DE10062472C1 - Abgas-System eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Bei einem Abgas-System (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen 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 der Abgasanlage zwecks Veränderung der Dämpfungscharakteristik wird vorgeschlagen, jedem Betriebspunkt im Motorkennfeld (K) zumindest ein, einem exakt vorgegebenen Strömungswiderstand der Abgasanlage entsprechendcen Signalwert (S¶1¶...Sn; S¶1¶'...S¶n¶'; S¶1¶''...S¶n¶'') zuzuordnen. Die den vorgegebenen Strömungswiderständen entsprechenden Signalwerte sind in zumindest einer Ebene (E, E', E'') des Motorkennfeldes (K) im Steuergerät (50) hinterlegt und dienen als Stell- bzw. Steuergröße des Stellgliedes (4) zur gezielten akustischen Beeinflussung des Abgas-Systems.

Description

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 der Abgasanlage zwecks Veränderung der Dämpfungscharakteristik.

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 durch­ strömenden Abgases im Eingangsrohr ein Tellerventil hat, des­ sen freies Ventilstößelende mit einer Überdruckdose in Ver­ bindung 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.

Bekannt ist ferner aus DE 44 18 959 A1 ein Abgassystem, bei dem bei einer vom Abgasstrom ganz oder teilweise durchsetzten und/oder mit dem Abgasstrom nach Art eines Sackraumes verbun­ denen Abgaskammer ein diese Kammer durchsetzender und/oder mit dem Abgasstrom verbindbarer Abgasweg mit einem einstell­ bar veränderlichen Querschnitt bzw. Drosselwiderstand vorge­ sehen ist, um durch entsprechende Einstellung die Motorlei­ stung oder den Klang des Auspuffsystems zu optimieren.

Die Veränderung und Einstellung des gasdurchströmten Quer­ schnitts grundsätzlich zur Reduzierung des Durchströmungsge­ räusches, vorzugsweise mittels einer Drosselklappe als Stell­ glied, ist auch aus FR 2 613 089 und WO 91/09214 bekannt.

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.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen An­ spruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Wesen der Erfindung ist, daß bei einem Abgas-System eines Kraftfahrzeuges mit einem elektronischen Steuergerät zur An­ steuerung des Kraftfahrzeugmotors mit Hilfe eines im Steuer­ gerät hinterlegten Motorkennfeldes der eingangs genannten Art jedem Betriebspunkt im Motorkennfeld zumindest ein, einem ex­ akt vorgegebenen Strömungswiderstand der Abgasanlage entspre­ chender Signalwert zugeordnet ist, der als Steuersignal dem Stellglied der Abgasanlage zugeführt wird, wobei die gleichen Strömungswiderständen entsprechenden Signalwerte in verschie­ denen Ebenen des Motorkennfeldes im Steuergerät hinterlegt sind. Dabei können über die anzusteuernden Positionen des vorzugsweise stufenlos verstellbaren Stellglieds, insbesonde­ re über Klappenstellungen des stufenlos verstellbaren Stell­ glieds, die den vorgegebenen Strömungswiderständen entspre­ chenden Signalwerte in das Steuergerät einprogrammiert wer­ den.

In einer besonders bevorzugten Variante sind drei Ebenen mit unterschiedlichen Werten im Steuergerät hinterlegt.

Dann entsprechen die erste, die zweite und die dritte Ebene einer Komfortbetriebs-Variante, einer Normalbetriebs-Variante und einer Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges.

Bei der Komfortbetriebs-Variante sind hohe Strömungswider­ stands-Werte eingestellt, was zur Folge hat, daß insbesondere die niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des Ab­ gas-Systems stark gedämpft werden. Das Kraftfahrzeug besitzt dann ein Abgas-System mit einem ruhigen, getragenen "Sound".

Bei der Normalbetriebs-Variante sind mittlere Strömungswider­ stands-Werte eingestellt. Dann werden insbesondere die nie­ derfrequenten Anteile des Abgasgeräusches weniger stark gedämpft. Das Kraftfahrzeug besitzt dann ein Abgas-System mit einem mittleren bzw. durchschnittlichen, an sich konventio­ nellen "Sound".

Bei der Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges sind niedrig eingestellte Strömungswiderstands-Werte maßgebend: Nicht nur die höherfrequenten, sonderen auch die tieffrequen­ ten Anteile des Abgasgeräusches werden nur vergleichsweise wenig gedämpft. Das Kraftfahrzeug besitzt dann ein Abgassy­ stem mit einem markanten, auffälligen, sportlichen "Sound".

Zur Optimierung der Klangcharakteristik kann das stufenlos verstellbare Stellglied über das Steuergerät mit dem Ansaug­ trakt des Kraftfahrzeugmotors gekoppelt sein.

Mit Vorzug ist das Stellglied in einem Schalldämpfer inte­ griert ausgebildet.

Das Stellglied kann aber auch in einer Strömungsverzweigung integriert ausgebildet sein.

Vorzugsweise weist das Stellglied einen Schließkörper auf, der bei Verstellung nachgeschaltete Abgasstränge bzw. Abgas­ trakte gleich oder unterschiedlich beaufschlagt.

Das Stellglied ist insbesondere pneumatisch oder elektrisch betätigt.

Die Erfindung schafft also ein System, das über den geregel­ ten Strömungswiderstand der Abgasanlage den Abgasgegendruck und das Geräuschverhalten beeinflußt. Der Strömungswiderstand kann durch ein spezielles Stellglied im System über die Pro­ grammierung des Motorsteuergeräts in jedem Betriebspunkt vor­ gegeben 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 er­ füllt werden. Ein bestimmter Klangcharakter ist gegebenen­ falls vorab vom Kraftfahrzeughersteller einstellbar.

Die Erfindung nutzt unter anderem die Erkenntnis aus, daß vielfach ein im Kraftfahrzeug ohnehin vorhandenes elektroni­ sches Steuergerät mit hinterlegtem Motorkennfeld, welches für jeden Betriebspunkt, d. h. für jeden Lastpunkt in Abhängig­ keit von der Motordrehzahl, zum Beispiel die Einspritzmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs festlegt, mit einfachen Mit­ teln, 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 de­ finiert. Dann kann über den geregelten Strömungswiderstand der Abgasanlage der Abgasgegendruck und damit das Geräusch­ verhalten beeinflußt und in einer oder mehreren Varianten ge­ zielt eingestellt werden. Die möglichen Varianten werden zu­ vor in das Steuergerät einprogrammiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Doppelschalldämpferanlage eines Kraftfahrzeuges schematisch in einer Draufsicht und teilweise im Schnitt im Bereich einer Rohrverzweigung mit einem Stellglied,

Fig. 2 die Rohrverzweigung mit Stellglied nach Fig. 1 in größerer Einzelheit,

Fig. 3 die Rohrverzweigung mit Stellglied nach Fig. 2 in einer schematischen Stirnansicht,

Fig. 4 ein bei der Erfindung verwendetes elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wege-Ventil in der einen Schalt­ stellung,

Fig. 5 das 3/2-Wege-Ventil nach Fig. 4 in der anderen Schaltstellung,

Fig. 6 eine schematische Blockdarstellung mit einem elek­ tronischen Steuergerät sowohl zur Ansteuerung eines Kraftfahrzeugmotors als auch zur Ansteuerung des Stellglieds nach den Fig. 1 bis 3, und

Fig. 7 drei im elektronischen Steuergerät nach Fig. 6 hin­ terlegte zusätzliche Ebenen eines Motorkennfelds des elektronischen Steuergeräts zur Ansteuerung des Stellglieds in drei unterschiedlichen Betriebsvari­ anten.

Gemäß Zeichnung ist ein Abgas-System 1 eines Kraftfahrzeuges in Form einer Doppelschalldämpferanlage vorgesehen, welche zwei Schalldämpfer 2, 3 aufweist.

Mit besonderer Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 umfaßt das Abgas-System 1 ein elektronischen Steuergerät 50 zur Ansteue­ rung eines Kraftfahrzeugmotors 51 mit Hilfe eines im Steuer­ gerät hinterlegten Motorkennfeldes K über eine Steuerleitung 52, wobei im Motorkennfeld K zusätzlich zur Motorenansteue­ rung drei Ebenen E, E' und E" definiert und hinterlegt sind, um ein Stellglied 4 des Abgas-Systems 1 über eine Steuerlei­ tung 53 zur Veränderung des Strömungswiderstands der Abgasanlage und damit Veränderung der Dämpfungscharak­ teristik anzusteuern.

Gemäß Fig. 7 sind jedem Betriebspunkt im Motorkennfeld K, d. h. jedem Lastpunkt L des Kraftfahrzeugmotors 51 in Abhän­ gigkeit seiner Drehzahl D, drei unterschiedliche, dem vorgegebenen Strömungswiderstand des durchströmenden Abgases ent­ sprechende Werte S₁ . . . . S_n; S₁'. . . S_n'; S₁". . . S_n" zugeordnet.

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.

Vor Inbetriebnahme werden in einer Grundeinstellung über die anzusteuernden Positionen des stufenlos verstellbaren Stell­ glieds 4, insbesondere über Klappenstellungen des stufenlos verstellbaren Stellglieds, die den exakt vorgegebenen Strö­ mungswiderständen entsprechenden Werte S₁ . . . . S_n; S₁'. . . S_n'; S₁". . . S_n" in das Steuergerät 50 einprogrammiert.

Nach Einprogrammierung in das Steuergerät 50 ist aus den drei Ebenen eine bestimmte Ebene E, E' oder E" des Motorkennfeldes K auswählbar, deren Werte S₁ . . . . S_n; S₁' . . . S_n' oder S₁" . . . S_n" dann Stell- bzw. Steuergröße des angesteuerten Stellgliedes 4 sind.

Die drei im Steuergerät hinterlegten Ebenen mit unterschied­ lichen Werten definieren eine Komfortbetriebs-Variante, eine Normalbetriebs-Variante und eine Leistungsbetriebs-Variante.

Die erste Ebene E entspricht der Komfortbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges, bei der eine starke Dämpfung der niederfre­ quenten Anteile des Betriebsgeräusches des Abgas-Systems er­ folgt.

Die zweite Ebene E' entspricht der Normalbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges, bei der eine mittlere Dämpfung der nie­ derfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des Abgas- Systems erfolgt.

Die dritte Ebene E" schließlich entspricht der Leistungsbe­ triebs-Variante des Kraftfahrzeuges, bei der eine geringe Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des Abgas-Systems erfolgt.

Zur Optimierung der Klangcharakteristik ist, wie das nachfol­ gend noch im einzelnen beschrieben wird, das stufenlos ver­ stellbare Stellglied 4 über das Steuergerät 50 mit dem An­ saugtrakt bzw. Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors 51 gekoppelt.

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 die­ sem Bauelement baulich vereinigt sein.

In der nachfolgenden Beschreibung wird das Stellglied 4 in einer besonderen Anordnung in der Strömungsverzweigung 5 ei­ ner Doppelschalldämpferanlage gemäß den Fig. 1 bis 3 be­ schrieben.

Das Stellglied 4 weist einen Schließkörper 14 auf, der bei Verstellung nachgeschaltete Abgasstränge bzw. Abgastrakte 9, 10 gleich beaufschlagt.

Das Stellglied 4 wird pneumatisch betätigt. Auch werden elek­ trische Schaltmittel gemäß den Fig. 4 und 5 eingesetzt.

Die das Stellglied 4 teilweise enthaltende Strömungsverzwei­ gung 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 Durchströ­ mungsquerschnitt D' des Eingangs 6 veränderbar. Die beiden Schalldämpfer 2, 3 sind gleich aufgebaut. Die Rohrleitungen besitzen einen gleichen Durchströmungsquerschnitt. Die Aus­ gänge 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.

Der zum Kraftfahrzeug gehörige Kraftfahrzeugmotor 51 ist ein leistungsstarker Antrieb. Er besitzt ein Saugrohr, das über eine Saug- bzw. Steuerleitung 20 mit einem separaten Betäti­ gungselement 16 des Stellgliedes 4 verbunden ist. In der Steuerleitung 20 befindet sich ein elektromagnetisch betätig­ bares 3/2-Wege-Ventil, wie es in den Fig. 4 und 5 darge­ stellt ist. Das 3/2-Wege-Ventil besitzt seinerseits eine elektrische Steuerleitung, die mit dem elektronischen Steuer­ gerät 50 des Kraftfahrzeugmotors 51 verbunden ist. Auf die Funktionsweise des 3/2-Wege-Ventils wird später noch einge­ gangen.

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 Abga­ ses gegen die Kraft der Druckfeder in eine den Eingang frei­ gebende Öffnungsstellung bewegbar.

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 Innendurch­ messer des Eingangs 5 frei bleibt. In der an sich geschlosse­ nen Schließstellung des Stellgliedes bleibt ein ringförmiger Durchströmungsraum für das Abgas im Bereich des ansonsten verschlossenen Eingangs 6 der Rohrverzweigung 5 in jedem Be­ triebsfall der Schalldämpferanlage offen.

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.

Die Endstellungen des Stellventils, d. h. die Schließstellung und die Öffnungsstellung, sind durch das separate Betäti­ gungselement 16 festgelegt, auf das noch eingegangen wird.

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 Stell­ glied 4 in seine Öffnungsstellung bewegt.

Das separate Betätigungselement 16 ist im besonderen eine Un­ terdruckdose, wobei die Niederdruckseite 18 einer Membran 19 in der Unterdruckdose über die Steuerleitung 20 mit einer Va­ kuumpumpe oder mit dem vorgenannten Saugrohr des Kraftfahr­ zeugmotors 51 verbunden ist, und es ist die versteifte plat­ tige kreisrunde Membranmitte mit dem freien Ende des Ven­ tilstößels 13 eines Tellerventils verbunden, welches dem Schließkörper 14 abgewandt ist.

Die Druckseite 17 auf der anderen Seite der Membran 19 der Unterdruckdose weist eine Gehäuse-Entlüftungsbohrung und mit­ hin Atmosphärendruck auf oder ist direkt der Atmosphäre aus­ gesetzt.

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 Membran­ mitte 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 Fig. 2 schlägt die Membranmitte 28 an einen abgestuften Axialanschlag des Gehäuse der Unterdruckdo­ se 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 Rohrverzwei­ gung hineinreicht und mit der Zwischenwand befestigt ist.

Das Stellglied 4 weist gemäß Fig. 2 einen Ventilstößel 13 auf, der abgedichtet und verschieblich durch einen Dichtungs­ stopfen 27 in der vorgenannten Zwischenwand 25 der Rohrver­ zweigung 5 zwischen den beiden Ausgängen 7, 8 längs der Axialachse 11 des Eingangs 6 nach außen bis zu dem die Druck­ feder enthaltenden Gehäuse der Unterdruckdose geführt ist, wobei der Ventilstößel 13 an der versteiften plattigen Mem­ branmitte 28 der Membran 19 auf der Druckseite der Unter­ druckdose befestigt ist.

Der Dichtungsstopfen 27 ist im hohlzylindrischen Gehäuseab­ schnitt 29 des Gehäuses der Unterdruckdose abgedichtet aufge­ nommen.

Das in der Steuerleitung 20 angeordnete elektromagnetisch be­ tätigbare Schaltventil 21 in Form eines 3/2-Wege-Ventils ge­ mäß den Fig. 4 und 5 besitzt einen ersten Anschluß 22 zum Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors 51, einen zweiten Anschluß 23 zur Niederdruckseite 18 der Unterdruckdose und einem drit­ ten 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 Fig. 4 gezeigt. Die zweite Ven­ tilstellung ist in Fig. 5 veranschaulicht.

Ersichtlich kann also bei der vorgenannten Unterdruckdose als aktives Betätigungselement der Unterdruck dem Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors 51 entnommen werden. Das vom Motormanage­ ment angesteuerte Magnet-Umschaltventil bewirkt, daß die Mem­ brandose mit Unterdruck (→ Ventil "AUF") oder mit Atmosphä­ rendruck (Entlüftung → Ventil "ZU") versorgt wird.

Claims (6)

1. Abgas-System (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem elek­ tronischen Steuergerät (50) zur Ansteuerung des Kraft­ fahrzeugmotors (51) mit Hilfe zumindest eines im Steuer­ gerät hinterlegten Motorkennfeldes (K) und mit einem Stellglied (4) zur Veränderung des Strömungswiderstands der Abgasanlage zwecks Veränderung der Dämpfungscharak­ teristik, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Betriebspunkt im Motorkennfeld (K) zumindest ein, einem exakt vorgegebenen Strömungswiderstand der Abgasanlage entsprechender Signalwert (S₁ . . . . S_n; S₁' . . . S_n'; S₁". . . S_n") zugeordnet ist, der als Steuersi­ gnal dem Stellglied in der Abgasanlage zugeführt wird, wobei die gleichen Strömungswiderständen entsprechenden Signalwerte in verschiedenen Ebenen (E, E', E") des Mo­ torkennfeldes (K) im Steuergerät (50) hinterlegt sind.

2. Abgas-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Ebenen mit unterschiedlichen Werten im Steuer­ gerät (50) hinterlegt sind, wobei

• - die erste Ebene (E) mit hohen Strömungswiderständen einer Komfortbetriebs-Variante des Kraftfahrzeuges ent­ spricht, bei der eine starke Dämpfung der niederfrequen­ ten Anteile des Betriebsgeräusches des Abgas-Systems er­ folgt,
• - die zweite Ebene (E') mit mittleren Strömungswider­ ständen einer Normalbetriebs-Variante des Kraftfahrzeu­ ges entspricht, bei der eine mittlere Dämpfung der nie­ derfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des Abgas- Systems erfolgt, und
• - die dritte Ebene (E") mit niedrigen Strömungswider­ ständen einer Leistungsbetriebs-Variante des Kraftfahr­ zeuges entspricht, bei der eine geringe Dämpfung der niederfrequenten Anteile des Betriebsgeräusches des Ab­ gas-Systems erfolgt.

3. Abgas-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (4) in einem Schalldämpfer (2, 3) in­ tegriert ausgebildet ist.

4. Abgas-System nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (4) in einer Strömungsverzweigung (5) integriert ausgebildet ist.

5. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (4) einen Schließkörper (14) auf­ weist, der bei Verstellung nachgeschaltete Abgasstränge bzw. Abgastrakte (9, 10) gleich oder unterschiedlich be­ aufschlagt.

6. Abgas-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (4) pneumatisch oder elektrisch betä­ tigt ist.