DE19514829A1 - Schalldämpfer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer und ein Verfahren zur Herstellung des Schalldämpfers eines Typs mit einem porösen Innenrohr, in dem eine Mehrzahl von Abgasexpansionskammern gebildet und derart angeordnet sind, daß Abgas aus einer Verbrennungsmaschine aufeinanderfolgend durch die Abgasexpan­ sionskammern tritt, und einem Schallabsorptionsmaterial, das in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem porösen Innenrohr und einem das poröse Innenrohr umgebenden Außenrohr enthalten ist.

Der Schalldämpfer des oben beschriebenen Typs ist derart konstruiert, daß die Expansion und Kontraktion des Abgases im Verlauf des aufeinanderfolgenden Durchtritts des Abgases durch die Mehrzahl von Abgasexpansionskammern wiederholt wird, um hierdurch den Abgasschallbeseitigungseffekt zu verbessern und einer erwünschten Motorleistungseigenschaft zu genügen. Währenddessen wirkt das Schallabsorptionsmaterial zur Ab­ sorption von Lärm, der im Verlauf der Wiederholung von Expan­ sion und Kontraktion des Abgases erzeugt wird.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers des oben beschriebenen Typs ist beispielsweise in der japani­ schen Gebrauchsmusterschrift Nr. 36885/90 offenbart. Dieses bekannte Verfahren umfaßt die Schritte: Formen einer wärmefe­ sten Faserschicht aus Glaswolle oder dgl. in eine Zylinderge­ stalt unter Verwendung einer Form, Herstellen eines Längs­ schnitts (d. h. eines Schnitts entlang einer Achse) in einem geformten Produkt, das ein Schallabsorptionsmaterial ist, Lösen des geformten Produkts aus der Form, pressendes Aufsetzen des Schallabsorptionsmaterials auf eine Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs mit einer vorbestimmten gegenseitigen Beeinflussung und Einsetzen des Schallabsorptionsmaterials in das Außenrohr.

Bei dem bekannten Schalldämpfer kann sich jedoch der Längs­ schnitt in dem Schallabsorptionsmaterial aufgrund einer Herstellungsfehlers oder Vibration relativ aufweiten und in einigen Fällen kann Abgas durch den Schnitt austreten, was eine Abnahme des Schallbeseitigungseffekts und eine Abnahme der Motorleistungseigenschaften mit sich bringt.

Ferner kann aufgrund eines Herstellungsfehlers ein Spalt zwischen einer Außenumfangsfläche des Schallabsorptionsmate­ rials und der Innenoberfläche des Außenrohrs entstehen, und somit kann in einigen Fällen Abgas durch den Schnitt oder die Innenseite des Schallabsorptionsmaterials in diesen Spalt strömen, was eine Abnahme des Schallbeseitigungseffekts und eine Abnahme der Motorleistungseigenschaften mit sich bringt.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen Schalldämpfer anzugeben, der die oben beschriebenen Probleme wirkungsvoll vermeiden kann, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schall­ dämpfers anzugeben.

Zum Erreichen des obigen Ziels wird erfindungsgemäß ein Schalldämpfer angegeben, umfassend: ein poröses Innenrohr, in dessen Umfangswand eine große Anzahl kleiner Poren vorgesehen ist; ein das poröse Innenrohr umgebendes Außenrohr; ein Schallabsorptionsmaterial, das in einem ringförmigen Zwischen­ raum zwischen dem porösen Innenrohr und dem Außenrohr enthalten ist; und eine Mehrzahl von Abgasexpansionskammern, die in dem porösen Innenrohr gebildet und derart angeordnet sind, daß Abgas aufeinanderfolgend durch die Abgasexpansionskammern hindurchtritt; wobei das Schallabsorptionsmaterial aus einer wärmefesten Faserschicht gebildet ist, die um eine Außen­ umfangsfläche des porösen Innenrohrs mit dazwischen angeord­ netem Bindemittel herumgewickelt ist, und eine Außenumfangs­ fläche der wärmefesten Faserschicht mit vorbestimmter Wechsel­ wirkung pressend auf eine Innenumfangsfläche des Außenrohrs aufgesetzt ist.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers angegeben, der umfaßt: ein poröses Innenrohr, in dessen Umfangswand eine große Anzahl kleiner Poren vorgesehen ist, ein das poröse Innenrohr umgebendes Außenrohr; ein Schallabsorptionsmaterial, das in einem ringförmigen Zwischen­ raum zwischen dem porösen Innenrohr und dem Außenrohr enthalten ist; und eine Mehrzahl von Abgasexpansionskammern, die in dem porösen Innenrohr gebildet und derart angeordnet sind, daß Abgas aufeinanderfolgend durch die Abgasexpansionskammern hindurchtritt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Wickeln einer wärmefesten Faserschicht, auf die Bindemittel aufgebracht ist, direkt um eine Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs zur Bildung von Schallabsorptionsmaterial, dessen Außendurchmesser größer als ein Innendurchmesser des Außenrohrs ist, und pressendes Aufsetzen einer Innenumfangsfläche des Außenrohrs auf eine Außenumfangsfläche des in dem obigen Schritt gebildeten Schallabsorptionsmaterials.

Mit den oben beschriebenen Schalldämpfer und dem Verfahren zu dessen Herstellung ist es nicht erforderlich, in dem Schall­ absorptionsmaterial einen Längsschnitt vorzusehen, um das Schallabsorptionsmaterial von der Form zu lösen, und ferner ist es möglich, das Erzeugen eines Spalts zwischen der Innen­ umfangsfläche des Außenrohrs und der Außenumfangsfläche des Schallabsorptionsmaterials wirkungsvoll zu vermeiden. Daher ist es möglich, den Durchtritt und einen Kurzschluß von Abgas durch den Schnitt in den Spalt zu vermeiden, um hierdurch den Schallbeseitigungseffekt des Schalldämpfers zu verbessern, während eine gewünschte Motorleistungseigenschaft gesichert ist.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Kraftrads mit Anwendung einer erfindungsgemäßen Ausführung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht eines wesentlichen Abschnitts eines Abgassystems der Ausführung (eine vergrößerte Aufsicht entlang eines Pfeils 2-2 in Fig. 1);

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 6-6 in Fig. 3 und

Fig. 7A bis 7D sind Perspektivansichten zur Erläuterung der Montageschritte.

Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Zuerst zu den Fig. 1 und 2. Eine Vierzylinder-Brennkraftma­ schine E ist in einem Hauptrahmen F eines Kraftrads angebracht. Vier Auslaßöffnungen, die Zylindern der Maschine entsprechen, liegen seitlich parallel nebeneinander und öffnen sich in eine Vorderfläche eines Maschinenkörpers 1 der Maschine E. Vier vordere Abgasrohre 2₁, 2₂, 2₃ und 2₄ liegen jeweils seitlich parallel nebeneinander und sind jeweils mit den Auslaßöffnungen verbunden. Die vorderen Abgasrohre 2₁, 2₂, 2₃ und 2₄ erstrecken sich entlang der Vorderfläche des Maschinenkörpers 1 nach unten und dann entlang einer Bodenfläche des Maschinenkörpers 1 nach hinten und sind mit einem Vorderende eines Abgassammelrohrs 3 verbunden. Ein Hinterende des Abgassammelrohrs 3 ist durch ein einzelnes hinteres Abgasrohr 4 mit einem Vorderende eines Schalldämpfers M verbunden, das an einer Seite eines Hinterrads W angeordnet ist und an dieser Stelle an dem Fahrzeugkörper gehaltert ist.

Wie in den Fig. 3 bis 6 zu sehen, umfaßt der Schalldämpfer M einen zylindrischen Körper 5, der an seinen entgegengesetzten Enden (Vorder- und Hinterenden) offen ist, und ein Paar vorderer und hinterer Kappen 6 und 7, die die offenen Vorder- und Hinterenden des Körpers 5 jeweils integral verschließen. Die vordere Kappe 6 ist mit einem Hinterende des hinteren Abgasrohrs 4 verbunden. Der zylindrische Körper 5 hat eine Doppelrohrstruktur mit einem porösen Innenrohr 8, in dessen Umfangswand eine große Anzahl von Poren 8a vorgesehen sind, und einem Außenrohr 9, das das poröse Innenrohr 8 konzentrisch umgibt. Vorder- und Hinterenden 8f und 8r des porösen Innen­ rohrs 8 sind mit einem größeren Durchmesser geformt als dem seines zwischenliegenden Abschnitts. Insbesondere ist das Hinterende 8r größeren Durchmessers auf eine Innenumfangsfläche des Außenrohrs 9 geschweißt und das Vorderende 8f größeren Durchmessers ist in einen Gitterabstandshalter 6a eingesetzt und in diesem in Längsrichtung relativ gleitbeweglich gehalten, wobei der Gitterabstandshalter 6a in einen Innenumfang eines Hinterendes der vorderen Kappe 6 eingesetzt ist.

Schallabsorptionsmaterial I ist in einem ringförmigen Zwischen­ raum zwischen dem porösen Innenrohr 8 und dem Außenrohr 9 über dessen Gesamtumfang enthalten. Das Schallabsorptionsmaterial I ist aus einer wärmefesten Faserschicht G aus Glaswolle oder dgl. geformt. Die Schicht G ist um eine Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 mit einem dazwischen eingebrachten Bindemittel herumgewickelt, und eine Außenumfangsfläche der Schicht G ist pressend auf die Innenumfangsfläche des Außen­ rohrs 9 mit vorbestimmter gegenseitiger Wechselwirkung aufge­ setzt. Ein Prozeß zur Formung und Montage des Schallabsorp­ tionsmaterials I wird nachfolgend im Detail beschrieben.

Außenumfangsflanschabschnitte vorderer, mittlerer und hinterer Trennplatten 10f, 10m und 10r sind mit Längsabständen durch Fixiermittel, wie etwa Schweißung, an der Innenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 befestigt. Durch diese Maßnahme sind in dem porösen Innenrohr 8 von seinem vorderen Abschnitt aufeinanderfolgend erste, zweite, vierte und dritte Abgas­ expanisonskammern C₁, C₂, C₄ und C₃ gebildet. Die vordere Trennplatte 8f ist mit einer großen Anzahl kleiner Poren 11 versehen. Ein langes Verbindungsrohr 12 tritt durch die mittleren und hinteren Trennplatten 10m und 10r und ist an ihnen befestigt, damit die zweiten und dritten Abgasexpansions­ kammern C₂ und C₃ miteinander kommunizieren können. Ferner befestigt sind an der hinteren Trennplatte 10r ein kurzes Verbindungsrohr 13, durch das die dritten und vierten Abgas­ expansionskammern C₃ und C₄ miteinander kommunizieren können, und ein Abgasauslaßrohr 14 zum Auslassen von Abgas in der vierten Abgasexpansionskammer C₄ zur Atmosphäre durch eine Öffnung in dem Hinterende des hinteren Kappe 7.

In die vier vorderen Abgasrohre 2₁, 2₂, 2₃ und 2₄, die den Auslaßöffnungen in der Brennkraftmaschine E entsprechen, abgegebene Abgase kommen in dem Abgassammelrohr 3 zusammen und fließen von dort durch das hintere Abgasrohr 4 zu dem Schall­ dämpfer M. In dem Schalldämpfer M wird das Abgas zuerst in der ersten Abgasexpansionskammer C₁ primär expandiert und fließt dann, während es beim Durchtritt durch jede der kleinen Poren 11 in der vorderen Trennplatte 10f verdichtet wird, in die zweite Abgasexpansionskammer C₂, wo es sekundär expandiert. Das Abgas fließt, während es beim Durchtritt durch das lange Verbindungsrohr 12 verdichtet wird, weiter in die dritte Abgasexpansionskammer C₃, wo es tertiär expandiert, und fließt dann, während es beim Durchtritt durch das kurze Verbindungs­ rohr 13 verdichtet wird, in die vierte Abgasexpansionskammer C₄, wo es quartär expandiert. Das wird das Abgas schließlich durch das Abgasauslaßrohr 14 zur Atmosphäre abgegeben.

Auf diese Weise ist der Schalldämpfer M derart konstruiert, daß er den Abgasschallbeseitigungseffekt verbessert und durch Wiederholen der Expansion und Verdichtung des Abgases im Verlauf des aufeinanderfolgenden Durchtritts des Abgases durch die Mehrzahl von Abgasexpansionskammern C₁ bis C₄. einer gewünschten Motorleistungseigenschaft genügt. Währenddessen wirkt das Schallabsorptionsmaterial I zur Absorption von Lärm, der im Verlauf der Wiederholung der Expansion und Verdichtung des Abgases erzeugt wird, um den Abgaslärm zu reduzieren.

Sowohl das hintere Abgasrohr 4 als auch das Abgasauslaßrohr 14 hat wie der zylindrische Körper 5 des Schalldämpfers M eine Doppelrohrstruktur, und in ringförmige Zwischenräume in den Rohren 4 und 14 ist jeweils ein Schallabsorptionsmaterial I′ aus einer wärmefesten Faserschicht gepackt, wie dies auch für das Schallabsorptionsmaterial I zutrifft.

Der besondere Prozeß zum Zusammenbau des Schalldämpfers M wird nachfolgend anhand der Fig. 7A bis 7D beschrieben.

Das Außenrohr 9 und das poröse Innenrohr 8 werden unabhängig auf getrennten Fertigungs- und Montagelinien hergestellt. Insbesondere werden in der Herstellungs- und Montagelinie für das poröse Innenrohr 8 die Trennplatten 10f, 10m und 10r, das lange Verbindungsrohr 12, das kurze Verbindungsrohr 13 und das Abgasauslaßrohr 14 zu dem porösen Innenrohr 8 integral zu­ sammengesetzt.

Nach Beendigung der Montage des porösen Innenrohrs 8 wird die wärmefeste Faserschicht G, die aus Glaswolle oder dgl. herge­ stellt ist, auf die ein Bindemittel B (z. B. einen anorganischen Glaswollekleber mit Kaolin und Bentonit als seinen Hauptkom­ ponenten) aufgegeben ist, direkt um die Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 herumgewickelt, so daß die mit Bindemittel versehene Oberfläche innen liegt, wie in Fig. 7A gezeigt. Dann wird das poröse Innenrohr 8 unter Verwendung einer Rolle R einem Bügelrollvorgang unterzogen, wie in Fig. 7B gezeigt, wodurch das ringförmige Schallabsorptionsmaterial I in Endlos­ form auf die Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 integral aufgeformt wird. Die wärmefeste Faserschicht G wurde zuvor in eine vorbestimmte Gestalt geformt, so daß beim Herumwickeln um die Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 ihr Anfangsende e und ihr Schlußende e′ zusammenpassen oder in enger Nachbarschaft einander gegenüberliegen. Jedoch werden das Anfangsende e und das Schlußende e′ der wärmefesten Faserschicht G eng vereinigt, so daß die Spur einer Verbin­ dungslinie zwischen beiden Enden e und e′ verschwindet. Daher besteht keine Möglichkeit, daß das Abgas durch eine solche Verbindungslinie austritt. Beim Rollen wird die Dicke des Schallabsorptionsmaterials I derart eingestellt, daß der Außendurchmesser D des Schallabsorptionsmaterials I größer als der Innendurchmesser d des Außenrohrs 9 ist, um eine vor­ bestimmte Wechselwirkung (D-d) zwischen dem Schallabsorp­ tionsmaterial I und dem Außenrohr 9 sicherzustellen.

Dann wird das Bindemittel B auf natürlichem Wege oder durch Erwärmung getrocknet, um das Schallabsorptionsmaterial I integral auf die Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 zu binden, wie in Fig. 7C gezeigt. Dann wird der Außendurchmesser des Schallabsorptionsmaterials I geprüft, indem man das Schallabsorptionsmaterial I durch ein ringartiges Prüfelement, nicht gezeigt, hindurchführt.

Danach wird die Innenumfangsfläche des Außenrohrs 9 pressend auf die Außenumfangsfläche des Schallabsorptionsmaterials I aufgesetzt, wie in Fig. 7D gezeigt, und das Hinterende des Außenrohrs 9 und das Hinterende 8r größeren Durchmessers des porösen Innenrohrs 8 werden durch Fixiermittel, wie etwa durch Schweißung integral aneinander befestigt. Dann wird das offene Hinterende der vorderen Kappe 6, in deren Innenumfang zuvor ein Gitterabstandshalter 6a eingesetzt wurde, pressend zwischen den Innenumfang des Vorderendes des Außenrohrs 9 und das Vorderende größeren Durchmessers des porösen Innenrohrs 8 pressend eingesetzt. Der Außenumfang der vorderen Kappe 6 wird auf das Vorderende des Außenrohrs 9 geschweißt, und der Außenumfang der hinteren Kappe 7 wird auf das Hinterende des Außenrohrs geschweißt, um hierdurch die Montage des Körpers des Schall­ dämpfers M abzuschließen.

Bei dem Herstellungs- und Montageprozeß kann die wärmefeste Faserschicht G, die in das Schallabsorptionsmaterial I zu formen ist, direkt um die Außenumfangsfläche des porösen Innenrohrs 8 herumgewickelt und integral darauf geformt werden. Nach dem Formen braucht man daher keinen besonderen Längs­ schnitt machen, um das Schallabsorptionsmaterial aus einer Form zu lösen, wodurch ein Leckstrom und Kurzschluß des Abgases durch den Schnitt vermieden wird. Weil ferner die vorbestimmte Wechselwirkung zwischen der Außenumfangsfläche des in obiger Weise geformten Schallabsorptionsmaterials I und der Innen­ umfangsfläche des Außenrohrs 9 besteht, ist es möglich, das Erzeugen eines Spalts wirkungsvoll zu vermeiden, der einen Leckstrom des Abgases zwischen diesen beiden Oberflächen ermöglicht, um hierdurch eine Abnahme des Schallbeseitigungs­ effekts aufgrund des Leckstroms des Abgases und eine Abnahme der Motorausgangsleistungseigenschaft von vornherein zu verhindern.

Obwohl die Ausführung als Schalldämpfer für ein Kraftrad beschrieben wurde, so ist dies so zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung auch bei einem Schalldämpfer für ein Dreiradfahrzeug oder ein Vierradfahrzeug verwendbar ist.

Ein Schalldämpfer M umfaßt ein poröses Innenrohr 8, in dessen Umfangswand eine große Anzahl kleiner Poren 8a vorgesehen ist; ein Außenrohr 9, das das poröse Innenrohr 8 umgibt; ein Schallabsorptionsmaterial I, das in einem ringförmigen Zwi­ schenraum zwischen dem porösen Innenrohr 8 und dem Außenrohr 9 enthalten ist; und eine Mehrzahl von Abgasexpansionskammern C₁ bis C₄, die in dem porösen Innenrohr 8 gebildet und derart angeordnet sind, daß Abgas aufeinanderfolgend durch die Abgasexpansionskammern C₁ bis C₄ hindurchtritt. Das Schall­ absorptionsmaterial I ist aus einer wärmefesten Faserschicht gebildet, die um einen Außenumfang des porösen Innenrohrs 8 mit dazwischen angeordnetem Bindemittel herumgewickelt ist, und eine Außenumfangsfläche der wärmefesten Faserschicht ist mit einer vorbestimmten Wechselwirkung pressend auf eine Innenum­ fangsfläche des Außenrohrs 9 aufgesetzt. Hierdurch ist es möglich, eine Abnahme des Schallbeseitigungseffekts aufgrund des Leckstroms und eines Kurzschlusses von Abgas und eine Abnahme der Motorleistungseigenschaften zu vermeiden.

Claims (2)

1. Schalldämpfer (M), umfassend: ein poröses Innenrohr (8), in dessen Umfangswand eine große Anzahl kleiner Poren (8a) vorgesehen ist; ein Außenrohr (9), das das poröse Innen­ rohr (8) umgibt; ein Schallabsorptionsmaterial (I), das in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem porösen Innenrohr (8) und dem Außenrohr (9) enthalten ist; und eine Mehrzahl von Abgasexpansionskammern (C₁ bis C₄), die in dem porösen Innenrohr (8) gebildet und derart ange­ ordnet sind, daß Abgas aufeinanderfolgend durch die Abgasexpansionskammern (C₁ bis C₄) hindurchtritt; wobei das Schallabsorptionsmaterial (I) aus einer wärmefesten Faserschicht (G) gebildet ist, die um eine Außenumfangs­ fläche des porösen Innenrohrs (8) mit dazwischen angeord­ netem Bindemittel (B) herumgewickelt ist, und eine Außenumfangsfläche der wärmefesten Faserschicht (G) mit vorbestimmter Wechselwirkung pressend auf eine Innen­ umfangsfläche des Außenrohrs (9) aufgesetzt ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers (M), umfassend: ein poröses Innenrohr (8), in dessen Umfangs­ wand eine große Anzahl kleiner Poren (8a) vorgesehen ist; ein Außenrohr (9), das das poröse Innenrohr (8) umgibt, ein Schallabsorptionsmaterial (I), das in einem ringförmi­ gen Zwischenraum zwischen dem porösen Innenrohr (8) und dem Außenrohr (9) enthalten ist; und eine Mehrzahl von Abgasexpansionskammern (C₁ bis C₄), die in dem porösen Innenrohr (8) gebildet und derart angeordnet sind, daß Abgas aufeinanderfolgend durch die Abgasexpansionskammern (C₁ bis C₄) hindurchtritt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Wickeln einer wärmefesten Faserschicht (G), auf die ein Bindemittel (B) aufgebracht ist, direkt um eine Außen­ umfangsfläche des porösen Innenrohrs (8) zur Bildung von Schallabsorptionsmaterial (I), dessen Außendurchmesser (D) größer als ein Innendurchmesser (d) des Außenrohrs (9) ist,
pressendes Aufsetzen einer Innenumfangsfläche des Außen­ rohrs (9) auf eine Außenumfangsfläche des in dem obigen Schritt gebildeten Schallabsorptionsmaterials (I).