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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Vier-Wege-Abgasklappe, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung bzw. Abkopplung eines Latentwärmespeichers zu bzw. von einem Abgasstrom in bestimmten Betriebssituationen einer Verbrennungskraftmaschine. Derartige Abgasklappen werden auch als Vier-Wege-Schmetterlingsventile bezeichnet.
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Die Abgasnachbehandlung für Verbrennungsmotoren wird herkömmlich mit passiven Systemen aufgebaut, die in allen Betriebssituationen insgesamt von Abgas durchströmt werden. Beim Durchströmen des Systems unterliegt der Abgasstrom einem gewissen Wiederstand, welcher den Gesamtwirkungsgrad des Systems verringert. Zur Verringerung der Emissionen und der Abgasgeräusche bei den verkehrsüblichen Betriebszuständen der unteren Teillast wären umschaltbare Systeme wünschenswert, bei denen man durch Stellglieder Teile der Abgasanlage verschließt oder abkoppelt und nur Teilbereiche nutzt.
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Es ist beispielsweise aus der internationalen Anmeldung
WO 2010/034450 A1 bekannt, mittels eines Abgas-Ventils einen Abgas-Teilstrom über eine Rückführleitung in die Verbrennungskraftmaschine zurückzuleiten (siehe dort besonders die
1–
3).
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Wenn ein Abgas-Hauptrohr für den vollen Abgasvolumenstrom gesperrt und der Abgasstrom über ein getrenntes Element vor der Sperrung umgeleitet und über ein weiteres Element nach der Sperrung wieder eingeleitet werden soll, müssen mehrere der bekannten Ventile im System eingesetzt und koordiniert werden, mit entsprechendem Platzbedarf und Aufwand für die Betätigung und Ansteuerung.
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Weiter ist es bekannt, mittels der Motorwärme eines Kraftfahrzeugs einen Latentwärmespeicher aufzuladen, und die im Latentwärmespeicher gespeicherte Energie beim Kaltstart wieder frei zu setzen.
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Ausführungsformen stellen eine Abgasklappe bereit, welche auf kostengünstige, einfache und robuste Weise die wahlweise Zuschaltung von Abschnitten einer Abgasanlage erlaubt.
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Ausführungsformen einer Vier-Wege-Abgasklappe weisen einen permanenten Einlass, einen permanenten Auslass, einen wahlweisen Auslass, einen wahlweisen Einlass und eine zwischen einer ersten und einer zweiten Dichtposition schwenkbare Ventilklappe auf. Die Ventilkappe ist ausgebildet, zwischen einem ersten Betriebsmodus, in welchem durch den permanenten Einlass einströmendes Abgas direkt zum permanenten Auslass geleitet wird, und einem zweiten Betriebsmodus, in welchem durch den permanenten Einlass einströmendes Abgas durch den wahlweisen Auslass ausgeleitet und durch den wahlweisen Einlass wieder einströmendes Abgas durch den permanenten Auslass ausgeleitet wird, umzuschalten. Dabei ist eine Schwenkachse der Ventilklappe zwischen dem permanenten und dem wahlweisen Einlass sowie zwischen dem permanenten und dem wahlweisen Auslass angeordnet. Die Schwenkachse durchsetzt einen Ventilkorpus der Vier-Wege-Abgasklappe und erlaubt so eine schwenkbare Anordnung der Ventilkappe im Inneren des Ventilkorpus. Der permanente Einlass ist mit einem Abgasauslass einer Verbrennungskraftmaschine und der permanente Auslass mit einem Schalldämpfer verbindbar. Der wahlweise Auslass ist mit einem Einlass eines Latentwärmetauschers und der wahlweisen Einlass mit einem Auslass des Latentwärmetauschers verbindbar. Die Ventilklappe ist drehfest mit der Schwenkachse verbunden und so durch Rotation der Schwenkachse zwangsweise verschwenkbar.
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Mit dieser Ausbildung ist es auf einfache Weise möglich, den gesamten Abgasstrom in ausgewählten Betriebssituationen oder wählbar direkt zum Abgasauslass zu leiten, oder andernfalls erst durch ein weiteres Aggregat zu leiten, beispielsweise einen Latentwärmetauscher.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Ventilkorpus zusammen mit den Einlässen und Auslässen aus einem gemeinsamen tiefgezogenem Metallblech gebildet. Somit sind die Einlässe und Auslässe als topfförmige Vorsprünge (auch "Butzen" genannt) einstückig mit dem Ventilkorpus verbunden, und müssen für den Anschluss an eine Rohrleitung nur durch Absägen oder Anstechen geöffnet werden. Auf diese Weise können die Einlässe und Auslässe zusammen mit dem Ventilkorpus mit einem gemeinsamen Werkzeug gefertigt werden. Zudem kann eine hohe Dichtheit der Einlässe und Auslässe an dem Ventilkorpus sichergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Ventilklappe biegesteif und eben und weist eine Form auf, welche grundsätzlich dem Querschnitt des vom Ventilkorpus umschlossenen Raums entspricht, jedoch geringfügig kleiner ist. Dabei bedeutet "geringfügig kleiner", dass sich bezogen auf den Querschnitt des vom Ventilkorpus umschlossenen Raums zwischen der Ventilklappe ein Spiel von größer 0,1 mm und kleiner 2 mm ergibt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Schwenkachse im Ventilkorpus gelagert und weist im Lagerbereich eine Lagerdichtung und insbesondere einen Wellendichtring oder Gleitringdichtung oder Stopfbuchse auf. Hierdurch kann ein Austreten eines im Ventilkorpus geführten Fluids wie beispielsweise eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine im Lagerbereich verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Lagerbereiche der Schwenkachse mittels Abdeckungen abgedeckt, welche mit dem Ventilkorpus fluiddicht verbunden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Schwenkachse an einem Ende einen Antrieb auf, dessen Gehäuse drehfest mit dem Ventilkorpus verbunden ist, und dessen Achse kraftschlüssig mit der Schwenkachse verbunden ist. Der Antrieb kann beispielsweise durch einen koaxial angeordneten Drehmagneten erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt eine erste Flussrichtung des Abgases in einem der Auslässe bzw. Einlässe in einer anderen Ebene, als die Flussrichtungen des Abgases in den übrigen Auslässen bzw. Einlässen, welche zueinander komplanar sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Flussrichtungen des Abgases in den drei der Auslässe bzw. Einlässe zueinander komplanar, und steht die verbleibende vierte Flussrichtung senkrecht auf eine durch die übrigen komplanaren Flussrichtungen aufgespannte Ebene. Dadurch wird je nach der Einbausituation eine kompaktere Anordnung ermöglicht, weil die laterale Ausdehnung reduziert wird. Zudem wird durch diese Bauweise erleichtert, größere Anschlussquerschnitte bei gleicher Ventilgröße bzw. bei gegebenen Anschlussquerschnitten eine geringere Ventilgröße zu wählen, da sich die Anschlussdurchmesser günstiger um den Umfang des Ventilkorpus herum anordnen lassen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind alle vier Flussrichtungen des Abgases in allen vier Einlässen bzw. Auslässen komplanar und liegen somit in einer gemeinsamen Ebene. Dies ermöglicht eine besonders flache Bauweise und erleichtert außerdem die Lagerung und Ansteuerung der Ventilklappe. Weiter ist es so möglich, mit Druckverlusten verbundene Ablenkungen des im Ventilkorpus geführten Abgases zu vermeiden.
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Gemäß einer Ausführungsform definiert die Flussrichtung des Abgases im permanenten Einlass zusammen mit der Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Auslass eine erste Ablenkebene und definiert die Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Einlass zusammen mit der Flussrichtung des Abgases im permanenten Auslass eine zweite Ablenkebene, und schließen die erste Ablenkebene und die zweite Ablenkebene einen Ebenenwinkel von mehr als 20° ein.
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Gemäß einer Ausführungsform definiert die Flussrichtung des Abgases im permanenten Einlass zusammen mit der Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Auslass eine erste Ablenkebene und definiert die Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Einlass zusammen mit der Flussrichtung des Abgases im permanenten Auslass eine zweite Ablenkebene, und schließen die erste Ablenkebene und die zweite Ablenkebene einen Ebenenwinkel von mehr als 20° und bis zu 90° ein. Hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau erzielt. Im Falle einer völligen Strömungsrichtungsumkehr kann der Versatz zwischen den dabei ineinander entgegengesetzte Richtungen weisenden Abgas-Strömungen zusammen mit diesen herangezogen werden, um die Ablenkebene zu definieren.
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In weiteren Ausführungsformen beträgt ein Winkel zwischen der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des wahlweisen Einlasses und der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des wahlweisen Auslasses bzw. zwischen der Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Einlass und der Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Auslass weniger als 70° oder weniger als 40°. Es wurde nämlich gefunden, dass ein besonders kleiner Winkel zwischen diesen beiden Anschlüssen entsprechend größere Winkel zwischen den anderen ermöglicht. Dabei wird immer der kleinste Winkel betrachtet (bei Winkeln größer 90° somit die Differenz zu 180°). Zwischen den anderen Anschlüssen erfolgt eine Strömungsablenkung mit je nach Ablenkwinkel tendenziell steigenden Strömungsverlusten, jedoch nicht zwischen diesen beiden. Größere Winkel zwischen den anderen Anschlüssen bedeuten kleinere Ablenkwinkel und damit tendenziell kleinere Verluste.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein (kleinster) Winkel zwischen der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des permanenten Einlasses und der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des permanenten Auslasses bzw. zwischen der Flussrichtung des Abgases im permanenten Einlass und der Flussrichtung des Abgases im permanenten Auslass zwischen 70° und 90° oder unter 30°.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein kleinster Winkel zwischen der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des permanenten Einlasses und der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des wahlweisen Auslasses bzw. zwischen der Flussrichtung des Abgases im permanenten Einlass und der Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Auslass sowie ein kleinster Winkel zwischen der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des wahlweisen Einlasses und der Flächennormalen des kleinsten Querschnitts des permanenten Auslasses bzw. zwischen der Flussrichtung des Abgases im wahlweisen Einlass und der Flussrichtung des Abgases im permanenten Auslass zwischen 70° und 90°, wodurch Verluste gering gehalten werden.
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Um Verluste gering zu halten ist gemäß einer Ausführungsform ein Ablenkwinkel zwischen der Flussrichtung des Abgases im permanenten Einlass und der Flussrichtung des Abgases im permanenten Auslass kleiner als 40°. Diese Anordnung ist besonders für einen Betriebsmodus vorteilhaft, in welchem geführtes Abgas nicht durch ein Zusatzaggregat der Abgasanlage wie beispielsweise einen Latentwärmespeicher geführt wird, da der gesamte Abgasvolumenstrom weitgehend direkt zum Abgasauslass geleitet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die kleinste Querschnittsfläche des permanenten Einlasses um mehr als 10 % größer als die kleinste Querschnittsfläche des wahlweisen Einlasses. Hierdurch wird eine gute Anpassung des permanenten Einlasses an den permanenten Auslass erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich die kleinste Querschnittsfläche des permanenten Auslasses von der kleinsten Querschnittsfläche des permanenten Einlasses um weniger als 10 %.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich die kleinste Querschnittsfläche des wahlweisen Auslasses von der kleinsten Querschnittsfläche des wahlweisen Einlasses um weniger als 10 %.
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Durch diese paarweise Anpassung der kleinsten Querschnittsflächen wird berücksichtigt, dass im Betriebsmodus mit zugeschaltetem Aggregat ohnehin nur ein geringerer Abgasstrom zu bewältigen ist (Teillastbetrieb) und somit der volle Rohrquerschnitt des Hauptabgasstroms nicht benötigt wird. Durch diese Differenzierung wird eine kleinere Bauform des Ventils ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich die kleinste Querschnittsfläche des wahlweisen Auslasses von der kleinsten Querschnittsfläche des permanenten Einlasses um weniger als 10 %.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich die kleinste Querschnittsfläche des wahlweisen Auslasses von der kleinsten Querschnittsfläche des permanenten Einlasses um weniger als 10 %.
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Durch diese Angleichung der Querschnitte der direkt aufeinanderfolgenden Anschlüsse wird erreicht, dass sich im Ventil keine erheblichen Drosseleffekte aufbauen können.
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Gemäß einer besonders kompakten Ausführungsformen weist die Ventilklappe eine ovale Form mit zwei unterschiedlichen Durchmessern und zugehörigen Radien auf, wobei die Schwenkachse zweckmäßig entlang des kürzeren der beiden Durchmesser und damit entlang des kürzeren Radius angeordnet ist. Weiter weist der Ventilkorpus eine Innenwand auf, welche in Abschnitten die Form eines abgeplatteten Rotationsellipsoids aufweist, dessen Rotationsachse größer oder gleich dem kürzeren Durchmesser der Ventilklappe ist, und dessen größter Durchmesser größer oder gleich dem längeren Durchmesser der Ventilklappe ist, wobei die Schwenkachse in der Rotationsachse des Rotationsellipsoids angeordnet ist. Diese Bauform ist von vornherein relativ flach. Außerdem ist es bei dieser Ausgestaltung ermöglicht, den permanenten Einlass im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse anzuordnen, wo eine relativ große Fläche für dessen Anschluss bereitsteht, und die wahlweisen Ein- und Auslässe an der relativ schmalen Peripherie des sich ergebenden abgeflachten Rotationsellipsoids anzuordnen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist es dann möglich, den permanenten Auslass mit ebenfalls großem Querschnitt in direkter Linie gegenüber dem permanenten Einlass anzuordnen. Diese Bauweise ermöglicht niedrige Ablenkwinkel in allen Betriebsmodi, nämlich eine Winkelsumme des ersten Ablenkwinkels zwischen permanentem Ein- und Auslass, des zweiten Ablenkwinkels zwischen permanentem Ein- und wahlweisem Auslass, und des dritten Ablenkwinkels zwischen wahlweisem Einlass und permanentem Auslass von unter 250°, bis hinunter zu 180° (0° + 90° + 90°). Es ist auch eine Anordnung möglich, bei der die angegebenen drei Winkel alle gleich groß sind und zusammen wiederum nur 180° (60° + 60° + 60°) betragen. Dafür ist es günstig, wenn der wahlweise Ein- und Auslass parallel zueinander stehen. Stehen alle vier Anschlüsse in tetraedrischer Anordnung zueinander, betragen die drei Ablenkwinkel zusammen 212°. Zwischen dieser Anordnung und jener, bei welcher der erste Ablenkwinkel und der Winkel zwischen den wahlweisen Ein- und Auslässen sehr klein werden, gibt es weitere Lösungen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Innenseite des Ventilkorpus und/oder die Außenseite der Ventilklappe beispielsweise durch Aufspritzen mit elastischem Material beschichtet. Dies kann die Dichtwirkung zwischen dem Ventilkorpus und der Ventilklappe erhöhen und/oder Geräusche dämpfen. Dabei ist die Schichtdicke des elastischen Materials kleiner 1 mm und insbesondere kleiner 0,5 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem elastischen Material um geschlossenporigen Metallschaum, wie er beispielsweise durch Flammspritzen aufgebracht sein kann, oder um ein Metallgewebe oder Metallgestrick oder um ein Metallfaservlies oder um ein Metallfaserfilz.
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Ausführungsformen eines Kraftfahrzeugs weisen eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasauslass, einen Latentwärmetauscher, einen Schalldämpfer und eine Vier-Wege-Abgasklappe mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau auf. Der permanente Einlass der Vier-Wege-Abgasklappe ist mit dem Abgasauslass der Verbrennungskraftmaschine, und der permanente Auslass der Vier-Wege-Abgasklappe mit dem Schalldämpfer verbunden. Weiter sind der wahlweise Auslass und der wahlweise Einlass der Vier-Wege-Abgasklappe mit dem Latentwärmetauscher verbunden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Vier-Wege-Abgasklappe ein Abgasturbolader angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der Vier-Wege-Abgasklappe und dem Schalldämpfer ein Abgaskatalysator und/oder ein Dieselpartikelfilter angeordnet.
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Die Vier-Wege-Abgasklappe ist gemäß einer Ausführungsform an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet. Ein Antrieb der Ventilklappe der Vier-Wege-Abgasklappe kann dann unterhalb der Vier-Wege-Abgasklappe angeordnet sein, um durch den Fahrtwind gekühlt zu werden.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Vier-Wege-Abgasklappe kann zweckmäßig aus zwei Halbschalen aus Blech oder Guss erfolgen. Es ist möglich, in die Halbschalen an geeigneter Stelle Halbringe oder ähnliches einzusetzen, um Dichtkonturen bereitzustellen, so dass die Ventilklappe in einer oder in beiden Schwenkstellungen an diesen zur Anlage kommt.
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Durch die Abdichtung des direkten Abgasweges im Falle der Abkopplung des Zusatzaggregats der Abgasanlage, welches insbesondere ein Latentwärmespeicher sein kann, ergibt sich automatisch eine Isolierung desselben gegen die Umgebung. Das bedeutet, dass kein konvektiver Wärmetransport aus dem Zusatzaggregat und insbesondere Latentwärmespeicher heraus erfolgen kann, ohne dass ein zweites Ventil bereitgestellt und koordiniert angetrieben werden müsste. Dasselbe betrifft den Stillstand des Fahrzeugs bzw. Motors.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. In den Figuren werden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
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1 eine schematische Ansicht eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Vier-Wege-Abgasklappe zeigt,
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2 eine schematische achsparallele Schnittansicht einer Vier-Wege-Abgasklappe gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt,
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3 eine schematische achsparallele Schnittansicht einer Vier-Wege-Abgasklappe gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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4 eine achsparallele Schnittansicht einer Vier-Wege-Abgasklappe gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
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5 eine zur Schwenkachse senkrechte Schnittansicht der Ausführungsform gemäß 4 zeigt;
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6 eine achsparallele Schnittansicht einer Vier-Wege-Abgasklappe gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt; und
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7 eine zur Schwenkachse senkrechte Schnittansicht der Ausführungsform gemäß 6 zeigt.
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1 zeigt schematisch eine Ansicht eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs von unten.
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Neben den Rädern 107a, 107b, 107c und 107d sind am Unterboden des Kraftfahrzeugs 100 ein unterer Abschnitt einer Verbrennungskraftmaschine 101, ein Abgasturbolader 102, eine erfindungsgemäße Vier-Wege-Abgasklappe 10, ein Latentwärmespeicher 103, ein Abgaskatalysator 104 sowie ein Schalldämpfer 105 zu sehen.
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Die Verbrennungskraftmaschine 101 ist zwischen den Vorderrädern 107a, 107b angeordnet, und so mit einem Abgasturbolader 102 verbunden, dass von der Verbrennungskraftmaschine 101 ausgegebenes Abgas den Abgasturbolader 102 durchströmt. Stromabwärts des Abgasturboladers 102 tritt das Abgas durch einen permanenten Einlass 1 in die Vier-Wege-Abgasklappe 10 ein.
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In der in 1 in durchgezogener Linie gezeigten Stellung einer Ventilklappe 5 der Vier-Wege-Abgasklappe 10 wird das Abgas ausgehend vom permanenten Einlass 1 über einen wahlweisen Auslass 3 in einen Latentwärmespeicher 103 und von diesem über einen wahlweisen Einlass 4 wieder zurück in die Vier-Wege-Abgasklappe 10 geleitet, bevor es über einen permanenten Auslass 2 an einen Katalysator 104 ausgegeben wird. Der Latentwärmespeicher wird somit geladen und entnimmt dem Abgas Wärme. In der in 1 in gestrichelter Linie gezeigten Stellung der Ventilklappe 5 der Vier-Wege-Abgasklappe 10 wird das Abgas ausgehend vom permanenten Einlass 1 direkt über den permanenten Auslass 2 an den Katalysator 104 ausgegeben, ohne den Latentwärmespeicher 103 zu durchströmen. Eine versehentliche Abgabe der im Latentwärmespeicher 103 gespeicherten Wärme an das Abgas wird so verhindert. Stromabwärts des Katalysators 104 durchströmt das Abgas einen Schalldämpfer 105 und wird durch ein Endrohr nach außerhalb des Kraftfahrzeugs 100 ausgegeben. Die Strömungsrichtung des Abgases ist in 1 mit Pfeilen gezeigt.
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Es wird betont, dass der Abgasturbolader und der Katalysator nur fakultativ sind. Alternativ oder zusätzlich zum Katalysator kann auch ein Dieselpartikelfilter vorgesehen sein. Weiter kann anstelle des Latentwärmespeichers 103 ein anderes fakultatives System der Abgasanlage vorgesehen sein.
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Der Aufbau der Vier-Wege-Abgasklappe 10 ist in 2 in Schnittansicht schematisch gezeigt. Dabei ist die Ansicht parallel zu einer Schwenkachse 11 der Ventilklappe 5 orientiert.
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Die Schwenkachse 11 der Ventilklappe 5 ist mittig in einem aus zwei Halbkugelschalen gebildeten Ventilkorpus gelagert. Die Ventilklappe 5 ist in der gezeigten Ausführungsform eine biegefeste Kreisscheibe, in deren Durchmesser die Schwenkachse 11 angeordnet ist, und die ebenso wie die beiden den Ventilkorpus bildenden Halbkugelschalen aus Stahlblech gebildet ist. Der Ventilkorpus weist in seinem Inneren eine Wandung auf, welche Teil einer Kugeloberfläche ist, deren Radius um 0,5 mm größer als der Radius der Ventilklappe 5 ist.
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Die Ventilklappe 5 ist drehfest mit der Schwenkachse 11 verbunden und mittels eines Antriebs für die Schwenkachse 11 im Inneren des Ventilkorpus um ca. 90° um die Schwenkachse 11 schwenkbar. Die Extrempositionen der Ventilklappe 5 teilen das Innere des Ventilkorpus in vier gleichgroße Teile. Eine Aufteilung in gleichgroße Teile ist jedoch nur optional.
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In jedem der gleichgroßen Teile ist ein Einlass oder Auslass angeordnet, so dass das von der Verbrennungskraftmaschine 101 (bzw. dem Abgasturbolader 102) her durch den permanent Einlass 1 einströmende Abgas durch verschwenken der Ventilklappe wahlweise hin zu einem wahlweisen Auslass 3 (in 2 gestrichelte Stellung der Ventilklappe) oder direkt einem permanenten Auslass 2 (in 2 in durchgezogener Linie gezeigte Stellung der Ventilklappe) geführt wird. Es ist jedoch nicht möglich, das von der Verbrennungskraftmaschine her durch den permanent Einlass 1 einströmende Abgas direkt einem wahlweisen Einlass 4 zuzuführen.
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Wird der von der Verbrennungskraftmaschine 101 her kommende Abgasstrom durch die Ventilklappe 5 über den wahlweisen Auslass 3 hin zum Latentwärmespeicher 103 geführt, wird gleichzeitig das von diesem zurückströmende Abgas durch die Ventilklappe 5 über den permanenten Auslass 2 hin zum Schalldämpfer 105 (ggf. über den Katalysator 104 bzw. Dieselpartikelfilter) geleitet.
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In 2 sind Variationsmöglichkeiten der Anordnung dreier der Ein- bzw. Auslässe 1, 2, 3 gestrichelt angedeutet; die Ausrichtung jedes der Anschlüsse kann je nach baulichen Umständen innerhalb des jeweiligen Sektors frei gewählt werden.
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Auch wenn der Ventilkorpus in der gezeigten Ausführungsform insgesamt eine Kugelform aufweist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. So sind beispielsweise andere Ausbildungen, die senkrecht zur Schwenkachsenebene kreisförmig sind, ebenso möglich. Tatsächlich ist auch die Kreisform nicht unbedingt erforderlich, sondern es wird nur in den beiden Extrempositionen der Ventilklappe eine nahe Nachbarschaft der Wandung des Ventilkorpus zur Ventilklappe verlangt, um eine gewisse Dichtwirkung zu entfalten. Wenn die Ventilklappe selbst kreisförmig, ellipsenförmig oder oval ist, und sich über den gesamten Schaltweg hinweg nahe der Wandung des Ventilkorpus bewegen soll, ist eine räumlich gekrümmte Wandung erforderlich, nämlich eine kugelförmige oder sphäroidische (bei ovaler Klappe). Die beiden einander gegenüberliegenden Segmente (zu 2 und 3), in denen sich die Ventilklappe beim Schalten bewegt, können einen größeren Radius (bzw. überhaupt eine gekrümmte Form) aufweisen als die beiden anderen, einander wiederum gegenüberliegenden Segmente (zu 1 und 4), welche die Ventilklappe nicht überstreicht. Damit ist es möglich, die Übergänge zu den kleineren Segmenten gleichzeitig als Anschläge für die Ventilklappe auszubilden, was deren Dichtwirkung verbessert und vermeidet, gesonderte Dichtelemente vorsehen zu müssen.
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In der gezeigten Ausführungsform durchsetzt die Schwenkachse 10 den annähernd kugelförmigen Ventilkorpus zentral und haltert die Ventilklappe 5 mittig. Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit der Anordnung: So ist eine dezentrale Anordnung der Schwenkachse im Ventilkorpus möglich. Dies erfordert jedoch eine exzentrische Halterung der Ventilklappe und eine Anpassung der kurzen Seite der Ventilklappe.
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Der Aufbau einer Vier-Wege-Abgasklappe 20 mit zwei Schwenkachsen 7, 7' gemäß einer zweiten Ausführungsform ist in 3 in Schnittansicht schematisch gezeigt.
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In der zweiten Ausführungsform ist der Ventilkorpus der Vier-Wege-Abgasklappe 20 vertikal geteilt, und sind die beiden Teile gegeneinander vertikal versetzt, um zwei Dichtanschläge 9, 9' bereitzustellen. Bei dieser Ausbildung fallen die Schwenkachsen 7', 7'' der beiden Seiten der Ventilklappe auseinander, so dass zwei Ventilklappen 5a', 5b' vorgesehen werden müssen. Durch eine zwischen den beiden Achsen angeordnete, längsverzahnte gemeinsame Antriebsachse 7 wird dieser Abstand überbrückt, und gleichzeitig ermöglicht, beide Ventilklappen 5a' 5a'' mit unterschiedlicher Übersetzung und damit unterschiedlichem Verstellwinkel zu betreiben. Beispielsweise kann so erreicht werden, dass die Ventilklappen in einer Dichtposition in einer gemeinsamen Ebene liegen, in der anderen Dichtposition jedoch in einem stumpfen Winkel zueinander stehen. Dies ermöglicht die Anordnung eines relativ großen permanenten Auslasses 2a in dem Teil, der von der Ventilklappe 5a'' mit großem Verstellwinkel überstrichen wird, und die Anordnung eines relativ kleinen wahlweisen Auslasses 3a in dem Teil, der von der anderen Ventilklappe 5a' mit kleinem Verstellwinkel überstrichen wird. In der gezeigten Ausführungsform sind die Dichtanschläge 9, 9' mit geschlossenporigem Metallschaum D beschichtet, um die Dichtheit zu erhöhen und Geräusche beim Anschlagen der Ventilklappen zu dämpfen.
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In den 4 und 5 ist eine dritte Ausführungsform einer Vier-Wege-Abgasklappe 30 gezeigt. Dabei zeigt 4 eine achsparallele Schnittansicht und 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V. Da diese dritte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sehr ähnlich ist, wird im Folgenden vor allem auf Besonderheiten eingegangen und ansonsten auf die erste Ausführungsform verwiesen.
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Bei der dritten Ausführungsform werden Dichtanschläge 9b, 9b' durch bezüglich der Schwenkachse 11b der Ventilklappe 5b gegenüberliegend angeordnete Wandungssegmente des Ventilkorpus bereitgestellt, welche einen kleineren Durchmesser aufweisen, als benachbarte bezüglich der Schwenkachse 11b der Ventilklappe 5b gegenüberliegend angeordnete Wandungssegmente des Ventilkorpus. Mit anderen Worten weist die innere Oberfläche des Ventilkorpus Sprünge auf, welche die Dichtanschläge bilden. Zur Erhöhung der Dichtigkeit und zum Vermeiden von Geräuschen ist die Ventilklappe 5a radial außen mit geschlossenporigem Metallschaum D beschichtet.
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Wie sich aus 5 ergibt, weist in dieser dritten Ausführungsform der Innenraum des Ventilkorpus insgesamt die Form eines abgeflachten Rotationsellipsoids auf. In 5 ist die Raumersparnis im Vergleich zu einer Kugelform gestrichelt angedeutet. In dieser Ausführungsform wird der eingesparte Raum unterhalb für die Anordnung eines Elektromagneten 13 als Aktuator für die Ventilklappe 5b und oberhalb für ein Lager 16, 16' der Schwenkachse 11b genutzt. Die Lager 16, 16' sind beide gegen die Umgebung abgedichtet.
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In 4 sind die beiden den Ventilkorpus bildenden Halbschalen entlang der im Bild senkrecht stehenden vertikalen Ebene geteilt, also einer Ebene, die die Schwenkachse 11 enthält, wobei eine Halbschale die permanenten Ein- und Auslässe (hier eingezogene Rohrstutzen) 1b und 2b, und die andere Halbschale die wahlweisen Ein- und Auslässe 3b und 4b bereitstellt. An den Natstellen 15, 15' der beiden Halbschalen sind diese miteinander verbördelt.
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In dieser Ausführungsform ist der Ventilkorpus zusammen mit den Einlässen und Auslässen aus einem gemeinsamen tiefgezogenem Metallblech gebildet. Die Einlässe und Auslässe sind somit als geöffnete topfförmige Vorsprünge einstückig und nahtlos mit dem Ventilkorpus verbunden.
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In den 6 und 7 ist eine vierte Ausführungsform einer Vier-Wege-Abgasklappe 40 gezeigt. Dabei zeigt 6 eine achsparallele Schnittansicht und 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI, wobei in 7 die Ventilklappe 5c gegenüber der in 6 gezeigten Stellung um 90° verdreht ist. Da diese vierte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform sehr ähnlich ist, wird im Folgenden vor allem auf Besonderheiten eingegangen und ansonsten auf die dritte Ausführungsform verwiesen.
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Auch der Ventilkorpus der Vier-Wege-Abgasklappe 40 der vierten Ausführungsform ist aus zwei Halbschalen gebildet. Jedoch sind die beiden Halbschalen in dieser Ausführungsform entlang einer zur Schwenkachse 11c vertikalen Ebene geteilt. In dieser Ausführungsform sind die Dichtanschläge 9c, 9c' durch einwärts-umgeformte Bereiche der Halbschalen gebildet. In diesem Fall stellt die obere Halbschale den wahlweisen Ausgang 3c und einen oberen Teil der permanenten Ein- und Auslässe 1c, 2c bereit, und die untere Halbschale den wahlweisen Eingang 4c und einen unteren Teil der permanenten Ein- und Auslässe 1c, 2c bereit. Die beiden Halbschalen sind teilweise ineinander gesteckt und an ihren Verbindungsstellen 15c, 15c' miteinander verschweißt. Bei einer derartigen Teilung der Halbschalen ist eine Montage der Schwenkachse 11c sowie der Lager 16c, 16c' für die Schwenkachse erleichtert.
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Der Fachmann wird erkennen, dass weitere Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne den Bereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Es ist insbesondere auch möglich, auf den wahlweisen Einlass 4c zu verzichten und die Vorrichtung als Drei-Wege-Ventil zu betreiben. Dies macht es möglich, die verbleibenden drei Anschlüsse winkelmäßig weiter (z. B. um 120°) voneinander zu beanstanden, und mit einer nicht-ebenen Ventilklappe (z. B. 120° gewinkelt) die Umschaltung vorzunehmen. Die Wiedervereinigung des somit umgeleiteten Abgasstroms mit der Hauptabgasleitung erfolgt dann mittels einer einfachen, umgekehrt verbauten Rohrverzweigung. Weiter ist es möglich, mittels der Vier-Wege-Abgasklappe andere Fluide als Abgas zu führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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