DE10228045A1

DE10228045A1 - Nachschalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben dieser

Info

Publication number: DE10228045A1
Application number: DE2002128045
Authority: DE
Inventors: Raffaele Stamerra
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nachschalldämpfer (10) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einem Abgasendrohr (26), welches bzw. welche einen Innenraum eines Nachschalldämpfer-Gehäuses (12) stromab mit einer Umgebung des Nachschalldämpfers (10) verbinden. Hierbei ist wenigstens ein bzgl. des bzw. der Abgasendrohre (26) separates Sekundärrohr (30) vorgesehen, welches bzgl. des bzw. der Abgasendrohre (26) stromauf den Innenraum des Nachschalldämpfer-Gehäuses (12) mit der Umgebung des Nachschalldämpfers (10) verbindet, so daß ein Teil des Abgasstromes über das Sekundärrohr (30) aus dem Nachschalldämpfer-Gehäuse (12) an die Umgebung abströmt, wobei am Sekundärrohr (30) ein Ventil vorgesehen ist, welches das Sekundärrohr (30) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nachschalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einem Abgasendrohr, welches bzw. welche einen Innenraum eines Nachschalldämpfer-Gehäuses stromab mit einer Umgebung des Nachschalldämpfers verbinden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit einem Nachschalldämpfer, welcher wenigstens ein Abgasendrohr aufweist, über welches ein Abgasstrom aus einem Innenraum eines Nachschalldämpfer-Gehäuses an eine Umgebung des Nachschalldämpfers abgeführt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Aus Designgründen werden Endrohre bzw. Endrohrblenden eines Abgasnachschalldämpfers einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges vorzugsweise fahrzeugfest in einen Stoßfänger der Kraftfahrzeuges integriert, wie beispielsweise aus der DE 199 40 102 A1 bekannt. Durch die Entkopplung von der Abgasanlage können minimale Spalte (bis auf einige Millimeter) zwischen Endrohr bzw. Endrohrblende und Stoßfänger realisiert werden. Je nach Designanforderung mündet das Endrohr oder münden die Endrohre in eine festgelegte Blende, die beispielsweise durch einen Mittelsteg geteilt ist, so daß eine optische und funktionelle Gasaufteilung erfolgt. Bei festgelegtem Endrohrquerschnitt in der Designblende ist jedoch, abhängig vom Gasdurchsatz, nur eine begrenzte Motorleistung darstellbar. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß es bei großem Abgasdurchsatz durch Aufprall des Abgases am Mittelsteg zu einer unzulässigen Erhöhung des Strömungsrauschens und der Temperatur im Endrohr mit Überschreiten der Lastenheftvorgaben kommt.

Aus der DE 100 34 557 A1 ist ein Ventil in einer Abgas-Schalldämpfer-Anlage eines Kraftfahrzeuges bekannt. Hierbei wird eines von zwei aus einem Schalldämpfer-Gehäuse heraus führenden Abgasendrohren zeitweise verschlossen, um eine in dem Schalldämpfer-Gehäuse erzielbare Geräuschdämpfung mit Bezug auf motorbetriebsbedingt unterschiedliche Abgasmengenströme zu verbessern. So wird beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug-Nachschalldämpfer mit zwei Austrittsrohren durch Verschluß eines dieser beiden Rohre eine deutliche akustische Verbesserung im tieffrequenten Geräuschbereich erzielt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nachschalldämpfer sowie ein Verfahren der obengenannten Art bzgl. Geräuschdämpfung und Einsetzbarkeit für Brennkraftmaschinen unterschiedlicher Leistung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird efindungsgemäß durch einen Nachschalldämpfer der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es bei einem Nachschalldämpfer der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens ein bzgl. des bzw. der Abgasendrohre separates Sekundärrohr vorgesehen ist, welches bzgl. des bzw. der Abgasendrohre stromauf den Innenraum des Nachschalldämpfer-Gehäuses mit der Umgebung des Nachschalldämpfers verbindet, so daß ein Teil des Abgasstromes über das Sekundärrohr aus dem Nachschalldämpfer-Gehäuse an die Umgebung abströmt, wobei am Sekundärrohr ein Ventil vorgesehen ist, welches das Sekundärrohr in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt.

Dies hat den Vorteil, daß eine Abgasbeaufschlagung, beispielsweise an fahrzeugfesten Abgasendrohren, abgesenkt wird. Zusätzlich wird eine Gegendruckreduzierung und eine Geräuschverbesserung bei festgelegtem Endrohrdesign erzielt. Auch können ohne Änderung des Endrohrdesigns höhere Motorleistungen dargestellt werden, indem lediglich das Sekundärrohr entsprechend ausgestaltet wird.

Ein nicht unmittelbar sichtbares Abströmen des abgezweigten Abgasstromes erzielt man dadurch, daß ein Auslaß des Sekundärrohres an die Umgebung von einem Auslaß des bzw. der Abgasendrohre an die Umgebung beabstandet angeordnet und in eine andere Richtung als der Auslaß des bzw. der Abgasendrohre ausgerichtet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet das Sekundärrohr eine stromaufseitige erste Kammer des Nachschalldämpfer-Gehäuses mit der Umgebung, wobei das Sekundärrohr beispielsweise an einer Unterseite des Nachschalldämpfer-Gehäuses in die Umgebung mündet.

Der Nachschalldämpfer ist beispielsweise als Mehrkammer-Nachschalldämpfer, insbesondere als Reflexions-Nachschalldämpfer mit wenigstens zwei Kammern, ausgebildet

Ferner ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine stromauf des Abgasendrohres ein Teil das Abgasstromes an die Umgebung abgeleitet wird.

Ein nicht unmittelbar sichtbares Abströmen des abgezweigten Abgasstromes erzielt man dadurch, daß der stromauf des Abgasendrohres abgeleitete Teil des Abgasstromes an einer von einem Auslaß des Abgasendrohres beabstandeten Stelle an die Umgebung abgeleitet wird.

Beispielsweise wird bei und unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine kein Abgas stromauf des Abgasendrohres abgeleitet und oberhalb der vorbestimmten Drehzahl stromauf des Abgasendrohres ein Teil des Abgasstromes abgeleitet. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, oberhalb der vorbestimmten Drehzahl mit zunehmender Drehzahl einen immer größeren Teil des Abgasstromes abzuleiten. Durch entsprechende Wahl der vorbestimmten Drehzahl kann eine Anpassung an verschiedene Brennkraftmaschinen erfolgen.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nachschalldämpfers in perspektivischer Ansicht und
2 eine grafische Darstellung der Ableitung eines Teils des Abgasstromes stromauf eines Abgasendrohres in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Die aus 1 ersichtliche, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nachschalldämpfers 10 einer ansonsten nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine ist als Mehrkammer-Nachschalldämpfer ausgebildet und weist ein Nachschalldämpfer-Gehäuse 12 auf, welches von entsprechenden Trennwänden 14 und 16 in mehrere Kammern geteilt ist. Das Nachschalldämpfer-Gehäuse 12 ist in einen oberen und einen unteren Gehäuseteil getrennt, wobei zur besseren Darstellung das obere Gehäuseteil nicht dargestellt ist. Über ein stromaufseitiges Einlaßrohr 18 strömt Abgas von der Brennkraftmaschine kommend in eine erste, stromaufseitige Kammer 20 des Nachschalldämpfer-Gehäuses 12 ein. Von der ersten stromaufseitigen Kammer 20 strömt das Abgas über ein Verbindungsrohr 22 in eine zweite, stromabseitige Kammer 24 ein. Aus der zweiten, stromabseitigen Kammer 24 strömt das Abgas in ein Abgasendrohr 26 ein, welches sich in eine Endrohrblende 28 verzweigt und nach außen in eine Umgebung des Nachschalldämpfers mündet, wodurch das Abgas aus dem Nachschalldämpfer-Gehäuse 12 an die Umgebung abströmt.
Erfindungsgemäß ist ein Sekundärrohr 30 vorgesehen, welches von der ersten, stromaufseitigen Kammer 20 in die Umgebung mündet. Auf diese Weise wird ein Teil des Abgasstromes bereits vor bzw. stromauf des Abgasendrohres 26 abgezweigt und an diesem vorbei an die Umgebung abgeleitet. Dies senkt eine Abgasbeaufschlagung des Abgasendrohres 26, reduziert einen vom Nachschalldämpfer ausgehenden Gegendruck und verbessert eine Geräuschdämpfung bei festgelegtem Endrohrdesign, da insbesondere bei hohen Abgasströmen, d.h. bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, weniger Abgas an einen nicht dargestellten Mittelsteg der Endrohrblende 28 prallt. Die umgebungsseitige Öffnung des Sekundärrohres 30 ist an einer nicht unmittelbar sichtbaren Stelle des Nachschalldämpfer-Gehäuses 12, in der Darstellung am unteren Teil des Nachschalldämpfer-Gehäuses 12, angeordnet.
Das Sekundärrohr 30 ist an seinem stromaufseitigen Ende 32 mit einem Ventil versehen, welches das Sekundärrohr wahlweise öffnet oder verschließt. Je nach Stellung des Ventils kann somit eine Größe des abgezweigten Teiles des Abgasstromes eingestellt werden.
Das Einstellen der Menge des abgezweigten Abgasstromes mittels des Ventils am Sekundärrohr 30 ist in 2 grafisch und beispielhaft für eine Einstellung der Abzweigung von Abgas in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine veranschaulicht. Auf der horizontalen Achse 34 ist eine Drehzahl der Brennkraftmaschine in U/min aufgetragen. Auf der vertikalen Achse 36 ist ein Abgasdurchsatz in Kg/h aufgetragen. Die Linie 38 entspricht dem Abgasdurchsatz durch das Abgasendrohr 26, die Linie 40 entspricht dem Abgasdurchsatz durch das Sekundärrohr 30 und die Linie 42 entspricht dem gesamten Abgasdurchsatz durch den Nachschalldämpfer, d.h. der Summe aus den Abgasdurchsätzen durch Abgasendrohr 26 und Sekundärrohr 30. Unterhalb einer Leerlaufdrehzahl von ca. 1000 U/min bleibt das Ventil und damit das Sekundärrohr 30 geschlossen. Erst oberhalb der Drehzahl von ca. 1000 U/min öffnet das Ventil das Sekundärrohr 30 und mit zunehmender Drehzahl öffnet das Ventil immer weiter, so daß mit zunehmender Drehzahl mehr und mehr Abgas vor (d.h. stromauf) des Abgasendrohres 26 in das Sekundärrohr 30 abgezweigt und unter Umgehung des Abgasendrohres 26 aus dem Nachschalldämpfer-Gehäuse 12 an die Umgebung abgeleitet wird.
Durch die gezielte Abzweigung bzw. Aufteilung des Abgasstromes vor dem Eintritt in das Abgasendrohr 26 bzw. die Endrohrblende 28 wird eine Verringerung des Abgasdurchsatzes im Abgasendrohr 26 des Nachschalldämpfers 10 erzielt. Das Ventil ist beispielsweise als innenliegende Abgasklappe oder als eine entsprechende Kammeranordnung im Nachschalldämpfer ausgebildet. Die Zuschaltung des Sekundärrohres 30 erfolgt, wie aus 2 ersichtlich, erst oberhalb der Leerlaufdrehzahl, um bei der Leerlaufdrehzahl eine Sichtbarkeit des abgezweigten, dampfförmigen Abgases im Stand des Kraftfahrzeuges zu vermeiden.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine Absenkung des Strömungsrauschens im mittleren und hohen Drehzahlbereich erzielt. Auch die Abgastemperatur im Abgasendrohr 26 wird reduziert. Dadurch kann ggf. eine Temperaturabschirmung des Stoßfängers im Bereich der Endrohrdurchführung entfallen. Es ergibt sich durch die Aufteilung und Steuerung der Abgasquerschnitte eine verbesserte Akustik im Leerlauf und bei niedrigen Drehzahlen. Durch die Gestaltung des Sekundärrohres 30 können mit demselben Nachschalldämpfer verschiedene Motorleistungsvarianten abgedeckt werden.

Claims

Nachschalldämpfer (10) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einem Abgasendrohr (26), welches bzw. welche einen Innenraum eines Nachschalldämpfer-Gehäuses (12) stromab mit einer Umgebung des Nachschalldämpfers (10) verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein bzgl. des bzw. der Abgasendrohre (26) separates Sekundärrohr (30) vorgesehen ist, welches bzgl. des bzw. der Abgasendrohre (26) stromauf den Innenraum des Nachschalldämpfer-Gehäuses (12) mit der Umgebung des Nachschalldämpfers (10) verbindet, so daß ein Teil des Abgasstromes über das Sekundärrohr (30) aus dem Nachschalldämpfer-Gehäuse (12) an die Umgebung abströmt, wobei am Sekundärrohr (30) ein Ventil vorgesehen ist, welches das Sekundärrohr (30) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine öffnet oder verschließt.
Nachschalldämpfer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß des Sekundärrohres (30) an die Umgebung von einem Auslaß des bzw. der Abgasendrohre (26) an die Umgebung beabstandet angeordnet und in eine andere Richtung als der Auslaß des bzw. der Abgasendrohre (27) ausgerichtet ist.
Nachschalldämpfer (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Mehrkammer-Nachschalldämpfer, insbesondere als Reflexions-Nachschalldämpfer mit wenigstens zwei Kammern (20, 24), ausgebildet ist.
Nachschalldämpfer (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärrohr (30) eine stromaufseitige erste Kammer (20) das Nachschalldämpfer-Gehäuses (12) mit der Umgebung verbindet.
Nachschalldämpfer (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärrohr (30) an einer Unterseite des Nachschalldämpfer-Gehäuses (12) in die Umgebung mündet.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit einem Nachschalldämpfer, welcher wenigstens ein Abgasendrohr aufweist, über welches ein Abgasstrom aus einem Innenraum eines Nachschalldämpfer-Gehäuses an eine Umgebung des Nachschalldämpfers abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine stromauf des Abgasendrohres ein Teil das Abgasstromes an die Umgebung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stromauf des Abgasendrohres abgeleitete Teil des Abgasstromes an einer von einem Auslaß des Abgasendrohres beabstandeten Stelle an die Umgebung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der stromauf des Abgasendrohres abgeleitete Teil des Abgasstromes in eine bzgl. des Auslasses des Abgasendrohres andere Richtung an die Umgebung abgeleitet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei und unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine kein Abgas stromauf des Abgasendrohres abgeleitet wird und oberhalb der vorbestimmten Drehzahl stromauf des Abgasendrohres ein Teil das Abgasstromes abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der vorbestimmten Drehzahl mit zunehmender Drehzahl ein größerer Teil des Abgasstromes abgeleitet wird.