DE102011017226A1 - Abgasanlage mit einer Abgasrückführundgeinrichtungund Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasanlage - Google Patents

Abgasanlage mit einer Abgasrückführundgeinrichtungund Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasanlage Download PDF

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Abstract

Eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors umfasst eine Abgasleitung zum Abführen eines Abgasstroms und eine Abgasrückführungseinrichtung zum bedarfsweisen Rückführen eines Teils des Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors, wobei die Abgasrückführungseinrichtung eine in der Abgasleitung angeordnete bewegliche Abgasklappe und einen Stellantrieb umfasst, wobei durch Verstellen der Abgasklappe mittels des Stellantriebs ein Gegendruck in der Abgasleitung veränderbar ist, um so eine Abgasrückführungsleitung mit einer bestimmten Abgasmenge zu beaufschlagen. Der Stellantrieb ist dazu ausgebildet, die Abgasklappe zumindest in einem ersten Betriebszustand der Abgasrückführungseinrichtung in eine Schall erzeugende Bewegung zu versetzen, welche über Druckschwankungen im Abgasstrom eine gewünschte Schallemission hervorruft.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasleitung zum Abführen eines Abgasstroms und einer Abgasrückführungseinrichtung zum bedarfsweisen Rückführen eines Teils des Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors, wobei die Abgasrückführungseinrichtung eine in der Abgasleitung angeordnete bewegliche Abgasklappe und einen Stellantrieb umfasst, wobei durch Verstellen der Abgasklappe mittels des Stellantriebs ein Gegendruck in der Abgasleitung veränderbar ist, um so eine Abgasrückführungsleitung mit einer bestimmten Abgasmenge zu beaufschlagen.
  • Abgasrückführungseinrichtungen (AGR-Einrichtungen) in Abgasanlagen dienen dazu, unerwünschte Emissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen, von Verbrennungsmotoren zu verringern. Bei der so genannten Niederdruck-Abgasrückführung wird ein Teil des von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgasstroms stromabwärts eines Abgasturboladers, eines Partikelfilters und/oder eines Katalysators aus der Abgasleitung entnommen und über eine Niederdruckleitung wieder in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingespeist. Da stromabwärts der genannten Abgasanlagenkomponenten im Allgemeinen kein ausreichend großer Druck im Abgasstrom vorliegt, um eine effektive Rückführung von Abgasen zu gewährleisten, wird durch teilweises oder vollständiges Sperren des Abgasstroms mittels der Abgasklappe gezielt ein Gegendruck in der Abgasleitung erzeugt.
  • Es besteht das Bedürfnis, Abgasanlagen der genannten Art mit weiteren Funktionalitäten zu versehen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Stellantrieb dazu ausgebildet, die Abgasklappe zumindest in einem ersten Betriebszustand der Abgasrückführungseinrichtung in eine Schall erzeugende Bewegung zu versetzen, welche über Druckschwankungen im Abgasstrom eine gewünschte Schallemission hervorruft. Auf diese Weise kann die Geräuschemission der Abgasanlage gezielt beeinflusst werden, z. B. im Rahmen der Akustik-Auslegung des zugehörigen Kraftfahrzeugs. Dadurch dass die Schallerzeugung durch die gleiche Klappe beeinflussbar ist, welche auch dem Anpassen des Gegendrucks im Rahmen der Abgasrückführung dient, können Herstellungskosten, Gewicht und Bauraum gespart werden.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
  • Vorzugsweise ist der Stellantrieb dazu ausgebildet, die Abgasklappe zum Hervorrufen der gewünschten Schallemission in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Eine oszillierende Bewegung der Abgasklappe ist nämlich in der Lage, periodische Druckschwankungen im Abgasstrom hervorzurufen, welche zu einer hörbaren Schallemission der Abgasanlage führen.
  • Der Stellantrieb kann insbesondere mit einer Steuereinrichtung in Verbindung stehen, welche ein adaptives Regelglied umfasst. Eine adaptive Ansteuerung des Stellantriebs ermöglicht eine besonders effektive Erzeugung gewünschter Schallemissionen und insbesondere eine Kompensation von Zustandsänderungen und Störungen. In vorteilhafter Weise kann zum Hervorrufen der gewünschten Schallemission ein Stellantrieb eingesetzt werden, wie er herkömmlicherweise auch im Rahmen der Abgasrückführung verwendet wird. D. h. zum Bereitstellen der Schallerzeugungsfunktion ist lediglich eine Steuereinrichtung derart anzupassen, dass der Stellantrieb in geeigneter Weise für eine ausreichend schnelle Oszillationsbewegung angesteuert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Form der Abgasklappe sowohl in Abhängigkeit von einer Gegendruck erzeugenden Wirkung als auch in Abhängigkeit von einer Schall erzeugenden Wirkung ausgewählt. Die Form der Abgasklappe kann also für eine Kombination aus Abgasrückführung und Schallerzeugung optimiert sein. Je nach Anwendung kann die Abgasklappe z. B. kreisrund, elliptisch, ringförmig oder polygonal sein.
  • Die gewünschte Schallemission kann eine Gegenschallemission umfassen, welche einer durch den Verbrennungsmotor erzeugten Schallemission entgegenwirkt. Eine derartige Gegenschallemission kann eine unerwünschte Geräuschkomponente nach dem Prinzip der destruktiven Interferenz abschwächen oder auslöschen. Vorzugsweise ist die Frequenz der erzeugten Gegenschallemission daher an die Frequenz einer besonders störenden Geräuschkomponente angepasst. Auf diese Weise kann somit ein leiserer Betrieb der Abgasanlage und des zugehörigen Verbrennungsmotors ermöglicht werden. Eine derartige Schallreduzierung wird auch als ”Active Noise Cancellation” oder ”Active Noise Reduction” bezeichnet.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die gewünschte Schallemission eine im Rahmen einer Klanggestaltung des Verbrennungsmotors vorgegebene Zusatzschallemission umfassen. Die Klanggestaltung – auch als ”Sound Design” bezeichnet – kann somit in gezielter Weise beeinflusst werden, indem Geräuschkomponenten bestimmter Frequenzen erzeugt oder verstärkt werden. Es können auf die genannte Weise auch grundsätzlich die Resonanzeigenschaften der Abgasanlage beeinflusst werden. Die Abgasklappe kann also sowohl zur Dämpfung oder Auslöschung von Geräuschkomponenten, d. h. als Filter für unerwünschte Frequenzanteile, als auch zur Verstärkung von erwünschten Frequenzanteilen im Rahmen der Klanggestaltung verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stellantrieb dazu ausgebildet, die Abgasklappe in dem ersten Betriebszustand in eine Bewegung zu versetzen, welche sowohl die gewünschte Schallemission hervorruft, als auch einen gewünschten Gegendruck in der Abgasleitung erzeugt. Mit anderen Worten wird die Abgasklappe derart bewegt, dass sie gleichzeitig eine Abgasrückführungsfunktion und eine Geräuschdämpfungs- oder Klanggestaltungsfunktion ausübt.
  • Alternativ kann der Stellantrieb dazu ausgebildet sein, die Abgasklappe in dem ersten Betriebszustand unabhängig von einem gewünschten Gegendruck in der Abgasleitung in die Schall erzeugende Bewegung zu versetzen und die Abgasklappe in einem zweiten Betriebszustand unabhängig von der gewünschten Schallemission derart zu bewegen, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung erzeugt wird. Bei dieser Ausgestaltung übt die Abgasklappe also wahlweise eine Abgasrückführungs- oder eine Schallerzeugungsfunktion aus. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Bewegung der Abgasklappe in den jeweiligen Betriebszuständen hinsichtlich der entsprechenden Funktion optimiert sein kann.
  • Um dennoch auf längere Sicht eine Gleichzeitigkeit beider Funktionen zu gewährleisten, kann die Abgasrückführungseinrichtung dazu ausgebildet sein, abwechselnd den ersten und den zweiten Betriebszustand einzunehmen, vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abgasklappe in zwei unabhängig voneinander bewegliche Klappenabschnitte unterteilt, wobei der Stellantrieb vorzugsweise dazu ausgebildet ist, den ersten Klappenabschnitt derart zu bewegen, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung eingestellt ist und den zweiten Klappenabschnitt zum Hervorrufen einer gewünschten Schallemission in eine Schall erzeugende Bewegung zu versetzen. Auch bei dieser Ausgestaltung ist eine gleichzeitige Ausübung der beiden Funktionen ”Abgasrückführung” und ”Gegenschallerzeugung” möglich. Ebenso können durch Ansteuern der beiden Klappenabschnitte anwendungsabhängige Überlagerungen von Druckschwankungen im Abgasstrom erzeugt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abgasklappe um eine Klappenachse verdrehbar in der Abgasleitung gelagert. Durch abwechselndes Drehen der Abgasklappe in die beiden unterschiedlichen Drehrichtungen können auf einfache Weise oszillierende Druckschwankungen im Abgasstrom erzeugt werden.
  • Der Stellantrieb kann einen Kurbeltrieb mit einem drehbaren Antriebselement und einer an einem von der Klappenachse beabstandeten Punkt an der Abgasklappe angelenkten Pleuelstange umfassen. Mittels der Pleuelstange kann eine kontinuierliche Rotationsbewegung des Antriebselements in eine oszillierende Drehbewegung der Abgasklappe umgesetzt werden. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Ausführung des Stellantriebs, da ein Motor des Stellantriebs kontinuierlich in einer Drehrichtung betrieben werden kann.
  • Alternativ kann der Stellantrieb auch einen Nockentrieb mit einem drehbaren Antriebselement, einer Nockenwelle und einer Rückstelleinrichtung umfassen.
  • Eine Umwandlung der Rotationsbewegung eines drehbaren Antriebselements in eine lineare Oszillationsbewegung der Abgasklappe kann auch mittels einer beweglichen Dauermagnetanordnung realisiert werden. Dies hat insbesondere den Vorteil einer berührungslosen Kraftübertragung.
  • Die Abgasklappe kann auch verformbar sein, vorzugsweise elastisch, um dem Abgasstrom einen variablen Strömungswiderstand entgegenzusetzen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasklappe zwei getrennt voneinander verformbare Flügel.
  • Die Abgasklappe kann weiterhin zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen und durch einen, vorzugsweise außerhalb der Abgasleitung angeordneten, Elektromagnet des Stellantriebs bewegbar sein. Auch bei dieser Anordnung ergibt sich durch Einsatz des Elektromagneten eine berührungslose Kraftübertragung.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasrückführungseinrichtung, wobei die Abgasrückführungseinrichtung eine Abgasklappe umfasst, welche beweglich in der Abgasleitung gelagert ist, wobei durch Bewegen der Abgasklappe bedarfsweise ein Teil eines in einer Abgasleitung abzuführenden Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors rückgeführt wird. Erfindungsgemäß wird die Abgasklappe zumindest zeitweilig in eine Schall erzeugende Bewegung versetzt, welche über Druckschwankungen im Abgasstrom eine gewünschte Schallemission hervorruft.
  • Die Abgasklappe kann in eine derartige Bewegung versetzt werden, dass eine gewünschte Schallemission hervorgerufen wird und gleichzeitig ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung erzeugt wird.
  • Alternativ kann die Abgasklappe in einem ersten Betriebszustand in die Schall erzeugende Bewegung versetzt werden und in einem zweiten Betriebszustand derart bewegt werden, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung erzeugt wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasanlage.
  • 2 zeigt eine Abgasklappe einer Abgasanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 zeigt eine Abgasklappe einer Abgasanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 4 zeigt eine Abgasklappe einer Abgasanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer Vorderansicht.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Abgasklappe gemäß 4.
  • 6 zeigt einen Stellantrieb für eine Abgasklappe einer erfindungsgemäßen Abgasanlage.
  • 7 zeigt einen alternativen Stellantrieb für eine Abgasklappe einer erfindungsgemäßen Abgasanlage.
  • Gemäß der schematischen Darstellung von 1 saugt ein nicht dargestellter Verbrennungsmotor Frischluft an und stößt einen entlang einer Strömungsrichtung S1 strömenden Abgasstrom in eine Abgasanlage 11 aus. Der Abgasstrom kann einen Abgasturbolader antreiben und durch einen Rußpartikelfilter gereinigt werden, was in 1 ebenfalls nicht dargestellt ist. In einer rohrförmigen Abgasleitung 13 wird der Abgasstrom bis zu einem Auspuffendrohr geleitet. Stromabwärts des Rußpartikelfilters zweigt eine Abgasrückführungsleitung 15 von der Abgasleitung 13 ab und führt einen Teil-Abgasstrom entlang einer Strömungsrichtung S2 wieder dem Ansaugtrakt zu.
  • Stromabwärts der abzweigenden Abgasrückführungsleitung 15 ist eine Abgasklappe 17 beweglich in der Abgasleitung 13 gelagert, welche dem Abgasstrom je nach ihrer Stellung einen unterschiedlichen Strömungswiderstand entgegensetzt. Durch Anpassung des Strömungswiderstands kann ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung 13 aufgebaut werden, welcher entsprechend seiner Höhe eine Beaufschlagung der Abgasrückführungsleitung 15 mit Abgas begünstigt. Zum gesteuerten Bewegen der Abgasklappe 17 ist dieser ein Stellantrieb 19 zugeordnet, welcher mit einer Steuereinrichtung 21 in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung 21 empfängt Eingangssignale 22, welche z. B. die Motordrehzahl oder die Motorlast angeben, und steuert darauf beruhend den Stellantrieb 19 an, um die Abgasklappe 17 in eine vorgegebene Position zu stellen. Die Abgasklappe 17 bildet somit gemeinsam mit dem Stellantrieb 19, der Steuereinrichtung 21 und der Abgasrückführungleitung 15 eine Abgasrückführungseinrichtung 16, welche in der Lage ist, den Stickoxidausstoß zu senken.
  • Zur Minderung der Geräuschemission der Abgasanlage 11 und zur aktiven Klanggestaltung steuert die Steuereinrichtung 21 den Stellantrieb 19 in einem ersten Betriebszustand der Abgasrückführungseinrichtung 16 derart an, dass die Abgasklappe 17 in eine oszillierende Bewegung versetzt wird, welche über entsprechende oszillatorische Druckschwankungen im Abgasstrom eine gewünschte Schallemission hervorruft. Bei der gewünschten Schallemission kann es sich um eine Gegenschallemission handeln, welche einer durch den Verbrennungsmotor erzeugten Schallemission durch gegenphasige Überlagerung entgegenwirkt. Alternativ oder zusätzlich kann die gewünschte Schallemission auch eine im Rahmen einer Klanggestaltung des Verbrennungsmotors vorgegebene Zusatzschallemission oder die Verstärkung einer gewünschten Schallemission umfassen. Um die gewünschte oszillatorische Bewegung der Abgasklappe 17 hervorzurufen, umfasst die Steuereinrichtung 21 vorzugsweise ein adaptives Regelglied.
  • Da die Abgasklappe 17 sowohl einer gezielten Gegendruckerzeugung im Rahmen der Abgasrückführung als auch einer Schallerzeugung zur Klanggestaltung dient, ist es nicht notwendig, für die beiden Funktionen separate Einrichtungen vorzusehen. Je nach Anwendung kann dabei die Ausübung der beiden Funktionen gleichzeitig oder abwechselnd erfolgen. Das heißt die Abgasklappe 17 kann entweder in eine derartige Bewegung versetzt werden, dass sowohl eine gewünschte Schallemission hervorgerufen wird als auch gleichzeitig ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung 13 erzeugt wird, oder die Abgasklappe 17 kann abwechselnd in die Schall erzeugende Bewegung versetzt und derart bewegt werden, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung erzeugt wird. Vorzugsweise erfolgt eine derartige abwechselnde Ansteuerung der Abgasklappe 17 in regelmäßigen Intervallen.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer Abgasklappe 17 für eine erfindungsgemäße Abgasanlage. Die Abgasklappe 17 ist eine kreisrunde Scheibe aus Keramik, welche um eine Klappenachse A verdrehbar in der Abgasleitung 13 gelagert ist. Mittels des Stellantriebs 19, welcher beispielsweise direkt an der Klappenachse A angreift, kann die Abgasklappe 17 zwischen einer den Abgasstrom frei gebenden und einer den Abgasstrom vollständig sperrenden Stellung verdreht werden.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abgasklappe 17', welche als verschwenkbarer Flügel ausgeführt ist, an dessen einem Ende sich die Klappenachse A befindet. Im Übrigen erfolgt die Verstellung der Abgasklappe 17' analog zu der in 2 dargestellten Abgasklappe 17. Die in 3 dargestellte flügelartige Abgasklappe 17' könnte gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform auch verformbar sein, wobei sich in diesem Fall eine drehbare Lagerung an der Klappenachse A erübrigen würde. Ein Emporbiegen der flügelartigen Abgasklappe 17' entgegen ihrer Eigenspannung könnte beispielsweise mittels eines außerhalb der Abgasleitung 13 angeordneten Elektromagneten bewerkstelligt werden.
  • 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform für eine Abgasklappe 17'' einer erfindungsgemäßen Abgasanlage, welche in ein ringförmiges Außenteil 23 und ein scheibenförmiges Innenteil 25 unterteilt ist. Das ringförmige Außenteil 23 sitzt auf einer Hohlwelle 27, welche drehbar in einem Wandabschnitt 28 der Abgasleitung 13 gelagert ist. Das scheibenförmige Innenteil 25 sitzt demgegenüber auf einer Welle 26, welche sich teilweise in die Hohlwelle 27 hinein erstreckt und koaxial zu dieser in der Abgasleitung 13 gelagert ist. Das ringförmige Außenteil 23 und das scheibenförmige Innenteil 25, welche sich in einer Schließstellung der Abgasklappe 17'' zu einer strömungsundurchlässigen Sperre ergänzen, sind unabhängig voneinander um die Klappenachse A verdrehbar, wie in der Schnittdarstellung gemäß 5 durch Pfeile verdeutlicht ist. Je nach Anwendung kann ein einzelner Stellantrieb dazu ausgebildet sein, sowohl die Hohlwelle 27 als auch die Welle 26 zu verdrehen oder es können zwei unabhängige Stellantriebe vorgesehen sein, um einerseits die Hohlwelle 27 und andererseits die Welle 26 anzutreiben. Vorzugsweise wird das ringförmige Außenteil 23 derart bewegt, dass ein erwünschter Gegendruck in der Abgasleitung 13 erzeugt wird, und das scheibenförmige Innenteil 25 wird in eine oszillierende Bewegung zum Erzeugen einer gewünschten Schallemission versetzt. Auf diese Weise kann die Abgasklappe 17'' in ein und demselben Betriebszustand sowohl eine Abgasrückführungsfunktion als auch eine Schallerzeugungsfunktion ausüben. Ebenso könnten durch das ringförmige Außenteil 23 und das scheibenförmige Innenteil 25 Druckpulsationen im Abgasstrom erzeugt werden, welche sich in einer geeigneten Weise überlagern. Grundsätzlich kann auch eine geeignete Überlagerung einer Rotationsbewegung und einer Oszillationsbewegung der Abgasklappe 17'' erfolgen. Weiterhin könnte zur Abgasrückführung ein variabler Ringspalt eingesetzt werden.
  • In 6 ist eine Ausführungsform eines Stellantriebs 19' für eine Abgasklappe 17 dargestellt, wobei die Abgasklappe 17 wie bei der Ausführungsform gemäß 2 ausgebildet ist. Der Stellantrieb 19' umfasst eine rotierende Welle 29, welche mit einer Antriebsscheibe 31 antriebswirksam verbunden ist. An einem äußeren Umfangsabschnitt 32 der Antriebsscheibe 31 ist eine Pleuelstange 33 gelagert, welche an ihrem entgegengesetzten Ende bei 35 an der Abgasklappe 17 angelenkt ist. Der Anlenkpunkt 35 ist von der Klappenachse A beabstandet, so dass bei einer Rotation der Antriebsscheibe 31 die Abgasklappe 17 um die Klappenachse A hin- und hergeschwenkt wird. Von Vorteil ist hierbei insbesondere, dass ein Antriebsmotor des Stellantriebs 19' besonders einfach und kostengünstig gestaltet werden kann, da die rotierende Welle 29 nicht in eine Drehschwingung versetzt werden muss, sondern lediglich kontinuierlich drehend anzutreiben ist. Da bei dem Prinzip des Kurbeltriebs gemäß 6 der durchschnittliche Anstellwinkel der Abgasklappe 17 und der Betrag der Auslenkung bei der Oszillation fest sind, können für deren bedarfsweise Veränderung weitere Verstelleinrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
  • Eine Umwandlung einer kontinuierlichen Rotationsbewegung in eine oszillierende Translationsbewegung zum Schwenken der Abgasklappe 17 kann auch mit einer Anordnung aus Permanentmagneten 43 realisiert werden, wie in 7 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform eines Stellantriebs 19'' sitzen Permanentmagnete 43 auf zwei gegenüberliegenden Querträgern, nämlich einem antriebsseitigen Querträger 39 und einem abtriebsseitigen Querträger 41, wobei der antriebsseitige Querträger 39 um eine Rotationsachse R drehbar ist. Die Permanentmagnete 43 eines einzelnen Querträgers 39, 41 sind jeweils bezogen auf die Rotationsachse R in entgegengesetzter Polung ausgerichtet, wie in 7 durch die Schraffuren verdeutlicht ist. Der antriebsseitige Querträger 39 ist über eine Eingangswelle 49 in Rotation versetzbar. Der abtriebsseitige Querträger 41 sitzt auf einer Abtriebsstange 51, welche unverdrehbar, jedoch linear verschiebbar in einer Tragstruktur 45 des Stellantriebs 19'' gelagert ist. Durch Drehen des antriebsseitigen Querträgers 39 wird aufgrund der unterschiedlichen Anziehungskraft der Permanentmagnete 43 die Abtriebsstange 51 in eine linear oszillierende Bewegung versetzt, wobei ein Betätigungsabschnitt 47 der Abtriebsstange 51 in geeigneter Weise mit einer in 7 nicht dargestellten Abgasklappe gekoppelt ist.
  • Bei allen offenbarten Ausführungsformen kann die Bewegungsenergie der Abgasströmung in einer geeigneten Weise dazu genutzt werden, die Bewegung der Abgasklappe zum Erzeugen eines Gegendrucks und zum Erzeugen einer Schallemission zu unterstützen, um so den Stellantrieb zu entlasten.
  • Insgesamt ermöglicht die Erfindung auf einfache und kostengünstige Weise die Erweiterung des Funktionsumfangs einer zur Abgasrückführung eingesetzten Abgasklappe.
  • Bezugszeichenliste
  • 11
    Abgasanlage
    13
    Abgasleitung
    15
    Abgasrückführungsleitung
    16
    Abgasrückführungseinrichtung
    17, 17', 17''
    Abgasklappe
    19, 19', 19''
    Stellantrieb
    21
    Steuereinrichtung
    22
    Eingangssignal
    23
    ringförmiges Außenteil
    25
    scheibenförmiges Innenteil
    26
    Welle
    27
    Hohlwelle
    28
    Wandabschnitt
    29
    rotierende Welle
    31
    Antriebsscheibe
    32
    äußerer Umfangsabschnitt
    33
    Pleuelstange
    35
    Anlenkpunkt
    39
    antriebsseitiger Querträger
    41
    abtriebsseitiger Querträger
    43
    Permanentmagnet
    45
    Tragstruktur
    47
    Betätigungsabschnitt
    49
    Antriebswelle
    51
    Abtriebsstange
    S1
    Strömungsrichtung
    S2
    Strömungsrichtung
    A
    Klappenachse
    R
    Rotationsachse

Claims (20)

  1. Abgasanlage (11) eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasleitung (13) zum Abführen eines Abgasstroms und einer Abgasrückführungseinrichtung (16) zum bedarfsweisen Rückführen eines Teils des Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors, wobei die Abgasrückführungseinrichtung (16) eine in der Abgasleitung (13) angeordnete bewegliche Abgasklappe (17, 17', 17'') und einen Stellantrieb (19, 19', 19'') umfasst, wobei durch Verstellen der Abgasklappe (17, 17', 17'') mittels des Stellantriebs (19, 19', 19'') ein Gegendruck in der Abgasleitung (13) veränderbar ist, um so eine Abgasrückführungsleitung (15) mit einer bestimmten Abgasmenge zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19, 19', 19'') dazu ausgebildet ist, die Abgasklappe (17, 17', 17'') zumindest in einem ersten Betriebszustand der Abgasrückführungseinrichtung (16) in eine Schall erzeugende Bewegung zu versetzen, welche über Druckschwankungen im Abgasstrom eine gewünschte Schallemission hervorruft.
  2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19, 19', 19'') dazu ausgebildet ist, die Abgasklappe (17, 17', 17'') zum Hervorrufen der gewünschten Schallemission in eine oszillierende Bewegung zu versetzen.
  3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19, 19', 19'') mit einer Steuereinrichtung (21) in Verbindung steht, welche ein adaptives Regelglied umfasst.
  4. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Abgasklappe (17, 17', 17'') sowohl in Abhängigkeit von einer Gegendruck erzeugenden Wirkung als auch in Abhängigkeit von einer Schall erzeugenden Wirkung ausgewählt ist.
  5. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Schallemission eine Gegenschallemission umfasst, welche einer durch den Verbrennungsmotor erzeugten Schallemission entgegenwirkt.
  6. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Schallemission eine im Rahmen einer Klanggestaltung des Verbrennungsmotors vorgegebene Zusatzschallemission umfasst.
  7. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19, 19', 19'') dazu ausgebildet ist, die Abgasklappe (17, 17', 17'') in dem ersten Betriebszustand in eine Bewegung zu versetzen, welche sowohl die gewünschte Schallemission hervorruft als auch einen gewünschten Gegendruck in der Abgasleitung (13) erzeugt.
  8. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19, 19', 19'') dazu ausgebildet ist, die Abgasklappe (17, 17', 17'') in dem ersten Betriebszustand unabhängig von einem gewünschten Gegendruck in der Abgasleitung (13) in die Schall erzeugende Bewegung zu versetzen und die Abgasklappe (17, 17', 17'') in einem zweiten Betriebszustand unabhängig von der gewünschten Schallemission derart zu bewegen, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung (13) erzeugt wird.
  9. Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungseinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, abwechselnd den ersten und den zweiten Betriebszustand einzunehmen, vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen.
  10. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17') in zwei unabhängig voneinander bewegliche Klappenabschnitte (23, 25) unterteilt ist, wobei insbesondere der Stellantrieb (19) dazu ausgebildet ist, den ersten Klappenabschnitt (23) derart zu bewegen, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung (13) eingestellt ist, und den zweiten Klappenabschnitt (25) zum Hervorrufen einer gewünschten Schallemission in eine Schall erzeugende Bewegung zu versetzen.
  11. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17, 17', 17'') um eine Klappenachse (A) verdrehbar in der Abgasleitung (13) gelagert ist.
  12. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19') einen Kurbeltrieb mit einem drehbaren Antriebselement (31) und einer an einem von der Klappenachse (A) beabstandeten Punkt (35) an der Abgasklappe (17) angelenkten Pleuelstange (33) umfasst.
  13. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb einen Nockentrieb mit einem drehbaren Antriebselement, einer Nockenwelle und einer Rückstelleinrichtung umfasst.
  14. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19'') eine bewegliche Dauermagnetanordnung umfasst.
  15. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe verformbar ist, vorzugsweise elastisch.
  16. Abgasanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe zwei getrennt voneinander verformbare Flügel umfasst.
  17. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht und durch einen, vorzugsweise außerhalb der Abgasleitung angeordneten, Elektromagnet des Stellantriebs bewegbar ist.
  18. Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (11) eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasrückführungseinrichtung (16), wobei die Abgasrückführungseinrichtung (16) eine Abgasklappe (17, 17', 17'') umfasst, welche beweglich in der Abgasleitung (13) gelagert ist, wobei durch Bewegen der Abgasklappe (17, 17', 17'') bedarfsweise ein Teil eines in einer Abgasleitung (13) abzuführenden Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17, 17', 17'') zumindest zeitweilig in eine Schall erzeugende Bewegung versetzt wird, welche über Druckschwankungen im Abgasstrom eine gewünschte Schallemission hervorruft.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17, 17', 17'') in eine derartige Bewegung versetzt wird, dass eine gewünschte Schallemission hervorgerufen wird und gleichzeitig ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung (13) erzeugt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17, 17', 17'') in einem ersten Betriebszustand in die Schall erzeugende Bewegung versetzt wird und in einem zweiten Betriebszustand derart bewegt wird, dass ein gewünschter Gegendruck in der Abgasleitung (13) erzeugt wird.
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DE102016219981A1 (de) 2016-10-13 2018-04-19 Audi Ag Verfahren zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs

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