DE102004046184B4

DE102004046184B4 - Verfahren für Abgasschalldämpfung bei Motoren mit Zylinderabschaltung

Info

Publication number: DE102004046184B4
Application number: DE102004046184.8A
Authority: DE
Inventors: William C. Albertson; Richard W. Hart; Aziz Bakar
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: DE102004046184A1; US20050067219A1; JP4160028B2; JP2005106052A; US7090048B2

Abstract

Verfahren zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch von einem Motor (50, 51) mit einer ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern (52, 53), die mit einem ersten Auspuffkrümmer (56, 57) verbunden ist, und einer zweiten Gruppe von abschaltbaren Zylindern (54, 55), die mit einem zweiten Auspuffkrümmer (58, 59) verbunden ist, wobei der zweite Auspuffkrümmer (58, 59) mit dem ersten Auspuffkrümmer (56, 57) mit einem Rohr (64, 65) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein nachgeschaltetes Ventil (66, 67) in dem zweiten Auspuffkrümmer (58, 59) zwischen einem Auspuffendrohr (62, 63) und der Stelle bereitgestellt ist, an der der zweite Auspuffkrümmer (58, 59) mit dem Rohr (64, 65) verbunden ist; wobei das Verfahren umfasst: Schließen des Ventils (66, 67) in dem zweiten Auspuffkrümmer (58, 59), wenn die zweite Gruppe von Zylindern (54, 55) abgeschaltet ist, so dass der zweite Auspuffkrümmer (58, 59) als ein Resonator wirkt, um Schall von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern (52, 53) zu dämpfen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch von einem Motor mit Zylinderabschaltung. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 44 31 058 C1 und DE 37 23 703 A1 bekannt geworden.
Zylinderabschaltung wird zur Verbesserung der Kraftstoffersparnis in Motoren verwendet. Die Zylinderabschaltung schaltet eine Hälfte der verfügbaren Zylinder durch Abschalten eines Ventilstößels in diesen Zylindern aus, so dass die Zylinder nach einem Verbrennungszyklus des Motors geschlossen bleiben und die verbrannten Gase während der Abschaltung in dem Zylinder gefangen bleiben.
Die verbleibenden aktiven Zylinder bei einem Motor, der einige seiner Zylinder über Ventilabschaltung abgeschaltet hat, arbeitet im Allgemeinen bei einer höheren spezifischen Last. Diese höhere spezifische Last zusammen mit der Reduktion der Abgasimpulsfrequenz erhöht Bedenken über eine höhere Amplitude und ein entsprechend erhöhtes Auspuffgeräusch. Konventionelle Mittel zum Dämpfen von Abgasschall, etwa ein Schalldämpfer mit einem Resonator darin, gehen üblicherweise mit einem nachteiligen höheren Abgasgegendruck einher. Dieser höhere Abgasgegendruck bewirkt, dass die Verbesserungen, die aus dem Abschalten von Zylindern gewonnen werden, beseitigt werden.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, das Auspuffgeräuschproblem in Zusammenhang mit Zylinderabschaltung zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch von einem Motor mit Zylinderabschaltung gelöst.
Der Erfinder hat erkannt, dass es bei Motoren, die separate Auspuffkrümmer für eingeschaltete und für abgeschaltete Zylinder aufweisen (üblicherweise V6, V10, V12 und einige L4 und L6-Motoren), eine Möglichkeit gibt, das ansonsten ungenutzte Abgassystemvolumen in der abgeschalteten Seite des Motors zur Schalldämpfung zu nutzen. Eine Schalldämpfung wird durch ein Verbinden der Auspuffkrümmer der eingeschalteten und der abgeschalteten Zylinder in solch einer Weise erreicht, dass eine Schallauslöschung oder ein Dämpfungsresonator (d. h. ein Helmholtzdämpfer oder einen Viertelwellendämpfer) gebildet werden.
Der Motor kann quer oder längs ausgerichtet sein. Der ”Krümmer” könnte mehrere Rohre umfassen, die durch Verbindungsstücke verbunden sind oder in irgendeiner Anordnung ausgebildet sein.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch von einem Motor wie oben beschrieben bereit, wobei das Verfahren ein Verbinden des zweiten Auspuffkrümmers mit dem ersten Auspuffkrümmer umfasst, so dass der zweite Auspuffkrümmer als ein Resonator wirkt, um Schall von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern zu dämpfen, wenn die zweite Gruppe von Zylindern abgeschaltet ist.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
1 eine schematische Darstellung eines Motors mit einem System zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch, wobei das Dämpfen anders als bei der vorliegenden Erfindung erfolgt;
2 eine schematische Darstellung eines Motors mit einem System zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch, wobei das Dämpfen anders als bei der vorliegenden Erfindung erfolgt;
2a eine vergrößerte schematische Perspektivansicht des Ventils von 2;
3 eine schematische Darstellung eines längs eingebauten Motors mit einem System zum erfindungsgemäßen Dämpfen von einem Auspuffgeräusch zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das System ein einzelnes Ventil aufweist;
4 eine schematische Darstellung eines quer eingebauten Motors mit einem System zum erfindungsgemäßen Dämpfen von einem Auspuffgeräusch zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei das System ein einzelnes Ventil aufweist;
5 eine schematische Darstellung eines längs eingebauten Motors mit einem System zum erfindungsgemäßen Dämpfen von einem Auspuffgeräusch zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei das System drei Ventile aufweist; und
6 eine schematische Darstellung eines quer eingebauten Motors mit einem System zum erfindungsgemäßen Dämpfen von einem Auspuffgeräusch zur Erläuterung einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei das System zwei Ventile aufweist.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Motor 10, in dem ein System zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch eingebaut ist. Der Motor 10 ist ein V-Typ-Motor mit einer ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 12 und einer zweiten Gruppe von abschaltbaren Zylindern 14. Ein erster Auspuffkrümmer 16 ist mit der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 12 verbunden und ein zweiter Auspuffkrümmer 18 ist mit der zweiten Gruppe von abschaltbaren Zylindern 14 verbunden. Der zweite Auspuffkrümmer 18 ist mit dem ersten Auspuffkrümmer 16 an einer Verbindungsstelle 20 verbunden, so dass der zweite Auspuffkrümmer 18 als ein Resonator wirkt, um Schall von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 12 zu dämpfen, wenn die zweite Gruppe der Zylinder 14 abgeschaltet ist.
Die Länge und das Volumen des zweiten Auspuffkrümmers 18 ist für eine maximale Schalldämpfung ausgewählt.
Vorzugsweise ist die Länge L des zweiten Auspuffkrümmers 18 ausgewählt, um einen Viertelwellenabstimmer auszubilden, so dass die Länge L des zweiten Krümmers ungefähr ein Viertel der Wellenlänge des von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 12 zu dämpfenden Schalls beträgt. Durch das richtige Positionieren der Verbindungsstelle 20 und durch Auswahl der geeigneten Länge L für den zweiten Auspuffkrümmer 18 können die unerwünschten Abgasdruckimpulse von den eingeschalteten Zylindern gedämpft werden.
Wie in 1 gezeigt, sind der erste und der zweite Auspuffkrümmer 16, 18 mit dem Auspuffrohr 22 verbunden, welches zu dem Auspuffendrohr führt.
Mit Blick auf 2 ist ein Motor 10 schematisch gezeigt, der ein anderes System zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch umfasst. In 2 werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Komponenten aus 1 zu bezeichnen. Wie gezeigt, umfasst der Motor 10 eine erste Gruppe von eingeschalteten Zylindern 12 und eine zweite Gruppe von abschaltbaren Zylindern 14. Die erste Gruppe von eingeschalteten Zylinder 12 ist mit einem ersten Auspuffkrümmer 16 verbunden und die zweite Gruppe von abschaltbaren Zylinder 14 ist mit einem zweiten Auspuffkrümmer 18 verbunden. Der erste und der zweite Auspuffkrümmer 16, 18 sind an der Verbindungsstelle 20 verbunden. Ein Ventil 26 ist entlang der Länge des zweiten Auspuffkrümmers 18 angeordnet. Das Ventil 26 ist vorzugsweise, wie in 2a gezeigt, ein Klappenventil und umfasst ein Stellglied 28, das wirksam mit einer drehbaren Ventilscheibe 30 verbunden ist, die in einer Röhre 32 auf einer rotierbaren Welle 33 getragen ist. Die Ventilplatte 30 weist ein Loch 34 auf, das in der Mitte ausgebildet ist, um einen Resonator vom Helmholtztyp zu erzeugen. Der Abstand L₁ zwischen der Verbindungsstelle 20 und dem Ventil 26 ist vorzugsweise ausgewählt, um einen Viertel-(1/4)-Wellenresonator bereitzustellen, so dass die Abgasdruckimpulse oder Schallwellen, die von der ersten Gruppe eingeschalteter Zylinder 12 ausgehen, durch von dem Resonator reflektierte Wellen ausgelöscht werden.
Dieses System erlaubt die Auswahl von zwei verschiedenen Resonatorgeometrien, eine mit einer Länge L₁ und eine andere mit einer Länge L, abhängig davon, ob das Ventil 26 geöffnet oder geschlossen ist. Dies würde dem Dämpfungssystem erlauben, einen weiteren Bereich von Abgasfrequenzen abzudecken. Das Ventil 26 würde bei hoher Motorlast geöffnet werden, wenn die abgeschalteten Zylinder wieder eingeschaltet sind.
3 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine schematische Darstellung eines in Längsrichtung ausgerichteten Motors mit einer ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 52 und einer zweiten Gruppe von abschaltbaren Zylindern 54. Die erste Gruppe von eingeschalteten Zylindern 52 ist mit einem ersten Auspuffkrümmer 56 verbunden und die zweite Gruppe von abschaltbaren Zylindern 54 ist mit einem zweiten Auspuffkrümmer 58 verbunden. Der erste Auspuffkrümmer 56 führt zu einem ersten Auspuffendrohr 60 und der zweite Auspuffkrümmer 58 führt zu einem zweiten Auspuffendrohr 62. Ein Rohr 64 verbindet den ersten und den zweiten Krümmer 56, 58. Ein nachgeschaltetes Ventil 66 ist auch mit dem zweiten Krümmer 58 zwischen dem Auspuffendrohr 62 und der Stelle, an der der zweite Krümmer 58 mit dem Rohr 64 verbunden ist, verbunden. Bei dieser Anordnung sind zwei Resonatorlängen L₃, L₄ vorgesehen. Die Länge L₃ umfasst die Länge des Rohres 64 und den Teil des Auspuffkrümmers 58 zwischen dem Rohr 64 und der zweiten Gruppe von Zylindern 54. Die Länge L₄ umfasst die Länge des Rohrs 64 und die Strecke zwischen dem Ventil 66 und der Stelle, an der das Rohr 64 mit dem zweiten Auspuffkrümmer 58 verbunden ist. Demgemäß werden zwei verschiedene Auslöschungswellen bereitgestellt, die Wellenlängen L₃ und L₄ aufweisen. Somit können unterschiedliche Druckimpulswellenlängen ausgelöscht werden, wenn die zweite Gruppe von Zylindern 54 abgeschaltet ist.
Mit Bezug auf 4 ist ein anderes System zur Erläuterung der Erfindung gezeigt, worin ein quer eingebauter Motor 51 eine erste Gruppe von eingeschalteten Zylindern 53 und eine zweite Gruppe von abschaltbaren Zylindern 55 umfasst, die mit einem ersten bzw. einem zweiten Auspuffkrümmer 57, 59 verbunden sind. Der erste Auspuffkrümmer 57 führt zu dem ersten Auspuffendrohr 61 und der zweite Auspuffkrümmer 59 führt zu dem zweiten Auspuffendrohr 63. Der erste Auspuffkrümmer 57 ist mit dem zweiten Auspuffkrümmer 59 durch das Rohr 65 verbunden. Wie bei dem System von 3 ist ein Ventil 67 in dem Auspuffkrümmer 59 zwischen dem Auspuffendrohr 63 und der Stelle, an der das Rohr 65 mit dem Auspuffkrümmer 59 verbunden ist, vorgesehen. Bei dieser Anordnung sind die Längen L₅ und L₆ verfügbar, um als Resonatoren zu wirken, um Schall von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 53 zu dämpfen, wenn die zweite Gruppe von Zylindern 55 abgeschaltet ist. Demgemäß können Schallwellen oder Druckimpulse von den eingeschalteten Zylindern 53, die verschiedene Wellenlängen aufweisen, ausgelöscht werden. Konkret würden die Schallwellen von den eingeschalteten Zylinder 53 den Auspuffkrümmer 57 hinunter und durch das Rohr 65 zu dem Auspuffkrümmer 59 laufen. Die Wellen würden dann in Richtung des Motors 51 oder in Richtung des Ventils 67 drehen und reflektiert werden. Die reflektieren Wellen sind durch die Beträge L₅ oder L₆ gegenüber den ursprünglichen Wellen außer Phase, wobei die Beträge L₅ oder L₆ einem Viertel der Wellenlänge der Welle zum Auslöschen der Welle nahe kommen. Der Ort des Ventils 67 kann auf der Grundlage der zu dämpfenden Geräuschfrequenz ausgewählt sein.
5 zeigt zur Erläuterung der Erfindung einen in Längsrichtung ausgerichteten Motor 50 mit einem System zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch. In 5 werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Komponenten aus 3 zu beschreiben. Das System von 5 ist in jeder Hinsicht identisch mit dem der 3 außer, dass die zusätzlichen Durchflussventile 68, 70 vorgesehen sind, um die zusätzlichen optionalen Resonatorlängen L₇ und L₈ zusätzlich zu den in 3 gezeigten Längen L₃ und L₄ bereitzustellen. Jede der verschiedenen Längen kann durch geeignetes Einstellen der Ventile 66, 68, 70 einfach ausgewählt werden. Wenn z. B. die Länge L₈ erwünscht ist, ist dann das Ventil 68 geöffnet und das Ventil 70 geschlossen und die Wellen werden an dem Ventil 70 reflektiert. Wenn die Länge L₇ erwünscht ist, ist dann das Ventil 68 geschlossen und die Wellen werden an dem Ventil 68 reflektiert.
Mit Bezug auf 6 ist der Erläuterung der Erfindung ein Motor mit einem System zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch gezeigt. In 6 werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Komponenten aus 4 zu bezeichnen. Das System von 6 ist in jeder Hinsicht identisch mit dem der 4 außer, dass das zusätzliche Kurzschlussventil 69 hinzugefügt ist, um zusätzlich zu den in 4 dargestellten Resonatorlängen L₅ und L₆, die verfügbar sind, wenn das Ventil 69 geöffnet ist, die zusätzliche optionale Resonatorlänge L₉ hinzuzufügen, wenn das Ventil 69 geschlossen ist. Demgemäß sind in dieser Anordnung Viertelwellenabstimmungslängen L₅, L₆ und L₉ verfügbar, um selektiv Wellen verschiedener Wellenlänge, die von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern 53 ausgehen, wenn die Zylinder 55 abgeschaltet sind, auszulöschen.
Beispielsweise können die Schallwellenlängen, die von einer eingeschalteten Gruppe von Zylindern ausgehen, zwischen 7 und 25 m variieren, in welchen Fall die ausgewählte Viertelwellenlänge zwischen ungefähr 1,8 und 6,2 m variieren würde, wie etwa bei einem V6-Motor. Bei einem V12-Motor kann die Wellenlänge des Schalls, der von den eingeschalteten Zylindern ausgeht, zwischen ungefähr 3,7 und 12,5 m liegen und die Viertelwellenlänge würde zwischen ungefähr 0,9 und 3,1 m ausgewählt werden, so dass die Krümmerlängen oder Ventilpositionen entsprechend ausgewählt werden würden, um den optimalen Viertelwellenabstimmungseffekt bereitzustellen.
Diese Erfindung kann in jedem Motor angewendet werden, in welchem Auspuffkrümmer für eine abgeschaltete Reihe und eine eingeschaltete Reihe von Zylindern getrennt werden können.

Claims

Verfahren zum Dämpfen von einem Auspuffgeräusch von einem Motor (50, 51) mit einer ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern (52, 53), die mit einem ersten Auspuffkrümmer (56, 57) verbunden ist, und einer zweiten Gruppe von abschaltbaren Zylindern (54, 55), die mit einem zweiten Auspuffkrümmer (58, 59) verbunden ist, wobei der zweite Auspuffkrümmer (58, 59) mit dem ersten Auspuffkrümmer (56, 57) mit einem Rohr (64, 65) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein nachgeschaltetes Ventil (66, 67) in dem zweiten Auspuffkrümmer (58, 59) zwischen einem Auspuffendrohr (62, 63) und der Stelle bereitgestellt ist, an der der zweite Auspuffkrümmer (58, 59) mit dem Rohr (64, 65) verbunden ist; wobei das Verfahren umfasst: Schließen des Ventils (66, 67) in dem zweiten Auspuffkrümmer (58, 59), wenn die zweite Gruppe von Zylindern (54, 55) abgeschaltet ist, so dass der zweite Auspuffkrümmer (58, 59) als ein Resonator wirkt, um Schall von der ersten Gruppe von eingeschalteten Zylindern (52, 53) zu dämpfen.