JP4255380B2 - 内燃機関の排気システムにおいて消音するための装置および方法 - Google Patents

内燃機関の排気システムにおいて消音するための装置および方法 Download PDF

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Description

この発明は、内燃機関の排気システムにおいて消音するための装置に関する。この種類の装置は、たとえば、内燃機関にとって、またはたとえばこれを用いて動作させる自動車にとって特に重要な1つ以上の周波数を減衰させるのに用いられる。
自動車産業においては、消音するための数多くの装置および方法が公知である。この文脈では、特に、たとえば自動車の部品に共鳴をもたらす臨界周波数を減衰させることをしばしば必要とする。場合によっては、この目的のために極めて複雑な構造上の対策が取られる。特に、しばしば付加的な構成要素が必要とされる。
これに基づき、この発明の目的は、特に、排気ガス浄化のためにハニカム体を備えた内燃機関の排気システムにおいて実質的に構成要素を追加する必要なしに、特に臨界周波数に対して消音を可能にすることである。
この目的は、請求項1の特徴を有するハニカム体と、請求項5の特徴を有する排気システムと、請求項9の特徴を有する消音のための方法とによって達成される。有利な構成は、個々にまたは組合せてなされてもよく、それぞれの従属請求項に記載される。
この種類のハニカム体の基本的な設計は、たとえば、EP 0 245 737 B1またはEP 0 430 945 B1から公知である。しかしながら、この発明は、他の構造形態、たとえば螺旋状に円形の構造形態でも実現することができる。一方向が円錐形である構造形態も、たとえばWO 99/56010から公知である。ハニカム体のための公知の製造プロセスも、この発明のために用いることができる。セルの幾何学的構造に関する最近の開発により、たとえばWO 90/08249およびWO 99/31362から公知である通路壁における微細構造の使用が促進された。これらの展開例も、この発明に対しさらに適応されてもよい。一般的に、この種類のハニカム体の効率をもたらすかまたはその効率を高めるための公知の方法も、この発明に適用することができる。
この発明に従った、内燃機関の排気システムにおいて消音するための装置は、この種類のハニカム体を含む。ハニカム体は、軸方向長さと、実質的に互いに別個である通路とを有し、その通路を通って排気ガスが流れ得る。通路は、少なくとも、通路の第1のサブセットと通路の第2のサブセットとに分けられる。通路の2つのサブセットのうち一方の断面積は、排気ガスの遷移時間が別々の通路のサブセットにおいては異なるように、ハニカム体の軸方向長さにわたって変化する。
内燃機関の排気システムでの消音のためにハニカム体を用いることは好都合である。というのも、この種類のハニカム体は、たとえば排気ガス浄化のための触媒コンバータにおいて既に広く用いられており、このため自動車の排気システムに既に存在するからである。これにより、さらなる構成要素を排気システムに導入する必要なしに、排気システムにおける騒音レベルを減ずることが可能となる。したがって、結果として、消音する方法は構造的に単純で安価となる。
断面積が変化する通路においては、ガス流の速度はその断面積に反比例する。したがっ
て、ガス流は、通路の断面積がハニカム体の軸方向長さにわたって増える場合、減速され、逆に、通路の断面積がハニカム体の軸方向長さにわたって減る場合、加速される。この発明に従って、ハニカム体に入る排気ガス流は、少なくとも2つの排気ガスの部分的な量に分けられ、各々は通路の1つのサブセットを通って流れる。ハニカム体が流れzの主方向に軸方向長さLを有する場合、zに依存する速度vを有するガスの遷移時間t(L)を以下のように算出することができる。
Figure 0004255380
したがって、速度関数v(z)が通路の断面積における変化によって影響を受ける可能性があり、通路を通るガスの遷移時間が、第一に通路の長さに依存し、第二に通路に適用される速度関数に依存するので、通路における排気ガスの遷移時間は極めて高いレベルの精度で調整することができる。
この原理が通路の2つのサブセットに適用される場合、結果として、この発明に従い、通路の2つのサブセットを通って流れる排気ガスの部分的な量の間に遷移時間差がもたらされる可能性がある。排気ガスが音波のキャリアである場合、遷移時間におけるこの差により、通路の2つのサブセットにおける音波間に位相差が生じる可能性がある。遷移時間における差が適切に選択される場合、これは規定された波長の音波の減衰につながる。
波長λ、位相速度cおよび角周波数ωの音波を減衰させることが所望される場合、通路の第1のサブセットを通る排気ガスの第1の部分的な量の遷移時間t1と、通路の第2のサブセットを通る排気ガスの第2の部分的な量の遷移時間t2との間の遷移時間差として選択することが好ましい。
Figure 0004255380
この場合、nは自然数である。ハニカム体の有利な改良に従い、通路の第1のサブセットは、各々の場合、第1の入口断面積と第1の出口断面積とを有し、通路の第2のサブセットはその軸方向長さにわたり、各々の場合、第2の入口断面積と第2の出口断面積とを有する。この発明に従って、第1の入口断面積対第1の出口断面積の比率は、第2の入口断面積対第2の出口断面積の比率とは異なる。したがって、この場合、通路の第1のサブセットの断面積および通路の第2のサブセットの断面積は異なる態様で変化する。これは、通路の2つのサブセットを通って流れる両方の排気ガスの部分的な量の速度が変化することを必要とし、したがって遷移時間の差を必要とする。
ハニカム体のさらに別の有利な実施例に従って、通路の少なくとも1つのサブセットの断面積が流れzの主方向に増え、好ましくは単調な態様で増え、特に好ましくは厳密に単
調な態様で増え、および/または、通路の別のサブセットの断面積が流れの主方向に減り、好ましくは単調な態様で減り、特に好ましくは厳密に単調な態様で減る。単調な態様とは、通路の一部が、または通路全体までもが、軸方向長さLにわたって同じ断面積を有する可能性が高いことを意味する。これは、厳密に単調なプロファイルの場合には不可能である。この場合、軸方向長さにわたって断面積が一定の割合で増加または減少しなければならない。さらに、通路の少なくとも1つのサブセットが円錐形に広くなる、および/または通路の少なくとも1つのさらなるサブセットが円錐形に狭くなるハニカム体のさらなる有利な実施例が特に好ましい。したがって、この発明にしたがい、通路の第1のサブセットの断面積が軸方向長さにわたって変化せず、第2のサブセットが円錐形に広くなるかもしくは狭くなることが可能であるか、または、断面積を、他の何らかのやり方で流れzの主方向に単調な態様で増加または減少させることも可能である。この発明に従って、通路の第1のサブセットが円錐形に広くなるのに対し、通路の第2のサブセットが円錐形に狭くなることも可能である。これにより、この発明に従ったハニカム体の構造設計を極めて単純なものにすることができる。
ハニカム体のさらに別の有利な実施例に従って、通路のサブセットは、通路の別々のサブセットにおいては軸方向長さにわたる断面積の積分値が異なるように構成される。これにより、有利には、通路がチャンバと広くされた部分と狭くされた部分とを備えることが可能となり、このようにして、たとえば所要の圧力損失、流れの断面ならびに構造上の条件または制限に関する様々な要件を考慮に入れることが可能となる。比較的短い軸方向長さLにわたって遷移時間に著しい差をもたらすことも可能である。
この発明の概念はまた、内燃機関の排気システムを提案する。この排気システムは、少なくとも1つのハニカム体を有し、この少なくとも1つのハニカム体は、排気ガスがそこを通って流れ得る通路と、軸方向長さとを有する。排気ガスの第1の部分的な量に対する流路は、通路の第1のサブセットによって形成され、排気ガスの第2の部分的な量に対する流路は、通路の第2のサブセットによって形成される。通路の2つのサブセットのうち少なくとも1つの断面積は、ハニカム体の軸方向長さにわたって変化する。これは、排気ガスの2つの部分的な量の間に遷移時間の差を必要とする。この場合も、通路のサブセットを好適に寸法決めすることにより、排気ガスにおける音波の少なくとも1つの周波数を減衰させることが可能である。この文脈では、通路の第1のサブセットは、各々の場合、第1の入口断面積と第1の出口断面積とを有し、通路の第2のサブセットは、各々の場合、第2の入口断面積と第2の出口断面積とを有し、かつ、第1の入口断面積対第1の出口断面積の比率が第2の入口断面積の比率とは異なる場合、特に好ましい。
排気システムの有利な実施例に従って、通路の少なくとも1つのサブセットの断面積が流れzの主方向に増え、好ましくは単調な態様で増え、特に好ましくは厳密に単調な態様で増え、および/または、通路の少なくとも1つのさらなるサブセットの断面積が流れzの主方向に減り、好ましくは単調な態様で減り、特に好ましくは厳密に単調な態様で減る。この文脈では、単調な態様という語は、通路の一部の断面積が、または通路全体の断面積までもが変化する必要はないが、たとえば通路が初めに広くなり次に再び狭くなることが不可能であることを意味する。対照的に、厳密に単調な態様で増える、という語は、流れの主方向への各座標zにおいて、座標zが増すと増大する異なった断面積が存在すること、すなわち寸法が絶えず大きくなることを意味する。対応する表現が、単調に小さくなる、または厳密に単調な態様で小さくなるプロファイルに適用される。この文脈では、少なくとも1つのハニカム体の通路の少なくとも1つのサブセットが円錐形に広くなる、および/または通路の少なくとも1つのさらなるサブセットが円錐形に狭くなる排気システムの有利な実施例が特に好ましい。したがって、通路の第1のサブセットが円錐形に広くなるかまたは狭くなるのに対し、通路の第2のサブセットの断面積は軸方向長さにわたって変化しないことが可能である。通路の第1のサブセットが円錐形に広くなるのに対し、
通路の第2のサブセットが円錐形に狭くなることも可能である。これにより、有利には、排気システムを構造的に単純に設計することが可能となる。断面積が流れzの主方向に円錐形に変化することが可能であるだけでなく、この発明に従って、いかなる単調な変化も可能である。
排気システムのさらなる有利な構成に従って、通路の別々のサブシステムにおいては、軸方向長さLにわたる断面積の積分値が異なっている。これにより、たとえばチャンバ、広くされた部分および狭くされた部分を形成することが可能となる。これらは、たとえば、設計上の制限があるにもかかわらず良好な消音の実現を可能にする。
この発明の概念はまた、内燃機関の排気システムにおいて消音するための方法を提案する。この場合、排気システムは少なくとも1つのハニカム体を含み、この少なくとも1つのハニカム体は、排気ガスが中を通って流れ得る通路と、軸方向長さとを有する。排気ガスの第1の部分的な量は通路の第1のサブセットを通され、排気ガスの第2の部分的な量は通路の第2のサブセットを通される。通路の2つのサブセットのうち少なくとも1つの断面積はハニカム体の軸方向長さにわたって変化し、これにより、通路の別々のサブセットにおける排気ガスの遷移時間に差がもたらされる。排気ガスの部分的な量は少なくとも1つのハニカム体の下流で再び混合される。この発明に従ったこの方法により、排気ガスに存在する規定された周波数の少なくとも音波を減衰させることが可能となる。
この発明の有利な構成に従って、通路の第1のサブセットは、各々の場合、第1の入口断面積と第1の出口断面積とを有し、通路の第2のサブセットは、各々の場合、第2の入口断面積と第2の出口断面積とを有する。第1の入口断面積対第1の出口断面積の比率は、第2の入口断面積対第2の出口断面積の比率とは異なる。この文脈では、通路の少なくとも1つのサブセットの断面積が流れzの主方向に増え、好ましくは単調な態様で増え、特に好ましくは厳密に単調な態様で増えるのに対し、代替的またはさらには、通路のさらなるサブセットの断面積が減り、好ましくは単調な態様で減り、特に好ましくは厳密に単調な態様で減ることが特に有利である。これにより、消音する方法を有利には単純に実行することが可能となる。
この方法のさらなる有利な実施例に従って、排気ガスは少なくとも1つのハニカム体を通って流れ、この少なくとも1つのハニカム体は、通路の、円錐形に広くなる少なくとも1つのサブセット、および/または通路の、円錐形に狭くなる少なくとも1つのさらなるサブセットを有する。これにより、遷移時間における差の計算および調整が簡単になる。
この方法のさらなる有利な実施例にさらに従い、排気ガスは、軸方向長さにわたって断面積の積分値が異なっている通路の別々のサブセットを通って流れる。一例として、これにより、たとえば困難な幾何学的条件および制限の下でさえこの方法を実行することが可能となる。
この方法のさらなる有利な構成に従って、排気ガスの部分的な量の遷移時間における差は、少なくとも2つの部分的な量が混合される場合、少なくとも1つの周波数に対して打消し合う干渉が少なくとも部分的にあるように正確に選択される。この目的のために、角周波数ω、波長λおよび位相速度cの音波に対する、排気ガスの第1の部分的な量の遷移時間と排気ガスの第2の量の遷移時間との間の差が次のように正確に設定される。
Figure 0004255380
この場合、自然数nが適用される。これは波動方程式におけるさらなる位相因子を必要とし、排気ガスの第1の部分的な量における振幅A1、および排気ガスの第2の部分的な量における振幅A2については、以下のように表わすことができる。
Figure 0004255380
振幅A1およびA2は、通路の第1のサブセットの第1の入口断面積対通路の第2のサブセットの第2の入口断面積の比率により調整することができる。これらの2つの振幅A1およびA2が正確に等しい場合、角周波数ωの波は完全に除去される。打消し合う干渉は存在する。
排気ガスの第1の部分的な量の振幅A1と排気ガスの第2の部分的な量の振幅A2とが全く同じでない場合でも、いずれにしても音波および対応する調波が減衰する。
この方法のさらなる有利な構成にさらに従って、打消し合う干渉が1つの臨界周波数に対し正確に形成される。これにより、たとえば、内燃機関自体にとって重要な、またはこれを用いて駆動する自動車にとっても重要な周波数の減衰が可能となる。一例として、これは、共鳴効果が起こる周波数であってもよい。このような効果は、材料への負荷が増えたことを意味するので、概して不所望である。
この方法のさらなる有利な構成にさらに従って、排気ガスの部分的な量の間における遷移時間の差は、少なくとも2つの部分的な量を混ぜ合わせるときに少なくとも2つの周波数に対して打消し合う干渉が少なくとも部分的に存在するように選択される。これにより、有利には複数の臨界周波数を減衰させることが可能となる。
この発明のさらなる利点および特に好ましい構成が添付の図面に関連して以下により詳細に説明されるが、ただし、この発明は例示される実施例に限定されない。
図1には、この発明に従ったハニカム体1の一部の長手方向断面図が示される。排気ガス流3は入口側2を通ってハニカム体1に流れ込み、出口側4を通ってハニカム体1から出る。ハニカム体は、通路の軸方向長さLにわたる通路断面積における変化のために異なっている通路の2つのサブセットを含む。通路の第1のサブセットは広くなる通路5を含み、この広くなる通路5は、入口側2に面する第1の入口断面積6と、ハニカム体1の出口4に面するより大きな第1の出口断面積7とを有する。通路の第2のサブセットは狭くなる通路8を含み、この狭くなる通路8は、入口側2に面する第2の入口断面積9と、ハニカム体1の出口側4に面するより小さな第2の出口断面積10とを有する。この例においては、一方では、第1の入口断面積6が第2の出口断面積10に対応し、他方では、第
2の入口断面積9が第1の出口断面積7に対応する。したがって、第1の入口断面積6と第1の出口断面積7とから形成される比率は、第2の入口断面積9と第2の出口断面積10とから形成される比率の逆数である。
通路5および通路8の各々においては、断面積の変化は厳密に単調である。通路の2つのサブセットにおける通路の数は等しい。排気ガスの第1の部分的な量は通路の第1のサブセットを通って流れ、他方の半分の量を含む、排気ガスの第2の部分的な量は通路の第2のサブセットを通って流れる。通路の2つのサブセットの下流における混合ゾーン11においては、排気ガスの2つの部分的な量が混合され、出口側4を通ってハニカム体1から出る。
ここで、排気ガス流3が波長λおよび位相速度cの音波を含む場合、一般的に、ハニカム体1の出口側4を通って流れ出る際の音波の強度は、ハニカム体1に流れ込む際の強度とは異なるだろう。2つの部分的なガス流の各々の速度は、通路断面積が変わった結果、変化する。ここで考察される例については、流れzの主方向へのガスの速度vとガスが通って流れる断面積との間に反比例の関係がある。したがって、排気ガスの第1の部分的な量が広くなる通路5で減速されるのに対し、排気ガスの第2の部分的な量は狭くなる通路8で加速される。排気ガスの2つの部分的な量の各々については、速度は、通路の2つのサブセットを通って流れる間に絶えず変化する。この場合、以下が排気ガスの第1の部分的な量の遷移時間t1と排気ガスの第2の部分的な量の遷移時間t2とに適用される。
Figure 0004255380
この場合、速度関数v(z)は、各々の場合、排気ガスの2つの部分的な量に関して異なる。これは、排気ガスの第1の部分的な量が通路の第1のサブセットを通って流れるのに時間t1を必要とし、排気ガスの第2の部分的な量が通路の第2のサブセットを通って流れるのに時間t2を必要とすることを意味する。以下の関係が、通路5および通路8の2つのサブセットを通って流れる結果として得られる、排気ガスの2つの部分的な量の間における遷移時間の差t1−t2に適用される場合、
Figure 0004255380
ここではnは整数であるが、付加的な位相因子が得られる。全体的な波動方程式を以下のように表わすことができる。
Figure 0004255380
この場合、ωは波の角周波数であり、A1およびA2は排気ガスの第1および第2の部分的な量における波の振幅である。排気ガス流3が排気ガスの2つの等しい部分的な量に分けられる場合、すなわちA1=A2である場合、波は完全に除去される。排気ガスの第1の部分的な量の振幅A1と排気ガスの第2の部分的な量の振幅A2とが同じでない場合、波長λを有する音波と対応する調波とがいずれにしても減衰される。このことを排気ガス流3において利用して、1つの波長の音波だけでなく複数の波長の音波を減衰させることができる。この目的のために、排気ガス流は、通路の2つのサブセットだけを通るのではなく、相応のより多くのサブセットを通り、これに応じて通路が設計されなくてはならない。
図2には、この発明に従ったハニカム体1の一実施例の入口側2を示す端側面図の一部が示される。このハニカム体は、広くなる通路5の第1のサブセットと狭くなる通路8の第2のサブセットとを有する。広くなる通路5は、各々の場合、第1のより小さな入口断面積6を有し、狭くなる通路8は、各々の場合、第2のより大きな入口断面積9を有する。ハニカム体の軸方向長さLにわたる断面積の変化は、この具体的な実施例では、両方の通路のサブセットにおいては厳密に単調である。ハニカム体は、滑らかな金属薄板層12と波形の金属薄板層13とを交互にすることにより構成される。
図3には、波形の金属薄板層13の具体的な実施例が示される。この波形の金属薄板層13の波形の高さは長手方向軸の方向に厳密に単調な態様で変化し、結果として、波形の金属薄板層13によって隣接する滑らかな金属薄板層12とともに形成される通路の断面積が、厳密に単調な態様で長手方向軸の方向に変化する。隣接する滑らかな金属薄板層12との組合せにより、通路の一方側には第1の入口断面積6を備え、通路の他方側には第2の入口断面積9を備えることとなる。滑らかな金属薄板層12に隣接する波形の金属薄板層13がいずれの場合にも中心軸14に対し相対的に180°回転して適合されるようにハニカム体が構成される場合、有利には、広くなる通路5と狭くなる通路8とを有する円筒形のハニカム体1を構成することが可能である。広くなる通路5と狭くなる通路8とは交互に層を成し、広くなる通路5の断面積が厳密に単調な態様で第1の入口断面6から第1の出口断面7へと増えるのに対し、狭くなる通路8の断面積は厳密に単調な態様で第2の入口断面9から第2の出口断面10へと減る。この種類のハニカム体1は、広くなる通路5と狭くなる通路8とを交互に含む層状の構造のために、有利にはその長手方向軸に対していかなる選択的方向も有さず、したがって、ハニカム体1を適合させる際にセットの設置方向を監視する必要はない。
図4には、この発明に従ったハニカム体6の第2の具体的な実施例を示す端側面図の一部が示される。ハニカム体6は、実質的に滑らかな金属薄板層12と構造化された金属薄板層13とから構成され、広くなる通路5の第1のサブセットと、狭くなる通路8を含む通路の第2のサブセットとを有する。広くなる通路5は第1の入口断面積6aを有する。広くなる通路5の、流れzの主方向への広がりにより、通路の断面はこの方向に大きくなる。狭くなる通路8は第2の入口断面積9を有する。通路の断面は流れzの主方向に小さくなる。
図5には、図4に示されるハニカム体の一部を形成するような構造化された金属薄板層13が示される。この構造化された金属薄板層13は、2つの隣接する構造最高部16の間の距離として規定される構造繰返し長さ15が構造化された金属薄板層13の長手方向軸と同じ流れzの主方向にわたって絶えず変化することにより、区別される。これにより、構造化された金属薄板層13が、隣接する実質的に滑らかな金属薄板層12(図示せず)とともに、通路の2つのサブセットを形成することとなる。通路の一方のサブセットは狭くなる通路8を含み、通路の他方のサブセットは広くなる通路5を含む。上述のように、構造化された金属薄板層13が好適な構成であるとすれば、これにより少なくとも1つ
の周波数の音波が減衰することとなる。
この発明により、簡単に、目標とする消音のために付加的な特徴として排気システムにおける既存のハニカム体を用いることが可能となる。
この発明に従ったハニカム体の通路システムを示す概略図である。 この発明に従ったハニカム体の第1の具体的な実施例の端側面図の一部を示す図である。 この発明に従ったハニカム体の第1の具体的な実施例を作り出すのに用いられる波形の層を示す図である。 この発明に従ったハニカム体の第2の具体的な実施例の端側面図の一部を示す図である。 この発明に従ったハニカム体の第2の具体的な実施例を作り出すための構造化された金属薄板層を示す図である。
符号の説明
1 ハニカム体、2 入口側、3 排気ガス流、4 出口側、5 広くなる通路、6 第1の入口断面積、7 第1の出口断面積、8 狭くなる通路、9 第2の入口断面積、10 第2の出口断面積、11 混合ゾーン、12 滑らかな金属薄板層、13 波形の金属薄板層、14 中心軸、15 構造繰返し長さ、16 構造最高部、A1 第1の部分的なガス流における音波の振幅、A2 第2の部分的なガス流における音波の振幅、c
位相速度、L 軸方向の通路長さ、λ 波長、n 自然数、ω 音波の角周波数、t1
通路の第1のサブセットを通る遷移時間、t2 通路の第2のサブセットを通る遷移時間、v 速度、z 流れの主方向。

Claims (12)

  1. 内燃機関の排気システムのためのハニカム体(1)であって、前記ハニカム体(1)は、実質的に互いとは別個で、排気ガスが通って流れ得る通路(5,8)と、軸方向長さ(L)とを有し、前記通路(5,8)は軸方向に平行に延びており、前記ハニカム体(1)は、少なくとも通路(5)の第1のサブセットと通路(8)の第2のサブセットとを有し、少なくとも通路(5,8)の2つのサブセットのうち1つの断面積(6,7,9,10)は、前記ハニカム体(1)の前記軸方向長さ(L)にわたって変化し、このため、通路(5,8)の別々のサブセットにおいては排気ガス(3)の遷移時間が異なり、前記通路(5,8)の少なくとも1つのサブセットは円錐形に広くなり、前記通路(5,8)の少なくとも1つのさらなるサブセットは円錐形に狭くなることを特徴とする、ハニカム体(1)。
  2. 通路(5)の前記第1のサブセットは、各々の場合、第1の入口断面積(6)と第1の出口断面積(7)とを有し、通路(8)の前記第2のサブセットは、各々の場合、第2の入口断面積(9)と第2の出口断面積(10)とを有し、前記第1の入口断面積(6)対前記第1の出口断面積(7)の比率は、前記第2の入口断面積(9)対前記第2の出口断面積(10)の比率とは異なることを特徴とする、請求項1に記載のハニカム体(1)。
  3. 通路(5,8)の少なくとも1つのサブセットの断面積が流れ(z)の主方向に増え、および/または、通路(5,8)の少なくとも1つの他のサブセットの断面積が流れ(z)の主方向に減ることを特徴とする、請求項1または2に記載のハニカム体(1)。
  4. 前記軸方向長さ(L)にわたる断面積の積分値が、通路の別々のサブセットに対して異なることを特徴とする、請求項1または2に記載のハニカム体。
  5. 内燃機関の排気システムであって、少なくとも1つのハニカム体(1)を有し、この少なくとも1つのハニカム体(1)は、排気ガス(3)が通って流れ得る通路(5,8)と、軸方向長さ(L)とを有し、前記通路(5,8)は軸方向に平行に延びており、排気ガ
    スの第1の部分的な量に対する流路は通路(5)の第1のサブセットによって形成され、排気ガスの第2の部分的な量に対する流路は、通路(8)の第2のサブセットによって形成され、通路(5,8)の2つのサブセットのうち少なくとも1つの断面積(6,7,9,10)は前記ハニカム体(1)の前記軸方向長さ(L)にわたって変化し、このため、通路(5,8)の別々のサブセットにおいては前記排気ガス(3)の遷移時間が異なり、前記通路(5,8)の少なくとも1つのサブセットは円錐形に広くなり、前記通路(5,8)の少なくとも1つのさらなるサブセットは円錐形に狭くなることを特徴とする、排気システム。
  6. 通路(5)の前記第1のサブセットは、各々の場合、第1の入口断面積(6)と第1の出口断面積(7)とを有し、通路(8)の前記第2のサブセットは、各々の場合、第2の入口断面積(9)と第2の出口断面積(10)とを有し、前記第1の入口断面積(6)対前記第1の出口断面積(7)の比率は、前記第2の入口断面積(9)対前記第2の出口断面積(10)の比率とは異なることを特徴とする、請求項に記載の排気システム。
  7. 通路(5,8)の少なくとも1つのサブセットの断面積が流れ(z)の主方向に増え、および/または、通路(5,8)の少なくとも1つの他のサブセットの断面積が流れ(z)の主方向に減ることを特徴とする、請求項またはに記載の排気システム。
  8. 前記軸方向長さ(L)にわたる断面積の積分値が、通路の別々のサブセットに対して異なることを特徴とする、請求項またはに記載の排気システム。
  9. 内燃機関の排気システムにおいて消音するための方法であって、前記排気システムは少なくとも1つのハニカム体(1)を含み、この少なくとも1つのハニカム体(1)は、排気ガス(3)が通って流れ得る通路(5,8)と、軸方向長さ(L)とを有し、前記通路(5,8)は軸方向に平行に延びており、排気ガスの第1の部分的な量は通路(5)の第1のサブセットを通され、排気ガスの第2の部分的な量は通路(8)の第2のサブセットを通され、通路(5,8)の2つのサブセットのうち少なくとも1つの断面積(6,7,9,10)は、前記ハニカム体(1)の前記軸方向長さ(L)にわたって変化し、これにより、通路(5,8)の別々のサブセットにおける前記排気ガス(3)の遷移時間に差がもたらされ、排気ガスの部分的な量が前記少なくとも1つのハニカム体(1)の下流で再び混合され、排気ガスは、円錐形に広くなる前記通路(5,8)の少なくとも1つのサブセットおよび円錐形に狭くなる前記通路(5,8)の少なくとも1つのさらなるサブセットを有する少なくとも1つのハニカム体(1)を通って流れることを特徴とする、方法。
  10. 通路(5)の前記第1のサブセットは、各々の場合、第1の入口断面積(6)と第1の出口断面積(7)とを有し、通路(8)の前記第2のサブセットは、各々の場合、第2の入口断面積(9)と第2の出口断面積(10)とを有し、前記第1の入口断面積(6)対前記第1の出口断面積(7)の比率は、前記第2の入口断面積(9)対前記第2の出口断面積(10)の比率とは異なることを特徴とする、請求項に記載の方法。
  11. 通路(5,8)の少なくとも1つのサブセットの断面積が流れ(z)の主方向に増え、および/または、通路(5,8)の少なくとも1つの他のサブセットの断面積が流れ(z)の主方向に減ることを特徴とする、請求項または10に記載の方法。
  12. 軸方向長さにわたる断面積の積分値が、通路の別々のサブセットに対して異なることを特徴とする、請求項または10に記載の方法。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10346286B3 (de) * 2003-10-06 2005-04-14 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasreinigungsanordnung
DE10357950A1 (de) * 2003-12-11 2005-07-07 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Abgassystem mit Abgasrückführung und einem Pulsationsdämpfungselement
US8518143B2 (en) * 2004-07-10 2013-08-27 Mann+Hummel Gmbh Method for producing a ceramic filter element and filter element
DE102006056196A1 (de) * 2006-11-27 2008-05-29 Mann + Hummel Gmbh Dieselpartikelfilter mit einem keramischen Filterkörper
US8557009B2 (en) * 2004-07-10 2013-10-15 Mann+Hummel Gmbh Ceramic filter element and method of manufacture
US20060251548A1 (en) * 2005-05-06 2006-11-09 Willey Ray L Exhaust aftertreatment device
DE102008025593A1 (de) * 2008-05-28 2009-12-03 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Metallischer Wabenkörper mit definierten Verbindungsstellen
KR20100064876A (ko) * 2008-12-05 2010-06-15 현대자동차주식회사 배기가스 필터 시스템
US8668757B2 (en) * 2009-02-10 2014-03-11 Mann+Hummel Gmbh Method for producing a ceramic filter element and filter element
DE102011100014A1 (de) * 2011-04-29 2012-10-31 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Schalldämpfer
CN102230408A (zh) * 2011-06-27 2011-11-02 胡洪霞 混合型消音器
DE102016209058A1 (de) * 2016-05-25 2017-11-30 Continental Automotive Gmbh Wabenkörper für die Abgasnachbehandlung
CN109036366A (zh) * 2018-09-20 2018-12-18 郑州静邦噪声振动控制工程技术有限公司 阵列式消声器及其异形消声单元
US11549414B1 (en) * 2019-11-07 2023-01-10 Phillip M. Adams Sound attenuator apparatus and method

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3325256A (en) * 1963-05-20 1967-06-13 Willard R Calvert Automobile exhaust gas converter
US4007908A (en) 1975-05-09 1977-02-15 Masoneilan International, Inc. Process and device for attenuating noise caused by a valve during the expansion of a fluid
US4809812A (en) * 1983-11-03 1989-03-07 Flowmaster, Inc. Converging, corridor-based, sound-attenuating muffler and method
DE3760479D1 (en) 1986-05-12 1989-09-28 Interatom Honeycomb body, particularly a catalyst carrier, provided with opposedly folded metal sheet layers, and its manufacturing process
CN86202876U (zh) * 1986-05-13 1987-04-29 北京市劳动保护科学研究所 汽车排气净化消声器
JPS63183326U (ja) 1987-05-13 1988-11-25
CN2033060U (zh) * 1988-05-03 1989-02-22 地质矿产部探矿工程研究所 陶瓷蜂窝催化净化器
DE58900964D1 (de) 1988-09-22 1992-04-16 Emitec Emissionstechnologie Wabenkoerper, insbesondere katalysator-traegerkoerper, aus einer mehrzahl verschlungener blechstapel.
DE8900467U1 (de) 1989-01-17 1990-05-17 Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH, 5204 Lohmar Metallischer Wabenkörper, vorzugsweise Katalysator-Trägerkörper mit Mikrostrukturen zur Strömungsdurchmischung
DE4104637A1 (de) * 1990-02-16 1991-08-29 Bischoff Erhardt Gmbh Co Kg Katalysator fuer kraftfahrzeuge
ES2079983T3 (es) 1992-04-03 1996-01-16 Emitec Emissionstechnologie Cuerpo alveolar conico.
DE4217632A1 (de) * 1992-05-28 1993-05-06 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De Abgasanlage
US5506026A (en) * 1993-05-31 1996-04-09 Yamaha Corporation Wood board and a flooring material made therefrom
CZ86495A3 (en) 1994-04-11 1995-11-15 Scambia Ind Dev Ag Catalyst means for catalytic treatment of exhaust gases, the catalyst as such and process for producing the catalyst means
CN2326731Y (zh) * 1997-05-06 1999-06-30 南京航空航天大学 低噪声低污染新型排气消声器
DE19724263A1 (de) * 1997-06-09 1998-12-10 Emitec Emissionstechnologie Radialkatalysator, insbesondere für Kleinmotoren
DE19755354A1 (de) * 1997-12-12 1999-06-17 Emitec Emissionstechnologie Metallfolie mit Durchbrechungen
DE19803161C2 (de) * 1998-01-28 2000-03-16 Alstom Energy Syst Gmbh Gasturbinenschalldämpfer mit Diffusor
DE19819202A1 (de) * 1998-04-29 1999-11-04 Emitec Emissionstechnologie Konischer Wabenkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
FR2789327B1 (fr) * 1999-02-09 2001-04-20 Ecia Equip Composants Ind Auto Structure de filtration poreuse et dispositif de depollution la comportant

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