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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klangveränderung einer Abgasanlage einer
Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer bestimmten
Abgasfrequenz in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 10.
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Es
ist bekannt, dass Brennkraftmaschinen entsprechend ihrer Zylinderzahl
und je nach Hubraum der Brennkraftmaschine einen typischen Motorklang
generieren. Daher wird durch eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern
ein unterschiedlicher Klang wie durch eine mit sechs Zylindern aufgrund der
typischen Abgaspulsation in Abhängigkeit
von der Zündhäufigkeit
pro Motorumdrehung erzeugt. Weiterhin basieren zukünftige Motorkonzepte
aus Wirtschaftlichkeitsgründen
auf kleinen Hubraumklassen mit geringer Zylinderzahl, um den Verbrauch
einer Brennkraftmaschine und das Gesamtgewicht eines Fahrzeuges
zu reduzieren.
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Aus
der
DE 198 37 097
B4 ist eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt,
bei der zur Veränderung
der Akustik der Abgasanlage ein Abgasrohr über ein gesteuertes Ventil
mit einem Schließkörper geöffnet oder
geschlossen werden kann. Weiterhin ist aus der
DE 100 30 490 B4 eine Abgasanlage
für eine
Brennkraftmaschine mit einem Schalldämpfer zur Glättung der
Abgasdruckpulsation bekannt, bei der mittels einer Steuerklappe
eines Hauptrohres und durch das Zusammenwirken des Hauptrohres mit
einem Nebenrohr eine gezielte Klangqualität des Schalldämpfers bewirkt
werden kann. Die aus dem Stand der Technik bekannten Abgasanlagen
bewirken in der Regel eine Veränderung einer
vorhandenen Akustik der Abgasanlage unter Beibehaltung einer Abgaspulsation,
welche durch die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine bzw. durch
die Zündfolge
der Zylinder vorgegeben ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine
bereitzustellen, bei der der Klang der Abgasanlage gezielt verändert wird.
Diese wird erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch aus, dass eine in einer Abgasanlage vorgesehene Regeleinrichtung
eine rotierbare Walze mit mindestens einem Durchgang aufweist, wobei
eine in einer Abgasanlage vorgesehene Resonanzeinrichtung mindestens
eine Leitung aufweist, wobei die Regeleinrichtung und die Resonanzeinrichtung
derart zusammenwirken, dass in Abhängigkeit von einer Walzenstellung
mindestens ein Teil des Abgasstromes der Brennkraftmaschine in den
Durchgang der Walze und danach durch die Leitung der Resonanzeinrichtung
umgelenkt wird. Vorzugsweise ist die in der Resonanzeinrichtung
vorgesehene Leitung als ein Rohr ausgebildet. Gemäß der Erfindung
sind die Regeleinrichtung und die Resonanzeinrichtung in einem Leitungsabschnitt
der Abgasanlage derart angeordnet, dass der Abgasstrom in einem
Dämpferraum,
vorzugsweise in einer Resonanzkammer eines Schalldämpfertopfes
der Abgasanlage, zu verschiedenen Rohrsystemen aufgeteilt wird,
um eine bestimmte Abgaspulsation bzw. eine Abgasdruckschwankung oder
eine Abgasfrequenz in Folge eines Wechsels oder die Häufigkeit
eines solchen Wechsels zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung
der Resonanzeinrichtungsleitung durch die rotierbare Walze zu erzeugen.
Erfindungsgemäß kann durch die
Häufigkeit
eines solchen Wechsels zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung
beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern der
Klang einer Brennkraftmaschine mit sechs, acht, zehn oder zwölf Zylindern
simuliert werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Resonanzeinrichtung
mehrere Rohre mit unterschiedlichen Längen und/oder unterschiedlichen Durchmessern
auf. Hierdurch wird nach Belieben der Klang jeder Brennkraftmaschine
simuliert, so dass die Abgasfrequenz einer Brennkraftmaschine z.B. mit
acht Zylindern simuliert werden kann.
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Durch
die in der Abgasanlage eingesetzte Walze werden Rohre oder Leitungen
in der Abgasanlage geöffnet
und geschlossen, um diese abwechselnd für eine bestimmte Dauer mit
Abgas zu beaufschlagen. Da diese Rohre mit verschiedenen Längen und
verschiedenen Durchmessern ausgeführt sind, können unterschiedliche und verschiedene
Abgasfrequenzen eingestellt werden. Hierdurch werden Abgasdruckschwankungen
und Abgasfrequenzen generiert, die den Klang einer Brennkraftmaschine mit
einer höheren
Zylinderzahl und gegebenenfalls einem größeren Hubraum als tatsächlich vorliegend simulieren.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in der Walze
mehrere Durchgänge
vorgesehen, wobei die Durchgänge
je nach Anzahl der Rohre derart zueinander versetzt angeordnet sind, dass
bei einer definierten Stellung der Walze ein erstes Rohr mit Abgas
durchströmt
wird, wobei bei veränderter
Stellung das erste Rohr geschlossen ist und z.B. ein zweites Rohr
mit Abgas durchströmt
wird. D.h., die Resonanzrohre werden je nach Stellung der Walze
abwechselnd mit Abgas durchströmt.
Sind mehr als zwei Rohre vorgesehen, dann kann gemäß der Erfindung
ein Rohr oder mehr als ein Rohr gleichzeitig mit Abgas durchströmt werden.
Somit können mehrere
Rohre, vorzugsweise nebeneinander, innerhalb der Abgasanlage angeordnet
werden, so dass ein Teil des Abgasstromes je nach Stellung der Walze in
das entsprechende Rohr umgelenkt wird.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist in mindestens einem Rohr der Resonanzeinrichtung ein
Steuerventil, insbesondere eine Steuerklappe vorgesehen. Hierdurch
kann je nach Bedarf ein Rohr durch die vorgesehene Steuerklappe
geschlossen werden und somit eine modifizierte Abgasfrequenz erzeugt
werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Walze durch eine Antriebseinrichtung
rotierbar, wobei die Antriebseinrichtung elektromotorisch und/oder
mechanisch betätigbar
ist. Dabei kann die Walzenumdrehungszahl in Abhängigkeit von mindestens einem
oder mehreren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt
werden. Weiterhin kann wahlweise die mechanisch betätigbare
Antriebseinrichtung durch einen Teil des Abgasstromes betätigt werden.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch aus, dass in Abhängigkeit
von einer Stellung der in der Abgasanlage angeordneten Walze, welche Walze
mindestens einen Durchgang aufweist, ein Teil des Abgases in ein
Rohr einer Resonanzeinrichtung umgelenkt wird, so dass in Abhängigkeit
von der Walzenstellung, einer Walzenumdrehungszahl und/oder die
Stellung eines in der Resonanzeinrichtung angeordneten Steuerventils
bestimmte Abgasfrequenzen eingestellt werden. Hierdurch kann z.B.
der Klang einer Abgasanlage dahingehend modifiziert werden, dass
sich der Klang einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern wie der
Klang einer Brennkraftmaschine mit sechs oder acht Zylindern anhört. Durch
die Anordnung eines Resonanzrohres in der Abgasanlage, das in Abhängigkeit
von der Stellung der Walze geöffnet
oder geschlossen wird, kann ein Teil des Abgasstromes der Brennkraftmaschine
durch das Resonanzrohr umgelenkt werden, so dass eine beliebige
Abgasdruckschwankung bzw. Abgasfrequenz innerhalb einer Resonanzkammer
der Abgasanlage eingestellt wird.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung.
Konkrete Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematisch dargestellten Schalldämpfertopf einer Abgasanlage
einer Brennkraftmaschine,
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2 den
Verlauf eines Abgasstromes innerhalb des Schalldämpfertopfes der Abgasanlage nach 1,
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3 eine
detaillierte Schnittansicht einer Abgaseintrittskammer des Schalldämpfertopfes
der Abgasanlage nach 1,
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4 einen
Schnitt nach der Linie A-B aus 3,
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5 eine
zweite Ausführungsform
des Schalldämpfertopfes
der Abgasanlage nach 1 und
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6 eine
dritte Ausführungsform
des Schalldämpfertopfes
der Abgasanlage nach 1.
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In 1 ist
ein Schalldämpfertopf
einer nicht dargestellten Abgasanlage schematisch gezeigt. Dabei
eignet sich die Abgasanlage sowohl für Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung als
auch für
solche mit Fremdzündung.
Weiterhin kann die Brennkraftmaschine nach dem Viertakt-Prinzip
oder nach dem Zweitakt-Prinzip betrieben werden. Der in 1 dargestellte
Schalldämpfertopf
umfasst ein Gehäuse 1,
das mit Abgas einer Brennkraftmaschine durchströmt wird. In das Gehäuse 1 mündet durch
eine Abgaseintrittsöffnung 9 ein
Abgasstrom 5, der aus dem Gehäuse 1 in die Atmosphäre durch
eine Abgasaustrittsöffnung 10 austritt.
Im Gehäuse 1 sind
weiterhin eine Resonanzeinrichtung 2 und eine Regeleinrichtung 3 angeordnet.
Die Regeleinrichtung 3 umfasst eine rotierbare Walze 6,
die mittels einer Antriebseinrichtung 19 rotiert werden
kann. Dabei ist die Walze 6 mit der Antriebseinrichtung 19 durch
eine Antriebswelle 15 verbunden. Die Walze 6 ist
an zwei Lagern 13 befestigt bzw. von den Lagern 13 aufgenommen. Außerdem ist
im Gehäuse 1 ein
Leitungssystem angeordnet, das sich aus der Resonanzeinrichtung 2, einer
Abgaseintrittskammer 4 und einer Bypassleitung zusammensetzt.
Gemäß der in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
umfasst die Resonanzeinrichtung 2 ein erstes Rohr 8 und
ein zweites Rohr 18, wobei die Walze 6 zwischen
der Abgaseintrittskammer 4 und der Resonanzeinrichtung 2 angeordnet
ist. Alternativ kann die Walze 6 in einem Abschnitt der
Resonanzeinrichtung 2 positioniert werden, der unmittelbar
neben der Abgaseintrittskammer 4 angeordnet ist, wobei
im Sinne der Erfindung das Leitungssystem einstückig ausgebildet sein kann.
Weiterhin ist die Bypassleitung 14 mit der Abgaseintrittskammer 4 verbunden.
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In
der rotierbaren Walze 6 sind mehrere Durchgänge 7 vorgesehen.
Gemäß der ersten
Ausführungsform
sind in der Walze 6 zwei Durchgänge 7 derart vorgesehen
bzw. angeordnet, so dass je nach Stellung der Walze 6 ein
Teil von dem Abgasstrom 5 durch einen Durchgang 7 der
Walze 6 entweder in das erste Rohr 8 oder in das
zweite Rohr 18 umgelenkt wird. Der in 1 bzw.
in 2 gezeigte Schalldämpfertopf ist ein Teil einer
Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die als eine fremdgezündete Brennkraftmaschine
nach dem Viertakt-Prinzip betrieben wird. Im ersten Takt der Brennkraftmaschine wird einem
Brennraum durch einen Einlasskanal Verbrennungsluft zugeführt, wobei
sich dabei ein Kolben in einer Abwärtsbewegung nach unten bewegt.
In einem nachfolgenden Kompressionstakt bewegt sich der Kolben in
einer Aufwärtsbewegung
nach oben, so dass in einem oberen Totpunkt ein im Brennraum gebildetes
Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Zündkerze gezündet wird. Danach expandiert
der Kolben in einer Abwärtsbewegung
nach unten, wobei der Kolben in einem letzten Takt die gebildeten
bzw. erzeugten Abgase aus dem Brennraum in einer Aufwärtsbewegung
ausschiebt. Je nach Zylinderzahl und Zündfolge der Brennkraftmaschine
wird durch das aus dem Brennraum ausgeschobene Abgas eine bestimmte
Druckpulsation in der Abgasanlage gebildet. Die hier erzeugte Druckpulsation
bzw. Abgasfrequenz kann durch die vorliegende Erfindung im Schalidämpfertopf
durch das Zusammenwirken der Regeleinrichtung mit der Resonanzeinrichtung
dahingehend geändert
werden, dass eine unterschiedliche Druckpulsation bzw. Abgasfrequenz
generiert wird. Dadurch kann z.B. aus dem Klang einer Brennkraftmaschine
mit vier Zylindern den Klang einer Brennkraftmaschine mit sechs
Zylindern simuliert werden. Der in das Gehäuse 1 eintretende
Abgasstrom 5 mündet
durch die Abgaseintrittsöffnung 9 in die
Abgaseintrittskammer 4. Im Betrieb der Brennkraftmaschine
wird ein Teil des Abgasstromes 5 durch die Bypassleitung 14 geführt, wobei
diese Bypassleitung 14 als Basisdämpfer ausgeführt ist.
Die aus der Bypassleitung 14 ausströmenden Abgase gelangen in eine
Resonanzkammer 11 und treten danach durch die Abgasaustrittsöffnung 10 aus
dem Gehäuse 1 in
die Atmosphäre
aus. Der restliche Abgasstrom wird durch die Resonanzeinrichtung 2 weitergeleitet.
In Abhängigkeit
der Stellung der Walze gelangt ein Teil des Abgasstromes 5 entweder
in das erste Rohr 8 oder in das zweite Rohr 18,
so dass durch das Schließen
und Öffnen
des jeweiligen Rohres in der Resonanzkammer 11 gezielt
eine bestimmte Abgasfrequenz erzeugt wird, die sich von der anfänglichen
unterscheidet.
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Gemäß der Anordnung
der rotierbaren Walze 6 zwischen der Abgaseintrittskammer 4 und
der Resonanzeinrichtung 2 kann innerhalb der Resonanzkammer 11 durch
eine mittels der Antriebseinrichtung 19 eingestellten Drehzahl
der Walze 6 eine bestimmte Abgasfrequenz simuliert bzw.
eingestellt werden. In 3 ist eine vergrößerte Darstellung
der Abgaseintrittskammer 4 während einer Stellung der Walze,
bei der ein Teil des Abgasstromes 5 in das erste Rohr 8 umgelenkt
wird. Während
dieser Stellung der Walze 6 bleibt der Durchgang des Abgases in
das zweite Rohr 18 geschlossen. Die an zwei Lagern 13 gelagerte
Walze 6 wird mittels der Antriebswelle 15 rotiert
bzw. gedreht, so dass eine bestimmte Abgasfrequenz in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Walze 6 generiert wird. Da die Längen der
Rohre 8 und 18 unterschiedlich ausgeführt sind,
wird eine bestimmte Abgasdruckpulsation und demnach gezielt ein
entsprechender Klang eingestellt.
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Um
weitere Varianten im Hinblick auf die Abgasdruckpulsation zu realisieren,
können
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung innerhalb der Resonanzeinrichtung 2 drei
Resonanzrohre angeordnet sein. In 6 ist eine
solche Anordnung dargestellt. Es ist demnach denkbar, mehr als drei Resonanzrohre
vorzusehen. Darüber
hinaus kann die Antriebseinrichtung 19 mittels eines elektrischen Motors 20 angetrieben
werden, wobei alternativ die Antriebseinrichtung 19 mechanisch
angetrieben werden kann. Hierzu sieht die Erfindung nach einer weiteren
Ausführungsform
gemäß 5 die
Anordnung eines Turbinenrades 17 vor. Dabei erfolgt die
Anordnung des Turbinenrades 17 innerhalb der Bypassleitung 14,
so dass die mechanische Energie des Abgasstromes 5 innerhalb
der Bypassleitung 14 für
den Antrieb der rotierbaren Walze 6 genutzt werden kann. Ähnlich wie
bei der ersten Ausführungsform
ist die rotierbare Walze 6 mit dem Turbinenrad 17 mittels
einer Antriebswelle 15 verbunden.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Brennkraftmaschinen mit geringer
Zylinderzahl, vorzugsweise drei, vier, fünf oder sechs Zylindern, die
nach dem Viertakt-Prinzip
betrieben werden. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind
darin zu sehen, dass Abgasdruckschwankungen bzw. Abgasfrequenzen
im Schalldämpfertopf
der Abgasanlage generiert werden können, die einen Motorklang
einer höheren
Zylinderzahl bzw. eines größeren Hubraums
suggerieren. Wird die rotierbare Walze 6 über den
Elektromotor 20 betrieben, so kann die Walze 6 durch
die Anbindung des elektrischen Motors 20 an das Steuergerät 12 der
Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von der Motorlast, der Motordrehzahl und/oder der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges angesteuert werden. Wahlweise können weitere Parameter der
Brennkraftmaschine zur Regelung der Drehzahl der Walze 6 herangezogen
werden. Außerdem
kann die Einstellung der Drehzahl der Walze 6 von einem
Fahrzeugführer
manuell vorgenommen werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine,
die ein Vorrichtung zur Klangveränderung
der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine aufweist, welche Vorrichtung
ein mit Abgas durchströmten
Gehäuse
(1), eine im Gehäuse
(1) angeordnete Resonanzeinrichtung (2) und eine
Regeleinrichtung (3) umfasst, wobei mit der Regeleinrichtung
mindestens ein Teil eines durch eine Abgaseintrittsöffnung (9)
in das Gehäuse
(1) einströmenden
Abgasstroms (5) durch die Resonanzeinrichtung (2)
umgelenkt wird. Weiterhin weist die Regeleinrichtung (3)
eine rotierbare Walze (6) mit mindestens einem Durchgang
(7) auf, wobei innerhalb der Resonanzeinrichtung (2)
mindestens eine Leitung vorgesehen ist, die insbesondere als ein
Rohr (8) ausgebildet ist. Die Regeleinrichtung (3)
und die Resonanzeinrichtung (2) wirken derart zusammen, dass
in Abhängigkeit
von einer Walzenstellung mindestens ein Teil des Abgasstroms (5)
in den Durchgang (7) der Walze (6) und danach
durch die Leitung der Resonanzeinrichtung (2) umgelenkt
wird.