消声器
技术领域
本发明涉及一种用于尤其是汽车的内燃机的排气系统的消声器。
背景技术
这类消声器通常包括壳体,该壳体具有至少一个排气入口和至少一个排气出口,它们在被壳体包围的壳体内部中彼此流体连接。一般为圆柱形的壳体在其轴向端部上分别具有一个端板,所述端板沿轴向限定壳体内部。另外设有沿环周方向环绕的周面,该周面沿径向限定壳体内部。另外可在壳体内部中设置至少一个在排气系统运行时被排放气体穿流的室,该室在其轴向端部上分别由一个中间板沿轴向限定,所述中间板与两个端板沿轴向间隔开。这种室例如可以是反射室,在其中可通过反射作用阻尼在预定频率范围内的干扰噪声。术语“轴向”、“径向”和“环周方向”涉及壳体的纵向中轴线。
消声器可在内燃机的排气系统中被设计为前端消声器或中间消声器或末端消声器。在末端消声器上通常在出口侧直接连接有排气系统的所谓的尾管。在车辆应用中,尾管通常位于车辆尾部。另外,出于结构空间的原因,适宜将这种末端消声器横向设置在车辆尾部上,即消声器的纵向中轴线基本上横向于车辆纵轴线延伸。在此可出现这样的安装情况,即,在消声器的壳体与车辆的热敏感元件之间仅存在较小的距离。在此已表明,尤其是在被排放气体穿流的室中由周面发出高的热辐射,该热辐射可导致壳体周围的热敏感元件损坏。另外已观察到,尤其是在中间板位于周面上的支撑区域中可出现壳体变色。但尤其是在可见设置的壳体中不希望壳体的这种变色。为了避免这种向消声器周围的热辐射并且为了降低壳体变色的危险,原则上可将周面构造成双层壁,从而在周面的内壁和外壁之间形成空隙,可用适合的隔热的隔离材料填充该空隙。但为壳体设置这种隔热的双层壁的周面相对昂贵。
发明内容
本发明所要解决的任务在于,为开头所提类型的消声器提出一种改进的实施方式,其优点尤其在于,在低成本的结构中减少向周围的不希望的热辐射并且降低变色危险。
本发明基于下述基本思想:在壳体内部中在被排放气体穿流的室区域中设置隔离罩,而且使得配置给该室的中间板在隔离罩的区域中不再支撑在周面上,而是沿径向支撑在所述隔离罩上,该隔离罩本身沿径向支撑在周面上。另外,隔离罩这样沿径向支撑在周面上,使得在该支撑部之外在周面和隔离罩之间沿径向形成隔离间隙。通过这种结构方式,在隔离罩的区域中避免了中间壁与周面之间的直接接触,因为中间壁支撑在隔离罩上。由于隔离罩本身支撑在周面上,因此中间壁在隔离罩的区域中仅间接支撑在周面上、即通过隔离罩间接支撑在周面上。本发明在此利用下述认知:排放气体在穿流室时主要加热中间板,中间板通过其外侧的板边缘将热量传递到相应的径向支撑位置上。由于中间板支撑在隔离罩上,所以热传递首先进入隔离罩,因此在隔离罩的区域中显著降低了周面的直接热负荷。周面本身在隔离罩的区域中也不再直接承受热的排放气体,因此在隔离罩的区域中也降低了周面的与此有关的热负荷。已表明,通过设置这种隔离罩,可在室区域中显著降低周面上的温度,从而一方面降低了周面变色的危险并且另一方面也减小了向周围的热辐射。
具体而言,本发明提出:两个中间板分别以径向外侧的板边缘沿径向支撑在隔离罩的板支撑区域上,而隔离罩本身以罩边缘沿径向支撑在周面上。另外,沿径向在周面和隔离罩之间设有隔离间隙,该隔离间隙至少沿轴向由罩边缘限定。罩边缘本身可优选在相应板支撑区域之外支撑在周面上,因而周面支撑区域沿轴向与板支撑区域错开地设置。尤其是周面支撑区域在此也沿轴向与室错开、即关于中间板向相应端板的方向错开。由此尤其是,相应的周面支撑区域错开到相邻的室中,该室可在壳体内部中沿轴向与被排放气体穿流的室错开。在此特别优选这样的方案,即,相应沿轴向与被穿流的室相邻的室在排气系统运行时不被排放气体穿流。这种不被穿流的室例如是吸收室或亥姆霍兹谐振器的谐振室。
术语“轴向”、“径向”和“环周方向”在当前情况下涉及壳体的纵向中轴线,所述壳体尤其是可构造成圆柱形或方形的。
消声器优选是末端消声器。清楚的是,原则上也可想到作为前端消声器或中间消声器的方案。消声器可以以卷绕结构、壳式结构或管式结构的方式来制造。消声器可设计用于横向安装,因而相应的排气入口沿径向设置、即设置在周面上,而相应的排气出口沿轴向设置、即设置在端板之一上。
根据一种有利的实施方式,隔离罩可以与两个端板沿轴向间隔开。因此隔离罩完全在壳体内延伸。同时也由此简化了在端板和周面之间的密封连接。
原则上,隔离罩可沿环周方向360°地延伸、即完全闭合地延伸。但优选这样的实施方式,即,隔离罩沿环周方向小于360°地延伸。优选地,隔离罩沿环周方向最大180°或最大120°或最大90°地延伸。这种实施方式基于下述考虑:为了保护设置在消声器附近的组件以防止过热,仅在与所述组件相邻的环周区段中减小周面的热辐射就足够了。由此可在其余环周中有较高的热辐射,从而可降低壳体的受热。当隔离罩沿环周方向不完全闭合时,隔离间隙可沿环周方向具有敞开的端部或闭合的端部。闭合的端部例如可以下述方式实现:隔离罩在其环周端部的区域中通过罩边缘沿径向支撑在周面上,由此隔离间隙也可沿环周方向通过罩边缘限定。
根据一种有利的扩展方案可规定,两个中间板以其相应的板边缘在罩区段中沿径向支撑在内罩上并且在周面区段中沿径向直接支撑在周面上。因此,隔离罩在结构上这样集成到壳体的结构中,使得在希望热隔离的环周区段中中间板支撑在隔离罩上,而在其余的环周区段中隔离罩则支撑在周面上。由于借助隔离罩热保护周面的仅一个局部区域并且尤其是周面的仅一个环周区段,因此根据本发明的消声器可相对低成本地实现。另外隔离罩的集成仅与相对小的重量增加相关联。
根据另一种有利的扩展方案,相应的中间板在罩区段和周面区段之间的至少一个过渡部的区域中具有至少一个台阶,罩区段在该台阶中横向穿过相应的中间板。由此隔离罩在周面上的支撑部在相应的中间板的区域中也可无中断地实现。尤其是由此可使隔离间隙相对于壳体的其余内部空间充分密封地分离。
在另一种扩展方案中,罩边缘可在至少一个这种中间板的区域中具有至少一个中断部,相应的中间板在该中断部中延伸直至周面并且在周面区段中以板边缘沿径向支撑在周面上。在该变型方案中,在罩边缘的区域中允许隔离罩和周面之间的支撑部的中断,以便在罩区段和周面区段之间的过渡部的区域中改善中间板在周面和/或隔离罩上的支撑。
根据另一种有利的实施方式,罩边缘可具有两个沿环周方向延伸的环周区段和两个沿轴向延伸的轴向区段,所述轴向区段将两个环周区段彼此连接。尤其是可由此实现:在隔离罩上的罩边缘构造成闭合环绕的。在闭合环绕的罩边缘中,隔离间隙相对于壳体的其余内部空间或多或少地封装。
在另一种有利的实施方式中,罩边缘可在轮廓中这样成形,使得在罩边缘和周面之间形成线状接触部。罩边缘在轮廓中尤其是可构造成U形或S形的,以便产生这种线状接触。当轮廓在相应横截面中朝向周面凸起地弯曲而周面则是平面或直线的时,形成这种线状接触部。因此在横截面中产生点状接触部,其沿罩边缘在罩边缘和周面之间形成所希望的线状接触部。这种线状接触部减少隔离罩与周面之间的热传递,从而减少过热连同周面变色或类似情况的危险。
在另一种有利的实施方式中,被排放气体穿流的室可构造为反射室或膨胀室,在排气系统运行时排放气体通过输入管进入室中并且在排气系统运行时排放气体通过排出管离开室,在该室中所述输入管具有敞开的出口端并且所述排出管具有敞开的入口端。所述室也可构造为组合的反射室和膨胀室。这种反射室和/或膨胀室的边界壁可在排气系统运行时承受高的热负荷,这通过以热的排放气体直接加载边界壁进行。通过在反射室和/或膨胀室的区域中集成隔离罩,隔离罩构成至少一部分这种边界,从而在隔离罩的区域中降低周面的热负荷。
在另一种实施方式中,排气入口可穿过周面通入室中。通过这种方式所述室承受特别高的热负荷。
根据一种扩展方案,穿过周面通入室中的排气入口可与隔离罩基本上相对置地设置。尤其是,隔离罩与排气入口基本上在直径上相对设置。优选排气入口这样连接到周面上,使得排放气体在排气系统运行时通过排气入口流入室中的流入方向对准隔离罩,以致进入室的排放气体流至少大部分碰撞到隔离罩上。由此隔离罩的热保护效果具有特别高的效率。
根据另一种有利的扩展方案可规定,排气入口在中间板的周面区段的区域中贯穿周面。在该实施方式中一方面规定,隔离罩沿环周方向不完全、即小于360°地延伸。另一方面在此规定,周面在其剩余的环周区段中、即沿环周方向与隔离罩间隔开地连接到周面上。由此简化排气入口与壳体的连接。
原则上隔离间隙无需专门的填充物,即隔离间隙可被填充空气和/或排放气体。由此隔离间隙基本上用作气隙隔离部。原则上也可想到对隔离间隙抽真空。为此罩边缘构造成闭合环绕的并且与周面密封连接、尤其是与之钎焊和/或焊接。基于隔离间隙内的真空而显著降低其中的热传递。
在另一种实施方式中,可在隔离间隙中设置隔离材料。与对隔离间隙抽真空相比,使用隔离材料成本相对低廉。适合的隔离材料例如是纤维材料。尤其是可规定,用隔离材料基本上填满隔离间隙,由此优化隔离效果。
在另一种扩展方案中,可在隔离罩上伸出多个固定区段,所述固定区段嵌入隔离材料中且在此不接触周面。借助固定区段可固定隔离材料在隔离间隙中的相对位置。伸出的固定区段在此集成地成形于隔离罩上。为此沿固定区段的一部分环周从隔离罩的其余主体切断固定区段并且在剩余的环周区段的区域中使固定区段相对于隔离罩的其余主体弯曲,以致固定区段伸入隔离间隙中。因此用于固定隔离材料的固定区段可特别简单且低成本地在隔离罩上制出。
在另一种实施方式中,中间板可与隔离罩焊接,而隔离罩松动地支撑在周面上。由此尤其是可为消声器实现管式结构,在其中包括中间板和隔离罩的功能插入件沿轴向被插入成形为管的周面中。
当然,本发明的上述特征不仅可在所说明的组合中,而且也可在其它组合中或单独被使用,而不背离本发明的范畴。
附图说明
在附图中示出并且在下述说明中详细说明本发明的优选实施例,在此相同的附图标记涉及相同或相似的或功能相同的构件。附图如下:
图1为消声器的极为简化的纵剖面图;
图2为消声器的根据图1中剖切线II的极为简化的横截面图;
图3为图2中III处的放大细节图;
图4为消声器的隔离罩的径向视图。
具体实施方式
根据图1和2,消声器1包括壳体2,该壳体包围壳体内部3并且具有至少一个排气入口4以及至少一个排气出口5。通过排气入口4在这里未示出的、集成有消声器1的排气系统运行时或在这里未示出的、装配有该排气系统的内燃机运行时排放气体根据箭头6被送入壳体内部3中。而通过排气出口5在排气系统运行时或在内燃机运行时排放气体根据箭头7被排出壳体内部3。为此排气入口4和排气出口5在壳体内部3彼此流体连接。
消声器1在图1和2的示例中构造为末端消声器。在此情况下连接到排气出口5上的排气管构造为尾管8,在排气系统或内燃机运行时排放气体从该尾管进入环境9中。在所示示例中,消声器1横向装入车辆中,在图1和2中仅可看到车辆尾侧的挡板10,该挡板也可称为后防护板10。在横向安装的消声器1中,消声器1的纵向中轴线11横向地、即基本上垂直于车辆的纵向方向12延伸,该纵向方向在图1和2中通过双向箭头表示。另外消声器1的纵向中轴线11通常大致水平延伸。
在图1和2所示的安装情况下,消声器1相对靠近后挡板10地设置,尤其是在区域13中在壳体2和后挡板10之间存在较小的距离。由此,后挡板10在排气系统运行时、即在内燃机运行时由于从壳体2发出的热量而承受热负荷。
壳体2在其轴向端部上分别具有端板14、15,所述端板沿轴向限定壳体内部3。壳体2还具有周面16,该周面沿壳体2的环周方向17环绕地设置。环周方向17在图2中通过双向箭头表示。周面16构成壳体内部3的径向边界。
尤其是由图1可见,在壳体内部3中设有至少一个室18,该室在排气系统运行时被排放气体穿流,这通过流动箭头19示出。室18在其轴向端部上分别由一个中间板20、21沿轴向限定。两个中间板20、21在本示例中附加于端板14、15设置。另外,两个中间板20、21与两个端板14、15沿轴向间隔开。由此,在壳体内部3中在设置在图1下方的端板14和相邻的中间板21之间形成另一室22,该室在下面称为吸收室22。在设置在图1上方的另一底板15和与其相邻的中间板20之间也形成另一室23,该室在下面称为谐振室23。吸收室22可选择地填充有吸收材料24,其用于吸收声波。排出管25无中断地穿过吸收室22,该排出管具有设置在室18中的、敞开的入口端26。排出管25在出口侧通入排气出口5,该排出管通过该排气出口与尾管8流体连接。在吸收室22内排出管25具有穿孔27,声波可穿过所述穿孔进入吸收室22。排放气体在此不穿流吸收室22。
谐振室23通过连接管28流体连接到室18上。由于谐振室23通常封闭,因此该谐振室在排气系统运行时也不被排放气体穿流。
连接管28和谐振室23构成亥姆霍兹谐振器。可被排放气体穿流的室18本身用作反射室或膨胀室,其也具有吸音作用。
消声器1在其壳体内部3中还具有至少一个隔离罩29,该隔离罩设置在可穿流的室18的区域中并且在此沿着周面16沿环周方向17延伸。两个沿轴向限定所述室18的中间板20、21以径向外侧的板边缘30或31沿径向支撑在隔离罩29上。隔离罩29的相应的板支撑区域在图1中分别通过大括号表示并且用附图标记32标出。隔离罩29本身借助外侧的罩边缘33沿径向支撑在周面16上。相应的周面支撑区域在图1中分别通过大括号表示并且用附图标记34标出。另外,这样成形或设置隔离罩29,使得沿径向在周面16和隔离罩29之间设有隔离间隙35。该隔离间隙35至少沿壳体2的轴向方向36由罩边缘33限定。轴向方向36平行于纵向中轴线11延伸并且在图1中通过双向箭头表示。
由图1可见,罩边缘33至少在环周区段41的区域中沿轴向与中间板20、21并且因此沿轴向与板支撑区域32间隔开,因此周面支撑区域34也沿轴向与板支撑区域32间隔开。
隔离罩29小于周面16。隔离罩29沿轴向方向36比周面16短。在本示例中,隔离罩29与两个端板14、15沿轴向间隔开。另外隔离罩29在所示的优选示例中沿环周方向17的尺寸也小于周面16,从而隔离罩29并非在壳体2的整个环周上延伸,而是小于360°地延伸。如图2可见,隔离罩29沿环周方向17例如小于120°地延伸。由此两个中间板20、21可以其各自的板边缘30、31在配置给隔离罩29的罩区段35中沿径向支撑在隔离罩29上并且在周面区段36中沿径向直接支撑在周面16上。因此在相应的中间板20、21中相应的板边缘30、31由罩区段35和周面区段36构成。
在罩区段35和周面区段36之间的过渡部37的区域中,相应的中间板20、21可具有台阶38。在该台阶38的区域中罩边缘33沿轴向穿过相应中间板20、21。这种台阶38在图1中借助虚线在下部的中间板21上示出。在图2和3中可看到台阶38。在此,在图2左下方可见的过渡部37在图3中放大示出。由于在该结构方式中罩边缘33可在台阶38的区域中横向穿过相应的中间板20、21,所以罩边缘33可闭合环绕地支撑在周面16上。由此产生闭合环绕的接触部,该接触部在图1中通过虚线示出并且用附图标记39标出。
过渡部37的一种替代方案在图1中在上部的中间板20中借助虚线示出。在此情况下,罩边缘33在中间板20的区域中具有中断部40。在该中断部40中中间板20可以其周面区段36延伸直至周面16,从而中间板20也在罩边缘33的区域中沿径向支撑在周面16上。清楚的是,原则上也可实现混合的结构方式,从而可在同一中间板20、21中不同地构造两个过渡部37或在两个中间板20、21中不同地构造过渡部37。
当隔离罩29沿环周方向17延伸小于360°时,适宜的是,隔离间隙35沿环周方向17也通过相应成形的罩边缘33限定。为此罩边缘33根据图1具有两个沿环周方向17延伸的环周区段41和两个沿轴向延伸的轴向区段42。适宜的是,两个轴向区段42连接两个环周区段41,因此在隔离罩29上的罩边缘33闭合环绕。在图1中只能看到一个这种轴向区段42。而在图2中可看到两个轴向区段42。
尤其是由图3可见,罩边缘33在横截面中具有这样成形的轮廓,即,在罩边缘33和周面16之间的接触部39在轮廓中是点状的,而该接触部沿罩边缘33根据图1是线状的。
根据图1,可穿流的室18如上所述构造为反射室和/或膨胀室。在此情况下设置输入管43,在排气系统运行时排放气体通过该输入管进入室18中并且该输入管具有敞开的出口端44。另外,设置排出管25,在排气系统运行时排放气体通过该排出管离开室18并且该排出管具有敞开的入口端26。在本示例中,输入管43由排气入口4构成,因而排气入口4在此通入室18中。另外,排气入口4在此穿过周面16通入室18中。另外在此规定,排气入口4关于隔离罩29在周面16的相对置的一侧上通入室18。优选地,排气入口4这样对准室18,使得产生一个流入方向45,排放气体在排气系统运行时以该流入方向流入室18中并且该流入方向指向隔离罩29。另外在图2中通过点划线46示出排气入口4与隔离罩29对准定向,该点划线构成流入方向45的方向箭头的延长线并且其指向隔离罩29。
另外可由图2看出,排气入口4沿环周方向17在隔离罩29之外连接到周面16上。对于中间板20、21,这意味着排气入口4在周面区段36的区域中连接到周面16上。
由图2和3可见,可在隔离间隙35中设置隔离材料47。隔离材料47在此可构造成由适合的热隔离材料制成的垫的形式。隔离材料47具有热隔离作用并且因此减少隔离罩29和周面16之间的热传递。
适宜的是,隔离材料47固定在隔离罩29上。根据图3和4,为了在隔离间隙35内固定隔离材料47,可以规定:在隔离罩29上伸出固定区段48,所述固定区段嵌入隔离材料47中。另外这样确定固定区段48的尺寸,使得该固定区段在此不接触周面16。通过伸出的固定区段48,隔离罩29获得与其互补的缺口49,所述缺口通过伸出固定区段48而产生。在本示例中,固定区段48设有三角形的几何形状。为了制出固定区段48,切断三角形的两条边并且使被切边的固定区段48随后围绕第三条边弯曲。固定区段48芯状地嵌入隔离材料47中,由此充分使隔离材料位置固定。
由图1可见,端板14、15适宜分别具有一个环绕的板边缘50,端板14、15通过该板边缘沿径向支撑在周面16上。但与中间板20、21不同,在端板14、15中板边缘50沿环周方向17闭合环绕地支撑在周面16上。
为了实现一种低成本的实施方式,周面16本身构造成单层壁。仅在隔离罩29的区域中与隔离罩29结合而形成用于周面16的局部受限的双层壁。
适宜的是,隔离罩29由钢板、优选由优质钢板制成。
为了简化安装,至少隔离罩29和两个中间板20、21可组合成消声器插入件或功能插入件。为此中间板20、21沿相应的罩区段30、31与隔离罩29焊接。在将该消声器插入件插入到周面16中后(这原则上可沿轴向进行),可沿中间板20、21的周面区段36将中间板与周面16焊接。也可在罩边缘33和周面16之间设置焊接连接部。所述焊接连接部可由焊缝或焊点构成。