EP1510668A1 - Schalldämpfer sowie Abgasanlage - Google Patents
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- EP1510668A1 EP1510668A1 EP04017953A EP04017953A EP1510668A1 EP 1510668 A1 EP1510668 A1 EP 1510668A1 EP 04017953 A EP04017953 A EP 04017953A EP 04017953 A EP04017953 A EP 04017953A EP 1510668 A1 EP1510668 A1 EP 1510668A1
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- exhaust
- silencer
- exhaust gas
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- F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
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- F01N2470/00—Structure or shape of exhaust gas passages, pipes or tubes
- F01N2470/02—Tubes being perforated
- F01N2470/04—Tubes being perforated characterised by shape, disposition or dimensions of apertures
Definitions
- the invention relates to a silencer according to the preamble of the claim 1 for an exhaust system of a motor vehicle. Furthermore, the concerns Invention an exhaust system for a motor vehicle, with an inventive Silencer.
- the silencer points as the actual silencer unit at least one sound absorber, a sound reflector or a Resonator on.
- the silencer unit of the silencer is located above a Variety of openings, such as slots, holes, slots and the like, in flow communication with the exhaust pipe.
- the sound waves of the pulsating Exhaust gas flow through the openings in the silencer unit directed, in which the sound waves in a known manner by absorption or reflection be steamed.
- the invention solves the problem by a muffler with the features according to claim 1. Furthermore, the invention solves the problem by an exhaust system according to claim 14, with a silencer according to the invention Is provided.
- the invention proposes, in the flow direction of the Exhaust stream seen in front of the openings turbulators or turbulators to be provided, which is formed in the on the inner surface of the exhaust pipe protrude laminar boundary layers.
- Muffler proposed in the flow direction of the exhaust stream successively to arrange several turbulators. This will Achieves that the exhaust gas flow over a longer pipe section of the exhaust pipe is specifically disturbed in its flow profile, so that even in a distribution the openings which connect the exhaust pipe with the silencer unit, over a comparatively long pipe section the emergence high frequency sounds is prevented.
- the swirling elements according to the invention can be arranged between the openings, without the damping behavior of the muffler is impaired overall.
- Verwirbelungs which in a common Plane arranged transversely to the flow direction of the exhaust stream are uniformly spaced from each other on the inner surface of the exhaust pipe are provided. This will ensure that the boundary layers the flow on the entire inner surface of the exhaust pipe be swirled.
- the openings that the exhaust pipe with the silencer unit connect, but formed only on one side of the exhaust pipe, for example, in a side attached as a Helmholtz resonator tube it is but also sufficient, if only in front of the apertured inner surface portion provided the turbulence of the exhaust pipe are.
- Muffler are each several in a common plane transverse to Flow direction of the exhaust stream seen arranged turbulators grouped together while the individual groups of vortex elements seen in the flow direction of the exhaust stream successively are arranged.
- the swirling elements is a pattern of swirling elements on the inside surface the exhaust pipe feasible, with the flow profile of the exhaust stream be influenced over a longer pipe section of the exhaust pipe can.
- the individual groups of turbulators can be offset be arranged to each other. However, they can also be arranged to each other be that the swirling elements of different groups cover each other, So each on a common line in the flow direction of the exhaust stream are arranged seen.
- the distances between the successive Groups of turbulators kept constant, allowing a uniform Pattern is formed by swirling elements.
- the silencer according to the invention further suggested that the distance between successive arranged Verwirbelungs instituten in the flow direction of the exhaust stream Seen is dimensioned so that the subsequently arranged turbulator is arranged in a section in the exhaust pipe, in which the from immediately upstream swirl caused turbulence the boundary layers of the exhaust gas flow on the inner surface of the exhaust pipe are still effective.
- each one Arrange swirling element before each opening on the exhaust pipe each one Arrange swirling element, so that targeted to the boundary layers in the Area of the respective opening can be influenced.
- the swirling elements are preferably integral with the exhaust pipe educated. However, it may also be useful to the vortex elements as separate components, such as baffles form, which, for example are fixed by welding to the inner surface of the exhaust pipe, to achieve targeted turbulence in curved exhaust pipes.
- the swirling elements by forming the exhaust pipe form in which, for example, from the outside into the outer surface of the Exhaust pipe a profile tool is pressed, which is used to form the Swirling element leads to the inner surface of the exhaust pipe.
- the swirling elements as on the outer surface of the exhaust pipe inwardly embossed nubs formed.
- the punched out of the respective opening material remainder not completely separate, but inward into the exhaust pipe so bend over that the remainder of the material acts as a swirling element. It can by appropriate bending and twisting of the remainder of the material very targeted on the flow behavior of the exhaust stream immediately before the opening Be influenced.
- the height of the turbulators should be such that they are larger is the maximum possible thickness of resulting laminar boundary layers. So has been shown in experiments that the height of each turbulence element in radial direction transverse to the flow direction of the exhaust gas stream so considered should be sized to 1/5 to 1/15 of the diameter of the exhaust pipe equivalent. Particularly good results could be achieved with swirling elements achieve 1/10 of the diameter of the exhaust pipe.
- each turbulence element transverse to the flow direction of the exhaust stream should be sized so that the vortex element an obstacle effective for the boundary layers of the exhaust stream represents, without this the total exhaust gas flow is significantly affected.
- the width is 1/2 to 1/8, preferably 1/3, of the diameter of the Exhaust pipe corresponds without the total exhaust gas flow noticeable being affected.
- Particularly suitable in the experiments has a length for the swirling element When viewed in the flow direction of the exhaust gas flow, which corresponds to 1/3 to 1/12, preferably 1/6, of the diameter of the exhaust pipe.
- silencer unit is the exhaust pipe with an absorption silencer, a reflection muffler or a resonator in fluid communication.
- a reflection silencer and a resonator are the silencer units same or different type with the exhaust pipe in fluid communication stand, for example, a reflection silencer and a resonator.
- the invention relates to an exhaust system for a Motor vehicle equipped with a silencer according to the invention.
- Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive silencer 10 shown for an exhaust system in a motor vehicle.
- the silencer 10 is conventionally either flanges to the casing the exhaust system connected or already in the exhaust system immediately integrated.
- the muffler 10 has a muffler housing 12, which in the illustrated Embodiment has a hollow cylindrical shape.
- the silencer housing 12 is at its two open ends in each case by a cover 14th or 16 closed.
- a hollow cylindrical exhaust pipe extends 18, which formed by on the two covers 14 and 16 receiving openings 20 and 22 in the longitudinal direction of the muffler housing 12th passed through.
- the exhaust pipe 18 is connected to the two covers 14 and 16 of the muffler housing 12 welded.
- a Helmholtz resonator 24 in the form of an L-shaped bent tube 26 arranged, whose formed at the shorter end Pipe opening 28 welded to the outer surface of the exhaust pipe 18 is.
- a transverse to the longitudinal direction of Exhaust pipe 18 extending partition 30 is disposed, which the silencer housing 12 divided into a reflection chamber 32, which serves as a reflection silencer unit 34 is used in the muffler 10 according to the invention.
- the silencer housing 12 divided into a reflection chamber 32 which serves as a reflection silencer unit 34 is used in the muffler 10 according to the invention.
- Out the exhaust pipe 18 in the reflection chamber 32 guided low-frequency sound waves are attenuated here in a known manner by reflection and interference.
- pulsating Exhaust gas flow are at the exhaust pipe 18 a plurality of openings 36th and 38 trained.
- the openings 36 are at the outer surface the exhaust pipe 18 fixed pipe opening 28 of the tube 22 in flow communication.
- the openings 38 connect the exhaust pipe 18 to the reflection chamber 32.
- FIG. 1 further shows, are in front of the openings 36, the exhaust pipe 18 with the Helmholtz resonator 20 connect in a plane transverse to the flow direction R of the exhaust stream seen several turbulators 40 provided which protrude from the inner surface of the exhaust pipe 18 radially inwardly.
- Fig. 2 further shows, in which a section along the section line II-II in Fig. 1 is shown, the swirling elements 40 are only immediately in front of the with the Helmholtz resonator 24 related, side openings 36 formed on the exhaust pipe 18, but not laterally to these.
- Fig. 3 is in enlarged perspective view of one of the swirling elements 40th shown.
- the swirling element 40 is formed as a knob and was of outside by a molding tool inside into the pipe interior of the exhaust pipe 18 molded.
- the swirling element 40 is designed and dimensioned in this way, that it flows for the along the inner surface of the exhaust pipe 18 along Boundary layer of the exhaust stream is an obstacle through which the Flow profile of the exhaust stream experiences a noticeable turbulence and is specifically disturbed after passing the Verwirbelungsianas 40, without that the total exhaust gas flow is appreciably affected.
- the swirling element 40 is dimensioned in height h, that it corresponds to 1/10 of the diameter of the exhaust pipe 18, so that it is ensured that the swirling element 40 through the laminar boundary layer the exhaust gas flow completely protrudes seen in the radial direction.
- the width of the swirling element 40 corresponds to 1/3 of the diameter of the Exhaust pipe 18, while its length I about 1/6 of the diameter of the exhaust pipe 18 corresponds.
- the seen in the flow direction R of the exhaust gas of the flowed Surface of the Verwirbelungsettis 40 rear side facing away further be designed so that a tear-off edge is formed for the flow, which for additional turbulence in the boundary layer of the exhaust gas flow leads.
- Corresponding turbulence elements 40 are further formed in the pipe section of the exhaust pipe 18, which through the Reflection chamber 32 extends.
- turbulators 40 are provided, in a common plane transverse to the flow direction R of the exhaust gas arranged arranged and combined into groups 42, respectively.
- FIG. 1 further shows, a total of five are seen in the flow direction R.
- groups 42 each of which is constant to each other spaced formed in the exhaust pipe 18 and between which the openings 38 for connecting the exhaust pipe 18 to the reflection chamber 32nd are arranged.
- Fig. 4 further shows, in which a section along the section line IV-IV is shown in Fig.
- the swirling elements 40 are each one Group 42 is uniformly distributed over the inner circumference of the exhaust pipe 18 is formed.
- overlap the Swirl elements 40 of the individual groups 42 i. one swirling element each 40 of each group 42 is each having a swirling element 40 the other groups 42 on a common parallel to the flow direction R extending line along the exhaust pipe 18 is arranged.
- the groups 42 can also be offset from each other, so that the turbulence 40 of different groups 42 different pipe sections influence.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer (10) für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges. Der Schalldämpfer (10) hat ein Schalldämpfergehäuse (12), durch das ein Abgasrohr (18) zum Hindurchleiten schallzudämpfender Abgasströme hindurchführt, und mindestens eine Schalldämpfereinheit (24, 34), welche durch Öffnungen (36, 38) mit dem Abgasrohr (18) in Strömungsverbindung steht, wobei mehrere Verwirbelungselemente (40) in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen den Öffnungen (36, 38) vorgeordnet von der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) nach innen abstehen. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges. Des weiteren betrifft die
Erfindung eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen
Schalldämpfer.
Die im Abgas durch den Verbrennungsprozeß im Verbrennungsmotor entstehenden
Druckimpulse führen in dem durch die Abgasanlage strömenden Abgasstrom
zur Entstehung von Schallwellen in unterschiedlichen Frequenzbereichen.
Mit Hilfe von in der Abgasanlage vorgesehenen Schalldämpfern sollen insbesondere
die für das menschliche Gehör hörbaren Frequenzen gedämpft werden.
Des weiteren soll verhindert werden, dass die Schallwellen von der Abgasanlage
an die Karosserie oder das Chassis des Fahrzeuges übertragen werden und
diese zum Schwingen anregen.
Um die Schallwellen zu dämpfen, weist der Schalldämpfer als eigentliche Schalldämpfereinheit
zumindest einen Schallabsorber, einen Schallreflektor oder einen
Resonator auf. Die Schalldämpfereinheit des Schalldämpfers steht über eine
Vielzahl Öffnungen, beispielsweise Schlitze, Bohrungen, Langlöcher und ähnliches,
mit dem Abgasrohr in Strömungsverbindung. Die Schallwellen des pulsierenden
Abgasstromes werden durch die Öffnungen in die Schalldämpfereinheit
geleitet, in der die Schallwellen in bekannter Weise durch Absorption oder Reflexion
gedämpft werden.
Insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Abgasstromes entstehen
in den bekannten Schalldämpfern beim Durchströmen zusätzlich zu den
bereits bestehenden niederfrequenten Tönen, die vom pulsierenden Abgasstrom
übertragen werden, hochfrequente Töne mit sehr hoher Lautstärke, welche mit
abnehmender Strömungsgeschwindigkeit nur mehr vermindert auftreten. Um
diese zusätzlich generierten hochfrequenten Töne zu dämpfen, ist es üblich,
neben Schalldämpfereinheiten, welche die niederfrequenten Töne dämpfen, eine
Schalldämpfereinheit im Schalldämpfer vorzusehen, mit der die im Schalldämpfer
zusätzlich entstehenden hochfrequenten Töne gezielt gedämpft werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines
Kraftfahrzeuges bzw. eine Abgasanlage, die mit einem derartigen Schalldämpfer
ausgestattet ist, bereitzustellen, bei dem bzw. bei der die Entstehung hochfrequenter
Töne gezielt verhindert, zumindest aber deutlich reduziert ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen
nach Anspruch 1. Des weiteren löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Abgasanlage
gemäß Anspruch 14, die mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer
ausgestattet ist.
Versuche haben gezeigt, dass die hochfrequenten Töne häufig durch die Anströmung
der Öffnungen, mit welchen das Abgasrohr mit den Schalldämpfereinheiten
in Strömungsverbindung steht, verursacht werden. Hierbei entstehen,
ähnlich wie bei einer Flöte, an den Öffnungskanten hochfrequente Pfeifgeräusche
mit sehr hohe Lautstärke. Mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases werden diese Töne leiser oder treten nicht mehr auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird nun im Abgasrohr das sich
ausbildende Strömungsprofil des Abgasstromes vor den Öffnungskanten gezielt
gestört. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, in Strömungsrichtung des
Abgasstromes gesehen vor den Öffnungen Verwirbelungselemente oder Turbulatoren
vorzusehen, die in die sich an der Innenoberfläche des Abgasrohres ausbildenden
laminaren Grenzschichten hineinragen.
Durch die Verwirbelungselemente wird der Strömungsverlauf des Abgasstromes
an der Innenoberfläche des Abgasrohres so gestört, dass in den Rohrabschnitten,
welche in Strömungsrichtung des Abgasstromes gesehen dem betreffenden
Verwirbelungselement folgen, die Anströmung der Öffnungskanten mit sehr geringer
Gasgeschwindigkeit erfolgt. Durch Anordnen der Öffnungen in einem
Rohrabschnitt, welcher in Strömungsrichtung des Abgasstromes gesehen dem
betreffenden Verwirbelungselement unmittelbar folgt, wird erreicht, dass die
Grenzschichten insbesondere bei hohem Massendurchsatz im Bereich der Öffnungen
ein Totgebiet entsteht in dem die lokale Gasgeschwindigkeit null oder
sehr gering ist, so dass hochfrequente Töne beim Vorbeiströmen des Abgases
an den Öffnungen nicht entstehen können. Strömt dagegen das Abgas mit vergleichsweise
geringer Strömungsgeschwindigkeit durch das Abgasrohr an den
Öffnungen vorbei, tritt das zuvor beschriebene Phänomen nicht auf.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verwirbelungselemente wird somit bei dem
erfindungsgemäßen Schalldämpfer die Entstehung derartiger hochfrequenter
Töne verhindert, zumindest aber deutlich reduziert. Hierdurch ist es bei dem erfindungsgemäßen
Schalldämpfer gegebenenfalls sogar möglich, auf das Vorsehen
einer zusätzlichen Schalldämpfereinheit, mit der die sonst üblicherweise entstehenden
hochfrequenten Töne gedämpft werden, zu verzichten, so dass, verglichen
mit den bekannten Schalldämpfern, sowohl die Fertigung des erfindungsgemäßen
Schalldämpfers vereinfacht als auch der erforderliche Materialeinsatz
sowie das Gewicht des erfindungsgemäßen Schalldämpfers vermindert
ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung,
den Unteransprüchen und der Zeichnung.
So wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schalldämpfers vorgeschlagen, in Strömungsrichtung des Abgasstromes
aufeinanderfolgend mehrere Verwirbelungselemente anzuordnen. Hierdurch wird
erreicht, dass der Abgasstrom über einen längeren Rohrabschnitt des Abgasrohres
in seinem Strömungsprofil gezielt gestört wird, so dass auch bei einer Verteilung
der Öffnungen, welche das Abgasrohr mit der Schalldämpfereinheit verbinden,
über einen vergleichsweise langen Rohrabschnitt die Entstehung
hochfrequenter Töne verhindert wird. Die erfindungsgemäßen Verwirbelungselemente
können hierbei zwischen den Öffnungen angeordnet sein, ohne dass
das Dämpfungsverhalten des Schalldämpfers insgesamt beeinträchtigt wird.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Verwirbelungselemente, welche in einer gemeinsamen
Ebene quer zur Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet
sind, gleichmäßig zueinander beabstandet an der Innenoberfläche des Abgasrohres
vorgesehen sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Grenzschichten
der Strömung an der gesamten Innenoberfläche des Abgasrohres
verwirbelt werden. Sind die Öffnungen, die das Abgasrohr mit der Schalldämpfereinheit
verbinden, jedoch nur an einer Seite des Abgasrohres ausgebildet,
beispielsweise bei einem seitlich als Helmholtzresonator angesetzten Rohr, ist es
jedoch auch ausreichend, wenn nur vor dem mit den Öffnungen versehenen Innenoberflächenabschnitt
des Abgasrohres Verwirbelungselemente vorgesehen
sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schalldämpfers sind jeweils mehrere in einer gemeinsamen Ebene quer zur
Strömungsrichtung des Abgasstromes gesehen angeordnete Verwirbelungselemente
zu Gruppen zusammengefaßt, während die einzelnen Gruppen der Verwirbelungselemente
in Strömungsrichtung des Abgasstromes gesehen aufeinanderfolgend
angeordnet sind. Durch diese Art der Anordnung der Verwirbelungselemente
ist ein Muster aus Verwirbelungselementen an der Innenoberfläche
des Abgasrohres realisierbar, mit dem das Strömungsprofil des Abgasstromes
über einen längeren Rohrabschnitt des Abgasrohres beeinflußt werden
kann. Die einzelnen Gruppen der Verwirbelungselemente können dabei versetzt
zueinander angeordnet sein. Sie können jedoch auch so zueinander angeordnet
sein, dass die Verwirbelungselemente verschiedener Gruppen einander überdecken,
also jeweils auf einer gemeinsamen Linie in Strömungsrichtung des Abgasstromes
gesehen angeordnet sind.
Besonders bevorzugt sind die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden
Gruppen der Verwirbelungselemente konstant gehalten, so dass ein gleichmäßiges
Muster aus Verwirbelungselementen gebildet ist.
Um sicherzustellen, dass bei aufeinanderfolgend angeordneten Verwirbelungselementen
der Abgasstrom über einen vorgegebenen Längenabschnitt des Abgasrohres
genügend verwirbelt ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer
ferner vorgeschlagen, dass der Abstand zwischen aufeinanderfolgend
angeordneten Verwirbelungselementen in Strömungsrichtung des Abgasstromes
gesehen so bemessen ist, dass das nachfolgend angeordnete Verwirbelungselement
in einem Abschnitt im Abgasrohr angeordnet ist, in welchem die vom
unmittelbar vorgeordneten Verwirbelungselement verursachten Verwirbelungen
der Grenzschichten des Abgasstromes an der Innenoberfläche des Abgasrohres
noch wirksam sind.
Des weiteren wird vorgeschlagen, vor jeder Öffnung am Abgasrohr jeweils ein
Verwirbelungselement anzuordnen, so dass gezielt auf die Grenzschichten im
Bereich der jeweiligen Öffnung Einfluß genommen werden kann.
Die Verwirbelungselemente sind vorzugsweise einstückig mit dem Abgasrohr
ausgebildet. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, die Verwirbelungselemente als
separate Bauteile, beispielsweise als Leitbleche, auszubilden, welche beispielsweise
durch Schweißen an der Innenoberfläche des Abgasrohres befestigt sind,
um in gekrümmt verlaufenden Abgasrohren gezielt Verwirbelungen zu erreichen.
Bei der einstückigen Ausbildung der Verwirbelungselemente mit dem Abgasrohr
wird vorgeschlagen, die Verwirbelungselemente durch Umformen des Abgasrohres
auszubilden, in dem beispielsweise von außen in die Außenoberfläche des
Abgasrohres ein Profilwerkzeug eingedrückt wird, welches zur Ausbildung des
Verwirbelungselementes an der Innenoberfläche des Abgasrohres führt. So sind
bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Verwirbelungselemente
als an der Außenoberfläche des Abgasrohres nach innen eingeprägte Noppen
ausgeformt.
Alternativ ist es denkbar, bei der Fertigung der Öffnungen, beispielsweise beim
Ausstanzen der Öffnungen, den aus der jeweiligen Öffnung ausgestanzten Materialrest
nicht vollständig abzutrennen, sondern nach innen in das Abgasrohr so
umzubiegen, dass der Materialrest als Verwirbelungselement wirkt. Dabei kann
durch entsprechendes Verbiegen und Verdrillen des Materialrestes sehr gezielt
auf das Strömungsverhalten des Abgasstromes unmittelbar vor der Öffnung
Einfluß genommen werden.
Die Höhe der Verwirbelungselemente sollte so bemessen sein, dass sie größer
ist als die maximal mögliche Dicke entstehender laminarer Grenzschichten. So
hat sich in Versuchen gezeigt, dass die Höhe jedes Verwirbelungselementes in
radialer Richtung quer zur Strömungsrichtung des Abgasstromes betrachtet so
bemessen sein sollte, dass sie 1/5 bis 1/15 des Durchmessers des Abgasrohres
entspricht. Besonders gute Ergebnisse ließen sich mit Verwirbelungselementen
erzielen, die 1/10 des Durchmessers des Abgasrohres entsprachen.
Die Breite jedes Verwirbelungselementes quer zur Strömungsrichtung des Abgasstromes
betrachtet sollte wiederum so bemessen sein, dass das Verwirbelungselement
ein für die Grenzschichten des Abgasstromes wirksames Hindernis
darstellt, ohne dass hierbei der Abgasstrom insgesamt merklich beeinflußt wird.
Hier hat sich in Versuchen gezeigt, dass sich eine besonders gute Wirkung erzielen
läßt, wenn die Breite 1/2 bis 1/8, vorzugsweise 1/3, des Durchmessers des
Abgasrohres entspricht, ohne dass der Abgasstrom insgesamt merklich
beeinflußt wird.
Als besonders geeignet hat sich in den Versuchen eine Länge für das Verwirbelungselement
in Strömungsrichtung des Abgasstromes betrachtet herausgestellt,
welche 1/3 bis 1/12, vorzugsweise 1/6, des Durchmessers des Abgasrohres entspricht.
Als Schalldämpfereinheit steht des Abgasrohr mit einem Absorptionsschalldämpfer,
einem Reflexionsschalldämpfer oder einem Resonator in Strömungsverbindung.
Selbstverständlich können auch mehrere Schalldämpfereinheiten
gleichen oder unterschiedlichen Typs mit dem Abgasrohr in Strömungsverbindung
stehen, beispielsweise ein Reflexionsschalldämpfer und ein Resonator.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Abgasanlage für ein
Kraftfahrzeug, die mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer ausgestattet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung, in der:
- Fig. 1
- eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers mit einem Abgasrohr, einem Helmholtzresonator und einer Reflexionskammer zeigt,
- Fig. 2
- einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1 zeigt,
- Fig. 3
- eine vergrößerte perspektivische Ansicht durch ein erfindungsgemäßes Verwirbelungselement zeigt und
- Fig. 4
- einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1 zeigt.
In Fig. 1 ist in schematischer Schnittansicht ein erfindungsgemäßer Schalldämpfer
10 für eine Abgasanlage in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Der Schalldämpfer
10 ist in herkömmlicher Weise entweder über Flansche an die Verrohrung
der Abgasanlage angeschlossen oder bereits in die Abgasanlage unmittelbar
integriert.
Der Schalldämpfer 10 hat ein Schalldämpfergehäuse 12, welches im dargestellten
Ausführungsbeispiel eine Hohlzylinderform besitzt. Das Schalldämpfergehäuse
12 ist an seinen beiden offenen Enden jeweils durch eine Abdeckung 14
bzw. 16 verschlossen.
Durch das Schalldämpfergehäuse 12 erstreckt sich ein hohlzylinderförmiges Abgasrohr
18, das durch an den beiden Abdeckungen 14 und 16 ausgebildete Aufnahmeöffnungen
20 und 22 in Längsrichtung des Schalldämpfergehäuses 12
hindurchgeführt ist. Das Abgasrohr 18 ist mit den beiden Abdeckungen 14 und
16 des Schalldämpfergehäuses 12 verschweißt.
Im Schalldämpfergehäuses 12 ist ein Helmholtzresonator 24 in Form eines L-förmig
gebogenen Rohres 26 angeordnet, dessen am kürzeren Ende ausgebildete
Rohröffnung 28 an der Außenoberfläche des Abgasrohres 18 verschweißt
ist.
Des weiteren ist im Schalldämpfergehäuse 12 eine quer zur Längsrichtung des
Abgasrohres 18 verlaufende Trennwand 30 angeordnet, welche das Schalldämpfergehäuse
12 in eine Reflexionskammer 32 unterteilt, die als Reflexionsschalldämpfereinheit
34 im erfindungsgemäßen Schalldämpfer 10 dient. Aus
dem Abgasrohr 18 in die Reflexionskammer 32 geleitete niederfrequente Schallwellen
werden hier in bekannter Weise durch Reflexion und Interferenz gedämpft.
Zur Übertragung der Schallwellen des durch das Abgasrohr 18 strömenden, pulsierenden
Abgasstromes sind am Abgasrohr 18 eine Vielzahl von Öffnungen 36
und 38 ausgebildet. Die Öffnungen 36 stehen mit dem an der Außenoberfläche
des Abgasrohres 18 befestigten Rohröffnung 28 des Rohres 22 in Strömungsverbindung.
Die Öffnungen 38 verbinden das Abgasrohr 18 mit der Reflexionskammer
32. Durch die Öffnungen 36 bzw. 38 kann der durch das Abgasrohr 18
strömende Abgasstrom mit der im Helmholtzresonator 20 stehenden Gassäule
und mit dem in der Reflexionskammer 32 enthaltenen Gasvolumen zur Schwingungsübertragung
kommunizieren.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, sind vor den Öffnungen 36, die das Abgasrohr 18 mit
dem Helmholtzresonator 20 verbinden in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung
R des Abgasstromes gesehen mehrere Verwirbelungselemente 40 vorgesehen,
die von der Innenoberfläche des Abgasrohres 18 radial nach innen abstehen.
Wie Fig. 2 ferner zeigt, in der ein Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in
Fig. 1 dargestellt ist, sind die Verwirbelungselemente 40 nur unmittelbar vor den
mit dem Helmholtzresonator 24 in Verbindung stehenden, seitlichen Öffnungen
36 am Abgasrohr 18 ausgebildet, nicht jedoch seitlich zu diesen. In Fig. 3 ist in
vergrößerter perspektivischer Darstellung eines der Verwirbelungselemente 40
gezeigt. Das Verwirbelungselement 40 ist als Noppe ausgebildet und wurde von
außen durch ein Formwerkzeug nach innen in das Rohrinnere des Abgasrohres
18 eingeformt. Das Verwirbelungselement 40 ist dabei so gestaltet und bemessen,
dass es für die an der Innenoberfläche des Abgasrohres 18 entlang strömende
Grenzschicht des Abgasstromes ein Hindernis darstellt, durch das das
Strömungsprofil des Abgasstromes eine merkliche Verwirbelung erfährt und
nach dem Passieren des Verwirbelungselementes 40 gezielt gestört ist, ohne
dass dabei der Abgasstrom insgesamt merklich beeinflußt wird.
Zu diesem Zweck ist das Verwirbelungselement 40 in seiner Höhe h so bemessen,
dass es 1/10 des Durchmessers des Abgasrohres 18 entspricht, so dass
sichergestellt ist, dass das Verwirbelungselement 40 durch die laminare Grenzschicht
des Abgasstromes vollständig in radialer Richtung gesehen hindurchragt.
Die Breite des Verwirbelungselementes 40 entspricht 1/3 des Durchmessers des
Abgasrohres 18, während seine Länge I etwa 1/6 des Durchmessers des Abgasrohres
18 entspricht. Die in Strömungsrichtung R des Abgases gesehen der angeströmten
Fläche des Verwirbelungselementes 40 abgewandte Rückseite kann
ferner so gestaltet sein, dass eine Abrißkante für die Strömung gebildet ist, welche
für zusätzliche Verwirbelungen in der Grenzschicht des Abgasstromes führt.
Entsprechende Verwirbelungselemente 40, so wie sie in Fig. 3 dargestellt sind,
sind ferner in dem Rohrabschnitt des Abgasrohres 18 ausgebildet, der durch die
Reflexionskammer 32 verläuft. Auch hier sind Verwirbelungselemente 40 vorgesehen,
die in einer gemeinsamen Ebene quer zur Strömungsrichtung R des Abgases
gesehen angeordnete und jeweils in Gruppen 42 zusammengefaßt sind.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, sind insgesamt fünf in Strömungsrichtung R gesehen
hintereinander angeordnete Gruppen 42 vorgesehen, die jeweils konstant zueinander
beabstandet im Abgasrohr 18 ausgebildet und zwischen denen die Öffnungen
38 zum Verbinden des Abgasrohres 18 mit der Reflexionskammer 32
angeordnet sind. Wie Fig. 4 ferner zeigt, in der ein Schnitt entlang der Schnittlinie
IV-IV in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Verwirbelungselemente 40 jeweils einer
Gruppe 42 gleichmäßig über den Innenumfang des Abgasrohres 18 verteilt ausgebildet.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überdecken sich die
Verwirbelungselemente 40 der einzelnen Gruppen 42, d.h. jeweils ein Verwirbelungselement
40 jeder Gruppe 42 ist mit jeweils einem Verwirbelungselement 40
der anderen Gruppen 42 auf einer gemeinsamen parallel zur Strömungsrichtung
R verlaufenden Linie entlang des Abgasrohres 18 angeordnet. Die Gruppen 42
können jedoch auch versetzt zueinander ausgebildet sein, so dass die Verwirbelungselemente
40 der verschiedenen Gruppen 42 unterschiedliche Rohrbereiche
beeinflussen.
Strömt nun Abgas durch das Abgasrohr 18 werden die laminaren Grenzschichten
des Abgasstromes, die sich an der Innenoberfläche des Abgasrohres 18
ausbilden, durch die Verwirbelungselemente 40 so gestört, dass Verwirbelungen
in den Grenzschichten entstehen und diese über die Rohrlänge des Abgasrohres
18 betrachtet zumindest kurzfristig das Strömungsprofil des Abgasstromes beeinflussen,
bis sich die Grenzschichten wieder beruhigt haben und ein laminares
Strömungsverhalten aufweisen. Durch die Verwirbelungen wird erreicht, dass der
Abgasstrom in den Bereichen, die in Strömungsrichtung R gesehen den Verwirbelungselementen
40 folgen und in denen die Öffnungen 36 bzw. 38 angeordnet
sind, in seinen Grenzschichten so abgebremst ist, dass das sich ausbildende
Strömungsprofil vor den Öffnungen 36 und 38 gezielt gestört ist und die Öffnungskanten
mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit angeströmt werden.
Dies hat zur Folge, dass das eingangs beschriebene Phänomen der Entstehung
hochfrequenter Töne vermieden wird und die Schallwellen des Abgasstrom somit
ohne Entstehung zusätzlicher Geräusche mit dem Helmholtzresonator 20 und
der Reflexionskammer 32 in bekannter Weise gedämpft werden können.
- 10
- Schalldämpfer
- 12
- Schalldämpfergehäuse
- 14
- Abdeckung
- 16
- Abdeckung
- 18
- Abgasrohr
- 20
- Aufnahmeöffnung
- 22
- Aufnahmeöffnung
- 24
- Helmholtzresonator
- 26
- Rohr
- 28
- Rohröffnung
- 30
- Trennwand
- 32
- Reflexionskammer
- 34
- Reflexionsschalldämpfereinheit
- 36
- Öffnungen
- 38
- Öffnungen
- 40
- Verwirbelungselemente
- 42
- Gruppen
- R
- Strömungsrichtung
Claims (14)
- Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, mit
einem Schalldämpfergehäuse (12), durch das ein Abgasrohr (18) zum Hindurchleiten schallzudämpfender Abgasströme hindurchführt, und mindestens einer Schalldämpfereinheit (24, 34), welche durch Öffnungen (36, 38) mit dem Abgasrohr (18) in Strömungsverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen den Öffnungen (36, 38) vorgeordnet mehrere Verwirbelungselemente (40) von der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) nach innen abstehen. - Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen aufeinanderfolgend mehrere Verwirbelungselemente (40) angeordnet sind.
- Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungselemente (40), welche in einer gemeinsamen Ebene quer zur Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes angeordnet sind, gleichmäßig zueinander beabstandet an der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) vorgesehen sind.
- Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere in einer gemeinsamen Ebene quer zur Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen angeordnete Verwirbelungselemente (40) zu Gruppen (42) zusammengefaßt sind, und dass die einzelnen Gruppen (42) der Verwirbelungselemente (40) in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Gruppen (42) der Verwirbelungselemente (40) vorzugsweise konstant sind.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen unmittelbar aufeinanderfolgend angeordneten Verwirbelungselementen (40) in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen so bemessen ist, dass das nachfolgend angeordnete Verwirbelungselement (40) in einem Abschnitt im Abgasrohr (18) angeordnet ist, in welchem die vom unmittelbar vorgeordneten Verwirbelungselement (40) verursachten Verwirbelungen der Grenzschichten des Abgasstromes an der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) noch wirksam sind.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Öffnung (40) ein Verwirbelungselement (40) vorgeordnet ist.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungselemente (40) einstückig mit dem Abgasrohr (18) ausgebildet sind.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungselemente (40) durch Umformen an der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) ausgebildet sind.
- Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungselemente (40) als an der Außenoberfläche des Abgasrohres (18) nach innen eingeprägte Noppen ausgeformt sind.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) jedes Verwirbelungselementes (40) in radialer Richtung quer zur Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes betrachtet so bemessen ist, dass sie 1/5 bis 1/15, vorzugsweise 1/10, des Durchmessers des Abgasrohres (18) entspricht.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) jedes Verwirbelungselementes (40) quer zur Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes betrachtet so bemessen ist, dass sie 1/2 bis 1/8, vorzugsweise 1/3, des Durchmessers des Abgasrohres (18) entspricht.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (I) jedes Verwirbelungselementes (40) in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes betrachtet so bemessen ist, dass sie 1/3 bis 1/12, vorzugsweise 1/6, des Durchmessers des Abgasrohres (18) entspricht.
- Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpfereinheit, ein Reflexionsschalldämpfer (34) oder ein Resonator (24) ist.
- Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schalldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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