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Die Erfindung betrifft eine mehrflutige Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Abgasstrang, welcher einen Primärpfad und einen Sekundärpfad aufweist, wobei im Primärpfad eine verstellbare Abgasklappe angeordnet ist, einem zweiten Abgasstrang, welcher einen Primärpfad und einen Sekundärpfad aufweist, wobei im Primärpfad eine verstellbare Abgasklappe angeordnet ist, einem Schalldämpfer, welcher dem ersten Abgasstrang und dem zweiten Abgasstrang zugeordnet ist, wobei der Schalldämpfer eingerichtet ist, den ersten Abgasstrang und den zweiten Abgasstrang akustisch zu dämpfen.
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Kraftfahrzeuge, insbesondere sportliche Fahrzeuge, mit einer mehrflutigen Abgasanlage sind bekannt. Die mehrflutige Abgasanlage umfasst üblicherweise zwei Abgasstränge, über welche das von einem Verbrennungsmotor strömende Abgas in die Umgebung geleitet wird. Eine derartige mehrflutige Abgasanlage offenbaren beispielsweise die
DE 10 2013 219 332 A1 und die
DE 10 2015 007 767 A1 . Die Abgasanlage umfasst einen ersten Abgasstrang für eine erste Zylindergruppe des Verbrennungsmotors und einen zweiten Abgasstrang für eine zweite Zylindergruppe des Verbrennungsmotors. In Abgas-Strömungsrichtung vor einem gemeinsamen Schalldämpfer teilen sich die Abgasstränge in jeweils einen Primär- und einen Sekundärpfad auf, sodass das Abgas den Schalldämpfer über zwei unterschiedliche Pfade je Abgasstrang durchströmen kann. Dabei ist der Schalldämpfer derart ausgeführt und der Primärpfad und der Sekundärpfad erstrecken sich derart durch den Schalldämpfer, dass der Primärpfad und der Sekundärpfad eine zueinander unterschiedlich hohe akustische Dämpfung aufweisen. Im Primärpfad der Abgasstränge ist jeweils eine Abgasklappe angeordnet, durch welche der Primärpfad geschlossen werden kann, sodass bei einem geschlossenen Primärpfad das Abgas ausschließlich durch den Sekundärpfad strömt und dadurch eine entsprechende akustische Dämpfung erfolgt. Bei einem geöffneten Primärpfad strömt das Abgas sowohl durch den Primärpfad als auch durch den Sekundärpfad, wobei sich eine akustische Dämpfung durch eine Kombination der akustischen Dämpfungseigenschaften des Primär- und des Sekundärpfads einstellt.
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Durch eine derartige Abgasanlage können über die Verstellung der Abgasklappe mehrere Betriebsarten der Abgasanlage und unterschiedliche Anforderungen bedarfsgerecht eingestellt werden. So kann beispielsweise durch das Verstellen der Abgasklappe in ihre Schließstellung eine maximale Geräuschdämpfung erzielt werden, wenn das gesamte Abgas durch den Sekundärpfad strömt und der Sekundärpfad eine, vergleichsweise zum Primärpfad, hohe Schalldämpfung aufweist. Anderenfalls führt das Verstellen der Abgasklappen in ihre Offenstellung dazu, dass der Abgasgegendruck und dadurch der Kraftstoffverbrauch reduziert werden, wobei die akustische Dämpfung reduziert wird. Des Weiteren wird bei der Auslegung der Abgasanlage, insbesondere bei sportlichen Fahrzeugen, ein für einen bestimmten Verbrennungsmotor motortypisches Auspuffgeräusch, beispielsweise ein „Brabbeln“ eines V8-Motors, angestrebt. Ein derartiges motortypische Auspuffgeräusch eines V8-Motors resultiert aus der Zündreihenfolge der acht Zylinder, wobei im Gegensatz zu anderen Verbrennungsmotoren die Zündreihenfolge der Zylinder nicht im Wechsel zwischen den beiden Zylinderbänken erfolgt, sondern unter anderem jeweils zwei Zylinder einer Zylinderbank direkt hintereinander gezündet werden. Eine derartige Zündreihenfolge führt zu zwei, direkt hintereinander folgenden Abgasausstoßimpulsen, durch die ein V8-motortypisches Auspuffgeräusch am Austritt der Abgasanlage erzeugt wird.
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Nachteilig an der in der
DE 10 2013 219 332 A1 und der
DE 10 2015 007 767 A1 offenbarten mehrflutigen Abgasanlage ist, dass die Abgasanlage ein oder mehrere Übersprechstellen zwischen dem ersten Abgasstrang und dem zweiten Abgasstrang aufweist, wodurch eine fluidische Vermischung des Abgases zwischen den beiden Abgassträngen erfolgt und eine Interferenz der durch den ersten Abgasstrang und den durch den zweiten Abgasstrang fortschreitenden Schallwellen erfolgt. Durch die Interferenz der Schallwellen wird das motortypische Auspuffgeräusch verfälscht oder sogar vollständig eliminiert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine mehrflutige Abgasanlage bereitzustellen, mit welcher die Betriebsarten der Abgasanlage bedarfsgerecht eingestellt werden können und welche ein für einen vordefinierten Verbrennungsmotor motortypisches Auspuffgeräusch gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch eine mehrflutige Abgasanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass der erste Abgasstrang und der zweite Abgasstrang in allen Betriebsstellungen der Abgasklappe fluidisch voneinander getrennt sind, wird ein motorspezifisches Auspuffgeräusch eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei die mehrflutige Abgasanlage keine Übersprechstellen zwischen dem ersten und dem zweiten Abgasstrang aufweist. Auf diese Weise wird eine Interferenz zwischen den durch den ersten Abgasstrang und den durch den zweiten Abgasstrang fortschreitenden Schallwellen verhindert, wobei die aus der Zündreihenfolge resultierenden und hintereinander folgenden Abgasausstoßimpulse einer einzigen Zylinderbank und die daraus resultierenden Schallwellen unverfälscht bis zum Ausgang der Abgasanlage geführt werden, wodurch das motortypische Auspuffgeräusch des spezifischen Verbrennungsmotors erzeugt wird. Durch die fluidische Trennung der Abgasstränge kann das motorspezifische Auspuffgeräusch auf eine einfache und kostengünstige Weise gewährleistet werden.
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Vorzugsweise weist der Schalldämpfer einen ersten Schalldämpfungsbereich zum akustischen Dämpfen des ersten Abgasstrangs und einen zweiten Schalldämpfungsbereich zum akustischen Dämpfen des zweiten Abgasstrangs auf, wobei der zweite Schalldämpfungsbereich vom ersten Schalldämpfungsbereich fluidisch getrennt ist. Die beiden Schalldämpfungsbereiche sind derart voneinander getrennt, dass eine Überlagerung zwischen den durch den ersten Abgasstrang fortschreitenden Schallwellen und den durch den zweiten Abgasstrang fortschreitenden Schallwellen innerhalb des Schalldämpfers zuverlässig verhindert werden kann.
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Der erste Schalldämpfungsbereich und der zweite Schalldämpfungsbereich sind vorzugsweise identisch ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen der erste Schalldämpfungsbereich und der zweite Schalldämpfungsbereich jeweils eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine dritte Kammer auf, wobei die zweite Kammer durch jeweils eine perforierte Trennwand mit der ersten Kammer und mit der dritten Kammer fluidisch verbunden ist. Vorzugsweise weisen die erste Kammer, die zweite Kammer und die dritte Kammer des jeweiligen Schalldämpfungsbereichs voneinander abweichende Kammervolumina auf. Durch eine derartige Ausgestaltung der Schalldämpfungsbereiche erfolgt eine vordefinierte und effiziente Schalldämpfung der beiden Abgasstränge.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Kammer des ersten Schalldämpfungsbereichs und die erste Kammer des zweiten Schalldämpfungsbereichs unmittelbar benachbart zueinander angeordnet und durch einen gemeinsamen, fluidundurchlässigen Innenboden voneinander getrennt. An die erste Kammer der beiden Schalldämpfungsbereiche schließt jeweils eine zweite Kammer an und an die zweite Kammer schließt eine dritte Kammer an. Dadurch können die Herstellungskosten und der Bauraum des Schalldämpfers reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest in einer der Kammern ein Schall-Absorptionskörper angeordnet, wodurch eine effiziente, akustische Dämpfung der hohen Frequenzen des Schalls erreicht wird. Dabei wird die Schallenergie durch das Absorptionsmaterial dissipiert.
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Vorzugsweise ist der Sekundärpfad des ersten Abgasstrangs und des zweiten Abgasstrangs als Bypass ausgeführt, wobei ein Bypasseinlass in Strömungsrichtung vor dem Schalldämpfer angeordnet ist und ein Bypassauslass innerhalb des Schalldämpfers angeordnet ist. Der Schalldämpfer ist im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet und Teile des Schalldämpfers sowie die aus dem Schalldämpfer herausragenden Auspuffrohre sind üblicherweise im endmontierten Zustand des Kraftfahrzeugs durch einen hinter dem Kraftfahrzeug stehenden Betrachter sichtbar. Durch die Anordnung des Bypassauslasses innerhalb des Schalldämpfers kann der Bypass für den Betrachter nicht sichtbar angeordnet werden, indem der Bypass zunächst in einem für den Betrachter nicht unmittelbar sichtbaren Bereich am Unterboden verläuft und anschließend ausschließlich durch den Schalldämpfer verläuft.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Primärpfad mittels eines geradlinig verlaufenden Primärpfad-Rohrs durch den Schalldämpfer und der Sekundärpfad erstreckt sich mittels eines Sekundärpfad-Rohrs durch den Schalldämpfer, wobei das Sekundärpfad-Rohr orthogonal zum Primärpfad-Rohr ausgerichtet ist und eine 180°-Umlenkung aufweist. Dadurch kann der Sekundärpfad durch den Schalldämpfer vordefiniert geleitet werden und auf eine einfache Weise an das Primärpfad-Rohr innerhalb des Schalldämpfers angeschlossen werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Sekundärpfad eine zum Primärpfad unterschiedliche Schalldämpfung auf. Dadurch können durch die Verstellung der Abgasklappen und damit durch die vorgegebenen Strömungsverläufe des Abgases durch den Primärpfad und/oder den Sekundärpfad unterschiedlich hohe akustische Dämpfungen eingestellt werden.
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Vorzugsweise sind die Abgasklappen zwischen einer Schließstellung, einer Offenstellung und mindestens einer Zwischenstellung verstellbar. Durch das Verstellen der Abgasklappen in ihre Schließstellung wird der Abgasgegendruck erhöht und dadurch der Kraftstoffverbrauch erhöht. Anderenfalls wird der Abgasgegendruck reduziert, wenn die Abgasklappen in ihrer Offenstellung verstellt werden, wobei in der Offenstellung der Abgasklappen die akustische Dämpfung der Abgasstränge reduziert ist. Dadurch das die Abgasklappen auch in Zwischenstellungen verstellt werden können, kann auf eine einfache Weise ein Kompromiss zwischen einer akustischen Dämpfung der Abgasstränge und dem Abgasgegendruck eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Abgasklappe des ersten Abgasstrangs und die Abgasklappe des zweiten Abgasstrangs in Strömungsrichtung vor dem Schalldämpfer angeordnet, wodurch die thermische Belastung des Schalldämpfers reduziert wird, wobei der Schalldämpfer nicht dauerhaft über zwei Strömungspfade je Antriebsstrang mit dem heißen Abgas durchströmt wird.
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Vorzugsweise ist ein Steuergerät vorgesehen, wobei über das Steuergerät die Abgasklappen in Abhängigkeit von im Steuergerät hinterlegten Drehzahl- und Lastkennfeldern des Verbrennungsmotors steuerbar sind. Auf diese Weise kann die Abgasanlage in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors betrieben werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
- Figur zeigt eine erfindungsgemäße zweiflutige Abgasanlage.
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Die Figur zeigt eine Abgasanlage 10 eines Kraftfahrzeugs, welche zweiflutig ausgeführt ist und einen ersten Abgasstrang 20 und einen zweiten Abgasstrang 30 aufweist. Des Weiteren umfasst die Abgasanlage 10 einen Schalldämpfer 40, welcher als Endschalldämpfer ausgeführt ist und zur Dämpfung der durch einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs verursachten Geräusche dient.
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Jeder Abgasstrang 20, 30 der Abgasanlage 10 ist einer Teilmenge von Zylindern des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs zugeordnet. Beispielsweise sind bei einem V8-Verbrennungsmotor, vier Zylinder dem ersten Abgasstrang 20 und die vier anderen Zylinder dem zweiten Abgasstrang 30 zugeordnet. Bei einem V8-Verbrennungsmortor ist die Zündreihenfolge derart ausgeführt, dass unter anderem Zylinder einer Zylinderbank unmittelbar hintereinander gezündet werden. Durch eine derartige Zündreihenfolge des V8-Verbrennungsmotors resultiert ein typisches Auspuffgeräusch des V8-Verbrennungsmotors.
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Erfindungsgemäß sind der erste Abgasstrang 20 und der zweiten Abgasstrang 30 fluidisch voneinander getrennt, wobei keine Übersprechstelle zwischen dem ersten Abgasstrang 20 und dem zweiten Abgasstrang 30 vorliegt. Dabei wird das für einen bestimmten Verbrennungsmotor motortypische Auspuffgeräusch, beispielsweise ein „Brabbeln“ eines V8-Verbrennungsmotors, gewährleistet, indem das motorspezifische Auspuffgeräusch nicht durch eine fluidische Vermischung des Abgases zwischen den beiden Abgassträngen 20, 30 und dadurch eine Interferenz der durch den ersten Abgasstrang 20 und den durch den zweiten Abgasstrang 30 fortschreitenden Schallwellen verfälscht wird.
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Der Schalldämpfer 40 umfasst zur Dämpfung des ersten Abgasstrangs 20 einen ersten Schalldämpfungsbereich 42 und zur Dämpfung des zweiten Abgasstrangs 30 einen zweiten Schalldämpfungsbereich 44. Die Schalldämpfungsbereiche 42, 44 sind identisch ausgeführt und weisen jeweils eine erste Kammer 46, 46', eine zweite Kammer 48, 48' und eine dritte Kammer 50, 50' auf. Die Kammern 46, 46', 48, 48', 50, 50' sind in Reihe nebeneinander angeordnet, wobei die erste Kammer 46 des ersten Schalldämpfungsbereichs 42 und die erste Kammer 46' des zweiten Schalldämpfungsbereichs 44 unmittelbar aneinander angrenzen und durch einen fluiddichten Innenboden 53 voneinander getrennt sind. An die erste Kammer 46, 46' schließt unmittelbar die zweite Kammer 48, 48' an und an die zweite Kammer 48, 48' schließt unmittelbar die dritte Kammer 50, 50' an. Die erste Kammer 46, 46' und die zweite Kammer 48, 48' sind durch jeweils einen perforierten Innenboden 52, 52' voneinander abgegrenzt. Gleichermaßen ist die zweite Kammer 48, 48' und die dritte Kammer 50, 50' durch jeweils einen perforierten Innenboden 54, 54' voneinander abgegrenzt.
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Jeder Abgasstrang 20, 30 ist in einen Primärpfad 22, 32 und einen Sekundärpfad 24, 34 aufgeteilt, wobei in der dargelegten Ausführung, im Sekundärpfad 24, 34 eine höhere akustische Dämpfung erfolgt als im Primärpfad 22, 32. Der Primärpfad 22, 32 erstreckt sich mittels eines Primärpfad-Rohrs 28, 38 durch die zweite Kammer 48, 48', wobei zwischen dem vom Abgas durchströmten Rohrinnenraum des Primärpfad-Rohrs 28, 38 und der zweiten Kammer 48, 48' keine fluidische Verbindung besteht, sodass das Abgas über den Primärpfad 22, 32 ungedämpft aus der Abgasanlage 10 strömt. Der Sekundärpfad 24, 34 ist als Bypass 80, 80' ausgeführt, wobei ein Bypasseinlass 82, 82' in Strömungsrichtung vor dem Schalldämpfer 40 angeordnet ist und ein Bypassauslass 84, 84' innerhalb des Schalldämpfers 40 angeordnet ist. Der Sekundärpfad 24, 34 wird in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Schalldämpfer 40 mittels eines Bypass-Rohrs 29, 29' abgezweigt, wobei das Abzweigrohr 29, 29' den Bypasseinlass 82, 82' bildet und in die erste Kammer 46, 46' mündet. Das Abgas strömt zur akustischen Dämpfung ausgehend vom Abzweigrohr 29, 29' in die erste Kammer 46, 46' und anschließend zum einen durch den perforierten Innenboden 52, 52' in die zweite Kammer 48, 48' und ausgehen von der zweiten Kammer 48, 48' über den perforierten Innenboden 54, 54' in die, mit einem Schall-Absorptionskörper 70, 70', beispielsweise Stahlwolle, gefüllte, dritte Kammer 50, 50 und zum anderen in ein sich durch die zweite Kammer 48, 48' und die dritte Kammer 50, 50' erstreckendes Sekundärpfad-Rohr 27, 37. Das Sekundärpfad-Rohr 27, 37 umfasst einen orthogonal zum Primärpfad-Rohr 28, 38 ausgerichteten und oberhalb des Primärpfad-Rohrs 28, 38 erstreckenden ersten Abschnitt 60, 60', eine an den ersten Abschnitt 60, 60' anschließende 180°-Umlenkung 62, 62' und einen an die 180°-Umlenkung 62, 62' anschließenden, parallel zum ersten Abschnitt 60, 60' ausgerichteten zweiten Abschnitt 64, 64', wobei der zweite Abschnitt 64, 64' den Bypassauslass 84, 84' bildet und in das Primärpfad-Rohr 28, 38 mündet, über welches das Abgas aus der Abgasanlage 10 herausgeleitet wird. Durch den vordefinierten Strömungsverlauf des Abgases und die gezielt gewählte Größe der Kammern 46, 46', 48, 48', 50, 50' werden die Schallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen gedämpft.
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Die Abgasanlage 10 umfasst weiter eine erste Abgasklappe 26, welche im Primärpfad 22 des ersten Abgasstrangs 20 angeordnet ist, und eine zweite Abgasklappe 36, welche im Primärpfad 32 des zweiten Abgasstrangs 30 angeordnet ist. Anderenfalls kann eine Abgasklappe zusätzlich oder alternativ im Sekundärpfad 24, 34 angeordnet sein. Die Abgasklappen 26, 36 können mittels eines in der Figur nicht gezeigten Aktors geöffnet werden, sodass, wie am ersten Abgasstrang 20 gezeigt, die Abgase sowohl über den Primärpfad 22, 32 als auch über den Sekundärpfad 24, 34 das Fahrzeug verlassen. Die Geräuschentwicklung des Fahrzeugs ist typischerweise bei geöffneten Abgasklappen 26, 36 höher als bei geschlossenen Abgasklappen 26, 36, da ein Großteil des Abgases über den ungedämpften Primärpfad 22, 32 das Kraftfahrzeug verlässt.
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Andererseits können die Abgasklappen 26, 36, wie am zweiten Abgasstrang 30 gezeigt, in eine Schließstellung verstellt werden, sodass der Primärpfad 22, 32 geschlossen wird, und die Abgase nur über den Sekundärpfad 24, 34 das Fahrzeug verlassen können. Das Schließen der Abgasklappen 26, 36 reduziert typischerweise die Außengeräusche des Kraftfahrzeugs, da die Abgase ausschließlich über den stärker gedämpften Sekundärpfad 24, 34 das Kraftfahrzeug verlassen. Andererseits wird durch das Schließen des Primärpfads 22, 32 der Abgasgegendruck und damit der Verbrauch des Kraftfahrzeugs erhöht.
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Die Abgasklappen 26, 36 können zusätzlich in Zwischenstellungen zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verstellt werden, wobei durch die Verstellung der die Abgasklappen 26, 36 in ihre Zwischenstellungen unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte eingestellt werden können und dadurch eine Aufteilung der Abgasmenge durch den ungedämpften Primärpfad 22, 32 und den Sekundärpfad 24, 34 bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Dadurch kann ein Kompromiss zwischen den Geräuschen und dem Verbrauch eingestellt werden. Anderenfalls kann der Kompromiss zwischen Geräuschen und dem Verbrauch dadurch eingestellt werden, in dem lediglich eine der beiden Abgasklappen 26, 36 geschlossen wird und die zweite Abgasklappe 26, 36 geöffnet bleibt.
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Die Abgasklappen werden in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Fahrzeugs, z. B. in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und/oder von der Last des Fahrzeugs, geöffnet oder geschlossen. Beispielsweise können bei niedriger Motordrehzahl, z. B. bei Fahrten in der Innenstadt, die Abgasklappen 26, 36 geschlossen werden, um die Außengeräusche des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Andererseits können bei höheren Motordrehzahlen, z. B. bei Fahrten auf der Autobahn, die Abgasklappen 26, 36 geöffnet werden, um den Verbrauch des Fahrzeugs zu senken und um dem Fahrer ggfs. einen sportliches Fahrerlebnis zu vermitteln.
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Eine derartige Steuerung der Abgasklappen 26, 36 erfolgt mittels in einem Steuergerät 90 hinterlegten Drehzahl- und Lastkennfeldern.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013219332 A1 [0002, 0004]
- DE 102015007767 A1 [0002, 0004]
