DE102013220862A1

DE102013220862A1 - Valve device for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102013220862A1
Application number: DE201310220862
Authority: DE
Inventors: Joachim von Willich; Peter Kohlen; Christian Reimann; Sybille Montigny
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-16
Also published as: WO2015055650A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse 1 einem in dem Gehäuse 1 befindlichen Strömungskanal 2, einer in dem Strömungskanal 2 angeordneten Klappe 3 zum Verschließen des Strömungskanals 2, wobei die Klappe 3 Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe 3 durchdringende Achse 4 befestigt und die Achse 4 drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist. Die Dichtung 7 ist im Gehäuse 1 angeordnet und der Strömungskanal 2 weist bezogen auf seine axiale Länge beidseitig der Dichtung 7 kalottenförmige Bereiche 9, 10 auf.The invention relates to a valve device for a motor vehicle with a housing 1 located in the housing 1 flow channel 2, arranged in the flow channel 2 flap 3 for closing the flow channel 2, wherein the flap has 3 areas in which a flap 3 penetrates Axis 4 attached and the axis 4 is rotatably mounted in the housing 1. The seal 7 is arranged in the housing 1 and the flow channel 2 has, based on its axial length on both sides of the seal 7 dome-shaped areas 9, 10.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe an einer Achse befestigt und die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. The invention relates to a valve device for a motor vehicle having a housing, a flow channel located in the housing, a valve disposed in the flow passage flap for closing the flow channel, wherein the flap attached to an axle and the axis is rotatably mounted in the housing.

Derartige Ventilvorrichtungen finden beispielsweise als Drosselklappenstutzen oder Abgasrückführventile Verwendung und sind seit langem bekannt. Durch die drehbar gelagerte Klappe ist es möglich, den Strömungskanal vollständig zu verschließen oder derart zu öffnen, dass ein maximaler Massendurchsatz erfolgt. Dementsprechend ist die Ventilvorrichtung nach dem maximalen Massendurchsatz und damit nach dem freien Strömungsquerschnitt im Bereich der Klappe ausgelegt. Hinsichtlich der Regelung des Massendurchsatzes besteht die größte Schwierigkeit darin, beim minimalen Massendurchsatz, bei dem die Klappe aus dem geschlossenen Zustand lediglich wenige Grad verschwenkt wird, eine hinreichende Regelgüte zu erzielen. Hierfür ist eine sorgfältige Abstimmung hinsichtlich der Geometrie und der Materialpaarungen zwischen der Klappe und dem Strömungskanal erforderlich. Dazu ist es bekannt, im Bereich der Schließstellung der Klappe einen auf die Klappe und auf die am Umfang der Klappe angeordnete Dichtung abgestimmten Ventilsitz mit zylindrischer Bohrung im Strömungskanal anzuordnen, der zu beiden Seiten von einer Kalottenstruktur umgeben ist. Da sich die Dichtung aufgrund ihrer Elastizität beim Öffnen der Klappe weitet, liegt sie zu Beginn des Öffnens weiter am Ventilsitz an. Erst ab einem gewissen Öffnungswinkel der Klappe steht die Dichtung nicht mehr mit der Wandung des Strömungskanals in Berührung. Das bedeutet, bis zu diesem Punkt ist der Strömungskanal trotz bereits verschwenkter Klappe immer noch verschlossen. Dieser Punkt im Strömungskanal ist bezogen auf die axiale Erstreckung des Strömungskanals einige Millimeter von dem Punkt entfernt, an dem die Dichtung der Klappe in der Schließstellung im Strömungskanal steht. Da die Dichtung beim Öffnen in beide Richtungen verschwenkt, verdoppelt sich diese Strecke. Der zylindrische Ventilsitz muss somit eine axiale Länge von genau dieser Strecke haben, ehe sich die beiden Kalottenstrukturen anschließen können, um den Massendurchsatz zu regeln. Nachteilig dabei ist, dass der zylindrische Ventilsitz eine nicht unerhebliche axiale Ausdehnung aufweist, was zum einen das Gewicht und die Materialkosten des Ventils erhöht. Zum anderen benötigen solche Ventile einen größeren Bauraum in axialer Erstreckung. Weiter ist aufgrund der verwendeten Dichtung, insbesondere deren Elastizität und die damit verbundene Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur, die Strecke bis zu der trotz öffnender Klappe der Strömungskanal immer noch verschlossen ist, variabel. Dadurch ist die gewählte axiale Länge des Ventilsitzes immer ein Kompromiss, so dass die Regelgüte in Abhängigkeit von diesen Randbedingungen schwankt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Klappe zuerst immer um einen nicht unerheblichen Winkel verschwenkt werden muss, bis der Regelbereich erreicht ist. Such valve devices are used for example as throttle body or exhaust gas recirculation valves use and have long been known. By the rotatably mounted flap, it is possible to completely close the flow channel or to open such that a maximum mass flow rate occurs. Accordingly, the valve device is designed for the maximum mass flow rate and thus for the free flow cross-section in the region of the flap. With regard to the control of the mass flow rate, the greatest difficulty is to achieve a sufficient control quality at the minimum mass flow rate at which the flap is pivoted from the closed state only a few degrees. For this purpose, a careful coordination with regard to the geometry and the material pairings between the flap and the flow channel is required. For this purpose, it is known to arrange in the region of the closed position of the flap on the flap and arranged on the circumference of the flap seal valve seat with a cylindrical bore in the flow channel, which is surrounded on both sides by a Kalottenstruktur. Since the seal expands due to its elasticity when opening the flap, it is at the beginning of opening on the valve seat on. Only from a certain opening angle of the flap, the seal is no longer in contact with the wall of the flow channel. This means, up to this point, the flow channel is still closed, despite the already pivoted flap. This point in the flow channel is based on the axial extent of the flow channel a few millimeters from the point at which the seal of the flap is in the closed position in the flow channel. Since the seal pivots in both directions when opening, this distance doubles. The cylindrical valve seat must therefore have an axial length of exactly this distance, before the two dome structures can connect to control the mass flow rate. The disadvantage here is that the cylindrical valve seat has a considerable axial extent, which on the one hand increases the weight and material costs of the valve. On the other hand, such valves require a larger space in the axial direction. Further, due to the seal used, in particular its elasticity and the associated expansion as a function of the temperature, the distance to the despite opening flap of the flow channel is still closed, variable. As a result, the selected axial length of the valve seat is always a compromise, so that the control quality varies depending on these boundary conditions. Another disadvantage is that the flap must first always be pivoted by a significant angle until the control range is reached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung zu schaffen, mit der insbesondere kleine Massendurchsätze mit hoher Güte und geringem Aufwand regelbar sind. The invention has for its object to provide a valve device with the particular small mass flow rates with high quality and low cost can be controlled.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Dichtung im Gehäuse angeordnet ist und dass der Strömungskanal bezogen auf seine axiale Länge beidseitig der Dichtung kalottenförmige Bereiche aufweist. The object is achieved in that the seal is arranged in the housing and that the flow channel relative to its axial length on both sides of the seal has dome-shaped areas.

Mit der Anordnung der Dichtung im Gehäuse und somit in der Wand des Strömungskanals reicht aufgrund der geringen Dicke der Dichtung bereits ein ganz geringer Schwenkwinkel der Klappe, dass die Klappe nicht mehr in Berührung mit der feststehenden Dichtung ist. Das hat zur Folge, dass die Klappe bereits ab diesem geringen Schwenkwinkel in den Wirkbereich der beiden kalottenförmigen Bereiche und damit in den Regelbereich eintritt. Der wesentlichste Vorteil besteht darin, dass mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung bereits ab einem sehr geringen Schwenkwinkel der Klappe ein Massendurchsatz regelbar ist. Die kalottenförmigen Bereiche erlauben dabei die Regelbarkeit von besonders geringen Massendurchsätzen, so dass man mit dieser Vorrichtung eine sehr flache Kennlinie für den Massendurchsatz bezogen auf den Schwenkwinkel der Klappe erhält, was eine sehr gute Regelbarkeit ermöglicht. Zudem ist kein separater Ventilsitz, der für die Regelung eher nachteilig ist, erforderlich. Die Ventilvorrichtung ist somit einfacher aufgebaut und benötigt in axialer Erstreckung weniger Bauraum. With the arrangement of the seal in the housing and thus in the wall of the flow channel, due to the small thickness of the seal already a very small swing angle of the flap that the flap is no longer in contact with the fixed seal. This has the consequence that the flap already enters from this small pivot angle in the effective range of the two dome-shaped areas and thus in the control area. The most important advantage is that with the valve device according to the invention, a mass flow rate can be regulated already at a very low pivoting angle of the flap. The dome-shaped areas allow the controllability of particularly low mass flow rates, so that you get a very flat characteristic for the mass flow rate based on the swing angle of the flap with this device, which allows a very good controllability. In addition, no separate valve seat, which is rather disadvantageous for the control required. The valve device is thus constructed simpler and requires less space in the axial extent.

Die Ventilvorrichtung lässt sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung besonders einfach fertigen, wenn einer der beiden kalottenförmigen Bereiche von einem Einsatz gebildet ist. The valve device can be particularly easy to manufacture according to an advantageous embodiment, when one of the two dome-shaped areas is formed by an insert.

Die Anordnung des kalottenförmigen Einsatzes im Strömungskanal gestaltet sich besonders einfach, wenn er eingeschraubt oder eingepresst ist. The arrangement of the dome-shaped insert in the flow channel is particularly simple when it is screwed or pressed.

Die Anordnung der Dichtung ist gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung mit wenig Aufwand verbunden, wenn sie zwischen Gehäuse und kalottenförmigen Einsatz angeordnet ist. The arrangement of the seal is connected according to another advantageous embodiment with little effort when it is arranged between the housing and dome-shaped insert.

Zusätzliche Mittel zur Aufnahme oder Fixierung der Dichtung sind nicht erforderlich, wenn der kalottenförmige Einsatz auf seiner der Schließstellung der Klappe zugewandten Seite eine Aufnahme für die Dichtung hat. Additional means for receiving or fixing the seal are not required if the dome-shaped insert has on its the closed position of the flap side facing a receptacle for the seal.

In Abhängigkeit von dem zu regelnden Massendurchsatz ist die Klappe scheibenförmig oder kugelförmig ausgebildet. Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung hat dabei den Vorteil das beide Arten von Klappen verwendet werden können. Depending on the mass flow rate to be controlled, the flap is disk-shaped or spherical. The valve device according to the invention has the advantage that both types of flaps can be used.

An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in: In several embodiments, the invention will be explained in more detail. Show in:

1: eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung, 1 a valve device according to the invention,

2: eine Klappe einer Ventilvorrichtung nach dem Stand der Technik, 2 a flap of a valve device according to the prior art,

3–5: mehrere Klappenanordnungen der Ventilvorrichtung nach 1 und 3 - 5 several valve assemblies according to the valve device 1 and

6: ein Kennliniendiagramm. 6 : a characteristic diagram.

1 zeigt ein Abgasrückführventil mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal 2, in dem eine scheibenförmige Klappe 3 angeordnet ist. Die Klappe 3 ist fest mit einer Achse 4 verbunden und die Achse 4 ist in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Achse 4 wird von einem im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotor 5 angetrieben, wobei zwischen Achse 4 und Elektromotor 5 ein Getriebe 6 zwischengeschaltet ist. 1 shows an exhaust gas recirculation valve with a housing 1 , a flow channel located in the housing 2 in which a disc-shaped flap 3 is arranged. The flap 3 is fixed with an axis 4 connected and the axis 4 is in the case 1 rotatably mounted. The axis 4 is from one in the housing 1 arranged electric motor 5 driven, being between axle 4 and electric motor 5 a gearbox 6 is interposed.

2 zeigt eine Klappe 3 nach dem Stand der Technik mit einer in der Klappe 3 angeordneten Dichtung 7. Bis zum Schwenkwinkel α steht die Dichtung 7 mit dem zylindrischen Ventilsitz 8 in Kontakt. Die Höhe des Ventilsitzes 8 ist dabei doppelt so hoch wie die axiale Länge zwischen der Schließstellung der Klappe 3 und dem Öffnen durch die Dichtung 7, bedingt durch das Verschwenken der Dichtung 7 auf beiden Seiten des Ventilsitzes 8. 2 shows a flap 3 in the prior art with one in the flap 3 arranged seal 7 , Up to the swivel angle α is the seal 7 with the cylindrical valve seat 8th in contact. The height of the valve seat 8th is twice as high as the axial length between the closed position of the flap 3 and opening through the seal 7 , due to the pivoting of the seal 7 on both sides of the valve seat 8th ,

Die 3 bis 5 zeigen verschiedene Klappenformen der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung. Allen Vorrichtungen ist gemeinsam, dass die Dichtung 7 im Gehäuse 1 und somit in der Wand des Strömungskanals 2 angeordnet ist. Bezogen auf die axiale Erstreckung sind zu beiden Seiten der Dichtung 7 kalottenförmige Bereiche 9, 10 angeordnet, wobei ein kalottenförmiger Bereich 9 vom Gehäuse 1 und der andere kalottenförmige Bereich 10 von einem Einsatz 11, welcher mit dem Gehäuse 1 verpresst ist, angeordnet ist. Der kalottenförmige Einsatz 11 besitzt auf seiner der Schließstellung der Klappe 3 zugewandten Seite eine Aufnahme 12 für die Dichtung 7, so dass die Dichtung 7 zwischen Gehäuse 1 und Einsatz 11 angeordnet ist. Sobald die Klappe 3 um wenige Grad verschwenkt wird, gibt es keine Berührung zwischen Klappe 3 und Dichtung 7 und die Klappe 3 tritt in die kalottenförmigen Bereiche ein. Ab diesem Schwenkwinkel ist die Regelbarkeit des Massendurchflusses gegeben. Die Klappe 3 in 3 ist scheibenförmig. Der Einsatz 11 besitzt eine ausgeprägte Kalottenkontur, so dass die Achse 4 neben der Lagerung im Gehäuse 1 auch den Einsatz 11 durchdringt. Der Einsatz 11 in 4 ist flacher, so dass die Achse 4 nur mit dem Gehäuse 1 in Berührung steht. Die Klappe 3 in 5 ist kugelförmig, wodurch eine noch feinere Regelung bei sehr geringem Massendurchsatz möglich ist. The 3 to 5 show different valve shapes of the valve device according to the invention. All devices have in common that the seal 7 in the case 1 and thus in the wall of the flow channel 2 is arranged. Relative to the axial extent are on both sides of the seal 7 dome-shaped areas 9 . 10 arranged, wherein a dome-shaped area 9 from the case 1 and the other dome-shaped area 10 from a mission 11 , which with the housing 1 is pressed, is arranged. The dome-shaped insert 11 has on its the closed position of the flap 3 facing side a shot 12 for the seal 7 so the seal 7 between housing 1 and use 11 is arranged. Once the door 3 is pivoted by a few degrees, there is no contact between the flap 3 and seal 7 and the flap 3 enters the dome-shaped areas. From this swing angle, the controllability of the mass flow is given. The flap 3 in 3 is disc-shaped. The use 11 has a pronounced dome contour, so that the axis 4 in addition to the storage in the housing 1 also the use 11 penetrates. The use 11 in 4 is flatter, so the axis 4 only with the housing 1 in contact. The flap 3 in 5 is spherical, whereby an even finer control at very low mass flow rate is possible.

Zum Vergleich der Regelgüte in Abhängigkeit von der Ventilgestaltung dient das Kennliniendiagramm in 6. In diesem ist auf der senkrechten Achse der Durchfluss und auf der waagerechten Achse die Klappenposition aufgetragen. Danach steigt die Regelgüte je flacher die Kennlinie ist. Die Kennlinie 1 entspricht einer herkömmlichen Klappe. Die Kennlinie 3 entspricht einer kugelförmigen Klappe und Kennlinie 2 entspricht einer kugelförmigen Klappe mit Kalottenförmigen Bereichen. Alle drei Klappen tragen dabei die Dichtung. Die Kennlinie 4 entspricht der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung. Insbesondere im Bereich geringer Schwenkwinkel besitzt diese Kennlinie einen noch flacheren Anstieg. To compare the control quality as a function of the valve design, the characteristic curve is used in 6 , In this, the flow is plotted on the vertical axis and the flap position on the horizontal axis. After that, the control quality increases the flatter the characteristic is. The characteristic 1 corresponds to a conventional flap. The characteristic 3 corresponds to a spherical flap and characteristic curve 2 corresponds to a spherical flap with dome-shaped areas. All three flaps carry the seal. The characteristic 4 corresponds to the valve device according to the invention. Especially in the range of low swivel angle, this characteristic has an even flatter increase.

Claims

A valve device for a motor vehicle having a housing, a flow channel located in the housing, a flap arranged in the flow channel for closing the flow channel, the flap having areas in which an axis penetrating the flap fastened, and the axis is rotatably mounted in the housing, characterized in that the seal ( 7 ) in the housing ( 1 ) is arranged and that the flow channel ( 2 ) based on its axial length on both sides of the seal ( 7 ) dome-shaped areas ( 9 . 10 ) having.

Valve device according to claim 1, characterized in that one of the two dome-shaped regions ( 9 . 10 ) of an insert ( 11 ) is formed.

Valve device according to claim 1 or 2, characterized in that the insert ( 11 ) in the flow channel ( 2 ) is screwed or pressed.

Valve device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the seal ( 7 ) between housing ( 1 ) and dome-shaped insert ( 11 ) is arranged.

Valve device according to claim 4, characterized in that the dome-shaped insert ( 11 ) on its the closed position of the flap ( 3 ) facing side a receptacle ( 12 ) for the seal ( 7 ) Has.

Valve device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the flap ( 3 ) is disc-shaped or spherical.