DE9406200U1 - Bimodale Schalldämpferanlage - Google Patents

Description

Besch reibung:

Die Erfindung betrifft bimodaLe Scha LLdämpferan lagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

BimodaLe Scha LLdämpfer sind bekannt und handeLsübLieh. Ein einfaches Beispiel hierfür zeigt die DE-Zeitschrift "Motortechnische Zeitschrift" 1992, S. 356 bis 361. Es handelt sich um einen NachschaL ldämpfer mit zwei Endrohren. In dem einen Endrohr ist eine Drehklappe untergebracht. Deren Antrieb erfolgt über eine Unterdruckdose mit vorgeschaltetem Hagnetventil, welches von einem Steuergerät betätigt wird, das sowohl die Motordrehzahl als auch die Stellung der Drosselklappe auswertet. Ist die Klappe geschlossen, müssen die Abgase durch einen reduzierten Strömungsquerschnitt passieren, was bekanntermaßen zu einer Reduzierung der vom Motor erzeugten Geräusche führt. Auf der anderen Seite führt die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit zu einem erhöhten Gasrauschen und zu einem erhöhten Abgasgegendruck und damit zu einer verringerten Motorleistung. In der Praxis wird die Klappe bei einer Motordrehzahl zwischen 2500 und 3000/min geöffnet, so daß das Abgas jetzt über beide Endrohre ausströmt.

Eine verbesserte Version:eines derartigen bimodalen Schalldämpfers ist offenbart in den von Mitarbeitern der Firma Nissan Motor Co. Ltd. erstellten Konferenzpapieren für den von der SAE vom 27.02. bis 03.03.1989 in Detroit, USA, veranstalteten internationalen Kongreß offenbart. Die Verbesserung besteht darin, daß hinter der Drehklappe beide Endrohre durch ein Bypaßrohr miteinander in Verbindung stehen. Bei geschlossener Klappe strömt ein Teil des durch

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das offene Endrohr strömenden Abgases über den Bypaß in das zweite Endrohr. Dadurch sinken die

Gasströmungsgeschwindigkeit und das damit verbundene Gasrauschen. Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß nicht die Stellung der Drosselklappe, sondern der in der Abgasanlage tatsächlich erzeugte Abgasgegendruck zusammen mit der HotordrehzahL als Kriterium zum öffnen und Schließen der Klappe dient.

Eine ähnliche Konstruktion für einen bimodalen Schalldämpfer zeigt auch die DE-U 89 OS 244.

Einen weiteren Lösungsansatz zeigt die DE-U 92 04 219. Hier werden zwei konzentrische Eingangsrohre verwendet. Mit Hilfe eines Absperrorgans kann der Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr abgesperrt oder freigegeben werden. Bei geringen MotordrehzahLen strömt das Abgas durch das engere Innenrohr, wodurch die Motorgeräusche stärker gedämpft werden. Das dabei entstehende erhöhte Gasrauschen kann durch den dem Eingangsrohr nachgeschalteten Schalldämpfer selbst beseitigt werden.

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Einen trimodalen Schalldämpfer zeigt die DE-U 92 07 838. Dieser ist als Helmholtz-Resonator mit zwei Hälsen ausgelegt, wobei der Längere Hals mit Hilfe eines Absperrorgans geschlossen und geöffnet werden kann. Auf diese Weise kann die Resonanzfrequenz des He Imho Itz-Resonators umgeschaltet werden. Gleichzeitig wirkt der verschlossene Hals als Lambda-Viertel-Resonator. Eine Beeinflussung des vom Abgas durchströmten Rohrquerschnitts zur Reduzierung der vom Motor erzeugten Geräusche wird damit jedoch nicht bewirkt.

Darüber hinaus werden bimodale Schalldämpfer auch in Serienfahrzeugen beispielsweise der Firmen Toyota, Mazda und

Honda ei ngesetzt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik Liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bimodale Schalldämpferanlage anzugeben, die eine vergrößerte Variationsmöglichkeit bei den akustischen Eigenschaften mit einem verringerten Druckverlust verbindet und hervorragende schalldämpfende Eigenschaften besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Schalldämpferanlage mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß heutige Serienfahrzeuge sowieso schon mit wenigstens zwei oder drei Schalldämpfergehäusen - Vorschalldämpfer, Mittelschalldämpfer, Nachschalldämpfer - ausgerüstet sind. Statt nun eines dieser Schalldämpfergehäuse so umzubauen, daß mit Hilfe des Absperrorgans nur der abgasführende Querschnitt verkleinert oder vergrößert wird, geht die vorliegende Erfindung den Weg, zwei benachbarte Schalldämpfergehäuse so miteinander zu koppeln, daß bei geschlossenem Absperrorgan das Abgas zunächst das eine Schalldämpfergehäuse, welches für eine verringerte Abgasmenge dimensioniert ist, und anschließend das andere Schalldämpfergehäuse durchströmt, während bei geöffnetem Absperrorgan das Abgas praktisch ausschließlich durch das andere Schalldämpfergehäuse strömt, welches für die vom Motor maximal erzeugte Abgasmenge dimensioniert ist.

Betätigt wird das Absperrorgan durch eine Druckdose, die ihren Arbeitsdruck aus der vom Motor kommenden Rohrleitung bezieht, so daß der maximale Abgasdruck zur Betätigung zur Verfügung steht. Dabei ist zu beobachten, daß mit steigender Motorleistung und -drehzahl das Absperrorgan nicht

schlagartig,, sondern aLLmählich öffnet, so daß sich die akustischen Eigenschaften ebenso alLmähLich und nicht schlagartig verändern.

Auch wenn bei geöffnetem Absperrorgan das Abgas nur den für die größere Abgasmenge dimensionierten Schalldämpfer durchströmt, bleibt der andere Schalldämpfer akustisch an die Abgasleitung angekoppelt und wirkt schallmindernd.

Die Speisung der Druckdose direkt mit dem in der Schalldämpferanlage aufgebauten Druck hat den zusätzlichen Vorteil, daß das Absperrorgan im Schubbetrieb stets geschlossen bleibt, so daß im Schubbetrieb stets die maximale akustische Dämpfung erreicht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schalldämpfergehäuse durch perforierte und/oder nicht perforierte Zwischenwände in Kammern unterteilt. Die Auswahl richtet sich jeweils danach, ob Absorptionskammern, Expansionskammern oder Resonanzkammern benötigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Kammer als Helmholtz-Resonator mit Hals konfi guri e rt.

Vorteilhafterweise besitzt wenigstens eine der auf die geringere Abgasmenge dimensionierten Rohrleitungen einen stark reduzierten Querschnitt. Die Wirkung einer solchen Maßnahme ist grundsätzlich bekannt. Dabei kann die Querschnittsreduzierung auch als Venturi-Düse realisiert werden, was zu einem deutlich verringerten Druckverlust führt. Letztlich ist die Frage des Druckverlustes in dem auf die geringere Abgasmenge dimensionierten Schalldämpfergehäuse jedoch nur von untergeordneter Bedeutung, da bei steigendem Druckverlust das Absperrorgan

ja geöffnet wird.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Absperrorgan eine Drehklappe.

Gemäß einer Variante hierzu ist das Absperrorgan ein Ventilteller, der auf dem Ende des Eingangsrohrs aufsitzt. Diese Variante hat den Vorteil, daß zum öffnen und Schließen lediglich eine lineare Bewegung nötig ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils in rein schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Schalldämpferanlage mit Mittelschalldämpfer und Nachschalldämpfer,

Fig. 2 eine Schalldämpferanlage mit zwei Mit.telschalldämpfern und

Fig. 3 eine Scha I Ldämpferan Lage mit zwei Nachschalldämpfern.

Fig. 1 zeigt eine Schall dämpferanlage, bestehend aus einem Mittelschalldämpfer 20 und einem Nachschalldämpfer 30. Der Hittelschalldämpfer 20 besitzt ein Einlaßrohr 2, hier in Form einer Verlängerung eines Vorrohrs 1, welches die Verbindung zum Motor herstellt. Zwischen Mittelschalldämpfer 20 und Nachschalldämpfer 30 ist ein Verbindungsrohr 6 verlegt, welches in ein Einlaßrohr 3 des Nachschalldämpfers 30 mündet.

Im Einlaßrohr 3 des Nachschalldämpfers 30 erkennt man ein Absperrorgan 10, hier in Form einer Drehklappe, betätigt durch eine Druckdose 11, die ihren Arbeitsdruck über eine Schlauchleitung 12 aus dem Vorrohr 1 bezieht.

Ist das Absperrorgan 10 wie in der Zeichnung dargesteLLt geschlosseh, verlassen die Abgase das EinLaßrohr 2 an einer dort vorgesehenen Perforation und strömen in den HitteLschaLLdampfer 20. Dieser ist durch zwei nicht-perforierte. Trennwände 23 in insgesamt drei Kammern 24, 25, 26 unterteilt. Aus der Kammer 26, die als Expansionskammer konfiguriert ist, strömt das Abgas über eine Rohrleitung 27 in die Kammer 24 und von dort über eine weitere Rohrleitung 29 mit engem Querschnitt zu einem Auslaßrohr 4, welches seinerseits in den NachschaLLdämpfer 30 mündet.

Die mittlere Kammer 25 des MitteLscha I Ldämpfers 20 ist als Helmholtz-Resonator ausgelegt, wobei ein in die Zwischenwand 23 eingesetzter Rohrstutzen 28 als Resonatorhals wirkt.

Der NachschalLdämpfer 30 ist seinerseits durch eine nicht-perforierte Zwischenwand 33 sowie eine perforierte Zwischenwand 32 in drei Kammern 34, 35, 36 unterteilt, wobei die Kammern 34 und 36 beispielsweise mit Basaltwolle gefülLt und aLs Absorptions kammern konfiguriert sind, während die mittlere Kammer 35 als Expansionskammer konfiguriert ist.

Das vom Mitte lschaILdämpfer 20 kommende Abgas strömt in die mittlere Kammer 35 des NachschaLLdämpfers 30, so daß Störschall, beispielsweise das durch die engen Abgas Leitungen 29, 4 erzeugte Gasrauschen, ausreichend gedämpft wird. Schließlich verläßt das Abgas über ein Ausgangsrohr 5 den Nachschalldämpfer 30.

Sobald mit steigender MotordrehzahL und -leistung der Druckverlust in der SchalLdämpferanlage ansteigt, beginnt die Klappe 10 zu öffnen. Das Abgas strömt nunmehr vom Vorrohr 1 über das Verbindungsrohr 6 und das Einlaßrohr 3

unmittelbar in den NachschaLIdämpfer 30, wo es in die mittlere Kammer 35 expandiert. Die Absorptionskammern 34,, des Nachschalldämpfers 30 sind über geeignete Perforationen im Einlaßrohr 3 akustisch angekoppelt. Schließlich verläßt das Abgas den Nachschalldämpfer 30 wieder über das Aus Laßrohr 5.

Dank der Betätigung des Absperrorgans 10 über eine Druckdose 11, die direkt vom Abgasdruck im Vorrohr 1 betätigt wird,, öffnet das Absperrorgan 10 mit steigender Abgasmenge allmählich, so daß die Umschaltung der Akustik ebenso allmählich erfolgt, was das akustische Verhalten subjektiv verbessert.

Fig. 2 zeigt eine Schalldämpferanlage, zusammengestellt aus zwei Mittelschalldämpfern 20, 30 etwa gleicher Größe, jedoch mit unterschiedlichem Innenaufbau.

Das Abgas wird wieder über das Vorrohr 1 zugeführt und auf die beiden Einlaßrohre 2, 3 aufgeteilt. Das Scha ILdämpfergehäuse 30 ist für die größere Abgasmenge dimensioniert. Es enthält im Anschluß an das Einlaßrohr 3 ein Verbindungsrohr 31, dessen Ende mit Hilfe des Absperrorgans 10 in Form eines Ventiltellers verschließbar ist. Die Betätigung erfolgt wieder über eine Druckdose 11, die den Arbeitsdruck über eine Leitung 12 aus dem Vorrohr bezieht.

Ist das Abschlußorgan 10 wie in der Zeichnung dargestellt geschlossen, strömt das Abgas über das Einlaßrohr 2 in den für die geringere Abgasmenge dimensionierten Schalldämpfer 20. Dessen Inneres ist mit Hilfe zwe;ier nicht perforierter Zwischenwände 23 in drei Kammern 24, 25, 26 unterteilt. Das in die Kammer 26 einströmende Abgas expandiert, strömt über ein Verbindungsrohr 27 in die weitere Kammer 24 und über ein

Verbindungsrohr 29 zum AusLaßrohr 4, welches schLießLich direkt in die mittLere Kammer 35 des für die größere Abgasmenge dimensionierten SchaLLdampfergehauses 30 mündet. Die mittLere Kammer 25 ist aLs HeLmhoLtz-Resonator ausgelegt mit einem Rohrstutzen 28 als Resonatorhals. Wenigstens eine der von der geringren Abgasmenge durchströmten RohrLeitungen 29 ist mit geringem Strömungsquerschnitt ausgerüstet, um die Motorgeräusche sicher zu dämpfen. Das in der engen Rohrleitung 29 erzeugt Gasrauschen wird wie schon beschrieben im nachgeschaLteten Schalldämpfer 30 gedämpft.

Ist das Absperrorgan 10 geöffnet, strömt das vom Motor kommende Abgas über das EinLaßrohr 3 in die Kammer 34 des SchaLldämpfergehäuses 30, strömt durch die perforierte Zwischenwand 32 in die mittlere Kammer 35, tritt in das Verbindungsrohr 6 ein und verläßt die Schalldämpferanlage schließLich über das Auslaßrohr 5.

Eine dritte Scha LLdämpferan lage, hergestellt unter Verwendung von zwei Nachscha I Ldämpfern, ist in Fig. 3 dargestellt. Bei geschlossenem Absperrorgan 10 strömt das vom Motor kommende Abgas über das EinLaßrohr 2 in das für die geringere Abgasmenge dimensionierte Scha LLdämpfergehäuse 20, welches über eine perforierte Zwischenwand 22 und eine nicht-perforierte Zwischenwand 23 in drei Kammern 24, 25, unterteilt ist. Zunächst expandiert das Abgas in die Kammer 24, wird über ein Verbindungsrohr 27 in die Kammer 26 geleitet und strömt über die perforierte Zwischenwand 22 in die mittlere Kammer 25, um das Schalldämpfergehäuse 20 über das AusLaßrohr 4 zu verlassen und in die mittLere Kammer 35 des auf die größere Abgasmenge dimensionierten Schalldämpfergehäuses 30 zu gelangen, wo das in den Verbindungsrohren 27, 4 mit geringem Querschnitt erzeugte Gasrauschen gedämpft wird.

Ist das Absperrorgan 10 offen, strömt das Abgas über das EinLaßrohr 3 und das Verbindungsrohr 31 in die Kammer 34 des zweiten SchaLLdampfergehauses 30, welches durch zwei perforierte Zwischenwände 32 in drei Kammern 34, 35, 36 unterteilt ist. Aus der Kammer 34 strömt das Abgas über die perforierten Zwischenwände 32 in die dritte Kammer 36, um das Schalldämpfergehäuse 30 schließlich über das Auslaßrohr 5 zu verlassen.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß bei geringen Abgasmengen beide Schalldämpfergehäuse 20, 30 in Serie geschaltet sind, wodurch hervorragende akustische Eigenschaften bei tolerierbarem Abgasgegendruck erreicht werden. Mit zunehmender Abgasmenge und steigendem Druckverlust öffnet das Absperrorgan 10 aLLmählich, so daß auch die akustischen Eigenschaften der Scha IIdämpferan Lage nur allmählich verändert werden. Dadurch wird ein verbessertes subjektives Dämpfungsverhalten ermöglicht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß im Übergangsbereich der große Querschnitt des auf die maximale Abgasmenge dimensionierten Rohrs 3, 31 noch reduziert ist, so daß es zu Reflexionen und entsprechenden Scha 11reduzierungen kommt.

Claims (6)

· O Schutzansprüche:

1. BimodaLe Scha LLdämpferanLage, inbesondere für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, umfassend wenigstens ein Vorrohr (1), wenigstens.zwei Schal Ldämpfergehäuse (20, 30) mit je einem EinLaßrohr (2, 3), je einem Auslaßrohr (4, 5) und gegebenenfalls einem Verbindungsrohr (6) dazwischen, die jeweils auf eine bestimmte Abgasmenge dimensioniert sind, ein Absperrorgan (10) zum öffnen und Schließen eines Hauptabgasweges und eine Druckdose (11) zum Betätigen des Absperrorgans (10), gekennzeichnet durch die Merkmale:

- die Eingangsrohre (2, 3) der beiden Schalldämpfergehäuse (20, 30) zweigen aus dem gemeinsamen Vorrohr (1) ab,

- ein Schalldämpfergehäuse (20) ist für eine geringere Abgasmenge dimensioniert als das andere (30),

- das Auslaßrohr (4) des für die geringere Abgasmenge dimensionierten Schalldämpfergehäuses (20) mündet in das andere SchalLdampfergehause (30),

- das Absperrorgan (10) verschließt das Einlaßrohr (3) des für die größere Abgasmenge dimensionierten Scha I Ldämpfergehäuses (30),

- die Druckdose (11) bezieht ihren Arbeitsdruck aus dem Vorrohr (1).

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

- die Schalldämpfergehäuse (20, 30) sind durch perforierte und/oder nicht-perforierte Zwischenwände (22, 32; 23, 33) in Kammern (24, 25, 26; 34, 35, 36) unterteilt.

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

- wenigstens eine Kammer (25) ist als HeLmhoLtz-Resonator mit Hals (28) konfiguriert.

4. SchaLLdampferanLage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das MerkmaL:

- wenigstens eine der auf die geringere Abgasmenge dimensionierten Rohr Leitungen (29) besitzt einen stark reduzierten Querschnitt.

5. SchaLLdampferanLage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das MerkmaL:

- das Absperrorgan (10) ist eine DrehkLappe.

6. SchaLLdampferanLage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das MerkmaL:

- das Absperrorgan (10) ist ein VentiLteLLer, der auf dem Ende des Eingangsrohr (3, 31) aufsitzt.