DE19948146A1 - Abgasschalldämpfer - Google Patents
AbgasschalldämpferInfo
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Abstract
Der insbesondere als Abgasendschalldämpfer geeignete und konzipierte Abgasschalldämpfer ist als reiner Helmholtz-Resonator ausgebildet und zeichnet sich auf kleistem Bauraum durch überdurchschnittlich hohe Dämpfungseffektivität und die Möglichkeit eines modularen Aufbaus ebenso wie durch die Möglichkeit eines akustischen Designs der Abgasgeräuschdämpfung im Feintuningbereich aus. Dies wird dadurch ermöglicht und verwirklicht, daß das abgasführende Rohr, das kontinuierlich durch das Dämpfergehäuse geführt ist, in mindestens zwei, vorzugsweise drei Strängen mit großen Krümmerradien praktisch dissipationsfrei bleibt und durch die in jede Kammer aus zwei oder drei Strängen sich öffnenden Wirkquerschnitte der Resonanzöffnungen einen hohen Dämpfungsgrad zu verwirklichen erlaubt.
Description
Zum Dämpfen von Abgasgeräuschen von Verbrennungsmotoren,
speziell von Kraftfahrzeugantrieben, stehen dem Entwickler im
wesentlichen drei nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien
wirkende Dämpfertypen zur Verfügung, nämlich Helmholtz-Resonatoren,
Dissipationsdämpfer und Absorptionsdämpfer.
Aus der Zeitschrift "Automotive Engineering", Juni 1977, dort Seite 45
Fig. 5 mit zugehörigem Text auf Seite 44 mittlere Spalte Absatz 2 bis
Seite 45 linke Spalte Absatz 1 ist ein dreirohriger Abgasschalldämpfer
bekannt. Bei diesem Abgasschalldämpfer sind drei achsparallel
zueinander ausgerichtete gasführende Rohrabschnitte in einem
Dämpfergehäuse derart angeordnet, daß sie eine axiale Folge von zwei
voneinander gasdicht isolierten Dämpfergehäusekammern durchsetzen.
Jeder der drei Rohrabschnitte ist mit Öffnungen versehen, die sich in
jeweils zugeordnete Dämpfergehäusekammern kommunizierend öffnen.
Der in Strömungsrichtung des Gases erste, eingangsseitige
Rohrabschnitt ist endseitig geschlossen ausgebildet und vor diesem
Endbereich mit Öffnungen versehen, durch die hindurch das Abgas
dissipativ in eine erste Abgasschalldämpferkammer ungefähr
rechtwinkelig abgelenkt eintreten kann.
In diese erste Abgasschalldämpferkammer öffnet sich über eine
entsprechende Rohrwandperforation der zweite Rohrabschnitt des
Schalldämpfers, der an seinen beiden Stirnseiten geschlossen
ausgebildet ist. Das in die erste Abgasschalldämpferkammer
gelangende Abgas tritt durch die Perforation des zweiten Rohres
wiederum dissipativ und unter rechtwinkeliger Umleitung in den zweiten
Rohrstutzen ein. Durch die zweimalige rechtwinkelige Umleitung des
Gasstroms verläuft dieser nun der Richtung des am Einlaßstutzen
eintretenden Abgasstromes axial entgegengerichtet.
Am einlaßseitig des Abgasschalldämpfers gelegenen axial
verschlossenen Ausgangsabschnitt des zweiten Rohrabschnitts tritt das
Abgas unter erneuter rechtwinkeliger Umlenkung dissipativ in eine
zweite Dämpfergehäusekammer ein.
In diese zweite Gehäusekammer hinein öffnet sich neben dem
Endabschnitt des zweiten Rohrabschnitts auch der stirnseitig ebenfalls
verschlossene Eingangsabschnitt des dritten Rohrabschnitts, der
ebenfalls entsprechende Öffnungen für einen Gaseintritt aufweist. Das
wiederum rechtwinkelig und dissipativ umgeleitete Abgas verläßt dann
über einen nicht perforierten Ausgangsabschnitt des dritten
Rohrabschnitts den Abgasschalldämpfer.
Das auf diese Weise auf einem S-förmigen Weg über drei voneinander
getrennte Rohrabschnitte durch den Abgasschalldämpfer
hindurchgeführte Abgas wird also insgesamt durch eine 360° betragene
Ablenkung dissipativ gedämpft.
Durch diese Folge dissipativer Gasstromumlenkungen müssen jedoch
nicht nur erhebliche Strömungsverluste im Abgasfluß, sondern auch das
unvermeidliche Auftreten von Obertonresonanzen hingenommen werden
(I.c. Seite 44 Fig. 3 obere Kurze).
Zum gezielten Ausfiltern solcher schmalen Störfrequenzbereiche ist der
Eingangsabschnitt des dritten Rohrabschnitts des bekannten
Abgasschalldämpfers in der in Fig. 4 auf Seite 45 des Standes der
Technik gezeigten Weise als Helmholtz-Resonator ausgebildet und auf
die entsprechenden schmalen Störbänder abgestimmt. Der
Eingangsabschnitt des dritten Rohrabschnitts des bekannten
Abgasschalldämpfers wirkt also in Zusammenspiel mit dem perforierten
Ausgang des zweiten Rohrabschnitts bifunktionell, nämlich sowohl als
dissipativer Reflexionsschalldämpfer als auch als Helmholtz-Resonator.
Konstruktionen dieser und ähnlicher Bauweise arbeiten mit hohen
Strömungsverlusten im Abgasstrom und damit mit hohen
Leistungsverlusten im Antriebsstrang. Diese Verluste mögen für den im
Stand der Technik als Beispiel erläuterten V8-Motor vielleicht nicht allzu
bedeutend sein, sind jedoch beispielsweise in einem 3l-Fahrzeug nicht
mehr einsetzbar. Sie weisen zudem eine zwar breitbandige, aber im
Wirkungsgrad nur mäßig effektive Dämpfung auf. Außerdem bedarf es
für weitere auftretende Resonanzstörungen weiterer vorgeschalteter
oder nachgeschalteter Resonatoren, um alle Störgeräusche eines
Kraftfahrzeugs im Abgasbereich wirkungsvoll herausdämpfen zu können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das
Problem zugrunde, breitbandig gezielt abstimmbare Abgasschalldämpfer
zu schaffen, die bei verbessertem Schalldämpfungswirkungsgrad die
Leistung des Antriebsaggregats praktisch nicht vermindern und dabei
ausgesprochen kompakt hinsichtlich ihrer Baugröße ausgelegt werden
können.
Die Erfindung löst dieses Problem durch einen Abgasschalldämpfer, der
die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
Im einzelnen zeichnet sich der Abgasschalldämpfer mit den Merkmalen
der Erfindung vor allem durch die Kombination zweier Merkmale aus,
nämlich durch die Auslegung als reiner Helmholtz-Resonator mit einer
Folge mehr oder minder schmaler, und sich von Kammer zu Kammer
überlappender Dämpfungsfrequenzbänder, die im Fein-Tuning auch
einem akustischen Design zugänglich sind, und zum anderen durch eine
Konfiguration des gasführenden Abgasrohres im Dämpfergehäuse
derart, daß dieses ohne Unterbrechung und im höchstmöglichen Maße
ohne dissipativ wirkende Elemente und ohne merkliche
Strömungsverluste im Abgasstrom zu erzeugen durch jede
Resonatorkammer des Dämpfergehäuses zumindest zweimal, ggf. auch
dreimal hindurchgeführt ist. Äquivalent zu einem solchen zweimaligen
oder dreimaligen Hindurchführen des Abgasrohres durch die Kammer
sind die mit größtmöglichem Radius ausgeführten Bogenstücke
anzusehen, die jeweils die vorzugsweise stirnseitig letzte
Dämpferkammer der axialen Folge von Dämpferkammern durchsetzen.
Durch das Durchsetzen ein und derselben Resonatorkammer mit
identisch abgestimmten Öffnungsdaten einer und derselben
durchgehenden Abgasrohrleitung wird eine signifikante Erhöhung der
Dämpferleistung erzielt, ohne daß entweder ein zweiter separater
Dämpfer in Serie oder parallel dazugeschaltet zu werden braucht, noch
das die axiale Baulänge des die Kammer umschließenden
Dämpfergehäuses vergrößert zu werden braucht.
Die Summe der auf diese Weise mit dem Abgasschalldämpfer gemäß
der Erfindung erzielbaren Vorteile läßt diesen Schalldämpfer
insbesondere die besten Eigenschaften für den Bau von
Abgasendschalldämpfern mitbringen.
Bei dieser Konstruktion läßt sich schließlich auch die deutliche Tendenz
zur Modularisierung im Kraftfahrzeugbau dadurch auffangen, daß die
abgasführenden Lochrohre des Helmholtz-Resonators als Einlegteile,
insbesondere aus Aluminiumdruckguß oder Kunststoff, bei identischer
Einlegekonfiguration mit auf die jeweils durch die identischen
Kammerkonfigurationen vorgegebenen Volumina unterschiedlich
gestimmten Öffnungskenndaten ausgebildet werden können. Dies
ermöglicht eine flexible Produktion baugleicher, aber auf beispielsweise
unterschiedliche Triebwerke unterschiedlich abgestimmter
Abgasendschalldämpfer.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt nach I-I in
Fig. 2; und
Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Abgasschalldämpfer mit den
Merkmalen der Erfindung besteht aus einem Dämpfergehäuse 1, in dem
ein U-förmig konfiguriertes abgasführendes Rohr 2 zentral eingelegt ist.
Der Querschnitt des abgasführenden Rohres 2 ist ebenfalls oval
abgeflacht ausgebildet, wobei die langen Achsen des Querschnitts des
Gehäuses 1 und des Querschnitts des Rohres 2 koaxial zueinander
ausgerichtet sind. An seiner Einlaßseite 3 weist das Rohr 2 einen nicht
dargestellten Einlaßanschlußstutzen, an seiner Auslaßseite 4 einen in
den Figuren ebenfalls nicht dargestellten Auslaßstutzen für das das
Abgasrohr 2 durchströmende Abgas auf.
Das gasführende Rohr 2 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 5
versehen, die in der Fig. 1 lediglich schematisch angedeutet sind.
Das Dämpfergehäuse 1 ist in eine axiale Folge von
Dämpfergehäusekammern 6 unterteilt, die untereinander jeweils
gasdicht hermetisch voneinander getrennt sind und von denen je ein von
den jeweils anderen Kammern abweichendes Resonanzvolumen
aufweist. Dabei wird durch die radiale Zweistufigkeit der Ausbildung des
Dämpfergehäuses 1 eine axiale Verkürzung der Gehäusedimension
erzielt, die sich insbesondere für die größeren Kammervolumen
bemerkbar macht.
Die im gasführenden Rohr 2 ausgebildeten Öffnungen 5 sind so
angeordnet, daß sie sich jeweils in nur eine Kammer 6 öffnen, also keine
zwei aneinandergrenzenden Kammern überbrücken. In jede der
einzelnen Kammern 6 öffnen sich jeweils in das Innere des
gasführenden Rohres kommuniziertende Öffnungen gleicher
Öffnungskenndaten, die jedoch auf den jeweils einander
gegenüberliegenden achsparallel zueinander verlaufenden Schenkeln
des U-förmigen ausgebildeten gasführenden Rohres ausgebildet sind.
Dies trifft zwar nicht für die in der Fig. 1 oberste
Dämpfergehäusekammer 6' mit dem größten Kammervolumen zu, wird
jedoch durch das relativ lange Bogenstück und die Dämpfung der
gleichzeitig tiefsten gedämpften Frequenzen in diesem Bereich praktisch
vollwertig kompensiert.
Insgesamt wird durch diese gleichsam im Dämpfungs-Gesamtquerschnitt
verdoppelte Dämpfungswirkfläche praktisch auch eine Verdoppelung der
Dämpferwirkung erzielt, ohne daß das Dämpfergehäuse
überdimensioniert zu werden braucht.
In der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise ist bei dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel das gasführende Rohr U-förmig konfiguriert, so daß
die Einlaßseite 3 und die Auslaßseite 4 des Abgasschalldämpfers auf
einer axialen Seite des Abgasschalldämpfers nebeneinander liegen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich jedoch statt
des Auslaßanschlusses 4 ein weiterer Krümmer anschließen, der in
einem dritten Strang, beispielsweise oberhalb oder unterhalb der
Schnittebene I-I in Fig. 2 zur gegenüberliegenden tieftönigen Stirnseite
des Dämpfergehäuses 1 führt und dort einen Ausgangsanschluß zur
Verfügung stellt, so daß Einlaß 3 und Auslaß 4' in gleichsinniger
Stromrichtung zu beiden Stirnseiten des Abgasschalldämpfers einander
gegenüberliegen.
Beiden Ausführungsformen, der U-förmigen Rohrkonfiguration ebenso
wie der S-förmigen Rohrkonfiguration, ist gemeinsam, daß sie keinerlei
Einbauten, Schikanen oder abrupte Strömungsrichtungswechsel
aufweisen und im Abgasstrom auf diese Weise nur zu minimalen
Strömungsverlusten führen. Dies bedeutet, daß selbst durch die
ungewöhnlich hohe und präzise Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit des
Abgasschalldämpfers gemäß der Erfindung praktisch keine Einbußen an
Motorleistung hinzunehmen sind.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, daß in einem extrem breiten
Frequenzband durch die hohe Anzahl der einzelnen im Dämpfergehäuse
untergebrachten Dämpferkammern ein selektives Dämpfen des
Abgasgeräusches nach den Vorstellungen des akustischen Designs mit
einfachsten Mitteln, nämlich einer Anpassung der Öffnungskenndaten,
Querschnitt und Wandhöhe, vorgenommen werden kann.
Die dieser Beschreibung beigefügte Zusammenfassung ist Bestandteil
der vorliegenden Offenbarung.
Claims (7)
1. Abgasschalldämpfer, bestehend aus einem Öffnungen definierten
Querschnitts und definierter Wandungshöhe aufweisenden
gasführenden Rohr, das in einem Dämpfergehäuse derart
angeordnet ist, dass es eine axiale Folge voneinander gasdicht
isolierter Dämpfergehäusekammern durchsetzt, in die hinein sich die
Öffnungen des gasführenden Rohres kommunizierend öffnen,
gekennzeichnet durch
eine Abstimmung des Volumens aller Kammern (6) des
Dämpfergehäuses (1) in Verbindung mit den definierten
Öffnungskenndaten aller Öffnungen (5) der jeweils einer
Dämpfergehäusekammer (6) kommunizierend zugeordneten Öffnungen
des gasführenden Rohres (2) auf ein jeweils zu bedämpfendes
Störfrequenzband aus dem Geräuschspektrum der Abgase, und durch
eine solche Führung des gasführenden Rohres (2) durch die
Dämpfergehäusekammern (6) hindurch, dass dieses unter Einhaltung
minimaler Dissipationsverluste jede der Dämpfergehäusekammern
mindestens zweimal durchläuft.
2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine U-förmige Konfiguration (3, 4) der Rohrführung in dem
Dämpfergehäuse (1).
3. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine S-förmige Konfiguration (3, 4') der Rohrführung in dem
Dämpfergehäuse (1).
4. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch
ein gasführendes Rohr (2) aus Aluminiumdruckguss oder Kunststoff.
5. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch
eine Ausbildung des gasführenden Rohres (2) als Einlegeteil für ein
zweigeteilt konfiguriertes Dämpfergehäuse (1).
6. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch
eine Ausbildung des gasführenden Rohres (2) als Teil einer modularen
Serie von Einlegeteilen mit auf jeweils gleiche
Dämpfergehäusekammervolumen abgestimmten, jeweils voneinander
verschieden dimensionierten Öffnungskenndaten.
7. Verwendung des Abgasschalldämpfers mit den Merkmalen nach
einem der Ansprüche 1 bis 6 als Abgasendschalldämpfer in
Abgasanlagen von Personenkraftwagen.
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Applications Claiming Priority (1)
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