DE19729666C2

DE19729666C2 - Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik

Info

Publication number: DE19729666C2
Application number: DE19729666A
Authority: DE
Inventors: Bernd Fuhrmann
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 1996-07-20
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: US5917161A; JPH1077822A; DE19729666A1

Description

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik für pulsierende Gase gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schalldämpfer ist bekannt aus der DE G 94 05 771. Diese Schrift lehrt, zur Betätigung eines Ventiltellers eine Membrandose zu verwenden, deren Niederdruckseite mit der Atmosphäre und deren Hochdruckseite mit dem Inneren des Schalldämpfergehäuses in Verbindung steht. Um die Temperaturbelastung der elastischen Membran so gering wie möglich zu halten, muss die Membrandose außerhalb des Schalldämpfergehäuses angebracht werden. Dadurch wird eine Gehäusedurchführung für die Kolbenstange erforderlich. Der Platzbedarf des Schalldämpfergehäuses steigt. Außerdem kann die Membrandose durch Steinschlag beschädigt werden.

Aus der DE U 89 08 244 ist ebenfalls ein Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik bekannt, der zur Betätigung des Ventiltellers ein Wellrohr verwendet. Dieses Wellrohr ist im Schalldämpfergehäuse untergebracht. Das Innere des Wellrohrs ist über eine Druckleitung mit dem Eingangsrohr des Schalldämpfers verbunden, wodurch erreicht werden sollte, dass im Inneren des Wellrohrs ein um so höherer Druck aufgebaut wird, je mehr Abgas in das Schalldämpfergehäuse einströmt. Tatsächlich tritt jedoch der gegenteilige Effekt ein, der Druck im Inneren des Wellrohres wird um so geringer, je schneller die Abgase in das Schalldämpfergehäuse strömen.

Als weiterer Nachteil hat sich herausgestellt, dass die Druckdifferenzen im Inneren eines Schalldämpfergehäuses gering sind, so dass zur Erreichung einer ausreichend großen Kraft zur Betätigung des Ventiltellers Wellrohre mit großem Querschnitt erforderlich werden, wodurch jedoch die akustischen Eigenschaften des Schalldämpfers negativ beeinflusst werden.

Als weiterer wesentlicher Nachteil hat sich die geringe Stabilität der handelsüblichen Wellrohre herausgestellt, die durch im Fahrbetrieb auftretende Vibrationen und Stöße beschädigt werden.

Nachteilig ist schließlich auch das Verschließen des Endrohrs, wie es in der DE U 89 08 244 offenbart ist, weil dies das Entstehen von hochfrequentem Rauschen zur Folge hat, hervorgerufen durch die erhöhte Gasgeschwindigkeit in dem nicht verschlossenen Endrohr. Solche Konstruktionen werden vom Fachmann daher einhellig abgelehnt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik der eingangs genannten Art anzugeben, der extrem einfach und betriebssicher ist und eine optimale Akustik besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der minimalen Anzahl bewegter Teile. Die Betätigungskraft ist maximal, da die gesamte Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse und der Atmosphäre ausgenutzt wird. Komplizierte Umlenkungen entfallen, da das Wellrohr sich bei steigendem Gehäuseinnendruck verkürzt.

Wellrohre sind in allen gewünschten Abmessungen und mit jeder benötigten Qualität handelsüblich, auch für die Temperaturen, die in Abgas-Schalldämpfern auftreten. Dank der hohen Betätigungskräfte, ausgelöst durch die große Druckdifferenz, genügen Wellrohre mit kleinem Querschnitt.

Die freie Atmosphäre als Quelle verringerten Drucks steht jederzeit zur Verfügung. Alternativ kommt als Quelle auch der Ansaugtrakt des Motors in Betracht, dessen Druck unter dem Atmosphärendruck liegt.

Da das feste Ende des Wellrohrs in eine Öffnung des Gehäuses eingesetzt und zur Atmosphäre offen ist, entfällt ein besonderes Druckrohr.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung stützt ein innenliegendes Stützrohr das Wellrohr.

Alternativ kann auch ein außenliegendes Stützrohr verwendet werden, um das Wellrohr zu stützen und zu schützen.

In beiden Fällen besteht dank des Stützrohrs die Möglichkeit, lange und/oder weiche Wellrohre einzusetzen, um auch große Ventilhübe realisieren zu können.

Die Form des Ventiltellers lässt sich in weiten Grenzen variieren. Zum Beispiel lässt sich so die Gasströmung in bestimmte Bahnen lenken. Insbesondere besteht jedoch die Möglichkeit, die Abhängigkeit zwischen Hub und Spaltquerschnitt zu beeinflussen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zwischen Wellrohr und Ventilteller ein Führungsrohr und zwischen Stützrohr und Führungsrohr ein Drahtkissen, welches als Schiebelager dient. Auch diese Maßnahme dient der Erhöhung der mechanischen Festigkeit.

Vorzugsweise verschließt ein napfförmiger Boden das fixe Ende des Wellrohrs, wobei der Boden eine Öffnung besitzt, über die die Verbindung des Wellrohr-Innenraums zur Atmosphäre hergestellt wird.

Wie schon erwähnt, eignen sich zur Realisierung großer Ventilhübe lange und/oder weiche Wellrohre. Falls dabei die Notwendigkeit besteht, die Federkonstante des Wellrohrs zu erhöhen, kann eine zusätzliche Feder verwendet werden, je nach gewünschter Federcharakteristik eine zylindrische Schraubenfeder, eine Kegelfeder usw.

Vorzugsweise befindet sich die Feder zwischen innenliegendem Stützrohr und Ventilteller.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Feder auch zwischen dem fixen und dem beweglichen Ende des Wellrohrs zu positionieren.

Schließlich besteht die Möglichkeit, mit einem Wellrohr mehr als einen Ventilteller zu bewegen bzw. mehrere Wellrohre einzusetzen, vorzugsweise mit unterschiedlicher Ansprechcharakteristik, um so eine mehrstufige Veränderung der Akustik zu realisieren.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 rein schematisch einen Längsschnitt durch einen Abgas-Schalldämpfer bei geringem Massenstrom,

Fig. 2 den Schalldämpfer der Fig. 1 bei hohem Massenstrom,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Wellrohrs,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Wellrohrs und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Wellrohrs.

Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch einen Abgas-Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren. Ein Gaszuleitungsrohr 1 mündet in ein Schalldämpfergehäuse 2, in dem beispielhaft drei Schalldämpferrohre 3.1, 3.2, 3.3 integriert sind. Ein Gasableitungsrohr 7 führt das Gas aus dem Gehäuse 2 heraus.

Das Ende des mit dem Gaszuleitungsrohr 1 verbundenen Rohres 3.1 ist mittels eines Ventiltellers 5 verschließbar. Die Betätigung des Ventiltellers 5 erfolgt mit Hilfe eines Wellrohrs 10, dessen bewegliches Ende gasdicht verschlossen ist und den Ventilteller 5 trägt. Das fixe Ende des Wellrohrs 10 ist gasdicht in eine Öffnung des Schalldämpfergehäuses 2 eingesetzt, so dass das Innere des Wellrohrs 10 über eine Öffnung 26 direkte Verbindung zur Atmosphäre hat. So kann ein gesondertes Druckrohr vom Wellrohr 10 zur Atmosphäre entfallen.

Das Innere des Gehäuses 2 ist durch zwei Zwischenwände 22, 24 in drei Kammern 21, 23, 25 unterteilt. Beide Zwischenwände 22, 24 sind perforiert. Alle drei Kammern 21, 23, 25 sind als Expansionskammern dimensioniert. Ein Abgasrohr 3.2 mit reduziertem Querschnitt durchdringt parallel zu dem mittels Ventilteller 5 verschließbaren Rohr 3.1 die Zwischenwände 22, 24.

Ist wie in der Fig. 1 dargestellt das Rohr 3.1 durch den Ventilteller 5 verschlossen, weil die Druckdifferenz zwischen Gehäuse 2 und Atmosphäre klein ist, strömt das Abgas durch eine Perforation 3.5 in die Expansionskammer 21, um dann in das Rohr 3.3 einzutreten und über das Endrohr 7 das Schalldämpfergehäuse 2 zu verlassen.

Ist wie in Fig. 2 dargestellt der Ventilteller 5 geöffnet, weil die Druckdifferenz zwischen Gehäuse 2 und Atmosphäre groß ist, strömt das Abgas über das Rohr 3.1 in die dritte Kammer 25, durch das Rohr 3.2 in die erste Kammer 21 und verlässt das Schalldämpfergehäuse 2 wieder über das Rohr 3.3 und das Endrohr 7.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform. Eingesetzt in eine Öffnung des Schalldämpfergehäuses 2 erkennt man das Wellrohr 10, dessen fixes Ende gasdicht auf ein innenliegendes Stützrohr 32.1 mit napfförmigem Boden 31.1 aufgeschweißt ist. Im Boden 31.1 sitzt die Öffnung 26 zur Atmosphäre.

Ein äußeres Schutzrohr 33 schützt das Wellrohr 10 gegen Beschädigungen.

Auf das bewegliche Ende des Wellrohrs 10 ist ein Führungsrohr 29.1 aufgesetzt. Ein Verschlussdeckel 5.1 verschließt das freie Ende des Führungsrohrs 29.1 gasdicht.

Auf das Ende des innenliegenden Führungsrohrs 32.1 ist ein Drahtkissen 30 oder ein ähnlich wirkendes Element als Schiebelager für das Führungsrohr 29.1 aufgelegt. Zwischen dem innenliegenden Schutzrohr 32.1 und dem Verschlussdeckel 5.1 erkennt man eine Kegelfeder 28.1, mit deren Hilfe die Federkonstante des Wellrohrs 10 verändert werden kann.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier ist ein außenliegendes Stützrohr 33.2 vorgesehen, welches gleichzeitig die Funktion des Schutzrohrs erfüllt. Das Drahtkissen 30 ist mit dem Wellrohr 10 bzw. dem Führungsrohr 29.2 verbunden. Das freie Ende des Führungsrohrs 29.2 ist durch einen flachen Deckel 5.2 verschlossen.

Eine zylindrische Schraubenfeder 28.2 zur Veränderung der Federkonstanten des Wellrohrs 10 ist zwischen dem napfförmigen Boden 31.2 und dem Drahtkissen 30 bzw. dem beweglichen Ende des Wellrohrs 10 positioniert.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dieses entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, wobei jedoch das freie Ende des Führungsrohrs 29.3 durch einen topfförmigen Deckel 5.3 verschlossen ist.

Die in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Deckel 5.1, 5.2, 5.3 können ohne weiteres als Ventilteller 5 verwendet werden. Andere Ventilteller 5 sind ebenfalls verwendbar.

Es versteht sich, dass in einem Schalldämpfergehäuse nicht nur ein einziges Schalldämpferrohr mittels Ventilteller und Wellrohr geöffnet und verschlossen werden kann, sondern dass mit mehreren Ventiltellern und Wellrohren auch mehrere Schalldämpferrohre geöffnet und geschlossen werden können. Dabei empfiehlt es sich, zwecks Erreichung einer mehrstufigen akustischen Anpassung die Wellrohre mit unterschiedlichen Ansprechcharakteristiken auszuführen.

Claims

1. Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik für pulsierende Gase, umfassend

- ein Gehäuse (2),
- ein Gaszuleitungsrohr (1) in das Gehäuse (2),
- darin integrierte Rohre (3.1, 3.2, 3.3, 3.4),
- wenigstens einen Ventilteller (5) zum Öffnen und Schließen wenigstens eines der Rohre (3.1, . . . 3.4),
- wenigstens ein Betätigungsorgan in Form eines Wellrohrs (10) im Gehäuse (2),
- das feste Ende des Wellrohrs (10) ist am Gehäuse (2) befestigt,
- das bewegliche Ende des Wellrohrs (10) bewegt den Ventilteller (5),
- und ein Gasableitungsrohr (7) aus dem Gehäuse (2),
- das Innere des Wellrohrs (10) hat Verbindung zur Atmosphäre,
- der Ventilteller (5) verschließt eines der integrierten Rohre (3.1),

gekennzeichnet durch die Merkmale:

- das feste, zur Atmosphäre offene Ende des Wellrohrs (10) ist direkt in eine Öffnung des Gehäuses (2) eingesetzt,
- ein Stützrohr (32.1, 32.2) stützt das Wellrohr (10). mit dem es über ein Schiebelager beweglich verbunden ist.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Stützrohr (32.1) stützt das Wellrohr (10) von innen.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Stützrohr (32.2) stützt und schützt das Wellrohr (10) von außen.

4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- der Ventilteller (5) ist als Strömungslenkungselement geformt.

5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- zwischen Wellrohr (10) und Ventilteller (5) befindet sich ein Führungsrohr (29.1, 29.2, 29.3),
- zwischen Stützrohr (31.1, 31.2) und Führungsrohr (29.1, 29.2, 29.3) befindet sich ein Drahtkissen (30) als Schiebelager.

6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- ein napfförmiger Boden (31.1, 31.2) verschließt das fixe Ende des Wellrohrs (10),
- der Boden (31.1, 31.2) besitzt eine Öffnung (26).

7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- eine Feder (28.1, 28.2) erhöht die Federkonstante des Wellrohrs (10).

8. Schalldämpfer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Feder (28.1) ist zwischen innenliegendem Stützrohr (32.1) und Ventilteller (5.1) positioniert.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Feder (28.2) ist zwischen dem fixen und dem beweglichen Ende des Wellrohrs (10) positioniert.

10. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- es sind mehrere Ventilteller (5) und Wellrohre (10) vorgesehen,
- die Wellrohre (10) besitzen unterschiedliche Ansprechcharakteristiken,
- die Ventilteller (5) verschließen unterschiedliche Rohre (3.1, 3.2, 3.3, 3.4).