DE10030490B4

DE10030490B4 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10030490B4
Application number: DE2000130490
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Schorn; Bernd Müller
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: DE10030490A1

Abstract

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Schalldämpfer zur Glättung der Abgasdruckpulsation, der einen eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite aufweisenden Topf mit mehren gasführenden Rohren und quer zum Abgasstrom verlaufenden Kammern bildende Kammerwände umfasst, welcher Topf einen von Außenwänden begrenzten Innenraum besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasführendes Hauptrohr (30) im Innenraum (16) vorzugsweise benachbart der Eintrittsseite (19) des Topfs (15) mit einer den Abgasstrom beeinflussbaren Steuerklappe (36) versehen ist und stromab vor der Steuerklappe (36) an dem beispielsweise bis zur Austrittsseite (20) hin verlegten Hauptrohr (30) vom Abgasstrom erste durchdringbare Durchgangsöffnungen (37) angebracht sind, die mit einer ersten Kammer (25) kommunizieren, wobei in verschiedenen in Strömungsrichtung (A) hintereinanderliegenden von den Kammerwänden (28, 29) begrenzten Kammern (25 bis 27) gasführende Nebenrohre (31 bis 33) vorgesehen sind, dergestalt, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine (3) in Abhängigkeit der Stellung der Steuerklappe (36) der Abgasstrom über das Hauptrohr (30) oder unter Durchströmung der Kammern...

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Schalldämpfer zur Glättung der Abgasdruckpulsation nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine bekannte Abgasanlage – DE-Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch 23. Auflage, Seite 450, z.B. Schalldämpferprinzip b) – der eingangs genannten Gattung, weist einen Schalldämpfer mit mehreren gasführenden Rohren auf, die sich zwischen Kammern erstrecken und mit radialen Durchgangsöffnungen versehen sind. Bei der konstruktiven Auslegung dieses Schalldämpfers werden Geräusch und Abgasgegendruck im Rahmen eines Kompromisses definiert abgestimmt. Diesem Kompromiss sind bei großvolumigen und leistungsstarken Brennkraftmaschinen deutliche Grenzen gesetzt. Dabei ist aber auch die Erkenntnis wichtig, dass Schalldämpfer, die für geringen Gegendruck ausgelegt sind, störende Resonanzen im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine verursachen.

Aus der DE 41 36 206 A1 geht eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine hervor, die einen Hauptschalldämpfer und einen Vorschalldämpfer umfasst. Damit der Abgasgegendruck bei hoher Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine abgesenkt wird, ist ein den Vorschalldämpfer umgehendes Bypassrohr vorgesehen, das mit einer Steuerklappe versehen ist.

Die WO 93/11347 befasst sich mit einem Schalldämpfer, der einen Hauptkanal und einen diesen umgebenden Ringkanal umfasst. In dem Hauptkanal ist eine Steuerklappe vorgesehen, und die den Ringkanal vom Hauptkanal trennende Kanalwand ist stromab vor und hinter der Steuerklappe mit Durchgangsöffnungen versehen.

Eine Steuerklappe in einem Schalldämpfer einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine behandelt auch die EP 0 307 639 A1 . Sie ist in einem Abschnitt zwischen zwei Kammern angeordnet und ändert entsprechend zeitlich den Strömungsquerschnitt bei schallpegelbestimmenden Druckschwankungen, um die Schallanregung beim Austritt des Strömungsmediums aus der Abgasanlage in die freie Umgebung zu reduzieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasanlage für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine so zu gestalten, damit ihre Klangqualität über einen weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine optimiert wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass die Durchgangsöffnungen und die benachbarte Steuerklappe des Hauptrohres, einschließlich seiner Erstreckung über die gesamte Länge des Topfes des Schalldämpfers sowie das Zusammenwirken des Hauptrohres mit den Nebenrohren eine vortreffliche Klangqualität des Schalldämpfers bewirken, und zwar sowohl im Fahrgastraum für Insassen des Kraftfahrzeugs wie auch in der es von Passanten wahrnehmbaren Außenumgebung. Dabei sind die Steuerklappen, das Hauptrohr und die Nebenrohre einfache Bauteile, die sich mit vertretbarem Aufwand realisieren lassen.

Dank der Anordnung der Klappe in der ersten Kammer wird bei geöffneter Steuerklappe relativ wenig Schalldämpfervolumen abgekoppelt und die akustische Wirkung des Schalldämpfers günstig beeinflusst. Das Hauptrohr stellt bei geöffneter Steuerklappe sicher, dass der Abgasstrom weitgehend ohne Nutzung des Schalldämpfervolumens direkt zur Austrittsseite geführt wird. Darüber hinaus sorgen die zweiten Durchgangsöffnungen dafür, dass hochfrequente Frequenzanteile des Abgasstroms reduziert werden. Ferner wird bspw. bei geschlossener Steuerklappe der Abgasstrom durch den gesamten Schalldämpfer geleitet, wodurch eine verbesserte Dämpfung erzielt wird. Schließlich stehen die Durchmesser des Hauptrohres und der Nebenrohre in einer festgelegte Beziehung zueinander, was sich günstig auf die Reduktion von tieffrequenten Geräuschanteilen auswirkt.

In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näherbeschrieben ist.
Es zeigen
1 eine schematische Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, eingebaut in ein Kraftfahrzeug;
2 eine Einzelheit X der 1 in größerem Maßstab.
Eine Abgasanlage 1 ist von einer Auslassseite 2 einer für ein Kraftfahrzeug bestimmten Brennkraftmaschine 3 bspw. der Ottobauart weggeführt, die mehrere Zylinder 4, 5, 6 und 7 umfasst und über eine Sauganlage 8 mit Luft versorgt wird. Pro Zylinder z.B. 4 sind zwei Einlassventile 9, 10 und zwei Auslassventile 11, 12 vorgesehen. Die Abgasanlage 1 ist mit einem Katalysator 13 und einem Schalldämpfer 14 versehen, die zur Abgasreinigung bzw. Glättung der Abgasdruckpulsation dienen.
Der Schalldämpfer 14 wird durch einen Topf 15 mit einem Innenraum 16 und eine diesen umgebende aus ein oder mehreren Außenwänden 17 bestehende Hülle 18 gebildet. Der Topf 15 besitzt eine Eintrittsseite 19 und eine Austrittsseite 20, die an beabstandeten Begrenzungen 21 bzw. 22 des eine ungleichmäßige Außenform besitzenden Topfes 15 angeordnet sind. Dabei schließt an die Begrenzung 21 ein Zwischenrohr 23 an, wogegen die Begrenzung 22 ein Endrohr 24 aufweist. Im Innenraum 16 des Topfes 15 sind stromab, d.h. in Richtung A eine erste Kammer 25, eine zweite Kammer 26 und ein dritte Kammer 27 vorgesehen, die durch Kammerwände 28 und 29 unterteilt sind. Die Kammerwände 28 und 29 verlaufen quer zur Richtung A.
Im Innenraum 16 des Topfes 15 sind ein Hauptrohr 30, ein erstes Nebenrohr 31, ein zweites Nebenrohr 32 und ein drittes Nebenrohr 33 verlegt. Das Hauptrohr 31 umfasst zwei im Winkel zueinander verlaufende Rohrabschnitte 34 und 35 und erstreckt sich über die gesamte Länge des Topfes d.h. es verläuft von der Eintrittsseite 19 bis zur Austrittsseite 20; und es ist an das Zwischenrohr 23 und das Endrohr 24 angeschlossen.
Benachbart der Eintrittsseite 19 ist am Rohrabschnitt 34 des Hauptrohres 30 eine Steuerklappe 36 für den Abgasstrom vorgesehen, wobei besagtes Hauptrohr stromab vor der Steuerklappe 36 mit ein oder mehreren ersten vom Abgasstrom durchdringbaren Durchgangsöffnungen 37 versehen ist. Und die Nebenrohre 31 bis 33 wirken mediumführend zwischen den Kammern 25 bis 27. Dabei wird durch die Kammern 25 bis 27, das Hauptrohr 30 und die Nebenrohre 31 bis 33 erreicht, dergestalt, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine 3 in Abhängigkeit der Stellung der Steuerklappe 36 der Abgasstrom über das Hauptrohr 30 oder unter Durchströmung der Kammern 25 bis 27 über die Nebenrohre 31 bis 33 sowie das Hauptrohr 30 geführt wird. Als Werkstoff für die vorbeschriebenen Bauteile eignet sich vor allem Metall, insbesondere Stahl, jedoch können auch andere Materialien verwendet werden, die den im Schalldämpfer 14 auftretenden mechanische und thermischen Belastungen standhalten.
Zwischen der ersten Kammer 25 und der danebenliegenden zweiten Kammer 26 ist das erste Nebenrohr 31 verlegt, das mit einem ersten Rohrabschnitt 38 in die erste Kammer 25 hineinragt und mit einem zweiten Rohrabschnitt 39 in der zweiten Kammer 26 mediumsdicht an die Kammerwand 29 angeschlossen ist. Am zweiten Rohrabschnitt 3 des Nebenrohres 31 sind zweite Durchgangsöffnungen 40 angebracht. Zumindest letztere Durchgangsöffnungen 40 sind mit einer Absorptionseinrichtung 41 versehen, mit der Schall durch Reibung an schallabsorbierenden Stoffen in Wärme umgewandelt wird. Die ersten Durchgangsöffnungen 37 und die zweiten Durchgangsöffnungen 40 sind nach Art einer Perforation ausgeführt.
Die erst Kammer 25 und die entfernt von der zuletzt genannten liegende dritte Kammer 27, sind mit dem zweiten Nebenrohr 32 untereinander verbunden, wobei das zweite Nebenrohr 32 gasdicht in der zweiten Kammer 26 angeordnet ist. Zwischen der zweiten Kammer 26 und der dritten Kammer 27 ist das dritte Nebenrohr 33 gasführend verlegt. Dabei verläuft das dritte Nebenrohr 33 mit einem ersten Rohrabschnitt 42 in der zweiten Kammer 26 und mit einem zweiten Rohrabschnitt 43 in der dritten Kammer 27, welcher Rohrabschnitt 44 mit dem Hauptrohr 30 verbunden ist. Der erste Rohrabschnitt 42 des dritten Nebenrohres 33 verläuft parallel zum zweiten Nebenrohr 32, so dass ein Mediumaustausch zwischen der zweiten Kammer 26 und dem ersten Nebenrohr 31 möglich ist.
Eine gezielte Wirkung des Schalldämpfers 14 wird dadurch unterstützt, wenn die Gesamtfläche GfD der ersten Durchgangsöffnungen 37 zur Querschnittsfläche QdHR des Hauptrohres 30 in folgender Beziehung zueinander stehen:
Funktionsunterstützend ist außerdem die definierte Bemessung der Durchmesser des Hauptrohres 30 und wenigstens eines der Nebenrohre 31 bis 33 zueinander. Dabei ist von Vorteil, wenn der Durchmesser DmHR des Hauptrohres 30 größer ist als der Durchmesser DmNR bspw. des Nebenrohres 31 bzw., besagte Durchmesser in folgender Beziehung zueinander stehen:
Die zweite Steuerklappe 36 wird mittels eines Elektromotors 44 betätigt, dergestalt, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in nahen Gebieten des Leerlaufs und der Volllast geöffnet und zwischen diesen Gebieten variierbar ist. Die Pfeile Pfo geben den Abgasstrom bei geöffneter Stellung der Steuerklappe 36 an; die Pfeile Pfg bei geschlossener oder teilgeschlossener Steuerklappe 36. Schließlich erfolgt die Steuerung der Steuerklappe 36 in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine z.B. Last, Drehzahl oder dergl..

Claims

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Schalldämpfer zur Glättung der Abgasdruckpulsation, der einen eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite aufweisenden Topf mit mehren gasführenden Rohren und quer zum Abgasstrom verlaufenden Kammern bildende Kammerwände umfasst, welcher Topf einen von Außenwänden begrenzten Innenraum besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasführendes Hauptrohr (30) im Innenraum (16) vorzugsweise benachbart der Eintrittsseite (19) des Topfs (15) mit einer den Abgasstrom beeinflussbaren Steuerklappe (36) versehen ist und stromab vor der Steuerklappe (36) an dem beispielsweise bis zur Austrittsseite (20) hin verlegten Hauptrohr (30) vom Abgasstrom erste durchdringbare Durchgangsöffnungen (37) angebracht sind, die mit einer ersten Kammer (25) kommunizieren, wobei in verschiedenen in Strömungsrichtung (A) hintereinanderliegenden von den Kammerwänden (28, 29) begrenzten Kammern (25 bis 27) gasführende Nebenrohre (31 bis 33) vorgesehen sind, dergestalt, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine (3) in Abhängigkeit der Stellung der Steuerklappe (36) der Abgasstrom über das Hauptrohr (30) oder unter Durchströmung der Kammern (25 bis 27) über die Nebenrohre (31 bis 33) und das Hauptrohr (30) geführt wird.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kammer (25) und einer danebenliegenden zweiten Kammer (26) im Innenraum (16) des Topfes (15) ein erstes Nebenrohr (31) verlegt ist, das in der zweiten Kammer (26) mit zweiten gasführbaren Durchgangsöffnungen (40) versehen ist.
Abgasanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der zweiten Durchgangsöffnungen (40) eine das zweite Nebenrohr (32) umgebende Absorptionseinrichtung (41) vorgesehen ist.
Abgasanlage nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Durchgangsöffnungen (37) und die zweiten Durchgangsöffnungen (40) nach Art einer Perforation ausgebildet sind
Abgasanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nebenrohr (31) mit einem ersten Rohrabschnitt (38) in die erste Kammer (25) hineinragt und mit einem zweiten Rohrabschnitt (39) in der zweiten Kammer (26) zwischen den Kammerwänden (28, 29) verläuft.
Abgasanlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kammer (25) und einer entfernt von dieser liegenden dritten Kammer (27) ein zweites gasführendes Nebenrohr (32) wirksam ist.
Abgasanlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Kammer (26) und der dritten Kammer (27) ein drittes Nebenrohr (33) verlegt ist, das einerseits mit einem ersten Rohrabschnitt (42) in der zweiten Kammer (26) verläuft und andererseits mit einem zweiten Rohrabschnitt (43) in der dritten Kammer (27) mit dem Hauptrohr (30) verbunden ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Gesamtfläche GfD der ersten Durchgangsöffnungen (37) zur Querschnittsfläche QdHR des Hauptrohres (30) in folgender Beziehung zueinander stehen:
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DmHR) des Hauptrohres (30) eine andere Abmessung aufweist als wenigstens ein Durchmesser (DmNR) der Nebenrohre (31 bis 33).
Abgasanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DmHR) des Hauptrohres (30) größer ist als wenigstens Durchmesser (DmNR) der Nebenrohre (31 bis 33).
Abgasanlage nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DmHR) des Hauptrohres (30) und wenigstens ein Durchmesser (DmNR) der Nebenrohre (31 bis 33) in folgender Beziehung zueinander stehen:
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerklappe (36) mittels eines Elektromotors (44) betätigt wird.
Abgasanlage nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine (3) in nahen Gebieten des Leerlaufs und der Volllast die Steuerklappe (36) geöffnet ist, wogegen die Stellung der Steuerklappe (36) zwischen diesen Gebieten variierbar ist.
Abgasanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Steuerklappe (36) in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine (1) z.B. Last und Drehzahl erfolgt.