DE4140429A1 - Schalldaempfer fuer verbrennungsmotore - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Verbrennungsmotore mit einem durch perforierte Querwände in vorzugsweise drei Kammern unter­ teilten Gehäuse, von denen die erste Kammer als Eintrittskammer und die letzte Kammer als Austrittskammer mit Absorptionsstoff gefüllt und die Zwischenkammer als Resonatorkammer ausgebildet ist und mit minde­ stens einem das Gehäuse schlangenförmig durchdringenden Abgasrohr.

Derartige Schalldämpfer werden vorzugsweise zum Einbau in Personen­ kraftfahrzeuge mit beschränkten Einbauverhältnissen und mit relativ hohen Motorleistungen verwendet.

Diese Schalldämpfer sind als Schlangenschalldämpfer bekannt. In dem DE-GM 19 02 285 ist ein solcher Schalldämpfer beschrieben, bei dem ein Abgaskanal das aus drei mit Absorptionsstoff gefüllten Kammern beste­ hende Gehäuse durchdringt und dabei eine Länge von ca. der dreifachen Gehäuselänge aufweist. Die 180° Umlenkungen erfolgen dabei in der Ein­ trittskammer bzw. der Austrittskammer, ferner ist in den Umlenkungen der Durchmesser des Abgaskanals vergrößert. Diese Schalldämpfer haben jedoch den Nachteil, daß Probleme mit der Haltbarkeit der Absorptions­ wolle auftreten, die durch die Beaufschlagung mit dem pulsierenden Ab­ gas ausgetragen wird. Damit ist aber eine Verschlechterung der Schall­ dämpfung verbunden.

Im Rahmen der Fahrzeugweiterentwicklung sind immer mehr Fahrzeugkaros­ sen aufgrund der cw-optimierten Entwicklungen sehr empfindlich gegen externe Anregungen von tieffrequenten Schwingungen, z. B. durch den Mündungsschall von Abgasanlagen. Auch durch die cw-optimierte Ausge­ staltung der Unterbodengruppe der Fahrzeuge und den serienmäßig inte­ grierten Katalysatoren ist der Bauraum für einen Vorschalldämpfer ent­ weder gar nicht mehr vorhanden oder nur in minimaler Baugröße. Das führt schließlich dazu, daß nahezu das gesamte Schalldämpfervolumen in einen sehr kompakten Nachschalldämpfer untergebracht werden muß. Die sehr einseitige Volumenanordnung führt in der Regel zu relativ niedri­ ger Dämpfungsleitung bei den bekannten Anordnungen, insbesondere im Fahrzeugbereich von 40 bis 100 Hz. Weitere bekannte Lösungen mit direkt beaufschlagten Reflexionskammern in Schlangenschalldämpfern zeigen eine Minderung der Dämpfungsleistung im Bereich bis 100 Hz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer aufzuzeigen, der durch einen geeigneten Innenaufbau als Nachschall­ dämpfer eine bessere Dämpfungsleistung im Bereich der niedrigen Fre­ quenzen aufweist. Dabei sind fahrzeugherstellerseitig in der Regel der Bauraum und der maximale Abgasgegendruck und damit das Schalldämpfer­ volumen bzw. der Endrohrdurchmesser vorgegeben.

Die Lösung dieser Aufgabe bildet ein Schalldämpfer, bei dem das Abgas­ rohr in einem ersten, mit Abgasdurchtrittsöffnungen versehenen Ab­ schnitt die Eintrittskammer sowie die Zwischenkammer durchdringt und in der Austrittskammer zur Zwischenkammer hin umgelenkt wird und in diese ragt, wobei der in die Zwischenkammer ragende Abschnitt aufge­ weitet ist, daß der zweite Abschnitt im Bereich der Zwischenkammer in den ersten Abschnitt des Abgasrohres ragt und in der Eintrittskammer zur Zwischenkammer hin umgelenkt wird, in diesem Abschnitt Abgasdurch­ trittsöffnungen aufweist und die Zwischenkammer sowie die Austritts­ kammer durchdringt.

Mit dieser Lösung wird ein Schalldämpfer aufgezeigt, der als Nach­ schalldämpfer eingebaut werden kann und der neben einer Verbesserung der Schalldämpfwerte verglichen mit einem Schlangenschalldämpfer in bezug auf das gesamte zu dämpfende Schallspektrum noch eine wesentlich bessere Haltbarkeit der Absorptionsstoffüllung durch in der Austritts­ kammer liegenden nicht perforierten Teil der Abgasleitung aufweist. Dabei kann durch Variation der Kammergröße der als Reflexionskammer wirkenden Zwischenkammer die Dämpfungsleistung auf eine bestimmte von dem Motor vorgegebene Frequenz optimiert werden. Dabei bildet die in­ direkte Ankopplung der Reflexionskammer ein wesentliches Merkmal.

Gemäß einer Weiterführung ist die zwischen dem Endabschnitt des ersten Abschnittes des Abgasrohres im Bereich der Zwischenkammer und dem in diesen Abschnitt ragenden Abschnitt des zweiten Abschnittes des Abgas­ rohres gebildete Ringraumfläche etwa gleich der Eintrittsfläche des in den ersten Abschnitt ragenden Abschnittes des zweiten Abschnittes. Diese Art der Ankopplung hat sich als überraschend wirksam erwiesen, da die Reflexionskammer als reiner Helmholzresonator wirkt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß ein weiteres Abgasaustrittsrohr angeordnet ist, das die Austrittskammer durchdringt und in die Zwischenkammer ragt. Dieses weitere Austritts­ rohr weist eine relativ niedrige Schalldämpfeigenschaft auf, dient aber zur Gegendruckabstimmung und trägt damit wesentlich zur Lei­ stungssteigerung der Anlage bei.

Eine noch weitere zweckmäßige Ausgestaltung ist dadurch gekennzeich­ net, daß das weitere Abgasaustrittsrohr die Austrittskammer und die Zwischenkammer durchdringt und in die Eintrittskammer ragt, zur Zwi­ schenkammer hin umgelenkt ist und in diese mündet. Diese Maßnahme führt zu einer merklichen Verbesserung der Schalldämpfwirkung des an sich akustisch nur gering wirksamen weiteren Abgasaustrittsrohres. Da­ bei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß das weitere Abgasaus­ trittsrohr im Bereich der Eintrittskammer und wahlweise auch im Be­ reich der Zwischenkammer Abgasdurchtrittsöffnungen aufweist. Diese Maßnahme trägt in bekannter Weise zur akustischen Ankopplung der Ein­ trittskammer und zu einer Verbesserung der Ankopplung der Reflexions­ kammer bei.

Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung weist das weitere Abgasaus­ trittsrohr außerhalb des Schalldämpfergehäuses ein Steuerelement auf, mit dem der Abgasdurchfluß gesteuert werden kann. Als solches Steuer­ element wird bevorzugt eine Steuerklappe verwendet, wobei die Steue­ rung last- und drehzahlabhängig erfolgen kann. Damit kann mit relativ einfachen Mitteln sehr gezielt auf den Abgasgegendruck im jeweiligen Betriebspunkt des Motors abgestimmt werden.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele vereinfacht und schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schalldämpfer mit einem Abgasrohr,

Fig. 2 einen Schalldämpfer nach Fig. 1 mit einem weiteren Abgasrohr,

Fig. 3 eine Variante der Fig. 2.

In der nachfolgenden Beschreibung gelten die gleichen Positionsnummern für alle Figuren, auch wenn sie dort nicht gesondert eingetragen sind. Der in den Figuren dargestellte Schalldämpfer besteht aus einem Ge­ häuse 1, das durch perforierte Trennwände 2, 3 in eine Eintrittskammer 4, eine Zwischenkammer 5 und eine Austrittskammer 6 unterteilt ist. Sowohl die Eintrittskammer 4 als auch die Austrittskammer 6 sind mit Absorptionsmaterial, wie z. B. Mineralwolle, gefüllt. Um ein Austragen dieses Absorptionsmaterials zu verhindern, können zwischen Absorp­ tionsmaterial und der jeweiligen perforierten Trennwand 2, 3 netz­ artige Metallfolien angeordnet sein. Die Zwischenkammer 5 ist im Um­ fangsbereich mit Absorptionsmaterial 7 belegt, das von einem Lochblech 8 gehalten wird. Die Zwischenkammer 5 ist sonst als Reflexionskammer ohne Absorptionsmaterial ausgebildet. Dieses Gehäuse 1 wird von einem Abgasrohr 9 durchdrungen, das in zwei Abschnitte 9a, 9b aufgeteilt ist und in Form einer Rohrschlange verläuft. Der erste Abschnitt 9a durch­ dringt die Eintrittskammer 4 sowie die Zwischenkammer 5 und wird in der Austrittskammer 6 umgelegt und ragt mit seinem Ende in die Zwi­ schenkammer 4. Dieser erste Abschnitt 9a des Abgasrohres 9 ist in den in den Figuren gezeigten Ausführungen im Bereich der Absorptionskam­ mern 4, 6 mit Abgasdurchtrittsöffnungen 10 versehen. Grundsätzlich kann auch der Bereich in der Zwischenkammer 5 mit Abgasdurchtrittsöff­ nungen versehen sein. Es ist auch möglich, die Abgasdurchtrittsöffnun­ gen 10 mit zunehmender Fläche beginnend mit dem Eintrittsbereich anzu­ ordnen, entweder durch eine Zunahme der Anzahl der Abgasdurchtritts­ öffnungen 10 oder deren Fläche z. B. Durchmesser, sie können ferner als Bohrungen und/oder als Schlitze ausgebildet sein. Der in die Zwischen­ kammer 5 ragende Abschnitt des ersten Abschnittes 9a des Abgasrohres 9 ist in seinem Endbereich, vorzugsweise dem nach der Umlenkung liegen­ den Bereich, aufgeweitet, so daß der zweite Abschnitt 9b des Abgasroh­ res 9 in ihn hereinreichen kann. Die Erweiterung erfolgt dabei auf etwa D₂ = 1,5 D₁, vorzugsweise D₂ = 1,41 D₁, wobei D₁ der Durchmesser des Abgasrohres 9 ist. Bei der bevorzugten Aufweitung auf D₂ = 1,41 D₁ ist die Ringfläche zwischen dem Endabschnitt des ersten Abschnittes 9a gleich der Eintrittsfläche in den zweiten Abschnitt 9b des Abgasrohres 9. Die Erweiterung kann eine Austrittstulpe bilden, so daß ein beson­ ders guter Anschluß der Zwischenkammer 5 als Resonatorkammer gegeben ist.

Der zweite Abschnitt 9b des Abgasrohres 9 durchdringt die Austritts­ kammer 6 und die Zwischenkammer 5 und ist in der Eintrittskammer 4 um­ gelenkt, so daß das Ende in den ersten Abschnitt 9a des Abgasrohres 9 im Bereich der Zwischenkammer 5 ragt. Dieser zweite Abschnitt 9a weist bei der bevorzugten Ausführungsform nur im Bereich der Eintrittskammer 4 Abgasdurchtrittsöffnungen 11 auf, die wie die Abgasdurchtrittsöff­ nungen 10 ausgebildet sein können. Diese Perforation kann sich auch im Bereich der Zwischenkammer 5 in den nicht in den ersten Abschnitt 9a ragenden Teil erstrecken. Um ein Austragen des Absorptionsstoffes aus der Austrittskammer 6 zu verhindern, ist der diese Kammer durchdrin­ gende Abschnitt des Abgasrohres 9 vorzugsweise ohne Perforation. Die­ ser Schalldämpfer wird vorzugsweise als Einrohrausführung verwendet, es können, falls erforderlich, jedoch auch zwei Rohre angeordnet wer­ den.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei gleichem Aufbau wie in Fig. 1 ein weiteres Abgasaustrittsrohr 20 angeordnet. Dieses durchdringt die Austrittskammer 6 und ragt in die Zwischenkam­ mer 5. Im Bereich dieser Zwischenkammer 5 weist das Abgasaustrittsrohr 20 eine düsenartige Einschnürung 21 auf zur besseren Ankopplung. Die­ ses weitere Abgasaustrittsrohr 20 ist im dargestellten Beispiel nicht perforiert sondern glatt. Es können jedoch auch, falls zur Abstimmung erforderlich, Abgasdurchtrittsöffnungen, vorzugsweise als Brause, in dem in die Zwischenkammer 5 ragenden Abschnitt angeordnet sein, evtl. auch in dem Endabschnitt in der Kammer 6. In dem aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Abschnitt des weiteren Abgasaustrittsrohrs 20 ist in größtmöglicher Nähe zum Gehäuse 1 ein Abgasdurchflußstaubelement 22 angeordnet. Dieses ist im einfachsten Fall eine Steuerklappe, die last- und drehzahlabhängig gesteuert werden kann, um insbesondere eine Leerlaufoptimierung hinsichtlich des Gegendruckes vornehmen zu können.

Bei der weiteren in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist das weitere Abgasaustrittsrohr 20 nach Fig. 2 durch die Zwischenkammer 5 hindurch­ geführt und in der Eintrittskammer 4 umgelenkt, so daß es mit seinem Ende in die Zwischenkammer 5 ragt. Im Umlenkabschnitt 23 weist das Ab­ gasaustrittsrohr 20 Abgasdurchtrittsöffnungen 24 auf. Auch bei dieser Ausführung ist ein Abgasdurchflußsteuerelement 22 wie bei der Ausfüh­ rung nach Fig. 2 vorgesehen.

Da bei den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 durch das weitere Ab­ gasaustrittsrohr 20 eine Vergrößerung der Austrittsfläche entsteht, ist bei diesen Ausführungen das Eintrittsrohr 9 durchmessergrößer als der Abschnitt 9b des Abgasrohres 9 und des weiteren Abgasaustrittsroh­ res 20. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist in den Fällen nach Fig. 2 und 3 D₁ ≈ 1,8 bis 2 D₂.

Claims (8)

1. Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit einem durch perforierte Querwände in vorzugsweise drei Kammern unterteilten Gehäuse, von denen die erste Kammer als Eintrittskammer und die letzte Kammer als Austrittskammer mit Absorptionsstoff gefüllt und die Zwischen­ kammer als Resonatorkammer ausgebildet ist und mit mindestens einem das Gehäuse schlangenförmig durchdringenden Abgasrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (9) in einem ersten, mit Abgasdurchtrittsöffnungen (10) versehenen Abschnitt (9a) die Eintrittskammer (4) sowie die Zwischenkammer (5) durchdringt und in der Austrittskammer (6) zur Zwischenkammer (5) hin umgelenkt wird und in diese ragt, wobei der in die Zwischenkammer (5) ragende Abschnitt aufgeweitet ist, daß der zweite Abschnitt (9b) im Bereich der Zwischenkammer (5) in den ersten Abschnitt (9a) des Abgasrohres (9) ragt und in der Eintrittskammer (4) zur Zwischenkammer (5) hin umgelenkt wird, in diesem Abschnitt Abgasdurchtrittsöffnungen (10) aufweist und die Zwischenkammer (5) sowie die Austrittskammer (6) durchdringt.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Endabschnitt des ersten Abschnittes (9a) des Abgas­ rohres (9) im Bereich der Zwischenkammer (5) und dem in diesen Abschnitt (9a) ragenden Abschnitt des zweiten Abschnittes (9b) des Abgasrohres (9) gebildete Ringraumfläche (F2) etwa gleich der Eintrittsfläche (F1) des in den ersten Abschnitt (9a) ragenden Abschnittes des zweiten Abschnittes (9b) ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Abgasaustrittsrohr (20) angeordnet ist, das die Aus­ trittskammer (6) durchdringt und in die Zwischenkammer (5) ragt.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Abgasaustrittsrohr (20) die Austrittskammer (6) und die Zwischenkammer (5) durchdringt und in die Eintrittskammer (4) ragt, zur Zwischenkammer (5) hin umgelenkt ist und in diese mündet.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Abgasaustrittsrohr (20) außerhalb des Schalldämpfer­ gehäuses (1) ein Abgasdurchflußsteuerelement (22) aufweist.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasdurchflußsteuerelement (22) eine Steuerklappe ist.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasdurchflußsteuerelement (22) last- und drehzahlabhängig gesteuert ist.

8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das weitere Abgasaustrittsrohr (20) im Bereich der Eintrittskammer (4) und wahlweise auch im Bereich der Zwischenkam­ mer (5) Abgasdurchtrittsöffnungen (24) aufweist.