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Bereich:
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Coulomb-Dämpfer für ein Fahrzeug-/Lastwagen-Abgassystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung einen kompakten Coulomb-Dämpfer, der eng angrenzend unmittelbar an ein Abgasrohr des Fahrzeug-/Lastwagen-Abgassystems befestigt ist.
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Hintergrund:
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Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, die nicht unbedingt Stand der Technik sein müssen.
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Üblicherweise haben Kraftfahrzeuge wie Autos oder Lastfahrzeuge einen Verbrennungsmotor (Benzin oder Diesel), der an zumindest ein Getriebe oder Differenzial angeschlossen ist, um die Kraft auf die Antriebsräder des Fahrzeugs zu übertragen. Ein Motorabgassystem, welches üblicherweise ein oder mehrere Abgasrohre, ein oder mehrere Turbolader, ein oder mehrere Katalysatoren, ein oder mehrere Schalldämpfer und ein oder mehrere Abgasendrohre umfasst ist an dem Motor befestigt, um den Verbrennungsprozess leiser zu machen, um die Abgase zu reinigen und um die Verbrennungsprodukte weg von dem Motor zu leiten. Der Verbrennungsmotor ist in dem Fahrzeug an ein Set flexibler Motoraufnahmen gehalten, die zwischen einem Rahmen und einer anderen Trägerstruktur des Motors positioniert ist. Das Abgassystem wird durch Abgasbefestigungen gehalten, die zwischen dem Abgassystem und dem Rahmen oder der anderen Trägerstruktur des Fahrzeugkörpers positioniert ist. Um das Übertragen der Motorvibrationen auf den Fahrzeugkörper zu minimieren umfassen die Abgassystembefestigungen flexible Befestigungselemente und/oder elastische Aufhängungselemente.
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Selbst wenn flexible Motorbefestigungen und flexible Abgassystembefestigungen verwendet werden, kann der Betrieb des Motors in verschiedenen Betriebszuständen störende Geräusche, Vibration oder unerwünschte Nebengeräusche (NVH) erzeugen. Verschiedene Lösungen zu dieser NVH-Problematik wurden bereits vorgeschlagen. Ein Frequenz-NVH-Problem kann dadurch angegangen werden, dass Totmassengewichte zu dem System verbaut werden, abgestimmte Dämpfer ergänzt werden und/oder Coulomb-Dämpfer verbaut werden.
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Das Hinzufügen von Totmassengewichten zu dem System wird einfach die natürliche Frequenz des Systems zu eine niedrigeren Frequenz verlagern. Das Hinzufügen eines abgestimmten Dämpfers wird nur spezifische Frequenzen angehen. Der abgestimmte Dämpfer erreicht dies, indem die natürliche Frequenzamplitude in eine geringere Amplitude bei einer Frequenz oberhalb und unterhalb der Ursprungsfrequenz verschoben wird. Ein Coulomb-Dämpfer umfasst einen Behälter, der mit einem Wirkmedium wie Schrot oder Sand gefüllt ist. Ein Coulomb-Dämpfer ist eine Breitbandlösung, die sensibel gegenüber der Menge, Dichte, Geometrie und Reibung des Wirkmediums innerhalb des Behälters ist. Zusätzlich ist die Effektivität der Energieübertragung von dem Abgassystem auf das Wirkmedium des Coulomb-Dämpfers von entscheidender Bedeutung bezüglich des Betriebs und der Effektivität des Coulomb-Dämpfers.
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Zusammenfassung:
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Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung des gesamten Schutzbereichs oder all ihrer Merkmale.
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Die vorliegende Offenbarung stellt die Technik mit einem Coulomb-Dämpfer bereit, der eine große Menge an Wirkmedien enthält und der eng an dem Abgassystem befestigt ist, um eine ausgezeichnete Energieübertragung auf das Wirkmedium zu erreichen. Der steife Behälter, der das Wirkmedium aufnimmt, überträgt die Energie von dem Abgassystem in jedes Wirkmedium, das die Wände des Behälters berührt. Die Energieübertragung zwischen dem Abgassystem und dem Coulomb-Dämpfer wird verbessert, indem zumindest ein Dreipunkt-Befestigungssystem eingesetzt wird, bei dem der Coulomb-Dämpfer unmittelbar an dem Abgasrohr angeschraubt ist, oder bei dem die Energieübertragung so verbessert ist, wenn der Coulomb-Dämpfer direkt an dem Abgasrohr verschweißt ist. Dieses System ist eine Verbesserung gegenüber einem System, welches eine Klammer zur Befestigung eines Dämpfers verwendet, da die Klammer die Energieübertragung behindert.
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Weitere Anwendungsbereiche werden durch die nachfolgende Beschreibung klar. Die Beschreibung und die speziellen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen lediglich dem Zwecke der Illustration und sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zwecke der illustrierten Darstellung ausgewählter Ausführungsbeispiele, jedoch nicht aller möglichen Implementierungen und nicht dazu, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Abgassystems, das einen Coulomb-Dämpfer gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines der in 1 dargestellten Coulomb-Dämpfer;
- 3 ist eine Endansicht des in 2 dargestellten Coulomb-Dämpfers, der an ein Abgasrohr des in 1 dargestellten Abgassystems befestigt ist;
- 4 ist eine Querschnitts-Endansicht des in 1 dargestellten Coulomb-Dämpfers;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Coulomb-Dämpfers gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung, der jedoch nicht Teil der Erfindung ist;
- 6 ist eine Querschnitts-Endansicht des in 5 dargestellten Coulomb-Dämpfers; und
- 7 ist eine perspektivische Endansicht, teilweise im Querschnitt, des Coulomb-Dämpfers gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung, das jedoch nicht Teil der Erfindung ist.
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Gleiche Bezugszeichen benennen entsprechende Teile in allen Ansichten der aufgeführten Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung:
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Beispielhafte Ausführungsbeispiele werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in allen Ansichten benennen, ist in 1 ein Abgassystem gemäß der vorliegenden Offenbarung, welches mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, dargestellt. Das Abgassystem 10 ist an die Abgassammler 12 eines internen Verbrennungsmotors 14 befestigt. Der interne Verbrennungsmotor 14 ist ausgebildet, ein oder mehrere Antriebsräder des Fahrzeugs über ein Getriebe, (nicht dargestellt), und an ein oder mehrere Differenziale (nicht gezeigt) anzutreiben, wie es aus der Technik bekannt ist.
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Das Abgassystem 10 umfasst ein Paar vordere Abgasrohre 16, ein Mittelrohr 18, einen Katalysator 20, ein hinteres Abgasrohr 22, einen Schalldämpfer 24, ein Abgasendrohr 26, ein Paar Coulomb-Dämpfer 28 und einen oder mehrere Turbolader 30 (schematisch gezeigt). Das Abgassystem 10 leitet die Verbrennungsprodukte des internen Verbrennungsmotors 14, die durch die Abgassammler 12 gesammelt werden, in den äußeren Umgebungsbereich des Fahrzeugs. Wie in 1 dargestellt, leitet das Abgassystem 10 die Verbrennungsprodukte des internen Verbrennungsmotors 14 zu dem Hinterbereich des Fahrzeugs. Auch wenn die Verbrennungsprodukte als nach hinten zu dem Fahrzeug geleitet dargestellt sind, kann das Abgassystem 10 ausgebildet sein, die Verbrennungsprodukte an einen beliebigen Umgebungsbereich des Fahrzeugs, umfassend aber nicht darauf beschränkt, die Seiten oder die Seiten des Fahrzeugs, geleitet werden.
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Wie dargestellt ist ein Paar vorderer Abgasrohre 16 an ein Paar Turbolader 30 befestigt, die an einem einzigen Mittelrohr 18 befestigt sind, das an einem einzigen Katalysator 20 befestigt ist, der an einem einzigen hinteren Abgasrohr 22 befestigt ist, das an einem einzigen Schalldämpfer 21 befestigt ist, der an einem einzigen Abgasendrohr 26 befestigt ist. Es liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung ein einziges vorderes Abgasrohr 16 befestigt an einem einzigen Turbolader befestigt an einem Katalysator 20, um ein Abgassystem mit nur einem Weg bereitzustellen. Es liegt auch innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung, das Paar der vorderen Abgasrohre 16 an das Paar Turbolader 30 zu befestigen, das an einem Paar Mittelrohre 18 befestigt ist, das an einem Paar Katalysatoren 20 befestigt sein kann, das an einem Paar hinterer Abgasrohre 22 befestigt sein kann, das an einem Paar Schalldämpfer 24 befestigt sein kann, das an einem Paar Abgasendrohre 26 befestigt sein kann, um ein Zwei-Wege Abgassystem bereitzustellen. Somit kann das Abgassystem 10 als Ein-Weg Abgassystem, als Zwei-Wege Abgassystem oder jede andere, aus der Technik bekannte Konfiguration eines Abgassystems ausgebildet sein.
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Während des Betrieb des Fahrzeugs und des internen Verbrennungsmotors 14 können durch den internen Verbrennungsmotors 14, die Turbolader 30 und durch das Fahrzeug erzeugte Vibrationen unangenehmen Geräusche, Vibrationen oder unerwünschte Nebengeräusche (NVH) erzeugen. Die Coulomb-Dämpfer 28 werden eng angrenzend an Bauteile des Abgassystems 10 befestigt, um den unangenehmen NVH-Problemen entgegenzuwirken. Auch wenn die Coulomb-Dämpfer 28 als eng angrenzend an das Mittelrohr 18 befestigt dargestellt sind, liegt es innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung, die Coulomb-Dämpfer 28 an jedes beliebige Bauteil des Abgassystems 10 zu befestigen, umfassend aber nicht darauf beschränkt, an die vorderen Abgasrohre 16, das Mittelrohr 18, den Katalysator 20, das hintere Abgasrohr 22, den Schalldämpfer 24 und/oder das Abgasendrohr 26.
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Bezugnehmend auf die 2 - 4 ist ein Coulomb-Dämpfer 28 detaillierter dargestellt. Der Coulomb-Dämpfer 28 umfasst einen Behälter, der durch ein äußeres Element 32, ein inneres Element 34 und ein spezifiziertes Volumen oder eine spezifizierte Masse eines Wirkmediums 36 gebildet ist. Das äußere Element 32 ist ein bogenförmiges oder gekrümmt geformtes, gestanztes Blech, das eine Vielzahl von Versteifungsrippen 38 bildet, die als Ausrichtungsmerkmale für das innere Element 34 wirken und die notwendige Steifigkeit oder Stärke für den Coulomb-Dämpfer 28 bieten. Eine Einfüllöffnung 40 erstreckt sich durch das äußere Element 32 an einer spezifizierten Stelle, welche das Einfüllen von Wirkmedium 36 in den Coulomb-Dämpfer 28 vereinfacht. Eine Kappe 42 schließt die Einfüllöffnung 40 nachdem das Wirkmedium 36 eingefüllt wurde. Die Kappe 42 ist durch Schweißen oder in anderer Weise an das äußere Element 32 befestigt, um das Wirkmedium 36 innerhalb der Kammer 44, die durch den Coulomb-Dämpfer 28 bestimmt ist, zu bewahren. Die longitudinale Länge, die gekrümmte Länge und der Abstand zu dem äußeren Element 32 und dem inneren Element 34 sind gewählt, um ein spezifisches Volumen eines Wirkmediums 36 bereitzustellen, wobei zur selben Zeit spezifische Abstände zu anderen Bauteilen des Fahrzeugs bereitgestellt sind, wenn das Abgassystem 10 an dem Fahrzeug befestigt ist. Zusätzlich werden beim Entwickeln des Coulomb-Dämpfers 28 sowohl die Abstände zu den Montagepositionen des Abgassystems 10 und die notwendigen Abstände zur standardmäßigen Wartung und/oder zum Austausch von Bauteilen des Fahrzeugs in Betracht gezogen.
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Das innere Element 34 ist ein gebogenes oder gekrümmt geformtes gestanztes Blech, welches zu dem Mittelrohr 18 passt und an das äußere Element 32 geschweißt oder in anderer Weise befestigt ist, um die Kammer 44 zu bestimmen. Das innere Element 34 bestimmt ein Paar kleine Radien 46, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 5mm, welche sich entlang der longitudinalen Länge des inneren Elements 34 und somit dem Coulomb-Dämpfer 28 erstrecken. Wie in den 3 und 4 dargestellt, ist der Durchmesser des gebogenen oder gekrümmten Abschnitts des inneren Elements 34 entwickelt, geringfügig kleiner als die Außenkrümmung des Mittelrohrs 18 zu sein. Dieses Merkmal stellt sicher, dass die äußere Fläche des inneren Elements 34, die durch die Radien 46 bestimmt ist, das Mittelrohr 18 entlang ein Paar Kontaktflächen, die sich über eine gesamte Länge des inneren Elements 34 erstrecken, vollständig in Kontakt stehen, um einen engen Kontakt zwischen dem Mittelrohr 18 und dem Coulomb-Dämpfer 28 bereitzustellen. Dieses Merkmal minimiert auch den benötigten Schweißwulst, wodurch das Anschweißen des Coulomb-Dämpfers 28 an das Mittelrohr 18 vereinfacht ist.
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Das Wirkmedium 36 kann aus Stahlschrot, Sand oder jedem anderen aus der Technik bekannten Wirkmedien bestehen. Das Design des Coulomb-Dämpfers 28 bietet eine große Menge an Wirkmedium 36 (in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 25 cubic inches / 409,7 cm3), die eng angrenzend an das Mittelrohr 18 befestigt (geschweißt) ist, um eine ausgezeichnete Energieübertragung von dem Mittelrohr 18 zu dem Wirkmedium 36 zu gewährleisten. Die steife Ausbildung des äußeren und inneren Elements 32 und 34 überträgt ebenfalls die Energie auf jedes Wirkmedium 36, das in unmittelbarem Kontakt mit den Innenflächen des äußeren und inneren Elements 32 und 34 steht. Der Coulomb-Dämpfer 28 bietet ein großes Behältervolumen, das in engem Kontakt mit dem Mittelrohr 18 beschränkt ist, wodurch eine kompakte Ausbildung für jede Anwendung bereitgestellt ist. Der Coulomb-Dämpfer 28 ist an das Mittelrohr 18 für eine ausgezeichnete Energieübertragbarkeit geschweißt. Das äußere und das innere Element 32 und 34 sind entwickelt, um die optimale Dichte, Geometrie, Menge und den optimale Luftraum für die Bewegung und Reibung des Wirkmediums 36 zu gewährleisten.
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Bezugnehmend auf die 5 - 7 sind Coulomb-Dämpfer 128 und 128' befestigt an einem Mittelrohr 118 dargestellt. Das Mittelrohr 118 kann das Mittelrohr 18 und die Coulomb-Dämpfer 128 und 128' können die Coulomb -Dämpfer 28 in dem Abgassystem 10 ersetzen. Zusätzlich können die Coulomb-Dämpfer 128 und 128' an jedes Bauteil des Abgassystems 10 ähnlich zum Coulomb-Dämpfer 28, wie oben beschrieben, befestigt werden. Die Coulomb-Dämpfer 128 und 128' umfassen einen Behälter, der durch ein äußeres Element 132, ein inneres Element 134, ein inneres Rohr 136 und Wirkmedium 36 gebildet ist.
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Das äußere Element 132 ist ein bogenförmiges oder gekrümmt geformtes gestanztes Blech. Auch wenn es in den 5 - 7 nicht dargestellt ist, kann das äußere Element 132 Versteifungsrippen 38 zur Ausrichtung und Erhöhung der Steifigkeit, wie es für das äußere Element 32 beschrieben ist, umfassen. Die Einfüllöffnung 40 erstreckt sich durch das äußere Element 132 bei einer spezifischen Position, wodurch das Einfüllen von Wirkmedium 36 in die Coulomb-Dämpfer 128 und 128' vereinfacht wird. Die Kappe 42 schließt die Einfüllöffnung 40 nach dem Einfüllen des Wirkmediums 36. Die Kappe 42 ist geschweißt oder in anderer Weise an dem äußeren Element 132 befestigt, um das Wirkmedium 36 in einer durch die Coulomb-Dämpfer 128 und 128' bereitgestellten Kammer 144 zu bewahren. Die longitudinale Länge, die gekrümmte Länge und der Abstand zwischen dem äußeren Element 132 und dem inneren Element 134 sind derart gewählt, um ein spezifisches Volumen an Wirkmedium 36 und zur selben Zeit spezifische Abstände zu den anderen Bauteilen des Fahrzeugs bereitzustellen, wenn das Abgassystem 10 an dem Fahrzeug montiert ist. Ferner werden bei der Entwicklung der Coulomb-Dämpfer 128 und 128' sowohl die Abstände zu der montierten Position des Abgassystems 10 und den notwendigen Abständen zur Durchführung von Routinewartungen und/oder Austausch von Bauteilen des Fahrzeugs in Betracht gezogen.
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Das innere Element 134 ist ein gebogenes oder schalenförmig gekrümmtes gestanztes Blech, das durch Schweißen oder in anderer Weise an das äußere Element 132 befestigt ist, um die Kammer 144 zu bestimmen. Das innere Element 134 bestimmt eine innere gekrümmte Fläche 146, die sich entlang der longitudinalen Länge des inneren Elements 134 und somit des Coulomb-Dämpfers 128 und 128' erstreckt. Wie in 6 dargestellt, ist die Größe der inneren gekrümmten Fläche 146 derart ausgebildet, gleich groß zu dem Außendurchmessers des Mittelrohrs 118 zu sein. Dieses Merkmal gewährleistet einen Dreipunkt-Kontakt zwischen den Coulomb-Dämpfern 128 und 128' und dem Mittelrohr 118, wie es durch die unteren Punkte 148 und oberen Punkte 148' in 5 gezeigt ist. Die Coulomb-Dämpfer 128 und 128' sind mit einer Passung der Schnittstelle zu einem Ende eines Rohrbogens des Mittelrohrs 118 ausgebildet, um einen anfänglichen primären Berührungspunkt zu erzeugen, wie es durch den unteren Punkt 148 in 5 dargestellt ist. Das Abheben erzeugt den zweiten und dritten Berührungspunkt, wie es durch die oberen Punkte 148' in 5 dargestellt ist, um einen stabilen, von dem Befestigungsbolzen beabstandeten Dreifuß-Halt zu erzeugen. Dieser Dreipunkt-Kontakt bietet den stabilen, von den Befestigungsbolzen beabstandeten Dreifuß-Halt, wodurch eine Zugbelastung nur auf den Befestigungsbolzen wirkt. Es gibt keine Traglast auf dem Befestigungsbolzen. Der Dreipunkt-Kontakt und das anschließende Festziehen der Befestigungsmutter auf dem Befestigungsbolzen gewährleistet den engen Kontakt zwischen dem Mittelrohr 118 und den Coulomb-Dämpfern 128 und 128'. Das Ausführungsbeispiel in 7 umfasst den oben beschriebenen Dreipunkt-Kontakt.
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Das innere Rohr 136 erstreckt sich zwischen dem äußeren und dem inneren Element 132 und 134 wie in den 6 und 7 dargestellt. In 6 ist das innere Rohr 136 ausgebildet, um den Befestigungsbolzen aufzunehmen, der durch Schweißen oder andere Weise an dem Mittelrohr 118 befestigt ist. In 7 ist das innere Rohr 136 ausgebildet, um eine rohrförmige Buchse 150 aufzunehmen, die ausgebildet ist, den Befestigungsbolzen aufzunehmen, der durch Schweißen, ein Gewinde oder in anderer Weise an das Mittelrohr 118 befestigt ist. Das innere Element 134 bildet ein aufgezogenes Loch 152, das durch das Innenrohr 136 gebildet ist. Das äußere Element 132 bestimmt eine Öffnung 154. In dem Ausführungsbeispiel nach 6 erstreckt sich das Innenrohr 136 nach außen zu dem äußeren Element 132, wo es geschweißt oder in anderer Weise an den Abschnitt es äußeren Elements 132 befestigt ist, der die Öffnung 154 bildet. In dem Ausführungsbeispiel nach 7 erstreckt sich die rohrförmige Buchse 150 durch das Innenrohr 136, das aufgezogene Loch 152 und die Öffnung 154. Die Buchse 150 ist geschweißt oder in anderer Weise an das Innenrohr 136 gesichert und geschweißt oder in anderer Weise an dem Abschnitt des äußeren Elements 132 gesichert, der die Öffnung 154 bildet. In 6 sind das Innenrohr und die Buchse 150 ausgebildet, der Prüflast des Befestigungsbolzens nicht zu widerstehen. Somit führt ein übermäßiges, auf die Haltemutter des Befestigungsbolzens ausgeübtes Drehmoment dazu, dass das Innenrohr 136 und die Buchse 150 kollabieren und nicht dazu, dass der Befestigungsbolzen versagt. Wie in dem Ausführungsbeispiel nach 7 sind das Innenrohr 136, die Buchse 150 und das äußere Element 132 ausgebildet, die Prüflast des Befestigungsbolzens zu übertreffen. Somit wird übermäßiges, auf die Haltemutter auf dem Befestigungsbolzen ausgeübtes Drehmoment dazu, dass der Befestigungsbolzen bricht. Der Befestigungsbolzen in 7 ist leicht ersetzbar. In dem Ausführungsbeispiel nach 7 vergrößert sich das Innenrohr 136 in Richtung des äußeren Abschnitts des Innenrohrs 136, um die Anschweißnabe für den Befestigungsbolzen freizuhalten.
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Das Wirkmedium 36 kann Stahl, Schrot Sand oder jedes andere in der Technik bekannte Wirkmedium sein. Die Ausbildung der Coulomb-Dämpfer 128 und 128' gewährleistet eine große Menge an Wirkmedium 36 (in der bevorzugten Ausführung 25 cubic inches / 409,7cm3), die mit einem Dreipunkt-Kontakt unmittelbar angrenzend an das Mittelrohr 118 befestigt oder geschraubt ist, um eine ausgezeichnete Energieübertragbarkeit von dem Mittelrohr 118 in das Wirkmedium 36 zu gewährleisten. Die steife Ausbildung der äußeren und inneren Elemente 132 und 134 überträgt auch die Energien in das Wirkmedium 36, das in direktem Kontakt mit den Innenflächen des äußeren und inneren Elements 132 und 134 stehen. Der Coulomb-Dämpfer 128 und 128' bieten ein großes Behältervolumen, das in engem Kontakt mit dem Mittelrohr 118 beschränkt ist, wodurch eine kompakte Ausbildung für jede Anwendung gewährleistet ist. Der Coulomb-Dämpfer 128 und 128' ist an dem Mittelrohr 118 für eine ausgezeichnete Energieübertragbarkeit angeschraubt. Die äußeren und inneren Elemente 132 und 134 sind ausgebildet, um eine optimierte Dichte, Geometrie, Menge und einen optimierten Luftraum für die Bewegung und Reibung des Wirkmediums 36 bereitzustellen.
