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Die
Erfindung betrifft einen Schalldämpfer nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug,
mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer.
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Die
im Abgas durch den Verbrennungsprozeß im Verbrennungsmotor entstehenden
Druckimpulse führen
in dem durch die Abgasanlage strömenden
Abgasstrom zur Entstehung von Schallwellen in unterschiedlichen
Frequenzbereichen. Mit Hilfe von in der Abgasanlage vorgesehenen
Schalldämpfern sollen
insbesondere die für
das menschliche Gehör hörbaren Frequenzen
gedämpft
werden. Des weiteren soll verhindert werden, dass die Schallwellen
von der Abgasanlage an die Karosserie oder das Chassis des Fahrzeuges übertragen
werden und diese zum Schwingen anregt.
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Um
höherfrequente
Schallwellen zu dämpfen,
ist es bekannt, den Abgasstrom durch einen sogenannten Schallabsorber
oder Absorptionsschalldämpfer
zu leiten. Hierbei werden die Schallwellen in einem Dämpfungsmaterial
durch Reibung in Wärme umgewandelt
und so gedämpft.
Niederfrequente Schallwellen werden unter anderem durch Verwendung
eines Resonators gedämpft,
bei dem ein im Resonator befindliches Gasvolumen sowie der Resonator
selbst in Schwingung versetzt werden und die dem Resonator und dem
Gasstrom eigene Masse ein Dämpfen
der niederfrequenten Anteile der Schallwellen bewirkt.
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Aus
der
EP 0 802 308 B1 ist
ein Schalldämpfer
für eine
Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem Schallwellen
unterschiedlicher Frequenzberei che durch die Kombination eines Resonators
mit einem Schallabsorber gedämpft
werden, die in einem gemeinsamen Schalldämpfergehäuse angeordnet sind. Als Resonator
dient hierbei ein vom Abgasrohr abgezweigtes Resonatorrohr, das
mit dem Abgasrohr in Strömungsverbindung
steht. Der Schallabsorber, der die hochfrequenten Schallwellen dämpfen soll,
ist beabstandet zum Resonatorrohr im Schalldämpfergehäuse angeordnet und steht gleichfalls
mit dem Abgasrohr in Strömungsverbindung.
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Nachteilig
an diesem bekannten Schalldämpfer
ist insbesondere, dass der Schalldämpfer aufgrund der Kombination
des Resonatorrohres mit dem Schallabsorber ein verglichen mit herkömmlichen
Schalldämpfern
großes
Bauvolumen besitzt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges bzw.
eine Abgasanlage, die mit einem derartigen Schalldämpfer ausgestattet
ist, anzugeben, der bzw. bei der der Schalldämpfer ein verglichen mit den
bekannten Schalldämpfern
geringeres Bauvolumen aufweist.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch einen Schalldämpfer
mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Des weiteren löst die Erfindung
die Aufgabe durch eine Abgasanlage gemäß Anspruch 12, die mit einem
erfindungsgemäßen Schalldämpfer ausgestattet
ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer, der
mit einem Resonator zur Dämpfung
niederfrequenter Schallwellen sowie einem Schallabsorber zur Absorption
hochfrequenter Schallwellen ausgestattet ist, werden gleichzeitig
sowohl das Abgasrohr selbst als auch der Schallabsorber als Funktionselemente
des Resonators eingesetzt, bilden als einen Teil des Resonators.
Zu diesem Zweck wird bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer ein rohrförmiger Resonanzkörper verwendet,
der mit dem Abgasohr in Strömungsverbindung
steht, das Abgasrohr in Umfangsrichtung gleichzeitig umschließt, jedoch
beabstandet zum Abgasrohr gehalten ist, während gleichzeitig der Schallabsorber
zumindest teilweise in das offene Ende des Resonanzkörpers eingeführt ist.
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Das
Gasvolumen im Resonator, mit dem die niederfrequenten Anteile der
Schallwellen gedämpft werden
sollen, ist somit durch die Innenoberfläche des Resonanzkörpers, die
Außenoberfläche des
vom Resonanzkörper
umschlossenen Abschnittes des Abgasrohres sowie die Außenoberfläche des
in den Resonanzkörper
eingeführten
Schallabsorbers begrenzt. Durch die Einbeziehung des Abgasrohres und
des Schallabsorbers in die Gestaltung des Resonators läßt sich
ein sehr kompakter Schalldämpfer mit
einem verglichen mit dem Stand der Technik äußerst geringem Bauvolumen realisieren.
Gleichzeitig kann durch entsprechende Gestaltung des Resonanzkörpers, des
Abgasrohres und des Schallabsorbers das Dämpfungsverhalten des Resonators
gezielt beeinflussen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung,
den Unteransprüchen
und der Zeichnung.
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So
wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers vorgeschlagen,
den rohrförmigen
Resonanzkörper
mit seinem dem offenen Ende entgegengesetzten anderen Ende an der
Innenseite des Schalldämpfergehäuses zu
befestigen. Alternativ kann der Resonanzkörper mit seinem dem offenen Ende
entgegengesetzten Ende an der Außenoberfläche des Abgasrohres befestigt
sein. Durch das Befestigen des Resonanzkörpers am Schalldämpfergehäuse oder
am Abgasrohr kann auf zusätzliche
Befestigungselemente im Schalldämpfergehäuse verzichtet
werden, mit denen der Resonanzkörper
sonst im Schalldämpfergehäuse zusätzlich zu
halten wäre.
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Des
weiteren ist es von Vorteil, wenn der Abstand der Innenoberfläche des
Resonanzkörpers
zur Außenoberfläche des
Abgasrohres in Umfangsrichtung des Abgasrohres betrachtet zumindest
annähernd
konstant ist, um unerwünschte
Verwirbelungen im Resonanzkörper
zu vermeiden, die gegebenenfalls zur Entstehung hörbarer Strömungsgeräusche führen könnten. Hierbei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Abstand der Innenoberfläche des
Resonanzkörpers
zur Außenoberfläche des
Abgasrohres vorzugsweise auch in Längsrichtung des Resonanzkörpers betrachtet
zumindest abschnittsweise konstant ist.
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Um
die Fertigung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers zu
erleichtern, weist das Abgasrohr und der Resonanzkörper vorzugsweise
einen zumindest annähernd
kreisrunden Querschnitt auf, wobei der rohrförmige Resonanzkörper konzentrisch
zum Abgasrohr angeordnet ist. Es ist jedoch auch denkbar, das Abgasrohr
im Querschnitt beispielsweise oval zu gestalten. Bei einer derartigen
Weiterbildung sollte der Querschnitt des Resonanzkörpers an
den Querschnitt des Abgasrohres angeglichen und symmetrisch zum
Abgasrohr angeordnet sein.
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Der
Schallabsorber ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers so
gestaltet, dass auch der Schallabsorber das Abgasrohr in dessen
Umfangsrichtung vollständig
umschließt,
wobei der Schallabsorber gleichzeitig am Abgasrohr befestigt ist.
Hierdurch läßt sich
einerseits die Anbindung des Schallabsorbers an das Abgasrohr auf
sehr einfache Weise realisieren, während der Schallabsorber gleichzeitig bei äußert geringem
Platzbedarf ein für
die Schallabsorption ausreichend großes Volumen aufweisen kann.
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Als
Schallabsorber dient bei diesem zuvor beschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispiel vorzugsweise
ein Schallabsorber, der ein auf das Abgasrohr aufgeschobenes Absorbergehäuse aufweist, dessen
mit dem Abgasrohr in Strömungsverbindung stehender
Innenraum gegenüber
dem Schalldämpfergehäuse zumindest
annähernd
gasdicht ist, und der mit einem Dämpfungsmaterial, wie Mineralwolle, Stahlwolle
und ähnlichem,
zur Schallabsorbierung gefüllt
ist. Die Verwendung eines derartig gestalteten Schallabsorbers hat
insbesondere in der Fertigung den Vorteil, dass der Schallabsorber
als vorgefertigte montierte Baueinheit auf das Abgasrohr aufgeschoben
und anschließend
mit diesem, beispielsweise durch Schweißen, fest verbunden werden
kann. Als Absorbergehäuse
wird bei dieser Weiterbildung bevorzugt ein das Abgasrohr umschließendes Rohrstück verwendet,
dass an seinen Enden verschlossen und an dem Abgasrohr befestigt
ist.
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Damit
der Resonator über
die gesamte Länge
des Resonanzkörpers
gleichbleibende Strömungs-
und Dämpfungseigenschaft
besitzt, ist der Resonanzkörper
bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers an
seinem offenen Ende so aufgeweitet, dass in einer Ebene quer zur
Längsrichtung
des Resonanzkörpers
betrachtet der in der Ebene von der Innenoberfläche des Resonanzkörpers und
der Außenoberfläche des
Schallabsorbers begrenzte Strömungsquerschnitt
zumindest annähernd
dem Strömungsquerschnitt
entspricht, der von der Innenoberfläche des Resonanzkörpers und
der Außenoberfläche des
Abgasrohres in einer parallelen zweiten Ebene betrachtet begrenzt
ist.
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Um
das Abgasrohr mit dem Resonanzkörper und/oder
mit dem Schallabsorber zu verbinden, werden am Abgasrohr vorzugsweise
mehrere Öffnungen ausgebildet,
durch die Abgase zwischen dem Abgasrohr und dem Resonanzkörper bzw.
dem Schallabsorber hin und her strömen können, wobei durch das Vorsehen
mehrerer Öffnungen
anstelle einer einzigen Öffnung
das Abgasrohr in seiner Steifigkeit kaum beeinträchtigt ist. Die Öffnungen
sind besonders bevorzugt als Schlitze ausgebildet, die sich in Längsrichtung
des Abgasrohres erstrecken.
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Die
Summe der Flächeninhalte
der durchströmten
Flächen
der mit dem Resonanzkörper
in Strömungsverbindung
stehenden Öffnungen
am Abgasrohr sollte dabei etwa dem 0,8 bis 1-fachen des in einer
Ebene quer zur Längsrichtung
des Resonanzkörpers
betrachteten Strömungsquerschnitts
entsprechen, der von der Innenoberfläche des Resonanzkörpers und
der Außenoberfläche des
Abgasrohres begrenzt ist, damit sichergestellt ist, dass das gesamte
Gasvolumen im Resonanzkörper
in Schwingung versetzt wird und eine ausreichend hohe Dämpfungswirkung
gewährleistet
ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Summe der Strömungsquerschnitte
der Öffnungen
insgesamt kleiner als das 0,8-fache des Strömungsquerschnittes des Resonanzkörpers ist,
wenn beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen oder aus Gründen einer
nicht ausreichenden Steifigkeit des Abgasrohres die Größe und Anzahl
der Öffnungen
beschränkt
ist.
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Um
ein Anschlagen des Resonanzkörpers am
Schalldämpfergehäuse zu verhindern,
wird ferner vorgeschlagen, am oder nahe dem offenen Ende des Resonanzkörpers radial
nach innen abstehende Erhebungen vorzusehen. Die Höhe jeder
Erhebung sollte dabei vorzugsweise dem halben Abstand des zwischen
der Innenoberfläche
des Resonanzkörpers und
der Außenoberfläche des
Schallabsorbers verbleibenden Spaltes entsprechen, in den die Erhebung
ragt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug,
die mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer ausgestattet
ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung, in der:
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1 eine schematische Schnittansicht
eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers mit
einem Abgasrohr, einem Resonanzkörper
und einem Schallabsorber zeigt,
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2 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie II-II in 1 zeigt,
in dem der von dem Resonanzkörper
und dem Abgasrohr begrenzte Strömungsquerschnitt
in einer Ebene quer zur Längsrichtung
des Schalldämpfers
dargestellt ist, und
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3 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie III-III in 1 zeigt,
in dem der von dem Resonanzkörper
und dem Schallabsorber begrenzte Strömungsquerschnitt in einer zweiten
Ebene quer zur Längsrichtung
des Schalldämpfers
dargestellt ist.
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In 1 ist in schematischer Schnittansicht ein
erfindungsgemäßer Schalldämpfer 10 für eine Abgasanlage
in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Der Schalldämpfer 10 ist in herkömmlicherweise
entweder über
Flansche an die Verrohrung der Abgasanlage angeschlossen oder bereits
in die Abgasanlage unmittelbar integriert.
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Der
Schalldämpfer 10 hat
ein Schalldämpfergehäuse 12,
das im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Hohlzylinderform besitzt. Das Schalldämpfergehäuse 12 ist an seinen
beiden offenen Enden jeweils durch eine Abdeckung 14 bzw. 16 verschlossen.
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Durch
das Schalldämpfergehäuse 12 erstreckt
sich ein hohlzylinderförmiges
Abgasrohr 18, das durch an den beiden Abdeckungen 14 und 16 ausgebildete Öffnungen 20 und 22 in
Längsrichtung des
Schalldämpfergehäuses 12 hindurchgeführt ist. Das
Abgasrohr 18 ist mit den beiden Abdeckungen 14 und 16 des
Schalldämpfergehäuses 12 gasdicht verschweißt.
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Im
Schalldämpfergehäuses 12 ist
konzentrisch um das Abgasrohr 18 ein Resonanzkörper 24 eines
Resonators 26 angeordnet. Der gleichfalls als Rohr ausgebildete
Resonanzkörper 24 ist
mit seinem einen offenen Ende an der Innenseite der in 1 links dargestellten Abdeckung 14 befestigt,
erstreckt sich in Längsrichtung
des Schalldämpfergehäuses 12 und
endet mit geringem Abstand vor der Innenseite der zweiten Abdeckung 16,
so dass das andere Ende des rohrförmigen Resonanzkörpers 24 offen bleibt.
Ausgehend von der links dargestellten Abdeckung 14 hat
der Resonanzkörper 24 einen
zylindrischen Abschnitt 28, der in einen aufgeweiteten
zylindrischen Abschnitt 30 übergeht, welcher etwa 3/4 der Länge des
Resonanzkörpers 24 bildet.
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In
dem aufgeweiteten Abschnitt 30 des Resonanzkörpers 24 ist
ein Schallabsorber 32 angeordnet. Der Schallabsorber 32 hat
ein Absorbergehäuse 34,
das als ein das Abgasrohr 18 umschließendes Rohrstück ausgebildet
ist, welches an seinen Enden verschlossen und mit dem Abgasrohr 18 gasdicht verbunden
ist. Im Inneren des Absorbergehäuses 34 ist
ein Dämpfungsmaterial 36,
wie Steinwolle, Stahlwolle und ähnliches,
aufgenommen, mit dem in das Absorbergehäuse 34 geleitete mittel-
und hochfrequente Schallwellen durch Reibung in Wärme umgewandelt
und auf diese Weise gedämpft
werden können.
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Am
offenen Ende des Resonanzkörpers 24 sind über dessen
Innenumfang gleichmäßig verteilt mehrere
radial nach innen abstehende Erhebungen 38 vor gesehen.
Die radialen Erhebungen 38 sind in ihrer Länge jeweils
so bemessen, dass sie etwa der halben Spalthöhe zwischen der Innenoberfläche des Resonanzkörpers 24 und
der Außenoberfläche des Schallabsorbers 32 entsprechen.
Sie sollen verhindern, dass der beim Dämpfen in Schwingung geratende
Resonanzkörper 24 mit
der Innenseite des Schalldämpfergehäuses 12 kollidiert.
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Zur Übertragung
der Schallwellen des durch das Abgasrohr 18 strömenden,
pulsierenden Abgasstromes sind am Abgasrohr 18 mehrere
in Längsrichtung
des Abgasrohres 18 verlaufende Schlitze 40 bzw. 42 ausgebildet.
Die Schlitze 40 stehen mit dem von der Innenoberfläche des
Resonanzkörpers 24, der
Außenoberfläche des
Abgasrohres 18 und der Außenoberfläche des Schallabsorbers 32 begrenzten
Gasvolumen in Strömungsverbindung.
Die Schlitze 42 verbinden das Abgasrohr 18 mit
dem Innenraum des nach außen
abgeschlossenen Absorbergehäuses 30.
Durch die Schlitze 40 bzw. 42 kann der durch das
Abgasrohr 18 strömende
Abgasstrom mit der im Resonator 26 stehenden Gassäule und
mit dem im Schallabsorber 32 enthaltenen Gasvolumen zur
Schwingungsübertragung
kommunizieren.
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In
den 2 und 3 sind Schnitte entlang der in
der 1 dargestellten
Schnittlinien II-II und III-III gezeigt. Dabei zeigt 2 den Schnitt II-II durch
das Abgasrohr 18 und den nicht aufgeweiteten Abschnitt 28 des
Resonanzkörpers 24,
während 3 den Schnitt III-III durch
den Resonanzkörper 24,
den Schallabsorber 32 und das Abgasrohr 18 zeigt.
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Wie 2 zu entnehmen ist, ist
das Volumen des Resonators 26 im Bereich des nicht aufgeweiteten
Abschnitts 28 des Resonanzkörpers 24 durch die Innenoberfläche des
Resonanzkörpers 24 und
die Außenoberfläche des
Abgasrohres 18 begrenzt und definiert in dieser Schnittebene
einen Strömungsquerschnitt
A1, der über
die gesamte Länge
des nicht aufgeweiteten Abschnittes 28 in etwa konstant
ist. Das Volumen des Resonators 26 im Bereich des aufgeweiteten
Abschnittes 30 des Resonanzkörpers 24 ist durch
die Innenoberfläche
des Resonanzkörpers 24 und
die Außenoberfläche des
Schallabsorbers 32 begrenzt und definiert in dieser Schnittebene
einen Strömungsquerschnitt
A2. Auch hier bleibt der Strömungsquerschnitt
A2 über
die Länge
des aufgeweiteten Abschnittes 30 etwa konstant.
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Um
ein möglichst
einheitliches Dämpfungsverhalten über die
gesamte Länge
des Resonanzkörpers 24 gewährleisten
zu können,
ist der radiale Abstand der Außenoberfläche des
Abgasrohres 18 zur Innenoberfläche Resonanzkörpers 24 im
nicht aufgeweiteten Abschnitt 28 des Resonanzkörpers 24 und der
radiale Abstand der Außenoberfläche des
Schallabsorbers 32 zur Innenoberfläche des Resonanzkörpers 24 jeweils
so gewählt,
dass die beiden Strömungsquerschnitte
A1 und A2 einander
zumindest annähernd
entsprechen.
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Die
Anzahl der Schlitze 40, die das Abgasrohr 18 und
den Resonator 26 miteinander verbinden, sowie deren Strömungsquerschnitte
sind wiederum so gewählt,
dass sie zumindest dem 0,8 bis 1-fachen, vorzugsweise dem 0,9-fachen,
des Strömungsquerschnittes
A1 bzw. A2 entsprechen,
wodurch sichergestellt ist, dass ein ausreichender Volumenstrom
des Abgases mit der im Resonanzkörper 24 ruhenden
Gassäule
zur Schwingungsdämpfung kommunizieren
kann.
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Bei
Betrieb strömt
ein Abgasstrom durch das Abgasrohr 18, in welchem sich
insbesondere aufgrund der getakteten Arbeitsweise des Verbrennungsmotors
entstehende Druckimpulse bzw. Schallwellen fortpflanzen. Sobald
der Abgasstrom in den erfindungsgemäßen Schalldämpfer 10 einströmt, kommuniziert
der Abgasstrom mit der im Resonator 26 ruhenden Gassäule, wobei
die im Abgasstrom wirkenden Schallwellen die Gassäule im Resonator 26 zum
Schwingen anregen. Die in Schwingung geratende Gassäule regt
ihrerseits den Resonanzkörper 24 zum
Schwingen an, welcher aufgrund seiner Masse und seiner Materialeigenschaften
niederfrequente Anteile der entstehenden Schwingungen dämpft, so dass
in folge auch niederfrequente Schallwellen im Abgasstrom gedämpft werden.
Des weiteren dringen die sich im Abgasstrom vorliegenden Schallwellen über die
Schlitze 42 in den Schallabsorber 32 ein. Dabei
wird insbesondere die Energie mittel- und hochfrequenter Schallwellen
durch Reibung im Dämpfungsmaterial
in Wärme
umgewandelt wird. Anschließend
strömt
der so schallgedämpfte
Abgasstrom aus dem Schalldämpfer 10.
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- 10
- Schalldämpfer
- 12
- Schalldämpfergehäuse
- 14
- Abdeckung
- 16
- Abdeckung
- 18
- Abgasrohr
- 20
- Öffnung
- 22
- Öffnung
- 24
- Resonanzkörper
- 26
- Resonator
- 28
- zylindrischer
Abschnitt
- 30
- aufgeweiteter
zylindrischer Abschnitt
- 32
- Schallabsorber
- 34
- Absorbergehäuse
- 36
- Dämpfungsmaterial
- 38
- Erhebungen
- 40
- Schlitze
- 42
- Schlitze
- A1
- Strömungsquerschnitt
im nicht aufgeweiteten Abschnitt 28
- A2
- Strömungsquerschnitt
im aufgeweiteten Abschnitt 30