfang des zweiten Klappenkörpers (48) beim Durchfahren des Bereiches zwischen der ersten Position und der zweiten Position überstrichenen Körper entspricht.
  4. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappenkörper (48) der zweiten Regelklappe (26, 44) kreisförmig ausgebildet ist und achssymmetrisch auf einer Welle (50) befestigt oder einstückig mit der Welle (50) hergestellt ist und die Innenwand (62) des zweiten Abgaskanals (16, 42) im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Position der zweiten Regelklappe (26, 44) die Form einer Kugelzone (64) aufweist, wobei die Kugelzone (64) der Innenwand (62) im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der kreisförmige Klappenkörper (48).
  5. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eintrittsöffnung (58) des zweiten Gehäuses (40) versetzt zu einer Austrittsöffnung (60) des zweiten Gehäuses (40) angeordnet ist.
  6. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (34) und das zweite Gehäuse (42) einstückig hergestellt sind, wobei der Klappenkörper (46) der ersten Regelklappe (12, 38) kreisförmige ausgebildet ist und achssymmetrisch auf einer Welle (50) angeordnet ist.
  7. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klappenkörper (46) und der zweite Klappenkörper (48) auf einer gemeinsamen ein- oder mehrteiligen Welle (50) angeordnet sind, die über die Stellvorrichtung (32) betätigbar ist.
  8. AbgaskJappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verdrehen der Regelklappe (12; 38, 26; 44) zwischen der zweiten und der dritten Position in einer vierten Position die erste Regelklappe (12, 38) den ersten Abgaskanal (2, 36) und die zweite Regelklappe (26, 44) den zweiten Abgaskanal (16, 42) vollständig verschließen.
  9. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Position die erste Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals (2, 36) durch Betätigen der Stellvorrichtung (32) kontinuierlich verkleinert, während die zweite Regelklappe (26, 44) den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals (16, 42) verschließt, zwischen der zweiten und der vierten Position die erste Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals (2, 36) durch Betätigen der Stellvorrichtung (32) kontinuierlich verkleinert bis dieser verschlossen ist, während die zweite Regelklappe (26, 44) den durchströmbaren Querschnitt verschließt und zwischen der vierten und der dritten Position die erste Regelklappe (12, 38) den durchströmbaren Querschnitt des ersten Abgaskanals (2, 36) vollständig verschließt während die zweite Regelklappe (26, 44) den durchströmbaren Querschnitt des zweiten Abgaskanals (16, 42) kontinuierlich vergrößert.
  10. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwand des ersten Abgaskanals (2, 36) derart geformt ist, dass die Innenwand im Wesentlichen dem durch den Außenumfang des ersten Klappenkörpers (46) beim Durchfahren des Bereiches zwischen der vierten und der dritten Position überstrichenen Körper entspricht und eine Innenwand (62) des zweiten Abgaskanal (16, 42) derart geformt ist, dass die Innenwand (62) im Wesentlichen dem durch den Außenumfang des zweiten Klappenkörpers (48) beim Durchfahren des Bereiches zwischen der ersten Position und der zweiten Position überstrichenen Körper entspricht.
  11. Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappenkörper (46) der ersten Regelklappe (12, 38) kreisförmig ausgebildet ist und achssymmetrisch auf einer Welle (50) befestigt oder einstückig mit der Welle (50) hergestellt ist und die Innenwand des ersten Abgaskanals (2, 36) im Bereich zwischen der vierten und der dritten Position der ersten Regelklappe (12, 38) die Form einer Kugelzone aufweist, wobei die Kugelzone der Innenwand im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der kreisförmige Klappenkörper (46).
  12. Abgaswärmerückgewinnungssystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einer ersten Verzweigung, an der sich ein Abgaskanal in einen Abgasauslasskanal und einen Bypasskanal, in dem ein Abgaswärmetauscher angeordnet ist, teilt und mit einer zweiten Verzweigung, an der der Bypasskanal in den Abgasauslasskanal mündet, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgaswärmerückgewinnungssystem eine Abgasklappenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, wobei die erste Regelklappe (38) im als Abgasauslasskanal (2) dienenden ersten Abgaskanal (36) zwischen den beiden Verzweigungen (6; 14) angeordnet ist und als Abgasklappe (12) dient und die zweite Regelklappe (44) im als Bypaßkanal (16) dienenden zweiten Abgaskanal (42) angeordnet ist und als Abgaswärmerückgewinnungsventil (26) dient.
  13. Abgaswärmerückgewinnungssystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmetauscher (10) in einem ersten Abschnitt (22) eines Abgasrückführkanals (8) eines Niederdruckbereiches einer turboaufgeladenen Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, an dessen Ende eine dritte Verzweigung (18) angeordnet ist, an der sich der Abgasrückführkanal (8) in einen weiteren Abschnitt (21) des Abgasrückführkanals (8), in dem ein Abgasrückführventil (24) angeordnet ist, und einen Abgaswärmerückgewinnungskanal (20), in dem das Abgaswärmerückgewinnungsventil (26) angeordnet ist, teilt, so dass der erste Abschnitt (22) des Abgasrückführkanals (8) und der Abgaswärmerückgewinnungskanal (20) den Bypasskanal (16) bilden.
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