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Querverweis auf zugeordnete Anmeldungen
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der
Japanischen Patentanmeldungen Nr. 6-216401 , eingereicht am 9. September 1994 und Nr.
7-101942 , eingereicht am 26. April 1995, deren Inhalt durch Bezugnahme zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung zu zählen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Erfindungsgebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auspuffrohres oder eine Abgasleitung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auspuffrohres, die wahlweise einen Hauptströmungskanal eines Auspuffrohrs und einen Bypass-Strömungskanal, der vom Hauptströmungskanal abzweigt öffnet und schließt.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Bei einem System zur Reinigung des Abgases, das von einem Fahrzeugmotor emittiert wird, wird ein katalytisches Umwandlungssystem verwendet, bei dem ein Träger in einem Auspuffrohr vorgesehen ist, der ein Edelmetall, wie beispielsweise Platin, Rhodium oder ähnliches als Katalysator trägt und der HC, CO und NOx oder ähnliche Stoffe durch Oxidation oder oxidierende und reduzierende Reaktionen reinigt.
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Bei einem katalytischen Umwandlungssystem muß der Katalysator auf eine katalytische Aktivierungstemperatur von beispielsweise 300 bis 400°C oder mehr aufgeheizt werden. Da jedoch allgemein ein Heizverfahren für den Katalysator unter Verwendung des Abgases verwendet wird, erreicht der Katalysator nicht immer seine katalytische Aktivierungstemperatur, so daß nur wenig Abgas gereinigt werden kann.
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Um den Katalysator so schnell wie möglich auf seine katalytische Aktivierungstemperatur zu erwärmen, wird dieser nahe des Fahrzeugmotors angeordnet, so daß dieser dessen Abgas ausgesetzt ist, des weiteren wird anstelle eines Keramikstoffes für den katalysatortragenden Träger ein Metall mit einer rohen Wärmeleitfähigkeit verwendet, oder es wird an dem Träger eine Heizung angeordnet, so daß dieser zwangsweise aufgeheizt wird.
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Um die Abgase von Fahrzeugen zu verringern, müssen die Reinigungsverhältniszahlen von toxischen Gaskomponenten, wie beispielsweise HC, CO und NOx weiter verbessert werden. Zu diesem Zweck wird der Katalysator an einer Position nahe des Motors angeordnet, so daß das Abgas sofort nach Inbetriebnahme des Motors gereinigt werden kann. Wenn jedoch der Katalysator nahe am Motor angeordnet ist, wird der Katalysator dem eine hohe Temperatur aufweisenden Abgas ausgesetzt. Da der Katalysator sich allgemein bei hohen Temperaturen früher zersetzt, wird die Reinigungsverhältniszahl verringert.
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Wie in der
Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 4-60108 offenbart ist, kann das Auspuffrohr nahe des Motors in zwei Teile divergieren, die einen Hauptströmungskanal und einen Bypass-Strömungskanal bilden. Ein Hauptkatalysator ist an der stromabwärtigen Seite eines Abschnitts angeordnet, in dem der Bypass-Strömungskanal wieder mit dem Hauptströmungskanal zusammen geführt ist, und es ist ein mit einer Heizung versehener Katalysator in dem Bypass-Strömungskanal angeordnet. Ein Schaltventil (Einrichtung zum Öffnen und Schließen) des sich mit einer Drehbewegung bewegbaren Typs ist in einem Zweigabschnitt des Auspuffrohres nahe des Motors vorgesehen. Wenn sich das Abgas unmittelbar nach Inbetriebnahme des Motors auf einer niedrigen Temperatur befindet, ist der Hauptströmungskanal geschlossen und der Bypass-Strömungskanal geöffnet, so daß das Abgas in den Bypass-Strömungskanal strömt und durch den mit einer Heizung versehenen Katalysator gereinigt wird, der schnell auf die katalytische Aktivierungstemperatur aufgeheizt ist. Nachdem das Abgas aufgeheizt und auch der Hauptkatalysator in hinreichender Weise durch das Abgas erwärmt wurde, wird der Bypass-Strömungskanal geschlossen und der Hauptströmungweg durch das Schaltventil geöffnet, so daß das Abgas in den Hauptströmungskanal einströmt und durch den Hauptkatalysator gereinigt wird.
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Das Schaltventil, das im Auspuffrohr vorgesehen ist und das dem sich auf hoher Temperatur befindlichen Abgas ausgesetzt ist, muß eine hinreichende Wärmebeständigkeit aufweisen. Dabei wird insbesondere eine Hauptspindel des Schaltventils in Axialrichtung in eine bogenförmige Gestalt deformiert, wenn diese einer hohen Temperatur ausgesetzt ist und ein Querschnitt des Schaltventils wird in eine elliptische Form verformt. Dadurch wird die Hauptspindel, die in eine Lagerbohrung eingefügt ist, bogenförmig deformiert. Folglich liegt ein Mittelabschnitt der Hauptspindel an der inneren Umfangswandung der Lagerbohrung an, wobei zusätzlich die zwei Endabschnitte der Hauptspindel abgestützt sind, so daß ein Effekt erzeugt wird, der ”Prize”, d. h. Hebelwirkung genannt wird. Oder es wird der Querschnitt der Hauptspindel in eine elliptische Form deformiert, so daß die Hauptspindel in Zwangsanlage an die innere Umfangsfläche der Lagerbohrung gelangt. Auf diese Weise wird ebenfalls der mit ”Prize” bezeichnete Effekt erzeugt, der im folgenden als Hebelwirkung bezeichnet wird. Das führt zum Ergebnis, daß eine gleitende Funktion der Hauptspindel gestört ist. In diesem Fall erfolgt die Öffnungs- und Schließbewegung des Schaltventils nicht mehr vollständig.
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Wenn das Schaltventil den Hauptströmungskanal und den Bypass-Strömungskanal abschließen soll, erfolgt dann die Öffnungs- und Schließbewegung nicht vollständig. Daher entsteht eine Leckströmung des Abgases in den Hauptströmungskanal hinein, so daß dieses in die Atmosphäre ausgestoßen wird, ohne daß es durch den mit einer Heizung versehenen Katalysator gereinigt wurde.
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Des weiteren ist die Hauptspindel derart aufgebaut, daß sie durch die Lagerbohrung aus dem Auspuffrohr herausragt, um die Hauptspindel mit einer äußeren Antriebseinrichtung zu verbinden. Da die Hauptspindel bei hohen Temperaturen deformiert und belastet werden kann, muß ein breiter Spalt zwischen der Lagerbohrung und der Hauptspindel vorgesehen werden. Auf diese Weise entsteht auch eine Leckströmung des Abgases durch den Spalt hin zur Atmosphäre. Wenn der Spalt enger gemacht wird, weist die Hauptspindel auch bei einer geringen Deformation oder einer geringen Spannungsverformung eine Fehlfunktion auf.
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Dokument
DE 2 322 993 offenbart eine Vorrichtung zur Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile, bei der in einer Stellung einer Klappe die Abgasmenge zu einem Konverter geleitet wird, während bei erhöhter Temepratur, bei der die Gefahr der thermischen Zerstörung des Katalysators im Konverter besteht, Abgas unter Umgehung des Konverters über den Bypass ins Freie geleitet wird.
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Dokument
DE 44 18 132 A1 offenbart einen hydraulischen Klappenantrieb für Umschaltklappen, die einen Spannhebelmechanismus mit Antriebswelle aufweisen. Die Antriebswelle kann als geteilte Welle ausgebildet sein und die beiden koaxialen Wellenabschnitte können mittels einer drehelastischen Kupplung miteinander gekoppelt sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts der vorbeschriebenen Nachteile des Standes der Technik besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auspuffrohrs zu schaffen, durch die eine Leckströmung des Abgases durch den Spalt zwischen der Hauptspindel und der Bohrung, in der die Hauptspindel aufgenommen ist zu verhindern, ohne jegliche Fehlfunktion der Hauptspindel zu verursachen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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In den Ausführungsbeispielen ist die äußere Antriebseinrichtung beispielhaft als Membranbetätigungseinrichtung (29), der Hauptströmungskanal beispielhaft als Hauptauspuffrohr (6), der Bypass-Strömungskanal beispielhaft als Bypassrohr (7), das Aufnahmeteil beispielhaft als Buches (20), die Platte beispielhaft als kreisförmige Öffnungs- und Schließplatte (27), das Öffnungs- und Schließteil beispielhaft als Betätigungsschaft (33), das Aufnahmeteil beispielhaft als Buchse (54) und das metallische Montageteil beispielhaft als metallische Abdeckung (55) bezeichnet.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen einer Abgasleitung in einem Auspuffrohr eines Fahrzeugmotores vorgesehen, der einen Hauptströmungskanal und einen Bypass-Strömungskanal hat. Die Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Auspuffrohres ist durch eine äußere Antriebseinrichtung angetrieben, die an einer Außenseite des Auspuffrohres angeordnet ist und über die ein selektives oder wahlweises Öffnen und Schließen des Hauptströmungskanals und des Bypass-Strömungskanals möglich ist. Die Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auspuffrohres hat eine Hauptspindel, die drehbar gelagert ist und die mittels der äußeren Antriebseinrichtung hin und her drehbar ist. Ein Endabschnitt der Hauptspindel ragt aus dem Auspuffrohr heraus hin zu der äußeren Antriebseinrichtung und ist mit der äußeren Antriebseinrichtung verbunden. Die Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auspuffrohres hat des weiteren ein Öffnungs- und Schließteil, das an der Hauptspindel vorgesehen ist und über das der Hauptströmungskanal und der Bypass-Strömungskanal in Übereinstimmung mit der hin und her Drehbewegung der Hauptspindel selektiv zu öffnen und zu schließen sind. Die Hauptspindel ist in Axialrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt.
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Es wird bevorzugt, die Hauptspindel in zwei Segmente zu unterteilen, die aus einer Antriebswelle, die aus dem Auspuffrohr nach außen herausragt und die mit der äußeren Antriebseinrichtung verbunden ist und aus einer angetriebenen Welle, die innerhalb des Auspuffsrohrs angeordnet ist besteht. Des weiteren weist die Einrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auspuffrohres einen Spalt zwischen der Antriebswelle und einer inneren Umfangswandung einer Bohrung auf, in die die Antriebswelle eingeführt ist. Der Spalt wird derart gewählt, daß er enger ist als ein Spalt zwischen der angetriebenen Welle und einer inneren Umfangsfläche einer Bohrung, von der die angetriebene Welle aufgenommen ist.
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Bei der vorbeschriebenen Einrichtung ist dadurch, daß die Hauptspindel in Axialrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, jedes Spindelelement in Axialrichtung kürzer als die nicht geteilte Hauptspindel. Demgemäß, wird, auch wenn jedes Spindelsegment bogenförmig deformiert wird, die Deformation wesentlich geringer sein, als wenn die nicht unterteilte Hauptspindel deformiert wird. Insbesondere das Spindelsegment, das in seiner Gesamtheit innerhalb des Auspuffrohres angeordnet ist, wird durch die hohe Temperatur des Abgases leicht verformt. Wenn jedoch die Hauptspindel unterteilt ist, kann die Deformation eines derartigen Spindelsegmentes durch die Verschiebung der Mittelachse absorbiert oder ausgeglichen werden. Des weiteren können die axialen Längen, die Radialabmessungen, das Material usw. insbesondere für dasjenige Spindelsegment, das aus dem Auspuffrohr nach außen hin hervorragt frei gewählt werden, so daß eine Fehlfunktion verhindert werden kann, indem das Ausmaß der bogenförmigen Deformation und die eine Ausbildung eines elliptischen Querschnitts verursachenden Spannungen derart gesteuert werden, daß diese nicht zu groß werden. Des weiteren kann die Leckströmung des Abgases reduziert werden, indem der Spalt zwischen einem derartigen Spindelsegment und der inneren Umfangsfläche der Bohrung derart gewählt ist, daß er geringe Abmessungen aufweist.
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Bei der vorbeschriebenen Einrichtung ist der Spalt zwischen der Antriebswelle, die aus dem Auspuffrohr zur Außenseite hin vorsteht und der inneren Umfangsfläche der Bohrung, in die die Antriebswelle eingeführt werden soll eng gewählt. Auf diese Weise kann die Leckströmung des Abgases auf einen extrem geringen Wert begrenzt werden. Selbst dann, wenn die Antriebswelle in der oben beschriebenen Weise angeordnet ist, ist solange, wie die Antriebswelle nicht in ihrer Gesamtheit innerhalb des Auspuffsrohres angeordnet ist, nur ein so geringer Teil direkt dem Abgas ausgesetzt, daß der Grad der Deformation und der Spannung gering ist und keine Möglichkeit besteht, daß Fehlfunktionen auftreten.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine vertikale Schnittdarstellung der Vorderansicht, die einen Hauptabschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt;
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Hauptabschnitts;
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3 einen horizontalen Querschnitt des Hauptabschnitts;
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4 eine Ansicht eines Aufbaus eines Abgasreinigungssystems;
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5 eine Ansicht des Aufbaus eines Abgasreinigungssystems gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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6 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Hauptabschnitts eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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7 einen vertikalen Teilquerschnitt des Hauptabschnitts;
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8 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer anderen Labyrinthdichtung;
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9 einen vertikalen Teilquerschnitt des Hauptabschnitts eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels; und
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10 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Hauptabschnitts, der demjenigen aus 2 entspricht.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das bei einem katalytischen Umwandlungssystem für eine Fahrzeugabgasreinigung verwendet wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
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Gemäß 4, die den gesamten Aufbau eines katalytischen Umwandlungssystems zeigt, ist ein Auspuffrohr 3 mit einem Auspuffkrümmer 2 eines Motors 1 verbunden und Abgas des Motors 1 wird durch das Auspuffrohr 3 in die Atmosphäre ausgestoßen.
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Ein verbindender Abschnitt zwischen dem Auspuffrohr 3 und dem Auspuffkrümmer 2 ist als Gehäuse 5 eines Schaltventils 4 ausgebildet, das als Öffnungs- und Schließsystem gemäß der vorliegenden Erfindung wirkt. Das Gehäuse 5 ist aus Metall hergestellt und hat einen Einlaß, der mit dem Auspuffkrümmer 2 verbunden ist und zwei Auslässe. Ein einen Hauptströmungskanal enthaltendes Hauptauspuffrohr 6 des Auspuffrohrs 3 ist mit einem Auslaß verbunden und ein Bypassrohr 7 mit einem Bypass-Strömungskanal des Auspuffrohrs 3 ist mit dem anderen Auslaß verbunden. Eine Spitze oder ein Endabschnitt des Bypassrohrs 7, das von dem Hauptauspuffrohr 6 abzweigt, ist wieder zum Hauptauspuffrohr 6 zurückgeführt. In dem Mittelabschnitt des Bypassrohrs 7 ist ein mit einer Heizung versehener Katalysator 8 befestigt, der als preaktiver oder vorgeschalteter Katalysator wirkt und beispielsweise ein Edelmetall wie Platin, Rhodium oder ähnliches auf seiner Heizung mit Honigwabenstruktur (Honeycomb) trägt. An einer stromabwärts der Verbindung mit der Bypassleitung 7 gelegenen Seite des Hauptauspuffrohrs 6 ist ein Hauptkatalysator 9 angeordnet, der das Edelmetall, wie beispielsweise Platin, Rhodium oder ähnliches auf seinem Träger mit Honigwabenstruktur trägt.
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Das Schaltventil 4, das im folgenden näher beschrieben wird, verschließt das Hauptauspuffrohr 6 und öffnet das Bypassrohr 7 wenn das Abgas unmittelbar nach Inbetriebnahme des Motors 1 eine geringe Temperatur hat. Des weiteren verschließt das Schaltventil 4 die Bypassleitung 7 und öffnet das Hauptauspuffrohr 6, nachdem der Hauptkatalysator 9 durch das Abgas auf die katalytische Umwandlungstemperatur aufgeheizt wurde. Um das Timing der Öffnungs- und Schließfunktion des Schaltventils 4 zu bestimmen, ist ein Temperatursensor 10 vorgesehen, der den Umfang der katalytischen Aktivierung durch den Hauptkatalysator 9 über die Temperaturen des Abgases überwacht, nachdem diese den Hauptkatalysator 9 des Hauptauspuffrohrs 6 durchströmt haben.
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Ein besonderer Aufbau des Schaltventils 4 wird im folgenden anhand der 1 bis 3 erläutert. Das Gehäuse 5 enthält einen Hauptgehäuseabschnitt 5a, aufweisend einen mit dem Auspuffkrümmer 2 verbundenen Einlaß und einen mit dem Hauptauspuffrohr 6 verbundenen Auslaß und eine Gehäuseabdeckung 5b, die einen Auslaß aufweist, der mit der Bypassleitung 7 verbunden ist. Der Hauptgehäuseabschnitt 5a und die Gehäuseabdeckung 5b sind durch Schweißen mit einer zwischen diesen angeordneten Rahmenplatte 11 verbunden. Auf einer Seitenfläche der Rahmenplatte 11 an einer Seite der Gehäuseabdeckung 5b ist eine Sitzplatte 12 des Schaltventils 4 mit Schraubbolzen 13 und Muttern 14 befestigt.
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In der Sitzplatte 12 ist ein kreisförmiges Entlüftungsloch 15 ausgebildet, über das die Bypassleitung 7 über den Hauptgehäuseabschnitt 5a mit dem Auspuffkrümmer 2 verbunden ist. An einem Seitenabschnitt der Sitzplatte 12 ist ein rechteckförmiges Gehäuse 16, mit vorzugsweise zylindrischem Innenraum, einstückig und auskragend ausgebildet, das als Lager wirkt. In dem Gehäuse 16 ist eine Lagerbohrung 17 mit einer kreisförmigen Grundfläche und einem sich öffnenden oberen Teil ausgebildet. An dem oberen Oberflächenabschnitt der Gehäuseabdeckung 5b ist eine kreisförmige Bohrung 18 ausgebildet, die direkt oberhalb der Lagerbohrung 17 angeordnet ist. Eine aus Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellte Buchse 20 ist in die kreisförmige Bohrung 18 als ein Aufnahmeteil, insbesondere ein Lager eingepaßt. Eine Lagerbohrung 19 öffnet die Buchse 20 in der Richtung von oben nach unten. Der untere Endabschnitt der Buchse 20 ist in die Lagerbohrung 17 des Gehäuses 16 eingeführt. Die Buchse 20 hat an ihrem oberen Endabschnitt einen mit einem großen Durchmesser ausgebildeten Flanschabschnitt 20a. Der Flanschabschnitt 20a ist an der Gehäuseabdeckung 5b durch Schweißen derart befestigt, daß er die kreisförmige Bohrung 18 schließt.
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Eine Hauptspindel 21 des Schaltventils 4 ist in die Lagerbohrung 17 des Gehäuses 16 und in die Lagerbohrung 19 der Buchse 20 eingeführt. Die Hauptspindel 21 ist in Axialrichtung in zwei Segmente unterteilt. Das untere Spindelsegment ist eine angetriebene Welle 22 und das obere Spindelsegment ist eine Antriebswelle 23. Die angetriebene Welle 22 ist in die Lagerbohrung 17 des Gehäuses 16 eingeführt und darin gelagert. Der untere Endabschnitt der angetriebenen Welle 22 ist in Form eines konvexen kreisförmigen Konus 22a ausgebildet. Der konvexe kreisförmige Konus 22a wird aufgenommen durch einen konkaven kreisförmigen Konus 17a, der an der Bodenfläche der Lagerbohrung 17 ausgebildet ist, so daß eine auf die Hauptspindel 21 wirkende Druckkraft in ihrer Gesamtheit durch den konkaven kreisförmigen Konus 22a aufgenommen werden kann. Die Antriebswelle 23 ist in die Lagerbohrung 19 der Buchse 20 derart eingeführt, daß sie auf der angetriebenen Welle 22 angeordnet ist. Ein oberer Endabschnitt der Antriebswelle 23 ragt aus der Lagerbohrung 19 der Buchse 20 nach außen hin vor, so daß er mit einer äußeren Antriebseinrichtung verbindbar ist.
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Um ein Herausrutschen der angetriebenen Welle 22 und der Antriebswelle 23 aus der Buchse 20 zu verhindern, ist ein Flanschabschnitt 23a mit einem größeren Durchmesser als die Buchse 20 an einem unteren Endabschnitt der Antriebswelle 23 ausgebildet, der unterhalb der Buchse 20 vorsteht. Der Flanschabschnitt 23a gelangt in Wirkeingriff mit dem unteren Endabschnitt der Buchse 20, so daß er als Anschlag für die angetriebene Welle 22 und die Antriebswelle 23 wirkt. Um das von der äußeren Antriebseinrichtung auf die Antriebswelle 23 übertragene Drehmoment auf die angetriebene Welle 22 weiterzuleiten, ist ein rippenförmiger Vorsprung 23 derart ausgebildet, daß er aus einem unteren Oberflächenabschnitt des Flanschabschnitts 23a der angetriebenen Welle 23 auskragt und in einen Schlitz 22b eingreift, der an einer oberen Endfläche der angetriebenen Welle 22 ausgebildet ist. Die Breite des Schlitzes 22b ist derart ausgelegt, daß er breiter ist, als die Breite des rippenförmigen Vorsprungs 23b. Selbst dann, wenn der Schlitz 22b bogenförmig deformiert wird, resultiert dies nicht in einer Mittelachsenverschiebung zwischen der angetriebenen Welle 22 und der Antriebswelle 23.
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Sowohl die angetriebene Welle 22 als auch die Antriebswelle 23 sind aus einem hitzebeständigen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt. Ein Spalt C1 zwischen der Antriebswelle 23 und einer inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 19, in die die angetriebene Welle 22 und die Antriebswelle 23 eingefügt sind, ist derart ausgelegt, daß er geringer ist, als ein Spalt C2 zwischen der angetriebenen Welle 22 und einem inneren Umfangsabschnitt der Lagerbohrung 17 des Gehäuses 16, in die die angetriebene Welle 22 eingeführt ist. Der Spalt C1 ist so klein wie möglich ausgebildet, um eine Leckströmung des Abgases durch diesen hindurch zu verhindern. Des weiteren ist eine Länge (Länge einer Dichtung) der Buchse 20 in Axialrichtung derart ausgelegt, daß diese relativ groß ist, um den Abdichtungseffekt durch den schmalen Spalt C1 zu verbessern. Des weiteren ist zwischen dem Flanschabschnitt 23a der Antriebswelle 23 und dem unteren Endabschnitt der Buchse 20 ein schmaler Spalt C3 ausgebildet. Die angetriebene Welle 22 und die Antriebswelle 23 sind mittels des Spaltes C3 in Axialrichtung verschiebbar.
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An der angetriebenen Welle 22 ist ein Arm 24 vorgesehen. Um eine Drehbewegung des Armes 24 in Übereinstimmung mit einer Drehung der angetriebenen Welle 22 zu ermöglichen, ist im Gehäuse 16 ein sich öffnendes Fenster 25 ausgebildet.
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Nun wird die Montage des Arms 24 der angetriebenen Welle 22 beschrieben. An der angetriebenen Welle 22 ist ein Befestigungsloch 22c ausgebildet. An einer Seite des Befestigungslochs 22c ist eine stufenförmige Ausnehmung 22d ausgebildet und an der anderen Seite des Befestigungslochs 22c ist ein Gewindeloch 22e vorgesehen. Ein Basisendabschnitt des Arms 24 steht in Eingriff mit dem Befestigungsloch 22c. Ein Schraubbolzen 26 wird in ein an dem Basisendabschnitt des Arms 24 ausgebildetes Durchgangsloch 24 und in die stufenförmige Ausnehmung 22d eingeführt, so daß der Gewindebolzen 26 in das Gewindeloch 22e eingeschraubt wird. Um zu verhindern, daß der Schraubbolzen 26 herausrutscht, ist dieser mit der angetriebenen Welle 22 verschweißt.
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Ein Endabschnitt des Armes 24 ist zu einem Entlüftungsloch 15 der Sitzplatte 12 hin verlängert. An dem Endabschnitt ist eine kreisförmige Öffnungs- und Schließplatte 27 als Öffnungs- und Schließglied innerhalb des Hauptgehäuseabschnitts 5a verschwenk- oder schrägstellbar mittels einer stufenförmigen Schraube 28 montiert, die als Montageglied dient. Wenn die angetriebene Welle 22 in der mit einem Pfeil A angedeuteten Richtung dreht, dreht der Arm 24 in der gleichen Richtung. Wie in 3 mit der zweifach gepunkteten Linie gezeigt ist, liegt die Öffnungs- und Schließplatte 27 dann in Anlage an einem Endabschnitt des Hauptauspuffrohrs 6, so daß dieses geschlossen ist. Wenn die angetriebene Welle 22 in der mit dem Pfeil B angedeuteten Richtung, die entgegengesetzt zur Pfeilrichtung A ist dreht, dreht sich der Arm 24 in der gleichen Richtung. Wie in 3 mit durchgezogenen Linien gezeigt ist, liegt die Öffnungs- und Schließplatte 27 dann in Anlage an der Sitzplatte 12 und das Entlüftungsloch 15 und die Bypassleitung 7 sind verschlossen. Da die Öffnungs- und Schließplatte 27 gegenüber dem Arm 24 anstellbar ist, liegt die Öffnungs- und Schließplatte 27 entlang eines gesamten Außenumfangs einer Endfläche des Hauptauspuffrohrs 6 und eines gesamten Umfangsabschnitts des Entlüftungslochs 15 in Anlage, ohne daß dazwischen jeglicher Spalt entsteht.
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Als äußere Antriebseinrichtung zum Antreiben der Antriebswelle 23 ist eine Membranbetätigungseinrichtung 29 an einer Außenseite der Gehäuseabdeckung 5b über eine Strebe 30 befestigt. Die Membranbetätigungseinrichtung 29 hat eine Membran 22 des federvorgespannten Typs, die innerhalb eines Gehäuses 31 installiert ist und die Membran 32 ist direkt verbunden mit einem Betätigungsschaft 33, der als Betätigungsglied wirkt. Wie in 4 dargestellt ist, steht eine über die Membran 32 innerhalb des Gehäuses 31 abgeteilte Kammer 31a in Verbindung mit der Umgebungsluft, und eine Kammer 31b ist mit einem Einlaßverteiler 36 des Motors 1 über eine Einlaßleitung 35 verbunden, die ein Magnetventil 34 als Öffnungs- und Schließeinrichtung hat. Wenn das Magnetventil 34 öffnet, wird der Druck im Inneren der Kammer 31b negativ aufgrund eines Unterdrucks innerhalb des Einlaßverteilers 36, so daß die Membran 32 gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder 37 in einer Richtung verschoben wird, wie sie durch einen Pfeil C angedeutet ist. Alternativ dazu wird dann, wenn das Magnetventil 34 geschlossen ist, die Membran aufgrund der elastischen Rückstellkraft der Druckfeder 37 in einer Richtung verschoben, wie diese durch einen Pfeil D angedeutet ist und die entgegengesetzt zu der mit dem Pfeil C angedeuteten Richtung verläuft.
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Durch das Verschieben der Membran 32 in die durch die Pfeile C und D gekennzeichneten Richtungen, wird der Betätigungsschaft 33 in der gleichen Richtung wie die Membran 32 hin und her bewegt. Um eine Linearbewegung des Betätigungsschaftes 33 zu übertragen, wird die Linearbewegung in eine Drehbewegung der Antriebswelle 23 konvertiert, indem ein Verbindungsglied 38 an einem oberen Endabschnitt der Antriebswelle 23 befestigt wird, das als Kurbelmechanismus wirkt. Das Verbindungsglied 38 hat eine rechteckförmige Ausnehmung 38a, die passend zu dem rippenförmigen Vorsprung 23c ausgebildet ist, der aus dem oberen Endabschnitt der Antriebswelle 23 hervorragt. An einer kreisförmigen Ausnehmung 38b, die an dem anderen Endabschnitt des Verbindungsgliedes 38 ausgebildet ist, ist ein Verbindungsbolzen 33a drehbar befestigt, der von einem Endabschnitt des Betätigungsschaftes 33 hervorsteht. Zusätzlich wird ein Seegerring oder Stopring 39 an einem Endabschnitt des Verbindungsbolzens 33a befestigt, der von der kreisförmigen Ausnehmung 38b hervorsteht, um ein Lösen des Verbindungsgliedes 38 zu verhindern.
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Die Beziehung zwischen der Bewegungsrichtung des Betätigungsschafts 33 durch die Öffnungs- und Schließbewegung des Magnetventils 34 und die Drehbewegung der Antriebswelle 23 (angetriebenen Welle 22) wird nunmehr beschrieben. Wenn das Magnetventil 34 öffnet und in der Folge der Betätigungsschaft 33 in der mit dem Pfeil C gekennzeichneten Richtung bewegt wird, wird die Antriebswelle 23 in der mit dem Pfeil A gekennzeichneten Richtung gedreht. Deshalb öffnet die Öffnungs- und Schließplatte 27 die Bypassleitung 7 und schließt das Hauptauspuffrohr 6. In diesem Zustand wird dann, wenn das Magnetventil 34 schließt und daraufhin der Betätigungsschaft 33 in die durch den Pfeil D gekennzeichnete Richtung bewegt wird, die Antriebswelle 23 in der mit dem Pfeil B gekennzeichneten Richtung gedreht, so daß dadurch die Öffnungs- und Schließplatte 27 das Hauptauspuffrohr 6 öffnet und die Bypassleitung 7 schließt.
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Wie in 4 dargestellt ist, sind ein Schalter 40 zum Abschalten einer Heizung des mit einer Heizung versehenen Katalysators 8 und das Magnetventil 34 durch eine elektronische Steuereinrichtung 41 angesteuert. Die elektronische Steuereinrichtung erhält ein Ausgangssignal von dem Temperatursensor 10. Die elektronische Steuereinrichtung bestimmt auf der Basis der vom Temperatursensor 10 erfaßten Temperatur, ob der Hauptkatalysator 9 die katalytische Aktivierungstemperatur erreicht hat oder nicht. Wenn die Temperatur des Hauptkatalysators nicht oberhalb der katalytischen Aktivierungstemperatur liegt, wird der mit einer Heizung versehene Katalysator 8 elektrisch in Betrieb gesetzt und das Magnetventil 34 ist ebenfalls elektrisch erregt, so daß das Magnetventil 34 öffnet. Gemäß 4 wird eine Batterie 42 eines Fahrzeuges vorgesehen.
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Die Wirkweise der vorgenannten Konstruktion wird nunmehr beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden jedoch die angetriebene Welle 22 und die Antriebswelle 23 als Hauptspindel 21 bezeichnet, solange zur Beschreibung keine Unterscheidung der beiden Wellen erforderlich ist.
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Wenn der Motor 1 startet, erhält die elektronische Steuereinrichtung 41 das Erfassungssignal vom Temperatursensor 10. Basierend auf dem Erfassungssignal, bestimmt die elektronische Steuereinrichtung 41, ob die Temperatur des Abgases über einer vorbestimmten Temperatur ist oder nicht und ob der Hauptkatalysator 9 die katalytische Aktivierungsenergie hat. Wenn der Motor 1 gerade gestartet wurde, ist die Temperatur des Abgases noch niedrig und die Temperatur des Hauptkatalysators 9 ist niedriger als die katalytische Aktivierungstemperatur. Die elektronische Steuereinrichtung 41 schaltet dann den Schalter 40 ein, versorgt die Heizung des mit einer Heizung versehenen Katalysators 8 mit elektrischer Energie und erregt das Magnetventil 34 um dieses zu öffnen.
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Da der Druck in der Kammer 31b der Membranbetätigungseinrichtung durch die Verbindung mit dem Einlaßverteiler 36 negativ (Unterdruck) ist, wird die Membran 32 in der durch den Pfeil C angedeuteten Richtung verschoben und dadurch der Betätigungsschaft 33 in der gleichen Richtung bewegt, so daß die Hauptspindel 21 des Schaltventils 4 in die mit dem Pfeil A gekennzeichnete Richtung dreht. Der Arm 24 dreht in der gleichen Richtung, so daß – wie mit der zweifach gepunkteten Linie in 3 angedeutet – die Öffnungs- und Schließplatte 27 das Entlüftungsloch 15 (Bypassleitung 7) öffnet und das Hauptauspuffrohr 6 schließt. Der mit einer Heizung versehene Katalysator 8 wird mittels der Heizung aufgeheizt und dessen Temperatur steigt steil an, so daß sich dieser zu einem früheren Zeitpunkt in einem Zustand der katalytischen Aktivierung befindet.
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Da die Bypassleitung 7 geöffnet ist, strömt unmittelbar nach dem Starten des Motors 1 das Abgas von dem Motor 1 in die Bypassleitung 7, indem dieses von dem Auspuffkrümmer 2 durch das Gehäuse 5 des Schaltventils 4 strömt. Wenn das Abgas den mit einer Heizung versehenen Katalysator 8, der sich auf der katalytischen Aktivierungstemperatur befindet durchströmt, werden HC, CO, Nox oder ähnliches aus dem Abgas mittels des mit einer Heizung versehenen Katalysators 8 durch eine Oxidations- oder Reduktionsreaktion entfernt. Das durch den mit einer Heizung versehenen Katalysator 8 gereinigte Abgas strömt in das Hauptauspuffrohr 6 und wird zur Umgebungsluft durch den Hauptkatalysator 9 hindurch ausgestoßen.
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Das Abgas selbst hält die Wärme, die durch die Verbrennung innerhalb des Motors 1 erzeugt wurde. Des weiteren wird dann, wenn das Abgas den mit einer Heizung versehenen Katalysator 8 durchströmt, das Abgas durch die Heizung aufgeheizt und auch durch die aufgrund der Oxidations- oder Reduktionsreaktion der oben beschriebenen toxischen Gaskomponenten aufgeheizt. Des weiteren wird dann, wenn das Abgas den Hauptkatalysator 9 durchströmt, der Hauptkatalysator 9 durch die Wärme des Abgases aufgeheizt, so daß die Temperatur des Hauptkatalysators ansteigt.
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Wenn die Temperatur des Hauptkatalysators 9 höher als die katalytische Aktivierungstemperatur ist, liegt die Temperatur des durch den Hauptkatalysators 9 strömenden Abgases höher als die vorbestimmte Temperatur. Die elektronische Steuereinrichtung 41 erfaßt die Temperatur des Abgases basierend auf dem Erfassungssignal des Temperatursensors 10. Der Schalter 40 wird ausgeschaltet und die Heizung des mit einer Heizung versehenen Katalysators 8 abgeschaltet und das Magnetventil 34 wird ebenfalls abgesperrt. Durch Absperren des Magnetventils 34 wird die Membran 32 der Membranbetätigungseinrichtung 29 durch die elastische Rückstellkraft der Druck- oder Kompressionsfeder 37 in der durch den Pfeil D gekennzeichneten Richtung verschoben. Dies führt dazu, daß der Betätigungsschaft 33 in der gleichen Richtung bewegt wird und die Hauptspindel 21 des Schaltventils 4 in die Richtung gedreht wird, die durch den Pfeil B gekennzeichnet ist. Entsprechend dreht der Arm 24 in der gleichen Richtung, so daß die Öffnungs- und Schließplatte 27 die Hauptauspuffleitung 6 öffnet und das Entlüftungsloch 15 (Bypassleitung 7) schließt.
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Das Abgas des Motores 1 strömt in das Hauptauspuffrohr 6 aus dem Auspuffkrümmer 2 durch den Hauptgehäuseabschnitt 5a. Wenn das Abgas den sich im Zustand der katalytischen Aktivierung befindlichen Hauptkatalysator 9 durchströmt, werden HC, CO, NOx oder ähnliches durch den Hauptkatalysator 9 durch eine Oxidations- oder Reduktionsreaktion vom Abgas entfernt und dieses zur Umgebungsluft hin ausgestoßen.
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Die Hauptspindel 21 des Schaltventils 4 ist innerhalb des Gehäuses 5 vorgesehen und bildet einen Abschnitt des Auspuffrohrs 3. Da das Fenster 25 am Gehäuse 16 ausgebildet ist, ist die angetriebene Welle 22 direkt dem Abgas ausgesetzt, das die Gehäuseabdeckung 5b unmittelbar nach dem Start des Motors 1 durchströmt, so daß die Temperatur der angetriebenen Welle 22 hoch wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch die Hauptspindel 21 in zwei Segmente, die angetriebene Welle 22 und die Antriebswelle 23, unterteilt. Auch dann, wenn sowohl die angetriebene Welle 22 als auch die Antriebswelle 23 durch die Wärme in eine bogenförmige Gestalt deformiert werden, ist die Gesamtlänge der angetriebenen Welle 22 und der Antriebswelle 23 in einer Axialrichtung geringer als die Länge einer Hauptspindel 21, die keine Segmente aufweist und die bogenförmige Deformation der angetriebenen Welle 22 und der Antriebswelle 23 ist gering. Des weiteren ist die Breite des Schlitzes 22b der angetriebenen Welle 22 breiter als die Breite des rippenförmigen Vorsprungs 23b der Antriebswelle 23. Auch dann wenn die in ihrer Gesamtheit dem Abgas ausgesetzte angetriebene Welle im großen Maße bogenförmig deformiert wird, verschiebt sich die Mittelachse der angetriebenen Welle 22 nicht mit Bezug zur Antriebswelle 23.
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Deshalb reibt die angetriebene Welle 22 nicht an der inneren Umfangswandung der Lagerbohrung 17 oder die Antriebswelle 23 reibt nicht an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 19. Das Hauptauspuffrohr 6 und das Entlüftungsloch 15 (Bypassleitung 7) können exakt geöffnet und geschlossen werden. Unmittelbar nach dem Start des Motors 1 wird auch die geringe Menge der Leckströmung des Abgases in das Hauptauspuffrohr 6 nicht zur Umgebungsluft hin ausgestoßen, ohne durch den mit einer Heizung versehenen Katalysator 8 gereinigt zu werden.
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Da der Spalt C2 zwischen der angetriebenen Achse 22 und der inneren Umfangswandung der Lagerbohrung 17 derart ausgestaltet ist, daß er breiter ist als der Spalt C1 zwischen der Antriebswelle 23 und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 19 kann die Leckströmung des Abgases durch den Spalt C1 in die Umgebungsluft auf einen extrem geringen Wert begrenzt werden. Da die Antriebswelle 23 kürzer ist als die angetriebene Welle 22 wird auch dann, wenn der Spalt C1 verengt wird, das Maß der bogenförmigen Deformation der Antriebswelle 23 gering sein. Da des weiteren die Antriebswelle 23 einen geringeren Durchmesser als die angetriebene Welle 22 hat, wird selbst dann, wenn ein Querschnitt der Antriebswelle 23 elliptisch deformiert wird, das Maß der Deformation geringer sein als dasjenige der angetriebenen Welle 22. Deshalb reibt die Antriebswelle 23 nicht an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 19. Auf der anderen Seite ist das Maß der bogenförmigen Deformation der angetriebenen Welle 22 größer als dasjenige der Antriebswelle 23, da die angetriebene Welle 22 länger ist, als die Antriebswelle 23. Des weiteren hat die angetriebene Welle 22 einen größeren Durchmesser als die Antriebswelle 23. Da der Spalt C2 groß genug gewählt ist, kann selbst dann, wenn das Maß der bogenförmigen Deformation größer ist, als das Maß der elliptischen Deformation, die angetriebene Welle 22 nicht an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 17 reiben.
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Des weiteren kann sich die angetriebene Welle 22 aufgrund des Spaltes C3 in Axialrichtung bewegen. Auf diese Weise wird selbst dann, wenn die angetriebene Welle 22 aufgrund der Wärmeausdehnung sich in Axialrichtung ausdehnt, der Flanschabschnitt 23a der Antriebswelle 23 nicht fest an dem unteren Ende der Buchse 20 anschlagen.
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Wie oben beschrieben wurde, kann die Menge des Abgases, das zur Umgebungsluft hin ohne Reinigung ausgestoßen wird auf ein Minimum reduziert werden, da der Spalt C1 verengt werden kann, ohne das eine funktionelle Verschlechterung der Drehbewegung der angetriebenen Welle 22 und der Antriebswelle 23 erfolgt. Auf diese Weise kann die Reinigungsverhältniszahl des Abgases verbessert werden.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel der mit einer Heizung versehene Katalysator 8 innerhalb der Bypassleitung 7 vorgesehen ist, kann das Abgas innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Starten des Motors gereinigt werden, indem der mit einer Heizung versehene Katalysator 8 aktiviert wird. In diesem Fall kann der mit einer Heizung versehene Katalysator 8 als mit einer Heizung versehener Startkatalysator verwendet werden, der eine geringe Wärmekapazität aufweist und die Zweitluft oder das später anfallende Abgas kann hin zu dem Katalysator geführt werden.
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Die angetriebene Welle 22 und die Antriebswelle 23 müssen nicht zwangsläufig nur aus rostfreiem Stahl hergestellt werden, sondern es können auch andere wärmebeständige Materialien wie beispielsweise Keramikwerkstoffe mit geringer Wärmeverformung oder ähnliches verwendet werden. Alternativ dazu kann die angetriebene Welle 22 aus einem rostfreiem Stahl gefertigt werden, während die Antriebswelle 23 aus Keramikwerkstoff gefertigt wird, so daß der Spalt C1 enger ausgeführt werden kann. Auf der anderen Seite kann die angetriebene Welle 22 aus Keramikwerkstoff hergestellt werden, während die Antriebswelle 23 aus rostfreiem Stahl gefertigt werden kann. Die Hauptspindel 21 kann auch in drei Segmente aufgeteilt werden.
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Der Zustand der katalytischen Aktivierung des Hauptkatalysators 9 hängt nicht nur von der Temperatur des Abgases ab, nachdem dieses den Hauptkatalysator 9 durchströmt hat. Alternativ können auch andere Betriebsparameter des Motors 1 verwendet werden, z. B. eine Drehzahl des Motors 1, eine Ansaugluftströmungsgeschwindigkeit, der Unterdruck innerhalb des Einlaßverteilers 36, die Wassertemperatur des Motors 1, eine Sauerstoffkonzentration oder ein Luft-Kraftstoffverhältnis, die in die elektronische Steuereinrichtung 41 eingegeben werden. Wenn die Betriebsbedingungen die vorbestimmten Bedingungen erreichen, kann der Zustand der katalytischen Aktivierung des Hauptkatalysators 9 bestimmt werden.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. In 5 werden jedoch die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen für die entsprechenden Elemente in 4 verwendet und es wird auf deren Beschreibung verzichtet, so daß nur diejenigen Abschnitte beschrieben werden, die sich von denjenigen der 4 unterscheiden.
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An einem Auspuffrohr 43, das mit einem Auspuffkrümmer 2 verbunden ist, ist ein Hauptkatalysator 9 vorgesehen. Stromabwärts des Hauptkatalysators 9 ist ein Schaltventil 4 mit dem Auspuffrohr 43 verbunden. Die stromabwärts des Schaltventils 4 liegende Seite des Auspuffrohrs 43 ist durch Verlängerung der Rahmenplatte 11 in einen Hauptströmungskanal 44 und einen Bypass-Strömungskanal 45 aufgeteilt. Der Bypass-Strömungskanal 45 verbindet sich mit dem Hauptströmungskanal 44 stromabwärts des Auspuffrohrs 43. In 5 ist ein Mittelabschnitt des Auspuffrohrs 43 herausgeschnitten. Demzufolge ist das Auspuffrohr 43 zwischen dem Auspuffkrümmer 2 und dem Hauptkatalysator 9 hinreichend lang genug, so daß der Hauptkatalysator 9 davor geschützt ist, den von dem Motor 1 emittierten Hochtemperaturabgasen ausgesetzt zu sein.
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In dem Bypass-Strömungskanal 45 ist ein Träger angeordnet, an dem toxische Gaskomponenten, wie HC oder ähnliches adsorbiert werden und der aus rostfreiem Stahl oder Keramikwerkstoffen, wie beispielsweise Dichroit (Cordierite) oder ähnlichem besteht und in einer Honigwabenstruktur ausgestaltet ist. Zum Beispiel kann ein Adsorber 46, der ein Adsorbens vom Zeolith-Typ hat in dem Bypass-Strömungskanal 45 angeordnet werden. Die Gehäuseabdeckung 5b ist mit dem Auspuffkrümmer 2 über eine Rückströmleitung 49 verbunden, die ein Öffnungs- und Schließventil 47 und ein Einwegeventil 48 hat, wobei das Ventil 47 eine Membranbetätigungseinrichtung mit dem gleichen Aufbau wie die Membranbetätigungseinrichtung 29 hat. Das Ventilelement des Öffnungs- und Schließventils 47 wird durch den Betätigungsschaft der Membranbetätigungseinrichtung geöffnet und geschlossen. Das Öffnungs- und Schließventil 47 ist mit der Einlaßleitung 35 über eine Leitung 51 verbunden, die ein Magnetventil 50 aufweist, das durch die elektronische Steuereinrichtung 41 angesteuert wird.
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Im folgenden wird die Betriebsweise der oben beschriebenen Konstruktion erläutert. Da die Temperatur des den Hauptkatalysator 9 durch strömenden Abgases noch nicht eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, wird unmittelbar nach dem Start des Motors 1 über die elektronische Steuereinrichtung 41 das Magnetventil 34 erregt, um die Öffnungs- und Schließplatte 27 des Schaltventils 4 zu aktivieren, um den Bypass-Strömungskanal 45 zu öffnen und den Hauptströmungskanal 44 zu schließen, wie dies mit einer zweifach gepunkteten Linie in 5 dargestellt ist. Das den Hauptkatalysator 9 durchströmende Abgas strömt dann in den Bypass Strömungskanal 45 hinein und wird gereinigt, indem die abgasenthaltenden toxischen Gaskomponenten am Adsorbens S adsorbiert werden. Anschließend wird das Abgas in die Umgebungsluft ausgestoßen.
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Sobald der Hauptkatalysator 9 durch das Abgas auf die katalytische Aktivierungstemperatur aufgeheizt ist, erfaßt die elektronische Steuereinrichtung 41 die Temperatur auf der Grundlage des Erfassungssignals durch den Temperatursensor 10. Daraufhin wird das Magnetventil 34 abgesperrt und der Hauptströmungskanal 44 durch die Öffnungs- und Schließplatte 27 des Schaltventils 4 geöffnet. Der Bypass-Strömungskanal 45 wird auf die gleiche Weise, wie sie oben beschrieben wurde geschlossen und das Öffnungs- und Schließventil 47 wird durch Erregung des Magnetventils 50 geöffnet.
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Daraufhin wird das Abgas beim Durchströmen des sich im katalytischen Aktivierungszustand befindlichen Hauptkatalysators 9 gereinigt und über den Hauptströmungskanal 44 zur Umgebungsluft hin ausgestoßen. Nachdem die Temperatur des Hauptkatalysators 9 die katalytische Aktivierungstemperatur erreicht hat, ist auch die Temperatur des Abgases unmittelbar nach dem Durchströmen des Hauptkatalysators 9 bemerkenswert hoch. Demzufolge wird der Adsorber 46 durch das den Hauptströmungskanal 44 über die als Abtrennung wirkende Rahmenplatte 11 durch strömendes Abgas aufgeheizt, so daß die Temperatur des Adsorbers 46 ansteigt. Das Adsorbens S beginnt nun die toxischen Gaskomponenten des Abgases zu desorbieren und die desorbierten toxischen Gaskomponenten werden in den Auspuffkrümmer 2 durch die Rückströmleitung 49 angesaugt. Obwohl der Druck im Auspuffkrümmer 2 durch die Bewegung einer Vielzahl von Kolben des Motors pulsiert, wird der Druck des den Hauptkanal 44 durchströmenden Abgases ohne Pulsation vergleichmäßigt. Demzufolge wird dann, wenn der Druck im Auspuffkrümmer 2 aufgrund der Pulsation geringer ist, als der Druck des Abgases in dem Hauptströmungskanal 44, die desorbierten toxischen Gaskomponenten in den Auspuffkrümmer angesaugt. Dabei wird auch dann, wenn der Druck aufgrund der Pulsation im Auspuffkrümmer 2 größer ist, als der Druck im Hauptströmungskanal 44 durch die Sicherheitswirkung des Einwegeventils 48 das Abgas nicht durch die Rückströmleitung 49 in den Bypass-Strömungskanal 45 hinein strömen. Die toxischen Gaskomponenten, die auf die oben beschriebene Weise in den Auspuffkrümmer 2 eingesaugt werden, werden beim Durchströmen des Hauptkatalysators 9 gereinigt.
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Gemäß dem vorbeschriebenem Ausführungsbeispiel kann die Reinigungsverhältniszahl des Abgases weiter verbessert werden, da die toxischen Gaskomponenten durch das Adsorbens S adsorbiert werden, bevor der Hauptkatalysator 9 aktiviert wird und die adsorptive Reinigung ist bereits unmittelbar nach dem Start des Motors 1 wirksam.
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Um den Entzug der toxischen Gaskomponenten des Abgases dann zu erleichtern, wenn die Temperatur des Hauptkatalysators 9 die katalytische Aktivierungstemperatur erreicht, ist eine Ausnehmung in der Rahmenplatte 11 ausgebildet, die den Hauptströmungskanal 44 von dem Bypass-Strömungskanal 45 abtrennt, so daß eine Seite des Adsorbens S direkt dem Abgas ausgesetzt werden kann. Auf diese Weise wird eine Warmeübertragung vom Abgas hin zum Adsorbens S mit hoher Effizienz durchgeführt.
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Des weiteren wird die zur Desorption der toxischen Gaskomponenten vom Adsorbens S erforderliche Zeit zuvor durch ein Experiment gemessen und die benötigte Zeit in der elektronischen Steuereinrichtung 41 abgespeichert. Demzufolge werden das Magnetventil 50 und das Öffnungs- und Schließventil 47 innerhalb der erforderlichen Zeitperiode geschlossen.
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Die 6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den 6 und 7 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie diejenigen, die für entsprechende Bauelemente in den 1 und 2 verwendet wurden und nur die zu den 1 und 2 unterschiedlichen Bauelemente werden beschrieben.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle der Hauptspindel des Schaltventils aus Keramikmaterial hergestellt und eine Buchse eines Aufnahmeteils (Lager), das eine Ausnehmung aufweist, in das die Antriebswelle eingeführt wird, d. h., eine Lagerbohrung, ist aus Keramik hergestellt.
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Das heißt, die angetriebene Welle 22 ist aus rostfreiem Stahl hergestellt. Eine Antriebswelle 52 mit einem Flanschabschnitt 52a und eine Buchse 54 mit einer Lagerbohrung 53 können aus Keramikmaterial, beispielsweise Siliziumnitrit durch Sintern hergestellt werden, das bei hohen Temperaturen genug Festigkeit aufweist.
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Ein von dem unteren Oberflächenabschnitt der Antriebswelle 52 vorstehender rippenförmiger Vorsprung 52b ist in den Schlitz 22b der angetriebenen Welle 22 eingepaßt. Ein von dem oberen Oberflächenabschnitt der Antriebswelle 52 hervorstehender rippenförmiger Vorsprung 52c ist in die rechteckförmige Ausnehmung 38a des Verbindungsgliedes 38 eingepaßt.
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Die Buchse 54 wird an der äußeren Oberfläche der Gehäuseabdedkung 5b angeordnet, so daß die Antriebswelle 52 in die Lagerbohrung 53 eingeführt werden kann. Die Buchse 54 ist mit einer metallischen Abdeckung 55 mit einer flachen kreisförmigen Containerstruktur als ein Montageteil abgedeckt. Ein Außenumfangsabschnitt der Abdeckung 55 ist an der Gehäuseabdeckung 5b durch Schweißen befestigt. Durch das Schweißen der Abdeckung 55 wird die keramische Buchse 54 in die Gehäuseabdeckung 5b eingepreßt und dadurch fixiert.
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An einem oberen Oberflächenabschnitt eines Flanschabschnitts 54 der Buchse 54 und an dem inneren oberen Oberflächenabschnitt der Abdeckung 55 sind beispielsweise ringförmige Vorsprünge 54b und 55a, die Querschnitte mit dreieckförmiger Struktur aufweisen und ringförmige konkave Abschnitte 54c und 55b alternierend zueinander ausgebildet. Der ringförmige Vorsprung 54b und der ringförmige konkave Abschnitt 54c des Flanschabschnitts 54a und der ringförmige konkave Abschnitt 55b und der ringförmige Vorsprung 55a der Abdeckung 55 werden zusammengefügt, um eine Labyrinthrichtung zu bilden.
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Bei dem auf oben beschriebene Weise ausgebildeten Ausführungsbeispiel kann der Spalt zwischen der Antriebswelle 52 und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 53 extrem verengt werden, da die Antriebswelle 52 und die Buchse 54 aus Keramikmaterial mit einer geringen Wärmeverformung hergestellt sind. Dadurch kann eine Leckströmung des Abgases durch den Spalt hindurch effektiv verhindert werden. Des weiteren kann dadurch, das sowohl die Antriebswelle 52 als auch die Buchse 54 eine geringe Wärmeverformung aufweisen, selbst dann, wenn der dazwischen liegende Spalt eng ausgeführt ist, die Antriebswelle 52 nicht an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung reiben. Demzufolge ist eine gleitende Öffnungs- und Schließbewegung der Öffnungs- und Schließplatte 27 gewährleistet. In 7 ist der Spalt zwischen der Antriebswelle 52 und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 53 übertrieben dargestellt.
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Des weiteren sind nur die Antriebswelle 52 und die Buchse 54 aus Keramikmaterial hergestellt, um den Spalt zwischen der Antriebswelle 52 und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 53, der direkt eine Leckströmung des Abgases zur Außenseite hin verursacht zu minimieren, so daß nicht alle Komponenten des Schaltventils 54 aus Keramikmaterial hergestellt werden müssen, was hohe Herstellungskosten mit sich führt. Auf diese Weise können die Herstellungskosten minimiert werden.
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Da die Buchse 54 durch Verschweißen der Abdeckung 55 mit der Gehäuseabdeckung 5b befestigt wird, kann die Keramikbuchse 54 auf einfache Weise an der Gehäuseabdeckung 5b befestigt werden. In diesem Fall ist die Buchse 54 nicht direkt mit der Gehäuseabdeckung 5b verschweißt und die Gehäuseabdeckung 5b, die aus Metall, vorzugsweise aus Metallblech hergestellt ist, kann sehr flach hergestellt werden und ein Spalt zwischen der Gehäuseabdeckung 5b und dem Flanschabschnitt 54a der Buchse 54 kann erzeugt werden. Dadurch könnte, wie in 7 durch den Pfeil E mit einer zweifach gepunkteten Linie angedeutet ist, das Abgas zwischen dem Flanschabschnitt 54a der Buchse 54 und der Gehäuseabdeckung 5b und zwischen der äußeren Umfangsfläche und der oberen Oberfläche des Flanschabschnitts 54a der Buchse 54 und der inneren Umfangsfläche und der inneren oberen Oberfläche der Abdeckung 55 hindurch strömen, und das Abgas kann durch eine Ausnehmung 55c in der Abdeckung 55 austreten, durch die die Antriebswelle 42 nach außen hin vorsteht. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Labyrinthdichtung mit dem kreisförmigen Vorsprung 54b und den kreisförmigen konkaven Abschnitt 54c des Flanschabschnittes 54a der Buchse 54 und dem kreisförmigen Vorsprung 55a und dem kreisförmigen konkaven Abschnitt 55b der Abdeckung 55 ausgebildet. Dadurch kann auf effektive Weise eine Leckströmung entlang dem oben beschriebenen Strömungskanal verhindert werden.
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Wie in 8 dargstellt ist, kann die Labyrinthdichtung auch ausgebildet werden, indem ein ringförmiger konkaver Abschnitt 54d, der einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist und der an dem oberen Oberflächenabschnitt des Flanschabschnitts 54a der Buchse 54 ausgebildet ist, eingepaßt werden in einen ringförmigen Vorsprung 55d, der einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist und der von dem oberen Oberflächenabschnitt des inneren Abschnitts der Abdeckung 55 vorsteht.
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In den 9 und 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In den 9 und 10 werden die gleichen Bezugszeichen für die den 1 und 2 entnehmbaren Bauelemente versehen und nur diejenigen Bauelemente beschrieben, die sich von denjenigen der 1 und 2 unterscheiden.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Antriebswelle der Hauptspindel des Schaltventils mit einer Metallwelle (zum Beispiel eine Welle aus rostfreiem Stahl) und einer Keramikwelle (zum Beispiel eine Siliziumnitritwelle) ausgebildet.
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Das heißt, die angetriebene Welle 22 der Hauptspindel 21 ist aus rostfreiem Stahl hergestellt, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist, während die Antriebswelle 56 aus einer Keramikwelle 56b gebildet ist, die in eine Welle 56a aus rostfreiem Stahl eingepreßt ist. Die Welle 56a aus rostfreiem Stahl ist an dem Verbindungsglied 38 durch Schweißen befestigt.
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An der Antriebswelle 56 ist – wie beim ersten Ausführungsbeispiel – ein rippenförmiger Vorsprung 56, der von einem unteren Oberflächenabschnitt der Antriebswelle 56 hervorsteht in den Schlitz 52b der angetriebenen Welle 22 eingepaßt.
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Um ein Lösen der angetriebenen Welle 22 und der Antriebswelle 56 zu verhindern, ist erfindungsgemäß an dem keramischen Wellenabschnitt 56b der Antriebswelle 56, der nach unten hin aus der Buchse 20 vorsteht eine Nut 56d ausgebildet, in die ein Ring 57 eingeführt ist. Der Ring 57 hat einen größeren Durchmesser als die Buchse 20, so daß das Lösen der Hauptspindel 21 verhindert werden kann, solang diese in dem Gehäuse 16 montiert ist.
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Des weiteren ist die Buchse 20 an der äußeren Oberfläche der Gehäuseabdeckung 5b derart montiert, daß die Antriebswelle 56 in die Lagerbohrung 19 einführbar ist. Der Flanschabschnitt 20a der Buchse 20 ist an der Gehäuseabdeckung 5b durch Schweißen befestigt.
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Des weiteren ist zur Verbesserung der Koaxialität an der angetriebenen Welle 22 ein Koaxial-Justierungsring 22f vorgesehen, der entlang der äußeren Umfangsfläche der angetriebenen Welle hervorsteht. Da der Spalt C4 des Koaxial-Justierings 22f schmaler ist, als der Spalt C2 der angetriebenen Welle 22, kann die Koaxialität der angetriebenen Welle 22 und des Gehäuses 16 verbessert werden. Des weiteren kann dadurch, daß die Lage des Koaxial-Justierungs 22f beschränkt ist auf einen Abschnitt der oberen und unteren Abschnitte der angetriebenen Welle 22, diese nicht in ihrer Gesamtheit bei einer bogenförmigen Deformation an der inneren Umfangsfläche anliegen.
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Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 56 mit einem Keramikwellenabschnitt 56b ausgebildet, der eine geringe Wärmeverformung aufweist. Deshalb wird selbst dann, wenn die außenliegende Welle 56a der Antriebswelle 56 aus rostfreiem Stahl hergestellt wird, lediglich eine Torsionskraft von der äußeren Antriebseinrichtung 29 auf die angetriebene Welle 22 übertragen, so daß eine Wellendeformation praktisch nicht verursacht werden kann. Des weiteren kann dadurch, daß für die Buchse 20 ein Material aus rostfreiem Stahl verwendet wird, das einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist und auch durch Verwendung von rostfreiem Stahl für das Verbindungsglied 38, der Flanschabschnitt 20a und die Gehäuseabdeckung 5b sowie die außen liegende Welle 56a und das Verbindungsglied 38 auf einfache Weise durch Schweißen verbunden werden. Auf diese Weise können die Herstellungskosten minimiert werden.
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Durch Minimierung des Spaltes zwischen der Lagerbohrung 19 und der Welle 56a aus rostfreiem Stahl, kann eine Leckströmung des Abgases und ein Reiben auf effektive Weise verhindert werden.
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Des weiteren kann eine Leckströmung durch die Umfangsabschnitte 20a verhindert werden, da die Buchse 20 direkt mit der Gehäuseabdeckung 5b verschweißt ist.
