[0001] Die Erfindung betrifft ein Abgas-System eines Kraftfahrzeuges mit einem elektronischen
Steuergerät zur Ansteuerung des Kraftfahrzeugmotors mit Hilfe zumindest eines im Steuergerät
hinterlegten Motorkennfeldes und mit einem Stellglied zur Veränderung des Strömungswiderstands
des durchströmenden Abgases zwecks Veränderung der Dämpfungscharakteristik.
[0002] Aus DE 195 03 322 A1 ist ein Abgas-System in Form einer Schalldämpferanlage mit variabler
Dämpfungscharakteristik bekannt, bei der ein Schalldämpfer zur Veränderung des durchströmenden
Abgases im Eingangsrohr ein Tellerventil hat, dessen freies Ventilstößelende mit einer
Überdruckdose in Verbindung steht. Die Überdruckseite der Überdruckdose ist über eine
Druckleitung mit der Eingangsseite des Eingangsrohrs verbunden. Dank der Überdrucksteuerung
öffnet und schließt der Ventilteller des Tellerventils kontinuierlich, so daß sich
auch die akustischen Eigenschaften des Schalldämpfers kontinuierlich ändern.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgas-System der eingangs genannten
Art bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln hinsichtlich der akustischen Eigenschaften
gezielt beeinflußbar ist.
[0004] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0005] Wesen der Erfindung ist, daß bei einem Abgas-System eines Kraftfahrzeuges mit einem
elektronischen Steuergerät zur Ansteuerung des Kraftfahrzeugmotors mit Hilfe eines
im Steuergerät hinterlegten Motorkennfeldes der eingangs genannten Art jedem Betriebspunkt
im Motorkennfeld zumindest ein dem vorgegebenen Strömungswiderstand des durchströmenden
Abgases entsprechender Wert zugeordnet ist, wobei die den vorgegebenen Strömungswiderständen
entsprechenden Werte in zumindest einer Ebene des Motorkennfeldes im Steuergerät hinterlegt
sind, und in jedem Betriebspunkt des Motorkennfeldes der einem zugeordneten Strömungswiderstand
entsprechende Wert zumindest einer Ebene als Stell- bzw. Steuergröße des Stellgliedes
dient.
[0006] Bevorzugt können über die anzusteuernden Positionen des stufenlos verstellbaren Stellglieds,
insbesondere über Klappenstellungen des stufenlos verstellbaren Stellglieds, die den
vorgegebenen Strömungswiderständen entsprechenden Werte in das Steuergerät einprogrammiert
werden.
[0007] Insbesondere ist vorgesehen, daß aus zumindest zwei Ebenen eine bestimmte Ebene des
Motorkennfeldes ausgewählt werden kann, wobei dann die Werte der ausgewählten Ebene
Stell- bzw. Steuergröße des angesteuerten Stellgliedes sind.
[0008] In einer besonders bevorzugten Variante sind drei Ebenen mit unterschiedlichen Werten
im Steuergerät hinterlegt.
[0009] Dann entsprechen die erste, die zweite und die dritte Ebene einer Komfortbetriebs-Variante,
einer Normalbetriebs-Variante und einer Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges.
[0010] Bei der Komfortbetriebs-Variante sind hohe Strömungswiderstands-Werte eingestellt,
was zur Folge hat, daß insbesondere die niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches
des Abgas-Systems stark gedämpft werden. Das Kraftfahrzeug besitzt dann ein Abgas-System
mit einem ruhigen, getragenen "Sound".
[0011] Bei der Normalbetriebs-Variante sind mittlere Strömungswiderstands-Werte eingestellt.
Dann werden insbesondere die niederfrequenten Anteile des Abgasgeräusches weniger
stark gedämpft. Das Kraftfahrzeug besitzt dann ein Abgas-System mit einem mittleren
bzw. durchschnittlichen, an sich konventionellen "Sound".
[0012] Bei der Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges sind niedrig eingestellte
Strömungswiderstands-Werte maßgebend: Nicht nur die höherfrequenten, sonderen auch
die tieffrequenten Anteile des Abgasgeräusches werden nur vergleichsweise wenig gedämpft.
Das Kraftfahrzeug besitzt dann ein Abgassystem mit einem markanten, auffälligen, sportlichen
"Sound".
[0013] Insbesondere zur Optimierung der Klangcharakteristik kann das stufenlos verstellbare
Stellglied über das Steuergerät mit dem Ansaugtrakt des Kraftfahrzeugmotors gekoppelt
sein.
[0014] Mit Vorzug ist das Stellglied in einem Schalldämpfer integriert bzw. mit dem Schalldämpfer
zumindest teilweise baulich ausgebildet.
[0015] Das Stellglied kann aber auch in einer Strömungsverzweigung integriert bzw. mit der
Strömungsverzweigung zumindest teilweise baulich ausgebildet sein.
[0016] Vorzugsweise weist das Stellglied einen Schließkörper auf, der bei Verstellung nachgeschaltete
Abgasstränge bzw. Abgastrakte gleich oder unterschiedlich beaufschlagt.
[0017] Das Stellglied ist insbesondere pneumatisch oder elektrisch betätigt.
[0018] Die Erfindung schafft ein System, das über den geregelten Strömungswiderstand der
Abgasanlage den Abgasgegendruck und das Geräuschverhalten beeinflußt. Der Strömungswiderstand
kann durch ein spezielles Stellglied im System über die Programmierung des Motorsteuergeräts
in jedem Betriebspunkt vorgegeben werden. Die Klangstufe bzw. der "Sound-Charakter"
kann durch den Fahrer oder eine andere Bedienungsperson vorzugsweise in drei Varianten
vorgewählt werden. Dadurch können erhöhte Anforderungen an den Klangcharakter eines
Motors erfüllt werden. Ein bestimmter Klangcharakter ist gegebenenfalls vorab vom
Kraftfahrzeughersteller einstellbar.
[0019] Die Erfindung nutzt unter anderem die Erkenntnis aus, daß vielfach ein im Kraftfahrzeug
ohnehin vorhandenes elektronisches Steuergerät mit hinterlegtem Motorkennfeld, welches
für jeden Betriebspunkt, d. h. für jeden Lastpunkt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl,
zum Beispiel die Einspritzmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs festlegt, mit einfachen
Mitteln, Erweiterung der Software, erweitert werden kann, und nicht nur beispielsweise
die einzuspritzende Kraftstoffmenge, sondern auch in einer oder mehreren zusätzlichen
Ebenen des Motorkennfeldes den Strömungswiderstand des Abgas-Systems definiert. Dann
kann über den geregelten Strömungswiderstand der Abgasanlage der Abgasgegendruck und
damit das Geräuschverhalten beeinflußt und in einer oder mehreren Varianten gezielt
eingestellt werden. Die möglichen Varianten werden zuvor in das Steuergerät einprogrammiert.
[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
- Figur 1
- eine Doppelschalldämpferanlage eines Kraftfahrzeuges schematisch in einer Draufsicht
und teilweise im Schnitt im Bereich einer Rohrverzweigung mit einem Stellglied,
- Figur 2
- die Rohrverzweigung mit Stellglied nach Figur 1 in größerer Einzelheit,
- Figur 3
- die Rohrverzweigung mit Stellglied nach Figur 2 in einer schematischen Stirnansicht,
- Figur 4
- ein bei der Erfindung verwendetes elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wege-Ventil in
der einen Schaltstellung,
- Figur 5
- das 3/2-Wege-Ventil nach Figur 4 in der anderen Schaltstellung,
- Figur 6
- eine schematische Blockdarstellung mit einem elektronischen Steuergerät sowohl zur
Ansteuerung eines Kraftfahrzeugmotors als auch zur Ansteuerung des Stellglieds nach
den Figuren 1 bis 3, und
- Figur 7
- drei im elektronischen Steuergerät nach Figur 6 hinterlegte zusätzliche Ebenen eines
Motorkennfelds des elektronischen Steuergeräts zur Ansteuerung des Stellglieds in
drei unterschiedlichen Betriebsvarianten.
[0021] Gemäß Zeichnung ist ein Abgas-System 1 eines Kraftfahrzeuges in Form einer Doppelschalldämpferanlage
vorgesehen, welche zwei Schalldämpfer 2, 3 aufweist.
[0022] Mit besonderer Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 umfaßt das Abgas-System 1 ein elektronischen
Steuergerät 50 zur Ansteuerung eines Kraftfahrzeugmotors 51 mit Hilfe eines im Steuergerät
hinterlegten Motorkennfeldes K über eine Steuerleitung 52, wobei im Motorkennfeld
K zusätzlich zur Motorenansteuerung drei Ebenen E, E' und E" definiert und hinterlegt
sind, um ein Stellglied 4 des Abgas-Systems 1 über eine Steuerleitung 53 zur Veränderung
des Strömungswiderstands des durchströmenden Abgases und damit Veränderung der Dämpfungscharakteristik
anzusteuern.
[0023] Gemäß Figur 7 sind jedem Betriebspunkt im Motorkennfeld K, d.h. jedem Lastpunkt L
des Kraftfahrzeugmotors 51 in Abhängigkeit seiner Drehzahl D, drei unterschiedliche,
dem vorgegebenen Strömungswiderstand des durchströmenden Abgases entsprechende Werte
S
1.... S
n; S
1'...S
n'; S
1"...S
n" zugeordnet.
[0024] In jedem Betriebspunkt des Motorkennfeldes K dient der einem zugeordneten Strömungswiderstand
entsprechende Wert einer ausgewählten Ebene E, E' oder E" als Stell- bzw. Steuergröße
des Stellgliedes 4.
[0025] Vor Inbetriebnahme werden in einer Grundeinstellung über die anzusteuernden Positionen
des stufenlos verstellbaren Stellglieds 4, insbesondere über Klappenstellungen des
stufenlos verstellbaren Stellglieds, die den exakt vorgegebenen Strömungswiderständen
entsprechenden Werte S
1.... S
n; S
1'...S
n'; S
1"...S
n" in das Steuergerät 50 einprogrammiert.
[0026] Nach Einprogrammierung in das Steuergerät 50 ist aus den drei Ebenen eine bestimmte
Ebene E, E' oder E" des Motorkennfeldes K auswählbar, deren Werte S
1.... S
n; S
1'...S
n' oder S
1"...S
n" dann Stell- bzw. Steuergröße des angesteuerten Stellgliedes 4 sind.
[0027] Die drei im Steuergerät hinterlegten Ebenen mit unterschiedlichen Werten definieren
eine Komfortbetriebs-Variante, eine Normalbetriebs-Variante und eine Leistungsbetriebs-Variante.
[0028] Die erste Ebene E entspricht der Komfortbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges, bei
der eine starke Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des Abgas-Systems
erfolgt.
[0029] Die zweite Ebene E' entspricht der Normalbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges, bei
der eine mittlere Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des
Abgas-Systems erfolgt.
[0030] Die dritte Ebene E" schließlich entspricht der Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges,
bei der eine geringe Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches
des Abgas-Systems erfolgt.
[0031] Zur Optimierung der Klangcharakteristik ist, wie das nachfolgend noch im einzelnen
beschrieben wird, das stufenlos verstellbare Stellglied 4 über das Steuergerät 50
mit dem Ansaugtrakt bzw. Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors 51 gekoppelt.
[0032] Das Stellglied 4 kann in den Schalldämpfern 2, 3 integriert sein. Es kann aber auch
in einer Strömungsverzweigung 5 des Abgas-Systems 1 integriert oder zumindest teilweise
mit diesem Bauelement baulich vereinigt sein.
[0033] In der nachfolgenden Beschreibung wird das Stellglied 4 in einer besonderen Anordnung
in der Strömungsverzweigung 5 einer Doppelschalldämpferanlage gemäß den Figuren 1
bis 3 beschrieben.
[0034] Das Stellglied 4 weist einen Schließkörper 14 auf, der bei Verstellung nachgeschaltete
Abgasstränge bzw. Abgastrakte 9, 10 gleich beaufschlagt.
[0035] Das Stellglied 4 wird pneumatisch betätigt. Auch werden elektrische Schaltmittel
gemäß den Figuren 4 und 5 eingesetzt.
[0036] Die das Stellglied 4 teilweise enthaltende Strömungsverzweigung 5 besitzt einen Eingang
6 und zwei Ausgängen 7, 8. Jeder Ausgang 7 bzw. 8 ist über einen Abgasstrang bzw.
Abgastrakt 9 bzw. 10 in Form einer Rohrleitung mit dem Schalldämpfer 2 bzw. 3 verbunden.
Durch das Stellglied 4 ist der Durchströmungsquerschnitt D'des Eingangs 6 veränderbar.
Die beiden Schalldämpfer 2, 3 sind gleich aufgebaut. Die Rohrleitungen besitzen einen
gleichen Durchströmungsquerschnitt. Die Ausgänge 7, 8 der Rohrverzweigung 5 sind symmetrisch
zur Axialachse 11 des Eingangs 6 der Rohrverzweigung gelegen, wobei sich das Stellglied
4 längs und symmetrisch zur Axialachse des Eingangs erstreckt.
[0037] Der zum Kraftfahrzeug gehörige Kraftfahrzeugmotor 51 ist ein leistungsstarker Antrieb.
Er besitzt ein Saugrohr, das über eine Saug- bzw. Steuerleitung 20 mit einem separaten
Betätigungselement 16 des Stellgliedes 4 verbunden ist. In der Steuerleitung 20 befindet
sich ein elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wege-Ventil, wie es in den Figuren 4 und
5 dargestellt ist. Das 3/2-Wege-Ventil besitzt seinerseits eine elektrische Steuerleitung,
die mit dem elektronischen Steuergerät 50 des Kraftfahrzeugmotors 51 verbunden ist.
Auf die Funktionsweise des 3/2-Wege-Ventils wird später noch eingegangen.
[0038] Im besonderen ist das Stellglied 4 in Richtung seiner den Eingang 6 großenteils verschließenden
Schließstellung durch eine Feder 12 in Form einer Druckfeder vorgespannt und bei vor
dem Eingang 6 erhöhtem Gegendruck p des strömenden Abgases gegen die Kraft der Druckfeder
in eine den Eingang freigebende Öffnungsstellung bewegbar.
[0039] Das Stellglied 4 weist einen mit dem Eingang in Eingriff bringbaren Schließkörper
14 mit einem Durchmesser derart auf, daß in der Schließstellung ein Umfangsspalt s
zum Innendurchmesser des Eingangs 5 frei bleibt. In der an sich geschlossenen Schließstellung
des Stellgliedes bleibt ein ringförmiger Durchströmungsraum für das Abgas im Bereich
des ansonsten verschlossenen Eingangs 6 der Rohrverzweigung 5 in jedem Betriebsfall
der Schalldämpferanlage offen.
[0040] Das Stellglied 4 ist ein Stellventil mit einem Ventilstößel 13, wobei der Schließkörper
14 ein abgeflachter Ventilteller ist, der auf seiner Anströmungsseite leicht konisch
und auf dem Umfangsrand strömungsgünstig mit Rundungen versehen ist.
[0041] Die Endstellungen des Stellventils, d.h. die Schließstellung und die Öffnungsstellung,
sind durch das separate Betätigungselement 16 festgelegt, auf das noch eingegangen
wird.
[0042] Das Stellglied 4 ist ein aktives Schaltelement, wobei die Kraft des Gegendrucks p
auf das separate Betätigungselement 16 des Stellglieds 4 wirkt, welches seinerseits
das Stellglied 4 in seine Öffnungsstellung bewegt.
[0043] Das separate Betätigungselement 16 ist im besonderen eine Unterdruckdose, wobei die
Niederdruckseite 18 einer Membran 19 in der Unterdruckdose über die Steuerleitung
20 mit einer Vakuumpumpe oder mit dem vorgenannten Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors
51 verbunden ist, und es ist die versteifte plattige kreisrunde Membranmitte mit dem
freien Ende des Ventilstößels 13 eines Tellerventils verbunden, welches dem Schließkörper
14 abgewandt ist.
[0044] Die Druckseite 17 auf der anderen Seite der Membran 19 der Unterdruckdose weist eine
Gehäuse-Entlüftungsbohrung und mithin Atmosphärendruck auf oder ist direkt der Atmosphäre
ausgesetzt.
[0045] Die Druckfeder 12 ist auf der Niederdruckseite 18 der Membran 19 in der Unterdruckdose
längs der Axialachse 11 angeordnet. Sie stützt sich einerseits axial auf der plattigen
Membranmitte 28 und andererseits auf einem zentralen Formsitz in der Unterdruckdose
ab. Die Druckfeder ist in der Unterdruckdose mit Vorspannung zentrisch eingespannt.
In der Schließstellung des Tellerventils nach Figur 2 schlägt die Membranmitte 28
an einen abgestuften Axialanschlag des Gehäuse der Unterdruckdose an. Das Gehäuse
besitzt einen integralen hohlzylindrischen Gehäuseabschnitt 29, der sich koaxial in
Richtung des Schließkörpers 14 mit Abstand zum Ventilstößel 13 erstreckt und durch
einen zentralen Durchbruch in einer Zwischenwand 25 der Rohrverzweigung 5 gerade bis
ins Innere der Rohrverzweigung hineinreicht und mit der Zwischenwand befestigt ist.
[0046] Das Stellglied 4 weist gemäß Figur 2 einen Ventilstößel 13 auf, der abgedichtet und
verschieblich durch einen Dichtungsstopfen 27 in der vorgenannten Zwischenwand 25
der Rohrverzweigung 5 zwischen den beiden Ausgängen 7, 8 längs der Axialachse 11 des
Eingangs 6 nach außen bis zu dem die Druckfeder enthaltenden Gehäuse der Unterdruckdose
geführt ist, wobei der Ventilstößel 13 an der versteiften plattigen Membranmitte 28
der Membran 19 auf der Druckseite der Unterdruckdose befestigt ist.
[0047] Der Dichtungsstopfen 27 ist im hohlzylindrischen Gehäuseabschnitt 29 des Gehäuses
der Unterdruckdose abgedichtet aufgenommen.
[0048] Das in der Steuerleitung 20 angeordnete elektromagnetisch betätigbare Schaltventil
21 in Form eines 3/2-Wege-Ventils gemäß den Figuren 4 und 5 besitzt einen ersten Anschluß
22 zum Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors 51, einen zweiten Anschluß 23 zur Niederdruckseite
18 der Unterdruckdose und einem dritten Anschluß 24 zur Atmosphäre, wobei in der einen
(ersten) Ventilstellung der erste Anschluß 22 mit dem zweiten Anschluß 23 und in der
anderen (zweiten) Ventilstellung der zweite Anschluß 23 mit dem dritten Anschluß 24
verbunden ist. Die erste Ventilstellung ist in Figur 4 gezeigt. Die zweite Ventilstellung
ist in Figur 5 veranschaulicht.
[0049] Ersichtlich kann also bei der vorgenannten Unterdruckdose als aktives Betätigungselement
der Unterdruck dem Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors 51 entnommen werden. Das vom Motormanagement
angesteuerte Magnet-Umschaltventil bewirkt, daß die Membrandose mit Unterdruck (->
Ventil "AUF") oder mit Atmosphärendruck (Entlüftung -> Ventil "ZU") versorgt wird.
1. Abgas-System (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem elektronischen Steuergerät (50) zur
Ansteuerung des Kraftfahrzeugmotors (51) mit Hilfe zumindest eines im Steuergerät
hinterlegten Motorkennfeldes (K) und mit einem Stellglied (4) zur Veränderung des
Strömungswiderstands des durchströmenden Abgases zwecks Veränderung der Dämpfungscharakteristik,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Betriebspunkt im Motorkennfeld (K) zumindest ein dem exakt vorgegebenen Strömungswiderstand
des durchströmenden Abgases entsprechender Wert (S1.... Sn; S1'...Sn'; S1"...Sn") zugeordnet ist, wobei die den vorgegebenen Strömungswiderständen entsprechenden
Werte in zumindest einer Ebene (E, E', E") des Motorkennfeldes (K) im Steuergerät
(50) hinterlegt sind, und daß in jedem Betriebspunkt des Motorkennfeldes der einem
zugeordneten Strömungswiderstand entsprechende Wert zumindest einer Ebene (E, E' bzw.
E") als Stell- bzw. Steuergröße des Stellgliedes (4) dient.
2. Abgas-System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß über die anzusteuernden Positionen des stufenlos verstellbaren Stellglieds (4), insbesondere
über Klappenstellungen des stufenlos verstellbaren Stellglieds, die den vorgegebenen
Strömungswiderständen entsprechenden Werte (S1.... Sn; S1'...Sn'; S1"...Sn") in das Steuergerät (50) einprogrammierbar sind.
3. Abgas-System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus zumindest zwei Ebenen eine Ebene (E, E' bzw. E") des Motorkennfeldes (K) auswählbar
ist, deren Werte (S1.... Sn; S1'...Sn' bzw. S1"...Sn") Stell- bzw. Steuergröße des angesteuerten Stellgliedes (4) sind.
4. Abgas-System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß drei Ebenen mit unterschiedlichen Werten im Steuergerät (50) hinterlegt sind, wobei
- die erste Ebene (E) einer Komfortbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges entspricht,
bei der eine starke Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des
Abgas-Systems erfolgt,
- die zweite Ebene (E') einer Normalbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges entspricht,
bei der eine mittlere Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches
Abgas-Systems erfolgt, und
- die dritte Ebene (E") einer Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges entspricht,
bei der eine geringe Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches
des Abgas-Systems erfolgt.
5. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Optimierung der Klangcharakteristik das stufenlos verstellbare Stellglied (4)
über das Steuergerät (50) mit dem Ansaugtrakt des Kraftfahrzeugmotors (51) gekoppelt
ist.
6. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (4) in einem Schalldämpfer (2, 3) integriert bzw. mit dem Schalldämpfer
zumindest teilweise baulich ausgebildet ist.
7. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (4) in einer Strömungsverzweigung (5) integriert bzw. mit der Strömungsverzweigung
zumindest teilweise baulich ausgebildet ist.
8. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (4) einen Schließkörper (14) aufweist, der bei Verstellung nachgeschaltete
Abgasstränge bzw. Abgastrakte (9, 10) gleich oder unterschiedlich beaufschlagt.
9. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (4) pneumatisch oder elektrisch betätigt ist.