DE102017120236B4

DE102017120236B4 - Staudruckklappe

Info

Publication number: DE102017120236B4
Application number: DE102017120236.6A
Authority: DE
Inventors: Uli Sofan; Marcel Noé
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: DE102017120236A1

Abstract

Staudruckklappe (1) mit einem Gehäuse (3), welches einen Hauptabgaskanal (4) ausbildet, wobei das Gehäuse (3) einen Abgaseinlass (5) und einen Abgasauslass (6) aufweist, wobei in dem Hauptabgaskanal (4) ein Klappenelement (7) angeordnet ist, welches in dem Hauptabgaskanal (4) verstellbar ist zwischen einer geöffneten Stellung und eine verschlossenen Stellung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abgaseinlass (5) und dem Abgasauslass (6) ein Bypasskanal (8) vorgesehen ist, welcher parallel zu dem Hauptabgaskanal (4) verschaltet ist, wobei das Klappenelement (7) in seiner verschlossenen Stellung im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Abgases steht und den Hauptabgaskanal blockiert und das Abgas in der verschlossenen Stellung des Klappenelements (7) nur durch den Bypasskanal (8) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Staudruckklappe, insbesondere für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs.
In Abgasrückführungssystemen wird Abgas aus dem Abgasstrang des Verbrennungsmotors dem Verbrennungsmotor wieder zurückgeführt. Zur Erreichung der gesetzlichen Vorschriften wird insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor eine Niederdruckabgasrückführung vorgenommen. Hierzu wird gereinigtes und gefiltertes Abgas aus dem Abgasstrang entnommen und der vom Motor angesaugten Frischluft beigemischt. Damit das gereinigte Abgas zurück zur Motoransaugung strömt, muss in diesen Motorbetriebspunkten der Gegendruck der Abgasanlage künstlich erhöht werden. Dazu wird in Strömungsrichtung hinter der Abgasentnahmestelle eine Staudruckklappe eingesetzt, welche kontinuierlich schließbar ist und so den Gegendruck entsprechend dem Motorbetriebspunkt einstellbar ist.
Bei heutigen Abgasrückführungssystemen werden Staudruckklappen eingesetzt, die nicht vollständig schließen, damit das nicht in Richtung Motor zurückströmende Abgas durch den verbleibenden Spalt zum Austritt der Abgasanlage strömen kann. Dadurch ergibt sich ein definierter Gegendruck der Abgasanlage, der auch für den Kraftstoffverbrauch relevant ist.
Die DE 10 2012 208 716 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Modifizierung eines durch einen Gasstrom, insbesondere Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, erzeugten Schallmusters, bei welchem eine Drosselklappe in einem Gehäuse verstellbar angeordnet ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Staudruckklappe zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und einen reduzierten Kraftstoffverbrauch bewirken kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Staudruckklappe mit einem Gehäuse, welches einen Hauptabgaskanal ausbildet, wobei das Gehäuse einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass aufweist, wobei in dem Hauptabgaskanal ein Klappenelement angeordnet ist, welches in dem Hauptabgaskanal verstellbar ist zwischen einer geöffneten Stellung und einer verschlossenen Stellung, wobei zwischen dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass ein Bypasskanal vorgesehen ist, welcher parallel zu dem Hauptabgaskanal verschaltet ist, wobei das Klappenelement in seiner verschlossenen Stellung im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Abgases steht und den Hauptabgaskanal blockiert und das Abgas in der verschlossenen Stellung des Klappenelements nur durch den Bypasskanal strömt. Durch das Vorsehen des Bypasskanals kann einerseits das Klappenelement vollständig verschlossen werden, so dass dennoch durch den Bypasskanal ein Abfluss von Abgas ermöglicht wird und bei geöffnetem Klappenelement steht nun ein vergrößerter Querschnitt aufgrund des Vorhandenseins des Bypasskanals zur Verfügung, was letztendlich zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und zu höherer Motorleistung bei besserem Ansprechverhalten des Motors bei Lastaufschaltungen führt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn das Klappenelement mittels eines Aktuators zwischen der geöffneten Stellung und der verschlossenen Stellung einstellbar ist. Dadurch kann das Klappenelement schnell und insbesondere auch kontinuierlich in die gewünschte Betriebsstellung gebracht bzw. gesteuert werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Klappenelement eine Flügelklappe ist, die mittels einer verdrehbaren Welle verstellbar ist. Dadurch kann durch eine schnelle Verdrehung zwischen 0° und 90° die volle Querschnittsfläche des Hauptabgaskanals verschlossen oder freigegeben werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Klappe den Hauptabgaskanal im verschlossenen Zustand einfach abdichtend verschließen kann.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn der Bypasskanal parallel zu dem Hauptabgaskanal angeordnet ist. So kann auf der kurzen Strecke der Länge des Hauptabgaskanals ein paralleler Bypasskanal angeordnet werden, der zumindest im Wesentlichen die gleiche kurze Länge aufweist. Damit wird das Strömungsverhalten des Bypasskanals einfacher zu definieren, weil die kurze Länge keinen großen veränderlichen Einfluss hat, beispielsweise bei einer Verschmutzung durch das Abgas.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der Bypasskanal als erstes Rohrelement ausgebildet ist und der Hauptabgaskanal als zweites Rohrelement ausgebildet ist, wobei das erste Rohrelement parallel zu dem zweiten Rohrelement angeordnet ist. Dadurch ist die Anordnung einfach und kostengünstig herzustellen.
Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn das erste Rohrelement beabstandet zu dem zweiten Rohrelement angeordnet ist. Dadurch findet keine thermische Beeinflussung statt und das Abgas durch den Bypasskanal erhitzt das Gehäuse nicht oder nur wenig. Auch vereinfacht diese Anordnung die Montage der Kanäle.
So ist es auch vorteilhaft, wenn das Klappenelement zwischen dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass angeordnet ist. Dadurch kann sie in etwa mittig des Hauptabgaskanals angeordnet sein, was die Strömungsführung erleichtert.
Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn der Hauptabgaskanal einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dies ist für die Verwendung mit dem Klappenelement vereinfacht, weil ein Verschließen sicherer möglich ist als bei anderen Querschnitten. Auch ist die kreisförmige Gestaltung für die wirkende Druckkraft günstig.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der Bypasskanal einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dabei ist die kreisförmige Gestaltung für die wirkende Druckkraft ebenso günstig. Auch sind solche Rohre kostengünstig herzustellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bypasskanal nicht von einem Ventilelement verschließbar ist. Dadurch wird in einfacher Weise erreicht, dass ein definierter Abgasstrom immer die Abgasanlage verlassen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Staudruckklappe,
2 eine schematische Darstellung der Staudruckklappe nach 1 in einer offenen Betriebsstellung des Klappenelements, und
3 eine schematische Darstellung der Staudruckklappe nach 1 in einer geschlossenen Betriebsstellung des Klappenelements.

Die 1 bis 3 zeigen in verschiedenen Darstellungen eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Staudruckklappe 1 für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Dieselmotor. Dazu ist die Staudruckklappe 1 in einer Abgasleitung 2 angeschlossen und regelt die Durchströmung der Abgasleitung 2 und erzeugt vor der Staudruckklappe für einen definierten Staudruck des Abgases in der Abgasleitung 2.
Die Staudruckklappe 1 ist mit einem Gehäuse 3 ausgebildet, welches einen Hauptabgaskanal 4 ausbildet. Dabei weist das Gehäuse 3 einen Abgaseinlass 5 und einen Abgasauslass 6 auf, welche an die Abgasleitung 2 anschließbar sind. Der Hauptabgaskanal 4 verbindet dabei den Abgaseinlass 5 mit dem Abgasauslass 6. In dem Hauptabgaskanal 4 ist ein Klappenelement 7 angeordnet, welches in dem Hauptabgaskanal 4 verstellbar ist zwischen einer geöffneten Stellung, siehe 2, und einer verschlossenen Stellung, siehe 3. In der geöffneten Stellung steht das Klappenelement 7 im Wesentlichen in Strömungsrichtung des Abgases, um einen möglichst geringen Druckverlust zu erzeugen, siehe 2. In der geschlossenen Stellung steht das Klappenelement 7 im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Abgases und blockiert den Hauptabgaskanal 4, siehe 3.
Weiterhin ist in den 1 bis 3 zu erkennen, dass zwischen dem Abgaseinlass 5 und dem Abgasauslass 6 weiterhin ein Bypasskanal 8 vorgesehen ist, welcher parallel zu dem Hauptabgaskanal 4 angeordnet und verschaltet ist. In der geöffneten Stellung des Klappenelements 7 strömt Abgas 9 sowohl durch den Hauptabgaskanal 4 als auch durch den Bypasskanal 8. In der geschlossenen Stellung des Klappenelements 7 strömt das Abgas 9 nur durch den Bypasskanal 8.
In den 1 bis 3 ist auch zu erkennen, dass das Klappenelement 7 mittels eines Aktuators 10 zwischen der geöffneten Stellung und der verschlossenen Stellung einstellbar ist. Hierzu wird der Aktuator 10 gezielt angesteuert, um die gewünschte Klappenstellung des Klappenelements einstellen zu können.
In der 3 ist zu erkennen, dass das Klappenelement 7 eine Flügelklappe ist, die mittels einer verdrehbaren Welle 11 verstellbar ist. Dabei dreht der Aktuator 10 die drehbare Welle 11 und verdreht das Klappenelement 7. So kann das Klappenelement in einer der beiden Endstellungen oder in jede Zwischenstellung eingestellt werden.
Die 1 bis 3 zeigen auch, dass der Bypasskanal 8 parallel zu dem Hauptabgaskanal 4 angeordnet ist. So kann erreicht werden, dass der Bypasskanal 8 die gleiche Länge als der Hauptabgaskanal 4 hat und das kombinierte Bauteil einfach zu montieren ist.
Der Bypasskanal 8 ist als erstes Rohrelement ausgebildet und der Hauptabgaskanal 4 ist als zweites Rohrelement ausgebildet, wobei das erste Rohrelement parallel zu dem zweiten Rohrelement angeordnet ist. Dabei kann das erstes Rohrelement beabstandet zu dem zweiten Rohrelement angeordnet sein. Alternativ könnte das erste Rohrelement auch mit dem zweiten Rohrelement verbunden ausgebildet sein oder einteilig mit diesem ausgebildet sein, beispielsweise als Extrusionsdoppelrohr.
So ist es vorteilhaft, dass der Bypasskanal 8 und der Hauptabgaskanal zwischen dem Abgaseinlass 5 und dem Abgasauslass 6 angeordnet sind. Entsprechend ist auch das Klappenelement 7 zwischen dem Abgaseinlass 5 und dem Abgasauslass 6 angeordnet.
Insbesondere die 2 und 3 zeigen, dass der Hauptabgaskanal einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dass der Bypasskanal einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dadurch werden günstige Druckkräfte aufgrund des strömenden Abgases erreicht. Das Klappenelement weist entsprechend auch eine kreisförmige Klappe 12 als Schließelement auf.
Der Hauptabgaskanal 4 wird durch das Klappenelement 7 verschließbar ausgebildet. Der Bypasskanal 8 hingegen ist nicht von einem Ventilelement verschließbar, er ist permanent offen.
Bezugszeichenliste

1: Staudruckklappe
2: Abgasleitung
3: Gehäuse
4: Hauptabgaskanal
5: Abgaseinlass
6: Abgasauslass
7: Klappenelement
8: Bypasskanal
9: Abgas
10: Aktuator
11: Welle
12: kreisförmige Klappe

Claims

Staudruckklappe (1) mit einem Gehäuse (3), welches einen Hauptabgaskanal (4) ausbildet, wobei das Gehäuse (3) einen Abgaseinlass (5) und einen Abgasauslass (6) aufweist, wobei in dem Hauptabgaskanal (4) ein Klappenelement (7) angeordnet ist, welches in dem Hauptabgaskanal (4) verstellbar ist zwischen einer geöffneten Stellung und eine verschlossenen Stellung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abgaseinlass (5) und dem Abgasauslass (6) ein Bypasskanal (8) vorgesehen ist, welcher parallel zu dem Hauptabgaskanal (4) verschaltet ist, wobei das Klappenelement (7) in seiner verschlossenen Stellung im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Abgases steht und den Hauptabgaskanal blockiert und das Abgas in der verschlossenen Stellung des Klappenelements (7) nur durch den Bypasskanal (8) strömt.
Staudruckklappe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenelement (7) mittels eines Aktuators (10) zwischen der geöffneten Stellung und der verschlossenen Stellung einstellbar ist.
Staudruckklappe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenelement (7) eine Flügelklappe ist, die mittels einer verdrehbaren Welle (11) verstellbar ist.
Staudruckklappe (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (8) parallel zu dem Hauptabgaskanal (4) angeordnet ist.
Staudruckklappe (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (8) als erstes Rohrelement ausgebildet ist und der Hauptabgaskanal (4) als zweites Rohrelement ausgebildet ist, wobei das erste Rohrelement parallel zu dem zweiten Rohrelement angeordnet ist.
Staudruckklappe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes Rohrelement beabstandet zu dem zweiten Rohrelement angeordnet ist.
Staudruckklappe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenelement (7) zwischen dem Abgaseinlass (5) und dem Abgasauslass (6) angeordnet ist.
Staudruckklappe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabgaskanal (4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Staudruckklappe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (8) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Staudruckklappe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (8) nicht von einem Ventilelement verschließbar ist.