DE69912335T2

DE69912335T2 - Abgaswärmetauschervorrichtung

Info

Publication number: DE69912335T2
Application number: DE69912335T
Authority: DE
Inventors: Francis Rinckel
Original assignee: ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
Current assignee: ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: FR2776015B1; DE69912335D1; FR2776015A1; US6141961A; EP0942156B1; EP0942156A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Auspufforgan, das eine Hauptauspuffleitung und eine zur Hauptleitung parallel geschaltete Zweigleitung, die einen Wärmetauscher aufweist, umfasst und in dem bewegliche Mittel zum Verschließen der Hauptleitung und bewegliche Mittel zum Verstellen des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung gebotenen Querschnitts angeordnet sind.
Ein derartiges Auspufforgan ist beispielsweise in dem europäischen Patent EP-B-0.058.842 beschrieben.
Dieses Auspufforgan ist dazu bestimmt, die Wärme der aus der Wärmekraftmaschine eines Kraftfahrzeugs austretenden Abgase aufzunehmen, um diese Wärme in den Flüssigkühlkreis des Motors zu übertragen.
Diese Wärmeübertragung ist beim Kaltstart des Fahrzeugs besonders zweckmäßig, da man dadurch im Flüssigkühlkreis des Motors schnell eine beträchtliche Temperatur erreichen kann. Dieser Kühlkreis wird nämlich auch für die Heizung des Fahrgastraums des Fahrzeugs verwendet.
So ist es auch bekannt, mit Hilfe von Mitteln zum Verschließen der Hauptleitung die Abgase zu zwingen, durch die den Wärmetauscher enthaltende Zweigleitung zu fließen. Ferner ist es bekannt, zur Begünstigung des Wärmeaustausches den Druck einzustellen, um die Temperatur der Gase im Wärmetauscher zu erhöhen, und zwar mit Hilfe von Mitteln zur Verstellung des den Abgasen in der Zweigleitung gebotenen Durchgangsquerschnitts.
Bei bekannten Vorrichtungen, die insbesondere in dem Patent EP-B-0.058.842 beschrieben sind, sind die Mittel zum Verschließen der Hauptleitung von einem Ventil gebildet, das in der Hauptleitung angeordnet ist. Die Mittel zur Verstellung des Durchgangsquerschnitts werden von einem Dreiwegeventil gebildet, das in der Zweigleitung angeordnet ist. Diese besitzt zwei verschiedene Unterwege, die dem Durchgang der Abgase in Abhängigkeit von der Stellung des Dreiwegeventils geboten werden.
Das in der Hauptleitung angeordnete Ventil und das in der Zweigleitung vorgesehene Dreiwegeventil werden unabhängig voneinander durch zwei verschiedene Betätigungsorgane gesteuert.
Der Aufbau des Auspufforgans ist also industriell kompliziert herzustellen und das Auspufforgan erfordert die Verwendung von mehreren Betätigungsorganen für seine Steuerung.
Die Schrift DE-U-29611034 beschreibt ferner ein Auspufforgan gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ziel der Erfindung ist es, ein Auspufforgan zu schaffen, das einfach herzustellen und preisgünstig ist und dessen Steuerung leicht und unter geringem Kostenaufwand durchgeführt werden kann.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Auspufforgan, wie es in Anspruch 1 definiert wird.
Gemäß besonderen Ausführungsformen besitzt das Auspufforgan eines oder mehrere der in den Unteransprüchen definierten Merkmale.
Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt eine als Beispiel dienende Beschreibung, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Auspufforgan, das in seiner Anfangsstellung bei Start des Motors dargestellt ist,
2 einen Schnitt durch das Auspufforgan von 1 nach der Linie II-II,
3 und 4 Längsschnitte durch das Auspufforgan von 1, das zu verschiedenen Steuerzeitpunkten nach dem Start des Motors dargestellt ist,
5 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsvariante des Auspufforgans von 1,
6, 7 und 8 Längsschnitte durch eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Auspufforgans, das zu aufeinander folgenden Steuerzeitpunkten dargestellt ist, und
9 und 10 Schnitte durch zwei weitere Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Auspufforgans.
Das in 1 dargestellte Auspufforgan 10 ist dazu bestimmt, in eine Abgasstrecke eines Kraftfahrzeugs mit einer Wärmekraftmaschine eingesetzt zu werden. Es besitzt einen Eintritt 12 für den Einlass der vom Motor kommenden Abgase und einen Austritt 14 zur Abführung der Abgase über weitere Elemente der Abgasstrecke in die Atmosphäre.
Das Auspufforgan besitzt eine Hauptauspuffleitung 16, in deren Verlängerung der Eintritt 12 und der Austritt 14 angeordnet sind. Es besitzt ferner eine Zweigleitung 18, die zur Hauptauspuffleitung 16 zwischen dem Eintritt 12 und dem Austritt 14 parallel angeordnet ist.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die Hauptleitung 16 und die Zweigleitung 18 jeweils durch ein zylindrisches Metallrohr abgegrenzt, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, wobei eine der Seiten außen kreisbogenförmig gewölbt ist. Die beiden Rohre sind in Längsrichtung an einander gegenüber stehenden ebenen Flächen, die durch einen Luftzwischenraum getrennt sind, nebeneinander gesetzt.
Die Hauptleitung 16 ist von zwei aufeinander folgenden Abschnitten 16A, 16B gebildet, die miteinander durch ein Ausdehnungsausgleichsorgan 16C verbunden sind. Dieses Organ ist beispielsweise ein Metallbalg.
Die Zweigleitung 18 enthält einen Gegenstromwärmetauscher 20. Er besteht aus einem Rohrbündel, das in 2 sichtbar ist. Der Wärmetauscher 20 ist in der Zweigleitung 18 in Kontakt mit den Abgasen in Längsrichtung angeordnet. Das Rohrbündel des Wärmetauschers 20 besitzt einen Eintritt 22 für das vom Motor kommende Kühlfluid und einen Austritt 24 für das erwärmte Kühlfluid, das zur Anlage zur Heizung des Fahrgastraums geleitet wird.
Der Eintritt 12 ist mit der Hauptleitung 16 und mit der Zweigleitung 18 durch ein divergierendes Element 26 verbunden. Dieses besitzt eine Mittelstrebe 27 mit einem spangenförmigen Querschnitt. Die eingangsseitigen Enden der einander gegenüber liegenden Wände der Hauptleitung 16 und der Zweigleitung 18 werden zwischen den beiden Schenkeln der Spange gehalten.
In dem durch das divergierende Element 26 abgegrenzten eingangsseitigen Anschlussbereich zwischen der Zweigleitung 18 und der Hauptleitung 16 sind bewegliche Mittel 28 zum Verschließen der Hauptleitung 16 und bewegliche Mittel 30 zur Einstellung des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung 18 gebotenen Querschnitts angeordnet.
Das Auspufforgan 10 besitzt erfindungsgemäß mechanische Mittel 32 zur Synchronisierung der Mittel 28 zum Verschließen der Hauptleitung und der Mittel 30 zur Einstellung des Durchgangsquerschnitts der Gase. Diese Synchronisierungsmittel 32 sind dafür ausgelegt, mit einem einzigen Betätigungsorgan gekoppelt zu werden, das nicht dargestellt ist und das außerhalb des Auspufforgans angeordnet ist.
Bei der Ausführungsform der 1 bis 4 umfassen die mechanischen Synchronisierungsmittel 32 eine Welle 34, die am Ende der Strebe 27 angeordnet ist, die die Trennung 36 zwischen der Hauptleitung 16 und der Zweigleitung 18 verlängert. Diese Trennung 36 besteht aus den beiden aneinander gesetzten ebenen Seiten der Rohre 16 und 18.
Die Welle 34 ist senkrecht zu der durch die Hauptleitung 16 und die Zweigleitung 18 definierten Ebene drehbar montiert. Eines der Enden der Welle 34 ragt aus dem Auspufforgan heraus und besitzt Mittel zur mechanischen Verbindung mit dem einzigen Betätigungsorgan.
Die beweglichen Verschlussmittel 28 werden von einer von der Welle 34 getragenen, verschwenkbaren Klappe 38 gebildet. Die Klappe 38 ist in der Hauptleitung 16 beweglich montiert.
Ebenso besitzen die Mittel 30 zur Verstellung des Durchgangsquerschnitts der Gase eine verschwenkbare Klappe 40, die von der Welle 34 getragen wird und in der Zweigleitung 18 beweglich ist.
Die Klappen 38 und 40 sind in einer gemeinsamen Ebene zu beiden Seiten der Welle 34 angeordnet. Jede Klappe hat eine im Wesentlichen rechteckige Form, wobei eine freie Seite kreisbogenförmig ist, und ist längs ihrer Seite, die der kreisbogenförmigen Seite entgegengesetzt ist, mit der Welle 34 verbunden.
Das eingangsseitige divergierende Element 26 ist außen durch eine Metallwand 42 im Wesentlichen von Torusform begrenzt, die durch die Drehung eines Kreisbogens mit einem Durchmesser, der etwas größer als der der Hauptleitung 16 ist, um die Welle 34 erzeugt wird.
Außerhalb der Anschlussöffnung 44 des Eintritts 12 in dem eingangsseitigen Anschlussbereich 26 besitzt die Wand 42 also gegenüber der Klappe 38 eine volle Wand 42A, die die Fläche umhüllt, die von dem kreisbogenförmigen freien Umriss der Klappe 38 erzeugt wird. Diese volle Wand 42A wird ausgangsseitig durch eine Schulter 56 verlängert, die diese mit der Hauptleitung 16 verbindet.
Die Schulter 46 bildet einen Sitz, der dafür ausgelegt ist, mit dem kreisbogenförmigen Umriss der Klappe 38 zusammenzuwirken und auf diese Weise die im Wesentlichen dichte Verschließung der Hauptleitung 16 zu gewährleisten, wie in 1 dargestellt ist.
In der Achse der Zweigleitung 18 ist die torusförmige Wand 42 stromauf des Wärmetauschers 20 durch eine divergierende gekrümmte Wand 42B verlängert, die eine äußere Erhebung bildet. Die Wand 42B entfernt sich in der Richtung des Durchgangs der Gase allmählich von der Achse der Drehwelle 34.
Wie in den 1 und 3 dargestellt ist, entfernt sich insbesondere die divergierende Wand 42B allmählich von der vom freien Umriss der Stellklappe 40 beschriebenen Fläche bei ihrer Bewegung von einer Stellung, die den Durchgangsquerschnitt der Gase einengt (1), bis in eine Stellung, die den Durchgangsquerschnitt der Gase freilegt ( 3). Diese Hüllfläche ist in den 1 und 3 mit einer Strichpunktlinie dargestellt.
Bei der in 1 dargestellten Stellung, die der Anfangsstellung der Klappen 38 und 40 entspricht, werden die vom Motor kommenden Abgase gezwungen, durch die Zweigleitung 18 zu fließen. Die Verschlussklappe 38 liegt nämlich an dem Sitz 46 an, wodurch der Durchgang der Gase durch die Hauptleitung 16 gesperrt wird. Die Gase fließen somit durch den Durchgang mit reduziertem Querschnitt I1, der zwischen dem Umriss der Stellklappe 40 und der divergierenden Wand 42B in dem Bereich, in dem diese der Welle 34 nahe ist, begrenzt ist.
Die in die Zweigleitung 18 gelangenden Gase erfahren dadurch infolge des kleinen Durchgangsquerschnitts, der ihnen geboten wird, eine starke Beschleunigung.
Außerdem erzeugen die vollständige Verschließung der Hauptleitung 16 und das Vorhandensein der Stellklappe 40 auf dem wesentlichen Teil des Durchgangsquerschnitts der Gase einen sehr starken Druckverlust, was zur Erzeugung eines Gegendrucks am Austritt des Motors führt. Der Motor wird dadurch dazu gebracht, eine erhöhte Wärmeleistung zu erzeugen.
Dieser Betriebsmodus des Auspufforgans 10 entspricht der Startphase eines anfangs kalten Motors. Er gestattet eine schnelle Erhöhung der Temperatur im Kühlkreis des Motors durch schnelle Wärmeübertragung im Wärmetauscher 20 zwischen den mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gasen und dem im Wärmetauscher strömenden Wärmeträgerfluid.
Die Drehung der Welle 34 bewirkt ein gleichzeitiges Verschwenken der Klappen 38 und 40 unter der Steuerung durch das einzige Betätigungsorgan.
Solange der Drehwinkel der Welle 34 kleiner als ein in 3 dargestellter Winkel α ist, folgt der freie Umriss der Verschlussklappe 38 der vollen Wand 42A. Auf diese Weise wird die Hauptauspuffleitung 16 trotz des Abhebens der Klappe 38 von ihrem Sitz 46 geschlossen gehalten. Die Klap pe 38 ist nämlich dabei mit der Innenfläche der vollen Wand 42A bündig.
Während die Klappe 38 weiterhin die Hauptleitung 16 verschließt, führt das gleichzeitige Verschwenken der Stellklappe 40 zu einer allmählichen Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts, der den Abgasen bei ihrem Eintritt in die Zweigleitung 18 geboten wird. Der Abstand I2 zwischen der divergierenden Wand 42B und dem freien Umriss der Klappe 40 nimmt nämlich infolge der ausgeweiteten Form der Wand 42B bei dem Verschwenken der Klappe 40 in Richtung des Pfeils F1 allmählich zu.
Im Maße der Erhöhung der Temperatur in dem Kühlkreis bewirkt das einzige Betätigungsorgan das allmähliche Verschwenken der Klappe 40, um den Druck und damit die Wärmeleistung des Motors zu reduzieren und auf diese Weise die Wärmeübertragung im Wärmetauscher zu reduzieren. Solange der Verschwenkungswinkel kleiner als der Winkel α ist, wird die Hauptauspuffleitung 16 geschlossen gehalten, damit im Wesentlichen die Gesamtheit der Abgase durch den Wärmetauscher 20 fließt.
Wenn die Temperatur in dem Kühlkreis für ausreichend gehalten wird, wird die Welle 34 unter der Einwirkung des einzigen Betätigungsorgans in die Stellung von 4 gebracht. In dieser Stellung gewährleistet die Verschlusskappe 38 die Verschließung des Eintritts der Zweigleitung 18, während die Stellklappe 40 an der Strebe 27 anliegt.
In dieser Stellung der Klappen 38 und 40 fließt der wesentliche Teil der Abgase durch die Hauptleitung 16. Der Kühlkreis des Motors ist auf diese Weise von den im Auspuffor gan 10 strömenden Abgasen isoliert. Diese Konfiguration entspricht dem Betrieb des Fahrzeugs im stationären Betriebszustand, das heißt außerhalb der Phasen des Starts und/oder von geringen Lasten des Motors.
Bei einer solchen Anordnung werden also die Funktion des Verschließens der Hauptleitung und die Funktion der Verstellung des Durchgangsquerschnitts, der den Gasen am Eintritt der Zweigleitung 18 geboten wird, durch ein gemeinsames mechanisches Organ mit einfachem Aufbau gewährleistet. Auf diese Weise sind die Herstellungskosten des Auspufforgans gering. Außerdem ist ein einziges Steuerorgan ausreichend, um die Steuerung beider Klappen zu gewährleisten.
In 5 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Auspufforgans dargestellt.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen sind gleiche oder einander entsprechende Elemente wie in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform der vorhergehenden Figuren, in denen die Mittel 28 zum Verschließen der Hauptleitung und die Mittel 30 zum Verstellen des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung 18 gebotenen Querschnitts im eingangsseitigen Anschlussbereich angeordnet sind, sind diese Mittel bei dieser Ausführungsform in dem ausgangsseitigen Anschlussbereich der Hauptleitung 16 und der Zweigleitung 18 angeordnet. Dieser Anschlussbereich wird von einem konvergierenden Element 50 begrenzt, das den Austritt 14 mit der Hauptleitung 16 und mit der Zweigleitung 18 verbindet. Das konvergierende Element 50 wird durch eine spangenförmige Strebe 51 getrennt, in der die Enden der einander gegenüberliegenden Wände der Leitung 16 und der Zweigleitung 18 aufgenommen sind.
Wie oben umfassen die Mittel zum Verschließen der Leitung 16 eine Klappe 52, die von einer rotierenden Welle 54 getragen wird, die am ausgangsseitigen Ende der von der Strebe 51 gebildeten Trennung 36 angeordnet ist. Die Mittel 30 zur Verstellung des dem Durchgang der Gase gebotenen Querschnitts umfassen eine Stellklappe 56, die in der Zweigleitung 18 stromab des Wärmetauschers 20 verschwenkbar ist.
Die Stellklappe 56 wird von der Welle 54 in der Verlängerung der Verschlussklappe 52 getragen. Die Klappen 52 und 56 haben beiden eine rechteckige Form mit einer kreisbogenförmigen Seite wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Sie sind in einer gemeinsamen Ebene zu beiden Seiten der Welle 54 auf einer Seite miteinander gekoppelt, die der kreisbogenförmigen Seite entgegengesetzt ist.
Die gekrümmte Wand des konvergierenden Elements 50, die die Hauptleitung 16 verlängert, ist gegenüber dem freien Umriss der Klappe 52 verformt. Auf diese Weise besitzt sie eine volle Wand 58, die die Fläche umhüllt, die durch den freien kreisbogenförmigen Umriss der Klappe 52 erzeugt wird, und zwar auf einem begrenzten Drehwinkel β dieser Klappe um die Welle 54. Die volle Wand 58 ist stromab mit dem laufenden Teil des konvergierenden Elements 50 über eine Schulter 59 verbunden, die einen Sitz zur Auflage der Verschlussklappe 52 bildet, wenn diese in der Anfangsstellung ist.
Die gekrümmte Wand des Anschlussbereichs 50, die gegenüber dem freien Umriss der Stellklappe 56 angeordnet ist, besitzt eine äußere Ausbauchung. Sie ist nach außen verformt, um eine divergierende gekrümmte Wand 60 zu bilden, die sich in der mit dem Pfeil F2 angegebenen Schwenkrichtung der Klappe 56 allmählich von der Welle 54 entfernt. Insbesondere entfernt sich die divergierende Wand 60 allmählich von der Fläche, die von dem freien Umriss der Klappe 56 bei der Drehung der Welle 54 um einen Winkel β beschrieben wird.
In der Verlängerung der Strebe 51 ist der von dem divergierenden Element 50 abgegrenzte Anschlussbereich innen durch einen Rand 62 begrenzt, der einen Sitz zur Auflage der Stellklappe 56 bildet.
Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform gewährleistet bei dieser die Klappe 52, die auf dem Sitz 59 in Anlage ist, wenn die Klappen 52 und 56 in ihrer in 5 in durchgehenden Linien dargestellten Anfangsstellung sind, eine vollständige Verschließung der Hauptleitung 16. Die Stellklappe 56 grenzt nun mit der divergierenden Wand 60 einen reduzierten Durchgangsquerschnitt für die durch die Zweigleitung 18 strömenden Abgase ab.
Bei Schwenkwinkeln der Welle 54, die kleiner als der Grenzwinkel β sind, hält die Klappe 52 die Hauptleitung 16 verschlossen. Der freie Rand der Klappe 52 ist dabei nämlich längs der eine Umhüllende bildenden vollen Wand 58 angeordnet. Im Maße des Verschwenkens der Welle 54 und bei einem Winkel kleiner als β nimmt der Zwischenraum zwischen dem freien Rand der Stellklappe 56 und der divergierenden Wand 60 allmählich zu, was den dem Durchgang der Gase durch die Zweigleitung 18 gebotenen Querschnitt vergrößert.
Wenn der Motor im vollen Betrieb arbeitet, wird die Stellklappe 56 auf den Rand 62 heruntergeklappt, wie in 5 mit einer Strichpunktlinie dargestellt ist. Sie verschließt nun die Zweigleitung 18 stromab des Wärmetauschers 20. In dieser Stellung ist die Verschlussklappe 52 an die Trennwand 36 angelegt, so dass die Abgase praktisch auf dem ganzen Querschnitt der Hauptleitung 16 frei strömen können.
Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform sind bei dieser die Ausführung und die Steuerung der Mittel 28 zum Verschließen der Hauptleitung und der Mittel 30 zum Verstellen des den Gasen gebotenen Durchgangsquerschnitts sehr einfach.
Bei der Ausführungsvariante der 6 bis 8 sind die Mittel 28 zum Verschließen der Hauptleitung 16 und die Mittel 30 zum Verstellen des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung 18 gebotenen Querschnitts in dem divergierenden Element 26 angeordnet, das den eingangsseitigen Anschlussbereich der Hauptleitung 16 an die Zweigleitung 18 begrenzt.
Bei dieser Ausführungsform umfassen die Mittel 28 zum Verschließen der Hauptleitung 16 eine Verschlussklappe 80, die um eine Achse 82 frei schwenkbar montiert ist, die am eingangsseitigen Ende der Trennung 36 vorgesehen ist. Die Klappe 80 erstreckt sich senkrecht zu der Ebene, die von der Hauptleitung 16 und der Zweigleitung 18 definiert wird.
Das divergierende Element 26 besitzt stromauf der Hauptleitung 16 in seiner gekrümmten Wand eine Verformung 34, die einen Auflagesitz für den Umriss der Klappe 80 bildet.
Die Klappe 80 wird an den Sitz 84 über ein elastisches Mittel 86 angedrückt gehalten, das beispielsweise aus einer Schraubenfeder besteht. Ein Ende von dieser ist an der Strebe 36 und das andere an der Klappe 80 befestigt. Die Mittel 30 zum Verstellen des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung gebotenen Querschnitts umfassen eine Klappe 88, die von einer Welle 90 getragen wird, die sich gemäß der Achse 82 erstreckt. Die Welle 90 besitzt Mittel zur Kopplung mit einem einzigen Betätigungsorgan, das außerhalb des Auspufforgans angeordnet ist.
Die gekrümmte Wand des divergierenden Elements 26 besitzt stromauf der Zweigleitung 18 eine äußere Ausbauchung, die eine gewölbte divergierende Wand 92 begrenzt, die sich bei Annäherung an den Wärmetauscher 20 allmählich von der Achse 82 entfernt.
In ihrem Schwenkbereich um die Welle 90 besitzt die Verschlussklappe 80 einen Anschlag 94, der, in der Schwenkrichtung der Klappe 88 gesehen, hinter dieser angeordnet ist. In seiner Anfangsstellung, die in 6 dargestellt ist, ist der Anschlag 94 von der Klappe 88 winkelmäßig entfernt.
Ferner besitzt die Klappe 88 einen Arm 96 zum Zurückholen der Klappe 80 in ihre Stellung der Verschließung der Hauptleitung. Dieser Arm 96 erstreckt sich senkrecht zur Klappe 88 auf der Seite des Zutritts der Gase. Er ist dafür ausgelegt, in manchen Stellungen der Klappe 88 mit der eingangsseitigen Seite der Verschlussklappe 80 zusammenzuwirken.
Bei der Inbetriebnahme des Motors ist die Klappe 80, die dem Zug der Feder 86 ausgesetzt ist, an dem Sitz 84 in Anlage. Sie bewirkt auf diese Weise die vollständige Verschließung der Hauptleitung 16. Die Stellklappe 88 ist gegenüber einem Bereich der divergierenden Wand 92 angeordnet, der der Achse 82 nahe ist. Auf diese Weise ist der dem Durchgang der Gase durch die Zweigleitung 18 gebotene Querschnitt reduziert.
In dieser Stellung liegt der Arm 96 an der eingangsseitigen Seite der Verschlussklappe 80 an.
Um diesen Durchgangsquerschnitt zu vergrößern, wird die die Klappe 88 tragende Welle 90 winkelmäßig bewegt, was das Verschwenken der Stellklappe 88 in der Richtung des Pfeils F3 mit sich bringt. Diese befindet sich nun, wie in 7 dargestellt ist, gegenüber einem Bereich der divergierenden Wand 92, der von der Achse 82 entfernt ist. Auf diese Weise kann der dem Durchgang der Gase gebotene Querschnitt allmählich und selektiv erhöht werden.
Solange die Klappe 88 vom Anschlag 94 entfernt ist, bleibt die Verschlussklappe 80 unter der Einwirkung des Zugs der Feder 36 an dem Sitz 84 in Anlage.
Bei einer Verschwenkung der Stellklappe 88 über einen Grenzwinkel γ hinaus, kommt sie an dem Anschlag 94 zur Anlage. Bei ihrem weiteren Verschwenken nimmt sie nun die Verschlussklappe 80 mit sich mit, die ihre Auflage auf dem Sitz 84 verlässt. Das weitere Verschwenken der Stellklappe 88 führt dazu, dass die Verschlussklappe von ihrer Stellung der Verschließung der Hauptleitung 16, wie in 7 dargestellt, in eine Stellung der Verschließung der Zweigleitung 18 übergeht, wie in 8 dargestellt ist. Die Verschlussklappe ist nun an dem Rand der divergierenden Wand 92 in Anlage.
Durch die Betätigung des einzigen Betätigungsorgans in umgekehrter Richtung kann die Klappe 88 in eine frühere Stellung zurückgebracht werden. Insbesondere nimmt die Verschlussklappe 80, wenn sie nicht mehr von der Stellklappe 88 beaufschlagt wird, unter der Einwirkung der Feder 86 wieder ihre Stellung der Verschließung der Hauptleitung 16 ein.
Im Fall des Bruchs der Feder 86 gewährleistet der auf der Klappe 80 aufliegende Arm 96 deren Verschwenken in ihre Verschlussstellung, wenn die Klappe 88 in ihre Stellung von 6 zurückgebracht wird, in der sie den Durchgangsquerschnitt der Gase in der Zweigleitung 18 verkleinert. Also selbst im Fall des Bruchs der Feder 86 kann die Vorrichtung in einem beeinträchtigten Modus arbeiten.
Bei dieser Ausführungsform werden die Verschließung der Hauptleitung 16 und die Verstellung des Durchgangsquerschnitts der Gase in der Zweigleitung 18 leicht und unter geringem Kostenaufwand erhalten. Außerdem werden diese beiden Mittel durch ein einziges Betätigungsorgan gesteuert.
In den 9 und 10 sind zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Auspufforgans dargestellt, die einen Betrieb des Fahrzeugs selbst im Fall der Beschädigung des einzigen Steuerorgans gestatten, das die beweglichen Stellmittel 28 und die beweglichen Verschlussmittel 30 betätigt.
Zu diesem Zweck bewegt sich die Verschlussklappe 30 bei beiden Varianten entgegen der Richtung des in der Hauptleitung strömenden Gasstroms auf ihre Verschlussstellung zu. Auf diese Weise sind die in der Hauptleitung strömenden Abgase im Fall des Bruchs des einzigen Steuerorgans bestrebt, die Verschlussklappe in ihre ausgerückte Stellung zu drücken, in der die Leitung 16 offen ist, was einen Betrieb der Abgasstrecke des Fahrzeugs im beeinträchtigten Modus gestattet.
Genauer gesagt, entspricht das Auspufforgan von 9 im Wesentlichen dem von 5, wobei die Verschlussmittel 28 und die Mittel 30 zum Verstellen des Durchgangsquerschnitts in dem konvergierenden Element 50 angeordnet sind, das stromab der Hauptleitung 18 und der Zweigleitung 18 angeordnet ist.
Diese Mittel werden von verschwenkbaren Klappen 100, 102 gebildet, die von einer einzigen Welle 104 getragen sind, die die Synchronisationsmittel 32 bilden.
Die Klappen 100 und 102 bilden miteinander einen Winkel von etwa 120°. Die Wand des konvergierenden Elements 50, die die Hauptleitung 16 verlängert, weist eine Vertiefung auf, die nacheinander in der Richtung der Strömung der Gase eine Schulter 106 aufweist, die von einer auf die Welle 104 zentrierten torusförmigen Wand 108 verlängert wird. Die Wand 108 wird von der Hüllfläche definiert, die von dem freien Umriss der Verschlussklappe 100 erzeugt wird.
Gegenüber der Stellklappe 102 entfernt sich die Wand 110 des konvergierenden Elements 50 bei einem Winkelausschlag δ, der der Winkelausdehnung der torusförmigen Wand 108 entspricht, in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn allmählich von der Welle 108.
Auf diese Weise nimmt der dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung 18 gebotene Querschnitt bei einer Bewegung der Stellklappe 102 in Richtung des Pfeils F4 allmählich zu.
Wenn die Verschlussklappe an dem von der Schulter 106 gebildeten Sitz anliegt, strömen die Abgase bei dieser Ausführungsform wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen nur in der Zweigleitung 18, und stromab des Motors wird ein hoher Gegendruck erzeugt.
Bei Schwenkwinkeln der Klappen 100 und 102 von weniger als δ bleibt die Hauptleitung verschlossen und der den Gasen in der Zweigleitung 18 gebotene Querschnitt wird langsam größer, wodurch der erzeugte Lastverlust reduziert wird.
Bei einem Verschwenken der Klappen um einen Winkel, der größer als der Winkel δ ist und insbesondere gleich 90° ist, verschließt die Verschlussklappe 100 den Austritt der Zweigleitung 18, wie in 9 mit einer Strichpunktlinie dargestellt ist. In dieser Stellung gestattet die Klappe 100 den Durchgang der Gase auf dem ganzen Querschnitt der Hauptleitung 16.
Da also die Verschlussklappe 100 von ihrer Verschlussstellung in ihre Stellung der Öffnung der Hauptleitung 16 in der Richtung der Strömung der Abgase in der Hauptleitung 16 beweglich ist, wird die Klappe 100 im Fall des Bruchs der Steuerung der Welle 104 durch die Abgase in einer Stellung gehalten, die den Durchgang der Gase durch die Hauptleitung 16 gestattet.
Die Ausführungsform von 10 entspricht im Wesentlichen der der 1 bis 4. Die Verschluss- und Stellklappen 120 und 122, die von einer Welle 123 getragen werden, werden jedoch in entgegengesetzten Richtungen von ihrer Anfangsstellung in ihre Endstellung verschwenkt.
Dabei sind die Schulter 124 zur Auflage der Verschlussklappe 120 und die torusförmige Wand 126 nacheinander in der Strömungsrichtung der Abgase angeordnet.
Desgleichen entfernt sich die vor der Zweigleitung 18 vorgesehene divergierende Wand 128 in der Richtung des Pfeils F5 allmählich von der die Klappen tragenden Welle.
Im Fall des Bruchs des Steuerorgans bewirken also bei dieser Ausführungsform die Abgase ebenfalls die Öffnung der Hauptleitung 16 durch Verschwenken der Verschlussklappe 120 in Richtung des Pfeils F5.

Claims

Auspufforgan (10), das eine Hauptauspuffleitung (16) und eine zur Hauptleitung (16) parallel geschaltete Zweigleitung (18), die einen Wärmetauscher (20) aufweist, umfaßt und in dem bewegliche Mittel (28) zum Verschließen der Hauptleitung (16) und bewegliche Mittel (30) zum Verstellen des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung (18) gebotenen Querschnitts angeordnet sind, wobei das Auspufforgan mechanische Mittel (32) zur Synchronisierung der Mittel (28) zum Verschließen der Hauptleitung (16) und der Mittel (30) zur Verstellung des Durchgangsquerschnitts der Gase in der Zweigleitung (18) unter der Steuerung durch ein einziges Betätigungsorgan aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Synchronisierungsmittel (32) dafür ausgelegt sind, nacheinander unter der Steuerung durch das einzige Betätigungsorgan in einer Anfangsphase die allmähliche Vergrößerung des dem Durchgang der Gase in der Zweigleitung (18) gebotenen Querschnitts unter der Einwirkung der Mittel (30) zum Verstellen des Durchgangsquerschnitts der Gase in der Zweigleitung (18) zu gewährleisten, indem die Hauptleitung (16) im wesentlichen geschlossen gehalten wird, und in einer späteren Phase die Öffnung der Hauptleitung (16) unter der Einwirkung der Mittel (28) zum Verschließen der Hauptleitung (16) zu gewährleisten.
Auspufforgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Mittel (28) zum Verschließen der Hauptleitung (16) in einem Bereich (26) der Verbindung der Zweigleitung (18) mit der Hauptleitung (16) angeordnet sind und daß die beweglichen Verschlußmittel (28) zwischen einer Stellung des Verschlusses der Hauptleitung (16) und einer Stellung des Verschlusses der Zweigleitung (18) beweglich sind.
Auspufforgan nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Verstellmittel (30) eine Stellklappe (40; 56; 102; 122) umfassen, die in der Zweigleitung (18) verschwenkbar ist und von einer Welle (34; 54; 104; 123) getragen ist, die mit Mitteln zum Koppeln mit dem einzigen Betätigungsorgan versehen ist, und daß die beweglichen Verschlußmittel (28) eine Schließklappe (38; 52; 100; 120) umfassen, die in der Hauptleitung (16) verschwenkbar ist und von derselben Welle (34; 54; 104; 123) wie die Stellklappe (40; 56; 102; 122) getragen ist.
Auspufforgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung (16) einen Sitz (46; 59; 106; 124) aufweist, der dafür ausgelegt ist, mit der Schließklappe (38; 52; 100; 120) bei der Schließung der Hauptleitung (16) zusammenzuwirken, und daß der Sitz (46; 59; 106; 124) durch eine volle Wand (42A; 58; 108; 126) verlängert wird, die die Fläche umhüllt, die von dem freien Umriß der Schließklappe (38; 52; 100; 120) in der Anfangsphase des Betriebs unter der Steuerung durch das einzige Betätigungsorgan beschrieben wird.
Auspufforgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Verschlußmittel (28) eine bewegliche Schließklappe (80) in der Hauptleitung (16) aufweisen, wobei die Mittel (30) zur Verstellung des dem Durchgang der Gase gebotenen Querschnitts eine bewegliche Stellklappe (88) in der Zweigleitung (18) aufweisen und daß die Synchronisierungsmittel (32) Mittel (90) zur Mitnahme der Stellklappe (88) unter der Steuerung durch das einzige Betätigungsorgan und Mittel (94) zur Mitnahme der Schließklappe (80) unter der Steuerung durch die Stellklappe (88) aufweisen.
Auspufforgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließklappe (80) und die Stellklappe (88) auf einer gemeinsamen Achse (82) angelenkt sind und daß die Schließklappe einen Anschlag (94) zum Anliegen der Stellklappe (88) aufweist, um bei der Bewegung der an dem Anschlag (94) anliegenden Stellklappe (88) die Mitnahme der Schließklappe (80) unter der Steuerung durch die Stellklappe (88) zu bewirken.
Auspufforgan nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein elastisches Mittel (86) zur Zurückholung der Schließklappe (80) in ihre Stellung des Verschlusses der Hauptleitung (16) aufweist.
Auspufforgan nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (42B; 60; 92; 110; 128) der Zweigleitung (18) sich gegenüber des Bewegungsbereichs der Stellklappe (40; 56; 88; 102; 122) auf mindestens einem Teil ihrer Länge allmählich von der Fläche entfernt, die von dem freien Umriß der Stellklappe (40; 56; 88; 102; 122) bei ihrer Bewegung aus einer Stellung, die den dem Durchgang der Gase gebotenen Querschnitt einschränkt, in eine Stellung beschrieben wird, die den dem Durchgang der Gase gebotenen Querschnitt freilegt.
Auspufforgan nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellklappe (40; 56; 88; 102; 122) an einer Achse (34; 54; 82; 104; 123) angelenkt ist und daß die Wand (42B; 60; 92; 110; 128) der Zweigleitung (18) auf mindestens einem Teil ihrer Länge ein gekrümmtes Profil beschreibt, das um die Achse (34; 54; 82; 104; 123) herum in Richtung der Bewegung der Stellklappe (40; 56; 88; 102; 122) von ihrer Stellung, die den dem Durchgang der Gase gebotenen Querschnitt einschränkt, in ihre Stellung der Freigabe des dem Durchgang der Gase gebotenen Querschnitts divergiert.
Auspufforgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließklappe (100; 120) von ihrer Stellung des Verschlusses der Hauptleitung (16) auf eine weggerückte Stellung zu, in der die Hauptleitung (16) offen ist, in Richtung der Strömung der Gase in der Hauptleitung (16) beweglich montiert ist.
Auspufforgan nach einemder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung (16) ein Organ zum Ausgleichen der Ausdehnung (16C) aufweist.