DE4140429C2 - Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Verbren­ nungsmotoren mit einem durch Querwände in vorzugsweise drei Kammern unterteilten Gehäuse, wobei die erste Kammer und die letzte Kammer mit Absorptionsstoff gefüllt und die Zwischenkammer als Resonatorkammer ausgebildet ist, und mit mindestens einem das Gehäuse durchdringenden, im Bereich der Zwischenkammer längsgeteilten Abgasrohr mit Abgasdurchtrittsöffnungen, wobei der in die Zwischenkam­ mer hineinragende Endabschnitt des ersten Rohrabschnitts auf einen Durchmesser aufgeweitet ist, der größer als der Durchmesser des gegenüberliegenden Endabschnitts des zwei­ ten Rohrabschnitts ist, und der zweite Rohrabschnitt in den aufgeweiteten Endabschnitt des ersten Rohrabschnitts des Abgasrohres hineinragt.

Ein derartiger Schalldämpfer ist beispielsweise aus DE-A 21 15 240 bekannt. Der Schalldämpfer besitzt zwei gerade koaxial zueinander ausgerichtete Rohrabschnitte, wobei der konisch aufgeweitete Endabschnitt des ersten Rohrab­ schnitts - der sogenannte Diffusor - in der ersten Kammer angeordnet ist. Der zweite Rohrabschnitt besitzt Abgas­ durchtrittsöffnungen im Bereich der letzten Kammer. Die Anordnung ist so getroffen, daß gute Dämpfungseigenschaf­ ten gerade bei kleiner Baugröße eines Schalldämpfers ins­ besondere im niederfrequenten Bereich nicht gegeben sind, und demzufolge der bekannte Schalldämpfer zum Einbau in Personenkraftfahrzeuge mit beschränkten Einbauverhältnis­ sen und mit relativ großer Motorleistungen nur bedingt ge­ eignet ist.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Auf­ gabe der Erfindung, einen Schalldämpfer der eingangs ge­ nannten Art derart weiterzubilden, daß er bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Fertigung insbesondere zum Ein­ bau in Kraftfahrzeugen mit beschränkten Einbauverhältnis­ sen und relativ hoher Motorleistung geeignet ist, ohne Einbußen in der Schalldämpfungscharakteristik insbesonde­ re im niederfrequenten Bereich hinnehmen zu müssen.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 8.

Wesen der Erfindung ist, daß das Abgasrohr das Gehäuse schlangenförmig durchdringt, wobei der erste Rohrab­ schnitt die erste Kammer sowie die Zwischenkammer durch­ dringt und in der letzten Kammer zur Zwischenkammer hin querschnittserweiternd umgelenkt ist, und der zweite Rohrabschnitt in der ersten Kammer umgelenkt ist und nach der Umlenkung die Zwischenkammer und die Austrittskammer ohne Abgasdurchtrittsöffnungen durchdringt.

Im Gegensatz zum bekannten vorgenannten Schalldämpfer ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer ein Schlangenschall­ dämpfer, bei dem die Querschnittserweiterung des ersten Rohrabschnittes mittels einer speziellen Umformtechnik in der Krümmung des Rohres in der letzten Kammer gebildet ist, so daß eine Art gekrümmter Diffusor entsteht, und der zweite Rohrabschnitt die Zwischenkammer und die letz­ te Kammer unperforiert durchdringt. Damit wird erreicht, daß der Schalldämpfer besonders gute Dämpfungseigenschaf­ ten im niederfrequenten Bereich sowie kleine Abmessungen und eine höhere Lebensdauer, insbesondere bezüglich des Füllstoffes, aufweist.

Zwar sind Schlangenschalldämpfer grundsätzlich bekannt, z. B. aus DE-GM 19 02 285 oder DE-OS 41 03 361, nicht je­ doch in der kompakten Erfindungsvariante insbesondere mit einem gekrümmten Diffusor in der letzten Kammer.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Schalldämpfer aufgezeigt, der als Nachschalldämpfer eingebaut werden kann und der in bezug auf das gesamte zu dämpfende Schall­ spektrum eine sehr gute Haltbarkeit der Absorptionsfül­ lung 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 nach 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 alks 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 wiest 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 Querwände (2, 3) in vorzugsweise drei Kammern unter­ teilten Gehäuse (1), wobei die erste Kammer (4) und die letzte Kammer (6) mit Absorptionsstoff gefüllt und die Zwischenkammer (5) als Resonatorkammer ausgebildet ist, und mit mindestens einem das Gehäuse durchdrin­ genden, im Bereich der Zwischenkammer längsgeteilten Abgasrohr (9) mit Abgasdurchtrittsöffnungen, wobei der in die Zwischenkammer hineinragende Endabschnitt des ersten Rohrabschnitts (9a) auf einen Durchmesser (D2) aufgeweitet ist, der größer als der Durchmesser (D1) des gegenüberliegenden Endabschnitts des zweiten Rohrabschnitts (9b) ist, und der zweite Rohrabschnitt (9b) in den aufgeweiteten Endabschnitt des ersten Rohrabschnitts (9a) des Abgasrohres (9) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (9) das Gehäuse (1) schlangenförmig durchdringt, wobei der erste Rohrabschnitt (9a) die erste Kammer (4) sowie die Zwischenkammer (5) durch­ dringt und in der letzten Kammer (6) zur Zwischenkam­ mer (5) hin querschnittserweiternd umgelenkt ist, und der zweite Rohrabschnitt (9b) in der ersten Kammer (4) umgelenkt ist und nach der Umlenkung die Zwischenkam­ mer (5) und die Austrittskammer (6) ohne Abgasdurch­ trittsöffnungen durchdringt.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Endabschnitt des ersten Rohrab­ schittes (9a) des Abgasrohres (9) im Bereich der Zwi­ schenkammer (5) und dem in diesen Rohrabschnitt (9a) ragenden Abschnitt des zweiten Rohrabschnittes (9b) des Abgasrohres (9) gebildete Ringraumfläche (F2) etwa gleich der Eintrittffläche (F1) des in den ersten Rohrabschnitt (9a) ragenden Abschnittes des zweiten Rohrabschnittes (9b) ist.

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

4. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Abgasaustrittsrohr (20) die letzte Kammer (6) und die Zwischenkammer (5) durchdringt und in die erste Kammer (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 Gehäuses (1) des Schalldämpfers ein Abgasdurchfluß­ steuerelement (22) aufweist.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasdurchflußsteuerelement (22) eine Steuer­ klappe 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 gekennzeichnet, daß das weitere Abgasaustrittsrohr (20) im Bereich der ersten Kammer (4) und wahlweise auch im Bereich der Zwischenkammer (5) Abgasdurchtrittsöffnungen (24) auf­ weist.