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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges.
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Für leistungsstarke Kraftfahrzeugmotoren mit einer Vielzahl von Zylindern, z. B. V8-Motoren, ist es bekannt, diese mit Zylinderabschaltung (Displacement an Demand, DOD) auszurüsten. Im Folgenden wird ein 8-Zylinder-Beispiel gewählt, die Erfindung gilt jedoch auch für andere Zylinderzahlen. Bei einem V8-Motor können in einem „V4-Modus” vier Zylinder abgeschaltet werden. Bei derartigen Motoren in Kraftfahrzeugen ist in der Regel ein sportliches Auspuffgeräusch erwünscht. Im „V8-Modus”, also beim Betrieb aller Zylinder ist daher eine zweiflutige Abgasanlage ohne H-Brücke und mit kleinem Mittelschalldämpfervolumen erwünscht. Im V4-Modus des Motors benötigt eine derartige Abgasanlage jedoch dann eine H-Brücke und ein großes Mittelschalldämpfervolumen, um ein dröhnendes Auspuffgeräusch zu vermeiden. Normalerweise ist eine H-Brücke stromaufwärts eines Mittelschalldämpfers angeordnet.
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Zwar sind Abgasanlagen mit einem sogenannten heißen Ventil (hot valve) bekannt, welches die H-Brücke zwischen den beiden Abgassträngen öffnet oder schließt. Dies löst jedoch nur einen Teil des Problems, da weiterhin unterschiedliche Mittelschalldämpfervolumina für beide Betriebsmodi erwünscht werden.
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Bisher ist keine Lösung für ein Fahrzeug mit Zylinderabschaltung bekannt, die ein sportliches Auspuffgeräusch im V8-Modus ohne Dröhngeräusch im V4-Modus erlaubt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Auspuffanlage vorzuschlagen.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, die Abgasanlage mit einem neu zu schaffenden Bauteil zu bestücken. Als solches wird ein Schalldämpfer geschaffen, der eine schaltbare H-Brücke und ein zusammen mit dieser schaltbares Dämpfungsvolumen vereint. Der Schalldämpfer ist dann zwischen den zwei o. g. Betriebsmodi der Abgasanlage mit den jeweils gewünschten Eigenschaften umschaltbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Diese weist zwei Abgasstränge auf. Der Schalldämpfer besitzt zwei Eingangsöffnungen und zwei Ausgangsöffnungen. Jeweils eine Eingangsöffnung ist mit einer Ausgangsöffnung durch einen jeweiligen Längskanal verbunden. Jedes Tripel aus Eingangsöffnung, durch den Schalldämpfer führenden Längskanal und Ausgangsöffnung ist jeweils einem der Abgasstränge zugeordnet. Der Schalldämpfer enthält ein Dämpfungsvolumen und eine Ventilanordnung. Diese besitzt eine erste Schaltstellung, in der die beiden Längskanäle innerhalb des Schalldämpfers und damit beide Abgasstränge sowohl voneinander als auch jeweils vom Dämpfungsvolumen getrennt sind. In einer zweiten Schaltstellung der Ventilanordnung sind die beiden Längskanäle sowohl untereinander als auch beide Längskanäle mit dem Dämpfungsvolumen verbunden.
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Die entsprechende Verbindung stellt mindestens eine Schallkopplung zwischen den jeweiligen Abgassträngen her. Diese Schallkopplung kann, muss aber nicht mit einer fluidischen Verbindung einhergehen. Eine mögliche Verbindung ist daher auch über eine Membran möglich, die zwar keine stoffliche Vermischung, jedoch eine akustische Kopplung zwischen beiden Abgassträngen ermöglicht. Durch die Verbindung in der zweiten Schaltstellung können sich gegenphasige Druckpulsationen in den Abgassträngen, z. B. im o. g. 4-Zylinder-Modus kompensieren. Mit anderen Worten wird hier eine H-Brücke in der Abgasanlage gebildet.
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In einer Auspuffanlage betreibbare und vollständig schließende Ventile (Hot-Valves) sind aufwändig und teuer und für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt nötig. In der ersten Ventilstellung ist keine vollständige Trennung der beiden Abgasstränge bzw. Längskanäle notwendig. Um eine wirksame Schallkopplung zu verhindern, reicht es z. B. aus, einen Durchmesser einer Verbindung zwischen beiden Abgassträngen auf etwa 10–20% des Querschnitts eines Abgasstranges (z. B. gemessen in den Längsrohren der Auspuffanlage) zu reduzieren. In der zweiten Schaltstellung sollte der Querschnitt, auf dem die Kopplung zwischen den Abgassträngen stattfindet, dagegen z. B. mindestens 80–100%, am besten z. B. 200% des o. g. Querschnittes betragen.
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Der Schalldämpfer bildet einen gemeinsamen Schalldämpfer für beide Abgasstränge und enthält mit anderen Worten eine integrierte H-Brücke, die eine Querverbindung zwischen beiden Abgassträngen bildet. Die H-Brücke ist durch die Ventilanordnung in der ersten Schaltstellung verschließbar, so dass die dämpfend wirkende Querverbindung zwischen beiden Abgassträngen unterbrochen ist. Außerdem weist der Schalldämpfer eine von der Ventilanordnung verschließbare Wirkverbindung zwischen den Abgassträngen und dem Dämpfungsvolumen auf. Auch hier ist die Ventilanordnung so beschaffen, dass sie die Wirkverbindung zum Dämpfungsvolumen dann, wenn keine H-Brücke, also Querverbindung zwischen beiden Abgassträngen besteht, ebenfalls unterbrochen ist.
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Mit anderen Worten ist also sowohl die H-Brücken-Verbindung als auch das Schalldämpfungsvolumen aktivierbar und deaktivierbar. Z. B. im V8-Modus werden damit in der ersten Schaltstellung beide Abgasstränge jeweils für sich getrennt, also ohne H-Brücke bzw. Querverbindung und ohne wirksames Dämpfungsvolumen, durch den Schalldämpfer geführt. Im V4-Modus dagegen öffnet die Ventilanordnung die H-Brücke in der zweiten Schaltstellung, so dass im Schalldämpfer H-Brücke und Dämpfungsvolumen wirken.
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Das Schalldämpfervolumen ist also – z. B. im V8-Modus – durch die Ventilanordnung von den Abgasströmen getrennt, also deaktiviert. Im V4-Modus dagegen öffnet die Ventilanordnung die Wirkverbindung des Abgasstroms zum Schalldämpfervolumen, woraufhin dieser in seiner eigentlichen Schalldämpferfunktion aktiv wird.
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In der Regel wird eine einzige Ventilanordnung die o. g. Doppelfunktion erfüllen. Sind in einer Ausführungsform jedoch separate Teilventile für die Wirkverbindungen zwischen den Längskanälen einerseits und die Wirkverbindung zum Dämpfungsvolumen andererseits vorgesehen, dann können die Teil-Ventile z. B. starr miteinander mechanisch über ein Antriebselement gekoppelt sein. Jede Bewegung des ersten Teilventils bedingt dann automatisch eine Bewegung des zweiten Teilventils. Z. B schalten dann beide Teilventile durch Betätigung des Antriebselements synchron zwischen den oben genannten Betriebszuständen bzw. Schaltstellungen hin und her.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Schalldämpfer einen beide Längskanäle verbindenden, von der Ventilanordnung unterbrechbaren ersten Koppelkanal. So ist die Wirkverbindung zwischen den Abgassträngen tatsächlich in Form eines unterbrechbaren Kanals ausgestaltet, der konkret durch ein Ventil verschließbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist entsprechend ein beide Längskanäle mit dem Dämpfungsvolumen verbindender, von der Ventilanordnung unterbrechbarer zweiter Koppelkanal vorhanden. Auch hier ist die Wirkverbindung von den Abgassträngen zum Dämpfungsvolumen tatsächlich in Form eines unterbrechbaren Kanals ausgestaltet, der ebenso durch ein Ventil verschließbar ist.
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In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform zweigt der zweite Koppelkanal vom ersten Koppelkanal ab. Mit anderen Worten hat der zweite Koppelkanal dann keine direkte Verbindung zu den Längskanälen bzw. Abgassträngen. Eine solche führt immer durch den ersten Koppelkanal. Für eine Abtrennung des Dämpfungsvolumens reicht es daher aus, den ersten Koppelkanal z. B. beidseitig zu verschließen, um zusammen mit der Querverbindung zwischen den Längskanälen automatisch auch die Verbindung zum Dämpfungsvolumen zu unterbrechen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Ventilanordnung zwei, im ersten Koppelkanal auf verschiedenen Seiten der Abzweigung zum zweiten Koppelkanal angeordnete Ventile auf. Die Notwendigkeit einer separaten Ventilanordnung bezüglich des Dämpfungsvolumens entfällt. Die Ventile am ersten Koppelkanal haben damit eine Doppelfunktion. Denkbar sind z. B. zwei endseitig am ersten Koppelkanal zum Längskanal hin angeordnete Ventilblenden. Beispielsweise ist hier ein zylinderabschnittförmiger erster Koppelkanal vorstellbar, der an seinen Flachseiten Schmetterlingsventile trägt, wobei der zweite Koppelkanal am Zylindermantel abzweigt. Die Schmetterlingsventile können hierbei z. B. parallel zur Stromrichtung des Abgases in den Längskanälen liegen.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält die Ventilanordnung in jedem der Längskanäle ein darin angeordnetes Ventil. Dieses gibt den Längskanal in der ersten Schaltstellung frei und verschließt ihn in der zweiten Schaltstellung. Der Umschalteffekt zwischen erster und zweiter Schaltstellung wird hierdurch noch verstärkt, da die Abgasanlage in der zweiten Schaltstellung einen erhöhten Gegendruck bietet. Hierdurch wird eine noch bessere akustische Dämpfung erreicht. Z. B. muss dann das Abgas einen Umweg durch den ersten Koppelkanal oder einen Teil dessen nehmen, um den verschlossenen Längskanal nach Art eines Bypasskanals zu umgehen. In der ersten Schaltstellung verbleibt das Ventil nach Art einer Schwenkklappe z. B. im Längskanal, wird aber parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet. So besteht dann praktisch kein Strömungswiderstand.
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Besonders einfach sind Ventile der Ventilanordnung ausführbar, wenn die Ventilanordnung eine auf einer Welle drehfest angeordnete, ein Ventil bildende Blende enthält.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schalldämpfer eine mit den Ein- und Ausgangsöffnungen verbundene Kammer auf. Das Dämpfungsvolumen zweigt von der Kammer ab und die Kammer enthält zumindest einen Teil der Ventilanordnung. Damit bildet bzw. enthält die Kammer z. B. zumindest einen Teil des ersten Koppelkanals. Die oben genannten Ausführungsformen lassen sich durch eine geeignete Gestaltung der Kammergeometrie und einer beweglichen Blendenanordnung besonders einfach realisieren. Z. B. reicht eine einzige Welle aus, die die gesamte Ventilanordnung in Form der Blendenanordnung innerhalb der Kammer realisiert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung durchsetzt daher die Welle die Kammer.
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Die Längskanäle können konkret ausgeformte Rohrstücke sein. Die Längskanäle können aber auch, z. B. in Verbindung mit der o. g. Kammer durch die Blenden der Ventilanordnung nur in der ersten Schaltstellung körperlich gebildet sein. In der zweiten Schaltstellung entarten sie z. B. zu einem Teil des Kammervolumens.
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Die Kammer kann an einem Längsende mit den Eingangsöffnungen und am anderen Längsende mit den Ausgangsöffnungen verbunden sein, wobei die die Welle die Kammer in Längsrichtung durchsetzt. Die Längsrichtung ist hierbei in der Regel die Abgasströmungsrichtung. Derartige Ausgestaltungen können durch besonders einfache Blenden- bzw. Ventilgeometrien die o. g. Schaltstellungen realisieren, z. B. wenn die Blenden um die in ebenfalls in Längsrichtung durch die Kammer verlaufende Welle rotierbar sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform durchsetzen im Schalldämpfer die Längskanäle die Kammer, wobei in der ersten Schaltstellung mindestens ein Teil der Wand der Längskanäle in der Kammer durch eine Blende der Ventilanordnung gebildet ist. Durch Wegschwenken der Ventilanordnung wird damit der Längskanal z. B. gleichsam aufgebrochen bzw. verschwindet und der erste Koppelkanal bildet sich automatisch, z. B. durch eine verschwenkte Blende als Wandbereich des Koppelkanals, die vorher eine Wand des Längskanals bildete. Mit anderen Worten bildet hier z. B. die Ventilanordnung gleichzeitig den ersten Koppelkanal in der zweiten Schaltstellung. Der Koppelkanal und der Längskanal entarten damit zu einem zumindest zum Teil durch die Ventilanordnung abgegrenzten Teil des Kammervolumens.
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In einer weiteren Ausführungsform des Schalldämpfers enthält die Ventilanordnung ein in der zweiten Schaltstellung die Kammer im Querschnitt annähernd vollständig ausfüllendes, die Längskanäle verschließendes Flügelventil. Auch hier werden die Längskanäle wieder durch das Flügelventil blockiert bzw. verschlossen. Das Flügelventil bildet dann z. B. in der ersten Schaltstellung gleichzeitig eine die Längskanäle trennende Wand.
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Die Ventilanordnung kann z. B. nach Art eines Drehschiebers in der o. g. Kammer ausgebildet sein. Der Drehschieber ist dann zwischen einer Trennstellung und einer Mischstellung rotierbar. In der Trennstellung trennt er den Verteilerraum in die beiden Längskanäle, die jeweils einem Abgasstrang zugeordnet sind. In der Mischstellung teilt er den Verteilerraum in zwei Kammern, die jeweils mit beiden Abgassträngen kommunizieren und erlaubt daher eine Querverbindung zwischen den Abgassträngen. Zusätzlich wird ein Bypass gebildet, um dennoch eine Abgasströmung zu den Ausgangsöffnungen zu ermöglichen.
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Ein Ventil der Ventilanordnung kann eine Blendenanordnung sein, bei welcher eine bewegliche Blende vor einer Kulisse aus Öffnungen und Wandsegmenten rotiert, um entweder einen Abgasdurchgang bzw. eine Wirkverbindung des Abgases durch die Öffnungen freizugeben oder zu schließen.
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Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
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1 einen Schalldämpfer mit Ventilstellung für deaktivierte H-Brücke und deaktiviertes Dämpfervolumen in perspektivischer teiltransparenter Darstellung,
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2 den Schalldämpfer aus 1 mit veränderter Ventilstellung für aktivierte H-Brücke und aktiviertes Dämpfervolumen,
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3 den Schalldämpfer aus 1 in a) Draufsicht und b) Seitenansicht,
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4 den Schalldämpfer aus 2 in a) Draufsicht und b) Seitenansicht,
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5 einen alternativen Schalldämpfer mit Ventilstellung gemäß 1 in a) Draufsicht und b) Längsansicht,
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6 den Schalldämpfer aus 5 mit Ventilstellung gemäß 2 in a) Draufsicht und b) Längsansicht,
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7 einen weiteren alternativen Schalldämpfer mit Ventilstellung gemäß 1 in a) Draufsicht und b) Längsansicht,
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8 den Schalldämpfer aus 7 mit Ventilstellung gemäß 2 in a) Draufsicht und b) Längsansicht,
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9 den Schalldämpfer aus 8 in teilgeschnittener perspektivischer Ansicht,
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10 einen weiteren alternativen Schalldämpfer mit Ventilstellung gemäß 1 in a) Draufsicht und b) Längsansicht,
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11 den Schalldämpfer aus 10 mit Ventilstellung gemäß 2 in a) Draufsicht und b) Längsansicht,
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12 den Schalldämpfer aus 10 in geschnittener perspektivischer Ansicht.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Abgasanlage 2 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welche zwei Abgasstränge 4a, b aufweist. Beide Abgasstränge 4a, b sind an Eingangsöffnungen 8a, b auf einen Schalldämpfer 6, im Beispiel ein Mittelschalldämpfer, geführt. Abgas durchströmt im Betrieb den Schalldämpfer 6 und verlässt diesen wieder durch die Ausgangsöffnungen 9a, b. Dort sind wieder die Abgasstränge 4a, b angeschlossen bzw. fortgeführt. Die Eingangsöffnung 8a ist über einen Längskanal 10a mit der Ausgangsöffnung 9a verbunden und dem Abgasstrang 4a zugeordnet. Entsprechendes gilt für die Eingangsöffnung 8b, einen Längskanal 10b, die Ausgangsöffnung 9b und den Abgasstrang 4b.
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Der Einfachheit halber sei im Folgenden das stromaufwärtige Ende 3a des Schalldämpfers 6 mit „vorne”, das stromabwärtige Ende 3b mit „hinten” bezeichnet. Die Oberseite 11a des Schalldämpfers ist dem Fahrzeugboden des Fahrzeugs zugewandt, die Unterseite 11b dem unter dem Fahrzeug befindlichen Untergrund. Somit ist die Längsrichtung 5 des Schalldämpfers 6 von „vorne” nach „hinten” definiert.
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Der Schalldämpfer 6 weist ein von einem Gehäuse 32 umgebenes, als etwa H-förmiges Röhrensystem gestaltetes Innenteil 7 auf. Ein Dämpfungsvolumen 30 ist zwischen Gehäuse 32 und Innenteil 7 gebildet und kann je nach Entwicklungsvorgaben – auch nur teilweise – mit Dämpfungswolle 54 gefüllt sein. Im Innenteil 7 sind durch nicht näher bezeichnete Wandungen die Längskanäle 10a, b dinglich und fest gebildet.
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Das Innenteil 7 enthält einen beide Längskanäle 10a, b nach Art einer H-Brücke verbindenden Querkanal als ersten Koppelkanal 12, der zylinderförmig gestaltet ist und quer zur Längsrichtung 5 und parallel zur Ober- bzw. Unterseite 11a, b verläuft. Die jeweiligen, den Längskanälen 10a, b zugewandten Enden des ersten Koppelkanals 12 sind kreisförmig ausgeführt und weisen je ein Ventil 14 in Form eines Blendenventils auf. Das Ventil 14 besitzt zwei gegenüberliegende, viertelkreisförmige feststehende Wandabschnitte 16 und je zwei viertelkreisförmige Blenden 18. Die Blenden 18 sind auf einer Welle 20 fixiert, die um eine Mittellängsachse 22 zentral im ersten Koppelkanal 12 rotierbar gelagert ist. In 1 sind die Blenden 18 in eine erste Schaltstellung A gedreht, dass sie die zwischen den Wandabschnitten 16 befindliche Öffnungen 24 verschließen.
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Ebenfalls auf der Welle 20 befestigt und relativ zu den Blenden 18 drehfixiert befindet sich in jedem Längskanal 10a, b eine Blende 26, welche somit ebenfalls um die Mittellängsachse 22 rotierbar ist. Die Blende 26 bildet mit der Wand des Innenteils 7 jeweils ein Längsventil 28 in Form eines Schmetterlingsventils. Das Längsventil 28 ist geöffnet und verbindet daher jeweils die Längskanäle 10a, b und damit die Abgasstränge 4a, b auf geradem Wege direkt durch.
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Längsventile 28 und Ventile 14 bilden zusammen eine Blendenanordnung 15. In 1 ist deren erste Schaltstellung A gezeigt.
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Die Blenden 26 und 18 sind auf der Welle 20 so relativ zueinander so orientiert, dass in einer ersten Schaltstellung A der Welle 20, wie in 1 gezeigt, die Längsventile 28 geöffnet und die Ventile 14 geschlossen sind. In 1 gelangt daher nicht dargestelltes Abgas, welches die Abgasstränge 4a, b entlang strömt, ungehindert jeweils durch die Längskanäle 10a, b, also durch den Schalldämpfer 6, ohne in den ersten Koppelkanal 12 zu gelangen. Abgas der Abgasstränge 4a, b vermischt sich also nicht. Außerdem besteht in der Schaltstellung A keinerlei wirksame Verbindung der Abgasstränge 4a, b zum Dämpfungsvolumen 30. Die eigentliche Resonanz- bzw. Dämpfungseigenschaft des Schalldämpfers 6 ist also in Schaltstellung A bzw. 1 unwirksam oder deaktiviert. Der Schalldämpfer 6 wirkt alleine zur geraden Abgasdurchleitung.
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In 2 ist vom Schalldämpfer 6 aus 1 das Gehäuse 32 nicht dargestellt, gezeigt ist nur das Innenteil 7 aus 1, wobei sich die Welle 20 in einer gegenüber der ersten Schaltstellung A um 90° versetzten zweiten Schaltstellung B befindet. Auch die Blenden 26 und 18 sind daher um die Mittellängsachse 22 um 90° gegenüber 1 verschwenkt. In Schaltstellung B decken daher die Blenden 26 den jeweiligen Längskanal 10a, b in Stromrichtung des Abgases von „vorne” nach „hinten” ab bzw. verschließen dieses. Die Längsventile 28 sind also geschlossen. Gleichzeitig sind jedoch die Blenden 18 vor den Wandabschnitt 16 geschwenkt, so dass die Öffnungen 24 freigegeben sind, die Ventile 14 sind also geöffnet, weshalb die Längskanäle 10a, b über den ersten Koppelkanal 12 fluidisch verbunden sind.
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Der erste Koppelkanal 12 weist an seiner zylindrischen Umfangsfläche einen zweiten Koppelkanal 34 in Form einer Perforation auf. Es besteht nun vom ersten Koppelkanal 12 und daher auch von den Abgassträngen 4a, b eine akustische Wirkverbindung 25 zum Dämpfervolumen 30. Mit anderen Worten ist also in der zweiten Schaltstellung B der Schalldämpfer 6 in seiner Resonanz- bzw. Dämpfungsfunktion aktiv und bildet gleichzeitig eine H-Brücke 36 im Abgasstrang 4a, b.
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3 zeigt den Schalldämpfer 6 aus 1, d. h. mit Welle 20 in Schaltstellung A, in Draufsicht, also von der Oberseite 11a her (3a) und Seitenansicht (3b). Insbesondere ist hier nochmals zu erkennen, wie die Blenden 18 die Öffnungen 24 verschließen, so dass in Verbindung mit den Wandabschnitten 16 die akustische bzw. fluidische Wirkverbindung zwischen erstem Koppelkanal 12 und den Längskanälen 10a, b verschlossen ist. Die Stromrichtung des Abgases im Schalldämpfer 6 ist durch die Pfeile 38 veranschaulicht.
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4 zeigt in gleichen Ansichten wie 3 den Schalldämpfer 6 aus 2, nämlich mit der Welle 20 in Schaltstellung B. Hier ist insbesondere zu erkennen, wie die Blenden 18 vor die Wandabschnitte 16 geschwenkt sind und damit die Öffnungen 24 freigeben. Außerdem versperren die Blenden 26 die jeweiligen Längskanäle 10a, b. Der sich ergebende Abgasstrom, welcher also in den Längskanälen 10a, b durch die Längsventile 28 blockiert ist und somit teilweise durch den ersten Koppelkanal 12 verläuft, ist wieder durch Pfeile 38 dargestellt. Der ersten Koppelkanal 12 bildet damit einen Bypass für die Längskanäle 10a, b. Die Pfeile 40 verdeutlichen außerdem, dass der Abgasstrom vom ersten Koppelkanal 12 aus über die Perforation als zweiten Koppelkanal, also die Wirkverbindung 25 auch mit dem Dämpfervolumen 30 des Gehäuses 32 kommuniziert. Daher kann der Schalldämpfer 6 seine eigentliche, vom an den Abgasstrom akustisch bzw. fluidisch angekoppelten Dämpfungsvolumen 30 bewirkte Dämpfungsfunktion erfüllen.
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5 zeigt in Draufsicht (5a) und Ansicht von „vorne” (5b) eine alternative Ausgestaltung eines Schalldämpfers 6. Hier sind die geraden Längskanäle 10a, b an ihren stromaufwärtigen, „vorderen” Enden durch Längsventile 28 verschließbar. Der erste Koppelkanal 12 verläuft im Gegensatz zu 1 nicht quer, sondern parallel zur Längsrichtung 5. Er ist damit den Längskanälen 10a, b parallel geschaltet und besitzt wiederum durch Ventile 14 verschließbare Eintritts- und Austrittsöffnungen 42a, b. Die Welle 20 zur Lagerung der Blenden 26 der Längsventile 28 trägt in dieser Ausführungsform daher ebenfalls Blenden 44, die mit dem ersten Koppelkanal 12 auch nach Art eines Schmetterlingsventils die Ventile 14 bilden. Die Blenden 26 und 44 sind wieder relativ zueinander auf der Welle 20 drehfixiert und so eingestellt, dass bei jeweils geöffneten Längsventilen 28 die Ventile 14 geschlossen (erste Schaltstellung A) sind und umgekehrt (zweite Schaltstellung B). Zusammen bilden diese wieder die Ventilanordnung 15.
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Da auch hier wieder der erste Koppelkanal 12 über einen zweiten Koppelkanal 34 in Form einer Perforation, also eine Wirkverbindung 25, mit dem Dämpfungsvolumen 30 des Gehäuses 32 kommuniziert, ergibt sich für den Schalldämpfer 6 aus 5 die gleiche Arbeitsweise wie für die Ausführungsform gemäß der 1 bis 4.
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5 zeigt, dass auch die Austrittsöffnung 42b des ersten Koppelkanals 12 durch ein Ventil 14 verschließbar ist, so dass bei der dargestellten deaktivierten H-Brücke 36 der erste Koppelkanal 12 tatsächlich beidseitig verschlossen ist. 5b zeigt nochmals die geöffneten Längsventile 28 und die geschlossenen Blenden 44.
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6 zeigt den Schalldämpfer 6 aus 5 in Schaltstellung B der Ventilanordnung 15. Die H-Brücke 36 ist also aktiviert. Die Längskanäle 10a, b sind durch die Längsventile 28 verschlossen, der erste Koppelkanal 12 durch die Ventile 14 geöffnet. Der Abgasstrom ist wieder durch die Pfeile 38 angedeutet, die Kommunikation des Abgasstromes mit dem Dämpfervolumen 30 ist durch die Pfeile 40 symbolisiert.
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7 zeigt einen Schalldämpfer 6 in einer weiteren Ausführungsform in Ansichten gemäß 5. Hier sind die Eingangs- 8a, b und Ausgangsöffnungen 9a, b auf einen in etwa kugelschichtförmigen Verteilerraum in Form einer Kammer 48 geführt. Beide Abgasstränge 4a, b münden also zunächst in die Kammer 48 und sind durch diesen sowohl eingangs- als auch ausgangseitig fluidisch verbunden.
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Die Kammer 48 weist an seiner Ober- bzw. Unterseite, also seinen Flachseiten, Ventile 49 auf, die in Ihrem Aufbau den in 1 gezeigten Ventilen 14 vergleichbar sind. Diese wirken jedoch nun im Gegensatz zu 1 nicht auf den ersten Koppelkanal 12, also die H-Brücke zwischen den Abgassträngen 41, b, ein, sondern verbinden oder trennen die Kammer 48 mit dem oder vom Dämpfervolumen 30. Damit wirken sie auf die schaltbare Dämpfung der Abgasstränge 4a, b ein. In der in 7 gezeigten Stellung ist das Ventil 49 in Schaltstellung A geschlossen, das Dämpfervolumen 30 also nicht dämpfend aktiv an die Abgasstränge 4a, b angekoppelt.
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Die Ventile 49 sind auf der Welle 20 gelagert, die in dieser Ausführungsform senkrecht zu den Wellen 20 aus 1–6 und zur Längsrichtung 5 steht, also von der Oberseite 11a zur Unterseite 11b verläuft.
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Auf der Welle 20 drehfixiert zu den Blenden 18 ist ein Drehschieber in Form eines Flügelventils 50 befestigt. Dieses stellt ebenfalls eine Blende der Ventilanordnung dar. Es weist eine Außenkontur auf, die – zumindest in den Schaltstellungen A und B – der Innenkontur der Kammer 48 folgt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kammer 48 sogar rotationssymmetrisch um die Welle 20 geformt.
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In der in der in 7 gezeigten Schaltstellung A verläuft das Flügelventil 50 in Längsrichtung der Abgasstränge 4a, b und wirkt somit als Trennwand zwischen zwei sich in der Kammer 48 bildenden Längskanäle 10a, b. Der Abgasstrom ist wieder durch die Pfeile 38 symbolisiert. Das Flügelventil 50 bildet damit wieder ein Ventil 14, welches auf die Trennung bzw. Verbindung der Abgasströme 4a, b im Sinne einer schaltbaren H-Brücke wirkt. Hier ist zu sehen, dass durch die Schaltstellung A des Flügelventils 50 in der Kammer 48 die beiden Längskanäle 10a, b ausgebildet sind. Mit anderen Worten bildet das Flügelventil 50 zumindest zum Teil die Seitenwand der Längskanäle 10a, b und stellt damit, wie weiter unten noch deutlicher wird, im Rahmen einer Doppelfunktion außerdem ein geöffnetes Längsventil 28 dar, das die Längskanäle 10a, b freigibt.
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8 zeigt den Schalldämpfer 6 aus 7 mit Drehachse 20 in Schaltstellung B. Das Flügelventil 50 blockiert die gesamte Kammer 48 in Querrichtung gegen eine geradlinige Durchströmung von Abgas beider Abgasstränge 4a, b in Längsrichtung 5. Der Abgasstrom muss daher, wieder angedeutet durch die Pfeile 38, durch die nun geöffneten Ventile 49 bzw. deren Öffnungen 24 über die Flachseiten des der Kammer 48 aus diesem ausströmen bzw. später wieder einströmen. Hier bilden also die Öffnungen 24 die Wirkverbindung 25. Die Längskanäle 10a, b sind durch Wegschwenken des Flügelventils 50 mit anderen Worten aufgelöst, da ein Teil ihrer Wand verschwunden ist. Die Längskanäle 10a, b existieren also in dieser Ausführungsform nur in Schaltstellung A dinglich, in Schaltstellung B entarten sie in gedachte bzw. in Längsrichtung unterbrochene, und in Querrichtung nach Art einer H-Brücke verbundene Strukturen. Sie sind in 8 daher nur noch durch eine gestrichelte Linie symbolisiert.
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Das Flügelventil 50 hat in dieser Ausführungsform in seiner Funktion als Wand eine Doppelfunktion, nämlich in Schaltstellung A als Wand der Längskanäle 10a, b, in Schaltstellung B als die Längskanäle 10a, b blockierende, den Querkanal als ersten Koppelkanal 12 bildende Ventilwand in Form eines Längsventils 28.
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Da der Abgasstrom nun das Innenteil 7 verlässt, steht er in Richtung des Pfeils 40 in wirksamem Kontakt mit dem Dämpfervolumen 30. 8 zeigt außerdem ein Gitter 52, das sowohl auf der Ober- als auch Unterseite 11a, b des Innenteils 7 angeordnet ist. Diese dient dazu, Dämmwolle (s. 9) von den Öffnungen 24 fernzuhalten. Auch das Dämpfungsvolumen 30 bildet damit einen Teil des ersten Koppelkanals 12. Außerdem ist hier auch der zweite Koppelkanal 34 als Kontakt zum Dämpfungsvolumen 30 gebildet. In dieser Ausführungsform ist also auch der zweite Koppelkanal 34 durch die Ventile 49 verschließbar, d. h. das Dämpfungsvolumen 30 ist aktiv durch die Ventile 49 von den Abgassträngen 4a, b abkoppelbar. Mit anderen Worten ist also die durch den zweiten Koppelkanal 34 gebildete Wirkverbindung zwischen den Abgassträngen 4a, b und dem Dämpfungsvolumen 30 durch die Ventile 49 aktiv unterbrechbar.
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9 zeigt nochmals den Schalldämpfer 6 der 8 in perspektivischer teilgeschnittener Darstellung mit Schaltstellung B der Welle 20. Hier ist nochmals zu erkennen, wie das quer stehende Flügelventil 50 die Kammer 48 in Längsrichtung 5 des Schalldämpfers 6 vollständig absperrt und so ein geschlossenes Längsventil 28 bildet. Der Abgasstrom verlässt entlang der Pfeile 38 das Innenteil 7, um in Kontakt mit dem Dämpfervolumen 30 zu gelangen und dann wieder in das Innenteil 7 einzutreten. Das Ventil 49 öffnet bzw. bewirkt also die Kopplung der Abgasstränge 4a, b an das Dämpfungsvolumen 30. Auch hier ist eine gewisse Doppelfunktion zu sehen, da durch die Ventile 49 außerdem ein Teil der H-Brücke realisiert wird, die die Kopplung der Abgasströme 4a, b untereinander ermöglicht und diesbezüglich mit dem den Abgasstrom blockierenden Flügelventil 50 zusammenwirkt, da ein Bypass für das Abgas geschaffen wird. Nochmal ist das am Innenteil 7 angebrachte Gitter 52 zu sehen, welches die Öffnungen 24 umgibt, um Dämmwolle 54, welche den größten Teil des Dämpfervolumens 30 einnimmt, von den Öffnungen 24 fern zu halten.
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10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schalldämpfers 6 in einer Darstellung gemäß 5 mit Welle 20 in Schaltstellung A. Auch diese Ausführungsform weist eine Kammer 48 auf, der von der Welle 20 jedoch diesmal in Längsrichtung 5 durchsetzt ist. Auf der Welle 20 ist ein sich ebenfalls in Längsrichtung 5 erstreckendes Flügelventil 50 angeordnet. In der gezeigten Schaltstellung A entstehen wieder zwei durchgängige Längskanäle 10a, b in der Kammer 48, wie oben erläutert, da das Flügelventil 50 einen Teil ihrer Wände bzw. einer Trennwand darstellt. Der Drehschieber bildet also damit wieder ein geschlossenes Ventil 14. Die Kammer 48 besitzt jedoch nun in Richtung der Längsrichtung 5 zylindrische Form. 10b zeigt den Schnitt durch 10a entlang der Schnittlinie Xb.
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An den radial außen liegenden Enden des Flügelventils 50 ist jeweils eine Blende 56 in der Form eines Zylinderlängsabschnittes angebracht. In Schaltstellung A verschließen die Blenden 56 eine Perforation in Form des zweiten Koppelkanals 34 in der Wand der Kammer 48, so dass wiederum eine Verbindung zwischen Abgasstrom und Dämpfervolumen 30 verhindert ist. Der Abgasstrom ist wieder durch die Pfeile 38 veranschaulicht. Die Blenden 56 bilden damit wieder ein Ventil 49, das das Dämpfungsvolumen 30 abkoppelt. In dieser Ausführungsform dienen die Blenden 56 sogar alleine bzw. einzig dem Verschluß des zweiten Koppelkanals 34, also der Abtrennung des Dämpfungsvolumens 30 vom Abgasstrom. Die Blenden 56 haben hier insbesondere keine Doppelfunktion im Hinblick auf den ersten Koppelkanal 12, also die H-Brücken-artige Querverbindung der Abgasstränge 4a, b.
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11 zeigt den Schalldämpfer 6 aus 10 mit Drehachse 20 in Schaltstellung B. Das Flügelventil 50 und die daran befestigten Blenden 56 sind um 90° um die Längsrichtung 5 rotiert. Das Flügelventil 50 teilt die Kammer 48 nun derart, dass ein Austausch zwischen den Abgassträngen 4a, b über die Kammer 48 möglich ist, da er sich nunmehr parallel zu der Ober- bzw. Unterseite 11a, b erstreckt. Somit bildet er ein geöffnetes Ventil 14 und damit den Koppelkanal 12. Das Flügelventil 50 bildet allerdings nun kein Längsventil 28, da der Abgasstrom in Längsrichtung nicht blockiert ist. Allerdings wird in Schaltstellung B dennoch die Trennwand der Längskanäle 10a, b durch Drehen des Flügelventils 50 entfernt bzw. verändert sich in eine strömungstechnisch in wesentlichen irrelevante, eine Kopplung der Abgasstränge 4a, b ermöglichende, in Strömungsrichtung liegende Wand. Die Strömungskanäle als Längskanäle 10a, b an sich bleiben jedoch in Strömungsrichtung geöffnet bzw. erhalten. Die Durchmischung der Abgasströme wird durch die am Schalldämpfer 6 angebrachten Schrägen 55 verstärkt, da diese dem einströmenden Abgas eine Strömungsrichtung zum jeweils anderen Abgasstrang 4a, b geben.
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Gleichermaßen sind in 11 die Blenden 56 von den Perforationen weg gedreht, so dass diese in Form der Wirkverbindung 25 den zweiten Koppelkanal 34 bildend freigegeben ist und das Abgas in Richtung des Pfeils 40 mit dem Dämpfervolumen 30 in Verbindung steht. Die durch die Blenden 56 gebildeten Ventile 49 sind damit geöffnet. Hier bilden die geöffneten Ventile jedoch keinen Bypass für das Abgas, da dieses ohnehin ungehindert, obschon unter gegenseitiger Vermischung bzw. akustischer Kopplung, die Längskanäle 10a, b durchströmen kann. Die Dämpfer bzw. Absorptionseigenschaften des Schalldämpfers 6 sind somit aktiv. Der Abgasstrom ist wieder durch die Pfeile 38 dargestellt.
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12 zeigt nochmals den Dämpfer 6 aus 10 in perspektivischer geschnittener Darstellung. Der Schalldämpfer 6 ist etwa zur Hälfte aufgeschnitten, so dass nur der eine Abgasstrang 4a sichtbar ist. Hier ist insbesondere die Form der Kammer 48 und des Flügelventils 50 zu erkennen. Der Verteilerraum besitzt einen zylindrischen Mittelabschnitt und kegelförmig zulaufende „vordere” und „hintere” Enden. Die Innenkontur der Kammer 48 folgt wieder zumindest in den Schaltstellungen A und B der Außenkontur des Flügelventils 50, so dass zwischen Flügelventil 50 und Kammer 48 nur ein minimaler Spalt verbleibt, um den Großteil des Abgases zu leiten und z. B. Fertigungstoleranzen und Ausdehnungen im Betrieb in der Abgasanlage 2 ausgleichen zu können.
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12 zeigt außerdem nochmals die Anordnung der Perforation, also des zweiten Koppelkanals 34 an der Mantelfläche der in seinem Mittelteil zylindrischen Kammer 48. Zumindest müssen die Blenden 56 und der die Perforation tragende Teil des Verteilerraums geometrisch so gestaltet sein, dass in der gezeigten Schaltstellung A eine ausreichende Abdichtung der Perforation und damit ein Schließen des zweiten Koppelkanals 34 gewährleistet ist.
