DE112010002064B4

DE112010002064B4 - Schnappventil mit Trägheitsdämpfer

Info

Publication number: DE112010002064B4
Application number: DE112010002064.7T
Authority: DE
Inventors: Jason Lefler; Jordan Sahs; William E. Hill
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2030-05-08
Also published as: KR20120019456A; WO2010135095A3; BRPI1007720B1; US20100294589A1; DE202010018591U1; WO2010135095A2; JP2012527574A; BRPI1007720A2; KR101609629B1; KR20160042155A; KR20150080018A; DE112010002064T5; JP5801797B2; US7896130B2; CN102428256A; CN102428256B

Abstract

Ventilanordnung zum Reduzieren des eine Leitung (804) verlassenden Motorabgasgeräuschs, wobei die Ventilanordnung aufweist:
eine drehbare Achse (104), die zum Befestigen an der Leitung (804) angepasst ist;
eine Ventilplatte, die zum Drehen mit der Achse (104) fixiert ist;
eine Rückstellfeder (106) mit einem ersten Ende, das an die Achse (104) gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das angepasst ist, an die Leitung (804) gekoppelt zu werden, wobei die Rückstellfeder (106) die Ventilplatte in Richtung einer geschlossenen Stellung vorspannt, gekennzeichnet durch eine abgestimmte Dämpferanordnung, die ein drehbar an die Achse (104) gekoppeltes Trägheitsdämpfungselement (702) und eine Dämpfungsfeder besitzt, bei der ein erster Teil an das Dämpfungselement gekoppelt ist und ein zweiter Teil an die Achse (104) gekoppelt ist, wobei die Dämpfungsfeder eine Schraubenfeder (706) einschließt, deren eines Ende sich in einer Öffnung des Trägheitsdämpfungselements (702) befindet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Verbesserung der Bewegung eines Klappenventils mit einem Trägheitsdämpfer.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung und die nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
Trägheitsdämpfer sind dafür bekannt, dass sie den Abtrieb von Rotationsschrittmotoren und dergleichen glätten, bis heute jedoch sind keine solche Elemente mit drehenden Ventilelementen für Kraftfahrzeugabgassysteme wie etwa Schnappventile mit einer drehenden Ventilplatte und einer vorspannenden Rückstellfeder eingesetzt worden. Solche Ventile können beim Drehen Schwingungs- und Geräuschprobleme infolge von Resonanz der Ventilklappe und der Vorspannfeder verursachen.
STAND DER TECHNIK
Aus der US 2008/0 223 025 A1 ist ein Schalldämpfer mit einer Ventilanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruch 1 bekannt. Weitere Schalldämpfer sind aus der US 5 984 045 A und aus der JP H05-156 920 A bekannt. Aus der US 2 380 374 A ist eine in einem Abgasstrang angeordnete Ventilanordnung mit einer als Dämpfer wirksamen Schwungscheibe bekannt. Aus der DE 43 34 316 A1 ist ein Schwingungstilger mit einem Trägheitsring bekannt. Aus der US 4 825 983 A ist ein Schwingungsdämpfer mit Schwungscheiben bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt liefert eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres gesamten Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
Unter einem Gesichtspunkt der vorliegenden Lehren wird in einer Ventilanordnung, zu der eine um eine Achse drehbare Ventilplatte und eine vorspannende Rückstellfeder, die an ein erstes Ende der Achse gekoppelt ist, gehören, ein an ein zweites Ende der Achse gekoppeltes Trägheitsdämpfungselement bereitgestellt.
Unter einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung besitzt ein Schalldämpfer für ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors ein Gehäuse mit einer äußeren Hülle und eintritts- und austrittseitige Stirnwänden, die gegenüberliegende Enden der Hülle umschließen. Eine Leitung befindet sich innerhalb des Gehäuses, und eine Ventilanordnung mit einer Ventilklappe befindet sich im Inneren der Leitung, um sich um eine Achse, die an die Leitung schwenkbar gekoppelt ist, zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung, in welcher der erste Randteil der Ventilklappe eine innere Fläche der Leitung berührt, und einer vollständig geöffneten Stellung, in welcher eine Ebene der Ventilklappe im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Leitung verläuft und ein zweiter Randteil der Ventilklappe eine innere Fläche der Leitung berührt, zu drehen. Ein Trägheitsdämpferelement ist an ein Ende der Achse gekoppelt.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgelegten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Illustration gedacht und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Illustration ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Ausführungen und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Lehren werden beim Lesen einer ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der jeweiligen Zeichnung ersichtlich; es zeigen:
1 eine Draufsicht einer Schalldämpferleitung, in der ein Schnappventil montiert und mit einem nicht erfindungsgemäßen Trägheitsdämpferelement ausgestattet ist;
2A, 2B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht einer Ausführungsform einer Dämpferscheibe;
3A, 3B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht einer ersten alternativen Ausführungsform einer Dämpferscheibe mit reduziertem Gewicht jeweils von vorn und von der Seite;
4A, 4B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform eines Dämpferelements;
5A, 5B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht einer dritten alternativen Ausführungsform eines Dämpferelements;
6A, 6B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht einer vierten alternativen Ausführungsform eines Dämpferelements;
7A, 7B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpferelements;
8 eine Querschnittsansicht eines Schalldämpfers, in den ein Schnappventil eingebaut ist, das mit einem nicht erfindungsgemäßen Trägheitsdämpferelement ausgestattet ist.
Entsprechende Bezugsnummern in allen verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen entsprechende Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Beispielhafte Ausführungsformen werden vorgestellt, damit diese Offenbarung alle Einzelheiten wiedergibt und Fachleuten den Umfang vollständig nahe bringt. Zahlreiche spezifische Einzelheiten wie etwa Beispiele für bestimmte Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren werden geliefert, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung herbeizuführen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Einzelheiten nicht eingesetzt zu werden brauchen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen umgesetzt werden können und dass keine von ihnen als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung verstanden werden sollte. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und ist nicht als beschränkend zu verstehen. Wenn nichts anderes eindeutig aus dem Kontext hervorgeht, können mit den Singularformen „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das”, wie sie hier verwendet werden, auch die Pluralformen gemeint sein. Die Ausdrücke „weist auf”, „aufweisend”, „besitzt” und „besitzend” sind als einschließend zu verstehen und bezeichnen somit das Vorhandensein der bezeichneten Merkmale, Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines/einer oder mehr der Merkmale, Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich”, „mit diesem/dieser im Eingriff”, „mit diesem/dieser verbunden” oder „an dieses/diese gekoppelt” bezeichnet wird, kann es/sie sich direkt auf dem anderen Element/der anderen Schicht befinden, damit im Eingriff oder verbunden oder daran gekoppelt sein, oder es können Elemente oder Schichten dazwischen vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element als „direkt auf einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich”, „direkt im Eingriff mit diesem/dieser”, „direkt mit diesem/dieser verbunden” oder „direkt an dieses/diese gekoppelt” bezeichnet wird, können keine Elemente oder Schichten dazwischen vorhanden sein. Sonstige Wörter, mit denen die Beziehung zwischen Elementen beschrieben werden, sollten sinngemäß interpretiert werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” usw.). Der Ausdruck „und/oder” im hier gemeinten Sinn schließt jegliche Kombinationen aus einem oder mehr der verknüpften, aufgeführten Begriffe ein.
Zwar können die Ausdrücke erster, zweiter, dritter usw. hier zum Beschreiben diverser Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte verwendet werden, doch sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt sein. Diese Ausdrücke dürfen nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Wenn nichts anderes eindeutig aus dem Kontext hervorgeht, implizieren Ausdrücke wie „erster”, „zweiter” und sonstige numerische Ausdrücke, wenn sie hier verwendet werden, keine Sequenz oder Reihenfolge. Deshalb könnte ein(e) erster/erste/erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt in der folgenden Diskussion als ein(e) zweiter/zweite/zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
In 1 ist in Schalldämpferleitung 100 ein Schnappventil (dessen Ventilplatte nicht gezeigt wird) eingebaut. Das Ventil ist mit einem Trägheitsdämpferelement 102, das an einem Ende der Ventilachse 104 montiert ist, und einer vorspannenden Rückstellfeder 106, die zwischen einem gegenüberliegenden Ende der Achse 104 und einer an die Leitung 100 gekoppelten Federbefestigungsstütze gekoppelt ist, ausgestattet. Das Dämpferelement 102 ist vorzugsweise durch Schweißen an der Ventilachse 104 befestigt.
In der Ausführungsform gemäß 1 besteht die Trägheitsdämpferanordnung 102 aus einer Vielzahl von im Wesentlichen massiven Scheibenelementen 102a, b, c und d. Jede Scheibe in den 2A und 2B ist eine im Wesentlichen massive Scheibe 202 mit einer mittigen Öffnung 204 zum Aufnehmen der Achse 104. Eine beliebige Anzahl solcher Scheiben kann verwendet werden, um das genaue Gewicht des Dämpferelements wie gewünscht zu erzielen.
Es gibt weitere Wege, wie das Gewicht des Trägheitsdämpferelements angepasst werden kann, von denen einige in den Ausführungsformen in den 3A, B bis einschließlich 6A, B dargestellt werden.
In der Ausführungsform gemäß den 3A, B wird das Gewicht des Dämpferscheibenkörpers 302 durch das Einbringen einer Vielzahl von (in diesem Fall vier) Durchgangsöffnungen 306a, b, c und d angepasst. Diese Öffnungen sind in im Wesentlichen gleichen Abständen um eine mittige Öffnung 304 zum Aufnehmen der Ventilachse herum angeordnet.
Die 4A, B zeigen einen Weg zur Gewichtsanpassung in der Art eines „Lenkrades”, bei dem Dämpferelement 402 einen Kranz 410 mit Speichen 407a, b c und d besitzt, die sich von radial inneren Flächen 406a, b, c und d des Kranzes 410 einwärts bis zu einer mittigen Achsenbefestigungsnabe 409 mit einer Durchgangsöffnung 404 zum Aufnehmen der Ventilachse erstrecken. Ein Gewichtszugabeelement 408 ist an dem Kranz 410 befestigt und umgibt diesen.
In den Ausführungsformen gemäß den 5 und 6 sind beschwerte Knoten oder Nocken über Speichenelemente mit einer mittigen Achsenbefestigungsnabe verbunden. In der Ausführungsform gemäß den 5A, B sind vier solche Knoten 506a, b, c und d des Dämpferelements 502 über Speichen 507a, b, c und d jeweils mit der mittigen Achsenbefestigungsnabe 509 verbunden. Die Ventilachse wird durch eine Öffnung 504 in der Nabe 509 aufgenommen.
In der Ausführungsform gemäß den 6A, B werden nur zwei Knoten 606a und 606b des Dämpferelements 602 verwendet, und jeder ist über Speichen 607a und 607b an eine Achsenbefestigungsnabe 609 gekoppelt. Die Durchgangsöffnung 604 in der Nabe 609 nimmt die Ventilachse auf.
Die oben unter Bezug auf die 1–6 beschriebenen Trägheitsdämpferelemente stellen eine einfache, mit der Ventilachse verschweißte Masse bereit und tragen allesamt dazu bei, alle im Ventilsystem auftretenden Schwingungen zu dämpfen. Eine Alternative ist ein abgestimmter Dämpfer, der in den 7A, B dargestellt wird. In dieser Anordnung wird eine Abstimmungsschraubenfeder 706 in Verbindung mit Scheibenelementen verwendet, um bestimmten Resonanzfrequenzen des Systems zu begegnen. Die Federkonstante und die Masse des Dämpfungselements können auf bekannten Wegen zum Minimieren von Resonanzschwingungen verändert werden. Wie in den 7A, B zu sehen ist, ist das Dämpferelement 702 nicht direkt mit der Achse 104 verbunden, sondern ein Ende der Schraubenfeder 706 ist in eine Öffnung in der Dämpferscheibe 702 und ihr gegenüberliegendes Ende in die Ventilachse 104 eingesteckt. Der Körper der Feder 706 ist größtenteils um die Achse 104 gewunden. Die Scheibe 702 ist mit einer mittigen Öffnung 704 zum Aufnehmen der Ventilachse 104 versehen. Die Scheibe 702 ist in Bezug auf die Achse 104 drehend bewegbar.
8 zeigt eine beispielhafte Anwendung eines Schnappventils mit Dämpferelement beim Einsatz in einem Kraftfahrzeugschalldämpfer 800.
Ein Schalldämpfer 800 besitzt eine Gehäusehülle 801, die an den Enden jeweils durch eine eintrittsseitige Stirnwand 830 und eine austrittsseitige Stirnwand 828 geschlossen wird.
Eine Durchgangsleitung 804 befindet sich innerhalb des Schalldämpfers 800 und erstreckt sich in dieser Ausführungsform glatt durch den Schalldämpferkörper. Leitung 804 besitzt eine erste Reihe von Perforationen 808 und eine zweite Vielzahl von Perforationen 810. Innerhalb des Schalldämpfergehäuses 801 definiert eine erste Innentrennwand 803 mit der eintrittseitigen Stirnwand 830 und Hülle 801 Kammer 824. Innentrennwand 805 definiert in Verbindung mit der austrittsseitigen Stirnwand 828 und Hüllenkörper 801 Kammer 822. Perforationen 808 erlauben den Durchgang des Abgasstroms zwischen Leitung 804 und Kammer 824, die mit schalldämpfendem Material 812 wie etwa Glasfaser-Roving gefüllt ist.
Ähnlich ermöglicht die zweite Vielzahl von Perforationen 810 in Leitung 804 einen Durchgang des Abgasstroms zwischen Leitung 804 und Kammer 822, die mit schalldämpfendem Material 814 gefüllt ist.
Öffnungen 807 in Trennwand 803 erlauben den Strömungsdurchgang zwischen den Kammern 824 und 820, während Öffnungen 809 in Trennwand 805 den Strömungsdurchgang zwischen den Kammern 820 und 822 erlauben.
Die drehende Schnappventilanordnung 806 besitzt eine Ventilplatte 850, die ein schwingungsdämpfendes Polster 826 um einen Teil ihres Randes trägt, der in einer geschlossenen Stellung des Ventils normalerweise eine innere Fläche der Leitung 804 berühren würde. An einem Ende einer Achse 830 des Ventils ist Trägheitsdämpferelement 802 befestigt, während an einem gegenüberliegenden Ende der Achse 830 eine vorspannende Rückstellfeder 840 dargestellt ist. Ventilanordnung 806 ist in Kammer 820 eingebaut, die zwischen den Trennwänden 803 und 805 angeordnet ist, und diese Kammer ist in dieser Ausführungsform frei von schalldämpfendem Material. Wenn der Druck des durch die Leitung 804 strömenden Abgases einen Schwellenwert erreicht, wird die Masse der Ventilanordnung 806 überwunden, und die Ventilplatte 850 wird in Richtung einer vollständig geöffneten Stellung geschwenkt. Diese Ventilbewegung wird durch die Bremswirkung des Trägheitsdämpferelements 802 geglättet.
Die diversen offenbarten Ausführungsformen von Trägheitsdämpfern erhöhen die Bremsmasse des Ventils, um die Amplitude der Resonanzschwingungen der Ventilklappe und der Vorspannfeder zu reduzieren.
Die vorangegangene Beschreibung der Ausführungsformen dient dem Zweck der Illustration und Beschreibung. Sie ist nicht als erschöpfend oder als die Erfindung beschränkend zu betrachten. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind generell nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind ggf. austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform auch dann verwendet werden, wenn sie nicht eigens dargestellt oder beschrieben sind. Dieselben können ebenfalls in vielfältiger Weise variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Erfindung zu betrachten, und alle solche Abwandlungen sollen im Umfang der Erfindung enthalten sein.

Claims

Ventilanordnung zum Reduzieren des eine Leitung (804) verlassenden Motorabgasgeräuschs, wobei die Ventilanordnung aufweist: eine drehbare Achse (104), die zum Befestigen an der Leitung (804) angepasst ist; eine Ventilplatte, die zum Drehen mit der Achse (104) fixiert ist; eine Rückstellfeder (106) mit einem ersten Ende, das an die Achse (104) gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das angepasst ist, an die Leitung (804) gekoppelt zu werden, wobei die Rückstellfeder (106) die Ventilplatte in Richtung einer geschlossenen Stellung vorspannt, gekennzeichnet durch eine abgestimmte Dämpferanordnung, die ein drehbar an die Achse (104) gekoppeltes Trägheitsdämpfungselement (702) und eine Dämpfungsfeder besitzt, bei der ein erster Teil an das Dämpfungselement gekoppelt ist und ein zweiter Teil an die Achse (104) gekoppelt ist, wobei die Dämpfungsfeder eine Schraubenfeder (706) einschließt, deren eines Ende sich in einer Öffnung des Trägheitsdämpfungselements (702) befindet.
Ventilanordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Dämpfungsfeder mehrere die Achse (104) umgebende Windungen besitzt.
Ventilanordnung gemäß Anspruch 2, bei der das Trägheitsdämpfungselement (702) eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer mittigen Öffnung (704) zum Aufnehmen der Achse (104) besitzt.
Ventilanordnung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die Masse des Dämpfungselements (702) und die Federkonstante der Dämpfungsfeder so eingestellt sind, dass sie Schwingungen bei einer vorher bestimmten Resonanz minimieren.
Schalldämpfer (800) für ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors, wobei der Schalldämpfer (800) aufweist: ein Gehäuse mit einer äußeren Hülle (801) und eintritts- und austrittsseitigen Stirnwänden (830, 828), die gegenüberliegende Enden der Hülle (801) umschließen; eine im Gehäuse angeordnete Leitung (804); eine Ventilanordnung (806) mit einer Ventilklappe (850), angeordnet im Inneren der Leitung (804), um sich um eine Achse (830), die an die Leitung (804) schwenkbar gekoppelt ist, zu drehen, wobei die Ventilklappe (850) sich zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung, in der ein erster Randteil der Ventilklappe (850) eine innere Fläche der Leitung (804) berührt, und einer vollständig geöffneten Stellung, in der eine Ebene der Ventilklappe (850) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Leitung (804) verläuft und ein zweiter Randteil der Ventilklappe eine innere Fläche der Leitung (804) berührt, bewegt; gekennzeichnet durch eine Ventilanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche.