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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 7.
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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 101 55 311 A1 ist ein Mehrwegschaltelement zur Beeinflussung der Akustik von Auspuffanlagen bekannt, das aus einer gelochten Scheibe gebildet ist, die zentrisch oder exzentrisch um eine Achse drehbar ist. In der
DE 425 077 A ist ein Schalldämpfer für eine Abgasanlage beschrieben, bei dem durch Verstellung eines Drehschiebers die Abgase wahlweise ohne Schalldämpfung austreten können. Aus
DE 103 53 450 A1 und
JP 7-91224 A sind weitere Einrichtungen zur Veränderung der Klangcharakteristik eines Motors bekannt.
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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 7 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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Gemäß 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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Gemäß 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 einer Walzenumdrehungszahl 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 Schalldämpfertopf 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, 50 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 eine 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, wobei in Abhängigkeit einer Walzenumdrehungszahl bestimmte Abgasfrequenzen erzeugbar sind.
