CN110905638A - 用于机动车的排气系的消声器和具有消声器的机动车辆 - Google Patents

用于机动车的排气系的消声器和具有消声器的机动车辆 Download PDF

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Abstract

一种用于机动车的排气系的消声器(10)，其具有外壳(12)、消声器腔室(16)以及废气所流经的过滤器单体(38)，该外壳具有用于废气(32)的至少一个进气口(22)和至少一个排气口(26)，该过滤器单体由消声器腔室(16)沿周缘包围。本发明还涉及一种具有至少一个消声器(10)的机动车。

Description

用于机动车的排气系的消声器和具有消声器的机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的排气系的消声器和具有至少一个消声器的机动车。
背景技术
在机动车的排气系中，对从内燃机中导出的燃烧气体进行处理，以便降低排放。在此，有害物质借助颗粒过滤器和催化器以化学、催化和/或机械的方式从废气中提取或转化成其它物质。
此外，已知在排气系中使用消声器以降低声音排放。已知具有不同作用原理的呈不同实施形式的消声器，例如呈反射消声器、吸收消声器或共振消声器的形式。
在汽车领域中，人们始终致力于改进机动车在所有方面中的效率，尤其是通过减重和结构空间优化来进行改进。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于机动车的排气系的消声器，该消声器导致排气系更紧凑的结构。
为了实现该目的，提出了一种用于机动车的排气系的消声器。在此，消声器包括外壳、消声器室和排气流经的过滤器单体(Filtermonolithen,过滤器孔芯)，特别是催化器或颗粒过滤器(DPF、GPF)的过滤器单体，该外壳具有用于排气的至少一个进气口和至少一个排气口。在这种情况下，过滤器单体由消声器腔室周围地(沿周向)环绕，由此该过滤器单体至少部分地布置在消声器腔室内。以此方式，过滤器单体是消声器的一部分，其中，围绕过滤器单体的结构空间至少部分地为消声器的消声器腔室而设。通过这种相互嵌套(互连)的构造方式，可以借助根据本发明的消声器来减小排气系所需的结构空间。
根据一实施形式，过滤器单体完全布置在消声器腔室内，由此消声器以及因此排气系可特别紧凑地构造。
可以规定，消声器包括具有进气口的上游端壁和具有排气口的下游端壁以及从上游端壁延伸到下游端壁并连接它们的外罩套。这种多部件式结构具有的优点是，消声器可以成本低廉地制造。
在此，消声器腔室一方面可由上游端壁和/或下游端壁形成边界，并且另一方面可由外罩套形成边界，从而消声器腔室的尺寸可以通过选择对应地定尺寸设计的端壁和/或对应地定尺寸设计的外罩套以简单的方式与不同的要求相适应，例如与不同尺寸的过滤器单体相适应。
为了以限定的方式引导废气通过消声器，有利的是，设置至少从进气口延伸到壳体内部中的第一排气管路和/或从单体至少部分地(即、分部段地)延伸到排气口的第二排气管路，第一排气管路和第二排气管路优选地延伸穿过分配给它们的端壁。
根据另一实施形式，消声器腔室分为多个消声器子腔室，其中，第二排气管路延伸通过多个消声器子腔室，并且特别是部分地被中断。以此方式，消声器子腔室能以合适的方式与在运行中流动通过排气管路的废气耦合(连通)，以便确保特别良好地减少声音排放。
可规定，第二排气管路经由孔朝向消声器腔室敞开，由此可确保在运行中流动通过排气管路的废气与消声器腔室良好的耦合(连通)，并且由此可确保良好的消声。
在一个实施形式中，过滤器单体在周缘侧(周向侧)和端面侧被单体壳体包围，并且被安置在该单体壳体中。进气口在该情况下直接与单体壳体的内部在流动方面耦接(流动联接/连通)，使得废气在到达消声器腔室之前首先流入单体壳体中。这意味着流入消声器中的废气首先被引导通过过滤器载单体，然后才与消声器腔室耦合/连通。由此，声排放的减少主要发生在清洁的废气已离开过滤器单体之后，由此废气对消声器具有较小的负面影响(例如，沉积物)。
在此，第二排气管路可从单体壳体出发，并且设置成以限定的短路径将废气从单体壳体引导到排气口。
有利的是，单体壳体具有上游锥形端壁和下游锥形端壁，其中，第二排气管路从下游锥形端壁出发，并且下游锥形端壁具有通入消声器腔室中并远离第二排气管路的附加的开口。单体壳体确保了单体完全被保持在消声器中，并且废气基本上完全被引导通过过滤器单体料，并且因此被过滤或被处理，而排气管路中的附加开口确保了废气与消声器腔室的限定的耦合(连通)，并且由此确保了良好的消声。
在另一实施形式中，消声器腔室由穿孔的、径向的、至少一个间隔壁分成消声器子腔室，消声器子腔室尤其作为共振腔室起作用。由此，消声器的特性可更以灵活地与其要求、尤其是与消声相关地协调/调整。
在此可规定，至少一个间隔壁或多个间隔壁中的一个间隔壁径向在外紧固在外壳的外罩套处并且径向在内紧固在单体壳体处，特别是在单体壳体的外罩壳处或在单体壳体的排气侧的圆锥形的端壁处，或紧固在从单体壳体出发并且将气体从单体壳体引导到排气口的排气管路处。特别地，该排气管路是上述第二排气管路。该设计具有的优点是，以此方式形成的消声器子腔室周缘地(沿周向)包围单体壳体，使得结构空间被有效地利用。此外，通过将间隔壁紧固在已存在的构件上可节省材料并因此减轻质量。此外，由此可提高消声器的结构强度。
为了将装配费用保持得较低，有利的是，消声器的外壳具有外罩套，外罩套由多个紧固到彼此的单个的段组成。在此，这些单个的段分配给消声器子腔室。特别地，每个消声器子腔室具有其自身的单个的段，即，该单个的段具有自身的部件。
根据一实施方式，至少一个间隔壁、在相邻的各单个的段的紧固的区域中紧固在外罩套上，由此，消声器可以设计得非常紧凑。
优选地，所有的间隔壁以此方式分别与对应的单个的段固定连接。
特别地，在此，相应的间隔壁可通过相邻的单个的段紧固到彼此所借助的相同的紧固装置而紧固到相邻的单个的段处，使得紧固装置将三个部件彼此连接。以此方式，这三个部件能借助唯一的紧固装置并且具体是在紧固步骤中彼此固定连接，从而降低紧固装置的数量或紧固装置的量以及装配花费。这种情况的例子是将三个部件连接在一起的焊缝或者三个部件的卷边。
根据另一实施形式，外壳的端壁在径向内侧上紧固在单体壳体的锥形端壁处或在外罩套处。以此方式，不需要附加的连接构件，由此能节省材料。此外，由此确保单体壳体并由此确保过滤器单体在外壳中的限定的位置以及可靠的紧固。
消声器腔室可填充有隔音材料，或可以是空的共振器腔室，即，没有隔音材料的共振器腔室。由此消声器的阻尼特性可以根据不同的要求来调整。
优选地，消声器腔室在运行中不被废气流过，而是例如作为共振器起作用。
在将消声器腔室分成消声器子腔室的实施形式中，可以在消声器中组合具有不同功能的不同的消声器子腔室，特别是具有隔音材料和没有隔音材料的消声器子腔室。
此外，本发明涉及具有一个或多个根据本发明的消声器的机动车。
附图说明
其它的优点和特征由以下的说明及附图得出。附图中示出：
图1示出用于根据本发明的机动车的根据本发明的、根据第一实施形式的消声器的立体图，
图2以示意图示出了图1所示的消声器的一部分，
图3以立体图示出了根据本发明的、第二实施形式的消声器的一部分，
图4以示意图示出图3所示的消声器的一部分，
图5以示意图示出了根据本发明的、根据第三实施形式的消声器，
图6以示意图示出根据本发明的、根据第四实施形式的消声器，以及
图7以示意图示出根据本发明的、根据第五实施形式的消声器。
具体实施方式
图1中示出了设置为用于具有内燃机的机动车的排气系中的消声器10。
消声器10包括外壳12以及过滤器14和消声器腔室16，消声器腔室 16和过滤器14布置在外壳12的壳体内部18中。
外壳12具有带有进气口22的上游端壁20、带有排气口26的下游端壁 24以及外罩套28，外罩套从上游端壁20延伸至下游端壁24并且沿周向完全环绕，并且径向向外封闭该外壳12。
经由进气口22，消声器10与排气系的输入管路30联接，使得在机动车运行时，废气32从内燃机经由进气口22流入消声器10中。废气32沿流动方向S流经消声器10，并且经由排气口26被引导到排气系的排出管道 34中，排出管道例如通入机动车的排气装置中。
在此，消声器腔室16由外罩套28以及两个端壁20、24构成，它们形成消声器腔室16的边界。
这意味着，消声器腔室16沿流动方向S从上游前壁20延伸至下游前壁24，并且由此基本上在整个消声器10上沿该方向延伸。
过滤器14具有单独的单体壳体36，在该单体壳体中接纳有能沿流动方向S由废气流经的过滤器单体(过滤器孔芯)38(参见图2)。
过滤器14例如是催化器、柴油颗粒过滤器(DPF)、汽油颗粒过滤器 (GPF)或其组合。
过滤器单体38是圆柱形的。然而，原则上，过滤器单体38可以基本上任意地构造。
单体壳体36包括壳体外罩套40，壳体外罩套沿周向方向U完全径向地包围过滤器单体38，以及单体壳体36包括上游锥形端壁42和下游锥形端壁44，它们分别沿轴向方向形成过滤器单体38边界。
上游锥形端壁42具有第一开口46，过滤器14通过该第一开口借助第一排气管路48与进气口22在流动方面耦接(流动连接)。此外，下游锥形端壁44具有第二开口50，过滤器14通过该第二开口50借助第二排气管路52与排气口26在流动方面耦接(流动连接)。
第一排气管路48在此从进气口22连续地延伸，即轴向地且沿周向闭合地延伸直到第一开口46。
第二排气管路52从第二开口50部分中断地延伸直至排气口26。
在所示实施形式中，第一排气管路48和第二排气管路52具有比过滤器单体38和壳体外罩套40小的直径。锥形的端壁42、44在此分别形成排气管48、52的不同直径与壳体外罩套40之间的过渡。
原则上，在另一实施形式中，过滤器单体38和/或单体壳体36可基本上任意地构造。
消声器10还包括多个穿孔的间隔壁54，间隔壁在壳体内部18中沿流动方向S彼此间隔开布置，并且将消声器腔室16分为沿流动方向S相邻的多个消声器子腔室56。
间隔壁54关于流动方向S为径向地从外罩套28延伸直至壳体内部18 中的引导排气的构件，引导排气的构件在该实施形式中由第二排气管路52 构成。
在此，间隔壁54在第二排气管路52与外罩套28之间的整个横截面上延伸，使得消声器子腔室56通过间隔壁54彼此隔开，并且仅通过间隔壁 54中的孔58和/或通过第二排气管路52的孔58彼此在流动方面耦接(彼此流动连接)。
在此，第二排气管路52分部段地(即、部分地)分别延伸通过沿流动方向S相邻的多个间隔壁54和位于它们之间的消声器子腔室56。
消声器子腔室56并且由此消声器腔室不会由废气流过，更确切地说是用作亥姆霍兹腔室(Helmholtzkammer)，在这些亥姆霍兹腔室中气体仅被脉冲化。
第二排气管路52在邻接于消声器子腔室56的部分中被部分地(分部段地)穿孔，使得在机动车的运行中，流经第二排气管路52的废气32经由孔58与对应的、邻接的消声器子腔室56在流动方面耦接(流动连接/连通)。
消声器10包括具有不同轮廓的间隔壁54，由此消声器10具有沿流动方向S相邻的段60、61、62，所述各段具有垂直于流动方向S的不同形状的横截面。
每个段60、61、62在此分别包括三个间隔壁54或包括两个间隔壁54 和具有相同轮廓的端壁20、24.由此，每个段60、61、62包括具有恒定的横截面的两个消声器子腔室56。
消声器10具有漏斗形的连接段64、65，其分别将具有不同形状的横截面的沿流动方向S相邻的两个段60、61、62彼此流动连接/连通。
间隔壁54可基本上具有任意轮廓，然而优选地为非圆的、椭圆形或圆形的轮廓。
此外，沿流动方向S的相邻的间隔壁54之间的距离可以是不同大小的。
此外，不同的段60、61、62的中轴线可以不同地布置，尤其地彼此错开布置。
在另一实施形式中，消声器10可具有任何个数的消声器子腔室56、段 60、61、62以及连接段64、65。
消声器10的尺寸和形状优选地适合于在机动车中存在的结构空间和消声器子腔室56的容积，并且适合于废气32的待实现的消声。
在本实施形式中，消声器子腔室56为空的共振器腔室。即，消声器10 是共振消声器。
替代地，消声器10可以是反射消声器或吸收消声器。此外，消声器10 可以是结合了上述消声器类型的工作原理的消声器。
在一替代实施形式中，任意数量的消声器子腔室56可填充有隔音材料、特别是吸声材料，和/或没有废气流过它们。
如图2所示，外罩套28分成相互连接的多个单个的段66、67、68，每个段相应地分配给一个消声器子腔室56，并且因此形成用于对应的消声器子腔室56的外罩套28的部段。
相应地，沿流动方向S相邻的消声器子腔室56的彼此邻接的两个单个的段66、67、68以及将对应的两个消声器子腔室56分开的间隔壁54在沿周向方向U完全环绕的连接位置70处密封地且借助紧固装置72牢固地彼此连接。
彼此邻接的单个的段66、67、68和间隔壁54例如彼此三层地焊接在一起。
由此，紧固装置72在此是焊缝，该焊缝延伸通过由彼此邻接的单个的段66、67、68和间隔壁54形成的三层，并且以此方式材料配合地将这些单个的段彼此连接。
端壁20、24径向外部(在径向外侧)在外罩套28的对应的轴向端部 74、75处类似地、然而仅两层地与外罩套28连接。
上游端壁20径向在内与第一排气管路48焊接，并且因此完全沿周向方向U密封地且固定地与第一排气管路48连接。
下游端壁24以及间隔壁54在径向内部分别与第二排气管路52焊接，并且因此完全沿周向方向U密封地且固定地与第二排气管路52连接。
在一替代实施形式中，端壁20、24和/或间隔壁54可以基本上以任意的方式，特别是借助槽口接合、焊接或钎焊固定在外罩套28和/或第一排气管路48或第二废气管路52处。
附加地或替代地，单个的段66、67、68和间隔壁54可分别两层地相互连接。
此外，间隔壁54可沿周向方向U仅部分地(即、分部段地)紧固在外罩套28和/或第二排气管路52处。这特别是当穿孔58延伸至间隔壁54的内边缘和/或外边缘并且由此延伸至外罩套28和/或第二排气管路52时的情况。
在一替代实施形式中，外罩套28可以一体地构造或者具有任意多个单个的段66、67、68。具体地，外罩套28可具有多个单个的段66、67、68，其对应于段60、61、62的数量以及连接段64、65的数量，其中，向这些段60、61、62、64、65中的每一个分配有对应的单个的段66、67、68。
附加地或替代地，一个或多个间隔壁54可设置在壳体内部18中的如下位置处，在该位置处没有单个的段66、67、68彼此邻接。
在这些情况下，间隔壁54径向在外、在外罩套28的内侧76上特别地材料接合地以及优选完全地沿周向方向U为密封地且固定地与外罩套28 连接。
此外，单独的间隔壁54也可仅在径向在外紧固在外罩套28处和/或径向在内紧固在第二排气管路52处。
在所示实施形式中，过滤器14完全布置在壳体内部18中的邻接上游端壁20的消声器子腔室56的径向内部，并且径向向内(在径向内侧)形成该消声器子腔室的边界。以此方式，过滤器14沿周向方向U完全由邻接的消声器子腔室56包围以及部分地沿轴向方向被包围。
在一替代的实施形式中，过滤器14原则上可布置在任意的消声器子腔室56中。附加地或替代地，过滤器14可仅部分地，即不完全地被接纳在消声器子腔室56中和/或延伸穿过多个消声器子腔室56。
过滤器14可布置在邻接上游端壁20的消声器子腔室56内和/或壳体内部18中的任何位置处。
在机动车运行时，废气32从进气口22经由第一排气管路48流动穿过消声器10，首先穿过过滤器单体38，并且接着经由第二排气管路52穿过消声器腔室16到排气口26。在此，废气32在过滤器单体38中被处理或过滤，并且接着通过与消声器子腔室56的耦合而衰减。
在所示实施形式中，第二排气管路52由过滤器14封闭地，即无孔58 地延伸穿过邻接过滤器14的间隔壁54直至沿流动方向S相邻的第二消声器子腔室56中，第二排气管路52经由孔58与该消声器子腔室在流动方面耦接(流动连接)。由此，废气32与包围过滤器14的消声器子腔室56仅通过第二消声器子腔室56在流动方面耦接(流动连接/连通)。
现在将根据图3至图7描述根据其它实施形式的消声器10。对于从上述实施形式已知的构件，会使用相同的附图标记并且就此而言参考之前的阐释。
在图3和图4中，描述了根据第二实施形式的消声器10。
在该实施形式中，第二排气管路52在其位于过滤器14与邻接的间隔壁54之间的部段中穿孔，使得废气32直接经由孔58与围绕过滤器14的消声器子腔室56流动耦合(流动连接/连通)。
图5中示出了根据第三实施形式的消声器10，其中，过滤器单体38 以及单体壳体36延伸穿过多个消声器子腔室56。
间隔壁54在此在径向内侧上紧固在壳体外罩套40处。
尽管在图1至图5所示的实施形式中，过滤器14分别完全被接纳在壳体内部18中，然而在下面的图6和图7所示的实施形式中，过滤器14仅部分地布置在壳体内部18中。这意味着过滤器14及其过滤器单体38部分地突出到外壳12之外。
在这些情况下，消声器10的进气口22由单体壳体36形成，并且取消了第一排气通路48。
图6示出了根据第四实施形式的消声器10，其中，过滤器单体38与流动方向S相反地延伸穿过上游端壁20从外壳12出来。
上游端壁20在此在径向内侧上紧固在壳体外罩套40处。
此外，单体壳体36的下游锥形端壁44具有多个开口78，在运行中自过滤器单体38中流出的废气32经由多个开口78与消声器腔室16直接流动耦合。
图7中示出了根据第五实施形式的消声器10，其中，单体壳体36与流动方向S相反地延伸通过上游端壁20从外壳12出来，但是其中过滤器单体38完全布置在壳体内部18中。
上游端壁20在此在径向内侧上紧固在壳体外罩套40处。
在一替代实施形式中，端壁20可在径向内侧上紧固在上游锥形端壁42 处。
穿孔的间隔壁54在径向内侧上紧固在单体壳体36的下游锥形端壁44 处。
在所有前述实施形式中，消声器10可具有其它的消声器子腔室56，其连接到所示的消声器腔室16处、特别是沿流动方向S连接到所示的消声器腔室16处。
前述的消声器10的优点是，过滤器14至少部分地布置在消声器10的壳体内部18中。以此方式，机动车的排气系可特别紧凑地实施。
此外，通过使过滤器14由消声器腔室16包围，壳体内部18的容积被高效利用。
此外，通过消声器10的分段构造方式可高效地利用机动车中可供使用的结构空间，从而消声器10可设计构造为特别大功率的。
本发明不限于所示实施形式。具体地，一个实施形式的各个特征可独立于对应实施形式的其它特征而任意与另外的特征进行组合。根据本发明的机动车可具有一个或多个根据本发明的消声器10。

Claims (17)

1.一种用于机动车的排气系的消声器(10)，具有外壳(12)、消声器腔室(16)和废气所流经的过滤器单体(38)，所述外壳具有用于废气(32)的至少一个进气口(22)和至少一个排气口(26)，其中，所述过滤器单体(38)由所述消声器腔室(16)沿周向围绕。
2.如权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述过滤器单体(38)完全布置在所述消声器腔室(16)内。
3.如权利要求1或2所述的消声器，其特征在于，所述消声器(10)包括具有所述进气口(22)的上游端壁(20)和具有所述排气口(26)的下游端壁(24)以及外罩套(28)，所述外罩套从所述上游端壁(20)延伸到所述下游端壁(24)并且将所述上游端壁与所述下游端壁连接。
4.如权利要求3所述的消声器，其特征在于，所述消声器腔室(16)一方面由所述上游端壁(20)和/或所述下游端壁(24)形成边界，并且另一方面由所述外罩套(28)形成边界。
5.如权利要求3或4所述的消声器，其特征在于，设有至少从所述进气口(22)延伸到壳体内部(18)中的第一排气管路(48)和/或从所述过滤器(14)至少部分地延伸到所述排气口(26)中的第二排气管路(52)，所述第一排气管路和/或所述第二排气管路优选地延伸通过向它们所分配的端壁(20、24)。
6.如权利要求5所述的消声器，其特征在于，所述消声器腔室(16)分成多个消声器子腔室(56)，其中，所述第二排气管路(52)延伸穿过多个所述消声器子腔室(56)并且部分地中断。
7.如权利要求5或6所述的消声器，其特征在于，所述第二排气管路(52)经由孔(58)向所述消声器腔室(16)敞开。
8.如前述权利要求中任一项所述的消声器，其特征在于，所述过滤器单体(38)在周向侧上和在端侧上由单体壳体(36)包围并且被安置在所述单体壳体(36)中，其中，所述进气口(22)在流动方面与所述单体壳体(36)的内部直接耦接，使得废气(32)在到达所述消声器腔室(16)之前首先流入所述单体壳体(36)中。
9.如权利要求7和8所述的消声器，其特征在于，所述第二排气管路(52)从所述单体壳体(36)出发，并且将气体(32)从所述单体壳体(36)引导到所述排气口(26)。
10.如权利要求9所述的消声器，其特征在于，所述单体壳体(36)具有上游锥形端壁和下游锥形端壁(42、44)，其中，所述第二排气管路(52)从所述下游端壁(44)出发，并且所述下游端壁(44)具有附加的开口(78)，所述附加的开口远离所述第二排气管路(52)并通入所述消声器腔室(16)。
11.如前述权利要求中任一项所述的消声器，其特征在于，所述消声器腔室(16)经由至少一个穿孔的径向间隔壁(54)划分为消声器子腔室(56)。
12.如权利要求11并且附加地如权利要求8至10中任一项所述的消声器，其特征在于，至少一个间隔壁(54)或多个间隔壁(54)中的一个间隔壁径向在外紧固在所述外壳(12)的所述外罩套(28)处，并且径向在内紧固在所述单体壳体(36)处，特别是紧固在所述单体壳体(36)的外罩套(40)处或紧固在所述单体壳体(36)的排气侧的锥形端壁(42、44)处或紧固在从所述单体壳体(36)出发并且将气体(32)从所述单体壳体(36)引导到所述排气口(26)的排气管路(48、52)处。
13.如权利要求11或12所述的消声器，其特征在于，所述消声器(10)的所述外壳(12)具有外罩套(28)，所述外罩套由紧固到彼此的多个单个的段(66、67、68)组成，其中，所述单个的段(66、67、68)分配给所述消声器子腔室(56)，特别是每个消声器子腔室(56)具有其自身的单个的段(66、67、68)。
14.如权利要求13所述的消声器，其特征在于，至少一个所述间隔壁(54)、优选地所有所述间隔壁(54)在相邻的所述单个的段(66、67、68)的紧固的区域中紧固在所述外罩套(28)处，尤其通过与利用其将相邻的所述单个的段(66、67、68)紧固到彼此的紧固机构(72)相同的紧固机构(72)进行紧固，以使得所述紧固机构(72)将三个部件相互连接。
15.如前述权利要求10至14中任一项所述的消声器，其特征在于，所述外壳(12)的端壁(20、24)在径向内侧上紧固在所述单体壳体(36)的锥形端壁(42、44)处或紧固在所述单体壳体(36)的外罩套(40)处。
16.如前述权利要求中任一项所述的消声器，其特征在于，所述消声器腔室(16)是空的共振器腔室或填充有隔音材料，并且优选地没有废气流经所述消声器腔室。
17.一种机动车，所述机动车具有至少一个如前述权利要求中任一项所述的消声器(10)。
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