DE112009005180B4

DE112009005180B4 - Abgasvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112009005180B4
Application number: DE112009005180.4T
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Wakatsuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2029-08-29
Also published as: WO2011024234A1; DE112009005180T5; CN102482964B; CN102482964A; US20120138384A1; JPWO2011024234A1; JP5229391B2; US8356690B2

Abstract

Abgasvorrichtung (60) für eine Verbrennungskraftmaschine (21), aufweisend: ein Abgasrohr (110) mit: einem Endabschnitt (68A), der mit einem stromaufwärtigen offenen Ende (68a) ausgebildet ist, das an einer stromaufwärtigen Seite des Abgases, das von der Verbrennungskraftmaschine (21) abgegeben wird, positioniert ist, wobei der Endabschnitt (68A) mit einer schalldämpfenden Vorrichtung (27) verbunden ist, und einem anderen Endabschnitt, der mit einem stromabwärtigen offenen Ende (110b) ausgebildet ist, das an einer stromabwärtigen Seite des Abgases positioniert ist, um das Abgas in die Atmosphäre abzugeben, eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78), welche an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohres (110) ausgebildet ist, so dass der Durchmesser des Abgasrohres (110) in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes zunimmt, eine Platte (41), welche in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78) in entgegengesetzter Relation zu der Abgaberichtung des Abgases vorgesehen ist, und einen offenen Abschnitt (41d), welcher in der Abgaberichtung des Abgases durch die Platte (41) verläuft, und einen geschlossenen Abschnitt (41e), welcher das Abgasrohr (110) verschließt, aufweist, wobei die Platte (41) derart angeordnet ist, um eine Reflexionswelle des offenen Endes an dem offenen Abschnitt (41d) und eine Reflexionswelle des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt (41e) in einer Art und Weise zu erzeugen, dass die Reflexionswelle des offenen Endes und die Reflexionswelle des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und eine Durchgangsbohrung (78d), welche in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78), die an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohres (110) ausgebildet ist, an einer Position des Abgasrohres (110) vorgesehen ist, die von einem äußeren Seitenflächenabschnitt (41b) der Platte (41) entlang einer axialen Richtung des Abgasrohres (110) durch einen vorbestimmten Abstand (L5) nach innen beabstandet ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, und insbesondere eine Abgasvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Unterdrücken des Anstiegs eines Schalldrucks, welcher durch eine Luftsäulenresonanz in einem Endrohr hervorgerufen wird, das an der stromabwärtigst gelegenen Seite in der Abgaberichtung eines Abgases vorgesehen ist.
Hintergrund der Technologie
Als eine Abgasvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die bei einem Kraftfahrzeug Anwendung findet, war bisher eine Abgasvorrichtung, wie in 32 gezeigt ist, bekannt (siehe beispielsweise Patentdokument 1). In 32 ist die bekannte Abgasvorrichtung 4 angepasst, um einem Abgas zu ermöglichen, darin eingeführt zu werden, nachdem das Abgas von einer Maschine 1, die als eine Verbrennungskraftmaschine dient, abgegeben wird, einen Abgaskrümmer 2 durchläuft und dann durch einen Katalysator 3 gereinigt wird.
Die Abgasvorrichtung 4 ist durch ein vorderes Rohr 5, das mit dem Katalysator 3 verbunden ist, ein mittleres Rohr 6, das mit dem vorderen Rohr 5 verbunden ist, einen Hauptdämpfer 7, der mit dem mittleren Rohr 6 verbunden ist und als eine schalldämpfende Vorrichtung dient, ein Endrohr 8, das mit dem Hauptdämpfer 7 verbunden ist, und einen Nebendämpfer 9, der mit dem Endrohr 8 verbunden ist, aufgebaut.
Wie in 33 gezeigt ist, besitzt der Hauptdämpfer 7 eine Expansionskammer 7a zum Expandieren und darin Einführen des Abgases durch kleine Öffnungen 6a, die in dem mittleren Rohr 6 ausgebildet sind, und eine Resonanzkammer 7b, die mit einem stromabwärtigen offenen Ende 6b des mittleren Rohrs 6 in Kommunikation steht, so dass das Abgas, welches von dem stromabwärtigen offenen Ende 6b des mittleren Rohres 6 in die Resonanzkammer 7b eingeführt wird, bewirken kann, dass ein Abgasschall mit einer spezifizierten Frequenz durch den Helmholtz-Resonator-Effekt gedämpft wird.
Hierbei kann, falls die Rohrlänge des Überstandsabschnitts des mittleren Rohrs 6, welcher in die Resonanzkammer 7b übersteht, durch L₁ (m) dargestellt ist, die Querschnittsfläche des mittleren Rohres 6 durch S (m²) dargestellt ist, das Volumen der Resonanzkammer 7b durch V (m³) dargestellt ist, und die Schallgeschwindigkeit in der Luft durch c (m/s) dargestellt ist, die Resonanzfrequenz f_n (Hz) in der Luft durch eine nachfolgende Gleichung (1) hinsichtlich des Helmholtz-Resonator-Effekts gewonnen werden.
Wie aus der Gleichung (1) ersichtlich ist, kann die Resonanzfrequenz durch Vergrößern des Volumens V der Resonanzkammer 7b, oder andernfalls durch Verlängern der Rohrlänge L₁ des Überstandsabschnitts des mittleren Rohrs 6 zu einer Niedrigfrequenz-Seite abgestimmt werden, während diese durch Verkleinern des Volumens V der Resonanzkammer 7b, oder andernfalls durch Verkürzen der Rohrlänge L₁ des Überstandsabschnitt des mittleren Rohrs 6 zu einer Hochfrequenz-Seite abgestimmt werden kann.
Der Nebendämpfer 9 ist angepasst, um zu unterdrücken, dass der Schalldruck mit der Luftsäulenresonanz, die in dem Endrohr 8 im Ansprechen auf die Rohrlänge des Endrohres 8 durch die Pulsation von Abgas während des Betriebs der Maschine 1 erzeugt wird, erhöht wird.
Im Allgemeinen ist das Endrohr 8 mit einem stromaufwärtigen offenen Ende 8a und einem stromabwärtigen offenen Ende 8b an den entsprechenden stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten in der Abgaberichtung des Abgases aufgebaut, um zu ermöglichen, dass einfallende Wellen an dem stromaufwärtigen offenen Ende 8a und dem stromabwärtigen offenen Ende 8b reflektiert werden. Die einfallenden Wellen werden durch die Pulsation des Abgases während des Betriebs der Maschine 1 hervorgerufen, um an dem stromaufwärtigen offenen Ende 8a und dem stromabwärtigen offenen Ende 8b einzufallen, wodurch eine Luftsäulenresonanz mit einer Wellenlänge erzeugt wird. Die Luftsäulenresonanz besitzt eine Grundkomponente einer Frequenz mit einer halben Wellenlänge gleich der Rohrlänge des Endrohres 8, und besitzt eine Wellenlänge, welche der halben Wellenlänge mal einer natürlichen Zahl entspricht.
Insbesondere ist die Wellenlänge λ₁ der Luftsäulenresonanz einer Grundschwingung (Erste Komponente) in etwa das Doppelte der Rohrlänge L des Endrohres 8, während die Wellenlänge λ₂ der Luftsäulenresonanz der zweiten Komponente in etwa einmal die Rohrlänge L des Endrohres 8 ist. Die Wellenlänge λ₃ der Luftsäulenresonanz der dritten Komponente ist 2/3-mal die Rohrlänge L des Endrohres 8. Daher weist das Endrohr 8 darin eine stehende Welle auf, welche derart ausgestaltet ist, dass diese entsprechende Knoten von Schalldrücken an dem stromaufwärtigen offen Ende 8a und dem stromabwärtigen offenen Ende 8b aufweist.
Die Luftsäulenresonanzfrequenz „fa” kann durch eine nachfolgende Gleichung (2) dargestellt werden. fa = c / 2Ln (2)
Hierbei stellt „c” die Schallgeschwindigkeit (m/s) dar, „L” stellt die Rohrlänge des Endrohres (m/s) dar, und „n” stellt einen Grad dar. Wie aus der Gleichung (2) ersichtlich ist, besitzt die Schallgeschwindigkeit „c”, reagierend auf eine Umgebungstemperatur, einen konstanten Wert.
Daher ist erkennbar, dass je länger die Rohrlänge L des Endrohres 8 wird, sich die Luftsäulenfrequenz „fa” umso näher zu der Niedrigfrequenz-Seite bewegt, wodurch erleichtert wird, ein Geräuschproblem, welches durch die Luftsäulenresonanz des Abgasschalls in dem Niedrigfrequenzbereich hervorgerufen wird, hervorzurufen.
Beispielsweise werden, falls die Schallgeschwindigkeit „c” als 400 m/s angenommen wird, die erste Komponente „f₁” und die zweite Komponente „f₂” des Abgasschalls, welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, in dem Fall, bei dem die Rohrlänge „L” des Endrohres 8 1,2 m beträgt, jeweils 166,7 Hz und 333,3 Hz. Andererseits werden die erste Komponente „f₁” und die zweite Komponente „f₂” des Abgasschalls, welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, in dem Fall, bei dem die Rohrlänge „L” des Endrohres 8 3,0 m beträgt, jeweils 66,7 Hz und 133,3 Hz. Daher ist ersichtlich, dass je länger die Rohrlänge L des Endrohres 8 wird, sich die Luftsäulenfrequenz „fa” umso näher zu der Niedrigfrequenz-Seite bewegt.
Die Frequenz „fe(Hz)” der Abgas-Pulsation der Maschine 1 ist durch eine nachfolgende Gleichung (3) gegeben. fe = NE / 60 × N / 2 (3)
Hierbei ist „Ne” eine Maschinendrehzahl (U/min) und „N” ist eine Anzahl von Zylindern der Maschine (natürliche Zahl). Der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls wird für die erste Komponente „f₁” des Abgasschalls zu dem Zeitpunkt, bei dem die Luftsäulenresonanz als Reaktion auf eine spezifizierte Maschinendrehzahl „Ne” erzeugt wird, außergewöhnlich hoch. Ferner wird der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls für die zweite Komponente „f₂” des Abgasschalls ebenso außergewöhnlich hoch.
Beispielsweise wird in dem Fall, bei dem die Rohrlänge „L” des Endrohres 8 3,0 m betragt, falls die Schallgeschwindigkeit „c” als 400 m/s angenommen wird und die 4-Zylindermaschine durch N = 4 dargestellt ist, eine Luftsäulenresonanz mit einer ersten Komponente „f₁” der Frequenz 66,7 Hz hervorgerufen, wenn die Maschinendrehzahl „Ne” 2000 U/min wird, während eine andere Luftsäulenresonanz mit einer zweiten Komponente „f₂” der Frequenz 133,3 Hz hervorgerufen wird, wenn die Maschinendrehzahl „Ne” 4000 U/min wird.
Insbesondere in dem Fall, dass die Luftsäulenresonanz in dem Niedrigfrequenzbereich unter 100 Hz der Frequenz der Abgas-Pulsation der Maschine 1 erzeugt wird, wird ein Geräuschproblem hervorgerufen. Beispielsweise wird, wenn die Luftsäulenresonanz in dem Endrohr 8 bei einer niedrigen Maschinendrehzahl von 2000 U/min erzeugt wird, der Abgasschall in den Fahrgastraum des Fahrzeugs übertragen, was dazu führt, dass ein gedämpfter Schall erzeugt wird, und dadurch ein unangenehmes Gefühl bei einem Fahrer hervorgerufen wird.
Zu diesem Zweck ist ein Nebendämpfer 9, welcher im Volumen kleiner als der Hauptdämpfer 7 ist, an der optimalen Position des Endrohres 8, im Hinblick auf einen abdominalen Abschnitt mit einem hohen Schalldruck einer stehenden Welle, welche durch die Luftsäulenresonanz erzeugt wird, vorgesehen, wodurch verhindert wird, dass die Luftsäulenresonanz erzeugt wird.
Dadurch wird beispielsweise, wie vorher erwähnt ist, wenn die Schallgeschwindigkeit „c” 400 m/s ist und die Rohrlänge „L” des Endrohres 8 ohne Nebendämpfer 9 3,0 m ist, eine Luftsäulenresonanz unter 100 Hz der Frequenz der Abgas-Pulsation der Maschine 1 hervorgerufen (unter 3000 U/min der Maschinendrehzahl „Ne”). Im Gegensatz dazu ist, wenn der Nebendämpfer 9 an dem Endrohr 8 getragen wird und die Rohrlänge „L” des Endrohres 8, welche sich in rückwärtiger Richtung des Nebendämpfers 9 erstreckt, 1,5 m ist, die erste Komponente „f₁” des Abgasschalls, welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, gleich 133,3 Hz, und die Maschinendrehzahl „Ne” ist gleich 4000 U/min, was dazu führt, dass hervorgerufen wird, dass sich die Luftsäulenfrequenz „fa” hin zu der Hochfrequenz-Seite bewegt.
Aus diesem Grund kann der an dem Endrohr 8 getragene Nebendämpfer 9 den gedämpften Schall in dem Fahrgastraum bei der niedrigen Maschinendrehzahl, das heißt, 2000 U/min der Maschinendrehzahl der Maschine 1 unterdrücken, wodurch verhindert wird, dass dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl gegeben wird.
Andererseits wird in Betracht gezogen, die Herstellungskosten und das Gewicht der Abgasvorrichtung 4 durch Beseitigen des vorher erwähnten Nebendämpfers 9 zu reduzieren. Als eine der Maßnahmen wird in Betracht gezogen, die Resonanzfrequenz des Hauptdämpfers 7, welcher mit dem stromaufwärtigen offenen Ende 8a des Endrohres 8 verbunden ist, mit der Frequenz der Luftsäulenresonanz abzustimmen, um den Abgasschall der Luftsäulenresonanz des Endrohres 8 in der Resonanzkammer des Hauptdämpfers 7 zu dämpfen.
Insbesondere kann in Betracht gezogen werden, dass gemäß der Gleichung (1) das Volumen „V” der Resonanzkammer 7b erhöht wird und die Länge „L₁” des Überstandsabschnitts des mittleren Rohres 6 verlängert wird, um die Abstimmung der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer 7b in Richtung der Niedrigfrequenz-Seite zu führen, wodurch in der Resonanzkammer 7b die Luftsäulenresonanz, welche in dem Endrohr 8 erzeugt werden soll, vorläufig gedämpft wird.
Weitere gattungsgemäße Abgasvorrichtungen sind Gegenstand der Patentdokumente 2 bis 7. Hierbei offenbart beispielsweise das Patentdokument 2 in seinen 3 und 4 eine Abgasvorrichtung mit einem trichterförmigen Auspuffendrohr, in welchem am offenen Ende des Trichters eine Platte einsetzt ist, die den Trichter weitestgehend verschließt und nur eine kleine Öffnung aufweist, deren Durchmesser im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Zuführrohres ist, um das Abgas auf diese Art und Weise nach außen auszugeben. Aus Patentdokument 7 ist eine Abgasvorrichtung bekannt, bei welcher Rohrstutzen, deren Einlass- bzw. Auslassende geschlossen ist, in einem als Schalldämpfer wirkenden Gehäuse aufgenommen sind. Um einen Gasdurchtritt von der Verbrennungskraftmaschinenseite nach außen zu ermöglichen, sind die Rohrstutzen an der Einlass- bzw. Auslassseite des Gehäuses entsprechend perforiert. Durch diese umlaufend am Rohr ausgebildete Perforation tritt das von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßene Abgas durch die Perforation im Einlassstutzen in den Schalldämpfer ein, wird hier aufgrund der Volumenaufweitung entsprechend schallgedämpft und gelangt schließlich durch die Perforation im Auslassstutzen in das Endrohr, von wo es an die Umgebung ausgegeben wird. Jedoch ist diesen Dokument, wie auch den sonstigen genannten Druckschriften, keine Abgasvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 entnehmbar. Insbesondere ist bisher nicht daran gedacht worden, eine Durchgangsbohrung im Sinne der hierin offenbarten Erfindung vorzusehen, vermittels die nachstehend erzielbaren Effekte erzielt werden können.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2006-046 121 A
Patentdokument 2: DE 698 589 A
Patentdokument 3: DE 755 035 A
Patentdokument 4: US 3 788 417 A
Patentdokument 5: US 2003/0 213 643 A1
Patentdokument 6: US 2 570 728 A
Patentdokument 7: JP S59-43916 A

Kurzfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die herkömmliche Abgasvorrichtung für die Maschine 1 stößt jedoch auf solch ein Problem, dass solch eine Konstruktion, um die Luftsäulenresonanz des Endrohres 8 mit Hilfe der Resonanzkammer 7b des Hauptdämpfers 7 zu reduzieren, erfordert, dass das Volumen der Resonanzkammer 7b groß ausgeführt werden soll, was zum Erfordernis führt, dass der Hauptdämpfer 7 groß ausgeführt werden soll. Der groß ausgeführte Hauptdämpfer 7 führt zu solch einem Problem, dass dieser nicht nur das Gewicht der Abgasvorrichtung 4 erhöht, sondern ebenso die Herstellungskosten der Abgasvorrichtung 4.
Ferner führt das während dem Vorgang der Geschwindigkeitsreduktion des Fahrzeugs gelöste Gaspedal zu dem Umstand, dass lediglich ein Abgasstrom mit der in die Abgasvorrichtung 4 abgeführten Gasmenge, welche rasch verringert wird, erzeugt wird, was dazu führt, dass der Druck der Luft, welche in die Resonanzkammer 7b eingeführt werden soll, verringert wird.
Aus diesem Grund ist es unmöglich, den zum Erreichen des Helmholtz-Resonanz-Effekts in der Resonanzkammer 7b ausreichenden Betrag der Luft zu erreichen, was dazu führt, dass es schwierig wird zu verhindern, dass die Luftsäulenresonanz in dem Endrohr 8 erzeugt wird. Insbesondere wird aufgrund der raschen Abnahme der Maschinendrehzahl der Maschine 1 während dem Vorgang der Geschwindigkeitsreduktion des Fahrzeugs ein gedämpfter Schall in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs bei etwa der niedrigen Maschinendrehzahl von 2000 U/min hervorgerufen (die durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufene erste Komponente „f₁” des Abgasschalls), was darin resultiert, dass dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl vermittelt wird.
Dadurch ist es erforderlich, den Nebendämpfer 9 an der optimalen Position an dem Endrohr 8 vorzusehen, um zu unterdrücken, dass der durch die Luftsäulenresonanz des Endrohrs 8 hervorgerufene Schalldruck erhöht wird. Folglich wird ein Problem von der Art hervorgerufen, dass das Gewicht der Abgasvorrichtung 4 erhöht wird und die Herstellungskosten der Abgasvorrichtung 4 ebenso erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorher erwähnte Problem zu lösen, und besitzt die Aufgabe, eine Abgasvorrichtung vorzusehen, welche weder einen an dem Endrohr getragenen Nebendämpfer, noch eine schalldämpfende Vorrichtung mit einer Resonanzkammer mit einem großen Volumen an dem stromaufwärtigen offenen Ende des Endrohres benötigt, und welche unterdrücken kann, dass der Schalldruckpegel, welcher durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres hervorgerufen wird, erhöht wird, und das Gewicht, die Herstellungskosten und den Einbauraum der Abgasvorrichtung reduzieren kann.
(Mittel zur Lösung des Problems)
Um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, weist die Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine auf: ein Abgasrohr mit einem Endabschnitt, der mit einem stromaufwärtigen offenen Ende, das an einer stromaufwärtigen Seite des von einer Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Abgases positioniert ist, ausgebildet ist, wobei der Endabschnitt mit einer schalldämpfenden Vorrichtung verbunden ist, und einem anderen Endabschnitt, der mit einem stromabwärtigen offenen Ende ausgebildet ist, das an einer stromabwärtigen Seite des Abgases positioniert ist, um das Abgas in die Atmosphäre abzugeben, eine Durchmesser-Erweitungsstruktur, die an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohres ausgebildet ist, so dass der Durchmesser des Abgasrohres in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes zunimmt, eine Platte, welche in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur in entgegengesetzter Relation zu der Abgaberichtung des Abgases vorgesehen ist, und einen offenen Abschnitt, der in der Abgaberichtung des Abgases durch die Platte verläuft, und einen geschlossenen Abschnitt, welcher das Abgasrohr verschließt, besitzt, wobei die Platte derart angeordnet ist, um eine Reflexionswelle des offenen Endes an dem offenen Abschnitt, und eine Reflexionswelle des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt in einer Art und Weise zu erzeugen, dass die Reflexionswelle des offenen Endes und die Reflexionswelle des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und eine Durchgangsbohrung, welche der Durchmesser-Erweiterungsstruktur, die an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohres ausgebildet ist, an einer Position des Abgasrohres vorgesehen ist, die von einem äußeren Seitenflächenabschnitt der Platte entlang einer axialen Richtung des Abgasrohres durch einen vorbestimmten Abstand nach innen beabstandet ist.
Die Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine ist so aufgebaut, dass diese eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur, welche derart an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohrer ausgebildet ist, das ihr Durchmesser in Richtung des stomabwärtigen offenen Endes zunimmt, und eine Platte, die in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur in entgegengesetzter Relation zu der Abgaberichtung des Abgases vorgesehen ist und einen offenen Abschnitt, der in der Abgaberichtung des Abgases durch die Platte verläuft, und einen geschlossenen Abschnitt, welcher das Abgasrohr abschließt, besitzt, aufweist, wobei die Platte angeordnet ist, um eine Reflexionswelle des offenen Endes an dem offenen Abschnitt, und eine Reflexionswelle des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt in einer Art und Weise zu erzeugen, dass die Reflexionswelle des offenen Endes und die Reflexionswelle des geschlossenen Endes miteinander interferieren. Die so aufgebaute Abgasvorrichtung macht es möglich, die interne Reflexion mit Hilfe der Durchmesser-Erweiterungsstruktur zu unterdrücken, wobei die interne Reflexion durch das in das Abgasrohr einzuführende Abgas hervorgerufen wird, während dieses durch den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine pulsiert. Wenn die Frequenz des Abgasschalls mit der Frequenz der Luftsäulenresonanz in dem Abgasrohr abgestimmt ist, interferiert die Reflexionswelle des offenen Endes, welche an dem offenen Abschnitt mit der gleichen Phase, wie dieser der einfallenden Welle, erzeugt wird, mit der Reflexionswelle des geschlossenen Endes, die an dem geschlossenen Abschnitt mit der um 180 Grad von dieser der einfallenden Welle unterschiedlichen Phase erzeugt wird, und löscht diese aus, wodurch es möglich wird, zu unterdrücken, dass der Schalldruckpegel des Abgasschalls erhöht wird, und zu unterdrücken, dass die Luftsäulenresonanz in dem Abgasrohr erzeugt wird.
Die Tatsache, dass unterdrückt werden kann, dass die Luftsäulenresonanz in dem Abgasrohr erzeugt wird, und unterdrückt werden kann, dass der Schalldruckpegel des Abgasschalls erhöht wird, führt zu der Tatsache, dass kein gedämpfter Schall vorliegt, der in dem Fahrgastraum zum Zeitpunkt von niedriger Maschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird. Der gedämpfte Schall hat insbesondere ein herkömmliches Problem hervorgerufen.
Folglich ist es nicht notwendig, eine schalldämpfende Vorrichtung entsprechend dem Hauptdämpfer, welcher für die herkömmliche Abgasvorrichtung benötigt wird, groß auszuführen, sowie einen Nebendämpfer in dem Abgasrohr vorzusehen, wodurch es möglich wird, das Gewicht, die Herstellungskosten und den Einbauraum der Abgasvorrichtung zu verringern. Die Vorrichtung ist für sämtliche Abgasvorrichtungen für die Verbrennungskraftmaschine verwendbar.
In der so aufgebauten Abgasvorrichtung weist die Durchmesser-Erweiterungsstruktur vorzugsweise eine Exponentialgestalt auf, die im Durchmesser in Richtung des offenen Endes erweitert ist, um eine Exponentialkurve abzubilden.
Die Abgasvorrichtung, wie vorstehend gestaltet, weist die Durchmesser-Erweiterungsstruktur auf, die an der Abgas-Stromaufwärtsseite und/oder der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohrs vorgesehen ist, und einen Exponentialgestalt-Abschnitt besitzt, der im Durchmesser in Richtung des offenen Endes erweitert ist, um eine Exponentialkurve abzubilden, so dass die einfallende Welle an der Abgas-Stromabwärtsseite oder der Abgas-Stromaufwärtsseite des Abgasrohrs auf keinen Fall reflektiert wird, und die Platte auf alle Fälle erreichen kann. Folglich interferiert die Reflexionswelle des offenen Endes, die an dem offenen Abschnitt erzeugt wird, sicher mit der Reflexionswelle des geschlossenen Endes, die an dem geschlossenen Abschnitt erzeugt wird, und löscht diese aus, was ermöglicht zu unterdrücken, dass die Luftsäulenresonanz, welche durch die Reflexionswellen des Abgasschalls hervorgerufen wird, erzeugt wird. Hierbei soll der Ausdruck „Exponentialkurve” für eine Kurve stehen, welche durch eine Exponentialfunktion mit einer und den anderen Variablen abgebildet wird, wobei Letztere von diesen durch die Vordere definiert ist.
In der so aufgebauten Abgasvorrichtung ist die Öffnungsfläche des offenen Abschnitts vorzugsweise auf ein Drittel der Gesamtfläche des offenen Abschnitts und des geschlossenen Abschnitts der Platte eingestellt.
Da die Öffnungsfläche des offenen Abschnitts in der wie vorstehend gestalteten Abgasvorrichtung auf ein Drittel der Gesamtfläche des offenen Abschnitts und des geschlossenen Abschnitts der Platte eingestellt ist, beträgt das Reflexionsverhältnis der Schallwelle an der Platte 0,5. Dies bedeutet, dass die Reflexionswelle des offenen Endes und die Reflexionswelle des geschlossenen Endes in einem Verhältnis von 1 zu 1 erzeugt werden können, und dass die Reflexionswellen im Betrag gleich, aber in der Phase um 180 Grad unterschiedlich sind, wodurch ermöglicht wird, dass die Reflexionswellen miteinander interferieren und sich auslöschen. Folglich kann der reduzierende Effekt des Schalldruckpegels auf das höchste Niveau erhöht werden.
Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann eine Abgasvorrichtung vorsehen, welche weder einen Nebendämpfer benötigt, der an dem Endrohr getragen werden soll, noch eine schalldämpfende Vorrichtung, die mit einer Resonanzkammer mit einem großen Volumen an dem stromaufwärtigen offenen Ende des Endrohres vorzusehen ist, und welche unterdrücken kann, dass der Schalldruckpegel, der durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres hervorgerufen wird, erhöht wird, und welcher unterdrücken kann, dass der Schalldruckpegel, der durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres hervorgerufen wird, erhöht wird, und welche das Gewicht, die Herstellkosten und den Einbauraum der Abgasvorrichtung reduzieren kann.
Kurze Erläuterung der Abbildungen
1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Abgasvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, und ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Abgassystem für die Verbrennungskraftmaschine zeigt.
2 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine perspektivische Ansicht eines Dämpfers, der mit einem Endrohr verbunden ist, und zeigt einen Teil des Dämpfers fragmentarisch im Querschnitt.
3 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Längs-Querschnittsansicht des Dämpfers, welcher in einer Ebene durchschnitten ist, welche die Mittelachse des Endrohres und eine Mittelachse eines mittleren Rohres, gezeigt in 2, durchläuft.
4 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres zeigt.
5 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Vorderansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
6 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnitts-Ansicht entlang, und aus Sicht der Linie A-A in 5.
7 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt den Strom des Abgases in dem Dämpfer und dem Endrohr.
8 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt Ansichten zum Erläutern der stehenden Wellen der Luftsäulenresonanzen, die jeweils durch eine Reflexion des geschlossenen Endes, welche in dem Endrohr erzeugt wird, hervorgerufen werden, und die jeweils eine Teilchengeschwindigkeits-Verteilung mit einer Teilchengeschwindigkeit auf einer vertikalen Achse und einer Position des Endrohres auf einer horizontalen Achse schematisch zeigen.
9 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Schalldruckpegel des Endrohres und der Drehzahl der Maschine zeigt.
10 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Ansicht zum Erläutern eines Zustandes, bei dem eine einfallende Welle „G” unter Verwendung einer schematisch gezeigten Teilchengeschwindigkeits-Verteilung, um eine Teilchengeschwindigkeit auf einer vertikalen Achse und eine Position des Endrohres auf einer horizontalen Achse zu haben, in reflektierte Wellen „R₁” und „R₂” aufgeteilt wird.
11 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt zusätzliche Ansichten zum Erläutern der stehenden Wellen der Luftsäulenresonanzen, jeweils bei einer Teilchengeschwindigkeits-Verteilung, wobei jede der Luftsäulenresonanzen durch eine Reflexion an einem geschlossenen Ende hervorgerufen wird, die in dem Endrohr erzeugt wird, und die Teilchengeschwindigkeits-Verteilung schematisch gezeigt ist, um eine Teilchengeschwindigkeit auf einer vertikalen Achse und eine Position des Endrohres auf einer horizontalen Achse zu haben.
12 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine perspektivische Ansicht eines Dämpfers, der mit einem anderen Endrohr verbunden ist, das sich im Aufbau von dem in 2 gezeigten Endrohr teilweise unterscheidet, und zeigt einen Teil des Dämpfers fragmentarisch im Querschnitt.
13 zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht entlang der Ebene, welche die Mittelachsen des Endrohres und des mittleren Rohres durchläuft, wobei sich das Endrohr im Aufbau teilweise von dem in 12 gezeigten Endrohr unterscheidet.
14 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines weiteren Abgassystems für die Verbrennungskraftmaschine.
15 zeigt die zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine perspektivische Ansicht eines Dämpfers, der mit dem Endrohr verbunden ist, und teilweise im Querschnitt gezeigt ist.
16 zeigt die zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht des Dämpfers entlang der Ebene, welche die Mittelachsen des Endrohres und des mittleren Rohres, gezeigt in 15, durchläuft.
17 zeigt die zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
18 zeigt die zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine Vorderansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
19 zeigt die zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht entlang, und aus Sicht der Linie B-B von 18.
20 zeigt die zweite beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine erläuternde Ansicht zum Erläutern der Exponential-Durchmesser-Erweiterungsstruktur.
21 zeigt eine Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
22 zeigt die Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht des Endrohres, welche den Querschnitt von 21 zeigt.
23 zeigt die Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der Korrektur des offenen Endes des Endrohres.
24 zeigt die Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Vorderansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
25 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
26 zeigt die dritte beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht des Endrohres, welche den Querschnitt von 25 zeigt.
27 zeigt eine vierte beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
28 zeigt die vierte beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht des Endrohres, welche den Querschnitt von 27 zeigt.
29 zeigt eine fünfte beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
30 zeigt eine sechste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und zeigt eine perspektivische Ansicht des Endrohres aus Sicht des stromabwärtigen offenen Endes des Endrohres.
31 zeigt die sechste beispielhafte Ausführungsform der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine, und ist eine Querschnittsansicht des Endrohres, welche den Querschnitt von 30 zeigt.
32 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau eines Abgassystems zeigt, das mit einer herkömmlichen Abgasvorrichtung vorgesehen ist.
33 zeigt das mit der herkömmlichen Abgasvorrichtung vorgesehene Abgassystem, und ist eine Querschnittsansicht eines Dämpfers, der mit einem Endrohr mit offenen Enden an beiden Enden verbunden ist.
Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Die beispielhaften Ausführungsformen eins bis sechs der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben.
(Erste beispielhafte Ausführungsform)
1 bis 13 sind Ansichten, welche eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Abgasvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zeigen, die nicht Gegenstand der in den Ansprüchen definierten Erfindung ist.
Die Abgasvorrichtung 20 für die Verbrennungskraftmaschine ist in 1 in Anwendung auf eine Reihen-4-Zylindermaschine 21, die als eine Verbrennungskraftmaschine dient, und in Verbindung mit einem Abgaskrümmer 22, welcher mit der Maschine 21 verbunden ist, gezeigt. Die Abgasvorrichtung 20 ist angepasst, um ein von der Maschine 21 abgegebenes Abgas zu reinigen, und anschließend das Abgas in die Atmosphäre zu abzugeben, während der Abgasschall unterdrückt wird.
Die Maschine 21 ist nicht auf die vorstehende Reihen-4-Zylindermaschine beschränkt, und kann durch eine Reihen-3-Zylindermaschine, eine Reihen-5-Zylindermaschine und andere Maschinen, die jeweils mehrere Zylinder aufweisen, ersetzt werden. Die Maschine 21 kann durch eine V-Maschine ersetzt werden, welche mehr als 3 Zylinder aufweist, die jeweils getrennt an den rechten und linken Bänken montiert sind.
Der Abgaskrümmer 22 ist durch vier Abgas-Zweigleitungen 22a, 22b, 22c, 22d, die jeweils mit Abgasöffnungen verbunden sind, welche ausgebildet sind, um in Kommunikation mit den Zylindern eins bis vier der Maschine 21 zu stehen, und einem Abgas-Sammelrohr 22e aufgebaut, welches derart aufgebaut ist, um die stromabwärtigen Seiten der Abgas-Zweigleitungen 22a, 22b, 22c, 22d zu sammeln, so dass das von den Zylindern der Maschine 21 abgegebene Abgas durch die Abgas-Zweigleitungen 22a, 22b, 22c, 22d in das Abgas-Sammelrohr 22e eingeführt werden kann.
Die Abgasvorrichtung 20 ist mit einem Katalysator 24, einem zylindrischen vorderen Rohr 25, einem zylindrischen mittleren Rohr 26, einem Dämpfer 27, welcher als eine schalldämpfende Vorrichtung dient, und einem Endrohr 28, welches als ein zylindrisches Abgasrohr dient, vorgesehen. Die Abgasvorrichtung 20 ist an der stromabwärtigen Seite der Abgas-Abgaberichtung der Maschine 21 derart installiert, dass die Abgasvorrichtung 20 elastisch vom Fahrzeugboden hängt. Der Ausdruck „stromaufwärtige Seite” gibt eine stromaufwärtige Seite in der Abgaberichtung des Abgases an, während der Ausdruck „stromabwärtige Seite” eine stromabwärtige Seite in der Abgaberichtung des Abgases angibt.
Das stromaufwärtige Ende des Katalysators 24 ist mit dem stromabwärtigen Ende des Abgas-Sammelrohres 22e verbunden, während das stromabwärtige Ende des Katalysators 24 durch eine Universalverbindung 29 mit dem vorderen Rohr 25 verbunden ist. Der Katalysator 24 ist durch ein Gehäuse mit einer Wabenstruktur oder einem Träger aus aktivem Aluminiumoxidgranulat darin, welche mit Katalysatoren, wie Platin und Palladium belegt sind, um Reduktion von Nox und Oxidation von CO, HC durchzuführen, aufgebaut.
Die Universalverbindung 29 ist durch eine kugelförmige Verbindung, wie ein Kugelgelenk und dergleichen, aufgebaut, um zu ermöglichen, dass sich der Katalysator 24 und das vordere Rohr 25 relativ zueinander verschieben. Das stromabwärtige Ende des vorderen Rohres 25 ist durch eine Universalverbindung 30 mit dem stromaufwärtigen Ende des mittleren Rohres 26 verbunden. Die Universalverbindung 30 ist durch eine kugelförmige Verbindung, wie ein Kugelgelenk und dergleichen, aufgebaut, um zu ermöglichen, dass sich das vordere Rohr 25 und das mittlere Rohr 26 relativ zueinander verschieben.
Das stromabwärtige Ende des mittleren Rohres 26 ist mit dem Dämpfer 27 verbunden, der angepasst ist, um den Abgasschall zu dämpfen.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Dämpfer 27 mit einem äußeren Gehäuse 31, das in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, Endplatten 32, 33 zum Verschließen der beiden axialen Enden des äußeren Gehäuses 31, und einer Trennplatte 34, zwischen der Endplatte 32 und der Endplatte 33 liegend, vorgesehen.
Das äußere Gehäuse 31 und die Endplatten 32, 33 bilden zusammen einen schalldämpfenden Körper. Der Dämpfer 27 gemäß der vorliegenden ersten beispielhaften Ausführungsform bildet eine schalldämpfende Vorrichtung, welche einen Teil der Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine bildet.
Die Trennplatte 34, welche in dem äußeren Gehäuse 31 vorgesehen ist, ist angepasst, um das äußere Gehäuse 31 in eine Expansionskammer 34 zum Expandieren des Abgases in dem äußeren Gehäuse 31, und eine Resonanzkammer 36 zum Dämpfen des Abgasschalls mit einer spezifizierten Frequenz unter dem Helmholtz-Resonanz-Effekt, zu teilen. Die Endplatte 32 und die Trennplatte 34 sind jeweils mit Durchgangsbohrungen 32a, 34a ausgebildet. Die Durchgangsbohrungen 32a, 34a ermöglichen dem stromabwärtigen Endabschnitt des mittleren Rohres 26, das heißt, einem Einlassrohrabschnitt 26A, welcher einen Teil des mittleren Rohres 26 bildet, dort hindurch zu laufen, und sich in dem Dämpfer 27 zu erstrecken.
Der Einlassrohrabschnitt 26A wird an der Endplatte 32 und der Trennplatte 34 getragen, und in der Expansionskammer 35 und der Resonanzkammer 36 in einer Art und Weise aufgenommen, dass das stromabwärtige offene Ende 26b hin zu der Resonanzkammer 36 offen ist.
Der Einlassrohrabschnitt 26A ist mit einer Mehrzahl von kleinen Durchgangsbohrungen 26a ausgebildet, welche ausgebildet sind, um in der Axialrichtung (die Abgaberichtung des Abgases) und der Umfangsrichtung des Einlassrohrabschnitts 26A angeordnet zu sein, so dass die innere Kammer des Einlassrohrabschnitts 26A durch die kleinen Durchgangsbohrungen 26a mit der Expansionskammer 35 in Kommunikation steht.
Dadurch wird das Abgas, welches durch den Einlassrohrabschnitt 26A des mittleren Rohres 26 in den Dämpfer 27 eingeführt werden soll, durch die kleinen Durchgangsbohrungen 26a in die Expansionskammer 35, und durch das stromabwärtige offene Ende 26b des Einlassrohrabschnitts 26A in die Resonanzkammer 36 eingeführt.
Der Abgasschall des Abgases mit einer spezifizierten Frequenz (Hz) kann durch den Helmholtz-Resonanz-Effekt gedämpft werden, wenn das Abgas in die Resonanzkammer 36 eingeführt wird.
Falls die Länge des Überstandsabschnitts des Einlassrohrabschnitts 26A, welcher in die Resonanzkammer 36 übersteht, durch L₁ (m) dargestellt ist, die Querschnittsfläche des Einlassrohrabschnitts 26A durch S (m²) dargestellt ist, das Volumen der Resonanzkammer 36 durch V (m³) dargestellt ist, und die Schallgeschwindigkeit in der Luft durch c (m/s) dargestellt ist, kann die Resonanzfrequenz f_b (Hz) durch die nachfolgende Gleichung, in Bezug auf die Helmholtz-Resonanz, gegeben werden.
Wie aus der Gleichung (4) ersichtlich ist, ermöglicht es der Umstand, dass das Volumen V der Resonanzkammer 36 klein gemacht wird, die Länge L₁ des Überstandsabschnitts des Einlassrohrabschnitts 26A kurz gemacht wird, und die Querschnittsfläche S des Einlassrohrabschnitts 26A groß gemacht wird, die Resonanzfrequenz in Richtung deren Hochfrequenz-Seite anzupassen. Andererseits ermöglicht es der Umstand, dass das Volumen V der Resonanzkammer 26 groß gemacht wird, die Länge L₁ des Überstandsabschnitts des Einlassrohrabschnitts 26A lang gemacht wird, und die Querschnittsfläche S des Einlassrohrabschnitts 26A klein gemacht wird, die Resonanzfrequenz in Richtung der Niedrigfrequenz-Seite anzupassen.
Andererseits sind die Trennplatte 34 und die Endplatte 33 jeweils mit Durchgangsbohrungen 34b, 33a ausgebildet, welche dem stromaufwärtigen Endabschnitt des Endrohres 28, das heißt, einem Auslassrohrabschnitt 28A, der einen Teil des Endrohres 28 bildet, das in dem Dämpfer 27 aufgenommen ist, ermöglicht, dort hindurch zu laufen.
Das Endrohr 28 ist aus einem zylindrischen Rohr hergestellt. Der stromaufwärtige Endabschnitt des Auslassrohrabschnitts 28A besitzt ein stromaufwärtiges offenes Ende 28a, während der stromabwärtige Endabschnitt des Endrohres 28 ein stromabwärtiges offenes Ende 28b besitzt. Wie in 3 gezeigt ist, ist das stromabwärtige offene Ende 28b des stromabwärtigen Endabschnitts des Endrohres 28 von dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a des stromaufwärtigen Endabschnitts des Auslassrohrabschnitts 28A durch den Abstand L beabstandet. Der Auslassrohrabschnitt 28A ist mit dem Dämpfer 27 in einer Art und Weise verbunden, dass der Auslassrohrabschnitt 28A mit dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a, welches in der Expansionskammer 35 offen ist, durch die Durchgangsbohrungen 34b, 33a läuft.
Wie in 4, 5 und 6 gezeigt ist, ist das Endrohr 28 an dessen stromabwärtiger Seite in der Abgasrichtung des Abgases mit einer Durchmesser-Erweitungsstruktur 38 vorgesehen, welche im Durchmesser in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes 28b erweitert ist, und einer Platte 41, in entgegengesetzter Relation zu der Abgasrichtung des Abgases, vorgesehen.
Wie in 6 gezeigt ist, weist die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 einen Fuß-Endabschnitt 38a, einen vorderen Endabschnitt 38b, und einen kegelförmigen Abschnitt 38c auf. Der Fuß-Endabschnitt 38a besitzt einen Innendurchmesser D₁, der gleich dem Innendurchmesser des Endrohres 28 ist, und ist mit dem Endrohr 28 verbunden. Der vordere Endabschnitt 38b besitzt einen Innendurchmesser D₂, der größer als der Innendurchmesser D₁ des Fuß-Endabschnitts 38a ist, und befindet sich in entgegengesetzter Relation zu dem Fuß-Endabschnitt 38a. Der kegelförmige Abschnitt 38c ist ausgebildet, um sich zwischen dem Fuß-Endabschnitt 38a und dem vorderen Endabschnitt 38b zu erstrecken, um einen Innendurchmesser zu besitzen, der von dem Innendurchmesser D₁ zu dem Innendurchmesser D₂, das heißt, von dem Fuß-Endabschnitt 38a zu dem vorderen Endabschnitt 38b, allmählich erhöht wird.
Der kegelförmige Abschnitt 38c ist in einem Winkel θ zwischen der geraden Linie La, welche den Punkt Pa auf der inneren Umfangsfläche des Fuß-Endabschnitts 38a mit dem Punkt Pb auf der inneren Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts 38b verbindet, und der geraden Linie Lb, welche durch den Punkt Pa läuft, und sich in der Axialrichtung des Endrohres 28 erstreckt, ausgebildet. Dadurch kann der Abstand L₂ in der Axialrichtung des Endrohres 28 zwischen dem Punkt Pa und dem Punkt Pb durch die nachfolgende Gleichung (5) angegeben werden.
Es ist allgemein bekannt, dass die Schallwelle, welche ein Rohr mit einer konstanten Querschnittsfläche durchläuft, in einer ebenen Welle voranschreitet, während, falls die Querschnittsfläche des Rohres verändert wird, eine Reflexion der Schallwelle als Reaktion auf die veränderte Querschnittsfläche des Rohres hervorgerufen wird.
Jedoch kann bei dem Rohr, welches in der Querschnittsfläche verändert ist, und einen veränderten Querschnittsabschnitt, wie den kegelförmigen Abschnitt 38c, besitzt, die Veränderung der ebenen Welle des Abgasschalls unterdrückt werden, und daher kann die Reflexion in dem kegelförmigen Abschnitt 38c unterdrückt werden, wenn der Abgasschall auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, und die einfallende Welle durch den kegelförmigen Abschnitt 38c läuft.
Hierbei können der Innendurchmesser D₁, der Innendurchmesser D₂ und der Winkel θ basierend auf den Dimensionen der Fahrzeuggestaltung, der Simulation, und den Daten, wie Werten aus einem Experiment und Erfahrungswerten, welche bislang auf die Abgasvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden ersten beispielhaften Ausführungsform angewendet wurden, geeignet ausgewählt werden. Während die vorstehende Beschreibung durch Heranziehen der geraden Linie La, welche den Punkt Pa auf der inneren Umfangsfläche des Fuß-Endabschnitts 38a mit dem Punkt Pb auf der Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts 38b verbindet, erläutert wurde, kann die vorstehende gerade Linie La, welche den Punkt Pa auf der inneren Umfangsfläche des Fuß-Endabschnitts 38a und den Punkt Pb auf der Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts 38b verbindet, durch eine Kurve mit einem großen Krümmungsradius, welche durch eine leicht konkave Gestalt ausgebildet ist, gebildet werden.
Die Platte 41 besitzt einen äußeren Umfangsabschnitt 41a mit einem Außendurchmesser, der nahezu gleich dem Innendurchmesser D₂ des vorderen Endabschnitts 38b der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 ist, und einem Seitenflächenabschnitt 41b, der in entgegengesetzter Relation zu der Abgasrichtung des Abgases, welches in dem Endrohr 28 strömt, positioniert ist. Der Seitenflächenabschnitt 41b der Platte 41 ist mit einer kreisförmigen Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser D₃, welcher annähernd gleich dem Innendurchmesser D₁ des Fuß-Endabschnitts 38a der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 ist, ausgebildet, wobei die Durchgangsbohrung einen offenen Abschnitt 41d der Platte 41 bildet. Der Seitenflächenabschnitt 41b ist mit dem offenen Abschnitt 41d und einem geschlossenen Abschnitt 41e, welcher durch einen anderen Abschnitt als den offenen Abschnitt 41d gebildet ist, vorgesehen. Das Abgas kann durch den offenen Abschnitt 41d in die Atmosphäre abgegeben werden.
Hierbei ist die Platte 41 vorgesehen, um sich in entgegengesetzter Relation zu der Abgasrichtung des in dem Endrohr 28 strömenden Abgases zu befinden. Genauer gesagt, die Platte 41 ist in rechtwinkliger Relation zu der Axialrichtung des Endrohres 28 an dem Endrohr 28 befestigt. Die Platte 41 ist an dem Endrohr 28 in einer Art und Weise befestigt, dass der äußere Umfangsabschnitt 41a der Platte 41 und der innere Umfangsabschnitt 28c des Endrohres 28 in engem Kontakt gehalten werden, und daher hermetisch dicht zueinander sind. Hierbei sind Verfahren zum Befestigen der Platte 41 an dem Endrohr 28 vorzugsweise Befestigungsverfahren, wie ein Fügungsverfahren, ein Druckverfahren und dergleichen. Anstatt dieser Befestigungsverfahren kann das Verfahren zum Befestigen der Platte 41 an dem Endrohr 28 durch ein Aufzieh-Verfahren und dergleichen integral ausgebildet sein.
Die Platte 41 ist an dem Endrohr 28 mit dem äußeren Umfangsabschnitt 41a, welcher an dem inneren Umfangsabschnitt 28c des Endrohres 28 befestigt ist, in einer Art und Weise angebracht, dass der Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f des Seitenflächenabschnitts 41b an der stromaufwärtigen Seite der Abgas-Abgaberichtung von dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 durch den Abstand L₃ beabstandet ist. Der Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f des Seitenflächenabschnitts 41b ist derart positioniert, dass der Abgasschall, welcher durch die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 gelaufen ist, den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f erreicht, während dieser im Zustand der ebenen Welle aufrechterhalten wird.
Der Seitenflächenabschnitt 41b der Platte 41 dient dazu, um hervorzurufen, was als eine Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 41d gegen die einfallende Welle, die auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, bezeichnet wird, während hervorgerufen wird, was als eine Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Endabschnitt 41e gegen die einfallende Welle, welche auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass der Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 diese Reflexionen des Abgasschalls hervorrufen kann.
In diesem Fall, löschen sich die Reflexion des offenen Endes und die Reflexion des geschlossenen Endes, die jeweils an dem offenen Abschnitt 41d und dem geschlossenen Abschnitt 41e verteilt sind, gegenseitig aus, was im Reduzieren des Schalldruckpegels des Reflexionsschalls durch die gegenseitige Störwirkung der Reflexion des offenen Endes und der Reflexion des geschlossenen Endes resultiert. Der Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f weist ferner eine Oberfläche auf, um die einfallende Welle zu reflektieren, und um die Reflexionswelle zu erzeugen. Der Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f ist daher durch den offenen Abschnitt 41d und den geschlossenen Abschnitt 41e gebildet.
Ferner sind, um einen optimalen schalldämpfenden Effekt bei dem Reflexionsschall zu erzielen, die Öffnungsfläche S₂ (m²) des offenen Abschnitts 41d und die Gesamtfläche S₁ (m²) des Seitenflächenabschnitts 41b, welcher den offenen Abschnitt 41d der Platte 41, wie in 5 gezeigt ist, enthält, derart gestaltet, um der nachfolgenden Gleichung (6) zu genügen. S₂ ≒ 1 / 3S₁ (6)
Die Gleichung (6) kann durch nachfolgendes Verfahren erhalten werden. Zum Erzielen eines optimalen schalldämpfenden Effekts bei dem Reflexionsschall ist die nachfolgende Logik bekannt. Hierbei ist es erforderlich, falls die Reflexionsrate der Teilchengeschwindigkeit des Abgasschalls an dem offenen Abschnitt 41d durch Rv₁ dargestellt ist, die Durchlässigkeit der Teilchengeschwindigkeit des Abgasschalls an dem offenen Abschnitt 41d durch Tv₁ dargestellt ist, und die Reflexionsrate der Teilchengeschwindigkeit des Abgasschalls an dem geschlossenen Abschnitt 41e durch Rv₂ dargestellt ist, die an dem offenen Abschnitt 41d und dem geschlossenen Abschnitt 41e produzierten Energien auszugleichen, welche jeweils positiv und negativ sind, und daher gegensätzlich in der Phase sind, was aus der Addition von (Rv₁ × Tv₁) und Rv₂ resultiert. Mit anderen Worten, es ist erforderlich, dass die Gleichung (Rv₁ × Tv₁) + Rv₂ = 0 geschaffen wird.
Hierbei sind, falls eine inhärente akustische Impedanz eines Mediums in dem Endrohr 28 durch Z₁ dargestellt ist, und eine inhärente akustische Impedanz eines Mediums in der Umgebung des offenen Abschnitts 41d der Platte 41 in dem Endrohr 28 durch Z₂ dargestellt ist, eine inhärente akustische Impedanz eines Mediums in der Umgebung des stromabwärtigen offenen Endes 28b außerhalb des Endrohres 28, das heißt, in der Atmosphäre durch Z₃ dargestellt ist, und eine Fläche, die gegenüberliegend einer Öffnungsfläche S₂ an der offenen Seite zu der Atmosphäre ist, durch S₃ dargestellt ist, die Reflexionsrate Rv₁, die Durchlässigkeit Tv₁ und die Reflexionsrate Rv₂ durch die nachfolgenden Gleichungen (7), (8) und (9) gegeben.
Dadurch wird die Gleichung (Rv₁ × Tv₁) + Rv₂ = 0, wie nachfolgend gezeigt ist, geschaffen.
Hierbei kann die inhärente akustische Impedanz durch das Produkt aus der Dichte des Mediums ρ(Kg/m³) und der Schallgeschwindigkeit c(m/s) dargestellt werden, wodurch Z₁ = ρ₁c₁, Z₂ = ρ₂c₂, Z₃ = ρ₃c₃ resultiert. Das Medium ρ₁ und die Schallgeschwindigkeit c₁ in dem Endrohr 28, das Medium ρ₂ in der Umgebung des offenen Abschnitts 41d der Platte 41 in dem Endrohr 28, und das Medium ρ₃ in der Umgebung des stromabwärtigen offenen Endes 28b außerhalb des Endrohres 28 sind durch das Abgas definiert. Dieses Abgas kann gelegentlich Luft sein, wenn die Maschine 21 in dem Zustand mit keiner Kraftstoffeinspritzung betrieben wird. Wenn das Abgas und die Luft in dem Endrohr 28 vorliegen, kann die Gleichung ρ₁c₁ = ρ₂c₂ = ρ₃c₃ erhalten werden, was in Z₁ = Z₂ = Z₃ resultiert. Die Gleichung (10) ist durch die nachfolgende Gleichung (11) dargestellt.
Hierbei ist die Fläche S₃ zu der Atmosphäre hin offen und wird dadurch ∞, das heißt, unendlich. Wenn die Fläche S₃ in der Gleichung (11) mit ∞ berechnet wird, kann die vorangegangene Gleichung (6) erhalten werden.
Nachfolgend wird eine Erläuterung auf den Betrieb der Abgasvorrichtung 20 und die Ursache für das Erzeugen der Luftsäulenresonanz gerichtet.
Wenn die Maschine 21 stromaufwärts der Abgasvorrichtung 20 gestartet wird, um betrieben zu werden, wird das Abgas, welches von jedem der Zylinder abgegeben wird, von dem Abgaskrümmer 22 in den Katalysator 24, durch welchen die Reduktion von Nox und die Oxidationen von CO und HC ausgeführt werden, eingeführt.
Das durch den Katalysator 24 gereinigte und abgegebene Abgas wird durch das vordere Rohr 25 und das mittlere Rohr 26 in den Dämpfer 27 der Abgasvorrichtung 20 eingeführt. Das in den Dämpfer 27 eingeführte Abgas wird, wie durch Pfeile in 7 gezeigt ist, durch die kleinen Durchgangsbohrungen 26a des Einlassrohrabschnitts 26A in die Expansionskammer 35 eingeführt, und dann durch das stromabwärtige offene Ende 26b des Einlassrohrabschnitts 26A in die Resonanzkammer 36 eingeführt.
Das in die Expansionskammer 35 eingeführte Abgas wird durch das stromaufwärtige offene Ende 28a des Auslassrohrabschnitts 28A in das Endrohr 28 eingeführt, und dann durch den offenen Abschnitt 41d der Platte 41 in die Atmosphäre abgegeben. Wie vorstehend erläutert wurde, ist die Platte 41 an dem vorderen Endabschnitt 38b der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 bei dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen. Die an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b vorgesehene Platte 41 besitzt einen Außendurchmesser D₂, der aufgrund der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 größer als der Innendurchmesser D₁ des Endrohres 28 ist. Der offene Abschnitt 41d der Platte 41 ist derart ausgebildet, dass dieser einen Innendurchmesser D₃ besitzt, der gleich dem Innendurchmesser D₁ des Endrohres 28 ist. Dies resultiert in der Tatsache, dass das Abgas den offenen Abschnitt 41d leichtgängig durchlaufen kann, während das Abgas durch den offenen Abschnitt 41d läuft, wodurch es möglich wird zu unterdrücken, dass der Gegendruck des Abgases erhöht wird.
Die Abgas-Pulsation, welche durch jeden der Zylinder der Maschine 21 angeregt wird, die während des Betriebs der Maschine 21 explodieren, bewirkt, dass der Abgasschall Frequenzen (Hz) aufweist, welche im Ansprechen auf die Drehzahl (U/min) der Maschine 21 verändert werden, die von jedem der Zylinder der Maschine 21 erzeugt werden soll. Die Frequenzen des Abgasschalls werden erhöht, während die Drehzahl der Maschine 21 erhöht wird. Der Abgasschall trifft durch den Abgaskrümmer 22, den Katalysator 24, das vordere Rohr 25 und das mittlere Rohr 26, in dem Abgas, welches als ein Medium dient, auf den Einlassrohrabschnitt 26A des Dämpfers 27 auf.
Der auf den Einlassrohrabschnitt 26A einfallende Abgasschall wird durch die kleinen Durchgangsbohrungen 26a des Einlassrohrabschnitts 26A in die Expansionskammer 35 eingeführt, und expandiert, um hervorzurufen, dass der Schalldruckpegel des Abgasschalls in sämtlichen Frequenzbandbereichen reduziert wird. Der auf den Einlassrohrabschnitt 26A einfallende Abgasschall wird dann durch das stromabwärtige offene Ende 26b in die Resonanzkammer 36 eingeführt. Bei dem in die Resonanzkammer 36 eingeführten Abgasschall kann der Schalldruckpegel des Abgasschalls mit einer spezifischen Frequenz, welche durch die Helmholtz-Resonanz eingestellt wird, gesenkt werden.
Der auf das Innere der Expansionskammer 35 einfallende Abgasschall trifft auf das Innere des Endrohres 28, um zu einer einfallenden Welle zu werden, welche an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 wiederum durch die Platte 41 reflektiert wird, um zu einer Reflexionswelle zu werden. Hierbei bewirkt die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38, welche ausgebildet ist, um im Durchmesser in Richtung des stromabwärtigen Endes 28b erweitert zu sein, dass die Gesamtfläche S₁ des Seitenflächenabschnitts 41b, welcher den offenen Abschnitt 41d der Platte 41 enthält, größer als die Querschnittsfläche des Endrohres 28 wird. Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 mit dem kegelförmigen Abschnitt 38c macht es möglich zu unterdrücken, dass das Abgas in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 reflektiert wird.
Es ist daher festzustellen, dass der auf das Innere des Endrohres 28 einfallende Abgasschall den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 zuverlässig erreichen kann, ohne reflektiert zu werden, während dieser die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 durchlauft.
Die durch die Reflexion des offenen Endes erzeugte Reflexionswelle und die durch die Reflexion des geschlossenen Endes erzeugte Reflexionswelle bewirken eine Interferenz, um sich gegenseitig auszulöschen. Die durch die Reflexion des offenen Ende erzeugte Reflexionswelle und die durch die Reflexion des geschlossenen Endes erzeugte Reflexionswelle werden ferner an dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a des Endrohres 28 reflektiert, um in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes 28b, in ähnlicher Weise wie die vorstehend erwähnte einfallende Welle, voranzuschreiten, und um, in ähnlicher Weise wie die an der Platte 41 einfallende Welle, wieder reflektiert zu werden. Es ist daher festzustellen, dass die so hervorgerufenen Reflexionen wiederholt werden, wodurch eine stehende Welle erzeugt wird.
Ferner kann erwägt werden, dass an der Grenze von beiden Medien mit dem gleichen Medium, wie dem offenen Ende eines Rohres, grundlegend keine Reflexion hervorgerufen wird, was ermöglicht, dass die Schallwelle die Grenze des Mediums durchdringt, da die Medien aus dem gleichen Medium bestehen. Jedoch wird der Abgasschall, welcher in dem Rohr, wie dem Endrohr 28, mit einer Dimension der Querschnittsfläche, die zu der Wellenlänge des Abgasschalls ausreichend klein ist, voranschreitet, zu einer ebenen Welle aus einer dünnen und dicken Welle, und reflektiert daher an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b und dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a.
Mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung wird es möglich, den Grund, warum die Reflexion des offenen Endes an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b hervorgerufen wird, zu erläutern. Der Druck des Abgases, welches in dem Endrohr 28 strömt ist hoch, während der Atmosphärendruck außerhalb des stromabwärtigen offenen Endes 28b des Endrohres 28 niedriger ist als der Druck des in dem Endrohr 28 strömenden Abgases. Die einfallende Welle wird durch das stromabwärtige offene Ende 28b in heftiger Weise in die Atmosphäre abgegeben, wodurch ein Niederdruck-Abschnitt hervorgerufen wird, wo der Druck des Abgases innerhalb des stromabwärtigen offenen Endes 28b niedrig wird. Dies kommt daher, da der Niederdruck-Abschnitt beginnt, sich in dem Endrohr 28 in Richtung des stromaufwärtigen offenen Endes 28a zu bewegen.
Dies bedeutet, dass die Reflexionswelle zu einer ebenen Welle wird, die gegenüber der einfallenden Welle in der Richtung entgegengesetzt ist und zu der einfallenden Welle in einer entgegengesetzten Richtung voranschreitet. Der Grund dafür, dass die Reflexionswelle an dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a erzeugt wird, ist gleich diesem der Reflexionswelle, die wie vorstehend erwähnt erzeugt wird.
Die einfallende Welle, welche sich in Richtung des offenen Abschnitts 41d des stromabwärtigen offenen Endes 28b bewegt, wird mit der ersten Reflexionswelle, welche sich in der Richtung weg von dem offenen Abschnitt 41d des stromabwärtigen offenen Endes 28b bewegt, überlagert. Die erste Reflexionswelle wird ferner an der Öffnung des stromaufwärtigen offenen Endes 28a reflektiert, um zu einer zweiten Reflexionswelle, welche sich in Richtung des offenen Endes 41d bewegt, zu werden. Die zweite Reflexionswelle, die erste Reflexionswelle und die einfallende Welle werden zwischen dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a und dem stromabwärtigen offenen Ende 28b wiederholend erzeugt und interferieren miteinander.
Die Reflexionswellen und die dadurch wiederholend erzeugte einfallende Welle führen dazu, dass eine stehende Welle zwischen der Öffnung des stromaufwärtigen offenen Endes 28a und dem offenen Abschnitt 41d des stromabwärtigen offenen Endes 28b erzeugt wird.
Wenn eine besondere Beziehung zwischen der Rohrlänge L des Endrohres 28 und der Wellenlänge λ der stehenden Welle vorliegt, wird die stehende Welle mit der Öffnung des stromaufwärtigen offenen Endes 28a des Endrohres 28 und dem offenen Abschnitt 41d des stromabwärtigen offenen Endes 28b, die jeweils einen abdominalen Abschnitt der Teilchengeschwindigkeit bilden, erzeugt. Unter diesen Bedingungen wird eine Luftsäulenresonanz mit einer außergewöhnlich großen Amplitude erzeugt. Die Luftsäulenresonanz besitzt eine Grundfrequenz mit einer halben Wellenlänge gleich der Rohrlänge L des Endrohres 28. Die Luftsäulenresonanz wird mit der Frequenz, mit mehrmals der natürlichen Zahl der Grundfrequenz, und mit der Wellenlänge, mit einer Länge, welche durch Dividieren der Grundwelle durch die natürliche Zahl erhalten wird, erzeugt, so dass der Schalldruck außergewöhnlich erhöht wird und dadurch werden Geräusche hervorgerufen.
8 zeigt Ansichten zum Erläutern der stehenden Wellen von Luftsäulenresonanzen bei Teilchengeschwindigkeits-Verteilungen. Die Wellenlänge λ₁ der Luftsäulenresonanz einer ersten Komponente, welche durch eine Grundschwingung des Abgasschalls gebildet ist, ist etwa das Doppelte der Rohrlänge L des Endrohres 28, während die Wellenlänge λ₂ der Luftsäulenresonanz einer zweiten Komponente mit doppelter Grundschwingung des Abgasschalls etwa einmal die Rohrlänge L des Endrohres 28 ist. Ferner ist die Wellenlänge λ₃ der Luftsäulenresonanz einer dritten Komponente dreifacher Grundschwingung des Abgasschalls, in etwa 2/3-mal die Rohrlänge L des Endrohres 28. Wie aus 8 ersichtlich ist, bildet die stehende Welle einen abdominalen Abschnitt der Teilchengeschwindigkeit und weist daher an jedem von dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a und dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 einen Maximalwert der Teilchengeschwindigkeit auf.
Die Teilchengeschwindigkeits-Verteilungen der stehenden Welle der Komponenten eins bis drei des Abgasschalls besitzen abdominale Abschnitte und Knotenabschnitte, welche gegensätzlich zueinander sind, wie in 8 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass sowohl das stromaufwärtige offene Ende 28a als auch das stromabwärtige offene Ende 28b einen Knotenabschnitt des Schalldrucks bilden, und dadurch den Schalldruck von Null bilden.
Wie in 9 gezeigt ist, wird der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls bei der Maschinendrehzahl Ne entsprechend der Resonanzfrequenz (Hz) von sowohl der ersten Komponente f₁ als auch der zweiten Komponenten f₂ erhöht, während die Maschinendrehzahl Ne (U/min) erhöht wird.
Hierbei kann, falls die Schallgeschwindigkeit durch „c” (m/s) dargestellt ist, die Länge des Endrohres 28 durch „L” (m) dargestellt ist und der Grad durch „n” dargestellt ist, die Luftsäulenresonanzfrequenz „fc” (Hz) durch eine nachfolgende Gleichung (12) angegeben werden. fc = c / 2Ln (12)
Falls die Schallgeschwindigkeit „c” gleich 400 m/s ist, und die Länge L des Endrohres 28 gleich 3,0 m ist, sind die erste Komponente f₁ des Abgasschalls und die zweite Komponente f₂ des Abgasschalls, welche durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres 28 hervorgerufen werden, gemäß der vorstehenden Gleichung (12), 66,7 Hz bzw. 133,3 Hz. Dies bedeutet, dass die Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls bei der ersten Komponente f₁ und der zweiten Komponente f₂ der Resonanzfrequenzen durch die Luftsäulenresonanzen im Ansprechen auf die Drehzahlen der Maschine 21 hoch werden.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform besteht die Maschine 21 aus vier Zylindern, so dass in der vorstehenden Gleichung (3) „N” vier wird, d. h., N = 4. Wenn die Maschinendrehzahl Ne gleich 2000 U/min ist, wird der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls bei der ersten Komponente f₁ der Resonanzfrequenz durch die Luftsäulenresonanz erhöht. Wenn die Maschinendrehzahl Ne gleich 4000 U/min ist, wird der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls bei der zweiten Komponente f₂ der Resonanzfrequenz ebenso durch die Luftsäulenresonanz erhöht.
Insbesondere in dem Niedriggeschwindkeits-Rotationsbereich der Niedrigfrequenz 100 Hz oder darunter, wie die Luftsäulenresonanz der ersten Komponente f₁ des Abgasschalls, wird in dem Fahrgastraum ein gedämpfter Schall hervorgerufen, welcher dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl vermitteln kann. Die Maschinendrehzahl Ne für die Luftsäulenresonanzfrequenz der dritten Komponente ist 6000 U/min, während die Maschinendrehzahl Ne für die Luftsäulenresonanzfrequenz der vierten Komponente gleich 8000 U/min ist. Auf diese Art und Weise besteht die Möglichkeit, dass die Luftsäulenresonanzfrequenzen der mehrstufigen Komponenten erzeugt werden. Die möglichen Geräusche, welche durch die Luftsäulenresonanzfrequenzen der mehrstufigen Komponenten hervorgerufenen werden, sind aufgrund der noch höheren Geräusche, welche durch die Maschine 21 erzeugt werden, nicht so unangenehm für den Fahrer. Daher werden die mehrstufigen Komponenten, welche größer als die dritte Komponente sind, in 9 nicht gezeigt.
Die Abgasvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform kann zuverlässig unterdrücken, dass der Schalldruck (dB) durch die Luftsäulenresonanz, welche in dem herkömmlichen Endrohr hervorgerufen wird, wenn die Maschinendrehzahl Ne etwa der niedrigen Drehzahl von 2000 U/min (erste Komponente f₁), oder etwa der mittleren Drehzahl von 4000 U/min (zweite Komponenten f₂) entspricht, erhöht wird.
Nachfolgend wird der Grund dafür, dass der Anstieg des Schalldruckpegels, welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, unterdrückt werden kann, detaillierter beschrieben.
Wie vorstehend erwähnt ist, wird an dem offenen Abschnitt 41d gegen eine einfallende Welle, welche auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, die Reflexion des offenen Endes hervorgerufen, und an dem geschlossenen Abschnitt 41e wird gegen die einfallende Welle, welche auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, die Reflexion des geschlossenen Endes hervorgerufen. Mit anderen Worten, die Reflexion des offenen Endes und die Reflexion des geschlossenen Endes werden jeweils an den Reflexionsflächen 41f der Platte 41 hervorgerufen.
Konkreter heißt das, die Reflexionswellen werden auf zwei Reflexionswellen verteilt, welche gegen die einfallenden Wellen, die auf das Innere des Endrohres 28 einfallen, in der Phase unterschiedlich sind. Die verteilten Reflexionswellen enthalten eine Reflexionswelle durch die Reflexion des offenen Endes, welche an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 hervorgerufen wird, welcher etwa 33% der Gesamtfläche S₁ des Seitenflächenabschnitts 41b mit dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 einnimmt, und eine zusätzliche Reflexionswelle, welche sich gegen die einfallende Welle in der Phase um 180 Grad unterscheidet und durch die Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 41e des Seitenflächenabschnitts 41b der Platte 41, welcher in etwa 67% der vorstehend erwähnten Gesamtfläche S₁ einnimmt, hervorgerufen wird. Die Reflexionswellen, welche durch die Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 41d und die Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 41e des Seitenflächenabschnitts 41b verteilt und hervorgerufen werden, löschen sich gegenseitig aus. Folglich kann der Reflexionsschall gedämpft werden, wodurch der Anstieg des Schalldruckpegels (dB), welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, verhindert wird.
In diesem Fall wird, um den bevorzugtesten schalldämpfenden Effekt des Reflexionsschalls zu erzielen, die Reflexionsrate Rp des auf die Platte 41 einfallenden Abgasschalls auf 0,5 eingestellt, um zu bewirken, dass das Verteilungsverhältnis zwischen der Reflexion des offenen Endes und der Reflexion des geschlossenen Endes hälftig wird. Um die auf 0,5 eingestellte Reflexionsrate Rp zu haben, ist der offene Abschnitt 41d in 5 gezeigt, welcher ausgebildet sein soll, um S2 ≒ (1/3)S1 in der Gleichung (6) zu entsprechen, welche die Beziehung zwischen der Öffnungsfläche S2 (m2) des offenen Abschnitts 41d und der Gesamtfläche S₁(m²) des Seitenflächenabschnitts 41b mit dem offenen Abschnitt 41d zeigt.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 10 die Erläuterung zu der Reflexion des offenen Endes ausgeführt, d. h., der Fall, dass die einfallende Welle G des Abgasschalls, welcher durch die Abgas-Pulsation zum Zeitpunkt des Betriebs der Maschine 21 hervorgerufen wird, auf das Innere des Endrohres 28 einfällt und eine halbe Welle besitzt, die gleich der Rohrlänge L des Endrohres 28 ist.
Wenn die Frequenz der einfallenden Welle G mit der Luftsäulenresonanzfrequenz des Endrohres 28 abgestimmt ist, wird ein Teil der einfallenden Welle G, wie in 10 gezeigt ist, eine Übertragungswelle G1, welche durch den offenen Abschnitt 41d der Platte 41, welche an dem stromabwärtigen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen ist, in die Atmosphäre eindringen soll. Andererseits wird die vorstehende Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 hervorgerufen, wodurch hervorgerufen wird, dass die einfallende Welle G eine mit der durchgehenden Linie gezeigte Reflexionswelle R₁ wird, und in einer von der Platte 41 weg weisenden Richtung voranschreitet, wie in 10 gezeigt ist.
Die Reflexionswelle R₁ besitzt die gleiche Phase wie die einfallende Welle G. Insbesondere werden das Abgas und die Luftmasse, mit einer hohen oder geringen Dichte, welche in der engen Luftsäule, die durch das Endrohr gebildet ist, übertragen werden, unmittelbar rasch expandiert, wenn das Abgas und die Luftmasse eine Grenzposition zwischen dem offenen Abschnitt 41d und dem großen Raum der Atmosphäre erreichen. Das dadurch expandierte Abgas und die Luftmasse gelangen, verursacht durch deren Trägheit, in einen Zustand geringer Dichte anstatt hoher Dichte. Das Abgas und die Luftmasse mit geringer Dichte bilden dann eine neue Wellenquelle, welche zu einer Reflexionswelle R₁ wird, um in der Luftsäule in der Richtung, in welcher die einfallende Welle unmittelbar zuvor voranschreitet, zurückzukehren. Auf diese Art und Weise wird das Abgas und die Luftmasse mit hoher Dichte zu Abgas und Luftmasse mit geringer Dichte verändert, während das Abgas und die Luftmasse mit geringer Dichte zu Abgas und Luftmasse mit hoher Dichte verändert werden. Dies bedeutet, das die Phase der einfallenden Welle G zu der Phase der Reflexionswelle R₁ wird, wodurch hervorgerufen wird, dass die Reflexionswelle R₁ in der Phase gleich der einfallenden Welle G wird.
Auf diese Art und Weise ist die Reflexionswelle R₁ in der Phase gleich der einfallenden Welle G, und daher ist die Reflexionswelle R₁ auf der gleichen Linie mit der einfallenden Welle G überlagert. Zur Einfachheit der Erläuterung zu der Reflexionswelle R₁ und der einfallenden Welle G zeigt 10 die Reflexionswelle R₁, welche in Bezug auf die einfallende Welle G verschoben ist.
Andererseits wird die vorstehende Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 41e der Platte 41, welche an dem stromabwärtigen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen ist, hervorgerufen, wodurch hervorgerufen wird, dass die einfallende Welle G zu einer mit der unterbrochenen Linie gezeigten Reflexionswelle R₂ wird, und in einer von der Platte 41 wegweisenden Richtung voranschreitet.
Die Reflexionswelle R₂ ist in Bezug auf die einfallende Welle G in der Phase entgegengesetzt und unterscheidet sich daher in Bezug auf die Reflexionswelle R₁ in der Phase um 180°. Insbesondere kollidiert das Abgas und die Luftmasse, mit hoher oder geringer Dichte, welche in der engen Luftsäule des Endrohres 28 übertragen werden, mit der Wandoberfläche des geschlossenen Abschnitts 41e, um abzuprallen, während das dichte Abgas und die dichte Luftmasse dicht bleiben und das weniger dichte Abgas und die weniger dichte Luftmasse weniger dicht bleiben, wodurch hervorgerufen wird, dass die einfallende Welle G in der Phase entgegengesetzt wird. Folglich wird die einfallende Welle G in der Phase entgegengesetzt zu der Reflexionswelle R₂, so dass die Reflexionswelle R2 in der Phase entgegengesetzt zu der einfallenden Welle G wird.
Auf diese Art und Weise sind die einfallende Welle G und die Reflexionswelle R₂ in der Phase entgegengesetzt zueinander. Normalerweise ist die Reflexionswelle R₂ über die horizontale Linie, welche die Phase Null zeigt, zu der einfallenden Welle G symmetrisch. Zur Einfachheit der Erläuterung zu den Reflexionswellen R₁ und R₂, zeigt 10 die Reflexionswelle R₂, welche in Bezug auf die Reflexionswelle R₁ verschoben ist, um die Reflexionswelle R₂ über die horizontale Linie, welche die Phase Null zeigt, in einem symmetrischen Verhältnis zu der Reflexionswelle R₁ darzustellen.
Die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ sind in der Phase zueinander entgegengesetzt, jedoch in der Teilchengeschwindigkeit zueinander gleich. Dies bedeutet, dass die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ dazu dienen, miteinander zu interferieren und sich daher gegenseitig auszulöschen, wodurch keine Luftsäulenresonanz in der Luftsäule des Endrohres 28 hervorgerufen wird. Folglich kann die erste Komponente f₁ des Abgasschalls, welche durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, wie mit der unterbrochenen Linie in 9 gezeigt ist, unterdrückt werden, wodurch hervorgerufen wird, dass der Schalldruckpegel des Abgasschalls drastisch reduziert wird, wie mit der durchgehenden Linie in 9 gezeigt ist.
Die Luftsäulenresonanz der zweiten Komponente f₂ wird basierend auf der ersten Komponente f₁, grundlegend in der Schwingung für diese Luftsäulenresonanz, durchgeführt. Bei der Luftsäulenresonanz der zweiten Komponente f₂ wird die Reflexionswelle, welche an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, in eine Reflexionswelle R₁, welche durch den offenen Abschnitt 41d hervorgerufen wird, um in der Phase gleich der einfallenden Welle G zu sein, und eine Reflexionswelle R₂, welche durch den geschlossenen Abschnitt 41e hervorgerufen wird, um in der Phase 180 Grad unterschiedlich zu der einfallenden Welle G zu sein, aufgeteilt, so dass die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ in einer ähnlichen Art und Weise, wie in 10 gezeigt ist, miteinander interferieren und sich gegenseitig auslöschen. Folglich wird die mit der unterbrochenen Linie gezeigte zweite Komponente f₂ des Abgasschalls, welche durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, unterdrückt, wie in 9 mit der durchgehenden Linie gezeigt ist, wodurch es möglich wird, den Schalldruckpegel des Abgasschalls drastisch zu reduzieren.
Nachfolgend wird eine Erläuterung zu der einfallenden Welle G ausgeführt, welche durch die Pulsation des Abgases zu dem Zeitpunkt des Betriebs der Maschine 21 auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, wobei die einfallende Welle G eine 1/4-Wellenlänge gleich der Rohrlänge L des Endrohres 28 aufweist.
Wie in 8 gezeigt ist, wird die Reflexion des offenen Endes durchgeführt, um die Luftsäulenresonanz zu erzeugen, die mit einer Grundfrequenz, mit einer halben Wellenlänge gleich der Rohrlänge L des Endrohres 28, schwingt. Die so erzeugte Luftsäulenresonanz weist eine Wellenlänge auf, welche durch Dividieren der Grundwellenlänge durch eine natürliche Zahl erhalten wird. Im Gegensatz dazu, wird die Reflexion des geschlossenen Endes, wie in 11 gezeigt ist, durchgeführt, um die Luftsäulenresonanz zu erzeugen, welche mit einer Grundfrequenz, mit einer 1/4-Wellenlänge gleich der Rohrlänge L des Endrohres 28, schwingt. Die so erzeugte Luftsäulenresonanz weist eine Wellenlänge auf, welche durch Dividieren der Grundfrequenz durch eine ungerade Zahl erhalten wird. Die einfallende Welle, welche durch das stromaufwärtige offene Ende 28a des Endrohres 28 auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, wird an dem geschlossenen Ende reflektiert, um eine Reflexionswelle zu bilden, die eine Phase aufweist, die um 180 Grad unterschiedliche zu der einfallenden Welle ist.
Genauer gesagt ist, wie in 11 gezeigt ist, die Wellenlänge λ₁ der ersten Komponente der Luftsäulenresonanz mit einer Grundschwingung in etwa vier mal die Rohrlänge L des Endrohres 28, während die Wellenlänge λ₂ der zweiten Komponente der Luftsäulenresonanz in etwa vier Drittel mal die Rohrlänge L des Endrohres 28 ist. Ferner ist die Wellenlänge λ₃ der dritten Komponente der Luftsäulenresonanz in etwa vier Fünftel mal die Rohrlänge L des Endrohres 28. Dadurch ist es möglich, eine stehende Welle mit dem geschlossenen Ende als einen Knoten-Abschnitt der Teilchengeschwindigkeit, und mit dem offenen Ende als einen abdominalen Abschnitt der Teilchengeschwindigkeit zu erzeugen.
Die Schalldruck-Verteilungen in der stehenden Welle der Komponenten eins bis drei der Luftsäulenresonanz weisen die abdominalen Abschnitte und die Knoten-Abschnitte der Teilchengeschwindigkeit, die zueinander entgegengesetzt sind, auf, und die stehende Welle kann erzeugt werden, so dass das geschlossene Ende und das offene Ende jeweils den abdominalen Abschnitt und den Knoten-Abschnitt des Schalldrucks produzieren.
Der Anstieg des Schalldruckpegels (dB) des Abgasschalls, welcher durch die Resonanzfrequenz hervorgerufen wird, tritt in dem Fall, bei dem die einfallende Welle G eine 1/4-Wellenlänge gleich der Länge L des Endrohres 28 aufweist, in der gleichen Art und Weise auf, wie in dem Fall, bei dem die einfallende Welle G eine 1/2-Wellenlänge gleich der Wellenlänge L des Endrohres 28 aufweist.
Der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls wird insbesondere bei der Maschinendrehzahl Ne, entsprechend jeder der Resonanzfrequenzen (Hz) der ersten Komponente f₁ und der zweiten Komponente f₂, im Ansprechen auf die Erhöhung der Maschinendrehzahl Ne (U/min), in ähnlicher Weise wie der in 9 gezeigte Graph, erhöht.
Hierbei wird, wenn die Schallgeschwindigkeit gleich ”c” (m/s) ist, die Länge des Endrohres 28 gleich L (m) ist, und der Grad gleich ”n” ist, die Luftsäulenresonanzfrequenz fd (Hz) durch die nachfolgende Gleichung (13) dargestellt. fd = c / 4L(2n – 1) (13)
Wenn die Schallgeschwindigkeit ”c” gleich 400 m/s ist, und die Länge des Endrohres 28 gleich 3,0 m ist, sind die erste Komponente f₁ und die zweite Komponente f₂ des Abgasschalls, welche durch die Luftsäulenresonanz in dem Endrohr 28 hervorgerufen werden, jeweils 33,3 Hz und 100 Hz, welche auf Basis der vorstehenden Gleichung (13) erhalten werden. Die Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls werden für die erste Komponente f₁ und die zweite Komponente f₂, welche durch die Luftsäulenresonanz entsprechend den Drehzahlen der Maschine 21 hervorgerufen werden, erhöht.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform ist durch eine Maschine 21 mit Vier Zylindern aufgebaut, so dass in der vorstehenden Gleichung (3) N gleich 4 (N = 4) ist. Der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls, welcher durch die Luftsäulenresonanz der ersten Komponente f₁ hervorgerufen wird, wird zu dem Zeitpunkt, bei dem die Maschinendrehzahl Ne gleich 1000 U/min ist, erhöht, während der Schalldruckpegel (dB) des Abgasschalls, welcher durch die Luftsäulenresonanz der zweiten Komponente f₂ hervorgerufen wird, zu dem Zeitpunkt, bei dem die Maschinendrehzahl Ne gleich 3000 U/min ist, ebenso erhöht wird.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform kommt die Frequenz der einfallenden Welle G, wenn die einfallende Welle G mit der 1/4-Wellenlänge gleich der Rohrlänge L des Endrohres 28 durch die Abgas-Pulsation zu dem Zeitpunkt des Betriebs der Maschine 21 auf das Innere des Endrohres 28 einfällt, zu einer Übereinstimmung mit der Frequenz der Luftsäulenresonanz, welche in dem Endrohr 28 hervorgerufen wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Reflexionswelle, welche durch das stromabwärtige offene Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, in die Reflexionswelle R₁ der Reflexion des offenen Endes, welche durch den offenen Abschnitt 41d hervorgerufen wird und in der Phase gleich der einfallenden Welle G ist, und die Reflexionswelle R₂ der Reflexion des geschlossenen Endes, welche durch den geschlossenen Abschnitt 41e hervorgerufen wird und in der Phase 180 Grad unterschiedlich zu der einfallenden Welle G ist, aufgeteilt.
Die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ sind in der Phase zueinander entgegengesetzt, in der Teilchengeschwindigkeit jedoch gleich, so dass die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ miteinander interferieren und sich gegenseitig auslöschen, was darin resultiert, dass die erste Komponente f₁ des Abgasschalls, welche durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, unterdrückt wird, und dadurch wird der Schalldruckpegel des Abgasschalls drastisch reduziert.
Ferner wird bei der Luftsäulenresonanz der zweiten Komponente f₂, mit der ersten Komponente f₁ als eine Grundschwingung, die Reflexionswelle, welche an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, in die Reflexionswelle R₁ der Reflexion des offenen Endes, welche durch den offenen Abschnitt 41d der Platte 41 hervorgerufen wird und in der Phase gleich der einfallenden Welle G ist, und in die Reflexionswelle R₂ der Reflexion des geschlossenen Endes, welche durch den geschlossenen Abschnitt 41e der Platte 41 hervorgerufen wird und in der Phase 180 Grad unterschiedlich zu der einfallenden Welle G ist, aufgeteilt, wie in dem in 10 gezeigten Fall gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt löschen sich die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ gegenseitig aus, wodurch es möglich wird, die zweite Komponente f₂ des Abgasschalls, welche durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, zu unterdrücken, und dadurch den Schalldruckpegel des Abgasschalls drastisch zu reduzieren.
Die Länge (mm) des Dämpfers 27 und die Größe der äußeren Gestalt (mm) des Dämpfers 27, die Anzahl an Resonanzkammern und der Expansionskammer, die Innendurchmesser (mm), die Dicken (mm) und die Längen (mm) des Einlassrohrabschnitts 26A und des Endrohres 28, die Dicken (mm) der Platte 41, der Durchmesser D₁ der Platte 41, der Durchmesser D₂ der Durchgangsbohrung 41c des offenen Abschnitts 41d, die Gesamtfläche S₁ des Seitenflächenabschnitts 41b des offenen Abschnitts 41d der Platte 41, die Öffnungsfläche S2, die Abstände L (mm), L₁ (mm), L₂ (mm) und L₃ (mm) der Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform werden basierend auf den Daten, einschließlich verschiedenartig gestaltete Dimensionen des Fahrzeugs, Simulation, Experimente und Erfahrungen geeignet ausgewählt, um bei der Abgasvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform angewendet zu werden.
Die Abgasvorrichtung 20 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ist gestaltet, wie in der vorstehenden Beschreibung angegeben ist, und besitzt daher einen Effekt, wie nachfolgend beschrieben ist.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Abgasvorrichtung 20 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform mit einem Endrohr 28 zum Abgeben des von der Maschine 21 abgegebenen Abgases in die Atmosphäre vorgesehen. Das Endrohr 28 besitzt ein stromaufwärtiges offenes Ende 28a, welches an der stromaufwärtigen Seite der Abgaberichtung des Abgases mit dem Dämpfer 27 verbunden ist, und ein stromabwärtiges offenes Ende 28b zum Abgeben des Abgases in die Atmosphäre an der stromabwärtigen Seite des Dämpfers 27. Die Abgasvorrichtung 20 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ist ferner an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 28 in der Abgaberichtung des Abgases mit einer Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38, welche im Durchmesser in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes 28b erweitert ist, und einer Platte 41, die in entgegengesetzter Relation zu der Abgaberichtung des Abgases gehalten ist, vorgesehen. Die Platte 41 ist dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einem offenen Abschnitt 41d ausgebildet ist, welcher die Platte 41 in der Abgasrichtung durchläuft. Die Öffnungsfläche S₂ (m²) des offenen Abschnitts 41d wird auf eine Größe, in etwa 1/3-mal die Gesamtfläche S₁ (m²) des Seitenflächenabschnitts 41b, welcher den offenen Abschnitt 41d enthält, eingestellt. Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 ist derart ausgebildet, dass diese einen kegelförmigen Abschnitt 38c aufweist.
Folglich ermöglicht es die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38, welche an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 28 vorgesehen ist, die Öffnungsfläche S₂ des offenen Abschnitts 41d, welcher in der Platte 41 ausgebildet ist, zu vergrößern. Zusätzlich kann der in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 ausgebildete kegelförmige Abschnitt 38c einen Vorteil herbeiführen, dass der auf das Innere des Endrohres 28 einfallende Abgasschall den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 zuverlässig erreichen kann, ohne in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 reflektiert zu werden.
Da der offene Abschnitt 41d in der Platte 41 ausgebildet ist, kann die Platte 41 an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b der Platte 41 mit einem geschlossenen Abschnitt 41e ausgebildet sein, der zu dem offenen Abschnitt 41d unterschiedlich ist.
Die Platte 41, welche an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b der Platte 41 mit dem geschlossenen Abschnitt 41e ausgebildet ist, ermöglicht es, die Reflexionswelle, welche von dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, wie nachfolgend beschrieben ist, aufzuteilen, wenn die einfallende Welle, welche zu dem Zeitpunkt des Betriebs der Maschine 21 durch die Abgas-Pulsation hervorgerufen wird, auf das Innere des Endrohres 28 trifft und das stromabwärtige offene Ende 28b erreicht.
Insbesondere kann die Reflexionswelle, welche von dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, in die sogenannte Reflexionswelle der Reflexion des offenen Endes, welche durch den offenen Abschnitt 41d hervorgerufen wird und in der Phase gleich der einfallenden Welle ist, und in die sogenannte Reflexionswelle der Reflexion des geschlossenen Endes, welche durch den geschlossenen Abschnitt 41e hervorgerufen wird und in der Phase 180 Grad unterschiedlich zu der einfallenden Welle ist, aufgeteilt werden.
Aus diesem Grund ermöglichen es die Reflexionswelle der Reflexion des offenen Endes und die Reflexionswelle der Reflexion des geschlossenen Endes, welche sich gegenseitig auslöschen und interferieren, zu unterdrücken, dass der Schalldruckpegel, welcher durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres hervorgerufen wird, erhöht wird, wodurch der relativ hohe schalldämpfende Effekt herbeigeführt wird.
Insbesondere wenn die Frequenz der einfallenden Welle mit der inhärenten Luftsäulenresonanzfrequenz des Endrohres 28 übereinstimmt, bewirkt dies besonders einen Interferenzeffekt zwischen der Reflexionswelle der Reflexion des offenen Endes und der Reflexionswelle der Reflexion des geschlossenen Endes, wodurch der Vorteil herbeigeführt wird, dass die Luftsäulenresonanz daran gehindert werden kann, in dem Endrohr 28 erzeugt zu werden.
Wie vorstehend erwähnt ist, ermöglicht es die Platte 41 mit dem offenen Abschnitt 41d an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28, den Schalldruck, welcher durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres 28 herbeigeführt wird, zu unterdrücken. Insbesondere wird ein weiterer Vorteil herbeigeführt, dass der gedämpfte Schall in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs bei etwa der niedrigen Drehzahl der Maschine 21 vermieden werden kann.
Ferner benötigt die Abgasvorrichtung 20 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform weder eine groß dimensionierte schalldämpfende Vorrichtung, wie den in der herkömmlichen Vorrichtung vorgesehenen Hauptdämpfer, noch einen in dem Endrohr 28 vorgesehenen Nebendämpfer, so dass ein weiterer Vorteil besteht, dass es die einfache Konstruktion von lediglich der Platte 41, welche in dem Endrohr 28 vorgesehen ist, ermöglicht, zu verhindern, dass das Gewicht der Abgasvorrichtung erhöht wird, und zu verhindern, dass die Herstellkosten der Abgasvorrichtung erhöht werden, wodurch der Einbauraum der Abgasvorrichtung reduziert wird.
Die Öffnungsfläche S₂ (m²) des offenen Abschnitts 41d ist auf eine Größe, in etwa 1/3 der Gesamtfläche S₁ (m²) des Seitenflächenabschnitts 41b, welcher den offenen Abschnitt 41d enthält, eingestellt, d. h., das Öffnungsverhältnis der Platte 41 an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 ist auf etwa 33% eingestellt. In diesem Fall kann, wenn die einfallende Welle, welche durch die Abgas-Pulsation zum Zeitpunkt des Betriebs der Maschine 21 hervorgerufen wird, auf das Innere des Endrohres 28 trifft und das stromabwärtige offene Ende 28b erreicht, die Reflexionswelle, welche von dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, wirkungsvoll aufgeteilt werden, wie nachfolgend beschrieben ist.
Insbesondere kann die Reflexionswelle, welche an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 reflektiert wird, in die Reflexionswelle, welche in der Phase gleich der einfallenden Welle ist und durch die Reflexion des offenen Endes, welche an dem offenen Abschnitt 41d, welcher in etwa 33% der Gesamtfläche der Seitenfläche der Platte 41 einnimmt, reflektiert wird, hervorgerufen wird, und in die Reflexionswelle, welche in der Phase 180 Grad unterschiedlich zu der einfallenden Welle ist, und durch die Reflexion des geschlossenen Endes, welche von dem geschlossenen Abschnitt 41e, der in etwa 67% der vorher erwähnten Gesamtfläche einnimmt, reflektiert wird, hervorgerufen wird, aufgeteilt werden.
Aus diesem Grund ermöglichen es die Reflexionswelle der Reflexion des offenen Endes und die Reflexionswelle der Reflexion des geschlossenen Endes, welche sich gegenseitig auslöschen und interferieren, zuverlässig zu unterdrücken, dass der Schalldruckpegel, welcher durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres hervorgerufen wird, erhöht wird, wodurch der relativ hohe schalldämpfende Effekt herbeigeführt wird.
Wenn die Frequenz der einfallenden Welle mit der inhärenten Luftsäulenresonanzfrequenz des Endrohres 28 übereinstimmt, wird besonders ein Interferenzeffekt zwischen der Reflexionswelle der Reflexion des offenen Endes und der Reflexionswelle der Reflexion des geschlossenen Endes hervorgerufen, wodurch der Vorteil herbeigeführt wird, dass die Luftsäulenresonanz noch weiter daran gehindert werden kann, in dem Endrohr 28 erzeugt zu werden.
In der Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform bildet die Rohrlänge L des Endrohres 28 eine halbe Wellenlänge, welche als eine Grundwellenlänge dient. Selbst in dem Fall, bei dem die Luftsäulenresonanz mit der Wellenlänge, mit einer Länge, welche durch Dividieren der Grundwellenlänge durch eine natürliche Zahl erhalten wird, erzeugt wird, ist es möglich zu unterdrücken, dass der Schalldruck durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres 28 erhöht wird, wodurch ermöglicht wird, einen derart vorteilhaften Effekt zu erreichen, dass der gedämpfte Schall daran gehindert werden kann, in dem Fahrgastraum erzeugt zu werden, während die Maschine 21 bei einer niedrigen Maschinendrehzahl (2000 U/min) betrieben wird.
Ferner bildet die Rohrlänge L des Endrohres 28 eine 1/4-Wellenlänge, welche als eine Grund-Wellenlänge dient. Selbst in dem Fall, dass die Luftsäulenresonanz mit der Wellenlänge, mit einer Länge, welche durch Dividieren der Grund-Wellenlänge durch eine ungerade Zahl erhalten wird, erzeugt wird, ist es möglich zu unterdrücken, dass der Schalldruck durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres 28 erhöht wird, was ermöglicht, einen derart vorteilhaften Effekt zu erreichen, dass der gedämpfte Schall daran gehindert werden kann, in dem Fahrgastraum erzeugt zu werden, während die Maschine 21 bei einer niedrigen Maschinendrehzahl (1000 U/min) betrieben wird.
Bei der Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform wird insbesondere das Öffnungsverhältnis der Platte 41 an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 auf etwa 33% eingestellt, so dass gelegentlich zwei verschiedene Reflexions-Modi erzeugt werden, einschließlich einem Reflexions-Modus des völlig offenen Endes mit einer stehenden Welle der Luftsäulenresonanz mit einer Wellenlänge, mit einer Länge, welche durch Dividieren der Grund-Wellenlänge durch eine natürliche Zahl erhalten wird, wenn die Rohrlänge L des Endrohres 28 eine halbe Wellenlänge bildet, welche als eine Grund-Wellenlänge dient, und einem Reflexions-Modus des völlig geschlossenen Endes mit einer stehenden Welle der Luftsäulenresonanz mit einer Wellenlänge, mit einer Länge, welche durch Dividieren der Grund-Wellenlänge durch eine ungerade Zahl erhalten wird, wenn die Rohrlänge L des Endrohres 28 eine 1/4-Wellenlänge bildet, welche als eine Grund-Wellenlänge dient.
Jedoch selbst in dem Fall, dass irgendeiner der Reflexions-Modi erzeugt wird, können sich die Reflexionswelle R₁ und die Reflexionswelle R₂ gegenseitig auslöschen und interferieren, wie in 10 gezeigt ist, wodurch solch ein Vorteil erzielt wird, dass der Schallpegel des Abgasschalls, welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, drastisch gesenkt werden kann, und dadurch der relativ hohe schalldämpfende Effekt herbeigeführt wird. Die Luftresonanz des Endrohres 28, insbesondere in dem niedrigen Rotationsbereich der Maschine 21, kann ungeachtet der Reflexions-Modi zuverlässig daran gehindert werden, erzeugt zu werden.
Die vorstehende Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform wurde bei einem Fall erläutert, bei dem die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 und die Platte 41 lediglich an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen sind. Jedoch kann die Abgasvorrichtung 20 für die Verbrennungskraftmaschine irgendeine andere Konstruktion als die vorstehende Konstruktion mit der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 und der Platte 41, welche lediglich an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen sind, annehmen.
Beispielsweise kann die Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform derart aufgebaut sein, dass diese, wie in 12 und 13 gezeigt ist, die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 und die Platte 41, welche sowohl an dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a als auch an dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen sind, aufweist. Die Abgasvorrichtung 20 kann derart aufgebaut sein, dass diese die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 und die Platte 41 aufweist, welche lediglich an dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a des Endrohres 28 vorgesehen sind. Die vorstehenden Konstruktionen, bei denen die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 und die Platten 41 an sowohl dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a als auch dem stromabwärtigen offenen Ende 28b des Endrohres 28 vorgesehen sind, und bei denen die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 38 und die Platte 41 lediglich an dem stromaufwärtigen offenen Ende 28a des Endrohres 28 vorgesehen sind, können die gleichen Effekte und Vorteile, wie vorstehend erwähnt, erzielen.
(Zweite beispielhafte Ausführungsform)
Wie in den 14 bis 20 gezeigt ist, ist die Abgasvorrichtung 60 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, die nicht Gegenstand der in den Ansprüchen definierten Erfindung ist, ähnlich zu der Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform aufgebaut. Ferner ist die Abgasvorrichtung 60 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform hinsichtlich des Aspekts des Endrohres 28 des Dämpfers 27 in der Konstruktion unterschiedlich zu der Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, jedoch sind andere Komponenten der Abgasvorrichtung 60 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform in ihrer Konstruktion gleich diesen der Abgasvorrichtung 20 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Daher wird nachfolgend eine Beschreibung mit den gleichen Komponenten ausgeführt, welche die gleichen Bezugszeichen wie diese der in den 1 bis 13 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform tragen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung wird insbesondere lediglich auf die unterschiedlichen Punkte gerichtet.
Zunächst wird nachfolgend die Konstruktion der zweiten beispielhaften Ausführungsform erläutert.
Die Abgasvorrichtung 60 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform wird, wie in 14 gezeigt ist, in ähnlicher Weise wie die erste beispielhafte Ausführungsform auf die Maschine 21 angewendet, und weist ein Endrohr 68 auf, welches einen Teil der Abgasvorrichtung 60 bildet, wobei sich das Endrohr 68 in der Konstruktion von diesem der ersten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet.
Wie in 15 und 16 gezeigt ist, ist das Endrohr 68 durch ein zylindrisches Rohr gebildet, und besitzt einen Auslass-Rohrabschnitt 68A mit einem stromaufwärtigen offenen Ende 68a an dem stromaufwärtigen Endabschnitt davon. Das Endrohr 68 besitzt einen stromabwärtigen Endabschnitt mit einem stromabwärtigen offenen Ende 68b, welches, wie in 16 gezeigt ist, durch einen Abstand L von dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a beabstandet ist. Der Auslass-Rohrabschnitt 68A erstreckt sich durch die Durchgangsbohrungen 34b, 33a, um mit dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a, welches in der Expansionskammer 35 offen ist, mit dem Dämpfer 27 verbunden zu sein.
Wie in den 17, 18 und 19 gezeigt ist, ist das stromabwärtige offene Ende 68b des Endrohres 68 mit einer Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78, welche im Durchmesser radial nach außen in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes 68b erweitert ist, und mit einer Platte 41, welche in entgegengesetzter Relation zu der Abgasrichtung des Abgases gehalten wird, vorgesehen.
Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 ist in den 19 und 20 gezeigt, um einen Fuß-Endabschnitt 78a mit einem Innendurchmesser D₁, der gleich dem Innendurchmesser des Endrohres 68 ist, einen vorderen Endabschnitt 78b mit einem Innendurchmesser D₄, der größer dem Innendurchmesser D₁ des Fuß-Endabschnitts 78a ist, einen Exponentialgestalt-Abschnitt 78c, der zwischen dem Fuß-Endabschnitt 78a und dem vorderen Endabschnitt 78b ausgebildet ist, so dass dieser einen Querschnitt besitzt, der im Durchmesser in Richtung des vorderen Endabschnitts 78b von dem Fuß-Endabschnitt 78a entlang einer Exponentialkurve erweitert ist, aufzuweisen.
Der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c ist entlang einer Exponentialkurve ausgebildet, um eine Kurve Ec aufzuweisen, welche einen Punkt Ea auf der inneren Umfangsfläche des Fuß-Endabschnitts 78a mit einem Punkt Eb auf der inneren Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts 78b verbindet. Hierbei ist die Querschnittsfläche, welche den Punkt Ea durchläuft, durch So dargestellt, die Standardlinie, welche den Punkt Ea durchläuft und senkrecht zu dem Endrohr 68 ist, ist durch Lo dargestellt, und die Position der Standardlinie Lo ist durch x = 0 dargestellt.
Die Querschnittsfläche des Exponentialgestalt-Abschnitts 78c, welche den Punkt Eb durchläuft, ist durch S_L dargestellt, die Standardlinie, welche den Punkt Eb durchläuft und senkrecht zu dem Endrohr 68 ist, ist durch L_L dargestellt, und die Position der Standardlinie L_L ist durch x = L dargestellt. Der gegebene Abstand von der Position x = 0 zwischen der Position x = 0 und der Position x = L ist durch x dargestellt, ein konstanter Wert ist durch ”ε” dargestellt, und ein inkrementelles Verhältnis der Querschnittsfläche Sx des Exponentialgestalt-Abschnitts 78c ist durch ”m” dargestellt. In diesem Fall ist die nachfolgend Gleichung (14) basierend auf ”m”, einer natürlichen Zahl, angegeben. Die Querschnittsfläche Sx an der Position ”x” ist durch eine nachfolgende Exponentialfunktion (15), basierend auf der Exponentialkurve, dargestellt. Hierbei stellt ”Ln” einen natürlichen Logarithmus, basierend auf einer konstanten Zahl ”e” (2,71828182845904), dar.
In diesem Fall stehen die Mitten der expandierten Querschnitte in koaxialem Verhältnis zu der Mittelachse Lp des Endrohres 68. Insbesondere besitzen, wie in 20 gezeigt ist, der Querschnitt der Querschnittsfläche So, der Querschnitt der Querschnittsfläche Sx, der Querschnitt der Querschnittsfläche S_L entsprechende Mitten, welche in koaxialem Verhältnis zu der Mittelachse Lp des Endrohres 68 stehen.
Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 ist mit einem Exponentialgestalt-Abschnitt 78c vorgesehen, um sicherzustellen, dass eine Reflexion zuverlässig unterdrückt wird, um in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 nicht erzeugt zu werden, wenn eine einfallende Welle, welche durch den Abgasschall, der auf das Innere des Endrohres 68 trifft, gebildet wird, die Platte 41 erreicht.
Es ist allgemein bekannt, dass die Schallwelle, welche ein Rohr mit einer konstanten Querschnittsfläche durchläuft, in einer ebenen Welle voranschreitet, während, falls die Querschnittsfläche des Rohres verändert wird, eine Reflexion der Schallwelle im Ansprechen auf die veränderte Querschnittsfläche des Rohres hervorgerufen wird.
Jedoch selbst in dem Fall, dass die Querschnittsfläche des Rohres verändert wird, führt die veränderte Querschnittsfläche, welche durch die Exponentialgestalt, die durch die nachfolgende Gleichung (15), basierend auf der Exponentialkurve, dargestellt ist, ausgebildet ist, zu dem Querschnitt Sx, welcher basierend auf der Exponentialkurve bei der Position ”x” in dem Bereich 0 < x < L verändert wird.
In diesem Fall erlaubt es der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c, dass eine annähernd perfekte Ausbreitung der ebenen Welle in dem Exponentialgestalt-Abschnitt 78c realisiert wird, so dass die einfallende Welle, welche durch die Exponentialgestalt 78c läuft, durch keine Mittel reflektiert wird. Dies bedeutet, dass die einfallende Welle in das Endrohr 68 nicht reflektiert wird, und daher den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 im Zustand einer ebenen Welle erreicht, wenn die einfallende Welle durch den Exponentialgestalt-Abschnitt 78c läuft.
Hierbei werden die Querschnittsfläche S_o, die Querschnittsfläche S_L und der Abstand L basierend auf den Daten, einschließlich verschiedenartig gestaltete Dimensionen des Fahrzeugs, Simulation, Experimente und Erfahrungen geeignet ausgewählt, um bei der Abgasvorrichtung 60 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform angewendet zu werden.
Der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c kann nicht nur durch die vorstehend erwähnte Exponentialfunktion ausgebildet sein, sondern ebenso durch einen Hyperbelgestalt-Abschnitt mit einer sogenannten hyperbolischen Gestalt, welche durch die nachfolgend Gleichung (16) dargestellt ist. S_x = S_o(cosh·mx + T sinh·mx) (16)
Hierbei stellt ”cosh” einen hyperbolischen Cosinus dar, ”sinh” stellt einen hyperbolischen Sinus dar, ”m” stellt eine Funktion dar, welche durch die zuvor genannte Gleichung (14) dargestellt ist, ”Sx” stellt einen Querschnittsbereich des Exponentialgestalt-Abschnitts an der ”x”-Position, basierend auf der hyperbolischen Gestalt dar, und ”T” stellt ”0” bis ”∞” dar.
In diesem Fall führt der Hyperbelgestalt-Abschnitt, welcher in einer Gestalt ausgeführt ist, die durch die Gleichung (16) dargestellt ist, zu der Querschnittsfläche ”Sx”, welche basierend auf der Funktion der Position ”x” in dem Bereich von 0 < x < L verändert wird. In diesem Fall erlaubt es der Hyperbelgestalt-Abschnitt, dass eine annähernd perfekte Ausbreitung der ebenen Welle darin realisiert wird, so dass die einfallende Welle, welche den Hyperbelgestalt-Abschnitt durchläuft, durch keine Mittel reflektiert wird. Dies bedeutet, dass die einfallende Welle, welche auf das Innere des Endrohres 68 trifft, nicht reflektiert wird und den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 in einer ebenen Welle erreicht, wenn die einfallende Welle durch den Hyperbelgestalt-Abschnitt läuft.
Nachfolgend wird der Betrieb der Abgasvorrichtung 60 und der Grund für das Erzeugen der Luftsäulenresonanz erläutert.
Wenn die Maschine 21 stromaufwärts der Abgasvorrichtung 60 gestartet wird, wird das Abgas, welches von jedem der Zylinder der Maschine 21 abgegeben wird, durch den offenen Abschnitt 41d der Platte 41, welche an dem vorderen Endabschnitt 78b der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 in der gleichen Art und Weise wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform vorgesehen ist, in die Atmosphäre abgeführt.
Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 ist derart ausgebildet, dass diese einen Innendurchmesser D₄ aufweist, der größer dem Innendurchmesser D₁ des Endrohres 68 ist, während der offene Abschnitt 41d der Platte 41 derart ausgebildet ist, dass dieser einen Innendurchmesser D₃ aufweist, der gleich dem Innendurchmesser D₁ des Endrohres 68 ist. Dies führt zu der Tatsache, dass es die an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b vorgesehene Platte 41, ähnlich zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, ermöglichen kann, dass das Abgas den offenen Abschnitt 41d reibungslos durchlauft, während das Abgas den offenen Abschnitt 41d durchläuft, wodurch es möglich wird zu unterdrücken, dass der Gegendruck des Abgases erhöht wird.
Bei dem ähnlichen Betrieb zu der ersten beispielhaften Ausführungsform bewirkt die Abgas-Pulsation, welche durch jeden der Zylinder der Maschine 21 angeregt wird, welche während des Betriebs der Maschine 21 explodieren, dass der Abgasschall Frequenzen (Hz) aufweist, welche im Ansprechen auf die Drehzahl (U/min) der Maschine 21, die von jedem der Zylinder der Maschine 21 erzeugt werden soll, variieren. Der Abgasschall trifft auf das Innere des Einlassrohrabschnitts 26A. Der Abgasschall, welcher auf das Innere des Einlassrohrabschnitts 26A trifft, trifft durch die kleinen Durchgangsbohrungen 26a des Einlassrohrabschnitts 26A auf die Expansionskammer 35. Der Abgasschall, welcher auf das Innere des Einlassrohrabschnitts 26A trifft, trifft dann durch das stromabwärtige offene Ende 26b auf die Resonanzkammer 36. Bei dem auf die Resonanzkammer 36 treffenden Abgasschall kann der Schalldruckpegel des Abgasschalls mit einer spezifischen Frequenz, welche durch die Helmholz-Resonanz eingestellt wird, gesenkt werden.
Der auf die Expansionskammer 35 einfallende Abgasschall trifft auf das Innere des Endrohres 68, um eine einfallende Welle zu werden, welche wiederum durch die Platte 41 an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b des Endrohres 68 reflektiert wird, um eine Reflexionswelle zu werden. Hierbei bewirkt die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78, welche ausgebildet ist, um im Durchmesser in Richtung des stromabwärtigen Endes 68b erweitert zu sein, dass die Gesamtfläche S₁ des Seitenflächenabschnitts 41b, welcher den offenen Abschnitt 41d der Platte 41 enthält, größer wird als die Querschnittsfläche des Endrohres 68. Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 mit dem Exponentialgestalt-Abschnitt 78c kann ermöglichen, dass sich der Abgasschall annähernd in einer völlig ebenen Welle in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 ausbreitet, was ermöglicht, den Abgasschall daran zu hindern, den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 nicht zu erreichen.
Es ist daher anzumerken, dass der auf das Innere des Endrohres 68 einfallende Abgasschall den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 zuverlässig erreichen kann, ohne den Verlust zu erleiden, welcher durch die Reflexion des Abgasschalls während des Durchlaufens der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 hervorgerufen wird.
Die Reflexionswelle, welche durch die Reflexion des offenen Endes erzeugt wird, und die Reflexionswelle, welche durch die Reflexion des geschlossenen Endes erzeugt wird, bewirken eine Interferenz zwischen diesen, um sich gegenseitig auszulöschen. Die Reflexionswelle, welche durch die Reflexion des offenen Endes erzeugt wird, und die Reflexionswelle, welche durch die Reflexion des geschlossenen Endes erzeugt wird, reflektieren sich ferner gegenseitig an dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a des Endrohres 68, um in ähnlicher Weise wie die vorstehend erwähnte einfallende Welle, in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes 68b voranzuschreiten, und in ähnlicher Weise wie die einfallende Welle, welche zuvor an der Platte 41 reflektiert wird, zu reflektieren. Es ist daher anzumerken, dass die so hervorgerufenen Reflexionen wiederholt werden.
Der nachfolgende Effekt kann erzielt werden, da die Abgasvorrichtung 60 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform derart gestaltet ist, wie in der vorstehenden Beschreibung angegeben ist.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Abgasvorrichtung 60 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit einem Endrohr 68 zum Abgeben des von der Maschine 21 abgegebenen Abgases in die Atmosphäre vorgesehen. Das Endrohr 68 weist ein stromaufwärtiges offenes Ende 68a, welches an der stromaufwärtigen Seite der Auslassrichtung des Abgases mit dem Dämpfer 67 verbunden ist, und ein stromabwärtiges offenes Ende 68b an der stormabwärtigen Seite des Dämpfers 27 zum Abgeben des Abgases in die Atmosphäre auf.
Die Abgasvorrichtung 60 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist ferner an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b mit einer Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78, welche im Durchmesser in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes 68b radial nach außen erweitert ist, und einer Platte 41, welche in entgegengesetzter Relation zu der Abgasrichtung des Abgases vorgesehen ist, vorgesehen. Die Platte 41 ist dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Seitenflächenabschnitt 41b aufweist, welcher in entgegengesetzter Relation zu der Abgasrichtung des Abgases gehalten ist, und mit einem offenen Abschnitt 41d ausgebildet ist. Die Öffnungsfläche S₂ des offenen Abschnitts 41d ist etwa in einer Größe, 1/3 der Gesamtfläche S₁ des Seitenflächenabschnitts 41b, einschließlich des offenen Abschnitts 41d, eingestellt. Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 ist mit einem Exponentialgestalt-Abschnitt 78c ausgebildet.
Folglich kann die Öffnungsfläche S₂ des offenen Abschnitts 41d, welcher in der Platte 41 ausgebildet ist, vergrößert werden, da die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b des Endrohres 68 vorgesehen ist. Zusätzlich kann der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c, welcher bei der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 ausgebildet ist, einen Vorteil herbeiführen, dass der auf das Innere des Endrohres 68 treffende Abgasschall den Reflexions-Oberflächenabschnitt 41f der Platte 41 in einer annähernd völlig ebenen Welle zuverlässig erreichen kann, ohne in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 reflektiert zu werden. Da in der Platte 41 der offene Abschnitt 41d ausgebildet ist, kann die Platte 41 an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b der Platte 41 mit einem geschlossenen Abschnitt 41e ausgebildet sein, welcher unterschiedlich zu dem offenen Abschnitt 41d ist. Dadurch löschen sich die Reflexionswelle, welche durch die Reflexion des offenen Endes erzeugt wird, und die Reflexionswelle, welche durch die Reflexion des geschlossenen Endes erzeugt wird, gegenseitig aus, was ermöglicht, die Luftsäulenresonanz, welche durch die Reflexionswelle des Abgasschalls hervorgerufen wird, zu unterdrücken.
Die vorstehend erwähnte Beschreibung bezieht sich auf den Fall, bei dem die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 und die Platte 41 lediglich an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b des Endrohres 68 vorgesehen sind. Jedoch kann die Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine eine andere Konstruktion, wie die Konstruktion, welche mit der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 und der Platte 41 vorgesehen ist, aufweisen.
Die Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass diese die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 und die Platte 41 aufweist, welche jeweils sowohl an dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a als auch dem stromabwärtigen offenen Ende 68b vorgesehen sind. Ferner kann die Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine so gestaltet sein, dass diese die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 und die Platte 41 aufweist, welche lediglich an dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a des Endrohres 68 vorgesehen sind. Die Konstruktionen in jenen Fällen, dass die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 und die Platte 41 jeweils sowohl an dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a als auch an dem stromabwärtigen offenen Ende 68b vorgesehen sind, und dass die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 und die Platte 41 lediglich an dem stromaufwärtigen offenen Ende 68a vorgesehen sind, können den gleichen vorteilhaften Effekt, wie dieser der vorstehend erwähnten Konstruktion, erzielen.
(Ausführungsform der Erfindung)
21 bis 23 zeigen ein Endrohr 110 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Endrohr 110 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, wie in 21 gezeigt ist, neuartig mit einer Durchgangsbohrung 78d vorgesehen, welche an dem Endrohr 68 der Abgasvorrichtung 60 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform angebracht ist. Die Durchgangsbohrung 78d ist zum Korrigieren der Reflexionsposition der einfallenden Welle bei der Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 vorgesehen. Die nachfolgende Beschreibung wird auf die Korrektur der Reflexionsposition an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 gerichtet.
(Korrektur am offenen Ende)
Es ist allgemein bekannt, dass die Länge der Luftsäule bei der Luftsäulenresonanz, welche in dem Rohr erzeugt wird, länger als die Länge der Luftsäule eines realen Rohres ist, welche durch die beiden Enden des Rohres ausgebildet ist. Dies rührt daher, da die Reflexionsposition der Schallwelle eine Position einnimmt, welche im Falle der Reflexion des offenen Endes durch einen vorbestimmten Abstand von dem Rohr beabstandet ist.
Beispielsweise wird, wie in 23 schematisch gezeigt ist, die reale Länge der Luftsäule bei der Luftsäulenresonanz, welche in dem Endrohr P erzeugt wird, zu der Länge LH der Luftsäule, die etwas länger als die Rohrlänge L von dem stromaufwärtigen Ende ”a” des Endrohres P zu dem stromabwärtigen Ende ”b” des Endrohres P ist. Um solch eine reale Länge der Luftsäule besser zu beurteilen, ist es allgemein erforderlich, die Korrektur der Länge, welche als Längenkorrektur bezeichnet wird, durchzuführen.
Genauer gesagt heißt das, der Abstand zu der realen Reflexionsposition des Abgasschalls, welche von dem stromaufwärtigen offenen Ende ”a” nach außen beabstandet ist, und der Abstand zu der realen Reflexionsposition des Abgasschalls, welche von dem stromabwärtigen offenen Ende ”b” nach außen beabstandet ist, werden jeweils durch ΔL dargestellt, während der Innendurchmesser des Endrohres P durch ”D” dargestellt ist. Der Abstand ΔL ist durch die nachfolgende Gleichung (17) angegeben. ΔL = 0,6 D / 2 (17)
Dadurch wird die Länge Lh der Luftsäule unter Betrachtung der Korrektur am offenen Ende durch Lh = L + 2ΔL erhalten.
Der nachfolgende Grund wird für das Erfordern der Korrektur am offenen Ende, wie vorstehend erwähnt, angegeben.
Die voranschreitende Welle, welche sich in dem Endrohr P ausbreitet, reflektiert tatsächlich an einer Position, welche durch den Abstand ΔL stromabwärts des stromabwärtigen offenen Endes ”b” beabstandet ist, während die Reflexionswelle tatsächlich an einer Position reflektiert, welche durch den Abstand ΔL stromaufwärts des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” beabstandet ist. Außerhalb des stromabwärtigen offenen Endes ”b” und des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” des Endrohres P, bei welchem beide Enden offen sind, liegt ein Abgas vor, das gleich diesem in dem Endrohr P ist, und welches eine Temperatur aufweist (Grad Celsius), die gleich dieser in dem Endrohr P ist. Die Energie (J) des Schalls wird genau genommen nach außerhalb der Umgebungen des stromabwärtigen offenen Endes ”b” und des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” des Endrohres P, durch welches das Abgas abgegeben wird, übertragen.
Aus diesem Grund werden die Schalldrücke (Pa) an dem stromabwärtigen offenen Ende ”b” und dem stromaufwärtigen offenen Ende ”a” nicht zu Null, während die Schalldrücke (Pa) an Positionen, welche durch die Abstände ΔL nach außerhalb des stromabwärtigen offenen Endes ”b” und des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” beabstandet sind, zu Null werden. Dies bedeutet, dass die Positionen, welche durch die Abstände ΔL nach außerhalb des stromabwärtigen offenen Endes ”b” und des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” beabstandet sind, jeweils als effektive Rohrenden dienen. Folglich wird die einfallende Welle an den effektiven Rohrenden reflektiert, welche durch die Abstände ΔL nach außerhalb des stromabwärtigen offenen Endes ”b” und des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” beabstandet sind. Ferner wird die Reflexionswelle, welche an dem stromabwärtigen offenen Ende ”b” reflektiert wird, an dem effektiven Rohrende reflektiert, welches durch den Abstand ΔL nach außerhalb des stromaufwärtigen offenen Endes ”a” beabstandet ist.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist es vorzuziehen, lediglich mit dem Abstand ΔL von dem stromabwärtigen offenen Ende ”b” zu korrigieren, um das korrigierte stromabwärtige offene Ende ”b” zu dem effektiven Rohrende zu machen, um einen relativ hohen schalldämpfenden Effekt zu erzielen.
Das Endrohr 110 gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist mit der Durchgangsbohrung 78d ausgebildet, welche dazu dient, das effektive Rohrende zu korrigieren, so dass das effektive offene Ende nahe dem stromabwärtigen offenen Ende 110b des Endrohres 110 ist, wodurch der hohe schalldämpfende Effekt erzielt wird.
Insbesondere ist, wie in 21 und 22 gezeigt ist, der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c des Endrohres 110 an einer Position, welche von dem Seitenflächenabschnitt 41b der Platte 41 durch den Abstand L₅ axial nach innen des Endrohres 110 beabstandet ist, mit einer Durchgangsbohrung 78d, welche einen Durchmesser D₅ aufweist, und ermöglicht, dass der innere Umfangsabschnitt 110a und der äußere Umfangsabschnitt 110b des Endrohres 110 miteinander in Kommunikation stehen, ausgebildet. Mit anderen Worten, die Durchgangsbohrung 78d ist an der stromaufwärtigen Seite der Platte 41 positioniert, d. h., an der stromaufwärtigen Seite des stromabwärtigen offenen Endes 110b in der Abgasrichtung des Abgases in dem Endrohr 110.
Die Durchgangsbohrung 78d kann durch eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen ersetzt werden. Beispielsweise kann der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c des Endrohres 110, wie in 24 gezeigt ist, mit drei Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, welche durch den Abstand L₅ axial nach innen von dem Seitenflächenabschnitt 41b der Platte 41 beabstandet sind, d. h., an der stromaufwärtigen Seite des stromabwärtigen offenen Endes 110d in der Abgasrichtung des Abgases in dem Endrohr 110.
Die vorstehende Konstruktion einer oder mehrerer Durchgangsbohrungen 78d führt dazu, dass ein Teil des offenen Abschnitts 41d der Platte 41 derart gebildet ist, dass das effektive Rohrende der Luftsäulenresonanz, welche von dem stromabwärtigen offenen Ende 110b durch den Abstand ΔL beabstandet ist, näher zu dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 gelangt. Der Abstand ΔL ist daher nahezu auf Null begrenzbar, wodurch es möglich wird, dass die effektive Reflexion an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 ausgeführt wird.
Hierbei werden der Durchmesser D₅ und der Abstand L₅ basierend auf den Daten, einschließlich verschiedenartig gestalteter Dimensionen des Fahrzeugs, Simulation, Experimente und Erfahrungen, geeignet ausgewählt, um bei dem Endrohr 110 gemäß der beispielhaften Ausführungsform angewendet zu werden. Ferner ist der Abstand L₅ vorzugsweise nahezu gleich dem Abstand ΔL, welcher bei der vorstehend erwähnten Korrektur am offenen Ende durch die Gleichung (17) dargestellt ist. Der Abstand L₅ ist derart eingestellt, um zu ermöglichen, dass die Durchgangsbohrung 78d einen Teil des offenen Abschnitts 41d der Platte bildet, und um einen derartigen Effekt zu erzielen, dass die effektive Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 ausgeführt wird.
Dadurch ist das Endrohr 110 gemäß der beispielhaften Ausführungsform, lediglich mit der Einrichtung der Durchgangsbohrung 78d, einfach in der Konstruktion, was ermöglicht, eine annähernd völlig entgegengesetzte Phase zu der Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 41d der Platte 41 und der Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 41e der Platte 41 vorzusehen.
Aus diesem Grund löschen sich die Reflexionswelle der Reflexion des offenen Endes und die Reflexionswelle der Reflexion des geschlossenen Endes gegenseitig aus und interferieren, was ermöglicht zuverlässig zu verhindern, dass der Schalldruckpegel, welcher durch die Luftsäulenresonanz des Endrohres hervorgerufen wird, erhöht wird.
(Dritte beispielhafte Ausführungsform)
25 und 26 zeigen ein Endrohr 120 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform, die nicht Gegenstand der in den Ansprüchen definierten Erfindung ist. Wie in 25 gezeigt ist, weist das Endrohr 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt auf, während das Endrohr 120 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform einen elliptischen Querschnitt aufweist. Das Endrohr 120 ist mit einer Durchmesser-Erweiterungsstruktur 121 und einem Plattenabschnitt 122 ausgebildet, welche an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 120 in der Abgasrichtung integral miteinander verbunden sind.
Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 121 ist in 26 gezeigt, welche mit einem Fuß-Endabschnitt 121a, einem vorderen Endabschnitt 121b, und einem Exponentialgestalt-Abschnitt 121c vorgesehen ist. Der Fuß-Endabschnitt 121a besitzt eine Querschnittsfläche S_o mit einer annähernd elliptischen Gestalt, die gleich dieser des Endrohres 120 ist. Der vordere Endabschnitt 121b besitzt einen Querschnitt S_L mit einer nahezu elliptischen Gestalt. Der Exponentialgestalt-Abschnitt 121c ist zwischen dem Fuß-Endabschnitt 121a und dem vorderen Endabschnitt 121b ausgebildet, und weist eine Querschnittsfläche S_x mit einer annähernd elliptischen Gestalt, mit der Querschnittsgestalt, welche im Durchmesser entlang einer Exponentialkurve in Richtung des vorderen Endabschnitts 121b von dem Fuß-Endabschnitt 121a erweitert ist, auf. Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 121 unterscheidet sich von der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, und ist derart ausgebildet, dass diese, wie in 26 gezeigt ist, eine Querschnittsfläche aufweist, welche sich allmählich radial nach außen in Richtung des vorderen Endabschnitts 121b erweitert, und ist teilweise durch ein unteres Ende ausgebildet, welches sich auf der geraden ebenen Fläche in Richtung des vorderen Endabschnitts 121b erstreckt. Dies bedeutet, dass sich die unteren Enden der Querschnittsflächen S_o, S_x und S_L auf der gleichen geraden Linie erstrecken.
Der Exponentialgestalt-Abschnitt 121c ist derart ausgebildet, dass dieser einen Querschnitt aufweist, welcher, wie dieser des Endrohres 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, axial in der Gestalt verändert ist. Dies bedeutet, dass der Exponentialgestalt-Abschnitt 121c derart ausgebildet ist, um den Gleichungen (14) und (15) zu genügen.
Der Plattenabschnitt 122 ist mit dem vorderen Endabschnitt 121b, beispielsweise durch eine maschinelle Bearbeitung, wie Tiefziehen und dergleichen, und einem Formverfahren, wie Druckgießen und dergleichen, integral ausgebildet. Der Plattenabschnitt 122 besitzt einen Seitenflächenabschnitt 122a, einen offenen Abschnitt 122b, welcher derart ausgebildet ist, um sich durch den Seitenflächenabschnitt 122a zu erstrecken, und einen geschlossenen Abschnitt 122c mit einem Abschnitt, ausgenommen des offenen Abschnitts 122b. Der offene Abschnitt 122b ist, wie in 26 gezeigt ist, derart ausgebildet, um durch den unteren Abschnitt des Seitenflächenabschnitts 122a zu laufen, um zu ermöglichen, dass ein Abgas-Kondenswasser, welches in dem Endrohr 120 verbleibt, nach außen abgegeben wird.
Der so aufgebaute Plattenabschnitt 122 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform kann, in ähnlicher Weise wie die Platte 41 der zweiten beispielhaften Ausführungsform, dazu führen, dass die Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 122b und die Reflexion des geschossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 122c in der Phase völlig gegensätzlich sind, wodurch ein Effekt erzielt wird, dass die Reflexion des offenen Endes und die Reflexion des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und dies führt zu einem relativ hohen schalldämpfenden Effekt. Ferner ermöglicht es der offene Abschnitt 122b, welcher an dem unteren Abschnitt des Plattenabschnitts 122 ausgebildet ist, das Abgas-Kondenswasser, welches in dem Endrohr 120 verbleibt, durch den offenen Abschnitt 122b nach außen abzugeben, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und die Haltbarkeit des Endrohres 120 mit dem einfach konstruierten Endrohr 120 erhöht wird.
(Vierte beispielhafte Ausführungsform)
27 und 28 zeigen ein Endrohr 130 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform, die nicht Gegenstand der in den Ansprüchen definierten Erfindung ist. Wie in 27 gezeigt ist, weist das Endrohr 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 68 in der Abgasrichtung des Abgases, und eine Platte 41 mit einem offenen mittleren Abschnitt auf, während das Endrohr 130 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 130 in der Abgasrichtung des Abgases, und eine Platte 131 mit einem geschlossenen mittleren Abschnitt aufweist.
Die Platte 41 der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist insbesondere einen offenen Abschnitt 41d mit einem mittleren Abschnitt, welcher im Querschnitt kreisförmig ist, auf, während die Platte 131 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform einen geschlossenen Abschnitt 131a mit einem Umfangsabschnitt aufweist, welcher mit Durchgangsbohrungen ausgebildet ist, die jeweils Öffnungsabschnitte 131b, 131c, 131d, 131e definieren, welche umlaufend gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Die so konstruierte Platte 131 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform kann daher, in ähnlicher Art und Weise wie die Platte 41 der zweiten beispielhaften Ausführungsform, dazu führen, dass die Reflexion des offenen Endes an den offenen Abschnitten 131b, 131c, 131d, 131e der Platte 131 und die Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 131a der Platte 131 in der Phase völlig gegensätzlich sind, wodurch ein Effekt erzielt wird, dass die Reflexion des offenen Endes und die Reflexion des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und was daher zu einem relativ hohen schalldämpfenden Effekt führt. Ferner ermöglicht es der in der Platte 131 ausgebildete offene Abschnitt 131d, das in dem Endrohr 130 verbleibende Abgas-Kondenswasser durch den offenen Abschnitt 131d nach außen abzugeben, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und die Haltbarkeit des Endrohres 130, mit dem einfach konstruierten Endrohr 130, erhöht wird.
(Fünfte beispielhafte Ausführungsform)
29 zeigt ein Endrohr 140 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform, die nicht Gegenstand der in den Ansprüchen definierten Erfindung ist.
Wie in 29 gezeigt ist, weist das Endrohr 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 68 in der Abgasrichtung des Abgases, und eine Platte 41 mit einem mittleren Abschnitt, welcher mit lediglich einem offenen Abschnitt 41d ausgebildet ist, auf, während das Endrohr 140 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 an der stromabwärtigen Seite des Endrohres 140 in der Abgasrichtung des Abgases, und eine Platte 141 mit einem mittleren Abschnitt, welcher mit einer Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 141a ausgebildet ist, aufweist.
Die Platte 41 der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist insbesondere einen offenen Abschnitt 41d mit einem mittleren Abschnitt auf, welcher im Querschnitt kreisförmig ist, während die Platte 141 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform einen mittleren Abschnitt mit einem offenen Abschnitt 141b, welcher durch acht Durchgangsbohrungen 141a gebildet ist, und einen unteren Abschnitt, welcher mit einem offenen Abschnitt 141c, der durch einen Schlitz gebildet ist, welcher sich am Umfang erstreckt, ausgebildet ist, aufweist. Die Platte 141 weist einen Seitenflächenabschnitt 141d mit einem geschlossenen Abschnitt 141e, ausgenommen den offenen Abschnitt 141b und den offenen Abschnitt 141c, auf.
Die so aufgebaute Platte 141 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform kann, in einer ähnlichen Weise wie die Platte 41 der zweiten beispielhaften Ausführungsform, dazu führen, dass die Reflexion des offenen Endes an den offenen Abschnitten 141b, 141c der Platte 141 und die Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 141e der Platte 141 in der Phase völlig gegensätzlich sind, wodurch ein Effekt erzielt wird, dass die Reflexion des offenen Endes und die Reflexion des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und was daher zu einem relativ hohen schalldämpfenden Effekt führt. Ferner ermöglicht es der offene Abschnitt 141c, welcher in dem unteren Abschnitt der Platte 141 ausgebildet ist, das in dem Endrohr 140 verbleibende Abgas-Kondenswasser durch den offenen Abschnitt 141c nach außen abzugeben, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und die Haltbarkeit des Endrohres 140, mit dem einfach konstruierten Endrohr 140 und der Platte 141, erhöht wird.
(Sechste beispielhafte Ausführungsform)
30 und 31 zeigen ein Endrohr 150 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform, die nicht Gegenstand der in den Ansprüchen definierten Erfindung ist. Wie in 30 gezeigt ist, weist das Endrohr 150 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur 151 auf, welche von dem Endrohr 150 trennbar ist, während das Endrohr 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 integral ausgebildet ist.
Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 151 ist insbesondere trennbar von dem Endrohr 150 ausgebildet und mit dem Endrohr 150 zusammengefügt, um das stromabwärtige offene Ende 150a des Endrohres 150 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform zu umgeben, während das Endrohr 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 integral ausgebildet ist.
Die Durchmesser-Erweiterungsstruktur 151 ist mit einem Fuß-Endabschnitt 151a, welcher mit dem Endrohr 150 verbunden ist, einem vorderen Endabschnitt 151b, welcher in entgegengesetzter Relation zu dem Fuß-Endabschnitt 115a gehalten wird und einen Innendurchmesser besitzt, der größer wie dieser des Fuß-Endabschnitts 151a ist, und einem Exponentialgestalt-Abschnitt 151c, der zwischen dem Fuß-Endabschnitt 151a und dem vorderen Endabschnitt 151b positioniert ist, vorgesehen. Der Exponentialgestalt-Abschnitt 151c ist, in ähnlicher Art und Weise wie der Exponentialgestalt-Abschnitt 78c der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 78 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, unter Voraussetzungen ausgebildet, um den Gleichungen (14) und (15) zu genügen.
Der vordere Endabschnitt 151b wird, wie in 31 gezeigt ist, durch ein Ziehverfahren bearbeitet, um umgebogen zu sein, und besitzt daher einen Umfangsabschnitt, welcher mit einem glatten Kantenabschnitt 151d, welcher in exzellenter äußerer Erscheinungsform verbessert ist, ausgebildet ist.
Im Gegensatz zu der Platte 41 des Endrohres 68 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit einer Gestalt in plattenförmiger Form, weist die Platte 152 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform einen Umfangs-Endabschnitt auf, welcher in einer Axialrichtung des Endrohres 150 übersteht, wobei der Überstands-Endabschnitt mit dem vorderen Endabschnitt 151b in einer Art und Weise zusammengefügt ist, dass dieser in dem umgebogenen Endabschnitt des vorderen Endabschnitts 151b enthalten ist.
Die Platte 152 ist an deren mittleren Abschnitt mit einem offenen Abschnitt 152b, welcher durch eine Durchgangsbohrung 152a gebildet ist, ausgebildet, und ferner mit einem ringförmigen Überstands-Abschnitt 152c ausgebildet, welcher die Durchgangsbohrung 152a umgibt und in der gleichen Richtung, wie der Überstands-Abschnitt, der in der Platte 152 ausgebildet ist, übersteht. Die Platte 152 besitzt einen Seitenflächenabschnitt 152d mit einem geschlossenen Abschnitt 152e, ausgenommen den offenen Abschnitt 152b.
Die so gestaltete Platte 152, welche einen Teil der sechsten beispielhaften Ausführungsform bildet, kann, in einer ähnlicher Weise wie die Platte 41 der zweiten beispielhaften Ausführungsform, dazu führen, dass die Reflexion des offenen Endes an dem offenen Abschnitt 152b der Platte 152 und die Reflexion des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt 152e der Platte 152 in der Phase völlig entgegengesetzt sind, wodurch ein Effekt erzielt wird, dass die Reflexion des offenen Endes und die Reflexion des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und was zu einem relativ hohen schalldämpfenden Effekt führt. Ferner kann es das Endrohr 150 mit der Durchmesser-Erweiterungsstruktur 151 und der Platte 152 ermöglichen, als ein Diffusor zu dienen, welcher ein Fluid an einer vorbestimmten Position mit einem möglichst geringen Druckverlust einführen kann, und das gleiche äußere Erscheinungsbild beizubehalten. Das stromabwärtige offene Ende 150a des Endrohres 150 weist ein äußeres Erscheinungsbild mit dem daran angebrachten Diffusor auf, wodurch das exzellente äußere Erscheinungsbild des Endrohres 150 verbessert wird.
Wie in der vorstehenden Beschreibung erläutert worden ist, ist es ersichtlich, dass es die Abgasvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine realisieren kann, dass kein Bedarf besteht, einen Nebendämpfer in dem Endrohr, und eine schalldämpfende Vorrichtung mit einer Resonanzkammer mit einer großen Kapazität an dem stromaufwärtigen offenen Ende des Endrohres vorzusehen, und verhindern kann, dass der Schalldruckpegel, welcher durch die Luftsäulenresonanz hervorgerufen wird, erhöht wird, wodurch es möglich wird, das Gewicht, die Herstellkosten und den Einbauraum davon zu reduzieren. Die Vorrichtung ist für alle Abgasvorrichtungen für die Verbrennungskraftmaschine verwendbar.
Bezugszeichenliste

20, 60: Abgasvorrichtungen
21: Maschine
22: Abgaskrümmer
24: Katalysator
25: vorderes Rohr
26: mittleres Rohr
26A: Einlassrohrabschnitt
27: Dämpfer
28, 68, 110, 120, 130, 140, 150: Endrohre
28A, 68A: Auslassrohrabschnitte
28a, 68a: stromaufwärtige offene Enden
28b, 68b, 110b, 150a: stromabwärtige offene Enden
28c: innerer Umfangsabschnitt
38, 78, 121, 151: Durchmesser-Erweiterungsabschnitte
41, 131, 141, 152: Platten
41b, 141d, 152d: Seitenflächenabschnitte
41d, 131b, 131c, 131d, 131e, 141b, 141c, 152b: offene Abschnitte
41e, 131a, 141e, 152e: geschlossene Abschnitte
41f: Reflexions-Oberflächenabschnitt
78c, 121c, 151c: Exponentialgestalt-Abschnitt
78d: Durchgangsbohrung
L₅, L₈: Abstände
S₁: Gesamtfläche
S₂: Öffnungsfläche

Claims

Abgasvorrichtung (60) für eine Verbrennungskraftmaschine (21), aufweisend: ein Abgasrohr (110) mit: einem Endabschnitt (68A), der mit einem stromaufwärtigen offenen Ende (68a) ausgebildet ist, das an einer stromaufwärtigen Seite des Abgases, das von der Verbrennungskraftmaschine (21) abgegeben wird, positioniert ist, wobei der Endabschnitt (68A) mit einer schalldämpfenden Vorrichtung (27) verbunden ist, und einem anderen Endabschnitt, der mit einem stromabwärtigen offenen Ende (110b) ausgebildet ist, das an einer stromabwärtigen Seite des Abgases positioniert ist, um das Abgas in die Atmosphäre abzugeben, eine Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78), welche an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohres (110) ausgebildet ist, so dass der Durchmesser des Abgasrohres (110) in Richtung des stromabwärtigen offenen Endes zunimmt, eine Platte (41), welche in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78) in entgegengesetzter Relation zu der Abgaberichtung des Abgases vorgesehen ist, und einen offenen Abschnitt (41d), welcher in der Abgaberichtung des Abgases durch die Platte (41) verläuft, und einen geschlossenen Abschnitt (41e), welcher das Abgasrohr (110) verschließt, aufweist, wobei die Platte (41) derart angeordnet ist, um eine Reflexionswelle des offenen Endes an dem offenen Abschnitt (41d) und eine Reflexionswelle des geschlossenen Endes an dem geschlossenen Abschnitt (41e) in einer Art und Weise zu erzeugen, dass die Reflexionswelle des offenen Endes und die Reflexionswelle des geschlossenen Endes miteinander interferieren, und eine Durchgangsbohrung (78d), welche in der Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78), die an der Abgas-Stromabwärtsseite des Abgasrohres (110) ausgebildet ist, an einer Position des Abgasrohres (110) vorgesehen ist, die von einem äußeren Seitenflächenabschnitt (41b) der Platte (41) entlang einer axialen Richtung des Abgasrohres (110) durch einen vorbestimmten Abstand (L₅) nach innen beabstandet ist.
Abgasvorrichtung (60) für die Verbrennungskraftmaschine (21) nach Anspruch 1, wobei die Durchmesser-Erweiterungsstruktur (78) eine Exponentialgestalt aufweist, welche im Durchmesser in Richtung des offenen Endes erweitert ist, um eine Exponentialkurve abzubilden.
Abgasvorrichtung (60) für die Verbrennungskraftmaschine (21) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Öffnungsfläche des offenen Abschnitts (41d) auf ein Drittel der Gesamtfläche des offenen Abschnitts (41d) und des geschlossenen Abschnitts (41e) der Platte (41) eingestellt ist.