DE102021103291A1

DE102021103291A1 - Abgasrohr

Info

Publication number: DE102021103291A1
Application number: DE102021103291.1A
Authority: DE
Inventors: Benjamin BINDER; Christian Köber; Jonathan Tournadre
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-02-11
Filing date: 2021-02-11
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Ein Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine hat ein Einlassende (12) und ein entgegengesetztes Auslassende (14), zwischen denen eine Hauptströmungsrichtung (H) definiert ist. Mehrere seitlich zur Hauptströmungsrichtung (H) nebeneinanderliegende einzelne Abgas leitende Kanäle (16) erstrecken sich vom Einlassende (12) bis zum Auslassende (14), wobei die Kanalwände (18) Löcher (22) aufweisen. Das Abgasrohr (10) hat einen abgeflachten Querschnitt, mit zwei rechtwinkelig zueinander verlaufenden Dicken (d1), die sich wenigstens um den Faktor zwei voneinander unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine.
Abgasrohre werden in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen oder Schiffen, aber auch in stationären Kraftwerken dazu verwendet, von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte heiße Abgase durch die Abgasanlage zu leiten.
Bei Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen besteht stets die Anforderung, dass sich von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Schwingungen nicht als Schallemission in der Abgasanlage bemerkbar machen sollen. Dies bezieht auch die Abgasrohre mit ein, die z. B. von der Verbrennungskraftmaschine zu verschiedenen Komponenten der Abgasanlage wie beispielsweise Abgasreinigungselementen und Schalldämpfern sowie zwischen diesen Komponenten verlaufen.
Allgemein bewegen sich Schallwellen von ihrer Quelle, in diesem Fall der Verbrennungskraftmaschine, durch das Abgasrohr und treten dann zur Atmosphäre aus. Trifft die Schallwelle auf eine Begrenzung in irgendeiner Form, z. B. eine Änderung der Impedanz, so wird ein Anteil der Welle zurückreflektiert, und der übrige Anteil setzt sich fort. Die reflektierte Welle überlagert die einfallende Welle, und bei bestimmten Frequenzen, die von der Länge des Rohres abhängig sind, überlagern sie sich konstruktiv so, dass sich der Pegel der Welle erhöht und dies ferner die Welle stationär erscheinen lässt. Derartige Wellen werden als stehende Wellen bezeichnet, und bei einem geschlossenen-offenen Rohr lassen sich die Frequenzen solcher Wellen mit der nachstehenden Gleichung berechnen.

fn =: (nc)/(4L), worin:
fn =: Resonanzfrequenz der stehenden Welle n (Hz)
n =: Ordnungszahl der stehenden Welle
c =: Schallgeschwindigkeit (m/s)

L =: Länge des Rohres (m)

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere auch für längere Abgasrohre, die Schallemissionen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors gelöst, das ein Einlassende und ein entgegengesetztes Auslassende aufweist, zwischen denen eine Hauptströmungsrichtung definiert ist. Es sind mehrere seitlich zur Hauptströmungsrichtung nebeneinanderliegende einzelne abgasleitende Kanäle vorgesehen, die sich vom Einlassende zum Auslassende erstrecken, und Löcher in den Kanalwänden, wobei das Abgasrohr einen abgeflachten Querschnitt aufweist, mit zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Dicken, die sich wenigstens um den Faktor zwei voneinander unterscheiden.
Die abgasleitenden Kanäle sind so angeordnet, dass sich die einzelnen Kanäle entlang der Hauptströmungsrichtung nebeneinander erstrecken.
Dabei lässt sich die Anordnung der Kanäle nebeneinander z. B. so wählen, dass alle Kanäle in einer Schnittebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung entlang einer Aufreihungsrichtung auf einer Geraden liegen, aber auch so, dass die Kanäle (im Querschnitt betrachtet) in einer Richtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung und zur Aufreihungsrichtung teilweise gegeneinander versetzt sind, sodass das Abgasrohr quer zur Hauptströmungsrichtung z. B. eine Bogenform aufweist.
Die Dicken bestimmen sich grundsätzlich aus der maximalen Dicke in der dadurch vorgegebenen Haupterstreckungsrichtung, die eine erste Richtung vorgibt, und eine in einer senkrechten Richtung hierzu verlaufenden zweiten maximalen Dicke. Bei einem rechteckigen Querschnitt bestimmen sich die Dicken also aus den Seitenlängen, während bei einer gekrümmten Form die maximale Erstreckung eine erste Dicke angibt und die größte Abmessung senkrecht hierzu die zweite Dicke ergibt.
Es wurde erkannt, dass mittels der Löcher in den Kanalwänden Resonanzen in der Abgasanlage unterdrückt werden können. So ergibt sich eine besonders wirkungsvolle Schalldämpfung.
Außerdem lässt sich so ein flaches, kompakt bauendes Abgasrohr realisieren, das bei einem ausreichenden Strömungsvolumen für das Abgas nur eine geringe Schallemission aufweist.
Durch die Versteifung entlang der Hauptströmungsrichtung, die sich durch die nebeneinanderliegenden Abgaskanäle ergibt, verbessert sich das Schallabstrahlungsverhalten.
Die Erfindung eignet sich auch für längere Abgasrohre von etwa 1 bis 3,5 m.
Das Abgasrohr kann an beliebiger Stelle in der Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein, beispielsweise zwischen zwei vergrößerten Volumina, die z. B. Abgasreinigungskomponenten aufnehmen oder Schalldämpfer bilden. Es ist jedoch auch möglich, ein derartiges Abgasrohr direkt an die Verbrennungskraftmaschine anzuschließen. Alternativ kann es als Endrohr eingesetzt werden, wobei dann das Abgas vom Auslassende direkt in die Umgebung gelangt.
Die Löcher in den Kanalwänden, die Durchgänge von einem abgasführenden Kanal in beispielsweise einen benachbarten abgasführenden Kanal oder einen separaten Schalldämpferhohlraum bilden, verändern die akustischen Eigenschaften des Abgasrohrs, wodurch etwa Resonanzfrequenzen des Abgasrohrs auf die hauptsächlichen von der Verbrennungskraftmaschine herrührenden Frequenzen abgestimmt werden können, um eine resonante Anregung möglichst zu vermeiden oder zu dämpfen.
Kanäle können unmittelbar nebeneinander verlaufen und über zumindest ein Loch in einer Kanalwand strömungsmäßig miteinander verbunden sein. In diesem Fall kann platzsparend eine Reduktion der Schallemission erreicht werden, indem zwei direkt benachbarte Kanäle unmittelbar miteinander verbunden werden.
Vorzugsweise verlaufen alle abgasleitenden Kanäle durchgehend vom Einlassende zum Auslassende.
In einer möglichen Variante besteht das Abgasrohr aus mehreren nebeneinanderliegenden abgasleitenden Kanälen, wobei jeder der Kanäle durch wenigstens ein Loch mit einem benachbarten Kanal verbunden ist, so dass eine Schalldämpfung erreicht wird.
Die Löcher können bezogen auf die Hauptströmungsrichtung an unterschiedlichen Stellen (verglichen von Kanal zu Kanal) in den Kanälen angeordnet sein. Indem Löcher an unterschiedlichen Stellen bezogen auf die Hauptströmungsrichtung vorgesehen sind (z. B. im ersten Kanal hat man zwei Löcher mit Abständen a und b vom Einlassende, im zweiten Kanal zwei Löcher mit dazu unterschiedlichen Abständen c und d vom Einlassende) kann das Abgasrohr an mehrere Frequenzen angepasst werden, um mehrere, unterschiedliche vom Verbrennungsmotor erzeugte Schwingungsfrequenzen zu dämpfen.
Es ist aber auch möglich, die Löcher in jedem Kanal an identischen Stellen zu positionieren. Auch eine Kombination hiervon kann gewählt werden.
Die Querschnittsfläche der Löcher in der Wandung der Kanäle sollte so groß gewählt sein, dass zwischen benachbarten abgasleitenden Kanälen ein nennenswerter Gasaustausch stattfinden kann. Hier ist eine Gesamtquerschnittsfläche zu betrachten, die sich aus der Querschnittsfläche der einzelnen Löcher und deren Gesamtanzahl ergibt. Es ist daher z. B. auch möglich, eine große Anzahl von räumlich unmittelbar benachbarter Mikroperforationen als Löcher vorzusehen, deren individuelle Querschnittsfläche nur einige Quadratmillimeter oder weniger beträgt.
Die Hauptströmungsrichtung beschreibt generell die Richtung, in der das Abgas von der Verbrennungskraftmaschine vom Einlassende zum Auslassende durch das Abgasrohr strömt und folgt dabei dem Verlauf einer Außenwand des Abgasrohrs. Insbesondere ist innerhalb des Abgasrohrs keine Umlenkung des Haupt-Abgasstroms entgegengesetzt der Hauptströmungsrichtung vorgesehen. Auch wenn bei nebeneinanderliegenden, durch Löcher verbundenen Kanälen das Abgas von einem Kanal in den anderen strömt, behält es im Wesentlichen die Hauptströmungsrichtung bei.
In einer anderen Variante liegt neben zumindest einem Kanal ein nicht durchströmter Schalldämpferhohlraum, der durch mindestens ein Loch in einer Kanalwand mit einem der abgasleitenden Kanäle, vorzugsweise ausschließlich mit einem der Kanäle verbunden ist. Derartige Schalldämpferhohlräume, die beispielsweise als Resonatorkammer wirken, lassen sich bezüglich ihrer akustischen Eigenschaften einfacher anpassen als die abgasführenden Kanäle, die ihr in ihrer Länge auf die Distanz zwischen Einlassende und Auslassende festgelegt sind. Werden die benachbarten Schalldämpferhohlräume durchströmt, bilden sie Reflexionskammern.
Die Schalldämpferhohlräume sind vorzugsweise in Hauptströmungsrichtung langgestreckte Räume. Dabei kann die Erstreckung entlang der Hauptströmungsrichtung wenigstens um einen Faktor drei größer sein als ein Äquivalentdurchmesser in der Querschnittsfläche senkrecht zur Hauptströmungsrichtung, was sich positiv auf die Dämpfungseigenschaften auswirkt, da die Längen der Schalldämpferhohlräume entsprechend groß sind.
Strömt das Abgas in einen benachbarten Schalldämpferhohlraum, kann es aus diesem in der Regel nur durch das gleiche Loch oder, im Fall von Mikroperforationen, durch eine Gruppe räumlich unmittelbar benachbarter Löcher in den abgasleitenden Kanal zurückgelangen.
Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn der Querschnitt der abgasleitenden Kanäle und optional auch der der Schalldämpferhohlräume über deren gesamte Länge im Wesentlichen gleich bleibt. Jedoch ist dies nicht zwingend der Fall. Vielmehr kann, wenn die räumliche Umgebung im Unterbodentunnel dies erlaubt oder erfordert, ein Querschnittssprung möglich sein, der sich akustisch vorteilhaft auswirken kann.
Die maximale Länge entlang der Hauptströmungsrichtung für einen der Schalldämpferhohlräume entspricht der Länge des Abgasrohrs zwischen Einlassende und Auslassende.
Die Länge der Schalldämpferhohlräume kann aber auch kürzer gewählt werden. Dann können entlang der Hauptströmungsrichtung hintereinander mehrere Schalldämpferhohlräume angeordnet sein. Die Schalldämpferhohlräume können unmittelbar aufeinanderfolgen, d. h. nur durch eine Wand voneinander getrennt sein. Es ist aber auch möglich, eine „tote“ Kammer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schalldämpferhohlräumen vorzusehen, die nicht über ein Loch mit einem der abgasleitenden Kanäle verbunden ist, um die Längen der Schaldämpferhohlräume exakt vorgeben zu können. Die Querschnitte dieser Schalldämpferhohlräume in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung sind vorzugsweise gleich, vorzugsweise sowohl bezogen auf den Flächeninhalt als auch auf die Form der Querschnittsfläche.
Die hintereinander angeordneten Schalldämpferhohlräume lassen sich unterschiedlichen Kanälen zuordnen, sodass sich eine platzsparende Anordnung ergibt.
In einer möglichen Variante wechseln sich abgasleitende Kanäle und nicht abgasdurchströmte Schalldämpferhohlräume in einer Aufreihungsrichtung nebeneinander ab, was die Kompaktheit des Abgasrohres verbessert.
Ein Schalldämpferhohlraum kann dabei an entgegengesetzten Kanalwänden ein oder mehrere Löcher zu jeweils einem abgasleitenden Kanal aufweisen. In der Regel ist ein abgasleitender Kanal jeweils nur mit einem einzigen Schalldämpferhohlraum oder mit zwei Schalldämpferhohlräumen verbunden, da sich dies als oftmals ausreichend für die Schalldämpfung herausgestellt hat.
Die Schalldämpferhohlräume liegen dabei entlang der Hauptströmungsrichtung jeweils direkt und unmittelbar neben einem abgasleitenden Kanal.
Der zumindest eine Schalldämpferhohlraum kann ein Schall absorbierendes Material enthalten, insbesondere einen geeigneten festen Dämmstoff. Es ist aber auch möglich, den zumindest einen Schalldämpferhohlraum, vorzugsweise alle Schalldämpferhohlräume, so zu gestalten, dass er komplett frei von Schall absorbierendem Material ist, also keinen Feststoff enthält.
In einer bevorzugten Variante sind alle Kanäle und, falls vorhanden, alle Schalldämpferhohlräume zusammen, im Querschnitt betrachtet in einer Reihe nebeneinander angeordnet. So ergibt sich ein Bündel von unmittelbar ohne Zwischenräume entlang der Aufreihungsrichtung aneinander angrenzenden Kanälen und/oder Schalldämpferhohlräume. Diese Bauform vereint gute schalldämpfende Eigenschaften mit einer vor allem bezüglich der Fahrzeug-Hochrichtung platzsparenden Anordnung.
Es ist möglich, mehrere, beispielsweise fünf oder sechs Kanäle und gegebenenfalls Schalldämpferhohlräume nebeneinander in einer Ebene anzuordnen.
Vorzugsweise beginnen und enden sämtliche Kanäle bezogen auf die Hauptströmungsrichtung an derselben Stelle am Einlassende bzw. am Auslassende.
Am Einlassende und am Auslassende ist normalerweise eine Verbindung, beispielsweise ein Flansch, zu anderen Komponenten des Abgassystems vorgesehen.
Die Kanäle können voneinander oder von angrenzenden Schalldämpferhohlräumen durch nur eine einzige Trennwand abgeteilt sein, sodass weder die Kanäle noch die Schalldämpferhohlräume als eigenständige Rohre ausgebildet sind. Auch so lässt sich Material, Gewicht und Bauraum einsparen.
Bezüglich des Bauraumbedarfs und der akustischen Eigenschaften hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sämtliche Kanäle und/oder Schalldämpferhohlräume mit im Wesentlichen identischem Querschnitt ausgebildet sind. wobei vorzugsweise der Querschnitt über die gesamte Länge des Abgasrohrs gleich bleibt.
Idealisiert ist der Querschnitt quaderförmig, beispielsweise quadratisch. In der realen Ausführung können natürlich auch abgerundete Querschnittsformen, z. B. teilweise abgeflachte Ovale zum Einsatz kommen, bei denen die Kanäle und/oder Schalldämpferhohlräume teilweise gerundete Außenkonturen aufweisen.
Es hat sich herausgestellt, dass sich mit diesen Maßnahmen eine Resonanzfrequenz des Abgasrohrs auf Frequenzen unterhalb von 1000 Hz, insbesondere unterhalb von 800 Hz, einstellen lassen.
Die Erfindung ist insbesondere in einem Hybridfahrzeug umsetzbar, das einen elektrischen Energiespeicher, Akku genannt, und eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, die eine Abgasreinigungsanlage und stromabwärts von der Abgasreinigungsanlage unterhalb des Akkus ein Abgasrohr aufweist, wie es oben beschrieben wurde, wobei das Abgasrohr insbesondere in Vertikalrichtung, also der Fahrzeug-Hochrichtung, flach bauend ausgeführt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrere Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Abgasrohrs längs einer Hauptströmungsrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1;
- 3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Abgasrohrs längs der Hauptströmungsrichtung in einer horizontalen Ebene (siehe Schnittlinie III-III in 4) gemäß einen zweiten Ausführungsform;
- 4 eine weitere schematische Querschnittsansicht eines Abgasrohrs gemäß der zweiten Ausführungsform quer zur Hauptströmungsrichtung;
- 5 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs mit erfindungsgemäßem Abgasrohr;
- 6 eine schematische Darstellung einer alternativen Querschnittsform eines erfindungsgemäßen Abgasrohrs, und
- 7 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Querschnittsform eines erfindungsgemäßen Abgasrohrs.

1 zeigt ein Abgasrohr 10 einer in 5 dargestellten Abgasanlage 100 einer Verbrennungskraftmaschine 102 eines Hybridfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Abgasrohr 10 weist ein Einlassende 12 und ein entgegengesetztes Auslassende 14 auf. Von der Verbrennungskraftmaschine 102 erzeugtes Abgas strömt am Einlassende 12 in das Abgasrohr 10 ein und verlässt dieses am Auslassende 14 wieder.
In diesem Beispiel ist nicht vorgesehen, dass das Abgas an anderer Stelle als dem Auslassende 14 aus dem Abgasrohr 10 austritt.
Am Einlassende 12 sowie am Auslassende 14 sind geeignete Befestigungselemente angeordnet (hier nicht dargestellt), über die das Abgasrohr 10 in der dargestellten Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine 102 montiert werden kann.
Das Abgasrohr 10 kann in der Abgasanlage beispielsweise zwischen Komponenten 104, 106 einer Abgasreinigungsanlage (bei 104), wie etwa Katalysatoren oder Partikelfiltern, und einem optionalen Schalldämpfer (bei 106) angeordnet sein. Es wäre aber auch möglich, das Abgasrohr 10 als Endrohr 108 zu verwenden, aus dem das Abgas in die Umgebung der Verbrennungskraftmaschine 102 austritt.
Die Strömungsrichtung des Abgases zwischen dem Einlassende 12 und dem Auslassende 14 definiert eine Hauptströmungsrichtung H, die hier auch der Längsrichtung des Abgasrohrs 10 entspricht.
Wie in 2 dargestellt ist, weist das Abgasrohr 10 mehrere seitlich zur Hauptströmungsrichtung H entlang einer Aufreihungsrichtung A nebeneinanderliegende einzelne abgasleitende Kanäle 16 auf, die sich jeweils vom Einlassende 12 bis zum Auslassende 14 erstrecken und Abgas leiten.
Insgesamt ist das Abgasrohr 10 ein Flachrohr mit einem abgeflachten Querschnitt, das entlang der Aufreihungsrichtung A der Kanäle 16 eine erste Dicke d₁ und senkrecht zur Aufreihungsrichtung A und senkrecht zur Hauptströmungsrichtung H in einer Richtung z eine zweite Dicke d₂ aufweist. Die erste Dicke d₁ ist dabei zum wenigstens einen Faktor zwei größer als die zweite Dicke d₂. Es handelt sich also um einen sogenannten liegenden Querschnitt.
Im in einem Fahrzeug eingebauten Zustand, insbesondere in einem Hybridfahrzeug 100, das sowohl einen elektrischen Energiespeicher 110 im Unterboden als auch eine Verbrennungskraftmaschine 102 umfasst, lässt sich das Abgasrohr 10 unterhalb des elektrischen Energiespeichers 110 (siehe 5) anordnen, wobei sich die zweite Dicke d₂ entlang der Fahrzeug-Hochrichtung erstreckt, die dann mit der z-Richtung zusammenfällt, das Abgasrohr 10 also in vertikaler Richtung flach bauend ausgeführt ist. Andere Einbaulagen sind auch denkbar, z. B. zwischen zwei elektrischen Energiespeichern 110, wobei sich die zweite Dicke d₂ zwischen den Energiespeichern 110 erstreckt und das Abgasrohr 10 unabhängig von der Fahrzeughochrichtung ausgerichtet sein kann.
Das Abgasrohr 10 ist beispielsweise stromabwärts einer in 5 gezeigten Abgasreinigungsanlage des Fahrzeugs angeordnet.
In der ersten Ausführungsform sind mehrere, hier insgesamt 6, abgasleitende Kanäle 16 direkt und unmittelbar nebeneinander aufgereiht, sodass sie in einer Ebene liegen.
In diesem Beispiel sind die Kanäle 16 nicht als eigenständige Rohre ausgebildet, sondern nebeneinanderliegende Kanäle 16 teilen sich jeweils eine einzige Kanalwand 18.
Der Querschnitt 19 der einzelnen Kanäle 16 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung H ist hier annähernd quadratisch gewählt. Er könnte aber auch eine andere geeignete, insbesondere rechteckige oder auch abgerundete Form aufweisen.
Eine Außenwand 20 des Abgasrohrs 10 ist hier, abgesehen von Einlassende 12 und Auslassende 14, gasundurchlässig ausgebildet.
Die von der Außenwand 20 umschlossenen Kanalwände 18, die die einzelnen Kanäle 16 voneinander trennen, sind jedoch stellenweise von Löchern 22 durchbrochen, die benachbarte Kanäle 16 strömungsmäßig miteinander verbinden.
1 zeigt diverse Möglichkeiten, diese Löcher 22 anzuordnen. In direkt benachbarten Kanäle 16 können beispielsweise Löcher 22 bezogen auf die Hauptströmungsrichtung H an derselben Stelle vorgesehen sein, wie die rechte Seite der 1 zeigt. Im linken Bereich der 1 ist dagegen dargestellt, die Löcher 22 bezüglich der Hauptströmungsrichtung H für nebeneinanderliegende Kanäle 16 jeweils versetzt anzuordnen.
Es können mehrere Löcher 22 zwischen benachbarten Kanälen 16 vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, nur ein einziges Loch 22 anzuordnen.
Auch wenn Teile des Abgases durch Löcher 22 in benachbarte abgasleitende Kanäle 16 überströmen, folgt die Strömungsrichtung des Abgases weiterhin der Hauptströmungsrichtung H. Insbesondere ist nicht vorgesehen, Teile des Abgases entgegen der Hauptströmungsrichtung H umzuleiten.
Die Querschnittsfläche der einzelnen Löcher 22 kann identisch oder unterschiedlich gewählt sein. Es ist möglich, die Gesamtquerschnittsfläche eines Loches 22 kleiner oder größer als die Gesamtquerschnittsfläche des Kanals 16 auszubilden.
Die Löcher 22 haben eine schalldämpfende Wirkung, indem sie die Resonanzfrequenzen des Abgasrohrs 10 verändern und/oder im Abgasrohr 10 entstehende Schwingungen dämpfen. Durch die Wahl von Anzahl, Position und gegebenenfalls Größe der Löcher 22 lassen sich die akustischen Eigenschaften des Abgasrohrs 10 so einstellen, dass die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten hauptsächlichen Anregungsfrequenzen nicht zu einer Schallemission im Abgasrohr 10 führen. Aus diesem Grund ist die exakte Anordnung der Löcher 22 abhängig vom jeweiligen Anwendungszweck und muss vom Fachmann dementsprechend über bekannte Maßnahmen ermittelt werden.
Die 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Abgasrohres 10.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform sind hier zusätzlich zu den abgasleitenden Kanälen 16 nicht von Abgas durchströmte Schalldämpferhohlräume 24 vorhanden, die jeweils über wenigstens ein Loch 22 mit einem benachbarten abgasleitenden Kanal 16 verbunden sind.
In diesem Beispiel wechseln sich entlang der Aufreihungsrichtung A abgasleitende Kanäle 16 und Schalldämpferhohlräume 24 ab.
Die Schalldämpferhohlräume 24 sind in Hauptströmungsrichtung H lang gestreckte Räume, wobei ihre Erstreckung in Hauptströmungsrichtung H hier wenigstens um einen Faktor 3 größer ist als ein maximaler Durchmesser quer zur Hauptströmungsrichtung H.
In der in 3 gezeigten Variante sind drei abgasleitende Kanäle 16 und drei Schalldämpferhohlräume 24 im Abgasrohr 10 angeordnet, wobei der Querschnitt 26 der Schalldämpferhohlräume 24 dem Querschnitt 19 der abgasleitende Kanäle 16 entspricht.
In dem in 4 gezeigten Beispiel sind jeweils drei abgasleitende Kanäle und drei Schalldämpferhohlräume 24 vorgesehen, die abwechselnd nebeneinander liegen. Daher ergeben sich hier für das Abgasrohr 10 identische Abmessungen wie in der ersten Ausführungsform.
Das Verhältnis der Dicken d₁/d₂ beträgt für die in den Figuren gezeigten Abgasrohre 10 etwa 1/5 bzw. 1/6.
Die Länge der einzelnen Schalldämpferhohlräume 24 entlang der Hauptströmungsrichtung H beeinflusst die gedämpften Frequenzen und ist daher im Ermessen des Fachmanns auf die jeweiligen Gegebenheiten abstimmbar. Beispielsweise kann wie herkömmlich eine Länge von einer Viertel der zu dämpfenden Wellenlänge gewählt werden.
Die Maximallänge eines Schalldämpferhohlraums 24 entspricht der Länge der abgasleitenden Kanäle 16 zwischen Einlassende 12 und Auslassende 14 des Abgasrohrs 10.
Wenn kürzere Schalldämpferhohlräume 24 vorgesehen sind, können mehrere Schalldämpferhohlräume 24 entlang der Hauptströmungsrichtung H unmittelbar hintereinander angeordnet sein, wie in 3 dargestellt ist.
Gegebenenfalls kann eine tote Kammer 24' zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schalldämpferhohlräumen vorgesehen sein, die keinerlei Öffnungen zu abgasleitenden Kanälen aufweist, um die gewünschten Längen zu erhalten (siehe 3).
In diesem Beispiel hat jeder Schalldämpferhohlraum 24 genau ein Loch 22, das diesen direkt mit einem benachbarten abgasleitenden Kanal 16 verbindet. Anstelle eines einzigen Lochs 22 könnte auch eine Gruppe von räumlich unmittelbar benachbarten Öffnungen, insbesondere Mikroperforationen, vorgesehen sein.
Die beiden hintereinander liegenden Schalldämpferhohlräume 24 sind dabei mit abgasleitenden Kanälen 16 auf entgegengesetzten Seiten der Schalldämpferhohlräume 24 verbunden, sodass jedem der abgasleitenden Kanäle 16 genau ein einziger Schalldämpferhohlraum 24 zugeordnet ist.
Es ist auch möglich, Schalldämpferhohlräume 24 mit mehreren abgasleitenden Kanälen 6 über Löcher 24 zu verbinden. Auch können abgasleitende Kanäle 16 mit mehreren Schalldämpferhohlräumen 24 über Löcher 22 verbunden sein.
In den hier dargestellten Ausführungsformen behalten sowohl die abgasleitende Kanäle 16 als auch dies Schalldämpferhohlräume 24 über ihre gesamte Länge entlang der Hauptströmungsrichtung H stets den gleichen Querschnitt. Es ist aber auch denkbar, dass die abgasleitenden Kanäle 16 und/oder Schalldämpferhohlräume 24 Querschnittsänderungen aufweisen.
Die Querschnitte 19, 26 der abgasleitenden Kanäle 16 und der Schalldämpferhohlräume 24 sind hier bezüglich Form und Fläche gleich gewählt. Dies liegt aber im Ermessen des Fachmanns.
6 zeigt weitere Optionen für eine Querschnittsform des Abgasrohrs 10. In diesem Beispiel sind die Mittelpunkte der Kanäle 16 und/oder Schalldämpferhohlräume 24 in einer Schnittebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung H senkrecht zur Hauptströmungsrichtung H teilweise gegeneinander versetzt angeordnet, sodass eine gekrümmte Gesamtquerschnittsform resultiert.
Die erste Dicke d₁ bestimmt sich bei einer derartigen, nicht im Wesentlichen rechteckigen Form aus der größten Länge im Querschnitt, während die zweite Dicke d₂ senkrecht zur ersten Dicke d₁ gemessen wird.
Bei der Variante nach 7 ist ein ovaler Querschnitt gegeben, bei dem die erste Dicke d₁ ebenfalls die größte Abmessung des Querschnitts bildet und die zweite Dicke d₂ senkrecht hierzu steht.
Das Abgasrohr 10 weist beispielsweise eine Länge zwischen etwa 1 und 3,5 m auf.
Insbesondere lassen sich mit dem Abgasrohr 10 Frequenzen unterhalb von 1000 Hz gut dämpfen.
Die Schalldämpferhohlräume 24 können mit Luft bzw. Abgas gefüllt sein und komplett frei von anderen schalldämpfenden Materialien sein. Es ist aber auch denkbar, einen oder mehrere der Schalldämpferhohlräume 24 mit einem festen Schall absorbierenden Material ganz oder teilweise zu füllen.
Es wäre auch möglich, Merkmale der beiden gezeigten Ausführungsformen zu kombinieren und beispielsweise sowohl Löcher 22 zwischen zwei benachbarten abgasleitenden Kanälen 16 als auch zusätzlich zwischen abgasleitenden Kanälen 16 und benachbarten Schalldämpferhohlräumen 24 vorzusehen.
In jedem Fall ist das gesamte Volumen innerhalb der Außenwand 20 durch abgasleitende Kanäle 16 und optional Schalldämpferhohlräume 24 und gegebenenfalls tote Kammern 24' ausgefüllt. Weitere Komponenten sind hier im Abgasrohr 10 nicht vorgesehen.
Durch das Abgasrohr 10 wird eine Reduktion der Schallemission erreicht, indem die abgasleitenden Kanäle 16 über geeignet positionierte Löcher 22 mit einem benachbarten Kanal 16 oder einem benachbarten Schalldämpferhohlraum 24 strömungsmäßig verbunden sind, wodurch die Resonanzfrequenzen des Abgasrohrs 10 und/oder die im Abgasrohr 10 gedämpften Frequenzen auf die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Schwingungen abstimmbar sind.

Claims

Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Einlassende (12) und einem entgegengesetzten Auslassende (14), zwischen denen eine Hauptströmungsrichtung (H) definiert ist, mehreren seitlich zur Hauptströmungsrichtung (H) nebeneinanderliegenden einzelnen Abgas leitenden Kanälen (16), die sich vom Einlassende (12) bis zum Auslassende (14) erstrecken, und Löchern (22) in den Kanalwänden (18), wobei das Abgasrohr (10) einen abgeflachten Querschnitt aufweist, mit zwei rechtwinkelig zueinander verlaufenden Dicken (d₁, d₂), die sich wenigstens um den Faktor zwei voneinander unterscheiden.
Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kanäle (16) unmittelbar nebeneinander verlaufen und über zumindest ein Loch (22) in einer Kanalwand (18) strömungsmäßig miteinander verbunden sind.
Abgasrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben zumindest einem Kanal (16) ein nicht durchströmter Schalldämpferhohlraum (24) sitzt, der durch mindestens ein Loch (22) in einer Kanalwand (18) mit einem der Kanäle (16), vorzugsweise ausschließlich mit einem der Kanäle (16) verbunden ist.
Abgasrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpferhohlräume (24) in Hauptströmungsrichtung (H) langgestreckte Räume sind.
Abgasrohr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Hauptströmungsrichtung (H) unmittelbar hintereinander mehrere Schalldämpferhohlräume (24) angeordnet sind, deren Querschnitte (26) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (H) vorzugsweise gleich sind.
Abgasrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Schalldämpferhohlräume (24) unterschiedlichen Kanälen (16) zugeordnet sind.
Abgasrohr nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schalldämpferhohlraum (24) Schall absorbierendes Material enthält oder komplett frei von Schall absorbierendem Material ist.
Abgasrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kanäle (16) und, falls vorhanden, alle Schalldämpferhohlräume (24) zusammen, im Querschnitt betrachtet in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.
Abgasrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte (19) der Kanäle (16) über ihre Längserstreckung gleich bleiben, insbesondere auch untereinander gleich sind.
Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (110) und einer Verbrennungskraftmaschine (102), der eine Abgasreinigungsanlage und stromabwärts von der Abgasreinigungsanlage unterhalb des elektrischen Energiespeichers (110) ein Abgasrohr (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei das Abgasrohr (10) in vertikaler Richtung (z) flach bauend ausgeführt ist.