DE10117161A1 - Auspuffanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer gelenkigen Verbindung - Google Patents

Abstract

Auspuffanlage mit zumindest einem ersten Rohr (2) und einem zweiten Rohr (3) für eine Brennkraftmaschine, mit einer gelenkigen Verbindung (1) für das erste Rohr (2) und das zweite Rohr (3), welche mit zumindest einem rohrförmigen, zumindest teilweise aus einem Wellrohr (12) dargestellten, Gehäuse (4) ummantelt ist, wobei zumindest ein Rohr (1, 2) innerhalb des Gehäuses (4) Durchbrüche (8, 8', 10, 10') in seiner Wandung aufweist und zumindest im Bereich zwischen zumindest dem Rohr mit den Durchbrüchen (8, 8', 10, 10') und dem Gehäuse (4) ein Absorptionsmaterial (5) angeordnet ist. DOLLAR A Diese Erfindung gestattet eine raumsparende Anordnung eines Vorschalldämpfers und einer gelenkigen Rohrverbindung im Motorraum eines Kraftfahrzeuges.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auspuffanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer ge­ lenkigen Verbindung gemäss der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die Erfindung geht aus von der EP 1 045 118 A2. In dieser ist eine flexible Rohrver­ bindung für die Auspuffanlage eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Zwischen zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohrenden ist ein elastisches Material an­ geordnet, um bei Relativbewegungen der Rohre zueinander den direkten Kontakt der Rohre miteinander zu verhindern. Der gesamte Überlappungsbereich ist von einem Wellrohr ummantelt. Diese Konfiguration gestattet sowohl axiale Rohrver­ schiebungen, beispielsweise durch mechanische Belastung oder Temperaturände­ rungen, sowie Winkelabweichungen bezüglich der Rohrachsen.

Derartige gelenkige Verbindungen werden, wie allgemein bekannt, vorzugsweise im Übergang zwischen Abgaskrümmer und Abgasstrang verbaut, um die hintere Aus­ puffanlage von den, von der Brennkraftmaschine generierten Schwingungen, zu entkoppeln. Mit dieser Maßnahme werden Rohrbrüche im Abgasstrang vermieden.

Nachteilig an dieser Konstruktion ist der Bauraumbedarf für das flexible Gehäuse, welches umso voluminöser baut, je größer die auszugleichenden Winkel bzw. Län­ genänderungen sind.

Ferner ist allgemein bekannt, dass zur Reduktion der Schallemissionen durch den Auspuff, Schalldämpfer in Auspuffanlagen verbaut werden. Um ein Optimum an Geräuschdämpfung zu erreichen, werden heute sowohl Vorschalldämpfer als auch Nachschalldämpfer eingesetzt. Vorschalldämpfer werden zur Erzielung eines opti­ malen Wirkungsgrades ebenfalls so motornah wie möglich verbaut.

Aufgabe der Erfindung ist es, den für eine Auspuffanlage benötigten Bauraum, bei gleichbleibender Funktionalität, zu minimieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafterweise wird bei dieser Anordnung das für eine gelenkige Verbindung benötigte Bauvolumen als Schalldämpfer benützt. Diese Anordnung gestattet bei voller Funktionalität der Auspuffanlage eine Bauraumminimierung entweder um das Gehäuse eines Vorschalldämpfers oder um das Gehäuse einer gelenkigen Verbin­ dung. Darüber hinaus ist die Herstellung eines solchen Schalldämpfers, der eine gelenkige Verbindung integriert hat, kostengünstiger und einfacher. Neben der Re­ duzierung von Baumraum und Kosten sind darüber hinaus auch noch Gewichtsvor­ teile gegenüber einer konventionellen Anordnung hervorzuheben. Aus motortechni­ scher Sicht führt die Zusammenlegung des Vorschalldämpfers und des gelenkigen Elementes zu weniger Rohranbindungsstellen (Strömungshindernissen) im Abgas­ strang, wodurch der Abgasgegendruck minimiert und somit die Motorleistung erhöht wird.

Durch eine Anordnung der Durchbrüche gemäss Anspruch 3 kann die Schallabsorp­ tion des Vorschalldämpfers frequenzselektiv beeinflusst werden.

Aufgrund der Variation der geometrischen Parameter der Durchbrüche gemäss An­ spruch 4 können unterschiedliche Absorptionsmaterialien verwendet werden.

Eine Anordnung gemäss Anspruch 5 erhöht die Dämpfungswirkung des Vorschall­ dämpfers sowie die mechanische Festigkeit.

Durch eine Veränderung der Geometrie gemäss Anspruch 6 ist die Dimensionierung der gelenkigen Verbindung bzw. des Vorschalldämpfers besser an die baulichen Gegebenheiten möglich. Durch diese Maßnahme ist eine optimale Anpassung der Auspuffanlage an das Gesamtpackage von Motor, Motorraum und Auspuffanlage möglich.

Die Maßnahme in Anspruch 7 begrenzt Relativbewegungen der Abgasrohre zuein­ ander in allen drei Freiheitsgraden. Einer Materialbeschädigung durch zu große Verschiebewege, Verdrehwinkel oder Winkeländerungen der Rohre zueinander ist somit ausgeschlossen.

Nachfolgend ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand einer einzigen Figur beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine gelenkige Verbindung 1 für ein erstes Rohr 2 und ein zweites Rohr 3, die von einem Gehäuse 4, welches im Bereich der gelenki­ gen Verbindung 1 aus einem Wellrohr 12 besteht, ummantelt ist. Im Bereich der gelenkigen Verbindung 1 besitzt das erste Rohr 2 ein Rohrende 2a und das zweite Rohr 3 ein Rohrende 3a. Von der gelenkigen Verbindung 1 in axialer Richtung beabstandet, ist das Gehäuse 4 in seinem Innendurchmesser bis auf den Außen­ durchmesser des ersten Rohres 2 des zweiten Rohres 3 reduziert. In diesem Be­ reich sind die Gehäuseenden sind mit den Rohren 2 und 3 an deren Außenumfang verschweißt. Der Raum zwischen dem Gehäuse 4 und dem ersten Rohr 2 und dem zweiten Rohr 3 ist mit einem Absorptionsmaterial 5 aufgefüllt. Durch diese Anord­ nung dient das Gehäuse 4 gleichzeitig als Vorschalldämpfer.

Am Außenumfang des ersten Rohres 2 ist von dessen Rohrende 2a beabstandet, jedoch noch innerhalb des Gehäuses 4, ein Bund 6 angeschweißt. Zwischen dem Bund 6 und der Verschweißung von Gehäuse 4 mit dem ersten Rohr 2 ist im ersten Rohr 2 ein erster Durchbruchbereich 7. In diesem ersten Durchbruchbereich 7 sind Durchbrüche, hier Bohrungen, in die Rohrwandung eingebracht. Das zweite Rohr 3 hat den gleichen Innendurchmesser und die gleiche Materialstärke wie das erste Rohr 2, ist jedoch an seinem Rohrende 3a über die Länge der Beabstandung des Bundes 6 von dem Rohrende des ersten Rohres 2 im Innendurchmesser vergrößert und mit einem radialen Spiel über das erste Rohr 2 geschoben. Das zweite Rohr 3 verfügt über einen zweiten Durchbruchsbereich 9 mit Durchbrüchen 10, 10', eben­ falls Bohrungen. Die Bohrungen können beispielsweise durch Bohren oder Stanzen hergestellt werden. Der zweite Durchbruchsbereich 9 erstreckt sich vom Bereich der Rohraufweitung bis zu der Schweißnaht zwischen dem Gehäuse 4 und dem zweiten Rohr 3.

Der Innendurchmesser des zweiten Rohres 3 kann im Gegensatz zu dem Ausfüh­ rungsbeispiel auch grundsätzlich den Innendurchmesser der Aufweitung besitzen. Hier kann die nachträgliche mechanische Rohraufweitung entfallen, was die Produk­ tionskosten senken kann.

Bei Betrieb der Brennkraftmaschine strömt das heiße Abgas in einer Strömungsrich­ tung, dargestellt durch einen Pfeil 11, zuerst durch das erste Rohr 2 und anschlie­ ßend durch das zweite Rohr 3. Bewegungen der Brennkraftmaschine in axialer Richtung werden über den Schiebesitz, der durch die radiale Beabstandung vom zweiten Rohr 3 gegenüber dem ersten Rohr 2 im Überlappungsbereich entstanden ist, und dem Wellrohr 12, aufgrund seiner Struktur, aufgefangen. Der Bund 6 dient bei dieser Bewegung als Endanschlag (axialer Anschlag). Winkeländerungen zwi­ schen der Achse des ersten Rohres 2 und der Achse des zweiten Rohres 3 werden von dem Spiel im Schiebesitz ebenfalls aufgenommen (angularer Anschlag). Je größer das Spiel zwischen dem ersten Rohr 2 und dem zweiten Rohr 3 im Überlap­ pungsbereich ist, desto größer ist die Winkeländerung, die durch diese Konstruktion aufgenommen werden kann. Das Wellrohr 12 nimmt ebenfalls strukturbedingt ent­ sprechende Winkeländerungen auf. Grundsätzlich können die meisten bekannten gelenkigen Verbindungen anstelle der hier beschriebenen eingesetzt und verwendet werden. Darüberhinaus kann aUch eine Verdrehsicherung (radialer Anschlag) für das erste Rohr 2 gegenüber dem zweite Rohr 3 vorgesehen werden.

Ein Teil der im Abgas enthaltenen Schallenergie wird durch die Durchbrüche 8, 8' und 10, 10' in den mit Absorptionsmaterial 5 gefüllten Raum zwischen dem Gehäu­ se 4 und dem ersten Rohr 2 und dem zweiten Rohr 3 abgegeben. Als Absorptions­ material ist Basaltwolle eingesetzt, es kann jedoch jedes weitere hochtemperatur­ feste Absorptionsmaterial, wie beispielsweise Stahlwolle, verwendet werden. Die Querschnittsflächen der Durchbrüche 8, 8' und 10, 10' können an das jeweils ver­ wendete Absorptionsmaterial 5 angepasst werden, damit kein Absorbtionsmaterial 5 im Betrieb durch die Durchbrüche 8, 8', 10, 10' in die Rohre 2 und 3 eintreten kann. Durch Variation der Beabstandung der Durchbrüche 8, 8' und 10, 10' sind frequenz­ selektive Schalldämpfungen möglich.

Der Bund 6 kann auch derart ausgestaltet sein, dass er den aufgeweiteten Bereich des zweiten Rohres 3 ebenfalls topfartig umschließt. Durch diese Maßnahme wird weitestgehend vermieden, dass Absorptionsmaterial 5 durch die gelenkige Verbin­ dung 1 in die Auspuffanlage gelangt.

Um die Dämpfungseigenschaften des Vorschalldämpfers noch weiter zu verbes­ sern, kann das Gehäuse 4 in Teilbereichen, oder auch komplett mit einem Geflecht umwickelt werden, wodurch die akustischen Dämpfungseigenschaften und die me­ chanische Festigkeit des Gehäuses 4 nochmals verbessert werden. Dieses Geflecht kann beispielsweise ein Drahtgeflecht sein.

In dem hier dargestellten Beispiel besitzt das Gehäuse 4 einen runden Querschnitt. Der runde Querschnitt kann jedoch beispielsweise auch durch einen ovalen oder elliptischen Querschnitt ersetzt werden, wodurch eine bessere Anpassung des Ge­ häuses 4 an das Package des Gesamtfahrzeuges möglichist. Durch diese Maß­ nahme ist die Verbauung sowohl im Motorraum als auch unter der Bodengruppe des Fahrzeuges denkbar.

Bezugszeichenliste

1

Gelenkige Verbindung

2

Erstes Rohr

2

a Rohrende, erstes Rohr

3

Zweites Rohr

3

a Rohrende, zweites Rohr

4

Gehäuse

5

Absorbtionsmaterial

6

Bund

7

Erster Durchbruchbereich

8

,

8

' Durchbruch

9

Zweiter Durchbruchbereich

10

,

10

' Durchbruch

11

Strömungsrichtung

12

Weltrohr

Claims (7)

1. Auspuffanlage mit zumindest einem ersten Rohr und einem zweiten Rohr für eine Brennkraftmaschine, mit einer gelenkigen Verbindung für das erste Rohr und das zweite Rohr, welche mit zumindest einem rohrförmigen, zumindest teilweise aus einem Wellrohr dargestellten, Gehäuse ummantelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rohr (1; 2) innerhalb des Ge­ häuses (4) Durchbrüche (8, 8'; 10, 10') in seiner Wandung aufweist und zu­ mindest im Bereich zwischen zumindest dem Rohr mit den Durchbrüchen (8, 8'; 10, 10') und dem Gehäuse (4) ein Absorptionsmaterial (5) angeordnet ist.

2. Auspuffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wellrohr (12) in axialer Richtung zu­ mindest über den Bereich der gelenkigen Verbindung (1) erstreckt.

3. Auspuffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (8, 8'; 10, 10') in unterschied­ lichen Abständen voneinander beabstandet sind.

4. Auspuffanlage nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (8, 8'; 10, 10') unterschiedli­ che Querschnittsflächen aufweisen.

5. Auspuffanlage nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) zumindest in einem Teilbe­ reich von einem Geflecht umwickelt ist.

6. Auspuffanlage nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) in der Ebene senkrecht zu seiner Längsachse einen runden oder weitestgehend ovalen Querschnitt auf­ weist.

7. Auspuffanlage nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gelenkige Verbindung (1) einen axialen und oder radialen und oder angularen Anschlag aufweist.