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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugabgasschalldämpfer, der ein Außengehäuse mit einer Umfangsmantelwand aufweist, deren entgegengesetzte axiale Enden durch Stirnwände geschlossen sind, wobei das Außengehäuse zumindest eine Einlassöffnung und zumindest eine Auslassöffnung sowie einen Kanal im Außengehäuse hat, der durch eine gegenüber der Umfangsmantelwand separate Kanalwand gebildet ist, wobei vom Kanal ein in eine Kammer führendes Rohr abzweigt, das mit einem Ende durch die Kanalwand hindurch in den Kanal seitlich hineinragt und in den Kanal vorsteht.
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Solche Abgasschalldämpfer erreichen ihre Schalldämpferwirkungen durch eine oder mehrere im Inneren des Außengehäuses ausgeführte Kammern, die beispielsweise als Helmhotz-Resonatoren wirken. In die Kammern führen dann Rohre wie das zuvor erwähnte Rohr, welches vom Kanal abzweigt. Zur Befestigung des Rohres ist es meist immer zwingend notwendig, dass dieses in das Innere des Kanals hineinragt.
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Nachdem das in das Innere des Kanals führende Rohr dann allerdings in die Abgasströmung steht und das Abgas an diesem vorstehenden Ende entlangströmt, kann es hier zur Geräuschbildung kommen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Geräuschbildung am in den Kanal hineinragenden Rohrende zumindest zu reduzieren.
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Dies wird bei einem Fahrzeugabgasschalldämpfer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass das vorstehende Ende des Rohres, d. h. das Ende des Rohres, welches in den Kanal ragt, einen von einer Radialebene zur Mittelebene des Rohres am vorstehenden Rohrende abweichenden Abschlussrand hat, d.h. der Abschlussrand erstreckt sich abschnittsweise außerhalb dieser Radialebene.
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Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass es für die Geräuschbildung vorteilhaft ist, wenn der Abschlussrand nicht wie bislang einfach in einer Radialebene liegt, sondern dass der Abschlussrand schräg zur Strömung stehende Abschnitte hat. Die zuvor erwähnte Radialebene wird am Rohrende fiktiv gebildet und zwar als Ebene senkrecht zur Mittellinie an diesem Rohrende. Mit anderen Worten wurden bislang die Rohre üblicherweise rechtwinklig zu ihrer Mittellinie abgeschnitten und dann eventuell beabstandet vom Rohrende gebogen. Damit lagen die Abschlussränder immer in der Radialebene, und zwar entlang des 360° verlaufenden, d. h. umfangsmäßig geschlossenen Abschlussrandes. Dies ist bei der Erfindung nicht mehr der Fall.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat der Abschlussrand einen in der Radialebene liegenden, oberen Abschnitt und einen von diesem Abschnitt ausgehenden, vertieften Abschnitt. Das bedeutet, es gibt einen Bereich des Abschlussrandes, welcher in der Radialebene liegt, und dieser Bereich ragt tiefer in den Kanal hinein als der von der Radialebene abweichende Abschnitt, der dann näher zur Kanalwand liegt, und zwar in dem Bereich, in dem das Rohr durch die Kanalwand hindurchtritt.
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Der vorgenannte obere Abschnitt ist insbesondere ein stromaufwärtiger Abschnitt. Der Abgasschalldämpfer hat eine festgelegte Durchströmrichtung, über die der stromaufwärtige und der stromabwärtige Abschnitt definiert sind. Indem der stromaufwärtige Abschnitt weiter in das Innere des Kanals ragt, liegt der tieferliegende stromabwärtige Abschnitt sozusagen im Strömungsschatten, was sich als vorteilhaft herausgestellt hat, um Geräusche zu reduzieren.
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Der obere Abschnitt kann optional in Draufsicht auf den Abschlussrand U-förmig verlaufen, vorzugsweise über wenigstens 160°, insbesondere über wenigstens 180°. Insbesondere verläuft dieser obere Abschnitt symmetrisch zur Strömung im Kanal. D. h., es gibt einen mittigen Bereich, welcher den am weitesten stromaufwärts gelegenen Punkt definiert, durch den eine Symmetrielinie in Strömungsrichtung verläuft. Seitlich dieser Symmetrielinie verläuft der obere Abschnitt somit symmetrisch auf beiden Seiten der Symmetrielinie.
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Der vertiefte Abschnitt kann in Seitenansicht als planare oder konkave Vertiefung ausgeführt sein, d. h. konkav verlaufen. Die Seitenansicht ist die Ansicht rechtwinklig zur Strömungsrichtung und in einer Radialebene gesehen. Bereits die Tatsache, dass der stromabwärtige Abschnitt vertieft ist, wirkt sich positiv auf die Geräuschentwicklung aus. Eine konkave Ausführung des stromabwärtigen Abschnitts wirkt sich zusätzlich positiv auf die Geräuschbildung aus, wie Versuche ergeben haben. Eine planare Vertiefung hingegen ist leichter herstellbar.
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Der vertiefte Abschnitt kann optional sogar mit einem Knick vom oberen Abschnitt beginnen. Dies erleichtert die Herstellung des Abschlussrandes, ohne dass es negative Folgen auf die Geräuschbildung hat. In Seitenansicht endet der vertiefte Abschnitt dann an der stromabwärtigsten Stelle, und zwar mit einer Krümmung, die in Strömungsrichtung im Kanal verläuft und am tiefsten Punkt endet. Die Strömungsrichtung ist in diesem Bereich insbesondere linear und parallel zur Mittellinie des Kanals, die auch als Mittelachse bezeichnet wird.
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Der vertiefte Abschnitt kann sich auch in Seitenansicht in einer schräg zur Strömungsrichtung, d. h. zur Mittellinie des Kanals, verlaufenden Ebene erstrecken.
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Der obere Abschnitt erstreckt sich insbesondere parallel zur Strömungsrichtung im Kanal, d. h. zur Mittellinie des Kanals, was sich bei Versuchen als vorteilhaft erwiesen hat.
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Das Rohr bildet gemäß einer Variante der Erfindung den Hals eines zusammen mit der Kammer definierten Helmholtz-Resonators. Das heißt, das Rohr bildet den engsten Abschnitt des Helmholtz-Resonators am Übergang zur Strömung.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeugabgasschalldämpfer.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
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In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine Variante des erfindungsgemäßen Fahrzeugabgasschalldämpfers des erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
- - 2 eine vergrößerte Ansicht des in einen Kanal im Außengehäuse ragenden Rohres, und
- - 3 eine schematische Längsschnittansicht durch eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Fahrzeugabgasschalldämpfers im Bereich der Anbindung eines Rohrs an die Kanalwand.
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In 1 ist schematisch ein Fahrzeugabgasschalldämpfer 10 dargestellt, der ein Außengehäuse 12 aufweist, welches wiederum eine Umfangsmantelwand 14 aufweist, die an ihren entgegengesetzten Enden durch eine stromaufwärtige Stirnwand 16 und eine stromabwärtige Stirnwand 18 geschlossen wird.
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Durch die Umfangsmantelwand 14 und die beiden Stirnwände 16, 18 wird das Außengehäuse 12 und dessen Inneres begrenzt.
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Beispielsweise hat die stromaufwärtige Stirnwand 16 eine oder mehrere Einlassöffnungen 20, zu der ein oder mehrere Einlassrohre 22 führen. Die stromabwärtige Stirnwand 18 hat eine oder mehrere Auslassöffnungen 24, mit einem oder mehreren Auslassrohren 26.
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Die Erfindung ist nicht auf Abgasschalldämpfer beschränkt, bei denen nur in einer stromaufwärtigen Stirnwand 16 und einer stromabwärtigen Stirnwand 18 die entsprechenden Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen sein können, sondern es können auch Einlass- und Auslassöffnungen in der Umfangsmantelwand 14 vorgesehen sein, wie bei einem Querschalldämpfer.
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Im Inneren des Außengehäuses 12 ist im Gezeigten, nicht einschränkend zu verstehenden Beispiel ein Kanal 28 vorhanden, der durch eine Kanalwand 30 begrenzt ist. Die Kanalwand 30 wird nicht durch die Umfangsmantelwand 14 gebildet, sondern ist ein eigenes Teil.
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Nur als Beispiel ist hier die Kanalwand 30 in Form eines Rohres ausgeführt, welches an das Einlassrohr 22 angekoppelt ist und das gesamte, über das Einlassrohr 22 einströmende Gas aufnimmt und zur Auslassöffnung 24 und dem Auslassrohr 26 leitet.
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Wie bei anderen Fahrzeugabgasschalldämpfern üblich kann die Kanalwand 30 auch im Inneren des Außengehäuses 12 frei enden, z. B. in einer Zwischenkammer, die durch innere Stirnwände begrenzt ist. Die Ausführung der Kanalwand 30 oder das Vorsehen von zusätzlichen innen angeordneten Rohren oder Kammern steht im Belieben des Fachmanns.
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Zwischen der Kanalwand 30 und der Umfangsmantelwand 14 ist eine Kammer 32 begrenzt, die im vorliegenden Fall eine Ringkammer darstellt. Auch dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
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In die Kammer 32 ragt ein Rohr 34, welches darin frei endet.
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Das Rohr 34 bildet den Hals eines Helmholtz-Resonators, der durch den Hals und durch die Kammer 32 gebildet ist, die den Resonanzraum darstellt.
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In dieser Ausführungsform, die nicht einschränkend zu verstehen ist, ist das Rohr 34 abgewinkelt, indem es um 90° gebogen ist. Das Rohr 34 hat eine Mittellinie A und ist vorzugsweise entlang der Mittellinie A mit einem stetig gleichen Querschnitt versehen.
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Das in den Kanal 28 ragende Ende 36 des Rohres 34 ist so ausgerichtet, dass in diesem vorstehenden Abschnitt die Mittellinie A des Rohres 34 linear verläuft und zwar in einem Winkel α von 90° zur Kanalwand 30, bezogen auf einen dargestellten Längsschnitt, welcher durch die Mittellinie A läuft.
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Das in den Kanal 28 vorstehende Ende 36 des Rohres 34 wird durch einen geschlossen umlaufenden Abschlussrand 38 definiert.
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Dieser Abschlussrand 38 verläuft zum Teil schräg und liegt nicht komplett in einer Radialebene R zur Mittellinie A. Diese Radialebene R wird in einem am weitesten in den Kanal 28 hineinragenden Punkt des Abschlussrandes 38 gelegt und verläuft rechtwinkelig zur Mittellinie A in diesem Abschnitt.
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Wie in 2 gut zu erkennen ist, hat der Abschlussrand 38 einen sogenannten oberen Abschnitt 40, wobei dieser Abschnitt 40 in der Radialebene R liegen kann.
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Der obere Abschnitt 40 ist derjenige Abschnitt, der am weitesten in den Kanal 28 hineinsteht, zudem liegt er stromaufwärts und bildet den stromaufwärtigsten Abschnitt.
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Der obere Abschnitt 40 verläuft in Draufsicht U-förmig und erstreckt sich über wenigstens 160°, insbesondere über wenigstens 180° und verläuft symmetrisch zur Strömung im Kanal 28. Das bedeutet, es gibt eine Symmetrieachse, welche in Strömungsrichtung S der Strömung im Kanal 28 und damit parallel zur Mittelachse B des Kanals 28 verläuft und zugleich die Mittellinie A schneidet.
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Ein an den oberen Abschnitt 40 stromabwärts angrenzender, sogenannter vertiefter Abschnitt 42 verläuft von einem Knick 43 aus näher zum angrenzenden Kanalwandabschnitt. Der angrenzende Kanalwandabschnitt ist derjenige Abschnitt der Kanalwand 30, durch den das Rohr 34 hindurchtritt.
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Der vertiefte Abschnitt 42 verläuft in Seitenansicht gemäß den 1 und 2 konkav, ausgehend vom Knick 43 und hat seine tiefste Stelle am stromabwärtigen Ende des Rohres 34, bezogen auf die Seitenansicht.
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Der vertiefte Abschnitt 42 hat eine stetige Krümmung.
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Zum tiefsten Punkt, der ist im vorliegenden Fall das stromabwärtige Ende des Abschlussrandes 38 darstellt, verläuft der vertiefte Abschnitt 42 parallel zur Strömungsrichtung S aus.
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Die Vertiefung, die sich durch den Abschnitt 32 gegenüber der Radialebene R ergibt, trägt das Bezugszeichen X und sollte wenigstens 3 mm betragen. Dies ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt.
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Das Rohr 34 ist durch Schweißen, Löten oder Umformen des Rohres 34 mit der Kanalwand 30 fest verbunden.
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Auch der vertiefte Abschnitt 42 kann und sollte symmetrisch zur oben erwähnten Symmetrieachse des oberen Abschnitts 40 verlaufen.
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Durch den vertieften Abschnitt 42 kann die Strömung, die längs des oberen Abschnitts 40 verläuft, nicht auf das stromabwärtige Ende des Abschlussrandes 38 auftreffen und Pfeifgeräusche verursachen, denn dieser Bereich ist abgesenkt. Dies reduziert die Geräuschbildung durch Strömung innerhalb des Fahrzeugabgasschalldämpfers 10.
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Anstatt eines konkaven Abschnitts 42 kann das Ende 36 des Rohres 34 auch vom oberen Abschnitt 40 als schräger, abwärts laufender Schnitt ausgeführt sein. Das bedeutet, der vertiefte Abschnitt 42 liegt in einer schrägen Ebene, die schräg und nicht unter 90° zur Mittelachse A und damit auch schräg zur Strömung S liegt.
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Der Begriff „oberer Abschnitt“ soll nicht einschränkend dahingehend zu verstehen sein, dass das Rohr 34 von unterhalb der Kanalwand 30 in den Kanal 28 nach oben hineinragt. Vielmehr kann das Rohr 34 an beliebigen Stellen in einen beliebig ausgerichteten Kanal 28 in einen Fahrzeugabgasschalldämpfer hineinragen. Mit dem oberen Abschnitt 40 ist vielmehr der am weitesten in den Kanal 28 hineinragende Abschnitt des Abschlussrandes 38 gemeint.
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Wie 3 zeigt kann der vertiefte Abschnitt 42 auch planar, d.h. in Seitenansicht linear gegenüber dem oberen Abschnitt 40 schräg zum nahen Abschnitt der Kanalwand 30 verlaufen, ohne konkave Einbuchtung.
