EP1510668B1 - Schalldämpfer sowie Abgasanlage - Google Patents

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EP1510668B1
EP1510668B1 EP04017953A EP04017953A EP1510668B1 EP 1510668 B1 EP1510668 B1 EP 1510668B1 EP 04017953 A EP04017953 A EP 04017953A EP 04017953 A EP04017953 A EP 04017953A EP 1510668 B1 EP1510668 B1 EP 1510668B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
flow
exhaust pipe
muffler
swirling
Prior art date
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Active
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EP04017953A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1510668A1 (de
EP1510668B8 (de
Inventor
Rolf Dr. Jebasinski
Sascha Leng
Marco Jess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by J Eberspaecher GmbH and Co KG filed Critical J Eberspaecher GmbH and Co KG
Publication of EP1510668A1 publication Critical patent/EP1510668A1/de
Publication of EP1510668B1 publication Critical patent/EP1510668B1/de
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Publication of EP1510668B8 publication Critical patent/EP1510668B8/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/089Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using two or more expansion chambers in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/02Tubes being perforated
    • F01N2470/04Tubes being perforated characterised by shape, disposition or dimensions of apertures

Definitions

  • the invention relates to a silencer according to the preamble of claim 1 for an exhaust system of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an exhaust system for a motor vehicle, with a silencer according to the invention.
  • the pressure pulses produced in the exhaust gas by the combustion process in the internal combustion engine lead in the exhaust gas flow flowing through the exhaust system to the formation of sound waves in different frequency ranges.
  • silencers in particular the audible for human hearing frequencies are to be damped.
  • the sound waves are transmitted from the exhaust system to the body or the chassis of the vehicle and stimulate them to vibrate.
  • the silencer as the actual silencer unit has at least one sound absorber, a sound reflector or a resonator.
  • the muffler unit of the muffler is connected via a plurality of openings, such as slots, holes, slots and the like, with the exhaust pipe in flow communication.
  • the sound waves of the pulsating exhaust gas flow are passed through the openings in the muffler unit, in which the sound waves are attenuated in a known manner by absorption or reflection.
  • the invention solves the problem by a silencer having the features of claim 1. Furthermore, the invention solves the problem by an exhaust system according to claim 13, which is equipped with a silencer according to the invention.
  • the forming flow profile of the exhaust gas flow is now specifically disturbed in the exhaust pipe at a distance in front of the opening edges.
  • the formation of such high-frequency tones is thus prevented in the inventive silencer, but at least significantly reduced.
  • the silencer in a particularly preferred embodiment of the silencer according to the invention, it is proposed to arrange a plurality of turbulence elements in succession in the flow direction of the exhaust gas stream. This ensures that the exhaust gas flow over a longer pipe section of the exhaust pipe is specifically disturbed in its flow profile, so that even with a distribution the openings which connect the exhaust pipe with the muffler unit, the generation of high-frequency tones is prevented over a relatively long pipe section.
  • the swirling elements according to the invention can in this case be arranged between the openings, without the damping behavior of the silencer being impaired overall.
  • the turbulence elements which are arranged in a common plane transverse to the flow direction of the exhaust gas flow, are provided uniformly spaced from each other on the inner surface of the exhaust gas pipe. In this way it is ensured that the boundary layers of the flow are swirled on the entire inner surface of the exhaust pipe.
  • the openings which connect the exhaust pipe with the silencer unit formed only on one side of the exhaust pipe for example in a laterally attached as a Helmholtz resonator tube, it is also sufficient if only in front of the provided with the openings réelleoberphasechenabites the exhaust pipe swirling elements are provided ,
  • a plurality of mutually arranged in a common plane transversely to the flow direction of the exhaust gas flow arranged Vermmdungsetti are combined into groups, while the individual groups of Verwirbelungsetti seen in the flow direction of the exhaust stream are arranged successively.
  • the individual groups of the swirling elements can be arranged offset from one another. However, they can also be arranged relative to one another in such a way that the turbulence elements of different groups overlap one another, that is to say each are arranged on a common line in the flow direction of the exhaust gas stream.
  • the distances between the successive groups of the swirling elements are kept constant, so that a uniform pattern of swirling elements is formed.
  • the silencer In order to ensure that the exhaust gas stream is swirled sufficiently for a predetermined length of the exhaust pipe at successively arranged Verwirbelungsalementen, it is further proposed in the silencer according to the invention that the distance between successively arranged turbulence in the flow direction of the exhaust stream is dimensioned so that the subsequently arranged turbulence in a section is arranged in the exhaust pipe, in which the turbulence caused by the immediately upstream turbulence element of the boundary layers of the exhaust gas flow to the inner surface of the exhaust pipe are still effective.
  • the Verwirbelungs institute In the integral formation of the Verwirbelungs institute with the exhaust pipe is proposed to form the Verwirbelungs institute by forming the exhaust pipe in which, for example, from the outside into the outer surface of the exhaust pipe a ProfiWarkmaschine is pressed, which leads to the formation of the Verwirbelungs elements on the inner surface of the exhaust pipe.
  • the height of the turbulators should be such that it is greater than the maximum possible thickness of resulting laminar boundary layers.
  • the height of each turbulence element in the radial direction viewed transversely to the flow direction of the exhaust gas flow, should be such that it corresponds to 1/5 to 1/15 of the diameter of the exhaust pipe.
  • Particularly good results could be achieved with swirl elements, which corresponded to 1/10 of the diameter of the exhaust pipe.
  • each turbulence element viewed transversely to the flow direction of the exhaust gas flow should again be dimensioned such that the turbulence element is an obstacle effective for the boundary layers of the exhaust gas flow, without the exhaust gas flow being appreciably affected overall.
  • the width corresponds to 1/2 to 1/8, preferably 1/3, of the diameter of the exhaust pipe, without the total exhaust gas flow is significantly affected.
  • the exhaust pipe is in flow connection with an absorption silencer, a reflection silencer or a resonator.
  • a plurality of muffler units of the same or different type may be in flow communication with the exhaust pipe, for example a reflection muffler and a resonator.
  • the invention relates to an exhaust system for a motor vehicle, which is equipped with a silencer according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive muffler 10 is shown for an exhaust system in a motor vehicle.
  • the muffler 10 is connected in a conventional manner either via flanges to the piping of the exhaust system or already integrated directly into the exhaust system.
  • the muffler 10 has a muffler housing 12, which has a hollow cylindrical shape in the illustrated embodiment.
  • the muffler housing 12 is closed at its two open ends in each case by a cover 14 or 16.
  • a hollow-cylindrical exhaust pipe 18 which is guided through formed on the two covers 14 and 16 receiving openings 20 and 22 in the longitudinal direction of the muffler housing 12.
  • the exhaust pipe 18 is welded to the two covers 14 and 16 of the muffler housing 12.
  • a Helmholtz resonator 24 is arranged in the form of an L-shaped bent tube 26, which formed at the shorter end tube opening 28 is welded to the outer surface of the exhaust pipe 18.
  • a transverse to the longitudinal direction of the exhaust pipe 18 extending partition 30 is arranged in the muffler housing 12, which divides the muffler housing 12 into a reflection chamber 32, which serves as a reflection muffler unit 34 in the muffler 10 according to the invention.
  • Low-frequency sound waves conducted from the exhaust pipe 18 into the reflection chamber 32 are here damped in a known manner by reflection and interference.
  • a plurality of openings 36 and 38 are formed on the exhaust pipe 18.
  • the openings 36 are in flow connection with the pipe opening 28 of the pipe 22 fastened to the outer surface of the exhaust pipe 18.
  • the openings 38 connect the exhaust pipe 18 to the reflection chamber 32.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 18 can communicate with the standing in Helmholtz resonator 20 gas column and with the volume of gas contained in the reflection chamber 32 for vibration transmission.
  • a plurality of swirling elements 40 are provided in a plane transverse to the flow direction R of the exhaust gas stream, and protrude radially inwards from the inner surface of the exhaust pipe 18.
  • the swirling elements 40 are formed only immediately in front of the Helmholtz resonator 24 in communication, side openings 36 on the exhaust pipe 18, but not sideways to these.
  • one of the swirling elements 40 is shown in an enlarged perspective view.
  • the swirling element 40 is formed as a knob and was formed from the outside by a molding tool inwardly into the tube interior of the exhaust pipe 18.
  • the swirling element 40 is designed and dimensioned such that it represents an obstacle for the boundary layer of the exhaust gas flow flowing along the inner surface of the exhaust pipe 18, through which the flow profile of the exhaust gas stream experiences a noticeable swirling and is specifically disturbed after passing through the swirling element 40, without thereby the total exhaust gas flow is significantly affected.
  • the swirling element 40 is dimensioned in its height h so that it corresponds to 1/10 of the diameter of the exhaust pipe 18, so that it is ensured that the swirling element 40 protrudes through the laminar boundary layer of the exhaust gas stream seen completely 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 corresponds to about 1/6 of the diameter of the exhaust pipe 18.
  • the rear side facing away from the flowed surface of the swirling element 40 in the direction of flow R of the exhaust gas can furthermore be designed such that a tear-off edge for the flow is formed, which leads to additional turbulence in the boundary layer of the exhaust gas flow.
  • Corresponding swirling elements 40 are further formed in the pipe section of the exhaust pipe 18 which passes through the reflection chamber 32.
  • turbulators 40 are provided, which are arranged in a common plane transversely to the flow direction R of the exhaust gas arranged and combined in groups 42. 1, a total of five successively arranged in the flow direction R arranged groups 42 are provided, each spaced from each other in the exhaust pipe 18 and formed between which the openings 38 for connecting the exhaust pipe 18 to the reflection chamber 32. 4, in which a section along the section line IV-IV in Fig. 1 is shown, the Verwirbelungsieri 40 are each a group 42 uniformly distributed over the inner circumference of the exhaust pipe 18 formed in the embodiment shown in Fig.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruches 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.
  • 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.
  • Aus der DE 196 39 079 A1 ist ein gattungsgemäßer Schalldämpfer bekannt, bei dem zur Vermeidung der Pfeifgeräusche die ÖffnungsKanten der Öffnungen bereichsweise von der Innenoberfläche des Abgasrohrs nach innen abstehen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges bzw. eine Abgasanlage, die mit einem derartigen Schalldämpfer ausgestattet ist, be-reitustellen, 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 13, die mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer ausgestattet ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird nun im Abgasrohr das sich ausbildende Strömungsprofil des Abgasstromes bereits in Abstand vor den Öffnungskanten gezielt gestört.
  • Durch die erfindungsgemäßen 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.
  • Femer ist es von Vorteil, wenn die Verwirbelungselemente, welche in einer gemeinsamen Ebene quer zur Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet sind, gleichmäßig zueinander beabstandet an der InnenoberRäche 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 Innenoberhächenabschnitt 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 Vermmdungselemente 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 lnnenobertläche 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 Verwirbelungsalementen 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.
  • 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 ProfiWarkzeug eingedrückt wird, welches zur Ausbildung des Verwirbelungselementes an der Innenoberfläche des Abgasrohres führt.
  • 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 116, des Durchmessers des Abgasrohres entspricht
  • Als Schalldämpfereinheit steht des Abgasrohr mit einem Absorptionsschalldämpfer, einem Reflexionsschalldämpfer oder einem Resonator in Stromungsverbindung. 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 der an der Außenoberfläche des Abgasrohres 18 befestigten Rohröffnung 28 des Rohres 22 in Strömungverbindung. 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 Helmhohmsonator 24 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 Verwirbefungselernertt 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 Verwirbetungselementen 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.
  • Bezugszeichenliste:
  • 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 (13)

  1. 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, wobei in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen den Öffnungen (36, 38) vorgeordnet mehrere Verwirbelungselemente (40) von der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) nach innen abstehen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verwirbelungselemente (40) in Abstand vor den Öffnungskanten von Öffnungen (36, 38) angeordnet und als an der Außenoberfläche des Abgasrohres (18) nach innen eingeprägte Noppen ausgeformt sind.
  2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, wobei in Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen aufeinanderfolgend mehrere Verwirbelungselemente (40) angeordnet sind.
  3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei 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.
  4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jeweils mehrere in einer gemeinsamen Ebene quer zur Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes gesehen angeordnete Verwirbelungselemente (40) zu einer Gruppe (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.
  5. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei 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.
  6. Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Öffnung ein Verwirbelungselement (40) vorgeordnet ist.
  7. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verwirbelungselemente (40) einstückig mit dem Abgasrohr (18) ausgebildet sind.
  8. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verwirbelungselemente (40) durch Umformen an der Innenoberfläche des Abgasrohres (18) ausgebildet sind.
  9. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe (h) jedes Verwirbelungselementes (40) in radialer Richtung quer zur Strömungsnchtung (R) des Abgasstromes betrachtet so bemessen ist, dass sie 1/5 bis 1/15, vorzugsweise 1/10, des Durchmessers des Abgasrohres (18) entspricht.
  10. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite (b) jedes Verwirbelungselementes (40) quer zur Strömungsrichtung (R) des Abgasstromes betrachtet so bemessen ist, dass sie 1/2 bis 1/4, vorzugsweise 1/3, des Durchmessers des Abgasrohres (18) entspricht.
  11. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 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.
  12. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalldämpfereinheit, ein Reflexionsschalldämpfer (34) oder ein Resonator (24) ist.
  13. Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schalldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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