DE102005005487B4

DE102005005487B4 - Schalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005005487B4
Application number: DE200510005487
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schorn; Jörg Winkel; Bernd Müller
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2025-02-05
Also published as: DE102005005487A1

Abstract

Schalldämpfer (1) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schalldämpfergehäuse (2), das an einer Gehäuseseite (46) einen Abgaseinlass (8) und wenigstens einen ersten Abgasauslass (10) besitzt, einem innerhalb des Schalldämpfergehäuses (2) angeordneten, zumindest eine erste und zweite Kammer (21, 24) und zumindest eine innere erste und zweite Abgasleitung (27, 28) umfassenden Dämpfungssystems (3), welche erste Abgasleitung (27) mit dem Abgaseinlass (8) verbunden ist, ferner die benachbart zum Abgaseinlass (8) liegende erste Kammer (21) durchsetzt, jedoch in der ersten Kammer (21) eine Austrittsöffnung (42) besitzt und außerdem mit einem Leitungsende (29) in der zweiten Kammer (24) mündet, wobei die innere erste und zweite Abgasleitung (27, 28) so angeordnet sind, dass – ausgehend vom Abgaseinlass (8) – das Abgas in die erste bzw. zweite Kammer (21, 24) und schließlich in den ersten Abgasauslass (10) gelangen kann, und mit einem Absperrorgan (14), mit dem wahlweise ein erster oder zweiter Abgasströmungspfad...

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Schalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsbildender Schalldämpfer einer Abgasanlage ist aus der DE 198 37 097 A1 bekannt. Derartige Abgasanlagen werden auch als Klappenabgasanlagen bezeichnet, bei denen ein Absperrorgan vorgesehen ist, mit dem wahlweise ein erster oder zweiter Abgasströmungspfad durch ein innerhalb des Schalldämpfergehäuse angeordnetes Dämpfersystem hindurch einstellbar ist, um beispielsweise für den Abgasstrom unterschiedliche Abgasgegendrücke und/oder einen unterschiedlichen Klang an einem Abgasendrohr einzustellen. Der dafür vorgesehene Schalldämpfer der Abgasanlage weist ein Schalldämpfergehäuse auf, welches an einer Gehäuseseite einen Abgaseinlass und wenigstens einen ersten Abgasauslass aufweist. Der Abgaseinlass steht üblicherweise mit der Auslassseite des Brennraums der Brennkraftmaschine ein Verbindung. Das Dämpfersystem ist innerhalb des Schalldämpfers angeordnet und weist zumindest eine erste und zweite Kammer auf, in die das Abgas einströmen kann. Ferner besitzt das Dämpfersystem zumindest eine innere erste und zweite Abgasleitung, die so angeordnet sind, dass – ausgehend vom Abgaseinlass – das Abgas in die erste bzw. zweite Kammer und schließlich in den Abgasauslass gelangen kann. Dafür ist die erste Abgasleitung mit dem Abgaseinlass verbunden und durchsetzt die erste Kammer. Außerdem besitzt die erste Abgasleitung eine Austrittsöffnung, die innerhalb der ersten Kammer liegt. Schließlich weist die erste Abgasleitung ein Leitungsende auf, mit dem sie in der zweiten Kammer mündet. Bei dem bekannten Schalldämpfer ist das Absperrorgan innerhalb des Schalldämpfergehäuses angeordnet und kann das in der zweiten Kammer liegende Leitungsende der ersten Abgasleitung verschließen oder freigeben, wodurch der erste oder zweite Abgasströmungspfad eingestellt wird.
Eine ähnliche Ausgestaltung eines Schalldämpfers für eine Abgasanlage ist außerdem aus der DE 298 03 183 U1 bekannt. Das Absperrorgan ist auch bei diesem Schalldämpfer innerhalb des Schalldämpfergehäuses angeordnet.
Aus der DE 38 35 079 A1 ist ein Schalldämpfer ersichtlich, der an gegenüberliegenden Gehäuseseiten einen Abgaseinlass und zwei Abgasauslässe besitzt, so dass in jedem Fall das Schalldämpfergehäuse mit dem darin angeordneten Dämpfungssystem im Wesentlichen in Längsrichtung durchströmt wird. An einem der Abgasauslässe ist außerhalb des Schalldämpfergehäuses ein Absperrorgan angeordnet, so dass wahlweise ein erster oder zweiter Strömungspfad eingestellt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art anzugeben, der hinsichtlich eines kompakten Aufbaus und der Anordnung des Absperrorgans optimiert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Schalldämpfer, der die in Anspruch 1 genannten Merkmale umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass der für den kompakten Schalldämpfer innerhalb des Kraftfahrzeugs vorgesehene Einbauraum optimiert werden kann, da sämtliche Anschlüsse, also der Abgaseinlass und die beiden Abgasauslässe an ein und derselben Gehäuseseite liegen. Gegenüber längsdurchströmten Schalldämpfern, bei dem der Abgaseinlass an einer Gehäuseseite und der Abgasauslass an einer anderen Gehäuseseite liegt, ergeben sich Vorteile insbesondere bei einer Anordnung des Schalldämpfers im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, bei dem auch die Brennkraftmaschine in Heckmotor- oder Mittelmotoranordnung vorgesehen ist. Schalldämpfer und Brennkraftmaschine liegen also bei derartigen Fahrzeugen nahe beieinander. Außerdem unterliegt bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer das Absperrorgan einer geringeren thermischen Belastung, da es außerhalb des Schalldämpfergehäuses angeordnet ist. Durch diese Anordnung ergeben sich ferner Vorteile bei einer eventuellen Reparatur bzw. einem eventuellen Austausch des Absperrorgans, da es von außen her zugänglich ist. Außerdem lässt sich der erfindungsgemäße Schalldämpfer auch für eine konventionelle Abgasanlage ohne Absperrorgan und mit nur einem Abgasauslass verwenden, wenn der zweite Abgasauslass verschlossen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß Anspruch 2 zeichnet sich dadurch aus, dass sich das in die erste Kammer einströmende Abgas darin entspannen kann und somit eine gewisse Schalldämpfung erreicht wird, bevor es über das Bypassendrohr austritt. Ist das Absperrorgan in dem Bypassendrohr geschlossen, dient die erste Kammer zur Ankoppelung eines Dämpfungsvolumens. Die erste Kammer wirkt somit in vorteilhafter Weise bei Einstellung des ersten oder zweiten Abgasströmungspfads.
Gemäß einer in Anspruch 3 angegebenen Ausführungsvariante werden innerhalb des Schalldämpfergehäuses der erste und zweite Abgasströmungspfad gebildet, die sich hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften unterscheiden.
Entsprechend einem in Anspruch 4 angegebenen Ausführungsbeispiel wird innerhalb des Dämpfersystems eine weitere Dämpfung erreicht, wenn das aus dem ersten Abgasrohr in die zweite Kammer einströmende Abgas über die Überströmeinrichtung in die dritte Kammer und von dort in die zweite Abgasleitung gelangt.
Mit den in Anspruch 5 genannten Merkmalen wird ein direkter Übertritt des Abgases von der zweiten in die dritte Kammer verhindert, was die Dämpfungseigenschaft verbessert. Um diesen durchgehenden Wandabschnitt herum wird in bevorzugter Ausführungsform gemäß Anspruch 6 eine mehrere Öffnungen umfassende Lochung in die zweite Trennwand eingebracht.
Nach einer Weiterbildung mit den in Anspruch 7 genannten Merkmalen dient die erste Kammer einerseits als Strömungsverbindung zwischen der Austrittsöffnung und dem zweiten Abgasauslass sowie zur Ankoppelung eines Dämpfungsvolumens, wenn das Absperrorgan in dem Bypassendrohr geschlossen ist.
Mit den in Anspruch 8 genannten Merkmalen wird eine Ausführungsform bereitgestellt, bei der ein direktes Auftreffen des heißen Abgases auf das Schalldämpfergehäuse vermieden wird. Zusätzlich kann – wie in Anspruch 9 angegeben – das Schalldämpfergehäuse in der zweiten Kammer mit einem Hitzeschutz bzw. einer Isolierung versehen sein, um die am Schalldämpfergehäuse auftretenden Temperaturen zu verringern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Schalldämpfers für eine Abgasanlage und
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch den Schalldämpfer nach 1.
Anhand der 1 und 2 wird nachfolgend ein Schalldämpfer 1 einer sonst nicht weiter dargestellten Abgasanlage einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenmotor, für ein Kraftfahrzeug näher erläutert. Der Schalldämpfer 1 besitzt ein Schalldämpfergehäuse 2 mit einer ein Dämpfungssystem 3 umschließenden Gehäusewand 4, in die drei Öffnungen 5, 6, 7 eingebracht sind. Die Öffnung 5 dient als Abgaseinlass 8, der mit einer äußeren Abgasleitung 9 verbunden ist, in der die von der Brennkraftmaschine produzierten Abgase zum Schalldämpfer 1 geführt werden. Die zweite Öffnung 6 stellt einen ersten Abgasauslass 10 dar, an den sich eine weitere äußere Abgasleitung 11 anschließt, die auch als Abgasendrohr bezeichnet werden kann und eine Endrohröffnung 11' aufweist. Die dritte Öffnung 7 bildet einen zweiten Abgasauslass 12, an den sich ein Bypassendrohr 13 anschließt, in dem ein Absperrorgan 14 angeordnet ist, welches beispielsweise eine hier nicht sichtbare Klappe zum Freigeben oder Verschließen des Bypassendrohres 13 dient. Die Klappe bildet allgemein einen Ventilkörper, der von einem Antrieb 15, beispielsweise über ein Gestänge 16, bewegt werden kann, um das Bypassendrohr abzusperren oder freizugeben. Von dem Ventilkörper bzw. von der Klappe ist in 1 lediglich eine Lagerachse 17 gezeigt. Stromabwärts des Absperrorgan 14 weist das Bypassendrohr 13 eine Endrohröffnung 13' auf.
Je nach Stellung des Absperrorgans 14 gelangt das über den Abgaseinlass 8 einströmende Abgas über einen ersten oder zweiten Abgasströmungspfad, wobei der erste Abgasströmungspfad 18 mit durchgezogenen Pfeilen und der zweite Abgasströmungspfad 19 mit gestrichelt eingezeichneten Pfeilen gekennzeichnet ist. Zur Erläuterung der beiden Abgasströmungspfade 18 und 19 wird zunächst das innere Dämpfungssystem 3 näher beschrieben. Es umfasst eine erste, benachbart zu den Öffnungen 5 bis 7 angeordnete Trennwand 20, die somit zusammen mit dem Schalldämpfergehäuse 2 eine erste Kammer 21 begrenzt. Mit Abstand, jedoch beispielsweise parallel zur ersten Trennwand 20 ist eine zweite Trennwand 22 vorgesehen, die über ein oder mehrere Streben 23 mit der ersten Trennwand 20 verbunden ist. Eine zweite Kammer 24 wird von der zweiten Trennwand 22 und von einem im folgenden als Kammerwand 25 bezeichneten Abschnitt der Gehäusewand 4 des Schalldämpfergehäuses 2 begrenzt. Zwischen der ersten und der zweiten Kammer 21, 24 liegt eine dritte Kammer 26, die mithin von den beiden Trennwänden 20 und 22 sowie umfänglich von der Gehäusewand 4 des Schalldämpfergehäuses 2 begrenzt wird. Das Dämpfungssystem 3 besitzt ferner eine innere erste und innere zweite Abgasleitung 27 und 28, die als Rohrelemente ausgebildet sind und zusammen mit den Trennwänden 20 und 22 die Abgasströmungspfade 18 und 19 definieren. Zunächst wird der erste Abgasströmungspfad 18 erläutert. Die erste Abgasleitung 27 schließt sich stromabwärts an den Abgaseinlass 8 an, durchsetzt die erste und dritte Kammer 21 und 26 und mündet mit ihrem Leitungsende 29 in der zweiten Kammer 24. Stirnseitig ist das Leitungsende 29 verschlossen, wofür ein Stopfen bzw. Deckel 30 vorgesehen sein kann. In dem in die zweite Kammer 24 hineinragenden Mantel 31 des Leitungsendes 29 ist eine Ausströmöffnung 32 ausgebildet, durch die das Abgas in die zweite Kammer 24 eintreten kann. Die Ausströmöffnung 32 wird vorzugsweise durch eine mehrere Öffnungen aufweisende Perforation 33 in dem Mantel 31 gebildet, von der lediglich beispielhaft vier Öffnungen 34 zu sehen sind. Die zweite Trennwand 22 weist eine Überströmöffnung 35 auf, die ein Überströmen des Abgases von der zweiten Kammer 24 in die dritte Kammer 26 ermöglicht. Die Überströmöffnung 35 ist als Perforation bzw. Lochung 36 ausgeführt, die mehrere Öffnungen 37 umfasst, die ringartig um einen durchgehenden, also ohne Lochung ausgeführten Wandabschnitt 38 der zweiten Trennwand 22 angeordnet sind. Die zweite Abgasleitung 28 besitzt eine Einströmöffnung 39, die eine trichterförmige Erweiterung 40 aufweist. Die Einströmöffnung 39 liegt mit geringem Abstand zu der zweiten Trennwand 22 und ist dem durchgehenden Wandabschnitt 38 gegenüberliegend innerhalb der dritten Kammer 26 angeordnet. In stromabwärtiger Richtung setzt sich die zweite Abgasleitung 28 – ausgehend von der Einströmöffnung 39 – die erste Trennwand 20 durchsetzend bis zum ersten Abgasauslass 10 fort.
Der durch das Dämpfungssystem 3 definierte zweite Abgasströmungspfad 19 ist dadurch realisiert, dass der zweite Abgasauslass 12 über eine Strömungsverbindung 41 mit einer Austrittsöffnung 42 in Verbindung steht, welche Austrittsöffnung 42 in die erste Abgasleitung 27 eingebracht ist. Die Austrittsöffnung 42 liegt innerhalb der ersten Kammer 21, welche somit die Strömungsverbindung 41 zu dem zweiten Abgasauslass 12 herstellt. Der Querschnitt der Austrittsöffnung 42 wird etwa so groß gewählt wie der Durchlassquerschnitt des Abgaseinlasses 8 bzw. des zweiten Abgasauslasses 12.
Ist das in dem Bypassendrohr 13 angeordnete Absperrorgan 14 in Schließstellung, ist der erste Abgasströmungspfad 18 aktiv. Bei geöffnetem Absperrorgan 14 hingegen ist der zweite Abgasströmungspfad 19 eingestellt und das Abgas strömt hauptsächlich durch die erste Kammer 21, die gegenüber der dritten Kammer 26 durch die erste Trennwand 20 gasdicht abgeschlossen ist.
Aus 2 ist ferner ein in die zweite Kammer 24 eingesetzter Hitzeschutz 43 ersichtlich, der eine direkte Berührung des aus der Ausströmöffnung 32 austretenden heißen Abgases mit der Kammerwand 25 verhindert. Der Hitzeschutz umfasst beispielsweise eine Isolation 44, die – der zweiten Kammer 24 zugewandt – von einer Abdeckwand 45 überdeckt wird. Aus 2 geht noch hervor, dass die drei Öffnungen 5 bis 7, also der Abgaseinlass 8, der erste Abgasauslass 10 und der zweite Abgasauslass 12 gemeinsam an einer Gehäuseseite 46 liegen, die somit auch als Anschlussseite des Schalldämpfers 1 bezeichnet werden kann. Diese Gehäuseseite 46 erstreckt sich definitionsgemäß über einen Abschnitt der Gehäusewand 4 des Schalldämpfergehäuses 2, welcher Abschnitt der Gehäusewand 4 die erste Kammer 21 begrenzt. Daraus folgt, dass beispielsweise die Öffnungen 5 bzw. 7 auch einem Eckbereich 47 des Schalldämpfergehäuses 2 oder sogar über diesen Eckbereich hinaus in Richtung erste Trennwand 20 angeordnet sein könnten. Ferner zeigt 2, dass in der zweiten Trennwand 22 Durchbrüche 48 und 49 ausgebildet sind, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel der Durchbruch 48 von der ersten Abgasleitung 27 durchsetzt wird. Der andere verschließbare Durchbruch 49 dient zum Durchtritt der ersten Abgasleitung 27, wenn der Schalldämpfer 1 in einer anderen Einbaulage innerhalb des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Insbesondere ist dies vorteilhaft, bei Abgasanlagen für mehrreihige Brennkraftmaschinen, für die so genannte zweiflutige Abgasanlagen mit zwei separaten Abgassträngen vorgesehen sind, wobei in jedem dieser Abgasstränge ein derartiger Schalldämpfer 1 angeordnet ist. In Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen kann der Schalldämpfer 1 mithin sowohl links als auch rechts im Fahrzeug platziert werden. Soll der Schalldämpfer 1 für eine konventionelle Abgasanlage verwendet werden, kann die Öffnung 7 verschlossen und auf das Bypassendrohr 13 verzichtet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel findet jedoch ein Überströmen des Abgases aus der zweiten Kammer 24 in die dritte Kammer 26 über den Durchbruch 49 und die Überströmöffnung 35 statt. Durch entsprechende Wahl der Größe und/oder Anzahl bzw. Anordnung der Löcher 37 kann ein Abstimmen des Klangbildes bei geschlossenem Absperrvorgang 14 erfolgen.

Claims

Schalldämpfer (1) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schalldämpfergehäuse (2), das an einer Gehäuseseite (46) einen Abgaseinlass (8) und wenigstens einen ersten Abgasauslass (10) besitzt, einem innerhalb des Schalldämpfergehäuses (2) angeordneten, zumindest eine erste und zweite Kammer (21, 24) und zumindest eine innere erste und zweite Abgasleitung (27, 28) umfassenden Dämpfungssystems (3), welche erste Abgasleitung (27) mit dem Abgaseinlass (8) verbunden ist, ferner die benachbart zum Abgaseinlass (8) liegende erste Kammer (21) durchsetzt, jedoch in der ersten Kammer (21) eine Austrittsöffnung (42) besitzt und außerdem mit einem Leitungsende (29) in der zweiten Kammer (24) mündet, wobei die innere erste und zweite Abgasleitung (27, 28) so angeordnet sind, dass – ausgehend vom Abgaseinlass (8) – das Abgas in die erste bzw. zweite Kammer (21, 24) und schließlich in den ersten Abgasauslass (10) gelangen kann, und mit einem Absperrorgan (14), mit dem wahlweise ein erster oder zweiter Abgasströmungspfad (18, 19) durch das Dämpfungssystem (3) hindurch einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalldämpfergehäuse (2) an der derselben Gehäuseseite (46) einen zweiten Abgasauslass (12) aufweist, der mit der Austrittsöffnung (42) in Strömungsverbindung (41) steht, und dass sich an den zweiten Abgasauslass (12) ein Bypassendrohr (13) anschließt, in dem das Absperrorgan (14) angeordnet ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (41) durch die erste Kammer (21) gebildet ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (21) von einer ersten Trennwand (20) begrenzt wird, dass mit Abstand zur ersten Trennwand (20) eine zweite Trennwand (22) angeordnet ist, die von der ersten Abgasleitung (27) durchdrungen ist, dass zwischen der ersten und zweiten Trennwand (20, 22) eine dritte Kammer (24) liegt, in der eine Einströmöffnung (39) der zweiten Abgasleitung (28) liegt, und dass die zweite Abgasleitung (28) die erste Kammer (21) durchsetzend mit dem ersten Abgasauslass (10) verbunden ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung (39) trichterförmig aufgeweitet ist und mit Abstand zur zweiten Trennwand (22) liegt, und dass die zweite Trennwand (22) eine Überströmöffnung (35) aufweist, die die zweite und dritte Kammer (21, 24) miteinander verbindet.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmöffnung (39) gegenüberliegend ein durchgehender Wandabschnitt (38) der zweiten Trennwand (22) angeordnet ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmöffnung (35) als mehrere Öffnungen (37) umfassende Lochung (36) in der zweiten Trennwand (22) realisiert und um den durchgehenden Wandabschnitt (38) herum angeordnet ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (21) durch die erste Trennwand (20) gasdicht von der dritten Kammer (3) separiert ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasleitung (27) stirnseitig an ihrem Leitungsende (29) verschlossen ist und dass in den Mantel (31) der ersten Abgasleitung (28) eine Ausströmöffnung (32) eingebracht ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Schalldämpfergehäuse (2) gebildete Kammerwand (25) der zweiten Kammer (24) zumindest teilweise mit einem Hitzeschutz (43) versehen ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den ersten Abgasauslass (10) ein Abgasendrohr (11) anschließt und dass das Bypassendrohr (13) und das Abgasendrohr (11) separat jeweils zu einer Endrohröffnung (11', 13') weitergeführt sind.