EP1270883A2

EP1270883A2 - Abgasschalldämpfer

Info

Publication number: EP1270883A2
Application number: EP02009905A
Authority: EP
Inventors: Georg Wirth; Peter Dr. Zacke; Johannes Grupp
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-01-02
Also published as: EP1270883A3; DE10131475B4; DE10131475A1

Abstract

Die Erfindung zeigt einen Abgasschalldämpfer (1) mit einem Gehäuse (2), das eine Gaszuleitung (4) und eine Gasableitung (5) aufweist. Der Gaszuleitung (4) ist eine Ventilanordnung (10) zugeordnet, die in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters, z.B. Abgasgegendruck, den Eintrittsquerschnitt für das in das Gehäuse (2) eintretende Abgas verändert.

Um den Aufbau eines solchen Abgasschalldämpfers (1) zu vereinfachen, kann die Ventilanordnung (10) ein Führungsgehäuse (11), einen darin axial verstellbaren Ventilkörper (14) und Antriebsmittel (18) zum axialen Verstellen des Ventilkörpers (14) im Führungsgehäuse (11) aufweisen. Das Führungsgehäuse (11) ist radial gasdurchlässig ausgebildet und an einem im Gehäuse (2) endenden Endabschnitt (16) der Gaszuleitung (4) befestigt, derart, daß die axiale Verstellrichtung (15) des Ventilkörpers (14) etwa parallel zum Endabschnitt (16) verläuft. Der Ventilkörper (14) ist zwischen einer ersten Endstellung, in welcher er dem Austrittsende (9) angenähert ist und in welcher ein minimaler Eintrittsquerschnitt vorliegt, und einer zweiten Endstellung verstellbar, in welcher er vom Austrittsende (9) entfernt ist und in welcher ein maximaler Eintrittsquerschnitt vorliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Abgasschalldämpfer dieser Art werden insbesondere dazu verwendet, einerseits bei kleinen Abgasdurchsätzen niederfrequente Geräusche relativ stark zu dämpfen und andererseits bei größeren Abgasdurchsätzen einen übermäßigen Gegendruckanstieg und somit einen Leistungsverlust der jeweiligen Brennkraftmaschine zu vermeiden.

Aus der DE 195 03 322 A1 ist ein derartiger Abgasschalldämpfer bekannt, der ein Gehäuse mit einer Gaszuleitung und einer Gasableitung aufweist. Dabei ist der Gaszuleitung eine Ventilanordnung zugeordnet, die in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters den Eintrittsquerschnitt für das in das Gehäuse eintretende Abgas verändert. Die Ventilanordnung weist dabei einen über eine Überdruckdose verstellbar angetriebenen Ventilteller auf, der in einer Ausgangsstellung mittels einer Schraubendruckfeder ein Austrittsende der Gaszuleitung axial verschließt. Die Überdruckdose ist über eine Druckleitung mit der Gaszuleitung kommunizierend verbunden, so daß der Ventilteller in Abhängigkeit des Abgasgegendrucks, also des im anströmenden Abgas herrschenden Drucks, mehr oder weniger vom Austrittsende der Gaszuleitung abhebt. Der bekannte Abgasschalldämpfer besitzt einen relativ aufwendigen Aufbau, da die Überdruckdose außerhalb des Gehäuses des Abgasschalldämpfers angeordnet ist, so daß eine Kolbenstange zur Betätigung des Ventiltellers das Gehäuse abgedichtet durchdringen muß.

Desweiteren müssen bei der Montage und Herstellung des bekannten Abgasschalldämpfers relativ enge Toleranzen eingehalten werden, um eine ordnungsgemäße Funktion gewährleisten zu können.

Aus der DE 197 29 666 A1 ist ein weiterer Abgasschalldämpfer der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Ventilanordnung einen durch ein Wellrohr angetriebenen Ventilteller aufweist. Ein fixes Ende des Wellrohrs ist dabei in eine Aussparung des Gehäuses des Abgasschalldämpfers eingesetzt, wobei das Innere des Wellrohrs über eine im Schalldämpfergehäuse ausgebildete Öffnung mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Desweiteren wird der Ventilteller mit Federmitteln in Schließrichtung gegen das Austrittsende der Gaszuleitung vorgespannt. In Abhängigkeit des im Gehäuse herrschenden Abgasdrucks wird der Ventilteller axial verstellt, um so den Eintrittsquerschnitt für das in das Gehäuse eintretende Abgas zu verändern. Zwar ist bei dieser Anordnung die Betätigungseinrichtung für den Ventilteller im Inneren des Gehäuses angeordnet, jedoch können auch hier Dichtungsprobleme auftreten, da das Innere des Wellrohrs über die genannte Gehäuseöffnung mit der Atmosphäre kommunizieren muß. Dementsprechend besitzt auch dieser bekannte Abgasschalldämpfer einen relativ aufwendigen Aufbau. Auch bei diesem Abgasschalldämpfer müssen bei der Herstellung und Montage relativ enge Toleranzen eingehalten werden, um eine ordnungsgemäße Funktion der Ventilanordnung gewährleisten zu können.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgasschalldämpfer der eingangs genannten Art einen relativ einfach realisierbaren Aufbau anzugeben.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Steuern des Eintrittsquerschnitts einen Ventilkörper zu verwenden, der in einem am Austrittsende der Gaszuleitung befestigten Führungsgehäuse axial verstellbar gelagert ist. Durch diese Bauweise ergibt sich durch die Befestigung des Führungsgehäuses am Austrittsende der Gaszuleitung automatisch die gewünschte Positionierung für den Ventilkörper, so daß die Einhaltung von Montagetoleranzen vereinfacht ist. Darüber hinaus ist es möglich, die komplette Ventilanordnung innerhalb des Gehäuses des Abgasschalldämpfers unterzubringen, so daß Dichtungsprobleme vermieden werden können.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können Führungsgehäuse, Ventilkörper und Antriebsmittel der Ventilanordnung als komplett montierbare Einheit ausgebildet sein. Durch diesen Vorschlag bildet die Ventilanordnung eine im Rahmen einer Vormontage montierbare Baugruppe, wodurch sich die Einhaltung von Herstellungs- und Montagetoleranzen vereinfacht. Desweiteren wird der Einbau dieser kompletten Einheit im Abgasschalldämpfer deutlich vereinfacht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Ventilkörper aerodynamisch so geformt sein, daß am Ventilkörper eine Strömungsumlenkung um etwa 180° erfolgt. Durch diese Bauweise kann die kinetische Energie des anströmenden Abgases durch Impulsübertragung zur Einleitung einer Öffnungskraft genutzt werden, die den Ventilkörper vom Austrittsende der Gaszuleitung zu entfernen sucht. Diese Bauform eignet sich in besonderer Weise für eine rein passiv arbeitende Ventilanordnung, die den Eintrittsquerschnitt in Abhängigkeit des Abgasgegendrucks steuert.

Bei einer speziellen Ausführungsform kann der in der ersten Endstellung des Ventilkörpers vorliegende minimale Eintrittsquerschnitt so gewählt sein, daß durch diesen minimalen Eintrittsquerschnitt Abgas in das Gehäuse einströmen kann. Mit anderen Worten, das Austrittsende der Gaszuleitung ist in der ersten Endstellung des Ventilkörpers nicht verschlossen, sondern gewährleistet auch bei minimalem oder fehlendem Abgasgegendruck einen vorbestimmten, frei durchströmbaren Eintrittsquerschnitt. Durch diese Bauweise können unterhalb eines vorbestimmten Abgasgegendrucks Ventilbewegungen unterdrückt werden, die beispielsweise Ursache für eine Geräuschentwicklung sein können.

Bei einer anderen Ausführungsform können ein erster Angriffsbereich für eine den Ventilkörper in seine erste Endstellung antreibende Schließkraft der Antriebsmittel bezüglich der Anströmrichtung, mit welcher der Ventilkörper vom durch die Gaszuleitung zugeführten Abgas beaufschlagt wird, stromauf eines zweiten Angriffsbereichs für eine von der Anströmung erzeugten und den Ventilkörper in seine zweite Endstellung antreibenden Öffnungskraft angeordnet sein, derart, daß sich der Ventilkörper axial ausrichtet, wenn Schließkraft und Öffnungskraft gleichzeitig daran angreifen. Durch diese besondere Bauweise kann sich der Ventilkörper durch die daran angreifenden Strömungskräfte selbsttätig ausrichten, wodurch ein Kippen oder Verkanten oder Verklemmen des Ventilkörpers im Führungsgehäuse verhindert wird.

Bei einer besonderen Ausführungsform können die Antriebsmittel eine Schraubendruckfeder aufweisen, die sich einenends an einem dem Austrittsende der Gaszuleitung gegenüberliegenden Boden des Führungsgehäuses und anderenends an einer diesem Boden zugewandten Rückseite des Ventilkörpers abstützt und die den Ventilkörper entgegen dem Abgasdruck des ausströmenden Abgases in Richtung der ersten Endstellung antreibt. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Realisierung einer rein passiv arbeitenden Ventilanordnung, bei der lediglich das Kräftegleichgewicht zwischen Federkraft und Strömungskraft die Position des Ventilkörpers bestimmt.

Zusätzlich oder alternativ können die Antriebsmittel ein Stellglied aufweisen, das am Ventilkörper angreift und diesen parameterabhängig aktiv verstellt. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuerung des Ventilkörpers besonders einfach auch unabhängig vom Abgasgegendruck durchgeführt werden. Ebenso ist eine andere, beliebige Abhängigkeit vom Abgasgegendruck wählbar. Beispielsweise kann das Stellglied den Ventilkörper in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Parameter durchführen: Abgasgegendruck, Abgastemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Lautstärke, Klang des Mündungsgeräusches. Durch die Berücksichtigung von wenigstens einem dieser Parameter kann das Dämpfungsverhalten des Schalldämpfers optimiert werden. Als Stellglied kann beispielsweise eine Unterdruckdose oder Überdruckdose oder ein elektrischer Antrieb verwendet werden.

Gemäß einer besonderen Weiterbildung können Ventilkörper und Schraubendruckfeder hinsichtlich ihrer Eigenfrequenzen so abgestimmt sein, daß sie bei vorbestimmten Frequenzen als akustischer Tilger wirken. Durch diese Bauweise werden Ventilköper und Schraubendruckfeder bei bestimmten, zu bedämpfenden Frequenzen zu gegenphasigen Resonanzschwingungen angeregt, wodurch sich eine starke Dämpfungswirkung einstellt.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1: eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer bei einer ersten Ausführungsform, wobei ein Ventilkörper seine erste Endstellung einnimmt,
Fig. 2: eine Schnittansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform, wobei der Ventilkörper seine zweite Endstellung einnimmt,
Fig. 3: eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer dritten Ausführungsform, und
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht auf eine Einheit aus Führungsgehäuse, Ventilkörper und Antriebsmitteln nach der Erfindung.

Entsprechend den Fig. 1 bis 3 weist ein erfindungsgemäßer Abgasschalldämpfer 1 ein Gehäuse 2 auf, das einen Innenraum 3 besitzt und in das eine Gaszuleitung 4 und eine Gasableitung 5 einmünden. Optional kann außerdem eine Trennwand 6 im Gehäuse 2 ausgebildet sein, die den Innenraum 3 von einer Kammer 7 trennt, in der Dämpfungsmaterial untergebracht sein kann. Im Bereich dieser Kammer 7 kann die Gaszuleitung 4 perforiert ausgebildet sein; in Fig. 2 sind entsprechende Öffnungen 8 angedeutet. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Trennwand 6 perforiert ausgebildet sein.

Die Gaszuleitung 4 endet im Innenraum 3 mit einem Austrittsende 9, dem eine Ventilanordnung 10 zugeordnet ist. Diese Ventilanordnung 10 besitzt ein Führungsgehäuse 11, das sich koaxial zu einer Achsrichtung 12 der Gaszuleitung 4 erstreckt. Das Gehäuse 11 ist in radialer Richtung gasdurchlässig ausgestaltet und ist an einem, der Gaszuleitung 4 zugewandten Ende 13 am Austrittsende 9 der Gaszuleitung 4 befestigt. Vorzugsweise ist das Führungsgehäuse 11 am Austrittsende 9 angeschweißt; ebenso ist es möglich, das Führungsgehäuse 11 auf eine beliebige andere Weise am Austrittsende 9 zu befestigen, wobei die gewählte Befestigungsmethode den im Abgasschalldämpfer 1 auftretenden Temperaturen standhalten muß.

Die Ventilanordnung 10 weist außerdem einen Ventilkörper 14 auf, der im Inneren des Führungsgehäuses 11 axial verstellbar gelagert ist. Dementsprechend verläuft die in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil 15 symbolisch dargestellte Verstellrichtung bzw. Verstellbarkeit des Ventilkörpers 14 parallel zu einem Endabschnitt 16 der Gaszuleitung 4, der das Austrittsende 9 aufweist und an dem das Führungsgehäuse 11 befestigt ist. Dies hat zur Folge, daß die Verstellrichtung 15 des Ventilkörpers 14 parallel zu einer Anströmrichtung 17 verläuft, mit der die dem Abgasschalldämpfer 1 zugeführten Abgase durch die Gaszuleitung 4 strömen und auf den Ventilkörper 14 treffen.

Die Ventilanordnung 10 umfaßt außerdem Antriebsmittel 18, die in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen eine Schraubendruckfeder 19 aufweisen können. Diese Schraubendruckfeder 19 stützt sich einenends an einem Boden 21 ab, der an einem vom Austrittsende 9 abgewandten Ende 20 des Führungskäfigs 11 ausgebildet ist. Anderenends stützt sich diese Schraubendruckfeder 19 an einer diesem Boden 21 gegenüberliegenden Rückseite 22 des Ventilkörpers 14 ab. Die Schraubendruckfeder 19 spannt den Ventilkörper 14 in seine in den Fig. 1 und 3 gezeigte erste Endstellung vor. Während diese Endstellung dem Austrittsende 9 der Gaszuleitung 4 angenähert ist, befindet sich der Ventilkörper 14 in seiner in Fig. 2 gezeigten zweiten Endstellung in einer vom Austrittsende 9 maximal entfernten Position.

Der Ventilkörper 14 besitzt einen zentralen kegel- oder kegelstumpfförmigen Dom 23, der in der ersten Endstellung des Ventilkörpers 14 gemäß den Fig. 1 und 3 in das Austrittsende 9 der Gaszuleitung 4 axial hineinragt. Desweiteren besitzt der Ventilkörper 14 eine den Dom 23 ringförmig umschließende, zum Austrittsende 9 hin offene U-förmige Rinne 24, deren radial innenliegende Innenwand durch die Außenwand des Doms 23 gebildet ist und deren radial außenliegende Außenwand parallel zur Achsrichtung 12 verläuft und im Inneren des Führungsgehäuses 11 axial gleitend verstellbar gelagert ist. Dabei stützt sich die Außenwand der Rinne 24 bzw. die Außenwand des Ventilkörpers 14 mit mehr oder weniger Spiel am Führungsgehäuse 11 radial ab. Auf diese Weise ist der Ventilkörper quasi "schwimmend" im Führungskäfig 11 gelagert. In der ersten Endstellung übergreift die Rinne 24 in radialer Richtung das Austrittsende 9, das heißt das Austrittsende 9 ragt in die Rinne 24 hinein.

Die spezielle Formgebung des Ventilkörpers 14 bewirkt eine Strömungsumlenkung der Gasströmung 17, die aus dem Gaszulauf 4 auf den Ventilkörper 14 auftrifft, um etwa 180°. Durch diese Umkehrung der Strömungsrichtung erfolgt eine Impulsübertragung auf den Ventilkörper 14, wodurch dieser mit einer Öffnungskraft beaufschlagt ist, die den Ventilkörper 14 von der Austrittsöffnung 9 zu entfernen sucht. Dieser Öffnungskraft wirkt die Rückstellkraft oder Schließkraft der Schraubendruckfeder 19 entgegen.

In der ersten Endstellung des Ventilkörpers 14 liegt ein minimaler Eintrittsquerschnitt für die über die Gaszuleitung 4 zugeführten Abgase 17 vor. Im Unterschied dazu liegt bei der zweiten Endstellung des Ventilkörpers 14 ein maximaler Eintrittsquerschnitt für die über die Gaszuleitung 4 zugeführten Abgase 17 vor. Entsprechend den Fig. 1 und 3 ist die erste Endstellung des Ventilkörpers 14 so gewählt, daß der dann vorliegende minimale Eintrittsquerschnitt nicht Null ist, sondern einen Strömungsweg realisiert, durch den die über die Gaszuleitung 4 zugeführten Abgase 17 in das Innere 3 des Gehäuses 2 einströmen können. Dieser Aufbau kann für kleinere Abgasgegendrücke hinsichtlich der Vermeidung einer Geräuschentwicklung vorteilhaft sein.

Die Ventilanordnung 10 des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers 1 arbeitet wie folgt:

Bei kleinen Abgasgegendrücken, also bei kleinen Abgasgeschwindigkeiten stromauf der Ventilanordnung 10 ist die von der Abgasströmung 17 auf den Ventilkörper 14 übertragene Öffnungskraft kleiner als die von der Schraubendruckfeder 19 erzeugte Schließkraft, so daß sich der Ventilkörper 14 in seiner ersten Endstellung befindet und der minimale Eintrittsquerschnitt herrscht. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit bzw. mit zunehmendem Abgasgegendruck steigt die Öffnungskraft am Ventilkörper 14, so daß ab einem vorbestimmbaren Abgasgegendruck der Ventilkörper 14 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 19 in Richtung auf seine zweite Endstellung mehr oder weniger verstellt wird.

Damit es bei dieser Verstellbewegung nicht zu einem Kippen und Verkanten des Ventilkörpers 14 im Führungsgehäuse 11 kommt, ist ein erster Angriffsbereich 25, an dem sich die Schraubendruckfeder 19 am Ventilkörper 14 abstützt, bezüglich der Anströmrichtung 17 der Abgase stromauf eines zweiten Angriffsbereichs 26 angeordnet, an dem die von der Anströmung erzeugte Öffnungskraft im wesentlichem am Ventilkörper 14 angreift. Im vorliegenden Fall ist dieser zweite Angriffsbereich 26 im wesentlichen im Umkehrbereich der Rinne 24 ausgebildet, während der erste Angriffsbereich im Zentrum des Doms 23 ausgebildet ist. Durch diese Maßnahmen erfolgt bei einer am Ventilkörper 14 durch die Anströmung erzeugten Impulskraft eine axiale Ausrichtung des Ventilkörpers 14, die ein Kippen und somit Verkanten oder Verklemmen des Ventilkörpers im Führungsgehäuse 11 verhindert.

Es ist zu beachten, daß der Eintrittsquerschnitt für das über die Gaszuleitung 4 zugeführte Abgas mit zunehmender Entfernung des Ventilkörpers 14 vom Austrittsende 9 der Gaszuleitung 4 überproportional stark zunimmt, wodurch ein übermäßiger Gegendruckanstieg stromauf der Ventilanordnung 10 vermieden werden kann. Bei großen Abgasvolumenströmen nimmt der Ventilkörper 14 seine zweite Endstellung gemäß Fig. 2 ein. Hierbei ist bemerkenswert, daß durch eine entsprechende Dimensionierung der Ventilanordnung 10, insbesondere des axialen Verstellwegs des Ventilkörpers 14, in der zweiten Endstellung ein Zustand erreicht wird, der auch bei einem ungedrosselten Schalldämpfer auftritt, in dem im Inneren eine Strömungsumkehr erzwungen wird. Insoweit reduziert sich die Drosselwirkung des Ventilkörpers 14; es stellt sich (bei großen Volumenströmen) quasi derselbe Strömungswiderstand wie bei fehlender Ventilanordnung 10 ein.

Während bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 die Gasableitung 5 ein Ausströmen der Abgase aus dem Inneren 3 des Gehäuses 2 etwa quer zur Einströmrichtung 17 ermöglicht, sind die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 vorgesehenen zwei Gasableitungen 5 so orientiert, daß sie ein Ausströmen der Abgase aus dem Inneren 3 etwa in der Einströmrichtung ermöglichen. Es ist klar, daß grundsätzlich jede beliebige Orientierung für die ausströmenden Abgase bzw. für die Gasableitungen 5 realisierbar ist, insbesondere auch eine solche, bei der die Abgase entgegen der Einströmrichtung aus dem Gehäuse 2 ausströmen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 können die Antriebsmittel 18 Führungsmittel (27, 28) aufweisen, die eine radiale Abstützung der Schraubendruckfeder 19 ermöglichen und dadurch ein seitliches Ausbeulen der Schraubendruckfeder 19 verhindern. Diese Führungsmittel können beispielsweise durch eine im Inneren der Schraubendruckfeder 19 angeordnete zentrale Führungsstange 27 und/oder durch eine die Schraubendruckfeder 19 radial außen umhüllende, insbesondere teleskopische Führungshülse 28 gebildet sein. Für die Führungsstange 27 enthält der Dom 23 des Ventilkörpers 14 eine entsprechende Durchtrittsöffnung 29.

Entsprechend Fig. 3 können die Antriebsmittel 18 zusätzlich oder alternativ zur Schraubendruckfeder 19 ein Stellglied 30 aufweisen, das beispielsweise durch eine Druckdose, insbesondere Überdruckdose oder Unterdruckdose, oder durch einen elektrischen Antrieb gebildet sein kann. Dieses Stellglied 30 greift über eine Kolbenstange 31 am Ventilkörper 14 an, wodurch der Ventilkörper 14 durch eine entsprechende Betätigung des Stellglieds 30 axial verstellbar ist. Während bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 die Ventilanordnung 10 rein passiv arbeitet, kann die Ventilanordnung 10 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 aktiv betrieben werden. Dementsprechend können relativ beliebige Parameter für die Steuerung der Ventilanordnung 10 verwendet werden. Zweckmäßig sind dabei Parameter, die Betriebszustände des Abgasschalldämpfers 1 und/oder einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang der Abgasschalldämfer 1 angeordnet ist, charakterisieren. Beispielsweise kann das Stellglied 30 eine aktive Verstellung des Ventilkörpers 14 in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Parameter bewirken: Abgasgegendruck, Abgastemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Lautstärke, Klang des Mündungsgeräusches. Die Berücksichtigung dieser Parameter kann insbesondere kennfeldmäßig realisiert werden. Bei dieser Bauweise ergeben sich somit vielfältige Abstimmungsmöglichkeiten zur Optimierung der Wirkung des Schalldämpfers 1.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Ventilanordnung 10, bei der Führungsgehäuse 11, Ventilkörper 14 und die nur symbolisch dargestellte Schraubendruckfeder 19 der Antriebsmittel 18 eine komplett montierbare Einheit bilden. Diese Einheit kann im Rahmen einer Vormontage zusammengebaut werden, wobei erforderliche Toleranzen relativ einfach eingehalten werden können. Der Einbau in den Schalldämpfer 1 vereinfacht sich dadurch.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist das Führungsgehäuse 11 als Käfig ausgebildet, der mehrere, hier drei axial zueinander verlaufende Bänder oder Stäbe 32 aufweist. Diese Stäbe 32 sind koaxial zur Achsrichtung 12 angeordnet und in Umfangsrichtung vorzugsweise symmetrisch voneinander beabstandet angeordnet. Diese Stäbe 32 liegen radial außen am Ventilkörper 14 an und bilden die axiale Gleitführung für den Ventilkörper 14. Die Bänder 32 sind über den als Scheibe ausgebildeten Boden 21 miteinander verbunden, an dem sich die Schraubendruckfeder 19 axial abstützt. Das Führungsgehäuse 11 kann an der vom Boden 21 abgewandten Seite einen Hülsenkörper 33 aufweisen, an dem die Stäbe 32 befestigt sind. Durch diese Bauweise kann die so gebildete Einheit besonders einfach an der Gaszuleitung 4 befestigt werden.

An einem radial vom Hülsenkörper 33 abstehenden Ringkragen 34 können in axialer Richtung mehrere Distanzelemente 35 in Axialrichtung abstehen, an denen ein vorausgehender Rand 36 des Ventilkörpers 14 in dessen erster Endstellung zur Anlage kommen können. Durch diese Distanzelemente 35 wird der minimale Eintrittsquerschnitt definiert.

Bei einer besonderen Ausführungsform können der Ventilkörper 14 und die Schraubendruckfeder 19 so aufeinander abgestimmt werden, daß ihre Eigenfrequenzen oder Resonanzfrequenzen bei vorbestimmten spezifischen Frequenzen das aus Feder 19 und Ventilkörper 14 gebildete Schwingungssystem zu gegenphasigen Schwingungen anregen. Dadurch wirken Ventilkörper 14 und Schraubendruckfeder 19 als akustischer Tilger, der eine starke Bedämpfung der spezifischen Frequenzen ermöglicht.

Der Abgasschalldämpfer 1 kann in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeordnet sein und dabei als Nachschalldämpfer oder als Vorschalldämpfer dienen.

Die Schraubendruckfeder 19 kann hinsichtlich Vorspannung und Kennlinie so gewählt werden, daß sich ein vorbestimmter Abgasgegendruck realisieren läßt. Bei der Auslegung der Schraubendruckfeder 19 können außerdem akustische Belange von besonderer Bedeutung sein. Die Vorspannung der Schraubendruckfeder 19 könnte beispielsweise bei der Vormontage durch ein zweiteiliges Führungsgehäuse 11 und durch kraftschlüssiges Anpassen der Gehäuselänge sehr genau eingestellt werden. Schraubendruckfedern 19 mit unterschiedlichen Drahtstärken und Steigungen können für den gewünschten Kraftverlauf passend zur Krafterzeugung des Ventilkörpers 14 ausgewählt werden. Als Federwerkstoff kommen bevorzugt warmfeste Legierungen aus austenitischen Edelstählen oder Nickelbasislegierungen zum Einsatz. Sie sind bis zu einer Dauergebrauchstemperatur von 600° C erhältlich, was den Einsatz im Nachschalldämpfer bei allen üblichen Motoren ermöglicht. Bei entsprechender Strömungsführung, ohne direktes Anblasen der Schraubendruckfeder 19 mit dem heißen Abgas, ist auch ein Einsatz im Bereich eines Vorschalldämpfers in der Nähe des Motors denkbar. Gegebenenfalls muß dann ein keramischer Werkstoff für die Schraubendruckfeder verwendet werden, wie z.B. Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Borcarbid oder Aluminiumoxid.

Durch geeignete Wahl des Abstandes, der Führungslänge und der Werkstoffpaarung zwischen Führungsgehäuse 11 und Ventilkörper 14 kann ein Verklemmen und eine Geräuschentwicklung zwischen diesen Bauteilen vermieden werden. Gleichzeitig kann ausreichend Reibung gewährleistet werden, um ein unerwünschtes Schwingen bzw. Aufschaukeln der Bewegung aufgrund der pulsierenden Abgasströmung zu vermeiden. Zweckmäßigerweise wird hier bei der Abstimmung der Ventilkörpermasse, der Federkraft, der Federkennlinie und der Anregungsfrequenz ein Zusammentreffen von Resonanzen vermieden.

Bezugszeichenliste

1: Abgasschalldämpfer
2: Gehäuse
3: Innenraum von 2
4: Gaszuleitung
5: Gasableitung
6: Trennwand
7: Kammer
8: Öffnung/Perforation
9: Austrittsende von 4
10: Ventilanordnung
11: Führungsgehäuse
12: Längsachse
13: erstes Ende von 11
14: Ventilkörper
15: Verstellbewegung von 14
16: Endabschnitt von 4
17: Anströmrichtung in 4
18: Antriebsmittel
19: Schraubendruckfeder
20: zweites Ende von 11
21: Boden von 11
22: Rückseite von 14
23: Dom
24: Rinne
25: erster Angriffsbereich
26: zweiter Angriffsbereich
27: Führungsstange
28: Führungshülse
29: Durchtrittsöffnung
30: Stellglied
31: Kolbenstange
32: Band/Stab
33: Hülsenkörper
34: Ringkragen
35: Distanzelement
36: vorausgehender Rand von 14

Claims

Abgasschalldämpfer mit einem Gehäuse (2), das eine Gaszuleitung (4) und wenigstens eine Gasableitung (5) aufweist, wobei der Gaszuleitung (4) eine Ventilanordnung (10) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters den Eintrittsquerschnitt für das in das Gehäuse (2) eintretende Abgas verändert,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (10) ein Führungsgehäuse (11) und einen darin axial verstellbar gelagerten Ventilkörper (14) sowie Antriebsmittel (18) zum axialen Verstellen des Ventilkörpers (14) im Führungsgehäuse (11) aufweist, wobei das Führungsgehäuse (11) radial gasdurchlässig ausgebildet ist und an einem im Gehäuse (2) endenden Endabschnitt (16) der Gaszuleitung (4) befestigt ist, derart, daß die axiale Verstellrichtung (15) des Ventilkörpers (14) im wesentlichen parallel zum Endabschnitt (16) verläuft, wobei der Ventilkörper (14) im Führungsgehäuse (11) zwischen einer ersten Endstellung, in welcher der Ventilkörper (14) dem Austrittsende (9) angenähert ist und in welcher ein minimaler Eintrittsquerschnitt vorliegt, und einer zweiten Endstellung verstellbar ist, in welcher der Ventilkörper (14) vom Austrittsende (9) entfernt ist und in welcher ein maximaler Eintrittsquerschnitt vorliegt.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Führungsgehäuse (11), Ventilkörper (14) und Antriebsmittel (18) als komplett montierbare Einheit ausgebildet sind.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (14) aerodynamisch so geformt ist, daß daran eine Strömungsumlenkung um etwa 180° erfolgt.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (14) einen zentralen kegel- oder kegelstumpfförmigen Dom (23) aufweist, der in der ersten Endstellung des Ventilkörpers (14) in das Austrittsende (9) der Gaszuleitung (4) hineinragt.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (14) eine den Dom (23) ringförmig umschließende, zum Austrittsende (9) offene U-förmige Rinne (24) aufweist, in die das Austrittsende (9) der Gaszuleitung (4) in der ersten Endstellung des Ventilkörpers (14) axial hineinragt.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der in der ersten Endstellung des Ventilkörpers (14) vorliegende minimale Eintrittsquerschnitt so gewählt ist, daß durch diesen minimalen Eintrittsquerschnitt Abgas in das Gehäuse (2) einströmen kann.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Angriffsbereich (25) für eine dem Ventilkörper (14) in seine erste Endstellung antreibende Schließkraft der Antriebsmittel (18) bezüglich der Anströmrichtung (17), mit welcher der Ventilkörper (14) vom Abgas aus der Gaszuleitung (4) beaufschlagt ist, stromauf eines zweiten Angriffsbereichs (26) für eine von der Anströmung erzeugten und den Ventilkörper (14) in seine zweite Endstellung antreibenden Öffnungskraft angeordnet ist, derart, daß sich der Ventilkörper (14) axial ausrichtet, wenn Schließkraft und Öffnungskraft gleichzeitig daran angreifen.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgehäuse (11) als Käfig ausgebildet ist und mehrere axial verlaufende Bänder oder Stäbe (32) aufweist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, den Ventilkörper (14) radial außen in axialer Richtung führen und die an einem vom Austrittsende (9) der Gaszuleitung (4) abgewandten Boden (21) miteinander verbunden sind.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (18) eine Schraubendruckfeder (19) aufweisen, die sich einenends an einem dem Austrittsende (9) der Gaszuleitung (4) gegenüberliegenden Boden (21) des Führungsgehäuses (11) und anderenends an einer diesem Boden (21) zugewandten Rückseite (22) des Ventilkörpers (14) abstützt und den Ventilkörper (14) entgegen dem Abgasdruck des ausströmenden Abgases in Richtung der ersten Endstellung antreibt.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß Führungsmittel (27, 28) vorgesehen sind, welche die Schraubendruckfeder (19) radial abstützen.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (18) ein Stellglied (30) aufweisen, das am Ventilkörper (14) angreift und diesen parameterabhängig aktiv verstellt.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der folgenden Größen einen Parameter bildet, in dessen Abhängigkeit das Stellglied (30) den Ventilkörper (14) aktiv verstellt: Abgasdruck im anströmenden Abgas (Abgasgegendruck), Abgastemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Lautstärke, Klang des Mündungsgeräusches.
Abgasschalldämpfer zumindest nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß Ventilkörper (14) und Schraubendruckfeder (19) hinsichtlich ihrer Eigenfrequenzen so abgestimmt sind, daß sie bei vorbestimmten, zu bedämpfenden Frequenzen als akustischer Tilger wirken.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasschalldämpfer (1) in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, als Nachschalldämpfer oder als Vorschalldämpfer angeordnet ist.
Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasableitung (5) oder wenigstens eine der Gasableitungen (5) so orientiert ist, daß sie ein Ausströmen der Abgase aus dem Gehäuse (2) etwa in der oder entgegen der oder quer zur Einströmrichtung (17) ermöglicht, die in der Gaszuleitung (4) vorliegt.