DE102005022522A1 - Ventilklappe für eine Abgasanlage, insbesondere Abgasregelklappe - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Ventilklappe (1) zum Beeinflussen eines Abgasstroms in einer Abgasanlage (23) vorgeschlagen, bei der die Ventilklappe (1) mindestens eine Aussparung (2) umfasst.
Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage (23), umfassend mindestens einen umströmfreien Abgasstrang (26) mit mindestens einer Ventilklappe (1), gerichtet, bei dem die Ventilklappe (1) so ausgebildet ist, dass selbst bei geschlossener Ventilklappe (1) ein Mindestvolumenstrom an Abgas durch den Abgasstrang (26) strömen kann.
Die erfindungsgemäße Ventilklappe (1) und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage (23) erlauben in vorteilhafter Weise die Ausbildung von Abgasanlagen (23) mit geringeren Volumina bei gleicher Schalldämpfung im Vergleich zu herkömmlichen Abgasanlagen.

Description

• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ventilklappe für eine Abgasanlage, insbesondere eine Abgasregelklappe, sowie eine entsprechende Ventilanordnung und Abgasanlage. Ein weiterer Schwerpunkt der Erfindung liegt auf einem Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage. Hauptsächliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Abgasanlagen von Automobilen und Motorrädern.
• Jede Verbrennungskraftmaschine weist eine Abgasanlage auf, durch welche die in der Verbrennungskraftmaschine entstehenden Abgase an die Umwelt abgegeben werden. Solche Abgasanlagen müssen eine Vielzahl von gesetzlichen Vorschriften in vielen Ländern erfüllen. Dies gilt beispielsweise einerseits für die Einhaltung von Grenzwerten für die Anteile von Schadstoffen im Abgas oder auch für Schallgrenzwerte, die die auch auf der pulsatilen Art der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine beruhenden Schallemissionen der Verbrennungskraftmaschine und der Abgasanlage einhalten müssen. Um die Einhaltung letzterer zu gewährleisten, sind Schalldämpfer bekannt, die eine Schalldämpfung der Betriebsgeräusche der Verbrennungskraftmaschine in der Abgasanlage unter die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte ermöglichen.
• Insbesondere leistungsstarke Verbrennungskraftmaschinen, wie sie beispielsweise in stark motorisierten Automobilen wie Sportwagen eingesetzt werden, erzeugen erhebliche Abgasvolumenstromdichten, die durch die Abgasanlage an die Umwelt abgegeben werden. Die Abgasanlagen solcher Verbrennungskraftmaschinen müssen auf entsprechende Abgasvolumenstromdichten ausgelegt werden. Gerade solche großen, hochpulsatilen Abgasvolumenstromdichten verlangen grundsätzlich großvolumige Schalldämpfer um die entstehenden Geräusche zu dämpfen. Ande rerseits haben die entsprechenden Automobile wie beispielsweise Sportwagen regelmäßig nicht genügend freien Bauraum für entsprechend große Schalldämpfer, so dass aufwändig konstruierte Schalldämpfer zum Einsatz kommen müssen.
• Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilklappe vorzuschlagen, die eine gute Schalldämpfung bei relativ geringem Volumen der Abgasanlage ermöglicht. Ferner soll eine entsprechende Ventilklappenanordnung, eine entsprechende Abgasanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage vorgeschlagen werden.
• Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Ventilklappe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie den Merkmalen der entsprechenden nebengeordneten Ansprüche.
• Die erfindungsgemäße Ventilklappe zum Beeinflussen eines Abgasstroms in einer Abgasanlage umfasst mindestens eine Aussparung.
• Erfindungsgemäße Ventilklappen lassen sich insbesondere als Abgasregelklappe in Abgasanlagen einsetzen, die im wesentlichen rückströmfrei und/oder umströmfrei sind. Unter einer im wesentlichen umströmfreien Abgasanlage ist insbesondere eine Abgasanlage zu verstehen, die keinen Bypass aufweist. Unter einer im wesentlichen rückströmfreien Abgasanlage ist eine Abgasanlage ohne Abgasrückführung zu verstehen. Unter einer Aussparung versteht man im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Schlitze und/oder Löcher, die im Inneren der Ventilklappe ausgebildet sein können, aber auch an deren Berandung oder diese schneidend ausgebildet sein können.
• Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Ventilklappe als Abgasregelklappe zeigten Versuche eine überraschende Schalldämpfungswirkung im Abgassystem von Kraftfahrzeugen. Durch eine gelochte Form der erfindungsgemäßen Ventilklappe wurde eine überraschend gute Schalldämpfungswirkung erreicht, so dass beispielsweise in einem Achtzylinder Kompressormotor mit 5,4 Litern Hubraum statt einem Volumen der Abgasanlage von 90 Litern nur noch eine Abgasanlage mit einem Volumen von 30 Litern bei gleicher Schalldämpfung unter Einhaltung der für Deutschland geltenden gesetzlichen Regelungen nötig war. Die erfindungsgemäße Ventilklappe ist so gestaltet, dass die Ventilklappe selbst durchströmbar ist. Bevorzugt ist hierbei eine Ausführungsform, bei der die Ventilklappe einen frei durchströmbaren Querschnitt von bis zu 30% der Querschnittsfläche der Ventilklappe aufweist. Die Ausgestaltung der Ventilklappe mit einer Vielzahl von im wesentlichen kreisförmigen Löchern hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch die Vielzahl von Rückprallflächen und die Vielzahl von Durchlässen in der Ventilklappe selbst im geschlossenen Zustand kommt es zu einer Verringerung der Phasengeschwindigkeit zumindest eines Teils des Abgases, die zu einer zumindest teilweisen destruktiven Interferenz und damit zumindest zur Dämpfung einiger Frequenzen des Frequenzspektrums führt. Durch eine entsprechend angepasste Ausbildung der Aussparung können so insbesondere Frequenzen gedämpft werden, die im Bereich von Resonanzen liegen.
• Die erfindungsgemäße Ventilklappe ermöglicht somit den Aufbau von einfacheren Schalldämpfungssystemen, die im Vergleich zu herkömmlichen Schalldämpfungssystemen bei gleicher Dämpfungsleistung ein deutlich geringeres Volumen und damit auch ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen. Diese Gewichtsersparnis ist insbesondere beim Bau von Sportwagen ein entscheidender Vorteil. Die komplette Schalldämpfungsanlage und/oder Abgasanlage kann im Vergleich zu herkömmlichen Systemen simpler gestaltet werden, so dass neben einer entsprechenden Gewichts- und Volumenersparnis eine verbesserte Dauerhaltbarkeit des Systems erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Ventilklappe erlaubt gleichermaßen einen preiswerteren Aufbau von Abgas- und Schalldämpfungssystemen in Kraftfahrzeugen.
• Die erfindungsgemäße Ventilklappe ist bevorzugt aus einem solchen Material ausgeführt, welches unter den Bedingungen im Abgassystem formstabil ist und einen nicht zu großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Die Ventilklappe ist insbesondere aus Edelstahl, bevorzugt aus V2A oder V4A-Stahl, ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die erfindungsgemäße Ventilklappe ohne weitere Dichtungsmittel ausgebildet werden kann. Die Ausbildung von Dichtungsmitteln insbesondere aus elastomeren Werkstoffen ist im Abgas, welches regelmäßig hohe Temperaturen aufweist und darüber hinaus oftmals korrosiv ist, problematisch. Insbesondere ist eine gute Dauerhaltbarkeit der Dichtungsmittel oft nicht gegeben, da auch Rusßablagerungen auf den Wänden des entsprechenden Abgasstrangabschnitts die Dichtheit der Ventilklappe beeinflussen. Die Vermeidung von Dichtungsmitteln kann mit einer erfindungsgemäßen Ventilklappe erfolgen, da die Ventilklappe auch in einer im wesentlichen geschlossenen Stellung einen Mindestabgasstrom durch die Klappe gestattet und folglich in diesem Zustand nicht weitestgehend dicht schließen muss. Gerade Rußablagerungen führen bei einer erfindungsgemäßen Ventilklappe oder auch einer erfindungsgemäßen Ventilklappenanordnung nur zu einer Modulation dieses Mindestabgasstroms.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilklappe umfasst die Aussparung mindestens ein Loch und/oder mindestens einen Schlitz.
• Insbesondere können auch Löcher und/oder Schlitze mit unterschiedlichen Formen, Größen und/oder Ausbildungen der Lochkanten in einer erfindungsgemäßen Ventilklappe vorhanden sein. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang die Ausbildung einer Vielzahl von Löchern in der Ventilklappe.
• Besonders bevorzugt können die Löcher eine im wesentlichen kreisrunde Symmetrie aufweisen, jedoch sind auch elliptische oder mehreckige, insbesondere drei- oder viereckige Löcher möglich und erfindungsgemäß.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilklappe ist mindestens ein Loch einer Größe von 1 bis 5 mm, bevorzugt von 2 bis 4 mm, insbesondere von etwa 3 mm ausgebildet.
• Unter der Größe des Loches wird bei einem im wesentlichen kreisförmigen Loch der Lochdurchmesser verstanden. Bei anderen Lochformen handelt es sich hier bevorzugt um eine für das Loch charakteristische Größe, wie beispielsweise den über den Lochumfang gemittelten Durchmesser des Loches. Insbesondere bei einem elliptischen Loch kann es sich um den großen oder kleinen Ellipsendurchmesser handeln. Die hier angegebenen Größen haben sich überraschenderweise als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die mittels der erfindungsgemäßen Ventilklappe im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine erzielten Schalldämpfung herausgestellt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilklappe beträgt der Quotient einer ersten Querschnittsfläche der Ventilklappe zu einer zweiten Querschnittsfläche der mindestens einen Aussparung höchstens im wesentlichen 10, bevorzugt höchstens im wesentlichen 5, besonders bevorzugt höchstens im wesentlichen 3.
• Unter der ersten Querschnittsfläche wird hier insbesondere die von einem Rand der Ventilklappe begrenzte Fläche verstanden. Im Falle einer kreisrunden Ventilklappe mit einem Radius R und in der Ventilklappe ausgebildeten Löchern ist somit die erste Querschnittsfläche das Produkt der Kreiszahl π und dem Quadrat des Radius R, während die zweite Querschnittsfläche gleich der Summe der Flächen der Aussparungen ist. Insbesondere hat sich ein frei durchströmbarer Flächenanteil von etwa 30% als vorteilhaft erwiesen.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilklappe weist ein Rand der Ventilklappe mindestens einen Wendepunkt auf.
• Beispielsweise ist es möglich, ein den Rand der Ventilklappe schneidendes Loch oder mindestens einen entsprechenden Schlitz auszubilden. Als Wendepunkt wird hier ein Punkt verstanden, in dem die Ableitung der Randfunktion der Ventilkappe einen Vorzeichenwechsel durchführt oder in dem von einer Rechtskrümmung in eine Linkskrümmung übergegangen wird und umgekehrt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird eine Ventilanordnung zum Einsatz in einer Abgasanlage vorgeschlagen, die mindestens eine Ventilklappe, insbesondere eine erfindungsgemäße Ventilklappe in einem Abgasstrangabschnitt umfasst. Die Ventilklappe weist hierbei eine Widerstandsfläche auf, die kleiner ist als eine dritte frei durchströmbare Querschnittsfläche des Abgasstrangabschnitts, in dem die Ventilklappe ausgebildet ist.
• Die Widerstandsfläche ist also in obigem Beispiel die Differenz der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche und stellt die im geschlossenen Zustand nicht durchströmbare Fläche der Ventilklappe dar. Neben einer Ventilklappe mit mindestens einer Aussparung kann auch eine Ventilklappe ohne Aussparungen eingesetzt werden, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Abgasstrangabschnitts.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung weist ein Rand der Ventilklappe mindestens einen Wendepunkt auf.
• Dies können zum Beispiel Ventilklappen sein, die mindestens ein den Rand der Ventilklappe schneidendes Loch oder mindestens einen entsprechenden Schlitz aufweisen. Als Wendepunkt wird hier ein Punkt verstanden, in dem die Ableitung der Randfunktion einen Vorzeichenwechsel durchführt oder in dem von einer Rechtskrümmung in eine Linkskrümmung übergegangen wird und umgekehrt.
• Weiterhin bevorzugt ist hierbei eine Form der Ventilanordnung, bei der die Ventilklappe zwischen einer ersten offenen Stellung und einer zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung bewegbar ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung besteht in der zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung der Ventilklappe zwischen einem Rand der Ventilklappe und einer Wand des Abgasstrangabschnitts ein Abstand. Insbesondere ist hier ein Abstand von größer als null gemeint, so dass zwischen Ventilklappe und Wand zumindest in einem Teilbereich des Umfangs ein Spalt besteht.
• Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass der Abstand über den Umfang der Ventilklappe betrachtet variabel ist. Vorteilhafterweise können also Ventilklappen mit unregelmäßigen Rändern ausgebildet sein.
• Bei einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Ventilklappe bevorzugt so angeordnet, dass sie in einem Rohr ausgebildet ist, dessen Innenabmessungen im wesentlichen den Außenabmessungen der Ventilklappe entsprechen. Bevorzugt ist hierbei eine Ausführung, bei der die Ventilklappe in der zweiten, geschlossenen Stellung im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Rohres in diesem Bereich steht. In der ersten, offenen Stellung ist die Ventilklappe bevorzugt im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rohres ausgerichtet. So steht dem Abgas in der ersten Stellung im wesentlichen der gesamte Querschnitt des Rohres, vermindert um den entsprechenden schmalen Querschnitt der Ventilklappe, zur Durchströmung zur Verfügung, während in der zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung das Abgas nur den mindestens einen durchströmbaren Bereich der Ventilklappe durchströmen kann, also einen erhöhten, bevorzugt wesentlich erhöhten Strömungswiderstand erfährt. Somit ist der frei durchströmbare Querschnitt der Ventilklappenanordnung in der zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung, deutlich geringer als in der ersten, offenen Stellung. Allerdings ist der frei durchströmbare Querschnitt in der zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung größer als null, so dass insbesondere auf die Ausbildung eines entsprechenden Bypasses um die Ventilklappenanordnung herum in vorteilhafter Weise verzichtet werden kann.
• Alle oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ventilklappe erwähnten Details und Vorteile sind auf die erfindungsgemäße Ventilanordnung übertrag- und anwendbar.
• Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird eine Abgasanlage mit mindestens einer erfindungsgemäßen Ventilklappe und/oder mindestens einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung vorgeschlagen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage, umfassend mindestens einen umströmfreien Abgasstrang mit mindestens einer Ventilklappe vorgeschlagen, bei dem die Ventilklappe so ausgebildet ist, dass selbst bei geschlossener Ventilklappe ein Mindestvolumenstrom an Abgas durch den Abgasstrang strömen kann.
• Unter umströmfrei wird insbesondere eine Abgasanlage verstanden, bei der kein Bypass zur Umgehung der Ventilklappe ausgebildet ist. Die Ventilklappe kann insbesondere so ausgestaltet sein, wie für die erfindungsgemäße Ventilklappe oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung beschrieben. Insbesondere kann mindestens eine Aussparung in der Ventilklappe oder ein Abstand zwischen einem Rand der Ventilklappe im geschlossenen Zustand und einer entsprechenden Wand des entsprechenden Abgasstrangabschnitts bestehen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ventilklappe Betriebszustandabhängig zwischen einer ersten offenen Stellung und einer zweiten geschlossenen Stellung bewegt.
• Beispielsweise ist es möglich, in einem Kraftfahrzeug beispielsweise in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich oder bei Überschreiben einer Grenzgeschwindigkeit die Ventilklappe von der ersten in die zweite Stellung zu bewegen. Auch ist die Betätigung der Ventilklappe in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine oder in Abhängigkeit von bestimmten Abgaswerten wie Volumenstrom, Temperatur, Zusammensetzung oder ähnlichem möglich und erfindungsgemäß.
• Die oben für die erfindungsgemäße Ventilklappe und die erfindungsgemäße Ventilanordnung offenbarten Details und Vorteile sind gleichermaßen auf das erfindungsgemäße Verfahren übertrag- und anwendbar und umgekehrt.
• Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre. Es zeigen:
• 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe;
• 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe;
• 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung im Querschnitt,
• 4 schematisch das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe in einer Ventilanordnung;
• 5 schematisch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung im Längsschnitt;
• 6 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe;
• 7 schematisch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung im Längsschnitt mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe;
• 8 schematisch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung im Längsschnitt mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe;
• 9 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Abgassystems; und
• 10 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgassystems.
• 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ventilklappe 1, die erfindungsgemäß eine Vielzahl von Aussparungen 2 umfasst. Im ersten Ausfüh rungsbeispiel handelt es sich bei den Aussparungen 2 um Löcher, welche im wesentlichen Kreissymmetrie aufweisen und die über die Ventilklappe 1 verteilt sind. Hierbei sind die Aussparungen 2 in Reihen 3 angeordnet. Benachbarte Reihen 3 von Aussparungen 2 sind gegeneinander versetzt ausgebildet, so dass ein Lochmittelpunkt in einer Reihe 3 gerade zwischen zwei Lochmittelpunkten einer benachbarten Reihe 3 liegt.
• Die Ventilklappe 1 weist ferner eine Achse 4 auf, um die die Ventilklappe 1 drehbar ist. Die Aussparungen 2 sind so verteilt und weisen eine solche Größe auf, dass eine besonders gute Schalldämpfung im geschlossenen Zustand der Ventilklappe 1 erreicht wird. Insbesondere weisen die Aussparungen 2 eine Größe 5 von 1 bis 5 mm, bevorzugt von 2 bis 4 mm, besonders bevorzugt von im wesentlichen 3 mm auf. Der gesamte Querschnitt der Ventilklappe 1 bezeichnet eine erste Querschnittsfläche 11. Diese berechnet sich als Produkt des Quadrates des Radius der Ventilklappe 1 und der Kreiszahl π. Die Summe der Flächen der Aussparungen 2 ergibt eine zweite Querschnittsfläche 12. Das Verhältnis der ersten Querschnittsfläche 11 und der zweiten Querschnittsfläche 12 beträgt bevorzugt höchstens im wesentlichen 10, bevorzugt höchstens im wesentlichen 5, besonders bevorzugt höchstens im wesentlichen 3.
• 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe 1 im Querschnitt. Diese weist Aussparungen 2 auf, die teilweise als Löcher 6 und teilweise als Schlitze 7 ausgebildet sind. Grundsätzlich können in einer erfindungsgemäßen Ventilklappe 1 Löcher 6 und/oder Schlitze 7 in unterschiedlichen Kombinationen und/oder unterschiedlicher Formen und/oder Größen ausgebildet sein. Die Ventilklappe 1 weist einen Rand 16 auf. Dieser Rand 16 kann mindestens einen Wendepunkt 18 aufweisen, die nur beispielhaft eingezeichnet sind.
• 3 zeigt schematisch einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 8. Diese weist eine Ventilklappe 1 in einem Abgasstrangabschnitt 9 auf. Die Ventilklappe 1 weist eine Widerstandsfläche 10 auf, die sich im Falle einer erfindungsgemäßen Ventilklappe 1 wie oben beschrieben als die Differenz der ersten Querschnittsfläche 11 und der zweiten Querschnittsfläche 12 darstellen lässt. Die Widerstandsfläche 10 bezeichnet also die Fläche der Ventilklappe 1, die nicht durchströmbar ist. Der Abgasstrangabschnitt 9 weist eine dritte Querschnittsfläche 13 auf, die sich aus dem Produkt des Quadrates des Innenradius 14 des Abgasstrangabschnitts 9 und der Kreiszahl π ergibt. Die Widerstandsfläche 10 ist kleiner als die dritte Querschnittsfläche 13. Dies kann – wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel – durch einen Abstand 15 zwischen einem Rand 16 der Ventilklappe 1 und einer Wand 17 des Abgasstrangabschnitts 9 oder auch durch einen Rand 16 mit Wendepunkten 18 wie beispielsweise in 2 gezeigt verwirklicht werden. Der Abstand 15 kann variabel sein.
• 4 zeigt die Ventilklappe 1 gemäß 1 in einer Ventilanordnung 8 in einer geschlossenen Stellung. Der Innendurchmesser 19 des entsprechenden Abgasstrangabschnitts 9 entspricht im wesentlichen dem Außendurchmesser 20 der Ventilklappe 1, so dass in der geschlossenen Stellung das Abgas im wesentlichen nur durch die Aussparungen 2 strömt. Die Ventilklappe 1 ist um die Achse 4 drehbar.
• 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 8 mit einem Abgasstrangabschnitt 9 und einer Ventilklappe 1 im Längsschnitt. Die Ventilklappe 1 ist um eine Achse 4 drehbar zwischen einer ersten, offenen Stellung 21 (gestrichelt gezeichnet) und einer zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung 22. Die Ventilklappe 1 ist so ausgebildet, dass auch in der zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung 22 der Abgasstrangabschnitt 9 noch von einem Mindestvolumenstrom an Abgas durchströmt werden kann. Dies kann beispielsweise durch die Aussparungen 2 und/oder den Abstand 15 erreicht werden.
• 6 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe 1 im Querschnitt. Die Ventilklappe 1 weist eine außermittige Achse 4 auf, die im Gegensatz zu einer mittig gelagerten Ventilklappe 1 bei durchströmtem Abgasstrangabschnitt 9 stets danach strebt, geöffnet zu sein. Vorteil einer solchen außermittigen Lagerung ist die Öffnung der Ventilklappe 1 selbst bei Verlust oder Beschädigung des die Ventilklappe 1 steuernden Ansteuerungsmechanismus, beispielsweise eines Steuergestänges. Selbst bei defektem Ansteuerungsmechanismus bleibt folglich die Ventilklappe 1 nicht dauerhaft geschlossen. Die Ventilklappe 1 weist eine Mehrzahl von Aussparungen 2 auf, die als Löcher 6 ausgebildet sind.
• 7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 8 im Längsschnitt mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ventilklappe 1, die – nicht gezeigte – Aussparungen 2 aufweist, im Querschnitt im wesentlichen tropfenförmig geformt ist, um die Umströmung der Ventilklappe 1 zu verbessern, insbesondere die Reynoldszahl dieser Strömung zu senken.
• 8 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 8 im Längsschnitt mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilklappe 1. In dieser Ventilanordnung 8 sind zwei erfindungsgemäße Ventilklappen 1 mit – nicht gezeigten – Aussparungen 2 ausgebildet, die jeweils einen Teil des Querschnitts des Abgasstrangabschnitts 9 verschließen können, wobei jeweils ein Mindestvolumenstrom an Abgas auch bei geschlossener Ventilklappe 1 gewährleistet ist. Selbst bei ausgefallenem Ansteuerungsmechanismus öffnen sich beide Ventilklappen 1, wenn Abgas durch den Abgasstrangabschnitt 9 strömt.
• 9 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 23 mit einem Schalldämpfer 24. Im Abgasstrangabschnitt 9 vor dem Schalldämpfer 24 ist eine erfindungsgemäße Ventilklappe 1 angeordnet, die durch einen Ansteuerungsmechanismus 25 angesteuert und betätigt wird. Insbesondere wird die Ventilklappe 1 von einer im wesentlichen offenen ersten Stellung 21 in eine im wesentlichen geschlossene zweite Stellung 22 bewegt. Der Ansteuerungsmechanismus 25 kann insbesondere eine Druckdose umfassen. Erfindungsgemäß kann insbesondere auf einen Bypass durch ein anderes Schalldämpfervolumen verzichtet werden. So ist es möglich, das Volumen des Schalldämpfers 24 in vorteilhafter Weise zu reduzieren, so dass die Abgasanlage 23 weniger Bauraum benötigt. Die Abgasanlage 23 umfasst einen im wesentlichen umströmfreien Abgasstrang 26, bei der insbesondere kein Bypass ausgebildet ist.
• 10 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 23 mit einem Schalldämpfer 24. Im Schalldämpfer 24 sind verschiedene Schalldämpfervolumina durchströmbar, deren Durchströmung jeweils durch eine erfindungsgemäße Ventilklappe 1, die durch jeweils einen Ansteuerungsmechanismus 25 gesteuert wird, geregelt werden kann. So ist eine relativ feine Regelung der Durchströmung der einzelnen Volumina des Schalldämpfers 24 und damit der Geräuschentwicklung der Verbrennungskraftmaschine in vorteilhafter Weise möglich. Die Ventilklappe 1 ist so ausgebildet, dass selbst bei geschlossener Ventilklappe 1 ein Mindestvolumenstrom an Abgas durch den Abgasstrang 26 strömen kann.
• Die erfindungsgemäße Ventilklappe 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage 23 erlauben in vorteilhafter Weise die Ausbildung von Abgasanlagen 23 mit geringeren Volumina bei gleicher Schalldämpfung im Vergleich zu herkömmlichen Abgasanlagen.

1

Ventilklappe

2

Aussparung

3

Reihe

4

Achse

5

Größe

6

Loch

7

Schlitz

8

Ventilanordnung

9

Abgasstrangabschnitt

10

Widerstandsfläche

11

erste Querschnittsfläche

12

zweite Querschnittsfläche

13

dritte Querschnittsfläche

14

Innenradius des Abgasstrangabschnitts

15

Abstand

16

Rand

17

Wand

18

Wendepunkt

19

Innendurchmesser des Abgasstrangabschnitts

20

Außendurchmesser der Ventilklappe

21

erste, offene Stellung

22

zweite, im wesentlichen geschlossene Stellung

23

Abgasanlage

24

Schalldämpfer

25

Ansteuerungsmechanismus

26

Abgasstrang

Claims (15)

1. Ventilklappe (1) zum Beeinflussen eines Abgasstroms in einer Abgasanlage (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (1) mindestens eine Aussparung (2) umfasst.
2. Ventilklappe (1) nach Anspruch 1, bei der die Aussparung (2) mindestens ein Loch (6) und/oder mindestens einen Schlitz (7) umfasst.
3. Ventilklappe (1) nach Anspruch 2, bei der mindestens ein im wesentlichen kreisförmiges Loch (6) ausgebildet ist.
4. Ventilklappe (1) nach Anspruch 3, bei der mindestens eine Aussparung (2, 6, 7) mit einer Größe (5) von 1 bis 5 mm, bevorzugt von 2 bis 4 mm, insbesondere von etwa 3 mm ausgebildet ist.
5. Ventilklappe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Verhältnis einer ersten Querschnittsfläche (11) der Ventilklappe (1) zu einer zweiten Querschnittsfläche (12) der mindestens einen Aussparung (2) höchstens im wesentlichen 10, bevorzugt höchstens im wesentlichen 5, besonders bevorzugt höchstens im wesentlichen 3 beträgt.
6. Ventilklappe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Rand (16) der Ventilklappe (1) mindestens einen Wendepunkt (18) aufweist.
7. Ventilanordnung (8) zum Einsatz in einer Abgasanlage (23), umfassend mindestens eine Ventilklappe (1), insbesondere eine Ventilklappe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Abgasstrangabschnitt (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (1) eine Widerstandsfläche (10) aufweist, die kleiner ist als eine dritte frei durchströmbare Querschnittsfläche (13) des Abgasstrangabschnitts (9), in dem die Ventilklappe (1) ausgebildet ist.
8. Ventilanordnung (8) nach Anspruch 7, bei der die Ventilklappe (1) mindestens eine Aussparung (2) aufweist.
9. Ventilanordnung (8) nach Anspruch 7 oder 8, bei der ein Rand (16) der Ventilklappe (1) mindestens einen Wendepunkt (18) aufweist.
10. Ventilanordnung (8) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Ventilklappe (1) zwischen einer ersten offenen Stellung (21) und einer zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung (22) bewegbar ist.
11. Ventilanordnung (8) nach Anspruch 10, bei der in der zweiten, im wesentlichen geschlossenen Stellung (22) der Ventilklappe (1) zwischen einem Rand (16) der Ventilklappe (1) und einer Wand (17) des Abgasstrangabschnitts (9) ein Abstand (15) besteht.
12. Ventilanordnung (8) nach Anspruch 11, bei der der Abstand (15) über den Umfang der Ventilklappe (1) betrachtet variabel ist.
13. Abgasanlage (23) einer Verbrennungskraftmaschine umfassend mindestens eine Ventilklappe (1) nach einem der Ansprüche bis 1 bis 5 und/oder eine Ventilanordnung (8) nach einem der Ansprüche 6 bis 12.
14. Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage (23), umfassend mindestens einen umströmfreien Abgasstrang (26) mit mindestens einer Ventilklappe (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (1) so ausgebildet ist, dass selbst bei geschlossener Ventilklappe (1) ein Mindestvolumenstrom an Abgas durch den Abgasstrang (26) strömen kann.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Ventilklappe (1) Betriebszustandabhängig zwischen einer ersten offenen Stellung (21) und einer zweiten geschlossenen Stellung (22) bewegt wird.