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Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine nach
der Gattung des Hauptanspruches.
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Aus
der JP 05-86834 A2 ist eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt,
bei der der Abgasstrom durch die Abgasrohrleitungen auf zwei verschiedene
Strömungswege
umstellbar ist. Dazu ist parallel zur Hauptabgasleitung eine Bypaßleitung vorgesehen,
die über
ein Regelventil zu- oder abschaltbar ist. Dieses Regelventil ist
in einem Rohrabschnitt angeordnet und weist eine kreisförmige, schwenkbar
gelagerte Abgasklappe auf, die als Ventilglied wirkt. Durch Verschwenken
dieser Abgasklappe wird die Durchströmung der Bypaßleitung
gesteuert bzw. geregelt. Derartige schwenkbare Abgasklappen haben
den Nachteil, daß sie
aufgrund des breiten Temperaturbereiches, in dem sie innerhalb der Abgasanlage
eingesetzt sind und betriebsfähig
sein müssen,
einen in Abhängigkeit
von den Betriebstemperaturen mehr oder weniger großen Dichtspalt
aufweisen, durch den auch bei geschlossener Abgasklappe Teile des
Abgasstromes durchströmen
können.
Darüber
hinaus neigen derartige Abgasklappen im Betrieb der Brennkraftmaschine
unter bestimmten Betriebsbedingungen zum Klappern, so daß ungewollte
Störgeräusche auftreten.
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Aus
der
DE 298 03 183
U1 ist weiterhin eine Abgasanlage bekannt, bei der zur
Veränderung
der Akustik ein Abgasrohr über
ein gesteuertes Ventil mit einem Schließkörper geöffnet oder geschlossen werden
kann. Der Schließkörper hat
einen Ventilteller, der die Form einer Kugelkalotte aufweist. Dieser
Ventilteller wirkt mit dem offenen Ende des Abgasrohres zusammen
und ist dazu axial verschlieblich mit einer Stelleinrichtung gekoppelt.
Zusätzlich
ist am Rohrende des Abgasrohres ein torusförmiges Kissen aus einem Drahtgestrick
angebracht, mit dem Vibrationen des Ventiltellers elastisch ausgeglichen
werden sollen. Mit einer derartigen Abgasanlage bzw. mit einem derartigen
Ventilteller können
temperaturbedingte Lageabweichungen zwischen Abgasrohr und Ventilteller
jedoch nur bedingt ausgeglichen werden. Insbesondere bei Lageabweichungen
in radialer Richtung des Abgasrohres bzw. radial zur Betätigungsrichtung
des Ventiltellers ist die Dichtwirkung nicht mehr ausreichend.
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Weiterhin
sind aus DE-PS 614 351 und DE-AS 11 17 959 Ventilglieder bekannt,
bei denen zwischen Ventilteller und Ventilsitz elastische Dichtkörper angeordnet
sind.
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Es
ist demgegenüber
die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Abgasanlage einer Brennkraftmaschine
so zu verbessern, daß die
Dichtheit des Regelventils unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine
verbessert wird und darüber
hinaus das Auftreten von Störgeräuschen vermindert
bzw. verhindert wird. Dabei sollen vor allem Lageabweichungen infolge
von unterschiedlichen Temperaturausdehnungen und/oder aufgrund von Fertigungstoleranzen
ausgeglichen werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die
Dichtheit des Ventilgliedes über
den gesamten Temperaturbereich der Abgasanlage kann deutlich verbessert
werden, wenn zumindest Teile des Ventilgliedes quer zur Achsrichtung
des Rohrabschnittes verschiebbar sind. Dadurch können auch Toleranzen bzw. Lageabweichungen
der Achsrichtungen ausgeglichen werden. Durch die Verstellung des
Ventilgliedes in Achsrichtung des Rohrabschnittes können die
zusammenwirkenden Dichtflächen des
Ventilgliedes und des Rohrabschnittes wesentlich genauer zueinander
dimensioniert werden, so daß im
geschlossenen Zustand kein bauartbedingter Dichtspalt verbleibt.
Darüber
hinaus kann ein derartiges, axial geführtes Ventilglied genauer geführt werden
und ohne Koppelglieder direkt von einem Axialstellantrieb betätigt werden.
Weiterhin kann durch geeignete Ausbildung der Dichtfläche des
Ventilgliedes eine sichere Anlage am Rohrabschnitt gewährleistet werden,
so daß Klappergeräusche durch
die verbesserte Führung
und die Anlage am Rohrabschnitt verhindert werden. Im Gegensatz
zu schwenkbaren Ventilgliedern kann auf aufwendige Koppelglieder zwischen
Ventilglied und Stellantrieb verzichtet werden, die aufgrund des
Zusammenwirkens mit dem Abgas der Brennkraftmaschine und aufgrund
der großen
Betriebstemperaturspanne problematisch sind.
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Die
Dichtheit eines derartigen Regelventils ist besonders hoch, wenn
das Ventilglied ein ringförmiges
Dichtprofil aufweist, das mit der Stirnseite des Rohrabschnittes
zusammenwirkt. Durch geeignete Formgebung dieses Dichtprofils kann
sichergestellt werden, daß der
Dichtspalt in geschlossener Stellung des Ventilgliedes minimal bzw.
Null ist.
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Die
Dichtwirkung des Dichtprofils kann darüber hinaus noch einmal deutlich
verbessert werden, wenn es in Achsrichtung des Rohrabschnittes elastisch
ausgebildet ist. Durch diese elastische Ausbildung wird eine sichere
Anlage des Dichtprofils am Rohrabschnitt gewährleistet. Darüber hinaus
können Lageabweichungen
aufgrund der großen
Betriebstemperaturspanne besonders gut ausgeglichen werden.
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Die
Querverschieblichkeit des Dichtprofils läßt sich auf besonders vorteilhafte
Weise sicherstellen, wenn das Dichtprofil auf einem Träger angeordnet
ist und auf diesem in Querrichtung verschiebbar gehalten ist.
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Die
elastische Ausbildung des Dichtprofils läßt sich auf besonders vorteilhafte
Weise sicherstellen, wenn dieses aus einem nachgiebigen Füllmaterial
und einer flexiblen und abdichtenden Außenhaut aufgebaut ist. Durch
die flexible Außenhaut
wird die Abdichtung sichergestellt, durch das nachgiebige Füllmaterial
wird die Elastizität
des Dichtprofils gewährleistet.
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Ein
derartiges Ventilglied läßt sich
auch in einer quasi – kinematischen
Umkehrversion aufbauen, wobei der Rohrabschnitt axial zum Ventilglied
verschiebbar ist. Der Rohrabschnitt kann dabei beispielsweise als
verschiebliche Rohrhülse
aufgebaut werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
und der Beschreibung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung
näher erläutert.
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Letztere
zeigt in
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1 einen
vereinfachten Schnitt durch einen Schalldämpfertopf einer Abgasanlage,
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2 einen
vergrößerten Schnitt
durch das Regelventil der Abgasanlage und
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3 eine
vergrößerte Detailansicht
aus 2.
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In 1 ist
mit 1 das Gehäuse
eines Schalldämpfertopfes
bezeichnet, das – ohne
Beschränkung
auf diese Ausführungsform – durch
zwei Trennwände 2 und 3 in
drei Kammern 4 bis 6 unterteilt ist. In das Gehäuse 1 mündet ein
erster Rohrabschnitt 7, der mit der Auslaßseite der
nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden ist. Dieser Rohrabschnitt 7 durchdringt
die Kammern 5 und 6 und ragt mit seinem offenen
Rohrende 8 bis in die Kammer 4. Im Bereich der
Kammer 6 ist dieser Rohrabschnitt 7 darüber hinaus
mit einer Öffnung 9 versehen.
Die Kammer 4 ist über
einen zweiten Rohrabschnitt 10 mit dem zur Atmosphäre führenden
Ausgang 11 der Abgasanlage verbunden. Dieser Rohrabschnitt 10 durchdringt
die Kammern 5 und 6 und ist an der Trennwand 2 befestigt,
die eine Öffnung 12 zur
Kammer 4 aufweist. Ein dritter Rohrabschnitt 13 überbrückt die
mittlere Kammer 5 und durchdringt die Trennwände 2 und 3 und
verbindet somit die Kammern 4 und 6.
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In
der Kammer 4 ist ein tellerförmiges Ventilglied 14 angeordnet,
das über
eine Betätigungsstange 15 mit
einem außerhalb
des Gehäuses 1 angeordneten
Stellantrieb 16 zusammenwirkt. Dieser beispielsweise pneumatisch
betriebene Stellantrieb wird über
eine nicht näher
dargestellte Steuereinheit in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine angesteuert. Das Ventilglied 14 bildet zusammen
mit der Stirnfläche
bzw. dem Rohrende 8 des Rohrabschnittes 7 ein
Regelventil 17.
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Das
im nachfolgenden näher
beschriebene Ventilglied 14 ist durch Ansteuerung des Stellantriebes 16 über die
Verbindungsstange 15 axial verschieblich. In der in 1 dargestellten
rechten Endstellung liegt das Ventilglied 14 am Rohrende 8 an und
dichtet dieses ab. Durch entsprechende Ansteuerung des Stellantriebes 16 kann
das Ventilglied 14 nach links verschoben werden und wird
so vom Rohrende 8 weggezogen, so daß die Verbindung des Rohrabschnittes 7 in
die Kammer 4 geöffnet
wird.
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In
der in 1 dargestellten geschlossenen Schaltstellung des
Regelventils 17 durchströmt das Abgas auf dem durch
durchgezogen dargestellte Pfeile skizzierten Weg den Schalldämpfertopf.
Die über
den Rohrabschnitt 7 in den Schalldämpfertopf eintretenden Abgase
gelangen über
die Öffnung 9 in die
Kammer 6, die über
den dritten Rohrabschnitt 13 mit der Kammer 4 verbunden
ist. Von dieser Kammer 4 gelangen die Abgase über den
zweiten Rohrabschnitt 10 zum Ausgang 11 des Schalldämpfertopfes. Wird
das Regelventil 14 durch Ansteuerung des Stellantriebes 16 geöffnet, kann
ein Teil des Abgases auf dem durch gestrichelte Pfeile angedeuteten
Strömungsweg über den
Rohrabschnitt 7 und das geöffnete Regelventil 14 in
die Kammer 4 einströmen.
Von der Kammer 4 gelangt dieser Teilstrom des Abgases über den
dritten Rohrabschnitt 10 zum Ausgang 11. Der auf
diesem Weg zurückgelegte
Weg des Abgases durch den Schalldämpfertopf ist deutlich kürzer als
der bei geschlossenem Regelventil. Die Aufteilung der Abgasdurchströmung des
Schalldämpfertopfes
kann in Abhängigkeit
von den Öffnungsquerschnitten
der Öffnung 9 und
des Regelventils 14 beeinflußt werden. Mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt
des Regelventils 14 kann ein steigender Anteil des Gesamtabgasstromes über die
kurze Verbindung zwischen Rohrabschnitt 7 und Rohrabschnitt 10 zum
Ausgang 11 gelangen. Bei vollständig geöffnetem Regelventil wird nahezu
der gesamte Abgasstrom über
diesen kurzen Strömungsweg
geleitet.
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Das
in den 2 und 3 näher dargestellte Ventilglied 14 des
Regelventils 17 hat einen flach ausgebildeten Ventilteller 18,
der mit der Verbindungsstange 15 fest verbunden ist. Der
Rand 19 des kreisförmigen
Ventiltellers 18 ist umlaufend zu der dem Rohrende 8 zugewandten
Seite hin umgebogen, so daß am
Rand 19 ein überlappter
Ringabschnitt 20 ausgebildet ist. Auf den Ventilteller 18 ist auf
der dem Rohrende 8 zugewandten Seite ein als Dichtprofil
wirkender Dichtring 21 aufgesetzt, dessen umlaufender äußerer Ringabschnitt 22 zwischen
den überlappenden
Bereichen des äußeren Ringabschnittes 20 des
Ventiltellers 18 geführt
ist. Der Außendurchmesser
des Ventiltellers, die Überlappungsbreite
des Ringabschnittes 20 und der Außendurchmesser des Dichtringes 21 sind
so aufeinander abgestimmt, daß der
Dichtring 21 auf dem Ventilteller in dessen ebener Erstreckung
verschiebbar ist, ohne daß der
Dichtring in einer der Anlagestellungen am äußeren Rand aus der Führung durch
den überlappenden
Rand freigegeben wird. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der maximal mögliche
Verschiebungsweg s des Dichtringes zwischen zwei diametralen Anlagepunkten
etwa 3 mm.
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Der
Dichtring 21 hat einen umlaufenden, dem Rohrende 8 zugewandten
erhöhten
Dichtabschnitt 23, der mit einer umlaufenden, im Querschnitt etwa
V-förmig
ausgebildeten Einsenkung 24 versehen ist. Diese Einsenkung 24 ist
so dimensioniert, daß ihr
Durchmesser am Grund 25 dem Rohrdurchmesser des Rohrabschnittes 7 entspricht.
Die Breite D der Einsenkung 24 im Bereich des Grundes 25 ist so
bemessen, daß sie
etwas kleiner als die Wandstärke
d des Rohrabschnittes 7 ist.
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Der
Dichtring 21 ist als gefüllter Formring ausgebildet.
Die dem Rohrende 8 zugewandte Außenhaut 26 besteht
aus einem relativ dünnen
Edelstahlblech, das beispielsweise durch Tiefziehen in die vorgegebene
Form gebracht werden kann. Diese Außenhaut ist im hier dargestellten
Beispiel etwa 0,5 mm dick und bildet aufgrund ihrer Materialeigenschaften
und ihrer Materialstärke
einen nachgiebigen Formkörper.
Die Stabilität
dieser Außenhaut
wird durch Auffüllung
mit einem Füllmaterial 27 gewährleistet.
Dieses Füllmaterial 27 ist
im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ein ebenfalls aus Edelstahl bestehendes Drahtgestrick. Die Verwendung
anderer geeigneter Materialien ist ohne weiteres möglich. Durch
dieses Füllmaterial
wird sichergestellt, daß die Außenhaut 26 im
Betrieb des Regelventils seine Formgebung beibehält bzw. nach elastischer Verformung
wieder einnimmt.
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Durch
die nachgiebige Ausbildung des Dichtringes 23 und durch
die V-förmige
bzw. konische Ausbildung der als Dichtfläche dienenden Einsenkung 24 und
darüber
hinaus durch die quer zur Achsrichtung mögliche Verschiebung des Dichtringes
wird eine sichere Anlage des Dichtringes am Rohrende 8 gewährleistet.
Durch die Nachgiebigkeit und die Verschiebbarkeit ist ein Toleranzausgleich
möglich,
der die beim Einbau auftretenden Toleranzen und die temperaturbedingten
Lageänderungen
ausgleichen kann. Damit ist in allen Betriebsbedingungen eine sichere
Anlage gewährleistet,
darüber
hinaus stellen der Aufbau und die Formgebung des Dichtringes einen
unter allen Betriebsbedingungen störgeräuschefreien Betrieb sicher.