EP3168437B1 - Schalldämpfer für eine abgasanlage - Google Patents

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EP3168437B1
EP3168437B1 EP16196158.6A EP16196158A EP3168437B1 EP 3168437 B1 EP3168437 B1 EP 3168437B1 EP 16196158 A EP16196158 A EP 16196158A EP 3168437 B1 EP3168437 B1 EP 3168437B1
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EP
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outlet pipe
main outlet
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inlet pipe
pipe
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Micha HÖRR
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Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to a silencer for an exhaust system of an internal combustion engine, preferably a road vehicle, in particular a passenger car, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a designed with such a silencer exhaust system for an internal combustion engine.
  • a generic muffler is from the DE 41 40 429 A1 is known and is provided with a housing in which an expansion chamber is formed, with an exhaust gas into the housing inside inlet tube having an end portion in the housing, which has an outlet opening in the expansion chamber, with an exhaust out of the housing leading out Stilauslassrohr in the housing has a start portion protruding into the end portion of the inlet pipe with a gap formed in an overlapping area between the end portion of the inlet pipe and the start portion of the main outlet pipe forming a bypass bypassing the start portion of the main outlet pipe in the end portion of the inlet pipe
  • Inlet pipe can flow into the expansion chamber, and equipped with an exhaust gas out of the housing leading Mauauslassrohr having an inlet opening in the expansion chamber.
  • the axial length of the overlapping portion is approximately equal to the diameter of the end portion of the inlet pipe. Further, the initial portion of the main outlet pipe protrudes into the end portion of the inlet pipe in a freestanding manner.
  • the JP 2005-256736 A shows a muffler without Mauauslassrohr, so that the expansion chamber is not flowed through by exhaust gas. Furthermore, the end section of the Eilassrohrs projects freestanding into the initial section of the single outlet pipe here as well.
  • the end portion of the inlet pipe and the start portion of the main outlet pipe are axially spaced so that there is no overlapping area.
  • the present invention addresses the problem of providing a muffler of the type described above, an improved embodiment, which is characterized in particular by the fact that an acoustic coupling of a full load active exhaust path is reduced with soundproofing means of the muffler.
  • the invention is based on the general idea of forming an overlap region between an inlet tube and a main outlet tube, in which inlet tube and main outlet tube are inserted into one another such that a bypass forms in this overlap region between inlet tube and outlet tube, through the exhaust gas from the inlet tube past the main outlet tube can flow into an expansion chamber.
  • this expansion chamber also opens a Fineauslassrohr through which exhaust gas can flow out of the expansion chamber.
  • the inlet pipe and the main outlet pipe act for a part of the exhaust gas flow, more or less like a continuous exhaust pipe, which is largely decoupled from the silencer of the silencer, whereby for this part of the exhaust gas flow a low sound attenuation and a low exhaust back pressure can be realized.
  • the remaining exhaust gas flow flows through the bypass into the expansion chamber and out of the silencer through the secondary outlet pipe.
  • An expansion chamber is generally characterized by a free space in which airborne sound can spread.
  • sound absorption material may also be arranged in an expansion chamber, as in an absorption chamber, but such an expansion chamber is not completely filled with sound-absorbing material, rather a free space must remain within the expansion chamber, into the airborne sound, e.g. through the bypass or through a perforation, into it can expand.
  • the main outlet tube can be selectively introduced so deeply into the inlet pipe until an optimal vibration excitation in the main outlet pipe is established.
  • the end portion of the inlet pipe and the starting portion of the main outlet pipe are rectilinear. Furthermore, according to the invention, an axial length of the overlap region, with which the main outlet pipe projects into the inlet pipe, is at least twice as large and in particular at least three times as large or at least four times as large as one Diameter of the end portion of the inlet pipe.
  • the flow-through cross sections and / or the flow resistances of the main outlet pipe, secondary outlet pipe and gap can be matched to one another such that the exhaust gas flow supplied via the inlet pipe is discharged to the extent of 40% to 60% through the main outlet pipe.
  • a cross-section of the gap through which the flow-through is on average approximately the same size as a cross-section through which the main outlet pipe can flow.
  • the housing may be cylindrical and equipped with a jacket and with two end floors his.
  • the inlet tube is suitably passed through the jacket.
  • the Hauptauslassrohr is suitably passed through the one end floor.
  • the Mauauslassrohr is suitably passed through the other end floor.
  • the muffler can be realized in particular as a transverse muffler, which is arranged in the installed state with respect to its longitudinal central axis transverse to a vehicle longitudinal axis.
  • the outlet pipes emerging from the housing at opposite axial ends can thereby form two end pipes of the exhaust system or lead to two tail pipes.
  • it can also be provided to lead the main outlet pipe and the secondary outlet pipe out of the housing through the same end floor. It is also conceivable to realize the housing in shell construction.
  • the inlet tube is imperforate.
  • the main outlet tube may be imperforate.
  • the secondary outlet tube may be imperforate. This measure ultimately results in that the flow guidance in the secondary outlet pipe is particularly efficient. If all three above-mentioned tubes are imperforate in the housing, the housing expediently contains only the expansion chamber.
  • the main outlet tube may have a perforation in the expansion chamber. This ensures that in the exhaust gas entrained airborne sound can escape through the perforation of the Hauptauslassrohrs in the expansion chamber, whereby a certain damping can be realized.
  • the inlet tube may have a perforation in the overlapping area, thereby providing an acoustic coupling to a space enveloping the overlapping area.
  • at least one further chamber may be formed in the housing. The inlet tube and / or the Mauauslassrohr may have at least in such a further chamber a perforation.
  • the respective further chamber is acoustically connected via the respective perforation and can serve to dampen the entrained airborne sound.
  • the inlet tube may have a perforation in the overlapping area.
  • two further chambers may be formed in the housing, namely a first further chamber axially adjacent to the expansion chamber, and a second further chamber axially adjacent to the first further chamber at a side remote from the expansion chamber.
  • the secondary outlet pipe has a perforation in the second further chamber.
  • the second further chamber is acoustically coupled via the perforation of the Mauauslassrohrs.
  • the second further chamber may be configured, for example, as an absorption chamber which is filled with sound-absorbing material. It is also conceivable to design the second further chamber also as an expansion chamber.
  • the first further chamber may be designed as an absorption chamber which is filled with sound-absorbing material.
  • the first further chamber may be separated from the expansion chamber by means of a first partition wall and from the second further chamber by means of a second partition wall.
  • the partitions are arranged axially between the end floors and spaced apart from them and to each other axially.
  • the acoustic connection of the first further chamber acting as absorption chamber can be via a perforation in the inlet pipe or via a perforation in the secondary outlet pipe or realized via a perforation in the first partition wall or via a perforation in the second partition wall. It is also conceivable to achieve the acoustic coupling by a combination of the above perforations.
  • first dividing wall and the second dividing wall are imperforated, while the auxiliary outlet pipe has a perforation in the first further chamber. It is also conceivable that the inlet pipe is passed through the first partition wall and is imperforate in the first further chamber.
  • the first partition may be perforated such that the first further chamber is acoustically coupled to the expansion chamber. If the second partition wall is imperforate, the acoustic coupling of the first further chamber takes place through the first partition with the expansion chamber.
  • the second partition may also be provided with a perforation, so that the first further chamber is acoustically coupled to the expansion chamber and to the second further chamber.
  • the first partition wall is imperforated, while the second partition is perforated, so that the acoustic connection of the first further chamber through the second partition to the second further chamber.
  • inlet tube and Mauauslassrohr are imperforate in the first further chamber, while the Mauauslassrohr in the second further chamber has a perforation.
  • the second additional chamber is designed as an expansion chamber, so that airborne sound can reach the perforated second partition wall through a free space in the expansion chamber.
  • a preferred embodiment results when connected to the expansion chamber, an absorption chamber and when the absorption chamber a Resonance chamber connects.
  • the absorption chamber may be acoustically connected to the expansion chamber through a perforation of the first partition wall.
  • the inlet tube may have a perforation in the overlap area located in the absorption chamber.
  • the resonance chamber may be acoustically connected to the expansion chamber via a connecting tube, with the connecting tube penetrating both partitions.
  • the second partition is expediently imperforated.
  • the secondary outlet tube and the main outlet tube are expediently imperforate in this embodiment.
  • first further chamber which connects axially to the expansion chamber via a first partition wall
  • second, further chamber which has a side remote from the expansion chamber
  • first further chamber is configured as an absorption chamber, which is filled with a sound-absorbing material and which is acoustically coupled by the perforated configured first partition with the expansion chamber
  • second further chamber designed as a resonator is, which is separated by means of the unperforated second partition from the first further chamber and which is acoustically connected via a resonator to the Mauauslassrohr or to the expansion chamber.
  • the main outlet line and the secondary outlet line extend parallel to one another within the housing.
  • the arrangement of the tubes within the housing is expedient so that the exhaust gas must be deflected during operation of the internal combustion engine in the expansion chamber of an outlet opening of the gap over 180 ° to pass through the inlet opening of the Mauauslassrohrs to be able to enter the Mauauslassrohr. If the two outlet tubes are led out of the housing through the same end base, the arrangement of the inlet opening of the secondary outlet tube and the outlet opening of the gap is expediently such that the flow in the expansion chamber must be deflected twice by 180 ° in order to move from the outlet opening of the gap into the outlet chamber Entry opening of the Mauauslassrohrs to get.
  • the main outlet tube in the overlapping region is supported radially on the inlet tube in order to reduce relative movements between the inlet tube and the main outlet tube.
  • the main outlet pipe may be supported by a plurality of webs on the inlet pipe, which are distributed in the circumferential direction of the main outlet pipe and bridge the gap.
  • the main outlet pipe is supported via at least one perforated ring on the inlet pipe, which extends in the circumferential direction of the main outlet pipe and fills the gap. In both cases, a significant stabilization is achieved, which is relatively inexpensive to implement.
  • the main outlet pipe is supported on a perforated intermediate bottom, which is arranged in the expansion chamber and supported on the housing. This measure also stabilizes the position of the main outlet pipe in the housing.
  • the perforated intermediate floor leads to no acoustic separation within the expansion chamber, so that it remains as a unit.
  • the main outlet pipe can be controlled by means of a control device with respect to its flow with exhaust gas.
  • This control direction can be coupled inside the housing to the main outlet pipe or outside of it.
  • This control device can in particular be configured so that it opens the main outlet pipe at least at full load of the internal combustion engine and that it locks the Hauptauslassrohr at least at low partial load of the internal combustion engine.
  • control devices are conceivable in which one, several or any number of intermediate positions can be realized.
  • the control device can be configured so that it works actively, that is equipped with an actuator, or that it works passively and is therefore adjusted only by displacement forces of the flow.
  • a semi-active embodiment of the control device is conceivable, which operates for example with a pressure cell and is controlled by the pressure prevailing in the inlet tube and / or in the expansion chamber and / or in the initial region of the main outlet tube.
  • FIG. 1 shows a much simplified schematic diagram of a muffler.
  • FIG. 1 comprises a muffler 1, which is provided for an exhaust system of an internal combustion engine, a housing 2, which is preferably cylindrical is configured and accordingly has a cylindrical shell 3 and at its axial ends in each case an end bottom, namely a first end bottom 4 and a second end bottom 5.
  • the exhaust system and the internal combustion engine is arranged in a road vehicle. This is preferably a passenger car, in particular a sports car.
  • an expansion chamber 6 is formed in the housing 2, an expansion chamber 6 is formed. It is characterized by a free space, can expand into the exhaust gas or airborne sound entrained therein. Outside this clearance, e.g. along boundary walls, may be arranged in the expansion chamber 6 optional sound absorption.
  • the muffler 1 is provided with an inlet pipe 7 having an end portion 8 in the housing 2, with which the inlet pipe 7 terminates in the expansion chamber 6. For this purpose, the end portion 8 in the expansion chamber 6 to an outlet opening 9. Further, the muffler 1 is equipped with a Hauptauslassrohr 10 having an initial portion 11 in the housing 2. This start portion 11 is inserted into the end portion 8 of the inlet pipe 7 and terminates inside the inlet pipe 7. Accordingly, the start portion 11 is in Fig. 1 shown only with a broken line. The initial section 11 has an inlet opening 12 within the inlet tube 7.
  • the silencer 1 also has a secondary connection pipe 15, which has an inlet opening 16 in the expansion chamber 6.
  • the end portion 8 of the inlet tube 7 and the initial portion 11 of the main outlet tube 10 extend in a straight line, so that also the overlap region 13 is rectilinear.
  • the initial portion 11 extends axially into the end portion 8 so far that the overlap region 13 has an axial length 17, which in the example shown is about four times as large as a diameter 18 of the inlet tube 7 in the end portion 8 the length 17 of the overlap region 13, a resonance effect in the main outlet pipe 10 can be optimized, with the targeted a certain frequency of the transported sound in the exhaust sound can be attenuated.
  • the flow-through cross-sections or flow resistance of the main outlet 10, the secondary outlet 15 and the gap 14 are suitably coordinated so that, at least at partial load and / or full load of the internal combustion engine, a predetermined distribution of a supplied via the inlet pipe 7 exhaust stream 19 to one through the Hauptauslassrohr 10 discharged main part stream 20 and adjusted by the Mauauslassrohr 15 secondary partial flow 21 sets.
  • the supplied total flow 19, the main partial flow 20 and the secondary partial flow 21 are in Fig. 1 indicated by arrows.
  • a division of the total flow 19 is set to the main partial flow 20 and the secondary partial flow 21, which is in a range of 40:60 to 60:40. Particularly advantageous is a division of about 50:50.
  • the flow-through cross sections of the gap 14 and the beginning portion 11 are each about half as large as the flow-through cross section of the inlet tube 7 immediately upstream of the inlet opening 12 of the Hauptauslassrohrs 10th
  • a concentric arrangement of the starting portion 11 and the end portion 8 is shown, resulting in a completely annular around the initial portion 11 circumferential gap 14, basically any eccentric arrangement can be selected.
  • the starting section 11 touches the end section 8 in a linear manner.
  • the end section 8 and the start section 11 have a common wall section which is delimited in the circumferential direction of the overlapping section 13.
  • the gap 14 may also have different geometries depending on the cross-sectional geometry of the starting section 11 and the end section 8 in the overlapping region 13. It may be, for example, annular or C-shaped with round tube cross-sections and U-shaped or I-shaped with angular, preferably rectangular, tube cross sections.
  • the inlet pipe 7 is passed through the jacket 3, while the outlet pipes 10 and 15 are passed through the end floors 4, 5.
  • the main outlet pipe 10 is passed through the first end floor 4, while the sub-outlet pipe 15 is passed through the second end floor 5.
  • both outlet pipes 10, 15 are guided through the same end floor 4 or 5.
  • first further chamber 22 connects axially to the expansion chamber 6.
  • the second additional chamber 23 adjoins the first further chamber 22 axially on a side facing away from the expansion chamber 6.
  • the axial direction is defined by a longitudinal central axis 24 of the cylindrical housing 2.
  • the first further chamber 22 is separated from the expansion chamber 6 by means of a first partition wall 25 and separated from the second further chamber 23 by means of a second partition wall 26.
  • the first further chamber 22 is designed as an absorption chamber and is filled with a sound-absorbing material 27.
  • the first further chamber 22 is completely filled with sound-absorbing material 27.
  • the first partition 25 is preferably perforated.
  • the first further chamber 22 is thus acoustically connected to the expansion chamber 6.
  • the first partition wall 25 is penetrated by the inlet pipe 7 and the secondary outlet pipe 15.
  • the second partition wall 26 is preferably configured unperforated.
  • the second additional chamber 23 can preferably be designed as an expansion chamber or as an absorption chamber or as a resonance chamber.
  • an embodiment is preferred in which the inlet pipe 7 and the main outlet pipe 10 are unperforated.
  • the secondary outlet pipe 15 may be provided in the second further chamber 23 with a perforation 28, whereby the second further chamber 23 is acoustically coupled to the Mauauslassrohr 15.
  • the Mauauslassrohr 15 may be unperforated in the first further chamber 22 or have another, not shown here perforation.
  • the second further chamber 23 forms a further expansion chamber.
  • a resonator pipe 29 indicated by a broken line can also be provided on the secondary outlet pipe 15, which in conjunction with the free volume of the second further chamber 23 Helmholtz resonator forms.
  • the second further chamber 23 is then a resonance or resonator chamber.
  • a resonator tube 32 for acoustically connecting the expansion chamber 6 with the second further chamber 23 in order to form such a Helmholtz resonator.
  • the second additional chamber 23 is a resonator chamber.
  • the resonator tube 32 penetrates the perforated first partition wall 25 and the unperforated second partition wall 26 and the first further chamber 22, which serves as an absorption chamber in this case.
  • the sub-outlet pipe 15 and the inlet pipe 7 are at least in the second further chamber 23, respectively, unperforated.
  • a connecting tube 30 which is in Fig. 1 also indicated only with a broken line.
  • This connecting tube 30 then interacts with the free volume of the first further chamber 22 as a Helmholtz resonator.
  • a control device 31 is indicated, with the aid of which the flowability of the main outlet pipe 10 can be controlled with exhaust gas.
  • the distribution of the total flow 19 to the main partial flow 20 and the secondary partial flow 21 can thereby be varied.
  • the control device 31 can open the main outlet pipe 10, so that a comparatively large main partial flow 20 is created.
  • the control device 31 may cause a blockage of the main outlet pipe 10, so that then a comparatively large Secondary partial flow 21 is formed, which corresponds to the total flow 19 in the extreme case.
  • this optional control device 31 is arranged outside of the housing 2.
  • the control device 31 may also be arranged on the housing 2 or in the housing 2.
  • Fig. 1 is also provided that the main outlet pipe 10 is supported radially in the overlap region 13 on the inlet pipe 7. This is achieved in the example shown in the region of the inlet opening 12 of the Kleinauslassrohrs 10 by means of a plurality of webs 33 which support the Hauptauslassrohr 10 on the inlet tube 7, which are distributed in the circumferential direction of the Hauptauslassrohrs 10 and spaced from each other and which bridge the gap 14.
  • a perforated ring 34 is provided, via which the main outlet pipe 10 is supported on the inlet pipe 7, which extends in the circumferential direction of the main outlet pipe 10 and fills the gap 14.
  • the main outlet pipe 10 is supported on a perforated intermediate bottom 35, which is arranged in the expansion chamber 6 and supported on the housing 2.
  • acoustic damping means are, for example, as explained above, the expansion chamber 6, the first additional chamber 22 and the second additional chamber 23, which can serve either as an expansion chamber, as an absorption chamber or as a resonance chamber of a Helmholtz resonator.
  • the expansion chamber 6, the first additional chamber 22 and the second additional chamber 23 which can serve either as an expansion chamber, as an absorption chamber or as a resonance chamber of a Helmholtz resonator.
  • the airborne sound entrained in the overall flow 19 is forced to follow the exhaust gas bypass path guided through the auxiliary outlet pipe 15, with all the intended damping means being active and correspondingly effective damping of the entrained airborne sound.
  • the coupling of the main outlet tube 10 acting as a resonance tube can be optimized by the tube-in-tube arrangement.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Straßenfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Schalldämpfer ausgestaltete Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine.
  • Bei sportlichen Personenkraftwagen, insbesondere bei Sportwagen, besteht häufig das Bedürfnis, ein akustisches Feedback des aktuellen Betriebszustands des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine zu erhalten. Dieses Bedürfnis besteht vor allem bei Beschleunigungsvorgängen, also bei oberen Teillasten sowie bei Volllast der Brennkraftmaschine. Bei diesen Betriebszuständen ist daher eine vergleichsweise geringe Schalldämpfung erwünscht. Gleichzeitig ist für diese Betriebszustände ein möglichst geringer Abgasgegendruck im Schalldämpfer für die Abgasströmung erwünscht, um möglichst viel Leistung an der Brennkraftmaschine für den Vortrieb des Fahrzeugs abrufen zu können. Demgegenüber steht das Bedürfnis, bei geringer Teillast der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Leerlauf, eine möglichst effiziente akustische Dämpfung zu erzielen. Da in diesem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine viel Leistungsüberschuss vorliegt, kann hierfür auch ein relativ hoher Gegendruck im Schalldämpfer in Kauf genommen werden.
  • Damit ein Schalldämpfer diese entgegengesetzten Anforderungen erfüllen kann, ist es möglich, im Schalldämpfer zwei Abgaspfade zu realisieren, von denen der eine mittels einer Steuereinrichtung gesteuert werden kann, während der andere in der Regel ungesteuert ist. Bei Volllast wird der steuerbare Abgaspfad geöffnet, wodurch sich der Abgasgegendruck reduziert. Bei entsprechender Führung dieses gesteuerten Abgaspfads lässt sich hierüber auch eine reduzierte Schalldämpfung realisieren. Bei geringer Leistung wird dagegen der steuerbare Abgaspfad gesperrt, so dass das Abgas nur durch den ungesteuerten Pfad strömt und darin effizient gedämpft wird. Problematisch bei derartigen Anlagen ist jedoch, dass auch bei Volllast eine vergleichsweise effiziente akustische Kopplung des steuerbaren, geöffneten Abgaspfads mit den akustischen Dämpfungsmitteln des Schalldämpfers gegeben ist, so dass auch bei Volllast noch eine gewisse Schalldämpfung realisiert wird.
  • Ein gattungsgemäßer Schalldämpfer ist aus der DE 41 40 429 A1 bekannt und ist mit einem Gehäuse, in dem eine Expansionskammer ausgebildet ist, mit einem Abgas in das Gehäuse hinein führenden Einlassrohr, das im Gehäuse einen Endabschnitt aufweist, der in der Expansionskammer eine Austrittsöffnung aufweist, mit einem Abgas aus dem Gehäuse heraus führenden Hauptauslassrohr, das im Gehäuse einen Anfangsabschnitt aufweist, der in den Endabschnitt des Einlassrohrs hineinragt, mit einem in einem Überlappungsbereich zwischen dem Endabschnitt des Einlassrohrs und dem Anfangsabschnitt des Hauptauslassrohrs ausgebildeten Spalt, der im Endabschnitt des Einlassrohrs einen den Anfangsabschnitt des Hauptauslassrohrs umgehenden Bypass bildet, durch den Abgas vom Einlassrohr in die Expansionskammer strömen kann, und mit einem Abgas aus dem Gehäuse heraus führenden Nebenauslassrohr ausgestattet, das in der Expansionskammer eine Eintrittsöffnung aufweist. Beim bekannten Schalldämpfer ist die axiale Länge des Überlappungsabschnitts etwa gleich groß wie der Durchmesser des Endabschnitts des Einlassrohrs. Ferner ragt der Anfangsabschnitt des Hauptauslassrohrs freistehend in den Endabschnitt des Einlassrohrs hinein.
  • Die JP 2005-256736 A zeigt einen Schalldämpfer ohne Nebenauslassrohr, so dass die Expansionskammer nicht von Abgas durchströmbar ist. Weiterhin ragt auch hier der Endabschnitt des Eilassrohrs freistehend in den Anfangsabschnitt des einzigen Auslassrohrs hinein.
  • Bei der DE 10 2005 041 692 A1 sind der Endabschnitt des Einlassrohrs und der Anfangsabschnitt des Hauptauslassrohrs axial voneinander beabstandet angeordnet, so dass kein Überlappungsbereich vorhanden ist.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Schalldämpfer der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass eine akustische Kopplung eines bei Volllast aktiven Abgaspfads mit Schalldämpfungsmitteln des Schalldämpfers reduziert ist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen einem Einlassrohr und einem Hauptauslassrohr einen Überlappungsbereich auszubilden, in dem Einlassrohr und Hauptauslassrohr ineinander gesteckt sind, derart, dass sich in diesem Überlappungsbereich zwischen Einlassrohr und Auslassrohr ein Bypass ausbildet, durch den Abgas vom Einlassrohr am Hauptauslassrohr vorbei in eine Expansionskammer ausströmen kann. In dieser Expansionskammer mündet außerdem ein Nebenauslassrohr, durch das Abgas aus der Expansionskammer ausströmen kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Rohr-in-Rohr-Anordnung wird erreicht, dass das Einlassrohr und das Hauptauslassrohr für einen Teil des Abgasstroms quasi wie ein durchgehendes Abgasrohr wirken, das von Schalldämpfungsmitteln des Schalldämpfers weitgehend entkoppelt ist, wodurch für diesen Teil der Abgasströmung eine geringe Schalldämpfung sowie ein niedriger Abgasgegendruck realisierbar sind. Die restliche Abgasströmung strömt dagegen durch den Bypass in die Expansionskammer und durch das Nebenauslassrohr aus dem Schalldämpfer heraus. Mit Hilfe der Expansionskammer erfolgt dabei eine effiziente Schalldämpfung für diesen Teil der Abgasströmung.
  • Eine Expansionskammer zeichnet sich allgemein durch einen Freiraum aus, in den sich Luftschall ausbreiten kann. Grundsätzlich kann in einer Expansionskammer ebenfalls wie in einer Absorptionskammer Schallschluckstoff angeordnet sein, jedoch ist eine solche Expansionskammer nicht mit Schallschluckstoff vollständig ausgefüllt, vielmehr muss innerhalb der Expansionskammer ein Freiraum verbleiben, in den Luftschall, z.B. durch den Bypass oder durch eine Perforation, hinein expandieren kann.
  • Ferner hat sich gezeigt, dass mit Hilfe eines derartigen Überlappungsbereichs, in dem ein Anfangsbereich des Hauptauslassrohrs in einen Endbereich des Einlassrohrs hineinragt, eine Nutzung des Hauptauslassrohrs als Resonanzrohr, zum Beispiel in Form eines λ/4-Rohrs oder eines λ/2-Rohrs, verbessert ist, da im Überlappungsbereich eine besonders effiziente Schwingungsanregung realisiert werden kann. Hierbei kann das Hauptauslassrohr gezielt so tief in das Einlassrohr eingeführt werden, bis sich eine optimale Schwingungsanregung im Hauptauslassrohr einstellt.
  • Erfindungsgemäß sind der Endabschnitt des Einlassrohrs und der Anfangsabschnitt des Hauptauslassrohrs geradlinig ausgestaltet. Ferner ist erfindungsgemäß eine axiale Länge des Überlappungsbereichs, mit dem das Hauptauslassrohr in das Einlassrohr hineinragt, mindestens doppelt so groß und insbesondere mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß sein wie ein Durchmesser des Endabschnitts des Einlassrohrs. Hierdurch wird in einem radial zwischen Endabschnitt des Einlassrohrs und Anfangsabschnitt des Hauptauslassrohrs ausgebildeter Spalt, der den vorgenannten Bypass bildet, eine vorbestimmte Strömung realisiert, die beispielsweise einen vorbestimmten Strömungswiderstand aufweist.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die durchströmbaren Querschnitte und/oder die Strömungswiderstände von Hauptauslassrohr, Nebenauslassrohr und Spalt so aufeinander abgestimmt sein, dass der über das Einlassrohr zugeführte Abgasstrom zu einem Anteil von 40% bis 60% durch das Hauptauslassrohr abgeführt wird. Bevorzugt ist eine Strömungsaufteilung von etwa 50:50 auf das Hauptauslassrohr und das Nebenauslassrohr. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Strömungsaufteilung beispielsweise auf eine Steuereinrichtung zum Steuern der Durchströmung des Hauptauslassrohrs verzichtet werden kann. Dementsprechend reduziert sich der Aufwand zur Herstellung eines derartigen Schalldämpfers. In diesem Fall sind Hauptauslassrohr und Nebenauslassrohr ungesteuert und im Betrieb des Schalldämpfers permanent von Abgas durchströmt.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass im Überlappungsbereich ein durchströmbarer Querschnitt des Spalts im Mittel etwa gleich groß ist wie ein durchströmbarer Querschnitt des Hauptauslassrohrs. Bei einer homogenen Strömung im Einlassrohr stromauf des Überlappungsbereichs ergibt sich bei einem derartigen Verhältnis der durchströmbaren Querschnitte von Hauptauslassrohr und Spalt eine etwa hälftige Aufteilung der Abgasströmung auf das Hauptauslassrohr und das Nebenauslassrohr.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Gehäuse zylindrisch ausgestaltet sein und mit einem Mantel sowie mit zwei Endböden ausgestattet sein. Das Einlassrohr ist zweckmäßig durch den Mantel hindurchgeführt. Das Hauptauslassrohr ist zweckmäßig durch den einen Endboden hindurchgeführt. Das Nebenauslassrohr ist zweckmäßig durch den anderen Endboden hindurchgeführt. Hierdurch kann der Schalldämpfer insbesondere als quer liegender Schalldämpfer realisiert werden, der im Einbauzustand hinsichtlich seiner Längsmittelachse quer zu einer Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Die an gegenüberliegenden axialen Enden aus dem Gehäuse austretenden Auslassrohre können dabei zwei Endrohre der Abgasanlage bilden bzw. zu zwei Endrohren führen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, Hauptauslassrohr und Nebenauslassrohr durch denselben Endboden aus dem Gehäuse herauszuführen. Ebenso ist denkbar, das Gehäuse in Schalenbauweise zu realisieren.
  • Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass das Einlassrohr unperforiert ist. Hierdurch wird eine effiziente Strömungsführung zum Hauptauslassrohr realisiert. Zusätzlich oder alternativ kann das Hauptauslassrohr unperforiert sein. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass innerhalb des Hauptauslassrohrs eine effiziente Strömungsführung erfolgt. Zusätzlich oder alternativ kann das Nebenauslassrohr unperforiert sein. Auch diese Maßnahme führt letztlich dazu, dass die Strömungsführung im Nebenauslassrohr besonders effizient ist. Sofern alle drei vorstehend genannten Rohre im Gehäuse unperforiert sind, enthält das Gehäuse zweckmäßig nur die Expansionskammer.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann das Hauptauslassrohr in der Expansionskammer eine Perforation aufweisen. Hierdurch wird erreicht, dass im Abgasstrom mitgeführter Luftschall durch die Perforation des Hauptauslassrohrs in die Expansionskammer entweichen kann, wodurch eine gewisse Bedämpfung realisiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Einlassrohr im Überlappungsbereich eine Perforation aufweisen, wodurch eine akustische Ankopplung an einen den Überlappungsbereich umhüllenden Raum geschaffen wird. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann im Gehäuse zumindest eine weitere Kammer ausgebildet sein. Das Einlassrohr und/oder das Nebenauslassrohr können zumindest in einer solchen weiteren Kammer eine Perforation aufweisen. Hierdurch ist die jeweilige weitere Kammer über die jeweilige Perforation akustisch angeschlossen und kann zum Bedämpfen des mitgeführten Luftschalls dienen. Beispielsweise kann das Einlassrohr im Überlappungsbereich eine Perforation aufweisen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können im Gehäuse zwei weitere Kammern ausgebildet sein, nämlich eine erste weitere Kammer, die axial an die Expansionskammer angrenzt, sowie eine zweite weitere Kammer, die an einer von der Expansionskammer abgewandten Seite axial an die erste weitere Kammer angrenzt. Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass das Nebenauslassrohr in der zweiten weiteren Kammer eine Perforation aufweist. Hierdurch ist die zweite weitere Kammer über die Perforation des Nebenauslassrohrs akustisch angekoppelt. Die zweite weitere Kammer kann beispielsweise als Absorptionskammer ausgestaltet sein, die mit Schallschluckstoff befüllt ist. Ebenso ist denkbar, die zweite weitere Kammer ebenfalls als Expansionskammer auszugestalten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die erste weitere Kammer als Absorptionskammer ausgestaltet sein, die mit Schallschluckstoff befüllt ist. Die erste weitere Kammer kann mittels einer ersten Trennwand von der Expansionskammer und mittels einer zweiten Trennwand von der zweiten weiteren Kammer getrennt sein. Die Trennwände sind dabei axial zwischen den Endböden angeordnet und zu diesen sowie zueinander axial beabstandet. Die akustische Anbindung der als Absorptionskammer wirkenden ersten weiteren Kammer kann über eine Perforation im Einlassrohr oder über eine Perforation im Nebenauslassrohr oder über eine Perforation in der ersten Trennwand oder über eine Perforation in der zweiten Trennwand realisiert werden. Ebenso ist denkbar, die akustische Kopplung durch eine Kombination der vorstehenden Perforationen zu erzielen. Denkbar ist eine Ausführungsform, bei der die erste Trennwand und die zweite Trennwand unperforiert sind, während das Nebenauslassrohr in der ersten weiteren Kammer eine Perforation aufweist. Denkbar ist weiterhin, dass das Einlassrohr durch die erste Trennwand hindurchgeführt ist und in der ersten weiteren Kammer unperforiert ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die erste Trennwand perforiert sein, so dass die erste weitere Kammer mit der Expansionskammer akustisch gekoppelt ist. Sofern die zweite Trennwand unperforiert ist, erfolgt die akustische Kopplung der ersten weiteren Kammer durch die erste Trennwand mit der Expansionskammer. Alternativ kann auch die zweite Trennwand mit einer Perforation ausgestattet sein, so dass die erste weitere Kammer akustisch mit der Expansionskammer und mit der zweiten weiteren Kammer gekoppelt ist.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform ist dagegen vorgesehen, dass die erste Trennwand unperforiert ist, während die zweite Trennwand perforiert ist, so dass die akustische Anbindung der ersten weiteren Kammer durch die zweite Trennwand an die zweite weitere Kammer erfolgt. Ferner sind dann Einlassrohr und Nebenauslassrohr in der ersten weiteren Kammer unperforiert, während das Nebenauslassrohr in der zweiten weiteren Kammer eine Perforation aufweist. Zweckmäßig ist in diesem Fall die zweite weitere Kammer als Expansionskammer ausgestaltet, so dass durch einen Freiraum in der Expansionskammer Luftschall bis zur perforierten zweiten Trennwand gelangen kann.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn an die Expansionskammer eine Absorptionskammer anschließt und wenn an die Absorptionskammer eine Resonanzkammer anschließt. Die Absorptionskammer kann durch eine Perforation der ersten Trennwand akustisch an die Expansionskammer angeschlossen sein. Ebenso kann das Einlassrohr im Überlappungsbereich, der sich in der Absorptionskammer befindet, eine Perforation aufweisen. Die Resonanzkammer kann über ein Verbindungsrohr akustisch an die Expansionskammer angeschlossen sein, wobei das Verbindungsrohr beide Trennwände durchdringt. Die zweite Trennwand ist zweckmäßig unperforiert. Das Nebenauslassrohr und das Hauptauslassrohr sind bei dieser Ausführungsform zweckmäßig unperforiert.
  • Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei der im Gehäuse zwei weitere Kammern ausgebildet sind, nämlich eine erste weitere Kammer, die über eine erste Trennwand axial an die Expansionskammer anschließt, und eine zweite weitere Kammer, die an einer von der Expansionskammer abgewandten Seite über eine zweite Trennwand axial an die erste weitere Kammer anschließt, wobei die erste weitere Kammer als Absorptionskammer ausgestaltet ist, die mit einem Schallschluckstoff befüllt ist und die durch die perforiert ausgestaltete erste Trennwand mit der Expansionskammer akustisch gekoppelt ist, und wobei die zweite weitere Kammer als Resonatorkammer ausgestaltet ist, die mittels der unperforiert ausgestalteten zweiten Trennwand von der ersten weiteren Kammer getrennt ist und die über ein Resonatorrohr akustisch an das Nebenauslassrohr oder an die Expansionskammer angeschlossen ist. Somit kann eine breitbandige Dämpfung mittels Expansion, Absorption und Resonanz über den Nebenpfad realisiert werden.
  • Zweckmäßig erstrecken sich Hauptauslassleitung und Nebenauslassleitung innerhalb des Gehäuses parallel zueinander. Die Anordnung der Rohre innerhalb des Gehäuses erfolgt zweckmäßig so, dass das Abgas im Betrieb der Brennkraftmaschine in der Expansionskammer von einer Austrittsöffnung des Spalts über 180° umgelenkt werden muss, um durch die Eintrittsöffnung des Nebenauslassrohrs in das Nebenauslassrohr eintreten zu können. Sofern die beiden Auslassrohre durch denselben Endboden aus dem Gehäuse herausgeführt sind, erfolgt die Anordnung der Eintrittsöffnung des Nebenauslassrohrs und der Austrittsöffnung des Spalts zweckmäßig so, dass die Strömung in der Expansionskammer zweimal um 180° umgelenkt werden muss, um von der Austrittsöffnung des Spalts in die Eintrittsöffnung des Nebenauslassrohrs zu gelangen.
  • Erfindungsgemäß ist das Hauptauslassrohr im Überlappungsbereich radial am Einlassrohr abgestützt, um Relativbewegungen zwischen ist Einlassrohr und Hauptauslassrohr zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann das Hauptauslassrohr über mehrere Stege am Einlassrohr abgestützt sein, die in der Umfangsrichtung des Hauptauslassrohrs verteilt angeordnet sind und den Spalt überbrücken. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Hauptauslassrohr über wenigstens einen perforierten Ring am Einlassrohr abgestützt ist, der sich in der Umfangsrichtung des Hauptauslassrohrs erstreckt und den Spalt ausfüllt. In beiden Fällen wird eine signifikante Stabilisierung erreicht, die vergleichsweise preiswert realisierbar ist.
  • Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Hauptauslassrohr an einem perforierten Zwischenboden abgestützt ist, der in der Expansionskammer angeordnet und am Gehäuse abgestützt ist. Auch diese Maßnahme stabilisiert die Position des Hauptauslassrohrs im Gehäuse. Der perforierte Zwischenboden führ dabei zu keiner akustischen Trennung innerhalb der Expansionskammer, so dass diese als Einheit erhalten bleibt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Hauptauslassrohr mittels einer Steuereinrichtung hinsichtlich seiner Durchströmung mit Abgas gesteuert sein. Dieser Steuereirichtung kann dabei innerhalb des Gehäuses mit dem Hauptauslassrohr gekoppelt sein oder außerhalb davon. Diese Steuereinrichtung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie zumindest bei Volllast der Brennkraftmaschine das Hauptauslassrohr öffnet und dass sie zumindest bei niedriger Teillast der Brennkraftmaschine das Hauptauslassrohr sperrt. Ebenso sind Steuereinrichtungen denkbar, bei denen eine, mehrere oder beliebig viele Zwischenstellungen realisierbar sind. Die Steuereinrichtung kann dabei so konfiguriert sein, dass sie aktiv arbeitet, also mit einem Stellantrieb ausgestattet ist, oder dass sie passiv arbeitet und demnach nur durch Verdrängungskräfte der Strömung verstellt wird. Ebenso ist eine semi-aktive Ausgestaltung der Steuereinrichtung denkbar, die beispielsweise mit einer Druckdose arbeitet und durch den Druck gesteuert ist, der im Einlassrohr und/oder in der Expansionskammer und/oder im Anfangsbereich des Hauptauslassrohrs herrscht.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • 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 der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers.
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst ein Schalldämpfer 1, der für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, ein Gehäuse 2, das vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet ist und dementsprechend einen zylindrischen Mantel 3 und an seinen axialen Enden jeweils einen Endboden, nämlich einen ersten Endboden 4 und einen zweiten Endboden 5 aufweist. Zweckmäßig ist die Abgasanlage bzw. die Brennkraftmaschine in einem Straßenfahrzeugs angeordnet. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Personenkraftwagen, insbesondere um einen Sportwagen.
  • Im Gehäuse 2 ist eine Expansionskammer 6 ausgebildet. Sie zeichnet sich durch einen Freiraum aus, in den Abgas bzw. darin mitgeführter Luftschall expandieren kann. Außerhalb dieses Freiraums, z.B. entlang von Begrenzungswänden, kann in der Expansionskammer 6 optional Schallschluckstoff angeordnet sein.
  • Der Schalldämpfer 1 ist mit einem Einlassrohr 7 ausgestattet, das im Gehäuse 2 einen Endabschnitt 8 aufweist, mit dem das Einlassrohr 7 in der Expansionskammer 6 endet. Hierzu weist der Endabschnitt 8 in der Expansionskammer 6 eine Austrittsöffnung 9 auf. Ferner ist der Schalldämpfer 1 mit einem Hauptauslassrohr 10 ausgestattet, das im Gehäuse 2 einen Anfangsabschnitt 11 aufweist. Dieser Anfangsabschnitt 11 ist in den Endabschnitt 8 des Einlassrohrs 7 eingesteckt und endet im Inneren des Einlassrohrs 7. Dementsprechend ist der Anfangsabschnitt 11 in Fig. 1 nur mit unterbrochener Linie dargestellt. Der Anfangsabschnitt 11 weist innerhalb des Einlassrohrs 7 eine Eintrittsöffnung 12 auf. Da der Anfangsabschnitt 11 des Hauptauslassrohrs 10 in den Endabschnitt 8 des Einlassrohrs 7 hineinragt, ist zwischen dem Endabschnitt 8 und dem Anfangsabschnitt 11 ein Überlappungsbereich 13 ausgebildet, der in Fig. 1 durch eine geschweifte Klammer angedeutet ist. In diesem Überlappungsbereich 13 ist radial zwischen dem Endabschnitt 8 und dem Anfangsabschnitt 11 ein Spalt 14 ausgebildet. Dieser Spalt 14 bildet seinerseits einen Bypass, der innerhalb des Endabschnitts 8 den Anfangsabschnitt 11 umgeht. Somit kann durch den Spalt 14 Abgas vom Einlassrohr 7 außen am Anfangsabschnitt 11 vorbei in die Expansionskammer 6 strömen. Schließlich weist der Schalldämpfer 1 außerdem ein Nebenanschlussrohr 15 auf, das in der Expansionskammer 6 eine Eintrittsöffnung 16 besitzt.
  • Zweckmäßig erstrecken sich der Endabschnitt 8 des Einlassrohrs 7 und der Anfangsabschnitt 11 des Hauptauslassrohrs 10 geradlinig, so dass auch der Überlappungsbereich 13 geradlinig ist. Dabei ragt der Anfangsabschnitt 11 axial so weit in den Endabschnitt 8 hinein, dass der Überlappungsbereich 13 eine axiale Länge 17 besitzt, die im gezeigten Beispiel etwa viermal so groß ist wie ein Durchmesser 18 des Einlassrohrs 7 im Endabschnitt 8. Durch die Einstecktiefe bzw. durch die Länge 17 des Überlappungsbereichs 13 kann ein Resonanzeffekt im Hauptauslassrohr 10 optimiert werden, mit dem gezielt eine bestimmte Frequenz des im Abgas transportierten Schalls bedämpft werden kann.
  • Die durchströmbaren Querschnitte bzw. Strömungswiderstände der Hauptauslassleitung 10, der Nebenauslassleitung 15 und des Spalts 14 sind zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, dass sich zumindest bei Teillast und/oder Volllast der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Aufteilung eines über das Einlassrohr 7 zugeführten Abgasstroms 19 auf einen durch das Hauptauslassrohr 10 abgeführten Hauptteilstrom 20 und einen durch das Nebenauslassrohr 15 abgeführten Nebenteilstrom 21 einstellt. Der zugeführte Gesamtstrom 19, der Hauptteilstrom 20 und der Nebenteilstrom 21 sind in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Vorzugsweise wird eine Aufteilung des Gesamtstroms 19 auf den Hauptteilstrom 20 und den Nebenteilstrom 21 eingestellt, die in einem Bereich von 40:60 bis 60:40 liegt. Besonders vorteilhaft ist eine Aufteilung von etwa 50:50.
  • Um diese Aufteilung des Gesamtstroms 19 auf den Hauptteilstrom 20 und den Nebenteilstrom 21 zu erreichen, kann vorgesehen sein, im Überlappungsbereich 13 einen durchströmbaren Querschnitt des Spalts 14 im Mittel etwa gleich groß zu wählen wie einen durchströmbaren Querschnitt des Hauptauslassrohrs 10 im Anfangsabschnitt 11. Demnach sind die durchströmbaren Querschnitte vom Spalt 14 und Anfangsabschnitt 11 jeweils etwa halb so groß wie der durchströmbare Querschnitt des Einlassrohrs 7 unmittelbar stromauf der Eintrittsöffnung 12 des Hauptauslassrohrs 10.
  • Obwohl in Fig.1 eine konzentrische Anordnung von Anfangsabschnitt 11 und Endabschnitt 8 gezeigt ist, die zu einem ringförmig vollständig um den Anfangsabschnitt 11 umlaufenden Spalt 14 führt, kann im Grunde jede beliebige exzentrische Anordnung gewählt werden. Insbesondere ist auch denkbar, dass der Anfangsabschnitt 11 den Endabschnitt 8 linienförmig berührt. Ebenso ist denkbar, dass Endabschnitt 8 und Anfangsabschnitt 11 einen gemeinsamen Wandabschnitt besitzen, der in der Umfangsrichtung des Überlappungsbereichs 13 begrenzt ist. Auch kann der Spalt 14 abhängig von der Querschnittsgeometrie von Anfangsabschnitt 11 und Endabschnitt 8 im Überlappungsbereich 13 unterschiedliche Geometrien besitzen. Er kann z.B. ringförmig oder C-förmig bei runden Rohrquerschnitten und U-förmig oder I-förmig bei eckigen, vorzugsweise rechteckigen, Rohrquerschnitten sein.
  • Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform mit zylindrischem Gehäuse 2 ist das Einlassrohr 7 durch den Mantel 3 hindurchgeführt, während die Auslassrohre 10 und 15 durch die Endböden 4, 5 hindurchgeführt sind. Im Einzelnen ist das Hauptauslassrohr 10 durch den ersten Endboden 4 hindurchgeführt, während das Nebenauslassrohr 15 durch den zweiten Endboden 5 hindurchgeführt ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass beide Auslassrohre 10, 15 durch denselben Endboden 4 oder 5 hindurch geführt sind.
  • Des Weiteren sind bei der hier gezeigten Ausführungsform im Gehäuse 2 zwei weitere Kammern, nämlich eine erste weitere Kammer 22 und eine zweite weitere Kammer 23 ausgebildet. Die erste weitere Kammer 22 schließt axial an die Expansionskammer 6 an. Die zweite weitere Kammer 23 schließt an einer von der Expansionskammer 6 abgewandten Seite axial an die erste weitere Kammer 22 an. Die Axialrichtung ist dabei durch eine Längsmittelachse 24 des zylindrischen Gehäuses 2 definiert. Die erste weitere Kammer 22 ist mittels einer ersten Trennwand 25 von der Expansionskammer 6 getrennt und mittels einer zweiten Trennwand 26 von der zweiten weiteren Kammer 23 getrennt. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die erste weitere Kammer 22 als Absorptionskammer ausgestaltet ist und mit einem Schallschluckstoff 27 befüllt ist. Zweckmäßig ist die erste weitere Kammer 22 vollständig mit Schallschluckstoff 27 ausgefüllt. Ferner ist die erste Trennwand 25 bevorzugt perforiert. Die erste weitere Kammer 22 ist somit akustisch an die Expansionskammer 6 angeschlossen. Die erste Trennwand 25 ist dabei vom Einlassrohr 7 und vom Nebenauslassrohr 15 durchsetzt. Die zweite Trennwand 26 ist bevorzugt unperforiert ausgestaltet. Die zweite weitere Kammer 23 kann bevorzugt als Expansionskammer oder als Absorptionskammer oder als Resonanzkammer ausgestaltet sein. Weiterhin ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher das Einlassrohr 7 und das Hauptauslassrohr 10 unperforiert sind. Im Unterschied dazu kann das Nebenauslassrohr 15 in der zweiten weiteren Kammer 23 mit einer Perforation 28 versehen sein, wodurch die zweite weitere Kammer 23 mit dem Nebenauslassrohr 15 akustisch gekoppelt ist. Das Nebenauslassrohr 15 kann in der ersten weiteren Kammer 22 unperforiert sein oder eine weitere, hier nicht gezeigte Perforation besitzen. In Verbindung mit der Perforation 28 bildet die zweite weitere Kammer 23 eine weitere Expansionskammer.
  • Anstelle der gezeigten Perforation 28 kann am Nebenauslassrohr 15 auch ein mit unterbrochener Linie angedeutetes Resonatorrohr 29 vorgesehen sein, das in Verbindung mit dem freien Volumen der zweiten weiteren Kammer 23 einen Helmholtz-Resonator bildet. Die zweite weitere Kammer 23 ist dann eine Resonanz- oder Resonatorkammer.
  • Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, ein Resonatorrohr 32 zum akustischen Verbinden der Expansionskammer 6 mit der zweiten weiteren Kammer 23 zu verwenden, um einen solchen Helmholtz-Resonator auszubilden. Auch in diesem Fall ist die zweite weitere Kammer 23 eine Resonatorkammer. Das Resonatorrohr 32 durchdringt die perforierte erste Trennwand 25 und die unperforierte zweite Trennwand 26 sowie die erste weitere Kammer 22, die in diesem Fall als Absorptionskammer dient. Ferner sind in diesem Fall das Nebenauslassrohr 15 und das Einlassrohr 7 zumindest in der zweiten weiteren Kammer 23 jeweils unperforiert.
  • Ebenso ist alternativ denkbar, zusätzlich zur Perforation 28 ein Verbindungsrohr 30 vorzusehen, das in Fig. 1 ebenfalls nur mit unterbrochener Linie angedeutet ist. Dieses Verbindungsrohr 30 wirkt dann mit dem freien Volumen der ersten weiteren Kammer 22 als Helmholtz-Resonator zusammen. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die zweite weitere Kammer 23, die über die Perforation 28 an die Nebenauslassleitung 15 akustisch angeschlossen ist, als Absorptionskammer auszubilden, die dann mit Schallschluckstoff 27 befüllt ist.
  • In Fig. 1 ist außerdem eine Steuereinrichtung 31 angedeutet, mit deren Hilfe die Durchströmbarkeit des Hauptauslassrohrs 10 mit Abgas gesteuert werden kann. Insbesondere lässt sich dadurch die Aufteilung des Gesamtstroms 19 auf den Hauptteilstrom 20 und den Nebenteilstrom 21 variieren. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 31 bei Volllast der Brennkraftmaschine das Hauptauslassrohr 10 öffnen, so dass ein vergleichsweise großer Hauptteilstrom 20 entsteht. In einem unteren Teillastbereich kann die Steuereinrichtung 31 dagegen ein Sperren des Hauptauslassrohrs 10 bewirken, so dass dann ein vergleichsweise großer Nebenteilstrom 21 entsteht, der im Extremfall dem Gesamtstrom 19 entspricht. Im gezeigten Beispiel ist diese optionale Steuereinrichtung 31 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 31 auch am Gehäuse 2 oder im Gehäuse 2 angeordnet sein.
  • Gemäß Fig. 1 ist außerdem vorgesehen, dass das Hauptauslassrohr 10 im Überlappungsbereich 13 radial am Einlassrohr 7 abgestützt ist. Erreicht wird dies im gezeigten Beispiel im Bereich der Eintrittsöffnung 12 des Hauptauslassrohrs 10 mittels mehreren Stegen 33, die das Hauptauslassrohr 10 am Einlassrohr 7 abstützen, die in der Umfangsrichtung des Hauptauslassrohrs 10 verteilt und zueinander beabstandet angeordnet sind und die jeweils den Spalt 14 überbrücken. Außerdem ist im Beispiel im Bereich der Austrittsöffnung 9 des Einlassrohrs 7 ein perforierter Ring 34 vorgesehen, über den das Hauptauslassrohr 10 am Einlassrohr 7 abgestützt ist, der sich in der Umfangsrichtung des Hauptauslassrohrs 10 erstreckt und der den Spalt 14 ausfüllt. Schließlich ist hier zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Hauptauslassrohr 10 an einem perforierten Zwischenboden 35 abgestützt ist, der in der Expansionskammer 6 angeordnet und am Gehäuse 2 abgestützt ist.
  • Im Überlappungsbereich 13 ist somit eine Rohr-in-Rohr-Anordnung von Einlassrohr 7 und Hauptauslassrohr 10 geschaffen, die quasi eine unterbrechungsfreie Durchströmung des Gehäuses 2 ermöglicht, wenn das Hauptauslassrohr 10 geöffnet ist. Durch diese Rohr-in-Rohr-Anordnung wird somit ein Abgashauptpfad durch das Gehäuse 3 geschaffen. Wenn außerdem das Einlassrohr 7 und das Hauptauslassrohr 10 unperforiert sind und insbesondere auch im Überlappungsbereich 13 der Endabschnitt 8 und der Anfangsabschnitt 11 unperforiert sind, erfolgt über dieses quasi durchgehende Rohr nur eine sehr geringe akustische Kopplung mit den akustischen Dämpfungsmitteln des Schalldämpfers 1. Insbesondere ist nur vergleichsweise wenig Volumen des Schalldämpfers 1 an diesen Hauptpfad angekoppelt. Diese akustischen Dämpfungsmittel sind beispielsweise wie vorstehend erläutert die Expansionskammer 6, die erste weitere Kammer 22 und die zweite weitere Kammer 23, die wahlweise als Expansionskammer, als Absorptionskammer bzw. als Resonanzkammer eines Helmholtz-Resonators dienen können. Bei geöffnetem Hauptauslassrohr 10 kann der im Gesamtstrom 19 mitgeführte Luftschall weitgehend ungedämpft entlang des Abgashauptpfads aus dem Schalldämpfer 1 durch das Hauptauslassrohr 10 austreten, wodurch der Fahrzeugführer das gewünschte akustische Feedback erhält. Ist dagegen das Hauptauslassrohr 10 gesperrt ist der im Gesamtstrom 19 mitgeführte Luftschall gezwungen, dem durch das Nebenauslassrohr 15 geführten Abgasnebenpfad zu folgen, wobei sämtliche vorgesehene Dämpfungsmittel aktiv sind und dementsprechend eine effiziente Bedämpfung des mitgeführten Luftschalls bewirken. Ferner lässt sich durch die Rohr-in-Rohr-Anordnung die Ankopplung des als Resonanzrohr wirkenden Hauptauslassrohrs 10 optimieren.

Claims (13)

  1. Schalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Straßenfahrzeugs,
    - mit einem Gehäuse (2), in dem eine Expansionskammer (6) ausgebildet ist,
    - mit einem Abgas in das Gehäuse (2) hinein führenden Einlassrohr (7), das im Gehäuse (2) einen Endabschnitt (8) aufweist, der in der Expansionskammer (6) eine Austrittsöffnung (9) aufweist,
    - mit einem Abgas aus dem Gehäuse (2) heraus führenden Hauptauslassrohr (10), das im Gehäuse (2) einen Anfangsabschnitt (11) aufweist, der in den Endabschnitt (8) des Einlassrohrs (7) hineinragt,
    - mit einem in einem Überlappungsbereich (13) zwischen dem Endabschnitt (8) des Einlassrohrs (7) und dem Anfangsabschnitt (11) des Hauptauslassrohrs (10) ausgebildeten Spalt (14), der im Endabschnitt (8) des Einlassrohrs (7) einen den Anfangsabschnitt (11) des Hauptauslassrohrs (10) umgehenden Bypass bildet, durch den Abgas vom Einlassrohr (7) in die Expansionskammer (6) strömen kann,
    - mit einem Abgas aus dem Gehäuse (2) heraus führenden Nebenauslassrohr (15), das in der Expansionskammer (6) eine Eintrittsöffnung (16) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Endabschnitt (8) des Einlassrohrs (7) und der Anfangsabschnitt (11) des Hauptauslassrohrs (10) geradlinig ausgestaltet sind,
    - dass eine axiale Länge (17) des Überlappungsbereichs (13) mindestens doppelt so groß ist wie ein Durchmesser (18) des Endabschnitts (8) des Einlassrohrs (7),
    - dass das Hauptauslassrohr (10) im Überlappungsbereich (13) radial am Einlassrohr (7) abgestützt ist.
  2. Schalldämpfer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hauptauslassrohr (10) über mehrere Stege (33) am Einlassrohr (7) abgestützt ist, die in der Umfangsrichtung des Hauptauslassrohrs (10) verteilt angeordnet sind und den Spalt (14) überbrücken.
  3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hauptauslassrohr (10) über wenigstens einen perforierten Ring (34) am Einlassrohr (7) abgestützt ist, der sich in der Umfangsrichtung des Hauptauslassrohrs (10) erstreckt und den Spalt (14) ausfüllt.
  4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die durchströmbaren Querschnitte und/oder die Strömungswiderstände vom Hauptauslassrohr (10), Nebenauslassrohr (15) und Spalt (14) so aufeinander abgestimmt sind, dass bei Teillast der Brennkraftmaschine der über das Einlassrohr (7) zugeführte Abgasstrom (19) zu einem Anteil von 40% bis 60% durch das Hauptauslassrohr (10) abgeführt wird.
  5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Überlappungsbereich (13) ein durchströmbarer Querschnitt des Spalts (14) im Mittel etwa gleich groß ist wie ein durchströmbarer Querschnitt des Hauptauslassrohrs (10).
  6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Gehäuse (2) zylindrisch ausgestaltet ist und einen Mantel (3) sowie zwei Endböden (4, 5) aufweist,
    - dass das Einlassrohr (7) durch den Mantel (3) hindurchtritt,
    - dass das Hauptauslassrohr (10) durch den einen Endboden (4) hindurchtritt,
    - dass das Nebenauslassrohr (15) durch den anderen Endboden (5) hindurchtritt.
  7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Einlassrohr (7) unperforiert ist, und/oder
    - dass das Hauptauslassrohr (10) unperforiert ist, und/oder
    - dass das Nebenauslassrohr (15) unperforiert ist.
  8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Einlassrohr (7) im Überlappungsbereich (13) eine Perforation aufweist.
  9. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass im Gehäuse (2) zumindest eine weitere Kammer (22, 23) ausgebildet ist,
    - dass das Einlassrohr (7) und/oder das Nebenauslassrohr (15) zumindest in einer solchen weiteren Kammer (22, 23) eine Perforation (28) aufweist/aufweisen.
  10. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass im Gehäuse (2) zwei weitere Kammern (22, 23) ausgebildet sind, nämlich eine erste weitere Kammer (22), die über eine erste Trennwand (25) axial an die Expansionskammer (6) anschließt, und eine zweite weitere Kammer (23), die an einer von der Expansionskammer (6) abgewandten Seite über eine zweite Trennwand (26) axial an die erste weitere Kammer (22) anschließt,
    - dass die erste weitere Kammer (22) als Absorptionskammer ausgestaltet ist, die mit einem Schallschluckstoff (27) befüllt ist und die über die perforierte erste Trennwand (25) mit der Expansionskammer (6) akustisch gekoppelt ist,
    - dass die zweite weitere Kammer (23) als Resonatorkammer ausgestaltet ist, die über die unperforierte zweite Trennwand (26) von der ersten weiteren Kammer (22) getrennt ist und die über ein Resonatorrohr (29; 32) akustisch an das Nebenauslassrohr (15) oder an die Expansionskammer (6) angeschlossen ist.
  11. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hauptauslassrohr (10) an einem perforierten Zwischenboden (35) abgestützt ist, der in der Expansionskammer (6) angeordnet und am Gehäuse (2) abgestützt ist.
  12. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hauptauslassrohr (10) mittels einer Steuereinrichtung (31) hinsichtlich der Durchströmung mit Abgas gesteuert ist, die zumindest bei Volllast der Brennkraftmaschine das Hauptauslassrohr (10) öffnet und zumindest bei niedriger Teillast das Hauptauslassrohr (10) sperrt.
  13. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasstrang, der von wenigstens einem Abgaskrümmer bis zu wenigstens einem Endrohr führt und in dem wenigstens ein Schalldämpfer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.
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