EP3311009B1

EP3311009B1 - Abgasanlage

Info

Publication number: EP3311009B1
Application number: EP16726078.5A
Authority: EP
Inventors: Rainer Drees; Christian Eichmüller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: CN107429585A; CN107429585B; US10746065B2; DE102015211460A1; WO2016206915A1; EP3311009A1; US20180016954A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Helmholtz-Resonator und zwei sich in Richtung zum Resonator erstreckenden Abgasleitungen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Abgasanlagen für mehrzylindrige, leistungsfähige Verbrennungsmotoren werden üblicherweise mit zwei voneinander getrennten Abgasleitungen versehen, die beispielsweise von einer jeweiligen Zylinderbank eines V-Motors oder beispielsweise auch von jeweils zwei oder drei Zylindern eines mehrzylindrigen Reihenmotors ausgehen.
Die Konfiguration mit getrennten Abgasleitungen weist gegenüber einer einzelnen Abgasleitung mit einem großen Einzelquerschnitt den Vorteil auf, dass sie sich aus Gründen des in einem Fahrzeug vorliegenden geringen Platzangebots einfacher verlegen lässt und trotzdem genügend große Querschnitte zur Abgasleitung zur Verfügung stellt.
In den Abgasleitungen werden neben einem gemeinsamen oder auch getrennten Abgaskatalysatoren weitere Bauteile zur Verringerung der verbrennungsbedingten Schallemissionen des Verbrennungsmotors verbaut, wie beispielsweise Vorschalldämpfer, Mittelschalldämpfer oder auch Nachschalldämpfer und schließlich weisen die Abgasleitungen auch noch jeweilige Endrohre beziehungsweise Abgasauslassmündungen auf.
Es ist auch bereits bekannt geworden, im Gehäuse des Nachschalldämpfers oder auch mit einer Abzweigleitung mit dem Nachschalldämpfer verbunden gezielt abgestimmte Helmholtz-Resonatoren oder λ/4 Dämpfer vorzusehen, die jeweils auf einen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors abgestimmt sind, in welchem der Verbrennungsmotor zu auffälligen, den Komfortvorgaben für das Fahrzeug nicht entsprechenden Dröhnfrequenzen neigt. Mit diesen, die Schallemissionen des Verbrennungsmotors beeinflussenden Einrichtungen soll gezielt der Mündungspegel am Abgasauslaß beziehungsweise den Abgasauslassmündungen herabgesetzt werden.
Anhand der DE 200 03 666 U1 ist ein mehrstufiger Helmholtz-Resonator bekannt geworden, bei dem über eine im Resonatorgehäuse vorgesehene schaltbare Klappe das Resonatorvolumen vergrößert oder verkleinert werden kann, wodurch eine Schallpegelreduzierung von zwei verschiedenen Hauptfrequenzen erreicht werden kann.
Anhand der DE 100 84 870 T1 ist eine Abgasanlage für ein Fahrzeug bekannt geworden, die einen Schalldämpfer aufweist, der über eine Abzweigleitung mit einem Helmholtz-Resonator gekoppelt ist, der von einen eigenständigen Resonatorgehäuse ausgebildet wird, welches am Fahrzeugunterboden angeordnet ist und vom Abgas nicht durchströmt wird und aus einem Polymer gebildet ist.
Es ist auch bereits bekannt geworden, schaltbare Abgasklappen in der Abgasanlage vorzusehen, welche die Schallemissionen bei geschlossener Klappe durch eine dadurch bedingte Verringerung des vom Abgas durchströmbaren Querschnitts der Abgasleitungen weiter verringern, wobei die genannten Maßnahmen aber regelmäßig den in der Abgasanlage herrschenden Abgasgegendruck erhöhen und somit das vom Fahrer des Fahrzeugs erfahrbare Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verschlechtern und aufgrund der vom Verbrennungsmotor gegen den hohen Abgasgegendruck zu leistenden Ausschiebearbeit den Kraftstoffverbrauch des Motors erhöhen.
Anhand der GB 2 161 215 A ist eine Abgasanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Helmholtz-Resonator und zwei sich in Richtung zum Resonator erstreckenden Abgasleitungen, wobei der Resonator zwei Halsöffnungen zu einem Resonatorvolumen (4) aufweist und jeweils eine Halsöffnung an jeweils eine Abgasleitung gekoppelt ist.
Schließlich beschreibt die US 2010/0043398 A1 eine Abgaslanlage mit einer Klappensteuerung im Abgasstrang zur Geräuschdämpfung.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Abgasanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zu schaffen, welche eine Verringerung der Schallemissionen des Verbrennungsmotors ermöglicht, ohne aber einen hohen Abgasgegendruck dabei zu erzeugen. Auch soll ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors bereitgestellt werden.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Abgasanlage die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Darüber hinaus weist die Erfindung hinsichtlich des Verfahrens die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale auf.
Die Erfindung schafft eine Abgasanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Helmholtz-Resonator und zwei sich in Richtung zum Resonator erstreckenden Abgasleitungen, wobei der Resonator zwei Halsöffnungen zu einem Resonatorvolumen aufweist und jeweils eine Halsöffnung an jeweils eine Abgasleitung gekoppelt ist, wobei der Resonator zur Dämpfung einer dominierenden Motorordnung abgestimmt ist und jede Abgasleitung in Durchströmungsrichtung der Abgasleitungen stromabwärts des Resonators mindestens zwei Abgasauslassmündungen aufweist und mindestens eine jeweilige Abgasauslassmündung mit einer Abgasklappe versehen ist, mittels der die Abgasauslassmündung reversibel verschließbar ist.
Die Erfindung berücksichtigt die an einem Fahrzeug zur Schalldämpfung regelmäßig zur Verfügung stehenden beengten Platzverhältnisse und sieht statt der Nutzung des Schalldämpfervolumens zur Integration von Dämpfungsbauteilen, die eine Schalldämpfung nach dem Reflexionsverfahren oder Absorptionsverfahren ermöglichen, die Ausbildung eines Helmholtz-Resonators in einem das mögliche Schalldämpfervolumen ausnutzenden Gehäuse vor, wobei das Resonatorvolumen mittels einer jeweiligen Halsöffnung mit einer jeweiligen Abgasleitung der zweiflutigen Abgasanlage gekoppelt ist.
Die Abgasanlage weist demnach zwei Abgasleitungen auf, welche für die Leitung von Abgas aus dem Verbrennungsmotor in Richtung zu den Abgasauslassmündungen vorgesehen sind und jede Abgasleitung ist mittels einer jeweiligen Halsöffnung oder Abzweigleitung mit dem das Resonatorvolumen des Helmholtz-Resonator ausbildenden Gehäuses gekoppelt und der Helmholtz-Resonator ist zur Dämpfung mindestens einer für den Verbrennungsmotor spezifischen Motorordnung abgestimmt. Die Motorordnung kann dabei diejenige sein, die betragsmäßig den größten Beitrag zum Mündungspegel liefert, der Resonator kann also auf diejenige Frequenz abgestimmt sein, die den betragsmäßig höchsten Schalldruckpegel zu einem gemessenen Mündungspegel beiträgt. Der Resonator kann beispielsweise genau auf die Frequenz abgestimmt werden, die bei einer Zulassungsfahrt für die Typzulassung den höchsten Pegel ergibt.
Dieser Mündungspegel kann also beispielsweise der bei einer Zulassungsfahrt für eine weltweite Typzulassung des Fahrzeugs relevante Mündungspegel sein, der dann mittels des Resonators auf einen zulässigen gemessenen Schalldruckpegel reduziert wird, ohne dass dafür Schalldämpfungseinrichtungen notwendig sind, die nach dem Reflexionsverfahren oder dem Absorptionsverfahren arbeiten. Aufgrund des Fehlens von Schalldämpfungseinrichtungen, die nach dem Reflexionsverfahren oder dem Absorptionsverfahren arbeiten, entfällt auch deren Nachteil der Erhöhung des Abgasgegendrucks in der Abgasanlage.
Es ist dabei nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Resonator ein das Resonatorvolumen aufweisendes Gehäuse aufweist, welches getrennt von anderen Bauteilgehäusen der Abgasanlage ausgebildet ist und das Gehäuse im Abstand zum Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet ist. Durch diese Konfiguration wird erreicht, dass ein im Rahmen des für Schalldämpfungsmassnahmen am Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraums, ein möglichst großes Resonatorvolumens genutzt wird und das Resonatorgehäuse in einem großen Abstand zum Heckbereich des Fahrzeugs angebracht wird, wodurch ein eine steife Struktur aufweisendes Bauteil, nämlich das zur Schalldämpfung benötigte Gehäuse aus dem Bereich der Heckstruktur des Fahrzeugs herausgenommen wird und bei einer Beschädigung des Hecks des Fahrzeugs durch das steife Bauteil nicht mehr benachbarte Bauteile am Fahrzeug durch das steife Bauteil beschädigt werden.
Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Abgasanlage eine jeweilige, im Bereich zwischen der Abgasleitung und dem Resonatorvolumen angeordnete Klappe aufweist, die zum zumindest teilweisen Freigeben und/oder Verschließen der jeweiligen Halsöffnung ausgebildet ist. Mit diesen benachbart zum Resonatorvolumen angeordneten Klappen kann der Helmholtz-Resonator gleichsam eingeschaltet oder ausgeschaltet werden, es ist also möglich, den Schallpegel an den Abgasauslassmündungen der Abgasleitungen zu beeinflussen, auch ist es möglich, durch ein nur teilweises Freigeben der Halsöffnungen den Dämpfungspegel des Resonators variabel einzustellen. Dabei ändert sich nicht die Resonanzfrequenz der Dämpfung, sondern lediglich der Dämpfungsgrad entsprechend dem Öffnungswinkel der Klappen oder Resonatorklappen.
Das Öffnen und/oder Schließen der Klappen kann beispielsweise fahrstufenselektiv oder gangstufenselektiv oder fahrmodusselektiv erfolgen, die Klappen können beispielsweise in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs geöffnet werden, so dass der Helmholtz-Resonator den Mündungspegel reduziert, während die Klappen in einem anderen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs oder beispielsweise in einem Sportfahrmodus des Fahrzeugs geschlossen sind und daher der Mündungspegel höher ist.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass jede Abgasleitung in Durchströmungsrichtung der Abgasleitungen stromabwärts des Resonators mindestens zwei Abgasauslassmündungen aufweist und mindestens eine jeweilige Abgasauslassmündung mit einer Abgasklappe versehen ist, mittels der die Abgasauslassmündung reversibel verschließbar ist.
Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass eine jeweilige Abgasleitung zwei Abgasauslassmündungen aufweist, bei zwei Abgasleitungen also vier Abgasauslassmündungen vorgesehen sind, wobei jeweils eine Abgasauslassmündung eines Abgasauslassmündungspaars mit einer getrennt von den Resonatorklappen ansteuerbaren Abgasklappe versehen ist.
Mittels der Abgasklappe kann die jeweilige Abgasauslassmündung verschlossen werden, wodurch eine weitere Beeinflussung der Schallemissionen des Fahrzeugs möglich ist, es kann mit den Abgasklappen beispielsweise im Fahrbetrieb den Komfort des Fahrzeugs mindernden Schallemissionen entgegengewirkt werden, die beispielsweise im Schubbetrieb des Fahrzeugs auftreten können. Dadurch, dass die Abgasklappen unabhängig von den Resonatorklappen angesteuert werden, ist eine Beeinflussung der Schallemissionen des Fahrzeugs über einen weiten Anwendungsbereich möglich.
Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass der gemeinsame Querschnitt der Abgasauslassmündungen pro Abgasleitung größergleich dem Querschnitt der betreffenden Abgasleitung ist. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass der Summenquerschnitt der Abgasauslassmündungen einer Abgasleitung größergleich dem Querschnitt dieser Abgasleitung ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der im Bereich der Abgasauslassmündungen auftretende, der Abgasströmung entgegenwirkende Strömungswiderstand nicht so, wie bei bekannten Abgasanlagen größer ist als der Strömungswiderstand in der Abgasleitung.
Dadurch kann auch eine Reduzierung der Abgasemissionen erreicht werden, da der Verbrennungsmotor keine erhöhte Ausschiebearbeit für das Ausbringen der Abgase bei hohem Abgasgegendruck leisten muss. Die bei bekannten Abgasanlagen für die Verringerung der Schallemissionen nötige Reduzierung des Durchströmungsquerschnitts der Abgasauslassmündungen kann also bei der erfindungsgemäßen Abgasanlage entfallen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass die Abgasanlage eine Einrichtung zur gemeinsamen Ansteuerung der zwischen Resonatorvolumen und der jeweiligen Abgasleitung angeordneten Klappe aufweist. Diese Einrichtung kann Bestandteil der Motorsteuerung sein und beide Resonatorklappen gemeinsam ansteuern, wodurch der Aufwand zur Bereitstellung von Signalleitungen oder Ansteuerleitungen zu den Resonatorklappen am Fahrzeug verringert wird.
Auch ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Abgasanlage eine Einrichtung zur gemeinsamen Ansteuerung der in einer jeweiligen Abgasauslassmündung angeordneten Abgasklappe aufweist. Auch diese Einrichtung kann Bestandteil der Motorsteuerung sein und die Abgasklappen gemeinsam ansteuern, wodurch wiederum die Zahl der Signalleitungen oder Ansteuerungsleitungen zu den Abgasklappen am Fahrzeug verringert wird.
Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Abgasanlage eine in Durchströmungsrichtung der Abgasleitungen stromabwärts des Resonators vorgesehene Einrichtung zur Schalldämpfung aufweist. Bei dieser Einrichtung zur Schalldämpfung kann es sich beispielsweise um einen die Auslassmündung der jeweiligen Abgasleitung aufnehmenden Nachschalldämpfer handeln, mit dem das fahrzeugspezifische Klangspektrum beeinflusst werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass das Resonatorvolumen mittels einer Trennwand in mindestens zwei Teilvolumina unterteilt ist. Die Teilvolumina können mittels eines die Trennwand durchsetzenden Durchlasses auch gesteuert - beispielsweise mittels einer den Durchlass verschließenden oder frei gebenden Klappe - gekoppelt werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, zusätzlich zur dominierenden Motorordnung eine weitere Motorordnung zu bedämpfen.
Auch ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Resonator einen aus einem Kunststoffwerkstoff gebildeten Gehäusekörper aufweist, wodurch eine Verringerung der Eigenmasse des Resonators erreicht werden kann.
Schließlich ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Abgasanlage eine jeweils weitere, sich von der jeweiligen Abgasleitung zum Resonatorvolumen erstreckende Halsöffnung aufweist und mindestens eine der vorhandenen Halsöffnungen mit einer Klappe zum zumindest teilweisen Freigeben und/oder Verschließen der jeweiligen Halsöffnung versehen ist. Damit wird eine Konfiguration geschaffen, mit der neben einer zu dämpfenden Frequenz eine zweite Frequenz gedämpft werden kann. Bei einer geschlossenen Klappe dämpft der Resonator mittels der noch vorhandenen und dauerhaft offenen Halsöffnung eine erste Frequenz und bei geöffneter Klappe dämpft der Resonator auch noch die zweite Frequenz. Bei den beiden Frequenzen kann es sich um störende Frequenzen handeln im Sinne von brummig oder dröhnig oder auch um eine solche störende Frequenz und bei der anderen Frequenz dann um eine Frequenz, die zur Zulassungsfahrt oder dergleichen hinsichtlich des Pegels verringert werden soll.
Die bei dieser Konfiguration pro Abgasleitung ständig geöffnete Halsöffnung in Richtung zum Resonatorvolumen erzeugt eine Bypassleitung, mit der die erste störende Frequenz dauerhaft gedämpft wird, während die zweite störende Frequenz durch ein Freigeben oder Verschließen der weiteren Halsöffnung wahlweise gedämpft oder nicht gedämpft werden kann.
Schließlich ist nach der Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs vorgesehen, wie sie vorstehend beschrieben worden ist und die Abgasanlage mit einer Abgasklappe in einer Abgasauslassmündung versehen ist, wobei nach dem Verfahren vorgesehen ist, dass die Abgasklappe im Schubbetrieb des Fahrzeugs geschlossen wird. Dadurch können spezielle im Schubbetrieb des Fahrzeugs störende Frequenzen eliminiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante einer Abgasanlage mit zwei Abgasleitungen und vier Abgasauslassmündungen und einem Helmholtz-Resonator;
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 1 einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante mit einem zusätzlichen Nachschalldämpfer pro Abgasstrang der Abgasanlage;
Fig. 3 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 1 mit einer schaltbaren Abgasklappe in einer Abgasauslassmündung pro Abgasstrang;
Fig. 4 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 3 mit einem zusätzlichen Nachschalldämpfer pro Abgasstrang der Abgasanlage;
Fig. 5 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 1 einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante mit einer Resonatorklappe pro Halsöffnung;
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 5 einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante mit einem zusätzlichen Nachschalldämpfer pro Abgasstrang der Abgasanlage;
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 6 mit einer zusätzlichen Abgasklappe in einer Abgasauslassmündung pro Abgasstrang der Abgasanlage;
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 7 mit einem zusätzlichen Nachschalldämpfer pro Abgasstrang der Abgasanlage;
Fig. 9 eine Darstellung einer Anordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 8 mit einer weiteren Halsöffnung in Richtung zum Resonatorvolumen von der jeweiligen Abgasleitung ausgehend zusätzlich zu der mit einer Resonatorklappe schaltbaren Halsöffnung pro Abgasleitung;
Fig. 10 eine Darstellung einer Anordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 6 einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante, die sich dahingehend unterscheidet, dass pro Abgasstrangseite nur eine Abgasauslassmündung vorgesehen ist;
Fig. 11 eine Darstellung einer Anordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 9 einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante, aber ohne Abgasklappe im Bereich der Abgasauslassmündung; und
Fig. 12 eine Darstellung einer Anordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 5 einer nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallenden Variante, wiederum mit nur einer Abgasauslassmündung pro Abgasstrangseite.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer zweiflutigen Abgasanlage 1 mit Helmholtz-Resonator 2.

Die zweiflutige Abgasanlage 1 besitzt zwei Abgasleitungen 3 mit einem im Bereich zwischen den beiden Abgasleitungen 3, die von einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor eines ebenfalls nicht näher dargestellten Fahrzeugs ausgehen, angeordneten Resonatorgehäuse 4, welches ein Resonatorvolumen 5 des Helmholtz-Resonators 2 ausbildet.
Das Resonatorgehäuse 4 weist zwei sich in Richtung zu den Abgasleitungen 3 erstreckende Abzweigleitungen 6 auf, welche Halsöffnungen 7 des Helmholtz-Resonators 2 ausbilden.
Das Resonatorgehäuse 4 wird vom Abgas nicht durchströmt, so dass es während des Betriebs der Abgasanlage 1 nicht vom heißen Abgas mit einem den Resonator 2 durchsetzenden Wärmestrom beaufschlagt wird und daher aus einem Kunststoffwerkstoff gefertigt werden kann.
Die Abstimmung des Helmholtz-Resonators 2 erfolgt über eine dem jeweiligen Verbrennungsmotor angepasste Auslegung des Resonatorvolumens, der Länge des Resonatorhalses, also der Länge der Abzweigleitung 6, und dem Durchmesser des Resonatorhalses. Durch diese Abstimmung wird der Resonator 2 auf die Frequenz ausgelegt, die den betragsmäßig höchsten Schalldruckpegel eines beispielsweise bei einer Prüffahrt oder Zulassungsfahrt des Fahrzeugs gemessenen Mündungspegels besitzt.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Prüffahrt mit dem Fahrzeug ohne Helmholtz-Resonator durchgeführt wird und der in einer Teststrecke gemessenen Mündungspegel auf die Frequenz hin untersucht wird, die während der Prüffahrt den höchsten Schalldruckpegel erzeugt. Durch eine entsprechende Abstimmung des Helmholtz-Resonators auf diese Frequenz hin kann diese Frequenz dann bei einer Prüffahrt mit Helmholtz-Resonator entsprechend verringert werden, ohne dass hierzu Schalldämpfungseinrichtungen nötig sind, die nach dem Reflexionsverfahren, Absorptionsverfahren oder Resonanzverfahren arbeiten.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Variante besitzt die Abgasanlage 1 pro Abgasleitung 3 beziehungsweise Abgasstrangseite jeweils zwei Abgasauslassmündungen 8, wobei die erfindungsgemäße Abgasanlage 1 nicht auf diese Zahl der Abgasauslassmündungen beschränkt ist, sondern beispielsweise pro Abgasleitung 3 auch nur eine Abgasauslassmündung 8 aufweisen kann, wie dies beispielsweise bei den Varianten der Abgasanlage nach Fig. 10 bis Fig. 12 der Zeichnung der Fall ist.
Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine modifizierte Variante der Abgasanlage 1 mit einem Nachschalldämpfer 9 pro Abgasstrangseite. Mit dem Nachschalldämpfer 9 kann das vom Benutzer des Fahrzeugs akustisch wahrnehmbare Klangbild beeinflusst werden, beispielsweise in Richtung eines sportlichen oder mit tiefen Frequenzen angereicherten Klangbilds.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer Abgasanlage 1, bei der zwei Abgasauslassmündungen 8 jeweils mit einer reversibel verschließbaren Abgasklappe 10 versehen sind. Die Abgasklappe 10 kann über eine nicht näher dargestellte Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Abgasauslassmündung 8 angesteuert werden. Die Einrichtung kann beispielsweise von der Motorsteuerung des nicht näher dargestellte Verbrennungsmotors implementiert werden, die an eine Betätigungseinrichtung der Abgasklappe 10 ein Steuersignal zum Schließen der Abgasklappe 10 ausgibt, wenn das Fahrzeug und damit der Verbrennungsmotor in einen Schubzustand übergeht. Durch die dann geschlossene Abgasklappe 10 wird die Emission von als dröhnend wahrnehmbaren Frequenzen verhindert.
Fig. 4 zeigt eine weitere, modifizierte Ausführungsform der Abgasanlage 1 mit zwei Abgasklappen 10, von denen jeweils eine an einer Abgasauslassmündung 8 vorgesehen ist und einem jeweils pro Abgasstrangseite vorgesehenen Nachschalldämpfer 9. Mit dem Nachschalldämpfer 9 kann das Klangbild des Verbrennungsmotors beeinflusst werden, wie es vorstehend bereits erwähnt worden ist.
Fig. 5 der Zeichnung zeigt eine Variante der Abgasanlage 1 mit zwei Abgasleitungen 3 und einem zwischen die Abgasleitungen 3 geschalteten Helmholtz-Resonator 2, wie er unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung bereits erläutert worden ist.
Im Unterschied zu der Variante nach Fig. 1 kann der Helmholtz-Resonator 2 nach Fig. 5 der Zeichnung geschaltet werden, also hinsichtlich seiner Dämpfungsfunktion in einen dämpfenden und einen nicht dämpfenden Zustand geschaltet werden. Zu diesem Zweck sind die Halsöffnungen 7 mit einer im Bereich einer jeweiligen Halsöffnung 7 angeordneten Klappe oder Resonatorklappe 11 veränderbar dergestalt, dass die Halsöffnungen 7 versperrt beziehungsweise geschlossen oder geöffnet werden können.
Bei mittels einer Betätigung der Resonatorklappen 11 versperrten Halsöffnungen 7 ist die dämpfende Wirkung des Resonators 2 aufgehoben und bei mittels einer Betätigung der Resonatorklappen 11 offenen oder durchgängigen Halsöffnungen 7 führt der Resonator 2 die vorstehend beschriebene Dämpfungsfunktion aus.
Bei allen Ausführungsformen der Abgasanlage 1 mit Resonatorklappen 11 ist es nach der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, dass die Resonatorklappen 11 nicht nur gleichsam digital geöffnet oder geschlossen werden können, sondern auch Winkelstellungen zwischen dem Öffnungszustand und dem Schließzustand einnehmen können, wodurch der Dämpfungsgrad des Resonators 2 variabel eingestellt werden kann. Durch die Veränderung des Öffnungsgrads der Resonatorklappen 11 ändert sich nicht die Resonanzfrequenz der Dämpfung sondern lediglich der Dämpfungsgrad entsprechend dem eingestellten Öffnungswinkel der Resonatorklappen 11.
Fig. 6 der Zeichnung zeigt eine Variante einer Abgasanlage 1 mit steuerbaren oder regelbaren Resonatorklappen 11, wie sie soeben beschrieben worden sind und einem Nachschalldämpfer 9 pro Abgasstrangseite, mit dem das Klangbild der Abgasanlage gestaltet werden kann.
Fig. 7 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer Abgasanlage 1 mit steuerbaren oder regelbaren Resonatorklappen 11 und zusätzlichen Abgasklappen 10 im Bereich zweier Abgasauslassmündungen 8. Wie es vorstehend bereits erläutert wurde, kann damit neben der Beeinflussung des Klangbilds des Verbrennungsmotors über ein Einschalten oder Ausschalten des Resonators 2 auch die Dämpfung beispielsweise während des Schubbetrieb des Fahrzeugs verändert werden, indem die Abgasklappen 10 von beispielsweise der Motorsteuerung zum Schließen der entsprechenden Abgasauslassmündung 8 angesteuert werden.
Eine weitere Verringerung des von der Abgasanlage 1 emittierten Schallpegels kann dadurch erreicht werden, dass der Abgasdurchlassdurchmesser der Abgasauslassmündung 8 ohne die Abgasklappe 10 gegenüber dem Durchmesser der Abgasleitung 3 deutlich verringert wird, so dass durch diese Konfiguration das Klangbild des Verbrennungsmotors in weiten Einstellbereich verändert werden kann.
Fig. 8 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer Abgasanlage 1 ähnlich derjenigen nach Fig. 7 mit zusätzlich pro Abgasstrangseite vorgesehenem, stromabwärts des Resonators 2 angeordneten Nachschalldämpfer 9 zur Beeinflussung des Klangbilds des Motors.
Fig. 9 der Zeichnung zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform einer Abgasanlage 1, bei der neben zwei ersten, mittels zweier Resonatorklappen 11 steuerbaren oder regelbaren Halsöffnungen 7, zwei weitere Halsöffnungen 12 vorgesehen sind und zwar pro Abgasleitung 3 eine Halsöffnung 12, die von einer zwischen den jeweiligen Abgasleitung 3 und dem Resonatorgehäuse 4 angeordneten Abzweigleitung 13 ausgebildet wird.
Diese Ausführungsform schafft einen schaltbaren oder regelbaren Resonator 2, der auch die Funktion eines Basisresonators ausübt. Unter dem Begriff des Basisresonators ist dabei ein auf eine erste Frequenz - die Basisfrequenz - abgestimmter Resonator zu verstehen, zu deren Bedämpfung er ausgebildet ist. Die Basisfrequenz wird dabei unter anderem durch den Öffnungsdurchmesser der Halsöffnung 12 bestimmt, so dass der in Fig. 9 der Zeichnung dargestellte Resonator immer die Basisfrequenz bedämpft, da die Abzweigleitungen 13 ständig geöffnet sind.
Bei der Basisfrequenz kann es sich beispielsweise um eine Frequenz handeln, die einen bei einer Probefahrt oder Zulassungsfahrt einzuhaltenden Schallpegel dominierend bestimmt und die deshalb bleibend bedämpft wird. Wenn die Abgasklappen 11 geöffnet sind, kann der Resonator auch noch eine zweite störende Frequenz bedämpfen. Die Abzweigleitungen 13 und die Resonatorklappen 11 können hinsichtlich ihrer Länge und des gemeinsamen Querschnitts auf eine benötigte Dämpfungsfrequenz abgestimmt werden, bei der es sich beispielsweise auch um die für die Zulassungsfahrt benötigte Dämpfungsfrequenz oder eine zweite, bei einem bestimmten Fahrmodus als störend empfundene Frequenz handeln kann.
Fig. 10 bis Fig. 12 der Zeichnung zeigen Varianten von Abgasanlagen mit zwei Abgasleitungen 3 und einem jeweiligen Resonator 2 mit jeweils nur einem Mündungsrohr oder einer Abgasauslassmündung 8.
Der in Fig. 10 der Zeichnung dargestellte Resonator 2 besitzt zwei steuerbare oder regelbare Resonatorklappen 11, deren Funktion den in Verbindung mit Fig. 5 der Zeichnung erläuterten Resonatorklappen 11 entspricht.
Fig. 11 der Zeichnung zeigt eine Variante einer Abgasanlage 1 ähnlich derjenigen nach Fig. 9 mit zusätzlichen Halsöffnungen 12, die immer offen sind und Resonatorklappen 11. Während die in Fig. 9 der Zeichnung dargestellte Abgasanlage auch noch zwei Abgasklappen 10 an zwei Abgasauslassmündungen 8 aufweist, die beispielsweise zur Bedämpfung von Dröhnfrequenzen im Schubbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen sind, weist die in Fig. 11 der Zeichnung dargestellte Abgasanlage zwar ebenso wie die Abgasanlage nach Fig. 9 der Zeichnung zwei Nachschalldämpfer 9 auf, nicht aber die Abgasklappen 10.
Die in Fig. 11 der Zeichnung dargestellte Abgasanlage ist beispielsweise zur Anordnung an einem Verbrennungsmotor vorgesehen, der im Schubbetrieb keine störenden Dröhnfrequenzen erzeugt, so dass die Abgasklappen 11 zur Kostenreduzierung weggelassen werden können.
Schließlich zeigt Fig. 12 der Zeichnung eine Abgasanlage mit zwei Abgasleitungen 3 und einem über die Resonatorklappen 11 steuerbaren oder regelbaren Resonator 2, so dass auch bei dieser Ausführungsform der Dämpfungsgrad des Resonators 2 entsprechend dem Öffnungswinkel der Resonatorklappen 11 verändert werden kann. Zur Verringerung der Kosten gegenüber der in Fig. 10 der Zeichnung dargestellten Abgasanlage besitzt die in Fig. 12 der Zeichnung dargestellte Abgasanlage aber keinen Nachschalldämpfer 9 pro Abgasstrangseite, wie dieser bei der Ausführungsform nach Fig. 10 der Zeichnung dargestellt ist.
Obwohl bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Abgasanlage neben dem jeweiligen Helmholtz-Resonator keine weiteren Schalldämpfergehäuse dargestellt sind, kann in der jeweiligen Abgasanlage beispielsweise eine weitere Schalldämpfungseinrichtung in der Form eines Mittelschalldämpfers im Bereich vor dem Helmholtz-Resonator angeordnet sein.
In der jeweiligen Ausführungsform mit Abgasklappen in der Abgasauslassmündung übernimmt die Abgasklappe die Bedämpfung störender Frequenzen insbesondere im Schubbetrieb des Motors, bei einer Ausführungsform mit zusätzlichen Resonatorklappen kann der Schallpegel an den Abgasauslassmündungen in weiten Bereichen verändert werden, auch kann damit die Akustik der Abgasanlage insbesondere beeinflusst werden, da ein durch die Öffnung der Resonatorklappen zumindest teilweise geöffneter Resonator die Funktion einer Übersprechstelle übernimmt, so dass insbesondere bei einem Verbrennungsmotor in V-Anordnung ein deutlich anderes Klangbild entsteht als bei einer Abgasanlage ohne Übersprechstelle.
Ein mit zusätzlichen, immer offenen Halsöffnungen versehener Resonator kann auch für die Dämpfung einer bei geschlossenen Resonatorklappen entstehender Störfrequenz verwendet werden.
Da der Resonator nicht von heißem Abgas durchströmt wird, kann er beispielsweise aus einem Kunststoffwerkstoff gefertigt werden, wodurch sich eine deutliche Verringerung des Eigengewichts des Resonators ergibt. Durch die Verwendung von Kunststoff oder beispielsweise auch eines mit Kohlefasern verstärkten Kunststoffs kann das Resonatorgehäuse der Geometrie des Unterbodens des Fahrzeugs angepasst werden und dadurch auch aus dem Heckbereich des Fahrzeugs heraus in Richtung zur Fahrzeugmitte verlagert werden, wodurch sich das Crashverhalten des Fahrzeugs verbessert.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Bezugszeichenliste

1.: Abgasanlage
2.: Helmholtz-Resonator
3.: Abgasleitungen
4.: Resonatorgehäuse
5.: Resonatorvolumen
6.: Abzweigleitungen
7.: Halsöffnung
8.: Abgasauslassmündung
9.: Nachschalldämpfer
10.: Abgasklappe
11.: Klappe, Resonatorklappe
12.: Halsöffnung
13.: Abzweigleitung

Claims

Abgasanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Helmholtz-Resonator (2) und zwei sich in Richtung zum Resonator erstreckenden Abgasleitungen (3), wobei der Resonator (2) zwei Halsöffnungen (7) zu einem Resonatorvolumen (4) aufweist und jeweils eine Halsöffnung (7) an jeweils eine Abgasleitung (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (2) zur Dämpfung einer dominierenden Motorordnung abgestimmt ist und jede Abgasleitung (3) in Durchströmungsrichtung der Abgasleitungen (3) stromabwärts des Resonators (2) mindestens zwei Abgasauslassmündungen (8) aufweist und mindestens eine jeweilige Abgasauslassmündung (8) mit einer Abgasklappe (10) versehen ist, mittels der die Abgasauslassmündung (8) reversibel verschließbar ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (2) ein das Resonatorvolumen (5) aufweisendes Gehäuse (4) aufweist, welches getrennt von anderen Bauteilgehäusen der Abgasanlage (1) ausgebildet ist und das Gehäuse (4) im Abstand zum Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine jeweilige im Bereich zwischen der Abgasleitung (3) und dem Resonatorvolumen (5) angeordnete Klappe (11), die zum zumindest teilweisen Freigeben und/oder Verschließen der jeweiligen Halsöffnung (7) ausgebildet ist.
Abgasanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Querschnitt der Abgasauslassmündungen (8) pro Abgasleitung (3) größergleich dem Querschnitt der Abgasleitung (3) ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur gemeinsamen Ansteuerung der zwischen Resonatorvolumen (5) und der jeweiligen Abgasleitung (3) angeordneten Klappe (11) .
Abgasanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur gemeinsamen Ansteuerung der in einer jeweiligen Auslassmündung (8) angeordneten Abgasklappe (10).
Abgasanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in Durchströmungsrichtung der Abgasleitungen (3) stromabwärts des Resonators (2) vorgesehene Einrichtung zur Schalldämpfung (9).
Abgasanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorvolumen (5) mittels einer Trennwand in mindestens zwei Teilvolumina unterteilt ist.
Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand einen die Teilvolumina verbindenden Durchlass aufweist.
Abgasanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (2) einen aus einem Kunststoffwerkstoff gebildeten Gehäusekörper (4) aufweist.
Abgasanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine jeweils weitere, sich von der jeweiligen Abgasleitung (3) zum Resonatorvolumen (5) erstreckende Halsöffnung (12), wobei mindestens eine der Halsöffnungen (7) pro Abgasleitung (3) mit einer Klappe (11) zum zumindest teilweisen Freigeben und/oder Verschließen der jeweiligen Halsöffnung (7) versehen ist.
Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (1) eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs nach einem der vorstehenden Ansprüche und die Abgasanlage (1) mit einer Abgasklappe (10) in einer Abgasauslassmündung (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (10) im Schubbetrieb des Fahrzeugs geschlossen wird.