DE102013111003A1

DE102013111003A1 - Hybridventil zur Dämpfung niederfrequenter Geräusche

Info

Publication number: DE102013111003A1
Application number: DE201310111003
Authority: DE
Inventors: Kwin Abram; Joseph Callahan; Robin Willats
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-05
Also published as: DE102013111003B4; CN103790676B; CN103790676A

Abstract

Eine Hybridventilbaugruppe für eine Abgasanlage weist ein Abgasrohr mit einer Bohrung auf, die einen Abgasströmungsweg definiert. In der Bohrung ist eine Lamelle angebracht, die zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich ist. Ein nachgiebiges Element beaufschlagt die Lamelle in Richtung auf die geschlossene Stellung. Ein Ventilstellantrieb hat eine EIN-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle aktiv vom Ventilstellantrieb gesteuert wird, und eine AUS-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle passiv von der Abgasströmung gesteuert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridventilbaugruppe in einer Fahrzeugabgasanlage und insbesondere eine Hybridventilbaugruppe, die wahlweise eine passive Ventilfunktion oder eine aktiv gesteuerte Funktion bereitstellt, um eine gewünschte Ventilkennlinie bereitzustellen.
Hintergrund der Erfindung
Abgasanlagen sind weithin bekannt und bei Verbrennungsmotoren weit verbreitet. Üblicherweise weist eine Abgasanlage Abgasrohre auf, die heiße Abgase vom Motor zu anderen Komponenten der Abgasanlage wie etwa Schalldämpfern, Reflexionsschalldämpfern etc. leiten. Ein Schalldämpfer weist Schallkammern auf, die von den Abgasen getragene Schallwellen gegenseitig aufheben. Schalldämpfer sind zwar wirksam, aber oft verhältnismäßig groß, und bieten eine begrenzte Geräuschdämpfung.
Es ist vorgeschlagen worden, zur weiteren Geräuschdämpfung ein Ventil in den Schalldämpfer aufzunehmen. Die vorgeschlagenen Ventile haben jedoch zahlreiche Nachteile, durch die ihre umfassende Verwendung bei einer Vielzahl von Anwendungen eingeschränkt ist.
Bekanntlich ist der Schalldämpfer je nach Anwendung unterschiedlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Beispielsweise kann ein Hauptschalldämpfer für einen Personenkraftwagen aufgrund seiner normalen Position Abgasen von 600°C ausgesetzt sein, während Schalldämpfer, die bei Anwendungen in Lastkraftwagen, Minivans oder Geländelimousinen zum Einsatz kommen, Gastemperaturen ausgesetzt sind, die oberhalb von 750°C liegen können.
Bei Anwendungen in Personenkraftwagen ist zur Geräuschdämpfung ein Ventil zur passiven Geräuschdämpfung unmittelbar in einen Schalldämpferkörper eingebracht worden. Dieses Ventil weist eine Feder auf, die einen Ventilkörper für eine Schwenkbewegung innerhalb eines Ventilgehäuses beaufschlagt, das einen Abgasströmungsweg definiert. Die Anwendung der Feder in Hochtemperaturumgebungen ist begrenzt. Oft sind spezielle Hochtemperaturfedermaterialien erforderlich, die sehr teuer sein können. Auch kann die Unterbringung bzw. Montage dieser Ventile in kleineren Schalldämpfern, die üblicherweise als Teil einer Mehrfachschalldämpferausführung für größere Fahrzeuge wie Lastkraftwagen, Geländelimousinen, Minivans etc. verwendet werden, schwierig sein.
Das Ventil steuert die Abgasdurchflussmenge entlang des Abgasströmungsweges. Der Ventilkörper ist zwischen einer geschlossenen Stellung, in der der Abgasströmungsweg zu 100% vom Ventilkörper blockiert ist, und einer offenen Stellung bewegbar, in der die Blockierung des Abgasströmungsweges minimiert ist.
Ferner werden diese bekannten passiven Ventile bei einer Ausführung verwendet, bei der ein Bypass-Strömungsweg vorgesehen ist. Bei dieser Art der Ausführung ist ein primärer Strömungsweg und ein Bypass-Strömungsweg für Abgase vorhanden. Der Ventilkörper ist innerhalb eines Innenschalldämpferrohrs angeordnet, das den primären Strömungsweg definiert. Wie oben erläutert, ist der Ventilkörper so ausgeführt, dass er 100% des primären Strömungsweges blockiert, wenn er sich in der geschlossenen Stellung befindet. Ein Bypass-Rohr steht an einer Stelle stromaufwärts des Ventilkörpers und an einer Stelle stromabwärts des Ventilkörpers mit dem Innenschalldämpferrohr in Strömungsverbindung. Unter bestimmten Umständen, wie zum Beispiel dann, wenn der primäre Strömungsweg zu 100% blockiert ist, werden Abgase über das Bypass-Rohr um den Ventilkörper herum geleitet.
Unter dem Gesichtspunkt von Montage, Material und Gewicht ist es nachteilig, Bypass-Strömungswege vorzusehen. Ferner ist es, wie oben erläutert, schwierig, diese Ventile in kleineren Schalldämpfern unterzubringen, und diese Ventile sind nicht in der Lage, in Hochtemperaturumgebungen wirkungsvoll zu funktionieren.
Außerdem dämpfen diese bekannten passiven Ventilausführungen niederfrequente Geräusche nicht wirksam. Es sind Versuche unternommen worden, die Dämpfung niederfrequenter Geräusche ohne die Verwendung passiver Ventile zu verbessern, indem entweder das Schalldämpfervolumen oder der Gegendruck erhöht wurde. Eine Erhöhung des Schalldämpfervolumens ist mit Blick auf Kosten, Material und Bauraum nachteilig. Eine Erhöhung des Gegendrucks kann sich nachteilig auf die Motorleistung auswirken.
Es sind auch Versuche unternommen worden, eine Ausführung ohne Bypass mit einer aktiv gesteuerten, unterdruckbetätigten Ventilausführung zu verwenden. Dies ist aber unter dem Gesichtspunkt von Kosten und Unterbringung nachteilig.
Deshalb besteht ein Bedarf an einem wirkungsvolleren Geräuschdämpfungsventil, das effizient in der Abgasströmung arbeitet und niederfrequente Geräusche so dämpfen kann, dass sich eine gewünschte Ventilkennlinie ergibt. Diese Erfindung befasst sich mit diesen Erfordernissen und vermeidet gleichzeitig die Unzulänglichkeiten und Nachteile des Standes der Technik.
Kurzfassung der Erfindung
Eine Hybridventilbaugruppe für eine Abgasanlage weist ein Abgasrohr mit einer Bohrung auf, die einen Abgasströmungsweg definiert. In der Bohrung ist eine Lamelle angebracht, die zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich ist. Ein nachgiebiges Element beaufschlagt die Lamelle in Richtung auf die geschlossene Stellung. Ein Ventilstellantrieb hat eine EIN-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle aktiv vom Ventilstellantrieb gesteuert wird, und eine AUS-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle passiv von der Abgasströmung gesteuert wird.
Bei einem Beispiel hat der Abgasströmungsweg eine Querschnittsfläche, und in der geschlossenen Stellung stellt die Lamelle eine Abdeckung der Querschnittsfläche von 80% bis 97% bereit.
Bei einem weiteren Beispiel umfasst der Stellantrieb einen Linearstellantrieb wie zum Beispiel einen Elektromagneten.
Bei einem weiteren Beispiel ist die Lamelle dann, wenn sich der Ventilstellantrieb in der AUS-Stellung befindet, nur als Reaktion darauf, dass der Abgasdruck größer als eine Vorspannkraft des nachgiebigen Elements ist, aus der geschlossenen Stellung in Richtung auf die offene Stellung bewegbar.
Bei einem weiteren Beispiel weist die Baugruppe einen Eingang auf, der so eingerichtet ist, dass er wahlweise von einem Benutzer betätigt wird, um den Ventilstellantrieb zwischen der EIN- und der AUS-Stellung zu bewegen. Die Auswahl zwischen der EIN- und der AUS-Stellung beruht auf der Bereitstellung einer gewünschten Ventilkennlinie.
Bei einem beispielhaften Verfahren zur Steuerung einer Hybridventilbaugruppe wird ein Ventilstellantrieb wahlweise zwischen einer EIN-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle aktiv vom Ventilstellantrieb gesteuert wird, und einer AUS-Stellung bewegt, in der die Bewegung der Lamelle passiv von der Abgasströmung gesteuert wird.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, die im Folgenden kurz beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Auspuffkomponenten- und Auslassventilbaugruppe, in der die vorliegende Erfindung aufgenommen ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ventilwelle, Buchsen und Feder, wie bei der Baugruppe von 1 verwendet.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Feder von 2.
4 ist eine schematische Seitenansicht einer Feder und einer Lamelle, in der eine im Wesentlichen geschlossene und eine offene Stellung gezeigt ist.
5 ist eine Querschnittsendansicht einer äußeren Abgasrohr- und passiven Ventilbaugruppe, wobei die Lamelle in der im Wesentlichen geschlossenen Stellung ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Schalldämpfers und eines äußeren Abgasrohrs mit einer passiven Ventilbaugruppe.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Hybridventilbaugruppe.
8 ist eine Endansicht der Hybridventilbaugruppe von 7.
9 ist eine Seitenansicht der Hybridventilbaugruppe von 7.
10 ist eine Draufsicht auf die Hybridventilbaugruppe von 7.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Auspuffkomponente 10 (1) weist ein Auslassventil auf, das als passive Ventilbaugruppe 12 bezeichnet wird und zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich ist. Bei dem gezeigten Beispiel umfasst die Auspuffkomponente 10 einen Rohrkörper 14, der einen Abgasströmungsweg 16 mit einer vorgegebenen Querschnittsfläche definiert. Die passive Ventilbaugruppe 12 weist einen Ventilkörper bzw. eine Lamelle 18 auf, die in der geschlossenen Stellung einen Teil des Abgasströmungsweges 16 blockiert. Als Reaktion auf durch Abgase gegen die Lamelle 18 ausgeübten Druck wird die Lamelle 18 in Richtung auf die offene Stellung verschwenkt, um die Blockierung des Abgasströmungsweges 16 zu minimieren.
Bei einem Beispiel ist die Lamelle 18 mit einer Angel oder Klammer 22 an einer Welle 20 befestigt. In einer Außenfläche des Rohrkörpers 14 ist ein Schlitz 24 gebildet. Ein Gehäuse 26, in diesem Beispiel als eckige Metallstruktur gezeigt, ist in diesem Schlitz 24 aufgenommen und mit dem Rohrkörper 14 verschweißt. Andere Gehäuseausführungen könnten ebenfalls verwendet werden. Die Welle 20 ist durch eine erste 28 und eine zweite 30 Buchse bzw. Lager drehbar im Gehäuse 26 gelagert. Bei dem gezeigten Beispiel umfasst die Klammer 22 ein Blechteil, das mit einem Abschnitt mit der Welle 20 verschweißt ist und sich mit einem anderen Abschnitt aus dem Gehäuse 26 heraus erstreckt und mit der Lamelle 18 verschweißt ist. Somit werden die Lamelle 18 und die Welle 20 gemeinsam um eine von der Welle 20 definierte Achse A verdreht. Die Klammer 22 ist nur ein Beispiel, wie die Welle 20 an der Lamelle 18 befestigt werden kann; es sollte klar sein, dass auch andere Befestigungsmechanismen verwendet werden könnten.
Die erste Buchse 28 ist allgemein an einem ersten Wellenende 32 angeordnet. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die erste Buchse 28 eine abgedichtete Schnittstelle für das erste Wellenende 32. Die Welle 20 weist einen Wellenkörper 34 auf, der durch einen ersten Durchmesser D1 definiert ist. Nahe dem ersten Wellenende 32 befindet sich ein erster Bund 36, der durch einen zweiten Durchmesser D2 definiert ist, der größer als der erste Durchmesser D1 ist. Die erste Buchse 28 weist eine erste Bohrung 38 auf, in der das erste Wellenende 32 aufgenommen ist. Der erste Bund 36 liegt unmittelbar so an einer Stirnfläche 40 der ersten Buchse 28 an, dass Abgas nicht aus der ersten Buchse 28 entlang einem Pfad zwischen der Welle 20 und der ersten Buchse 28 austreten kann.
Die zweite Buchse 30 weist eine zweite Bohrung 44 auf, durch die sich der Wellenkörper 34 zu einem zweiten Wellenende 46 erstreckt. Die Welle 20 weist einen zweiten Bund 48 auf, der durch einen dritten Durchmesser D3 definiert ist, der größer als der erste Durchmesser D1 ist. Der zweite D2 und der dritte D3 Durchmesser können gleich oder verschieden voneinander sein. Der zweite Bund 48 ist von der zweiten Buchse 30 axial einwärts gelegen.
Die Welle 20 erstreckt sich durch die zweite Bohrung 44 zu einer im Verhältnis zur zweiten Buchse 30 axial außenliegenden Stelle. Ein nachgiebiges Element wie zum Beispiel eine Feder 50 ist mit einer Federhalterung 52 mit dem zweiten Wellenende 46 gekoppelt. Die Federhalterung 52 weist ein erstes Halterungsstück 54, das am Gehäuse 26 befestigt ist, und ein zweites Halterungsstück 56 auf, das am zweiten Wellenende 46 befestigt ist. Ein Federende 58 ist über das erste Halterungsstück 54 dem Gehäuse zugeordnet, und ein zweites Federende 60 (3) ist über das zweite Halterungsstück 56 der Welle 20 zugeordnet. Vorteilhafterweise befindet sich die Feder 50 außenliegend, d. h. außerhalb des Rohrkörpers 14. Von daher arbeitet die Feder 50 in einer viel kühleren Umgebung und ist nicht wie bei früheren Konstruktionen unmittelbar den Hochtemperaturabgasen ausgesetzt.
Bei einem Beispiel umfasst die Feder 50 eine Schraubenfeder, die so ausgeführt ist, dass sie während des Einbaus sowohl in axialer Richtung längs der Achse A als auch in Torsionsrichtung um die Achse A zusammengedrückt wird. Die Torsionsbelastung erzeugt eine Vorspannkraft, die die Welle 20 und die Lamelle 18 in Richtung auf die geschlossene Stellung beaufschlagt. Wenn die Gasströmung zunimmt, wird diese Torsionskraft überwunden und die Lamelle 18 in Richtung auf die offene Stellung bewegt. Die Axialkraft dient dazu, den zweiten Bund 48 formschlüssig in Anlage an einer Stirnfläche 66 der zweiten Buchse 30 aufzunehmen und abzudichten. Dadurch ist, indem ein Durchlass zwischen einer Außenfläche der Welle 20 und einer Bohrungsoberfläche der zweiten Buchse 30 abgedichtet ist, verhindert, dass Abgas aus der zweiten Buchse 30 austritt. Somit wird zur Bereitstellung sowohl einer Axial- als auch einer Torsionsbelastung eine einzige Feder verwendet, was eine Ausführung ergibt, die sowohl die passive Ventilbaugruppe 12 in einer gewünschten Funktionsstellung halten als auch einen Abgasaustritt verhindern kann.
Die Feder 50 ist in 3 näher gezeigt. Die Feder 50 ist eine aus Draht mit einem Durchmesser DW gebildete Schraubenfeder. Vor dem Einbau ist die Feder 50 durch einen Zustand freier Länge FL definiert, bei dem ein erstes Teilungsmaß P1 größer als der Durchmesser DW ist. Dieses Verhältnis führt dazu, dass benachbarte Windungen mit einem Spalt 70 voneinander beabstandet sind. Aufgrund der Spalte 70 zwischen benachbarten Windungen kann die Feder 50 während des Einbaus in Axialrichtung sowie auch in Torsionsrichtung zusammengedrückt werden. Dies ergibt ein zweites Teilungsmaß P2 (1), das kleiner als das erste Teilungsmaß P1 ist.
Bei einer beispielhaften Ausführung hat die Feder 50 einen Drahtdurchmesser DW, der etwa 1,8 mm beträgt, und ein erstes Teilungsmaß P1, das größer als 2 mm ist. Die Feder 50 hat ferner einen Gesamtaußendurchmesser von 17 mm und eine freie Länge FL von etwa 30 mm. Wenn sie für den Einbau zusammengedrückt wird, wird diese freie Länge FL um etwa 5 mm verringert. Es sollte klar sein, dass dies lediglich eine beispielhafte Ausführung ist und dass zur Bereitstellung gewünschter Kennlinien nach Bedarf andere Ausführungen verwendet werden könnten.
Indem von einer einzigen Feder Gebrauch gemacht wird, die sowohl torsionsmäßig als auch axial wirken kann, kann die Welle gegen die Buchse belastet werden, was einen Abgasaustritt zwischen der Welle und der Buchse minimiert. Auch kann diese Ausführung zur Minimierung von Aufbauschwankungen verwendet werden, weil die Welle stets in formschlüssiger Anlage an der Buchse ist.
Verglichen mit früheren Ventilen, bei denen im geschlossenen Zustand 50% oder weniger abgedeckt sind, bietet die passive Ventilbaugruppe 12 in der geschlossenen Stellung ferner einen beträchtlichen Grad an Abdeckung des Abgasströmungsweges 16. Bei dem in den 4–5 gezeigten Beispiel ist die passive Ventilbaugruppe 12 in einem Abgasrohr 80 positioniert, dessen erstes Rohrende 82 mit einer ersten Auspuffkomponente 84 verbunden ist und dessen zweites Rohrende 86 mit einer zweiten Auspuffkomponente 88 verbunden ist. Die erste 84 und die zweite 88 Auspuffkomponente können Komponenten wie etwa einen Schalldämpfer, ein Auspuffendrohr etc. umfassen.
Bei einem Beispiel, das in 6 gezeigt ist, umfasst die erste Auspuffkomponente 84 einen Schalldämpfer 90 und die zweite Auspuffkomponente 88 ein Auspuffendrohr 92. Das Abgasrohr 80 ist mit einem Auslass 94 des Schalldämpfers 90 und einem Einlass in das Auspuffendrohr 92 verbunden. Bei einem anderen Beispiel umfassen sowohl die erste 84 als auch die zweite 88 Komponente Schalldämpfer (schematisch in 4 gezeigt), wobei das Abgasrohr 80 mit einem Auslass aus dem einen Schalldämpfer und mit einem Einlass von einem weiteren Schalldämpfer verbunden ist.
Bei beiden Ausführungen hat das Abgasrohr 80 eine Innenbohrung bzw. Öffnung 98, die die erste 84 und die zweite 88 Auspuffkomponente strömungsmäßig verbindet und den Abgasströmungsweg 16 definiert. Der Abgasströmungsweg 16 ist der einzige Strömungsweg zwischen der ersten 84 und der zweiten 88 Auspuffkomponente. Mit anderen Worten, es gibt keinen zu dem Abgasrohr 80 gehörigen Bypass-Strömungsweg, und der einzige Weg, durch den Abgase strömen können, ist der Abgasströmungsweg 16 im Abgasrohr 80.
Wie in 4 gezeigt, ist die Lamelle 18 innerhalb der Öffnung 98 aus einer im Wesentlichen geschlossenen Stellung (durchgezogene Linie) in eine im Wesentlichen offene Stellung (gestrichelte Linie) verschwenkbar. Die Lamelle 18 wird von der schematisch gezeigten Feder 50 zur geschlossenen Stellung hin beaufschlagt, wie bei 100 schematisch angedeutet ist. Wenn ein Abgasdruck, angedeutet durch den Pfeil 102, ein gewisses Niveau übersteigt, dann wird die Federkraft überwunden und die Lamelle 18 zur offenen Stellung hin bewegt.
Die Öffnung 98 ist durch eine Querschnittsfläche definiert. Bei geschlossener Stellung der Lamelle 18 ist etwa 80–97% dieser Querschnittsfläche abgedeckt, d. h. abgesperrt. Bei einem Beispiel liegt die Abdeckung der Querschnittsfläche in einem Bereich von 87,5–92,5%. Somit bleibt nur ein sehr kleiner Teil der Querschnittsfläche für die Abgasströmung offen, wenn sich die Lamelle 18 in der geschlossenen Stellung befindet (siehe 5).
Dieser hohe Prozentsatz der Abdeckung bietet in Kombination mit einer Ausführung ohne Bypass eine sehr wirksame Möglichkeit zur Dämpfung niederfrequenter Geräusche.
In den 7 bis 10 ist ein Bespiel für eine Hybridventilbaugruppe 102 gezeigt, bei der eine passive Steuerung, wie sie oben beschrieben ist, mit einer aktiven Steuerung kombiniert ist, die zur Bereitstellung einer gewünschten Ventilkennlinie wahlweise betätigt werden kann. Wie in 7 gezeigt, ist die Hybridventilbaugruppe 102 in ähnlicher Weise wie oben beschrieben in einem Abgasrohr 104 angebracht; es könnten jedoch auch andere Montageausführungen verwendet werden. Das Rohr 104 hat eine Mittelachse B und definiert einen Abgasströmungsweg. Eine Welle 106 (8) ist von Buchsenbaugruppen 108 gelagert, die an gegenüberliegenden Seiten des Rohrs 104 befestigt sind. Eine Lamelle 110 (8) ist um die Drehachse A drehbar an der Welle 106 drehfest angebracht.
Bei einem Beispiel definiert das Rohr 104 eine Querschnittsfläche, durch die Abgase von einem stromauwärtigen Ende 112 zu einem stromabwärtigen Ende 114 strömen F. Das Rohr 104 umfasst eine Ausführung ohne Bypass, wobei der Abgasweg den einzigen Abgasweg zwischen einer stromauwärtigen und einer stromabwärtigen Auspuffkomponente umfasst, die mit dem stromauwärtigen 112 bzw. dem stromabwärtigen 114 Ende verbunden sind. Wenn sich die Lamelle 110 in der geschlossenen Stellung befindet, dann ist diese Querschnittsfläche zu ungefähr 80–97% von der Lamelle 110 bedeckt. Bei einem weiteren Beispiel ist die Querschnittsfläche in einem Bereich von 87,5–92,5% abgedeckt. Somit wird nur ein sehr kleiner Teil der Querschnittsfläche für die Abgasströmung offengelassen, wenn sich die Lamelle 110 in der geschlossenen Stellung befindet (siehe 8).
Die Hybridventilbaugruppe 102 weist eine nachgiebige Steuerbaugruppe 120 auf, die die Lamelle 100 in die geschlossene Stellung beaufschlagt. Die nachgiebige Steuerbaugruppe 120 weist ein nachgiebiges Element 122, wie etwa zum Beispiel eine Feder, auf, das eine Vorspannkraft aufbringt und die Lamelle 110 in die geschlossene Stellung bewegt. Die nachgiebige Steuerbaugruppe 120 weist auch eine Halterung 124 auf, die das nachgiebige Element 122 mit der Welle 106 koppelt. Die Halterung 124 weist einen ersten Abschnitt 126, der drehfest an einem Ende der Welle 106 befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt 128 auf, der an dem Rohr 104 und/oder einem Außengehäuse einer der Buchsenbaugruppen 108 befestigt ist. Wie in 7 gezeigt, ist ein erstes Federende 130 im ersten Abschnitt 126 und ein zweites Federende 132 im zweiten Abschnitt 128 der Federhalterung 124 aufgenommen.
Die Hybridventilbaugruppe 102 weist auch einen Ventilstellantrieb 140 auf, der so ausgeführt ist, dass er eine Stellung der Lamelle 110 aktiv steuert. Es kann jede Art von aktivem Ventilstellantrieb 140 zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel unter anderem ein pneumatisch oder elektrisch gesteuerter Stellantrieb. Bei einem Beispiel umfasst der Stellantrieb einen Linearstellantrieb wie etwa einen Elektromagneten.
Bei einer beispielhaften Montageausführung weist der Ventilstellantrieb 140 ein Gehäuse 142 auf, das mit einem Bügel 144 am Rohr 104 befestigt ist. Das Gehäuse 142 ist außen montiert und erstreckt sich insgesamt in einer Richtung parallel zu der des Abgasströmungswegs. Der Ventilstellantrieb 140 weist ein ausziehbares Element 146 auf, das zur Steuerung der Stellung der Lamelle 110 innerhalb und außerhalb des Gehäuses 142 längs einer linearen Bahn verläuft. Ein Arm 148 erstreckt sich von dem ausziehbaren Element 146 nach außen und greift an der nachgiebigen Steuerbaugruppe 120 an. Bei einem Beispiel erstreckt sich der Arm 148 in einer Richtung, die insgesamt parallel zur Drehachse A ist.
Der Bügel 144 kann auf unterschiedliche Weise am Rohr 104 angebracht sein, unter anderem durch Schweißen, Hartlöten, Befestigen etc.. Bei Bedarf können zusätzliche Stützwinkel 138 verwendet werden, um den Bügel 144 sicherer zu fixieren. Wie in 9 gezeigt, wird ein Stützwinkel 138 verwendet, um einen Abschnitt des Bügels 144 an einer Seite des Rohrs 104 zu befestigen. In 10 wird ein Stützwinkel zur Befestigung eines Abschnitts des Bügels an einer Oberseite des Rohrs 104 verwendet. Bei Bedarf könnten auch zusätzliche Stützwinkel verwendet werden.
Der Ventilstellantrieb 140 hat eine EIN-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle 110 aktiv vom Ventilstellantrieb 140 gesteuert wird, und eine AUS-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle 110 passiv von der Abgasströmung gesteuert wird. Wenn der Ventilstellantrieb 140 AUS ist, dann ist die Hybridventilbaugruppe 102 in einem passiven Modus, und das nachgiebige Element 122 bringt eine Vorspannkraft auf, um die Welle 106 so zu verdrehen, dass die Lamelle 110 in der geschlossenen Stellung ist. Während des Betriebs des Fahrzeugs, wenn ein gegen die Lamelle 110 ausgeübter Abgasdruck größer als die Vorspannkraft des nachgiebigen Elements 122 ist, bewegt sich die Lamelle 110 in Richtung auf die offene Stellung. Wenn der Abgasdruck geringer als die Vorspannkraft ist, dann kehrt die Lamelle 110 aufgrund der Vorspannkraft des nachgiebigen Elements 122 automatisch in die geschlossene Stellung zurück. Im passiven Modus ist die Lamelle 110 somit lediglich als Reaktion darauf, dass ein Abgasdruck größer als die Vorspannkraft des nachgiebigen Elements 122 ist, aus der geschlossenen Stellung in Richtung auf die offene Stellung hin bewegbar, d. h. der Ventilstellantrieb 140 steuert die Bewegung der Lamelle 110 nicht aktiv.
Der erste Abschnitt 126 der Halterung 124 weist eine sich radial erstreckende Lasche 150 auf, die in der geschlossenen Stellung am Arm 148 des Ventilstellantriebs 140 anliegt. Im passiven Modus gelangt dann, wenn der Abgasdruck die Vorspannkraft des nachgiebigen Elements 122 übersteigt, die Lasche 150 außer Kontakt mit dem Arm 148 und verdreht sich in Richtung auf die offene Stellung, wie durch den Pfeil 152 angedeutet. Wenn der Abgasdruck die Vorspannkraft unterschreitet, dann verdrehen sich die Lasche 150, die Welle 106 und der erste Abschnitt 126 der Halterung 124 in eine entgegengesetzte Richtung, bis die Lasche 150 am Arm 148 anstößt. Der Arm 148 dient im passiven Modus somit zur Festlegung einer Anschlagsgrenze für die geschlossene Stellung.
Während der aktiven Steuerung, d. h. wenn der Stellantrieb 140 in einem aktiven Modus in der EIN-Stellung ist, bewegt sich der Arm 148 mit dem ausziehbaren Element 146 und verdreht über den Kontakt mit der Lasche 150 die Welle 106 und dadurch die Lamelle 110. Wie in 7 gezeigt ist, bewegt sich dann, wenn das ausziehbare Element 146 nach innen in das Gehäuse 142 gezogen wird, der Arm 148 ebenfalls in diese gleiche Richtung, wodurch die Lasche 150 entgegen der Vorspannkraft der Feder ungeachtet des Abgasdrucks zwangsweise um die Achse A verdreht wird (durch den Pfeil 152 angedeutet). Im aktiven Modus bleiben der Arm 148 und die Lasche 150 also miteinander in Kontakt, während das ausziehbare Element 146 sich in das Gehäuse 142 hinein und aus diesem heraus bewegt.
Ein Steuerteil 156 wie etwa eine gesonderte oder integrierte elektronische Steuereinheit erzeugt Signale zur Steuerung der Bewegung des Ventilstellantriebs 140. Ein Eingang 158 ist so ausgebildet, dass er von einem Benutzer wahlweise so betätigt wird, dass der Ventilstellantrieb 140 zwischen der EIN- und der AUS-Stellung bewegt wird. Die Auswahl zwischen der EIN- und der AUS-Stellung beruht auf der Bereitstellung einer gewünschten Ventilkennlinie. Signale vom Eingang 158 werden dem Steuerteil 156 übermittelt, und der Steuerteil 156 erzeugt ein entsprechendes Ausgangssteuersignal, um den Ventilstellantrieb 140 je nach dem vom Eingang 158 empfangenen Signal zu aktivieren (EIN-Stellung) oder zu deaktivieren (AUS-Stellung). Der Eingang 158 kann während der Fahrt betätigt werden oder vor dem oder beim Starten des Fahrzeugs in Gang gesetzt werden.
Der Eingang 158 kann jedes bzw. jede aus verschiedenen Verfahren oder Vorrichtungen umfassen, die in der Lage sind, an den Steuerteil 156 zu übermitteln, dass eine Änderung der Ventilsteuerung gewünscht ist. Bei einem Beispiel umfasst der Eingang 158 einen Schalter, eine Taste oder einen Kippschalter, der bzw. die vom Benutzer wahlweise betätigt wird. Der Eingang 158 könnte auch mittels eines Fahrzeugcomputers beispielsweise über einen Berührungsbildschirm erfolgen. Bei einem weiteren Beispiel könnte das Gaspedal als Eingabevorrichtung benutzt werden, wobei eine vorbestimmte, vorgegebene Position oder eine vorbestimmte Anzahl Betätigungen der Bremse innerhalb eines kurzen Zeitraums anzeigen könnte, dass eine Änderung der Ventilsteuerung gewünscht ist. Sobald der Steuerteil 156 die Änderungsanforderungen empfängt, wird der Steuerteil 156 mit einem Algorithmus zur Erzeugung der entsprechenden Steuersignale für den Ventilstellantrieb 140 programmiert.
Wie oben erläutert, beruht die Auswahl zwischen der EIN- und der AUS-Stellung auf der Bereitstellung einer gewünschten Ventilkennlinie. Bei einem Beispiel umfasst die gewünschte Ventilkennlinie einen gewünschten Auspuffklang. Ist die EIN-Stellung ausgewählt, d. h. wenn die Hybridventilbaugruppe 102 im aktiven Modus ist, so ist der Auspuffklang lauter als in der AUS-Stellung, d. h. im passiven Modus.
Bei einem weiteren Beispiel umfasst die gewünschte Ventilkennlinie einen gewünschten Gegendruck. In der EIN-Stellung, d. h. im aktiven Modus, ist der Gegendruck niedriger als in der AUS-Stellung, d. h. im passiven Modus.
Bei einem weiteren Beispiel umfasst die gewünschte Ventilkennlinie eine Energieeinsparung. Der Benutzer wählt die EIN-Stellung, wenn ein Wunsch besteht, Energie zu nutzen, und wählt die AUS-Stellung, wenn ein Wunsch besteht, Energie zu sparen.
Die Hybridventilbaugruppe 102 integriert passive und aktive Steuerung in leichter und einfacher Weise zur Bereitstellung gezielter Auswahlmöglichkeiten für die Ventilkennlinie.
Es wurde zwar eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart, der Fachmann auf diesem Gebiet würde aber erkennen, dass bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

Hybridventilbaugruppe für eine Abgasanlage, mit: einem Abgasrohr mit einer Bohrung, die einen Abgasströmungsweg definiert, wobei das Abgasrohr ein mit einer ersten Auspuffkomponente zu verbindendes Ende und ein mit einer zweiten Auspuffkomponente zu verbindendes zweites Ende aufweist, einer in der Bohrung angebrachten Lamelle, die zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, einem nachgiebigen Element, das die Lamelle in Richtung auf die geschlossene Stellung beaufschlagt, und einem Ventilstellantrieb, der eine EIN-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle aktiv vom Ventilstellantrieb gesteuert wird, und eine AUS-Stellung hat, in der die Bewegung der Lamelle passiv von der Abgasströmung gesteuert wird.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die Lamelle in der geschlossenen Stellung eine Abdeckung der Querschnittsfläche von 80% bis 97% bereitstellt.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die Lamelle dann, wenn sich der Ventilstellantrieb in der AUS-Stellung befindet, nur als Reaktion darauf, dass der Abgasdruck größer als eine Vorspannkraft des nachgiebigen Elements ist, aus der geschlossenen Stellung in Richtung auf die offene Stellung bewegbar ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Abgasrohr einen alleinigen Abgasweg bildet, der zwischen der ersten und der zweiten Auspuffkomponente verläuft, und bei der die Lamelle die einzige Ventilbaugruppe umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Auspuffkomponente liegt.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die erste und/oder die zweite Auspuffkomponente einen Schalldämpfer umfasst.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 5, bei der die jeweils andere der ersten und zweiten Auspuffkomponente ein Auspuffendrohr oder einen weiteren Schalldämpfer umfasst.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, die eine an der Lamelle angebrachte Welle aufweist, wobei die Welle durch wenigstens eine Buchse drehbar gelagert ist, und wobei das nachgiebige Element eine Feder umfasst, die an der Welle gelagert ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 7, die eine Federhalterung mit einem drehfest an der Welle befestigten Drehabschnitt aufweist, und wobei der Ventilstellantrieb so eingerichtet ist, dass er die Bewegung der Lamelle durch Verdrehen des Drehabschnitts steuert, wenn der Ventilstellantrieb in der EIN-Stellung ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 8, bei der die Federhalterung eine sich radial erstreckende Lasche aufweist und bei der der Ventilstellantrieb einen Arm aufweist, der an der sich radial erstreckenden Lasche anliegt.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 9, bei der dann, wenn sich der Ventilstellantrieb in der AUS-Stellung befindet, der Arm einen die geschlossene Stellung definierenden Anschlag umfasst, und bei der dann, wenn sich der Ventilstellantrieb in der EIN-Stellung befindet, der Arm an der sich radial erstreckenden Lasche anstößt und sie verdreht, um die Lamelle in Richtung auf die offene Stellung zu bewegen.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 8, bei der sich der Arm in einer Axialrichtung erstreckt, die insgesamt parallel zu einer von der Welle definierten Drehachse ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 11, bei der der Stellantrieb einen Linearstellantrieb mit einem ausziehbaren Element umfasst und bei der der Arm zur Bewegung mit dem ausziehbaren Element an diesem befestigt ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, die einen Eingang aufweist, der so eingerichtet ist, dass er wahlweise von einem Benutzer betätigt wird, um den Ventilstellantrieb zwischen der EIN- und der AUS-Stellung zu bewegen, und wobei die Auswahl zwischen der EIN- und der AUS-Stellung auf der Bereitstellung einer gewünschten Ventilkennlinie beruht.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 13, bei der die gewünschte Ventilkennlinie einen gewünschten Auspuffklang umfasst und bei der der Auspuffklang in der EIN-Stellung lauter als in der AUS-Stellung ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 13, bei der die gewünschte Ventilkennlinie einen gewünschten Gegendruck umfasst und bei der der Gegendruck in der EIN-Stellung niedriger als in der AUS-Stellung ist.
Passive Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Abgasströmungsweg eine Querschnittsfläche hat und bei der die Lamelle in der geschlossenen Stellung eine Abdeckung der Querschnittsfläche von 80% bis 97% bereitstellt.
Verfahren zur Steuerung einer Hybridventilbaugruppe, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Abgasrohrs mit einer Bohrung, die einen Abgasströmungsweg definiert, einer in der Bohrung angebrachten Lamelle, die zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, und eines nachgiebigen Elements, das die Lamelle in Richtung auf die geschlossene Stellung beaufschlagt, und wahlweises Bewegen eines Ventilstellantriebs zwischen einer EIN-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle aktiv vom Ventilstellantrieb gesteuert wird, und einer AUS-Stellung, in der die Bewegung der Lamelle passiv von der Abgasströmung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Abgasströmungsweg eine Querschnittsfläche hat und bei dem die Querschnittsfläche mit der Lamelle in der geschlossenen Stellung zu 80% bis 97% abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Auswahl zwischen der EIN- und der AUS-Stellung auf der Bereitstellung eines gewünschten Auspuffklangs beruht und bei dem die EIN-Stellung zur Bereitstellung eines Auspuffklangs ausgewählt wird, der lauter als in der AUS-Stellung ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Auswahl zwischen der EIN- und der AUS-Stellung auf der Bereitstellung eines gewünschten Gegendrucks beruht und bei dem die EIN-Stellung zur Bereitstellung eines Gegendrucks ausgewählt wird, der niedriger als in der AUS-Stellung ist.