DE2712729A1

DE2712729A1 - Vorrichtung zur umlenkung eines abgasstromes

Info

Publication number: DE2712729A1
Application number: DE19772712729
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl Ing Geiger; Rudolf Ing Grad Krapf
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Volkswagen AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Volkswagen AG
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1978-09-28
Also published as: US4155338A

Description

Vorrichtung zur Umlenkung eines Abgasstromes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umlenkung eines durch ein Abgassammeirohr aus einer Brennkraftmaschine herausgeführten Abgasströmes in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine» wobei der Abgasstrom wahlweise einer über einen Abgasschalldämpfer in die Atmosphäre führenden Abgasleitung oder zunächst einem Wärmetauscher zur Vorwärmung der angesaugten Luft oder des Luft-Brennstoff-Gemisches und dann erst der Abgasleitung zuführbar ist.

Um insbesondere beim Kaltstart und in der Warmlaufphase von Brennkraftmaschinen das Laufverhalten und die Abgasqualität zu verbessern» ist es bekannt» die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft beziehungsweise das mit Brennstoff angereicherte Gemisch durch die aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgase vorzuwärmen. Ba jedoch eine derartige Saugrohrvorwärmung eine Verringerung des Füllungs-

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grades infolge der Vergrößerung des spezifischen Volumens der Füllung bewirkt, soll diese Vorwärmung im Vollastbereich, der Brennkraftmaschine zwecks Vermeidung von Leistungsverlusten unterbleiben.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, in der Abgasleitung eine Umlenkklappe anzuordnen, die den Abgasstrom nach Bedarf dem die Saugrohrvorwärmung besorgenden Wärmetauscher oder aber unter Umgehung des Wärmetauschers einem direkt in die Atmosphäre führenden Abgasschalldämpfer zuleitet. Schwierigkeiten entstehen bei einer derartigen Anordnung dadurch, daß das umzulenkende Abgas sehr hohe Temperaturen aufweist, aggressiv ist und außerdem noch eine Reihe von Verunreinigungen aus den Verbrennungsrückständen mitführt. Bas Material der Umlenkklappe muß diesen Belastungen standhalten können, weshalb ein aufwendiger und teurer Werkstoff verwendet werden muß.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Umlenkung des Abgasstromes der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der zuvor erwähnten Nachteile auch höchsten Temperaturbelastungen durch das aggressive Abgas schadlos standhält und dabei möglich»?; einfach und mit wenig Kostenaufwand herstellbar ist.

Bie Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch einen aus Keramik bestehenden, in einem Gehäuse drehbar gehaltenen Schieberkörper, der zwei parallele, durch einen Steg voneinander getrennte Gasführungskanäle aufweist, die in einer ersten Endstellung bei da das Abgassammelrohr mit der Abgasleitung verbinden und von denen in einer zweiten Endstellung der eine Gasführungskanal das Abgassammeirohr mit einer zu dem Wärmetauscher führenden Leitung und der zweite Gasführungskanal * eine von dem Wärmetauscher kommende Leitung mit der Abgasleitung verbindet. Durch die von der Erfindung vorgeschlagene Verwendung eines keramischen Materials für den Schieberkörper werden die aus der Tempe-

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raturbalastung durch das heiße Abgas entstehenden Probleme bei der Umlenkung des Abgases weitgehend vermieden, da bekanntlich keramische Materialien eine weit höhere Temperaturfestigkeit als metallische Werkstoffe aufweisen. Durch die Verwendung des keramischen Materials wird es auch möglich, zwei relativ dicht beieinanderliegende Gasführungskanäle, die lediglich durch einen relativ schmalen Steg voneinander getrennt sind, in dem Schieberkörper vorzusehen. Diese Konstruktion ermöglicht es, mit einem relativ kleinen Verdrehwinkel zur Umschaltung des Ventilkörpers auszukommen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 ein schematisches Schaltbild einer Brennkraftmaschine

mit der erfindungsgemäßen Umlenkvorrichtung und Figur 2 in vergrößertem Maßstab die erfindungsgemäße Umlenkvorrichtung in der ersten Betriebsstellung.

In doir Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Kraftfahrzeugmotor, bezeichnet, die über einen Lufttrichter 3 Luft ansaugt, der in einem Vergaser 2 Kraftstoff zugemischt wird. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt dann über ein Saugrohr 5 in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine, in denen es nach Verdichtung und Zündung mittels einer Zündkerze verbrennt. Die verbrannten Abgase werden dann Über Abgasstutzen 7 aus den einzelnen Zylindern abgeführt und nach Zusammenführung in einem gemeinsamen Abgassammeirohr 8 in Sichtung auf das Auspuffsystem weitergeleitet.

An das Abgassammeirohr θ ist eine Umlenkvorrichtung 9 angeschlossen, die das Abgassammeirohr θ entweder mit einer über einen hier nicht gezeigten Abgasschalldämpfer in die Atmosphäre führenden Abgasleitung 10 oder mit einer Leitung 11 verbindet, die zu einem Wärmetauscher 4 führt, in dem ein von Abgas beaufschlagtes Leitungssystem 6 mit dem Saugrohr 5 oder mit Teilen davon im direkten Wärmeaustausch steht. Von dem Wärmeaustauscher 4 führt eine zweite Leitung 12 zu der Umlenkvorrichtung 9 zurück.

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Die Umlenkvorrichtung 9 wird, wie in der Figur 2 ebenfalls in schematischer Darstellungsweise gezeigt ist, im wesentlichen durch einen zylindrischen Scliieberkörper 13 gebildet, der in einem Gehäuse 17 drehbar gelagert ist und der zwei durch eine stegartige Viand 16 getrennte, parallele Gasführungskanale 14 und 15 aufweist. Der Schieberkörper 13 soll gemäß der Erfindung aus einem keramischen Material bestehen, da3 den hohen thermischen Beanspruchungen durch das heiße Abgas standhält. Solche keramischen Werkstoffe, beispielsweise Aluminiumoxid,Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid, sind an sich bekannt, wobei letztere häufiger auch zur Verwendung als gasführende Teile bei Gasturbinen empfohlen werden.

In der in der Figur· 2 gezeigten Stellung verbinden die beiden Gasführungskanäle 14» 15 das Abgassammeirohr 8 mit der zu dem Abgasschalldämpfer führenden Abgasleitung 10, während die Umlenkvorrichtung 9 in der Figur 1 in einer demgegenüber um 45 verdrehten Stellung steht, in der der Gas führungskanal I4 das Abgas sammelr ohr 8 mit der zu dem Wärmetauscher 4 führenden Leitung und der Gas führungskanal 15 die von dem Wärmetauscher 4 kommende Leitung 12 mit der zu deia Abgasschalldämpfer führenden Abgasleitung 10 verbindet.

Die Steuerung oder eine Regelung der Umlenkvorrichtung 9 kann ganz allgemein in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgen, vorzugsweise soll sie aber derart gestaltet sein, daß bei niedrigen Saugrohrtemperaturen 9 und solange keine Vollast von der Brennkraftmaschine verlangt wird, das die Brennkraftmaschine verlassende Abgas zur Vorwärmung des durch das Saugrohr 5 strömenden Brennstoff-Luft-Gemisches herangezogen wird. In diesem Betriebszustand nimmt die Umlenkvorrichtung 9 also die in der Figur 1 angedeutete Position ein. Überschreitet dagegen die Temperatur der Ansaugluft beziehungsweise des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine vorgegebene Temperaturgrenze, dann wird der Schieberkörper I3 der Umlenkvorrichtung 9 in die in der Figur 2 gezeigte Position verdreht, in der das Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers 4 direkt in den Abgasschalldämpfer und die Atmosphäre abgeleitet wird. Die gleiche Stellung soll die Umlenkvorrichtung 9 einnehmen, wenn von der Brennkraftmaschine 1 die

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▼olle Leistung oder nahezu Vollast verlangt wird. In diesem Fall wird zugunsten einer hohen Leistung auf die Vorteile der Gemischvorwärmung verzichtet. Dazu kann ein thermostatischer Antrieb vorgesehen sein, der von der Gemischtemperatur im Saugrohr gesteuert wird. Diesem thermostatischen Antrieb überlagert wird ein zweiter Antrieb, der beispielsweise fahrpedalabhängig verstellbar ist und der bei Vollast oder bei einer vollastnahen Stellung die Umlenkvorrichtung in die in der Figur 2 gezeigte Stellung verstellt.

Die Steuerung oder Regelung der Umlenkvorrichtung 9 kann aber auch z. B. in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, von der Drosselklappenstellung, vom Luftduschsatz, vom Saugrohrunterdruck oder einfach zeitabhängig erfolgen· Dabei wird eine Umschaltung vorgenommen, sobald ein bestimmter vorgegebener Grenzwert der Steuergröße überschritten ist. Als Antriebe könnten beispielsweise dabei Wachs- oder Gasthermostaten, Bimetalle, elektromotorische oder elektromagnetische sowie Servo-Unterdruck-Antriebe vorgesehen sein.

Die Herstellung des Schieberkörpers 13 der Umlenkvorrichtung 9 aus eine ja keramischen Material ermöglicht es, die Umlenkvorrichtung ohne Schwierigkeiten direkt und relativ nahe an der Brennkraftmaschine in den Abgasstrom zu setzen. Außerdem wird es dadurch möglich, die beiden Gasführungskanäle 14 und 15 relativ eng nebeneinander anzuordnen und durch eine relativ schmale stegartige Wand 16 voneinander zu trennen. Bei Verwendung eines metallischen Werkstoffes würde eine solche schmale Wand den hohen thermischen Belastungen niemals standhalten. Diese Konstruktion ermöglicht es andererseits, mit einem relativ geringen Verstellwinkel von nur circa 45 für die Umschaltung des Schiebers von der ersten in die zweite Endstellung auszukommen. Jedoch ist es auch möglich, jede beliebige Zwischenstellung einzustellen.

Der Schieberkörper 13 braucht in dem Gehäuse 17 nicht besonders dicht geführt sein, da kleinere Leckmengen keine wesentliche Beeinträchtigung des Betriebe der Brennkraftmaschine bringen und ohne weiteres hingenommen werden können.

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Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der erfindungsgsmäßen Umlenkvorrichtung dadurch,daß sich infolge der konstruktiven Gestaltung in einer Umlenkstellung selbsttätig ein Druckausgleich im System einstellt, so daß die zur Verstellung erforderlichen Betätigungskräfte relativ gering bleiben können. Auch steht in der in der Figur 2 dargestellten Durchgangsstellung am Schieberkörper nahezu der volle Durchtrittsquerschnitt zur Verfügung, so daß kein Abgasrückstau auftritt und daher die Leistungseinbußen relativ gering bleiben.

Zweckmäßig ist es zudem, wenn nicht nur der dem Abgasstrom unmittelbar ausgesetzte Schieberkörper 13» sondern auch die in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Lagerzapfen des Schieberkörpers sowie die die Lagerzapfen aufnehmenden Lagerbuchsen des Gehäuses aus einem temperatur- und korrosionsbeständigen Material, beispielsweise aus Keramik, ausgeführt sind.

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Claims

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ANSPRÜCHE

Μ. j Vorrichtung zur Umlenkung eines durch ein Abgassammelrohr aus ^-^ einer Brennkraftmaschine austretenden Abgasstromes in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei der Abgasstrom wahlweise einer über einen Abgasschalldämpfer in die Atmosphäre führenden Abgasleitung oder zunächst einem Wärmetauscher zur Vorwärmung der angesaugten Luft oder des Luft-Brennstoff-Gemisches und dann erst der Abgasleitung zuführbar ist, gekennzeichnet durch einen aus Keramik bestehenden, in einem Gehäuse (17) drehbar gehaltenen Schieberkörper (13)» der zwei parallele, durch eine stegartige Wand (16) voneinander getrennte Gasführungskanäle (14» 13) aufweist, die in einer ersten Endstellung beide das Abgassammeirohr (8) mit der Abgasleitung (1O) verbinden und von denen in einer zweiten Endstellung der eine (14) das AbgassammeIrohr mit einer zu dem Wärmetauscher (4) führenden Leitung (11) und der zweite (15) eine von dem Wärmetauscher kommende Leitung (12) mit dnir Abgasleitung verbindet.

2. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schieberkörper (13) aufnehmende Gehäuse (17) vier im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Schieberkörpers gerichtete Anschlüsse für das Abgassammeirohr (8), die Abgasleitung (10), und die Leitungen (11* 12) zum und vom Wärmetauscher (4) aufweist.

3* Umlenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Anschlüsse im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und daß die Anschlüsse für das Abgassammeirohr (8) und die Abgasleitung (10) sowie für die Leitungen (11, 12) von und zum Wärmetauscher (4) jeweils einander gegenüberliegen.

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4. Umlenkvorrichtung nach einem dar Ansprüche 1 bi3 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden End3tellungen des Schiebarkörpers (13) in» wesentlichen um 45 gegeneinander verdreht sind.

5· Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß sur Verstellung des Schieberkörpers (13) ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine gesteuerter oder geregelter Antrieb vorgesehen ist.

6. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Schieberkörpers (13) ein in Abhängigkeit von der Temperatur der angesaugten Luft oder des Luft-Brennstoff-Ge-» mische3 gesteuerter "Antrieb vorgesehen ist.

7* Umlenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet» UaB ein fhenaostat-Antrieb vorgesehen ist.

8. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daS dem temperaturgesteuerten Antrieb ein in Abhängigkeit von der leistung der Brennkraftmaschine gesteuerter Antrieb la der Weisa überlagert iat, daS der Sshieberkörper (1?) in die zweite Endstellung verstellt wird, wenn die Ansaagtemperatur unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, und in die erste Endstellung verstellt wird, wenn die Ansaugtemperatur über dem vorgegebenen Grenzwert liegt oder die Leistung der Brennkraftmaschine im wesentlichen nahe des Vollastpunkt liegt,

9* UmlenKvorrichtiäng nach Anspruch 1-4* dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen des Schieberkörpers (13) und die Lagerbüchsen des Gehäuses (17) a^s einem temperatur- und korrosionsbeständigen Material, z.B. Keramik, ausgeführt sind.

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