Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einer Turbine eines Abgasturboladers, einem Auslaß der Turbine und einem Diffusor (10), der einerseits an den Auslaß der Turbine und andererseits an die Abgasleitung anschließt, wobei der Diffusor (10) konzentrisch ist zu einer Längsachse (12) und eine Abgasklappe (5) auf einer zur Längsachse (12) senkrechten Welle (6) schwenkbar angeordnet ist. Eine Innenwand (13) des Diffusors (10) ist mit Wandsegmenten (15) versehen, die sich bandförmig entlang des Umfangs der Abgasklappe (5) erstrecken und im wesentlichen parallel zur Längsachse (12) des Diffusors (10) ausgerichtet sind. Die Wandsegmente (15) liegen auf einem Kreiszylinder, dessen Längsachse gegenüber der Längsachse (12) des Diffusors (10) exentrisch liegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Abgasklappen werden zur dichtschließenden Absperrung in Abgasleitungen eingesetzt, um beispielsweise abschaltbare Abgasturbolader zu steuern. Abgasklappen für den Einbau in Abgasleitungen sind aus der DE 42 29 299 C1 bekannt.

[0003] Unmittelbar am Auslaß einer Turbine eines Abgästurboladers ist die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase relativ hoch. Zur Reduktion auf ca. 1/3 dieser Austrittsgeschwindigkeit der Abgase ist es bekannt, der Turbine einen Diffusor nachzuschalten. Herkömmliche elliptische Abgasklappen zur dichtschließenden Absperrung können aber nicht in Diffusoren eingebaut werden, sondern erst in zylindrische Abschnitte, die stromabwärts an den Diffusor anzuschließen sind. Daraus ergibt sich ein langer Bauraum zwischen dem Auslaß der Turbine des Abgasturboladers und einem Kompensator, über den in aller Regel der Diffusor mit dem zylindrischen Abschnitt an eine Abgasleitung anschließt. Der lange Bauraum des Diffusors mit dem zylindrischen Abschnitt führt zu hohem Gewicht bei langen Hebelarmen, woraus sich wiederum hohe Biegemomente an einem Anschlußflansch des Diffusors an den Auslaß der Turbine des Abgasturboladers ergeben. Die große Masse der Anordnung aus Diffusor und zylindrischem Abschnitt und der große Abstand des Schwerpunkts dieser Masse von dem Anschlußflansch führt zu niedrigen Eigenfrequenzen, die das Auftreten von Resonanzen begünstigen. Bei engen Platzverhältnissen kann der lange Bauraum nicht untergebracht werden. Es ergeben sich hohe Herstellungskosten beim Gießen des Diffusors und des zylindrischen Abschnitts.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die mit reduziertem Bauraum die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.

[0005] Die Lösung erfolgt mit einer Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

[0006] Gemäß der Erfindung ist eine Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einer Turbine eines Abgasturboladers, einem Auslaß der Turbine und einem Diffusor versehen, der einerseits an den Auslaß der Turbine und andererseits an die Abgasleitung anschließt. Der Diffusor ist konzentrisch zu einer Längsachse und eine Abgasklappe ist auf einer zu dieser Längsachse senkrechten Welle schwenkbar angeordnet. An einer Innenwand des Diffusors sind Wandsegmente vorgesehen, die sich bandförmig entlang des Umfangs der Abgasklappe erstrecken und im wesentlichen parallel zur Längsachse des Diffusors ausgerichtet sind. Die Wandsegmente bilden auf einem Kreiszylinder liegende Anlageflächen für die elliptische Abgasklappe. Die Längsachse des Kreiszylinders verläuft mit einem Versatz parallel zur Längsachse des Diffusors. Der Durchmesser des Kreiszylinders entspricht dem Durchmesser der Kreisfläche, die sich durch Projektion der Abgasklappe in Richtung der Längsachse ergibt. Der Versatz bzw. die Exzentrität ist so zu wählen, daß die Längsachse des Kreiszylinders annähernd durch den geometrischen Mittelpunkt der im Diffusor angeordneten Abgasklappe verläuft, so daß die bandförmigen Wandsegmente annähernd im Konturverlauf des Diffusors liegen. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine herkömmlich geformte Abgasklappe innerhalb des konischen Teils des Diffusors zur dichtschließenden Absperrung in Abgasleitungen eingesetzt werden kann. Dies führt unmittelbar zu einer Reduktion der Baulänge, da ein zylindrischer, an einen Diffusor anschließender Abschnitt, wie im Stand der Technik vorgesehen, nicht erforderlich ist. Die Exzentrizität e ist gemäß der Erfindung eine Funktion des Öffnungswinkels des Diffusors und/oder des Schrägstellungswinkels der Abgasklappe und wird größer, wenn entweder der Öffnungswinkel des Diffusors und/oder der Schrägstellungswinkel der Abgasklappe größer wird.

[0007] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasklappenanordnung der Erfindung weisen die Wandsegmente konstante Breite auf. Je kleiner dabei die Breite der Wandsegmente ist, um so geringer ist die Störung der Abgasströmung.

[0008] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasklappenanordnung werden die bandförmig miteinander verbundenen Wandsegmente mit einer Zirkularfräsung bearbeitet, wobei ein Fräswerkzeug, während es der Kontur der Innenwand des Diffusors folgt, gleichzeitig parallel zur Längsachse des Diffusors bewegt wird.

[0009] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

eine Seitenansicht eines Diffusors mit einer Abgasklappe in einem anschließenden zylindrischen Abschnitt gemäß dem Stand der Technik, und

Fig. 2

eine Seitenansicht eines Diffusors mit einer Abgasklappe gemäß der Erfindung.

[0010] Fig. 1: Ein Diffusor 1 mit ideal konischer Kontur schließt mit einem zylindrischen Anschlußflansch 2 an eine Turbine (nicht dargestellt) eines Abgasturboladers an. An das aufgeweitete Ende 3 des Diffusors 1 schließt ein zylindrischer Abschnitt 4 mit einer Abgasklappe 5 an. Die Abgasklappe 5 ist schwenkbar auf einer im Gehäuse des zylindrischen Abschnitts 4 mittels einem Flansch 7 gehaltenen Welle 6 gelagert. Die Mindestlänge des zylindrischen Abschnitts 4 ist bestimmt durch die Schrägstellung der Abgasklappe 5. Ein Ende 8 des zylindrischen Abschnitts 4 ist mit einem Anschlußflansch 9 befestigbar. Ein Schnitt durch den zylindrischen Abschnitt 4 entlang der Mittenebene der Abgasklappe 5 in der dargestellten Schrägstellung ergibt eine Ellipse.

[0011] Fig. 2: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus Fig. 1 versehen. Der erfindungsgemäße Diffusor 10 schließt mit dem zylindrischen Anschlußflansch 2 an eine Turbine (nicht dargestellt) eines Abgasturboladers an. An das aufgeweitete Ende 3 des Diffusors 10, dessen lichte Weite der lichten Weite am Ende 8 des zylindrischen Abschnitts 4 gemäß Fig. 1 entspricht, schließt über den Anschlußflansch 9 ein Kompensator an. Die Abgasklappe 5 ist innerhalb des konischen Teils des Diffusors 10 schwenkbar auf der im Gehäuse des Diffusors 10 mit dem Flansch 7 gehaltenen Welle 6 gelagert. Die Achse 11 der Welle 6 liegt, wie dargestellt, in der Symmetrieachse der Abgasklappe 5, d. h., die Achse 11 trifft die Längsachse eines Kreiszylinders, die mit einer Exentrität e zur Längsachse 12 des Diffusors 1 liegt. Die Achse 11 der Welle 6 liegt somit exzentrisch zur Längsachse 12 des Diffusors. Die Achse 11 der Welle 6 muß jedoch nicht zwangsläufig in der Symmetrieachse der Abgasklappe liegen. Die Achse 11 kann auch außerhalb der Symmetrieachse der Abgasklappe angeordnet sein, um ein selbständiges Schließen durch den Abgasstrom zu erzielen.

[0012] Die Innenwand 13 des Diffusors 10, ist mit einem zusammenhängenden Band ausgebildet, das entlang des Innenumfangs des Diffusors 10 als Abschnitt 14 verläuft. Dieses Band wird bereits beim Gießen an die Abgasklappe 5 angepaßt, so daß sich an der Innenwand 13 des Diffusors 10 Wandsegmente 15 ergeben, die sich bandförmig entlang des Umfangs der Abgasklappe 5 erstrecken und im wesentlichen parallel zur Längsachse 12 des Diffusors 10 ausgerichtet sind. Die Wandsegmente 15 liegen auf dem erwähnten Kreiszylinder, dessen Längsachse in einem Abstand e parallel zur Längsachse 12 des Diffusors 10 verläuft. Der Durchmesser des Kreiszylinders entspricht dem Durchmesser einer Kreisfläche, die durch Projektion der Abgasklappe in Richtung der Längsachse 12 entsteht. Die Exzentrizität e ist vorzugsweise derart zu wählen, daß die Längsachse des Kreiszylinders durch den geometrischen Mittelpunkt der Abgasklappe 5 verläuft. Die Abweichung der Kontur des Diffusors 10 gegenüber dem ideal konischen Diffusor 1 kann durch die Auswahl der Exzentrizität e minimiert werden. Die bandförmig miteinander verbundenen Wandsegmente 15 werden vorzugsweise mit einer Zirkularfräsung bearbeitet, wobei ein Fräswerkzeug (nicht dargestellt), während es der Kontur der Innenwand 13 des Diffusors 10 folgt, gleichzeitig parallel zur Längsachse des Diffusors 10 entlang dem zusammenhängenden Band bewegt wird.

[0013] Die Mindestlänge des Diffusors 10 ist abhängig von der Schrägstellung der Abgasklappe 5 und der lichten Weite des Diffusors 10. Die Exzentrizität e der Längsachse 12 des Diffusors 10 zur Längsachse des Kreiszylinders ist eine Funktion der Schrägstellung der Abgasklappe 5 und des Öffnungswinkels des Diffusors 10. Die Breite der Wandsegmente ist so klein wie möglich zu halten, um die Störung der Abgasströmung zu minimieren.

Ansprüche

1. Abgasklappenanordnung für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem im Verlauf der Abgasleitung angeordneten Diffusor (10), der konzentrisch zu einer Längsachse (12) liegt, und mit einer elliptischen Abgasklappe (5), die auf einer zur Längsachse (12) senkrechten Welle (6) schwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Innenwand (13) des Diffusors (10) mit auf einem Kreiszylinder liegenden Wandsegmenten (15) versehen ist, die sich bandförmig entlang des Umfangs der Abgasklappe (5) erstrecken und im wesentlichen parallel zur Längsachse (12) des Diffusors ausgerichtet sind.

2. Abgasklappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) exzentrisch zur Längsachse (12) des Diffusors (10) angeordnet ist.

3. Abgasklappenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) exzentrisch zur Längsachse des Kreiszylinders angeordnet sind, den die Wandsegmente (15) aufspannen.

4. Abbgasklappenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) in einer Symmetrieachse der Abgasklappe (5) verläuft.

5. Abgasklappenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bearbeiteten Wandsegmente (15) konstante Breite aufweisen.

6. Abgasklappenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Wandsegmente (15) durch Zirkularfräsung bearbeitet sind.

Zeichnung