DE4439432C1 - Abgasklapppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit ei­ ner Abgasleitung, die durch eine Absperrklappe ab­ sperrbar ist, insbesondere Abgasleitung vor einem Ka­ talysator, nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definierten Art.

Katalysatoren in Abgassystemen, welche die strengen Abgasvorschriften der Zukunft erfüllen sollen, müssen sehr schnell ihre Betriebstemperatur erreichen, um voll wirksam werden zu können.

Bisher wurde das unter anderem dadurch erreicht, daß ein "Vorkatalysator" motornah in einer Bypassleitung zur eigentlichen Abgasleitung (mit dem Hauptkatalysa­ tor) angeordnet wird. In der Warmlaufphase wird der Hauptstrom durch eine Abgasklappe gesperrt, so daß das Abgas über den Bypass entweichen muß.

Eine Doppelventil-Auspuffbremse, die eine Abgasleitung dichten soll, um eine Motorbremse auszunutzen, ist in der DE 11 26 188 beschrieben. Dabei ist eine Bewegung der Klappe nur in einer Richtung möglich.

Auch aus der DE 26 48 676 ist eine Auspuffbremse mit einer Absperrklappe entnehmbar, wobei die Absperrklap­ pe um eine seitlich vom Durchströmkanal angeordnete Achse gelagert ist.

Eine ebenfalls in nur eine Richtung bewegbare Absperr­ klappe für eine Motorbremse offenbart die DE 27 58 749.

Schließlich ist aus der DE 42 01 870 eine Abgasanlage bekannt, bei der der Abgasstrom vom Fahrzeugauspuff in eine Abgasreinigungsanlage umgelenkt wird. Die Umlenk­ vorrichtung weist dabei eine Abgaszuführung und zwei Abgasabführungen auf. Die Abgasabführungen sind wech­ selseitig mittels Klappen verschließbar, wobei die Klappen durch Wellen drehbar in Flanschen gelagert sind.

Mit den Abgasklappen des Standes der Technik sind kei­ ne optimalen Abdichtmöglichkeiten gegeben. Außerdem erfordern diese große Öffnungskräfte.

Insbesondere wird die in der DE 42 01 870 gezeigte Ab­ gasklappe für das Absperren des Abgasstromes verwen­ det, um die Bypassleitung freizugeben. Allerdings ist die Abdichtung und das Öffnen mit dem Unterdruck aus dem Saugrohr allein nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasklappe von langer Lebensdauer vorzusehen, die die Abgasleitung eines Verbrennungsmotores möglichst dicht verschließen kann, insbesondere damit keine unkonver­ tierten Abgase in die Umwelt gelangen, wenn ein Kata­ lysator vorgesehen ist, wobei sich die Abgasklappe mit nur geringen aufzuwendenden Kräften öffnen lassen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Durch die Schaffung der sphärischen Berührungsfläche zwischen dem Deckel und dem Hebel ist eine selbsttäti­ ge Anpassung des Deckels an den Dichtring unabhängig von Fertigungstoleranzen und ein Verschluß der Welle möglich. Auch dadurch, daß Deckel und Hebel relativ zueinander bewegbar sind, ist auch bei Schrägstellun­ gen des Deckels, bei auftretenden Fertigungstoleran­ zen, bei Wärmeverzug und/oder Verschleiß, stets eine gleichbleibende Dichtheit der Abgasklappe gewährlei­ stet.

Bei einer geeigneten Ausbildung von Deckel und Hebel sind beim Öffnen der Abgasklappe aufgrund der mögli­ chen Relativbewegung zueinander und der damit verbun­ denen Querschnittsöffnung, die eine Druckentlastung bei viel kleinerer Fläche als an der Dichtfläche be­ wirkt, nur geringe Kräfte erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung einer Abgas­ klappe in der Draufsicht in einer im Quer­ schnitt dargestellten Abgasleitung eines Ver­ brennungsmotors (Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 entlang der Linie I-I).

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß angeordnete Abgasklappe in der Abgasleitung,

Fig. 3 eine Detaildarstellung der erfindungsgemäß angeordneten Absperrklappe mit einem verän­ derten Wegbegrenzungselement.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 ist eine Abgasklappe 1 dargestellt, die einen Deckel 2 und einen Hebel 3 aufweist.

Der Deckel 2 ist in geschlossener Stellung der Abgas­ klappe 1 (in Fig. 2 in waagerechter Position darge­ stellt) gegen eine Dichtfläche 4 am Gehäuse der Abgas­ leitung 5 gedrückt.

Der Deckel 2 ist als Gegenstück zum Hebel 3 mittig, pfannenartig ausgebildet, wogegen das in den Deckel 2 greifende eine Ende des Hebels 3 eine kugelartige oder auch kegelartige Form aufweist, so daß sich eine sphä­ rische Berührungsfläche zwischen Deckel 2 und Hebel 3 ergibt.

In vorteilhafter Weise hat diese Fläche annähernd eine Kugelform bzw. ist kreisringförmig gebildet.

Diese Abdichtfläche bleibt deshalb auch bei Schräg­ stellungen des Deckels 2, bei bestehenden Fertigungs­ toleranzen, Wärmeverzug oder Verschleiß der beiden Teile stets bestehen.

Der Deckel 2 kann sich aufgrund seiner Lagerung auch exakt auf die Dichtfläche 4 einstellen und sorgt damit für eine präzise Abdichtung. Somit ist sowohl die Dichtheit gegenüber dem abzutrennenden Hauptkanal (in­ nere Dichtung) als auch gegenüber der Umgebung (äußere Dichtung) gewährleistet.

Zum Öffnen der Abgasklappe 1 (in Fig. 2 ist die be­ reits geöffnete Klappe in senkrechter Position mit eingezeichnet), das heißt, wenn das Abgas durch die Hauptleitung strömen soll, wird in einem ersten Schritt das kugelförmige Ende des Hebels 3 von der Sitzfläche im Deckel 2 abgehoben. Dadurch bricht der Differenzdruck zusammen und der Deckel 2 läßt sich leicht vom Sitz bzw. der Dichtfläche 4 lösen.

Aufgrund seiner relativ kleinen Stirnfläche sind hier­ für nur entsprechend geringe Kräfte erforderlich.

Um also den Hebel 3 auf Abstand zum Deckel 2 zu bringen, ist eine Wegbegrenzung vorgesehen, die aus einem oder mehreren Anschlägen 6 im Deckel 2 bestehen kann. Als Anschlag kann beispielsweise ein Anschlag­ ring, mit an seinem Innenkreis angebrachten Ausspa­ rungen oder Spalten 7, Verwendung finden. Gegen Ra­ dialspiel sind mindestens drei Führungsrippen 17 vor­ gesehen.

Der Anschlagring kann auch als Sprengring ausgebildet sein. Durch diese Ausgestaltung wird eine leichte Mon­ tage, ein fester Sitz und elastische Eigenschaften er­ reicht.

Der Anschlag bzw. der Sprengring kann wie in Fig. 2 zu sehen ist, in einer Nut 8 im Deckel aufgenommen sein.

Sollte durch entsprechende Werkstoff- oder Fertigungs­ wahl die Anbringung einer Nut 8 nur sehr schwer mög­ lich sein, so ist in einer weiteren Variante, wie in Fig. 3 dargestellt, bezüglich der Lagerung des An­ schlages im Deckel dies auch auf einem Absatz 9, der im Deckel eingearbeitet ist, möglich.

Der Anschlagring kann beispielsweise durch Löten auf dem Absatz 9 aufgesetzt sein.

Die Aussparungen 7 des Anschlagringes 6 dienen dem Durchtritt des Abgases.

Die Richtung des Abgases ist in Fig. 2 mit einem achs­ parallelen Pfeil gekennzeichnet.

Sobald das Abgas durch die Aussparungen 7 durchtritt, findet ein Druckausgleich zwischen dem Raum vor der Abgasklappe 1 und hinter dem dahinterliegenden bzw. darunterliegenden Raum statt, so daß der weitere Öff­ nungsvorgang in erfindungsgemäßer Weise ebenfalls mit nur geringen öffnungskräften erfolgen kann. Dabei wer­ den der Deckel 2 und der Hebel 3 zusammen angehoben und erreichen die bereits beschriebene und in Fig. 2 senkrecht dargestellte Lage.

Für eine weitere Verringerung der erforderlichen Kräf­ te sorgt eine Feder 10, die über eine Welle 11 gesetzt und mit Vorspannung dort montiert ist.

Auf der Welle 11 ist der Hebel 3 gelagert.

In diesem Bereich ist die Welle als Mitnehmerelement in Form eines Vierkantes ausgebildet, wobei an einem Ende des Vierkantes die Welle 11 in einen Bund 12 übergeht.

Zwischen dieser Seite des Bundes und der Hebellagerung ist ein erforderliches Spiel für die Bewegung des He­ bels vorhanden.

Die andere Seite des Bundes weist eine Dichtkante 13 zu einer im Gehäuse der Abgasleitung 5 eingelassenen Mutter 14 auf.

Durch die Mutter 14 ist die Welle 11 mit Spiel, wegen auftretender Temperaturdifferenzen, eingeschoben.

Durch die Feder 10 wird außerdem die Dichtung der Wel­ le 11 nach außen erreicht.

Die als Druck- und Torsionsfeder ausgebildete Feder 10 ist dazu mit einem Ende fest in der Mutter 14 und mit dem anderen Ende fest in einem am Ende der Welle 11 befestigten Betätigungshebel 15 für die Bewegung der Abgasklappe 1 eingespannt.

Damit ist eine Druckvorspannung bzw. auch eine Tor­ sionsvorspannung möglich, deren Moment den Gaskräften entgegengerichtet ist, wodurch noch eine weitere Ver­ ringerung der erforderlichen Kräfte beim öffnen er­ reicht wird.

Das ist besonders vorteilhaft, da die Öffnungskräfte herkömmlicher Klappenkonzepte die verfügbaren Betäti­ gungskräfte durch Unterdruckdosen oft übersteigen.

Bei der vorliegenden Erfindung drückt die Feder 10 die Welle 11 die, wie in Fig. 1 mit Doppelpfeil gekenn­ zeichnet ist, axial verschiebbar ist, in Pfeilrichtung A nach außen, wobei der Bund 12 gegen die Mutter 14 gedrückt wird. Damit wird die Dichtkante 13 und somit auch die Welle 11 nach außen hin abgedichtet.

Mit Hilfe der beidseitig eingespannten Feder 10 wird also zum einen die Welle 11 axial gegen die Dichtkante 13 am Bund 12 nach außen gedrückt. Zum anderen sorgt in erfindungsgemäßer Doppelfunktion diese Feder auch dafür, daß im geöffneten Zustand der Abgasklappe 1 (wie in Fig. 2 zu sehen) der Deckel zusammen mit dem Hebel 3 spielfrei und somit klapperfrei an einen An­ schlag 16 gedrückt wird.

Der Anschlag 16 kann als entsprechend ausgebildeter Vorsprung im Inneren des Gehäuses der Abgasleitung 5 ausgebildet sein.

Auch wenn über der Gebrauchsdauer zwischen dem Bund 12 und der Dichtkante 13 Verschleiß auftritt, bleibt das System nach außen dicht; ebenso bleibt das System nach innen dicht, weil sich der Deckel 2 gegenüber der Dichtfläche 4 frei verschieben kann.

Claims (12)

1. Verbrennungsmotor mit einer Abgasleitung, die durch eine Absperrklappe absperrbar ist, insbeson­ dere Abgasleitung vor einem Katalysator wobei die Absperrklappe gegen die Dichtfläche in der Abgas­ leitung gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrklappe (1) einen Deckel (2) aufweist, welcher mittels eines Hebels (3) gegen die Dicht­ fläche (4) in der Abgasleitung (5) gedrückt ist, wobei zwischen dem Deckel (2) und dem Hebel (3) eine sphärische Berührungsfläche vorhanden ist und Deckel (2) und Hebel (3) relativ zueinander beweg­ bar sind.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche zwischen dem Deckel (2) und dem Hebel (3) wenigstens annähernd eine Kugelform aufweist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wegbegrenzung des Hebels (3) beim Abheben von dem Deckel (2) ein oder mehrere Anschläge (6) im Deckel (2) vorgesehen sind.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (6) als Anschlagring mit Aussparungen (7) ausgebildet ist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der anschlagende Ring als Sprengring ausgebildet ist, der in einer Nut (8) in dem Deckel (2) gela­ gert ist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagring auf einen Absatz (9) des Deckels (2) aufgesetzt ist.

7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Offen-Stellung der Abgasklappe (1) ein An­ schlag (16) für den Deckel vorgesehen ist.

8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (3) durch eine Feder (10) vorgespannt ist.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) unter Vorspannung über einer Welle (11), auf der der Hebel (2) drehbar gelagert ist, montiert ist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (11) einen Bund (12) aufweist, der gegen eine, in das Gehäuse der Abgasleitung (5) einge­ lassene Mutter (14), durch die Kraft der Feder (10) drückt, und damit eine Dichtkante (13) schafft.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (11) einen Betätigungshebel (15) für die Betätigung der Abgasklappe (1) trägt.

12. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Feder (10) im Betätigungshebel (15) und das andere Ende in der am Bund (12) an­ liegenden Mutter (14) eingespannt ist.