EP1397582B1 - Abgasklappe - Google Patents

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EP1397582B1
EP1397582B1 EP02780757A EP02780757A EP1397582B1 EP 1397582 B1 EP1397582 B1 EP 1397582B1 EP 02780757 A EP02780757 A EP 02780757A EP 02780757 A EP02780757 A EP 02780757A EP 1397582 B1 EP1397582 B1 EP 1397582B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
flow
flap
exhaust flap
flow body
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02780757A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1397582A1 (de
Inventor
Martin Unbehaun
Frank Jürgen LEHRINGER
Gerhard Zintel
Gerhard Olejniczak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Faurecia Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Faurecia Abgastechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10128949A external-priority patent/DE10128949A1/de
Application filed by Faurecia Abgastechnik GmbH filed Critical Faurecia Abgastechnik GmbH
Publication of EP1397582A1 publication Critical patent/EP1397582A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1397582B1 publication Critical patent/EP1397582B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/085—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits having means preventing foreign matter from entering exhaust conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2290/00—Movable parts or members in exhaust systems for other than for control purposes
    • F01N2290/02—Movable parts or members in exhaust systems for other than for control purposes with continuous rotary movement
    • F01N2290/04—Movable parts or members in exhaust systems for other than for control purposes with continuous rotary movement driven by exhaust gases

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust flap for an exhaust system of a Combustion engine.
  • Such exhaust valves serve to close the Exhaust gas ducts of an exhaust system. It may be desirable, the entire Cross section of the exhaust duct with the exhaust flap to close. But it is just as possible, only a portion of the cross-section of the exhaust passage with the Close the exhaust flap. Furthermore, it is also possible to use the exhaust duct in subdividing several subchannels and also switching these subchannels in parallel. The erfindungsmässig exhaust flap is then also suitable for such Partial channel completely or partially close, while the parallel sub-channel without Exhaust flap can work.
  • the exhaust valves are usually designed so that They can be worked either in different stages or steplessly so that the initially closed cross-section of the exhaust duct can be opened.
  • the exhaust valve between a closed position, in which the exhaust duct is completely closed and an open position, in which the exhaust duct is completely open, to swing back and forth.
  • the erfindungsmässig exhaust valves are both hot and cold Area of the exhaust system can be used.
  • a typical field of application is the function as Valve, for example, to control a bypass to bypass a Heat exchanger or catalyst.
  • Another typical field of application is the Closing a tailpipe.
  • a disadvantage of this Construction is the need for both an actuator and a To provide closure element.
  • the invention is based on the object To simplify an exhaust flap constructively while ensuring a stable operating behavior.
  • This task is characterized by the feature combination of Claim 1 solved in an inventive manner.
  • the basic idea of the invention consists in the exhaust flap on a Provide closure function fulfilling closure plate and next to the Closure plate additionally to arrange a flow body. closing plate and flow bodies are thus connected to each other and pivot as parts of Exhaust plate also in sync with each other.
  • the flow body related on a rectangular closure plate next to each of the four sides of this Rectangles be arranged.
  • the closure plate can be designed in this case, that it completely closes the exhaust passage in the closed position. It is just as well it is possible with the invention, only a portion of the cross section of the exhaust passage to close. Since the closure plate is located directly in the exhaust duct, meets the Exhaust gas flow also directly on the facing inner surface of the closure gap.
  • the exhaust stream thus exerts a dynamic pressure on the inner surface of the closure plate out.
  • This dynamic pressure is called the opening force for the closing plate and thus for the Exhaust plate exploited.
  • the exhaust flap can open up to a certain opening angle. Practical tests have shown that, for example, on acoustically effective Exhaust flaps using the back pressure reaches an opening angle of about 30 ° can be.
  • the pressure applied to the inside of the closure plate ram pressure ranges However, not to open the exhaust flap completely, especially because the Opening movement of the exhaust flap by the force of a commonly called Return spring configured return element is additionally hindered.
  • the exhaust valve at the end of a Channel section to arrange in the exhaust duct.
  • the arrangement in the region of the end of a channel section has the advantage that the storage for the exhaust flap outside the exhaust duct and thus can be arranged outside the exhaust stream. In this way, the Flow of exhaust gas flow in the exhaust duct is not impeded by storage. Also is it is thus possible to adapt the size of the exhaust duct to the exhaust flow and so that Optimize flow behavior in the exhaust duct.
  • Claim 3 teaches a structurally simple and at the same time very effective construction the exhaust flap. By its U-shaped cross-section of the exhaust passage of the Exhaust flap closed very effectively. Consistently developed this structure according to the teaching of claim 4, wherein the side walls of the exhaust flap extends are to form a fork-like receptacle of the flow body between the Flap side walls. The inner surfaces of the flap side walls and the inner surface The closure plate in this construction act like a turbine blade and thus favor the subsequent flow in a particularly advantageous manner of the flow body.
  • Claims 5, 6 and 7 relate to alternative embodiments of the flow body. So it is possible, the flow body analogous to the closure plate also as to design a flat plate. This is very simple. Alternatively, to Improving the flow behavior also a curved shape of the Flow body can be considered. As particularly useful is the Embodiment according to claim 7, according to which the flow body according to Art a wing is designed. Similar to the wing of an aircraft In this case, first the front side of the wing flows and the exhaust gas flow in a sense divided into two parts.
  • the pivot bearing for the exhaust valve to a End, the Festende provide and the flow body at the other end of the Exhaust flap, namely to be arranged on the free end facing away from the festival.
  • the pivot bearing and the flow body are far from each other arranged away so that the effective lever arm and thus the on the Exhaust flap torque acting on the flow body very large is what ensures a fast and safe opening of the exhaust flap.
  • the exhaust passage 1 in Fig. 1 is in the flow direction 2 of an exhaust gas flow flows through and is closed at the ends of the exhaust valve 3.
  • Fig. 1 therefore shows the exhaust valve 3 in its closed position.
  • the exhaust valve 3 is U-shaped in cross section (Fig. 6), wherein the flap side walls 4 form the U-legs, which through the formed by the closure plate 5 U-transverse yoke are interconnected.
  • Fig. 1 visible is the closure plate 5 and the viewer facing Flap side wall 4.
  • the exhaust flap 3 can be seen around the hinge joint. 6 pivoted.
  • the hinge joint 6 is formed by a hinge pin 7, which hinge pin 7 each have a bearing eye 8 in the region of the fixed end 9 in each Flap side wall 4 interspersed.
  • Fig. 1 also recognizable is a leg formed as a leg spring Return spring 10. This leg of the return spring 10 engages in one of the Closure plate 5 in the exhaust valve 3 molded recess 11 a.
  • Wing formed flow body 14 In the region of the fixed end 9 in the direction of flow 2 at right angles extending transverse direction 12 facing away from the free end 13 is attached as Wing formed flow body 14.
  • the flow body 14 is in Transverse direction 12 is arranged adjacent to the closure plate 5. In the embodiment overlap the closure plate 5 and the flow body 14 in the transverse direction 12th Not.
  • the flow body 14 is also in the region of the lower edge of the Flap side walls 4 arranged, ie in the flow direction 2 in another Plane as the closure plate 5.
  • the flow body 14 is stored between the Flap side walls 4, the fork-like over the closure plate 5 in addition Transverse direction 12 are extended.
  • Fig. 2 and Fig. 3 can be seen in the region of the opening of the exhaust passage 1 in Transverse direction 12 the hinged joint 6 facing away from stop 15 for the exhaust flap 3.
  • the stop 15 is designed as a sheet metal flange and carries a kind of a Stop cushion effective soft knitted wire 16.
  • the knitted wire 16 prevents Rattling noises in the closed state resting on the stop 15 Exhaust flap 3.
  • Fig. 4 it is visible that the stopper 15 than in Substantially rectangular flange is configured in adaptation to that in FIG. 5 Recognizable shape of the likewise rechteckfömigen closure plate 5 of the exhaust valve. 3
  • FIG. 4 Recognizable shape of the likewise rechteckfömigen closure plate 5 of the exhaust valve.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the exhaust gas flap 3 Area of the free end 13 is adjacent to the flow body 14 a Flow additive body 17 is provided. Also, the flow additive body 17 is in Embodiment as well as the flow body 14 designed as a wing. The hydrofoil 14 and the flow additive body 17 forming the wing are usually inexpensive to produce as sheet metal parts.
  • Fig. 1 the closed position of the exhaust valve 3 is shown. Here lies the Closure plate 5 on the flange-shaped stop 15 at the end of Exhaust gas 1 on. Through the exhaust passage 1 flows in Fig. 1 no exhaust gas flow.
  • FIG. 2 This opening position produced by the dynamic pressure is shown in FIG. 2.
  • the insides of the Closure plate 5 and the flap side walls 4 in this case have the effect of a Guide vane of a turbine and cause a targeted flow of the Flow body 14.
  • the exhaust gas flow hits due to this guided flow on the Front side of the flow body 14 and flows along both the Exhaust duct 1 facing bottom and along the closure plate. 5 facing the top of the flow body 14. Since the speed of Air flow on the closure plate 5 facing the top of the Flow body 14 has a higher speed than on the bottom of the acts Flow body 14 in the manner of a wing of an aircraft, so that the flow creates a buoyancy.
  • FIG. 9 shows analogous to FIG. 1 the Exhaust flap 3 in the closed state. In this closed state flows a small flow through the exhaust duct 1. This flow is indicated by the arrows in the Exhaust duct 1 shown.
  • the table in the lower part of FIG. 9 shows the mass flow on the abscissa measured in kg / h.
  • On the left ordinate is on the closure plate 5 of Exhaust flap 3 acting back pressure shown in hPa.
  • the thick dashed line in the graph shows the course of the backpressure over the mass flow.
  • at closed exhaust flap 3, so at low flow at point A is the Mass flow about 80 kg / h and the back pressure about 22 hPa.
  • the exhaust flap 3 will be opened. If the flow continues to grow, d. H. the mass flow increases, the in the middle representation of the upper half of Fig. 9 illustrated state of reached medium flow.
  • the flow body 14 in this case generates a buoyancy.
  • the back pressure drops from the maximum to about 20 at a mass flow of 250 kg / h hPa (point B on the thick dashed line).
  • the opening angle of the exhaust flap 3 is at this mass flow about 15 °, which is shown on the right in Fig. 9 Ordinate readable. Namely, the thin dashed line in Fig. 9 shows the Opening angle of the exhaust valve 3 in relation to the mass flow.
  • FIG. 9 in FIG shows first the qualitative course of the mass flow and the opening angle and that the numerical values given refer to only one embodiment and other numbers may result in other embodiments.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasklappe für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors. Derartige Abgasklappen dienen zum Verschließen des Abgaskanals einer Abgasanlage. Hierbei kann es erwünscht sein, den gesamten Querschnitt des Abgaskanals mit der Abgasklappe zu verschließen. Es ist aber ebensogut möglich, nur einen Teilbereich des Querschnitts des Abgaskanals mit der Abgasklappe zu verschließen. Weiterhin ist es auch möglich, den Abgaskanal in mehrere Teilkanäle zu unterteilen und diese Teilkanäle auch parallel zu schalten. Die erfindungsmässige Abgasklappe ist dann auch dafür geeignet, einen derartigen Teilkanal ganz oder teilweise zu verschließen, während der parallele Teilkanal ohne Abgasklappe arbeiten kann. Die Abgasklappen sind üblicherweise so ausgebildet, dass sie entweder in verschiedenen Stufen oder stufenlos so geklappt werden können, dass der zunächst verschlossene Querschnitt des Abgaskanals geöffnet werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Abgasklappe zwischen einer Schließstellung, in welcher der Abgaskanal vollständig verschlossen ist und einer Öffnungsstellung, in welcher der Abgaskanal vollständig geöffnet ist, hin und her zu klappen.
Die erfindungsmässigen Abgasklappen sind sowohl im heißen als auch im kalten Bereich der Abgasanlage einsetzbar. Ein typisches Einsatzfeld ist die Funktion als Ventil, beispielsweise zur Steuerung eines Bypasses zur Umgehung eines Wärmetauschers oder Katalysators. Ein weiteres typisches Einsatzfeld ist das Verschließen eines Endrohres. Schließlich ist es auch üblich, im Bereich der Schalldämpfung verschiedene Strömungswege innerhalb des Schalldämpfers mit Hilfe von Abgasklappen zu öffnen und zu schließen. In diesem Zusammenhang ist aus der DE-C-199 35 711 ein Schalldämpfer mit einer Abgasklappe bekannt, bei welcher ein Betätigungselement vom Abgasstrom direkt beaufschlagt wird um ein die eigentliche Abgasklappe bildendes Verschlusselement zu betätigen. Nachteilig an dieser Konstruktion ist die Notwendigkeit, sowohl ein Betätigungselement als auch ein Verschlusselement vorsehen zu müssen. Diese Teile sind nämlich sehr teuer, weil wegen der hier geforderten Dichtigkeit sowie Korrosions- und Hitzebeständigkeit die Lagerung derartig beweglicher Teile sehr aufwendig und damit sehr teuer ist. In der vorerwähnten Druckschrift sind auch bereits direkt steuernde Klappensysteme erwähnt, bei welchen der Abgasstrom die Abgasklappe direkt beaufschlagt. Allerdings wird bei den dort erwähnten Lösungen durchweg kritisiert, dass sie kein stabiles Betriebsverhalten zulassen bzw. den Abgasgegendruck bei hohem Gasdurchsatz zu stark erhöhen.
Aus der JP 11193710 ist auch eine Abgasklappe bekannt, die die Öffnung eines Auspuffendrohres abdeckt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Abgasklappe konstruktiv zu vereinfachen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines stabilen Betriebsverhaltens. Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, an der Abgasklappe eine die Verschließfunktion erfüllende Verschlussplatte vorzusehen und neben der Verschlussplatte zusätzlich noch einen Strömungskörper anzuordnen. Verschlussplatte und Strömungskörper sind folglich miteinander verbunden und schwenken als Teile der Abgasplatte auch synchron miteinander. Hierbei kann der Strömungskörper bezogen auf eine rechteckförmige Verschlussplatte neben jeder der vier Seiten dieses Rechtecks angeordnet sein. Die Verschlussplatte kann hierbei so ausgestaltet sein, dass sie in der Schließstellung den Abgaskanal vollständig verschließt. Ebensogut ist es mit der Erfindung möglich, nur einen Teilbereich des Querschnitts des Abgaskanals zu verschließen. Da die Verschlussplatte direkt im Abgaskanal angeordnet ist, trifft der Abgasstrom auch direkt auf die ihm zugewandte Innenfläche der Verschlusspaltte auf. Der Abgasstrom übt folglich einen Staudruck auf die Innenfläche der Verschlussplatte aus. Dieser Staudruck wird als öffnende Kraft für die Verschlussplatte und damit für die Abgasplatte ausgenutzt. Infolge des auf die Verschlussplatte ausgeübten Staudrucks kann die Abgasklappe sich bis zu einem gewissen Öffnungswinkel öffnen. Praxisversuche haben ergeben, dass beispielsweise an akustisch wirksamen Abgasklappen mit Hilfe des Staudrucks ein Öffnungswinkel von etwa 30° erreicht werden kann. Der auf die Innenseite der Verschlussplatte ausgeübte Staudruck reicht indessen nicht aus, die Abgasklappe ganz zu öffnen, insbesondere weil die Öffnungsbewegung der Abgasklappe von der Kraft eines üblicherweise als Rückstellfeder ausgestalteten Rückstellelements zusätzlich behindert wird.
Sobald sich die Abgasklappe öffnet und der Strömungskörper nicht mehr verdeckt ist, beginnt der Abgasstrom den neben der Verschlussplatte angeordneten Strömungskörper anzuströmen. Durch dieses Anströmen des Strömungskörpers wird die Abgasklappe weiter geöffnet, so dass der Strömungskörper als Stellglied für die Abgasklappe wirksam ist. Aufgrund des Strömungsspaltes zwischen Verschlussplatte und Strömungskörper strömt der Abgasstrom dann sowohl entlang der Unterseite als auch entlang der Oberseite des Strömungskörpers. Auf diese Weise ist ein stabiles Betriebsverhalten der Abgasklappe gewährleistet. Zudem vorteilhaft an der Erfindung ist die Tatsache, dass neben der Abgasklappe keine weiteren beweglichen Teile vorhanden sind, die aufwendig gelagert sein müssen. Vielmehr ist die Abgasklappe als integrales Bauteil ausgestaltet, welches sowohl die Betätigungsfunktion als auch die Schließfunktion einer Abgasklappe zugleich erfüllt.
In den abhängigen Ansprüchen sind weitere vorteilhafte und auch teilweise für sich erfinderische Ausgestaltungen der Erfindung beansprucht.
Nach der Lehre des Anspruchs 2 ist es vorteilhaft, die Abgasklappe am Ende eines Kanalabschnitts im Abgaskanal anzuordnen. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise mehrere parallele Abgaskanalabschnitte registerartig in Serie zu schalten. Die Anordnung im Bereich des Endes eines Kanalabschnitts hat den Vorteil, dass die Lagerung für die Abgasklappe ausserhalb des Abgaskanals und damit ausserhalb des Abgasstroms angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird die Strömung des Abgasstromes im Abgaskanal von der Lagerung nicht behindert. Auch ist es so möglich, die Größe des Abgaskanals an den Abgasstrom anzupassen und so das Strömungsverhalten im Abgaskanal zu optimieren. Schließlich ist es vorteilhaft, die Abgasklappe mit einer Rückstellfeder zu versehen, um eine unerwünschte Geräuschentwicklung, beispielsweise ein Klappern beim Schließen der Klappe bzw. bei geringerem auf die Abgasklappe ausgeübten Staudruck zu verhindern.
Anspruch 3 lehrt einen konstruktiv einfachen und zugleich sehr wirkungsvollen Aufbau der Abgasklappe. Durch ihren U-förmigen Querschnitt wird der Abgaskanal von der Abgasklappe sehr wirksam verschlossen. Konsequent weitergebildet ist dieser Aufbau nach der Lehre des Anspruchs 4, wonach die Seitenwände der Abgasklappe verlängert sind zur Bildung einer gabelartigen Aufnahme des Strömungskörpers zwischen den Klappenseitenwänden. Die Innenflächen der Klappenseitenwände und die Innenfläche der Verschlussplatte wirken bei dieser Konstruktion wie eine Leitschaufel einer Turbine und begünstigen so in besonders vorteilhafter Weise die anschließende Anströmung des Strömungskörpers.
Die Ansprüche 5, 6 und 7 betreffen alternative Ausgestaltungen des Strömungskörpers. So ist es möglich, den Strömungskörper analog zur Verschlussplatte ebenfalls als ebene Platte auszugestalten. Die ist konstruktiv sehr einfach. Alternativ dazu kann zur Verbesserung des Strömungsverhaltens auch eine gewölbte Form des Strömungskörpers in Betracht kommen. Als besonders zweckmässig wird die Ausführungsform nach Anspruch 7 angesehen, wonach der Strömungskörper nach Art eines Tragflügels ausgestaltet ist. Ähnlich wie bei der Tragfläche eines Flugzeugs wird hierbei zunächst die Stirnseite des Tragflügels angeströmt und der Abgasstrom gewissermaßen zweigeteilt. Da der Abgasstrom auf der Oberseite des Tragflügels eine höhere Geschwindigkeit aufbaut als auf der unteren Seite des Tragflügels, ist der statische Druck oberhalb des Tragflügels geringer als auf der Unterseite des Tragflügels, was einen zusätzlichen Auftrieb des Tragflügels und damit der Abgasklappe bewirkt, wodurch die Abgasklappe weiter geöffnet wird. Insbesondere in Kombination mit der turbinenleitschaufelartigen Ausgestaltung der Klappenseitenwände und der Verschlussplatte lässt sich eine vollständige Öffnung der Abgasklappe erreichen.
Nach Anspruch 8 ist es auch möglich, mehrere Strömungskörper nebeneinander anzuordnen. Hierbei kann es aus Platzgründen sinnvoll sein, die Strömungskörper so anzuordnen, dass sie gleichzeitig arbeiten, also parallel geschaltet sind. Es ist aber ebensogut möglich, die Strömungskörper so aufeinander abgestimmt anzuordnen, dass sie erst nacheinander nach Art einer Registerschaltung wirksam sind. Schließlich ist es auch möglich, mehrere Strömungskörper in Serie zu schalten.
Nach Anspruch 9 ist es zweckmässig, das Schwenklager für die Abgasklappe an einem Ende, dem Festende vorzusehen und den Strömungskörper am anderen Ende der Abgasklappe, nämlich an dem dem Festende abgewandten Freiende anzuordnen. Auf diese Weise sind das Schwenklager und der Strömungskörper weit voneinander entfernt angeordnet, so dass der wirksame Hebelarm und damit das auf die Abgasklappe wirkende Drehmoment beim Anströmen des Strömungskörpers sehr groß ist, was ein schnelles und sicheres Öffnen der Abgasklappe gewährleistet.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung weiter beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
die Seitenansicht eines Abgaskanalendes mit vollständig verschlossener Abgasklappe
Fig. 2
die Ansicht aus Fig. 1 mit teilweise geöffneter Abgasklappe
Fig. 3
die Ansicht aus Fig. 1 mit vollständig geöffneter Abgasklappe
Fig. 4
die Vorderansicht in dem Abgaskanal gemäß Pfeil IV in Fig. 3
Fig. 5
eine Unteransicht der Abgasklappe
Fig. 6
eine Vorderansicht der Abgasklappe gemäß Pfeil VI in Fig. 5
Fig. 7
eine schematische Darstellung der Drehlagerung der Abgasklappe am Abgaskanal gemäß Pfeil VII in Fig. 4
Fig. 8
eine weitere Seitenansicht eines Abgaskanalendes mit einer Ausführungsform einer Abgasklappe mit mehreren Strömungskörpern in geschlossener Stellung
Fig. 9
Prinzipdarstellungen von drei Funktionsstellungen der Abgasklappe sowie die Kurve des Gegendruckverlaufs und die Kurve des Öffnungswinkels aufgetragen über den Massenstrom.
Der Abgaskanal 1 in Fig. 1 wird in Strömungsrichtung 2 von einem Abgasstrom durchströmt und ist endseitig von der Abgasklappe 3 verschlossen. Fig. 1 zeigt folglich die Abgasklappe 3 in ihrer Schließstellung. Die Abgasklappe 3 ist im Querschnitt U-förmig (Fig. 6), wobei die Klappenseitenwände 4 die U-Schenkel bilden, die durch das von der Verschlussplatte 5 gebildete U-Querjoch miteinander verbunden sind. In Fig. 1 sichtbar ist die Verschlussplatte 5 und die dem Betrachter zugewandte Klappenseitenwand 4. Die Abgasklappe 3 ist erkennbar um das Scharniergelenk 6 schwenkbar gelagert. Das Scharniergelenk 6 ist von einem Scharnierbolzen 7 gebildet, welcher Scharnierbolzen 7 jeweils ein Lagerauge 8 im Bereich des Festendes 9 in jeder Klappenseitenwand 4 durchsetzt.
In Fig. 1 weiterhin erkennbar ist ein Schenkel, der als Schenkelfeder ausgebildeten Rückstellfeder 10. Dieser Schenkel der Rückstellfeder 10 greift in einer im Bereich der Verschlussplatte 5 in die Abgasklappe 3 eingeformte Aussparung 11 ein.
Im Bereich des dem Festende 9 in der zur Strömungsrichtung 2 rechtwinklig verlaufenden Querrichtung 12 abgewandten Freiendes 13 ist angebracht der als Tragflügel ausgebildete Strömungskörper 14. Der Strömungskörper 14 ist in Querrichtung 12 neben der Verschlussplatte 5 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel überlappen die Verschlussplatte 5 und der Strömungskörper 14 sich in Querrichtung 12 nicht. Der Strömungskörper 14 ist zudem im Bereich des unteren Randes der Klappenseitenwände 4 angeordnet, also in Strömungsrichtung 2 in einer anderen Ebene als die Verschlussplatte 5. Gelagert ist der Strömungskörper 14 zwischen den Klappenseitenwänden 4, die hierfür gabelartig über die Verschlussplatte 5 hinaus in Querrichtung 12 verlängert sind.
In Fig. 2 und Fig. 3 erkennbar ist ein im Bereich der Öffnung des Abgaskanals 1 in Querrichtung 12 dem Scharniergelenk 6 abgewandter Anschlag 15 für die Abgasklappe 3. Der Anschlag 15 ist als Blechflansch ausgestaltet und trägt ein nach Art eines Anschlagkissens wirksames weiches Drahtgestrick 16. Das Drahtgestrick 16 verhindert Klappergeräusche der im geschlossenen Zustand auf dem Anschlag 15 aufliegenden Abgasklappe 3. In der Darstellung der Fig. 4 ist sichtbar, dass der Anschlag 15 als im Wesentlichen rechteckförmiger Flansch ausgestaltet ist in Anpassung an die in Fig. 5 erkennbar Form der ebenfalls rechteckfömigen Verschlussplatte 5 der Abgasklappe 3. In Fig. 8 schließlich ist dargestellt eine weitere Ausführungsform der Abgasklappe 3. Im Bereich des Freiendes 13 ist neben dem Strömungskörper 14 ein Strömungszusatzkörper 17 vorgesehen. Auch der Strömungszusatzkörper 17 ist im Ausführungsbeispiel ebenso wie der Strömungskörper 14 als Tragflügel ausgestaltet. Die den Strömungskörper 14 bzw. den Strömungszusatzkörper 17 bildenden Tragflügel sind üblicherweise als Blechbiegeteile kostengünstig herstellbar.
Anhand der Fig. 1 - 3 sei die Wirkungsweise der erfinderischen Abgasklappe 3 erläutert.
In Fig. 1 ist die Schließstellung der Abgasklappe 3 dargestellt. Hierbei liegt die Verschlussplatte 5 auf dem flanschartig ausgestalteten Anschlag 15 am Ende des Abgaskanals 1 auf. Durch den Abgaskanal 1 strömt in Fig. 1 kein Abgasstrom.
Sobald in Strömungsrichtung 2 ein Abgasstrom durch den Abgaskanal 1 hindurchströmt, wird die dem Abgaskanal 1 zugewandte Innenseite der Verschlussplatte 5 vom Abgasstrom beaufschlagt, so dass sich an der Innenseite der Verschlussplatte 5 ein Staudruck aufbaut. Dieser Staudruck übt auf die Verschlussplatte 5 und somit auch auf die gesamte Abgasklappe 3 eine in Strömungsrichtung 2 wirksame Kraft aus, so dass die Abgasklappe 3 gegen den Federdruck der Rückstellfeder 10 teilweise geöffnet wird, was in Fig. 2 dargestellt ist. Die Abgasklappe 3 hebt gewissermaßen vom Staudruck angetrieben vom Drahtgestrick 16 am Anschlag 15 ab und wird um das Scharniergelenk 6 aufgeschwenkt.
Diese vom Staudruck erzeugte Öffnungsstellung zeigt Fig. 2. Im geöffneten Zustand wird der Abgasstrom an den Innenseiten sowohl der Verschlussplatte 5 als auch der Klappenseitenwände 4 in Richtung auf das Freiende 13 geleitet. Die Innenseiten der Verschlussplatte 5 und der Klappenseitenwände 4 haben hierbei die Wirkung einer Leitschaufel einer Turbine und bewirken eine zielgerichtete Anströmung des Strömungskörpers 14. Der Abgasstrom trifft infolge dieser geleiteten Strömung auf die Stirnseite des Strömungskörpers 14 auf und strömt sowohl entlang der dem Abgaskanal 1 zugewandten Unterseite als auch entlang der der Verschlussplatte 5 zugewandten Oberseite des Strömungskörpers 14. Da die Geschwindigkeit des Luftstroms auf der der Verschlussplatte 5 zugewandten Oberseite des Strömungskörpers 14 eine höhere Geschwindigkeit hat als auf der Unterseite wirkt der Strömungskörper 14 nach Art einer Tragfläche eine Flugzeugs, so dass die Strömung einen Auftrieb erzeugt.
Infolge des Auftriebs wird die Abgasklappe 3 aus ihrer in Fig. 2 gezeigten, etwa halb geöffneten Stellung vollständig geöffnet, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Abgasstrom kann völlig ungehindert durch den Abgaskanal 1 hindurch strömen.
Der Staudruck, der auf die Unterseite der Verschlussplatte auftreffenden Strömung kann nur eine so große Kraft erzeugen, dass die Abgasklappe 3 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 10 in eine Halböffnungsstellung gemäß Fig. 2 verfahren kann. Mit Hilfe des erfindungsmäßigen, an der Abgasklappe 3 angebrachten zusätzlichen Strömungskörper 14 kann dagegen eine vollständige Öffnung der Abgasklappe 3 erreicht werden. Dies ist vor allem im Vollleistungsbereich erwünscht, weil hier eine in den Querschnitt des Abgaskanals 1 hineinstehende Abgasklappe 3 ein Strömungshindernis wäre und leistungsbegrenzend wirken würde. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass mit Hilfe des Abgasstroms jede beliebige Klappenöffnungsstellung realisierbar ist, weil es in verschiedenen Einsatzzuständen auch durchaus erwünscht sein, die Abgasklappe 3 nicht vollständig geöffnet zu haben. Mit Hilfe der Erfindung ist es also möglich, die Abgasklappe 3 stufenlos zwischen ihrer Schließstellung und ihrer vollständigen Öffnungsstellung allein über den Abgasstrom einzustellen bzw. den Öffnungswinkel der Abgasklappe 3 zu regeln.
Die vorstehend erläuterte Wirkungsweise der erfindungsmäßigen Abgasklappe 3 ist auch erkennbar aus Fig. 9. In der oberen Hälfte der Fig. 9 sind noch einmal die in den Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Stellungen der Abgasklappe 3 schematisch abgebildet mit einigen Erläuterungen. Die Abbildung links oben zeigt analog Fig. 1 die Abgasklappe 3 im verschlossenen Zustand. In diesem verschlossenen Zustand strömt eine geringe Strömung durch den Abgaskanal 1. Diese Strömung ist durch die Pfeile im Abgaskanal 1 dargestellt.
Die Tabelle im unteren Teil der Fig. 9 zeigt auf der Abszisse den Massenstrom gemessen in kg/h. Auf der linken Ordinate ist der auf die Verschlussplatte 5 der Abgasklappe 3 einwirkende Gegendruck in hPa dargestellt. Die dick gestrichelte Linie in der Graphik zeigt den Verlauf des Gegendrucks über den Massenstrom. Bei geschlossener Abgasklappe 3, also bei geringer Strömung am Punkt A beträgt der Massenstrom etwa 80 kg/h und der Gegendruck etwa 22 hPa. Bei einem Massenstrom von 100 kg/h erreicht der Gegendruck bei etwa 35 hPa ein Maximum, die Abgasklappe 3 wird geöffnet. Wächst die Strömung weiter an, d. h. steigt der Massenstrom, wird der in der mittleren Darstellung der oberen Hälfte der Fig. 9 dargestellte Zustand der mittleren Strömung erreicht. Der Strömungskörper 14 erzeugt hierbei einen Auftrieb. Der Gegendruck sinkt bei einem Massenstrom von 250 kg/h vom Maximum auf etwa 20 hPa ab (Punkt B auf der dick gestrichelten Linie). Der Öffnungswinkel der Abgasklappe 3 beträgt bei diesem Massenstrom etwa 15°, was auf der in Fig. 9 rechts abgebildeten Ordinate ablesbar. Die dünn gestrichelte Linie in Fig. 9 zeigt nämlich den Öffnungswinkel der Abgasklappe 3 im Verhältnis zum Massenstrom.
Aus der Darstellung der Fig. 9 ist also leicht erkennbar, dass eine starke Strömung, also eine Vergrößerung des Massenstroms dazu führt, dass der wirksame Gegendruck an der Abgasklappe 3 gegen null geht, während die Abgasklappe vollständig bis zu 90° öffnet. Die Funktionsstellungen "A: Geringe Strömung", "B: Mittlere Strömung" und "C: Starke Strömung" sind in der in Fig. 9 unten stehenden Tabelle jeweils auch mit A, B und C gekennzeichnet und in der dick gestrichelten Kurve des über dem Massenstrom abgetragenen Gegendrucks mit Pfeilen angezeichnet. Der Öffnungswinkel der Abgasklappe 3 ist in der in Fig. 9 unten dargestellten Tabelle so dargestellt, dass er stets der Bilddarstellung in der darüber abgedruckten Prinzipdarstellung entspricht. Bei der in Prinzipdarstellung A dargestellten geringen Strömung beträgt der Öffnungswinkel 0°. Die Abgasklappe 3 ist geschlossen. Bei der in Prinzipdarstellung B abgebildeten mittleren Strömung beginnt sich die Abgasklappe 3 zu öffnen bis sie bei der in der Prinzipdarstellung C dargestellten starken Strömung ihre extreme Öffnungsstellung mit einem Öffnungswinkel von 90° erreicht. Es sei ausdrücklich angemerkt, dass Fig. 9 in erster Linie den qualitativen Verlauf des Massenstroms und des Öffnungswinkels zeigt und dass die angegebenen Zahlenwerte sich nur auf ein Ausführungsbeispiel beziehen und bei anderen Ausführungsformen sich andere Zahlenwerte ergeben können.
Bezugszeichenliste
1.
Abgaskanal
2.
Strömungsrichtung
3.
Abgasklappe
4.
Klappenseitenwand
5.
Verschlussplatte
6.
Scharniergelenk
7.
Scharnierbolzen
8.
Lagerauge
9.
Festende
10.
Rückstellfeder
11.
Aussparung
12.
Querrichtung
13.
Freiende
14.
Strömungskörper
15.
Anschlag
16.
Drahtgestrick
17.
Strömungszusatzkörper

Claims (9)

  1. Abgasklappe (3) zum Verschließen eines Abgaskanals (1)
       gekennzeichnet
    durch eine vom Abgasstrom unmittelbar angeströmte, den Querschnitt des Abgaskanals (1) zumindest teilweise verschließende Verschlussplatte (5),
    durch einen neben der Verschlussplatte (5) angeordneten, vom Abgasstrom anströmbaren, als Stellglied für die Abgasklappe (3) wirksamen Strömungskörper (14), und
    durch einen Strömungsspalt zwischen Verschlussplatte (5) und Strömungskörper (14).
  2. Abgasklappe nach Anspruch 1,
       dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (3) vorzugsweise am Ende eines Kanalabschnitts des Abgaskanals (1) angeordnet ist und gegen die Kraft eines Rückstellelements, insbesondere den Federdruck einer Rückstellfeder (10) schwenkbar gelagert ist.
  3. Abgasklappe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
       gekennzeichnet, durch einen U-förmigen Querschnitt, dessen U-Schenkel jeweils eine Klappenseitenwand (4) bilden und dessen die U-Schenkel verbindendes U-Querjoch die Verschlussplatte (5) ist.
  4. Abgasklappe nach Anspruch 3,
       dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenseitenwände (4) gabelartig verlängert sind zur zusätzlichen Halterung des Strömungskörpers (14) zwischen sich.
  5. Abgasklappe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
       gekennzeichnet durch eine ebene Platte als Strömungskörper (14) mit einer zur Ebene der Verschlussplatte (5) einen Anstellwinkel aufweisenden Strömungskörperebene.
  6. Abgasklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
       gekennzeichnet durch eine mit einem Anstellwinkel zur Ebene der Verschlussplatte (5) ausgebildete, gewölbte Platte als Strömungskörper (14).
  7. Abgasklappe nach Anspruch 6,
       gekennzeichnet durch einen als Tragflügel ausgebildeten Strömungskörper (14).
  8. Abgasklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
       gekennzeichnet durch mehrere nebeneinander angeordnete Strömungskörper (14).
  9. Abgasklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
       dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Strömungskörper (14) an einem Freiende (13) der Abgasklappe (3) angeordnet sind und dass ein Scharniergelenk (6) und die Rückstellfeder (10) am gegenüberliegenden Festende (9) angeordnet sind.
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