WO2017144266A1 - Abgasschalldämpferelement und abgasschalldämpfer - Google Patents

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WO2017144266A1
WO2017144266A1 PCT/EP2017/052631 EP2017052631W WO2017144266A1 WO 2017144266 A1 WO2017144266 A1 WO 2017144266A1 EP 2017052631 W EP2017052631 W EP 2017052631W WO 2017144266 A1 WO2017144266 A1 WO 2017144266A1
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WO
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chamber
helmholtz
exhaust
opening
perforation zone
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/052631
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael JORNS
Sergej ZWETOW
Original Assignee
Tenneco Gmbh
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Publication date
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    • F01N1/003—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using dead chambers communicating with gas flow passages
    • F01N1/006—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using dead chambers communicating with gas flow passages comprising at least one perforated tube extending from inlet to outlet of the silencer
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    • F01N2490/15—Plurality of resonance or dead chambers
    • F01N2490/155—Plurality of resonance or dead chambers being disposed one after the other in flow direction

Definitions

  • the invention relates to an exhaust silencer element for integration into an exhaust silencer of an internal combustion engine having a housing wall having an outer housing, with a partition wall inside the outer housing, which divides the outer housing into a first chamber and a Helmholtz chamber, and with one through the Housing wall and passed through the first chamber Helmholtz tube having an inlet end and an outlet end, wherein the inlet end for coupling to the exhaust muffler element out of the outer housing and the outlet end for coupling the Helmholtz chamber opens in the Helmholtz chamber, the Helmholtz tube for the purpose of coupling the first chamber has a perforation zone PZ1 in the first chamber.
  • the partition is at least largely disposed within the outer housing, but may form part of the housing wall in the edge region.
  • EP 1 908 930 A2 discloses a silencer with a housing having a Helmholtz chamber. The inlet pipe opens into an expansion chamber, to which two outlet pipes and one inlet pipe are connected.
  • a muffler which has a plurality of partially filled with absorbent material chambers.
  • An inlet pipe leading to exhaust flows into a Helmholtz chamber and is coupled to an antechamber via an additional perforation or perforation zone.
  • EP 0 839 993 A2 shows a silencer, which consists inter alia of an absorption chamber and a Helmholzhunt.
  • a Helmholtz tube is passed through the absorption chamber, the tube having an opening to the Helmholtz chamber and an opening in a third chamber of the muffler.
  • mouth refers only to the fact that the respective pipe ends there. On the direction of the exhaust flow, thus an outflow or inflow is not turned off.
  • outer casing refers only to the fact that the casing wall for the exhaust muffler element alone constitutes the outer wall. It should be clarified that the housing wall is the outer wall of the exhaust muffler element. An outer wall or an outer housing wall of an exhaust silencer or an exhaust silencer housing, in which the exhaust silencer element is integrated, is irrelevant.
  • the object of the invention is to design and arrange an exhaust silencer element such that the range of variation of the acoustic properties of a Helmholtz resonator is improved.
  • the object is achieved by the Helmholtz tube having a perforation zone PZ1 in the first chamber for coupling the first chamber, the perforation zone PZ1 being provided with respect to the direction of flow between the inlet opening and the outlet opening, and the first chamber being the absorption chamber formed and at least partially filled with an absorbent material.
  • the Helmholtz chamber forms a Helmholtz resonator whose resonance frequency depends, among other things, on the Length of the Helmholtz tube, which is also referred to as Helmholtz neck. It has been found according to the invention that, despite the use of a perforation zone in the Helmholtz tube, a change in the basic resonance frequency of the Helmholtz resonator is prevented.
  • the upstream absorption chamber, within which the perforation zone of the Helmholtz tube is provided ensures the stability of the Helmholtz resonator despite the use of a perforation.
  • the perforation zone in turn has a dampening effect, so that the bandwidth, thus high-frequency frequency components, can be changed.
  • Partial filling of the absorption chamber with absorbent material is only possible with the use of appropriate partition walls.
  • the absorption chamber is as a rule completely filled and the degree of filling of the absorption chamber is varied.
  • the housing wall of the exhaust muffler element is closed except for the opening for the Helmholtz tube or the Helmholtz tube itself.
  • a further coupling of the exhaust silencer element to an exhaust silencer, in which the exhaust silencer element is integrated, is possible.
  • the ratio of wall area to opening area is also referred to as the degree of perforation.
  • Decisive for the wall surface and for the opening cross-section is the projection of the same in the main flow direction of the exhaust gas.
  • any exhaust pipe routed through the wall or the wall surface is not part of the perforation zone and is thus not taken into account in the determination of the degree of perforation.
  • An exhaust pipe or a chamber is referred to as coupled, if by using one or more openings in a pipe wall or chamber wall, a flow connection and / or a sound connection between the elements to be coupled is ensured. It can also be advantageous for this purpose if the Helmholtz tube has no further coupling opening with respect to the flow direction downstream of the inlet opening, apart from or with the exception of the outlet opening and the perforation zone PZ1. Thus, starting from a classic Helmholtz resonator, the Helmholtz tube is only coupled to the absorption chamber via the perforation zone PZ1. The changes in the resonant frequency associated with the perforation zone PZ1 are very small, at least substantially less than would be expected.
  • the partition wall has a wall surface and a perforation zone PZ2, wherein an opening cross-section of the perforation zone PZ2 amounts to a maximum of 50% of the wall surface.
  • a degree of perforation is between 3% and 5% application.
  • the first chamber in the housing wall has a perforation zone PZ4, wherein an opening cross section of the perforation zone PZ4 amounts to a maximum of 50% of the wall surface.
  • a degree of perforation is between 5% and 15% or between 3% and 5% application.
  • the first chamber is completely filled with absorbent material.
  • the degree of filling can vary as described above.
  • the inlet opening is formed by an inlet end.
  • the outlet opening is formed by a perforation zone PZ3 and / or by an outlet end.
  • the Helmholtz tube has a wall surface and the perforation zone PZ1 within the first chamber has an opening cross-section, wherein the opening cross-section is a maximum of 50% of the wall surface of the Helmholtz tube within the first chamber.
  • a degree of perforation between 40% - 50% application.
  • an exhaust muffler with an exhaust muffler housing in which an exhaust muffler element is received as described above, wherein an inflow pipe is provided with an outflow opening, via which an exhaust gas flow is supplied to the exhaust muffler element, and wherein an exhaust pipe is provided, is guided via the exhaust gas to an exhaust muffler housing outlet, wherein the outflow opening and an inlet end of the Helmholtz tube are arranged opposite one another and with respect to the exhaust gas flow have an overlap O. It is also possible to dispense with an overlap O in order to pick up the changes in the acoustic behavior associated therewith.
  • the inflow pipe and the Helmholtz pipe are connected via a connection zone, wherein the connection zone has a perforation zone PZ5.
  • the connection zone has a perforation zone PZ5.
  • the perforation zone PZ4 is dispensed with, and therefore the outer housing, with the exception of the Helmholtz tube, is closed, only an oscillating gas column moves in the exhaust silencer element. No exhaust gas flow through the exhaust muffler element is carried out. Only at Existence of the perforation zone PZ4 in the outer housing may result in an exhaust gas passage.
  • the term "blowing" is thus basically based on the acoustic coupling and not on a fluidic coupling of the Helmholtz tube or the Helmholtz resonator.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the sectional view of an exhaust muffler element;
  • Figure 2 shows an alternative embodiment;
  • Figure 3 is a schematic diagram of the exhaust muffler element integrated into an exhaust muffler
  • Figure 4 is a schematic diagram of a Helmholtz tube
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the exhaust muffler with exhaust muffler element
  • FIG. 6 shows an alternative to FIG. 5
  • FIG. 7 shows an alternative to FIGS. 5 and 6.
  • An exhaust muffler element 1 shown in FIG. 1 has an outer housing 1.1, which is essentially formed by a housing wall 1.3. Within the outer housing 1.1, a partition wall 1.2 is also provided which divides the outer housing 1.1 into a first chamber 2.1 and a second chamber, a Helmholtz chamber 2.2. While the Helmholtz Association Mer 2.2 is formed free of charge, the first chamber 2.1 an absorbent material 4 and is thus formed as an absorption chamber.
  • a Helmholtz tube 3 is additionally provided, which is guided from outside through the first chamber 2.1 and opens into the Helmholtz chamber 2.2.
  • the Helmholtz tube 3 thus forms the so-called Helmholtz neck, via which the Helmholtz chamber 2.2 is flown or blown.
  • the coupling of the Helmholtz chamber 2.2 takes place via an outlet opening 3.4 at an outlet end 3.2 of the Helmholtz tube 3.
  • the coupling of the Helmholtz tube 3 to the wider environment takes place through an inlet opening 3.3 at the inlet end 3.1 of the Helmholtz tube 3.
  • the dividing wall 1.2 which limits the Helmholtz chamber 2.2 to parts, has a perforation zone PZ2.
  • the Helmholtz tube 3 whose length (not shown) represents a decisive criterion for the resonance frequency of the described Helmholtz resonator, also has a perforation zone PZ1, which is placed within the first chamber 2.1 and via which the Helmholtz tube 3 is coupled to the Helmholtz chamber 2.2 ,
  • the exhaust silencer element 1 shown in FIG. 1 is part of an exhaust silencer 5 as outlined in FIG. 3 and FIG.
  • the exhaust muffler element 1 is flowed through various exhaust or Anströmrohre 5.2 of the exhaust muffler 5 within the same.
  • the Helmholtz tube 3 is lengthened and led through the helmet-retaining chamber 2.2 to the end-side housing wall 1.3.
  • this has a perforation zone PZ3, which is placed within the Helmholtz chamber 2.2.
  • the perforation zone PZ3 thus forms the inlet opening 3.3, which is formed according to the embodiment of Figure 1 by the outlet end 3.2.
  • the first chamber 2.1 in the region of the housing wall 1.3 delimiting it has an additional perforation zone PZ4, via which the first chamber 2.1 is coupled to a surrounding volume of an exhaust muffler 5 outlined in FIG. 3 and FIG.
  • the exhaust muffler 5 and the exhaust muffler housing 5.1 which surround the exhaust muffler element 1, shown in fractions.
  • the exhaust gas is supplied via the inflow pipe 5.2 (see arrow) to the exhaust silencer element 1 or the Helmholtz tube 3, so that the Helmholtz tube 3 is flown through by the incoming exhaust gas flow.
  • the exhaust gas entering via the inflow pipe 5.2 leaves the exhaust silencer 5 or the corresponding chamber, not further specified here, via an exhaust pipe 5.5.
  • the flow pipe 5.2 and the Helmholtz tube 3 an overlap O, so that the Helmholtz tube 3 in the scope of the overlap O on the flow pipe 5.2 is directly impinged or blown.
  • the illustrated coverage O can also be smaller or larger in an embodiment not shown. In principle, it is also possible that no overlap O between the flow pipe 5.2 and Helmholtz tube 3 is provided.
  • the inflow pipe 5.2 and the Helmholtz pipe 3 are connected or coupled to one another via a connection zone 5.4.
  • the inflow zone 5.4 has a perforation zone PZ5, which is related to the degree of perforation, such that the guidance of the exhaust gas volume flow, which enters via the inflow pipe 5.2, can be conducted via the connection zone 5.4 into the further exhaust silencer housing 5.1.
  • the exhaust muffler element 1 is essentially only blown. A flow of exhaust gas is not carried out according to the embodiments of Figure 1 and Figure 3. Even according to exemplary embodiment FIG. 2, the proportion of the exhaust gas volume flow which passes through the exhaust-gas sound-damping element 1 thus enters into the Helmholtz tube 3 and, as a result, out of the perforation Zone PZ4 exits, very low.
  • the majority of the exhaust gas volume flow entering through the inflow pipe 5.2 must be routed via the connection zone 5.4 or the perforation zone PZ5.
  • the exhaust muffler element 1 is integrated in an exhaust muffler 5.
  • Exhaust gas is passed through an inlet pipe 5.6 into the exhaust muffler, which is ultimately fed via the inflow pipe 5.2 the exhaust muffler element 1, wherein at least the Helmholtz tube 3 is blown, as previously described.
  • the inflow pipe 5.2 may also be an inlet pipe 5.6, so that the Helmholtz pipe 3 is directly flown over the inlet pipe 5.6.
  • the Helmholtz tube 3 is only indirectly flowed in via the inlet tube 5.6, here via the inflow pipe 5.2.
  • the exhaust gas entering the exhaust muffler housing 5.1 is ultimately led out of the exhaust muffler 5 via an exhaust pipe 5.5.
  • the exhaust gas via the exhaust pipe 5.5 initially within the exhaust muffler 5.1 is guided in further chambers (not shown here) of the exhaust muffler housing 5.1 and ultimately via an outlet tube, as here denoted by 5.5, the exhaust muffler housing 5.1 leaves.
  • the exhaust muffler element 1 is usually a component of an exhaust muffler 5. It is possible, but not mandatory, that the outer housing 1.1 of the exhaust muffler element 1 at the same time also forms part of an outer housing wall of the exhaust muffler housing 5.1. So also to figure 6.
  • the exhaust silencer element 1 is connected on one side (here above) to the exhaust silencer housing 5.1.
  • the exhaust silencer element 1 is connected to the exhaust silencer housing 5.1 on both sides (here above and below). Also in this case, the housing wall 1.3 of the outer housing ses 1.1 part of the outer housing wall of the exhaust muffler housing 5.1.
  • the exhaust pipe 5.5 is formed as an outlet pipe and either past the exhaust muffler element 1 or passed (not shown) through the exhaust muffler element 1. In both cases, the exhaust pipe 5.5 is neither coupled to the Helmholtz chamber 2.2 nor to the first chamber 2.1, thus decoupled from the exhaust muffler element 1.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Abgasschalldämpferelement (1) zum Integrieren in einen Abgasschalldämpfer einer Brennkraftmaschine mit einem eine Gehäusewand (1.3) aufweisenden Außengehäuse (1.1), mit einer Trennwand (1.2), die das Außengehäuse (1.1) in eine erste Kammer (2.1) und in eine Helmholtzkammer (2.2) unterteilt, und mit einem durch die Gehäusewand (1.3) und durch die erste Kammer (2.1) geführten Helmholtzrohr (3), wobei das Helmholtzrohr (3) zwecks Ankopplung an das Abgasschalldämpferelement (1) aus dem Außengehäuse (1.1) herausgeführt ist und außerhalb eine Einlassöffnung (3.3) aufweist und zwecks Ankopplung der Helmholtzkammer (2.2) eine Auslassöffnung (3.4) in der Helmholtzkammer (2.2) aufweist, wobei das Helmholtzrohr (3) zwecks Ankopplung der ersten Kammer (2.1) eine Perforationszone PZl in der ersten Kammer (2.1) aufweist, wobei die Perforationszone PZl mit Bezug zur Strömungsrichtung zwischen der Einlassöffnung (3.3) und der Auslassöffnung (3.4) vorgesehen ist, und dass die erste Kammer (2.1) als Absorptionskammer ausgebildet und zumindest teilweise mit einem Absorptionsmaterial (4) gefüllt ist.

Description

Abgasschalldämpferelement und Abgasschalldämpfer
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasschalldämpferelement zum Integrieren in einen Abgasschalldämpfer einer Brennkraftmaschine mit einem eine Gehäusewand aufweisenden Außengehäuse, mit einer Trennwand innerhalb des Au- ßengehäuses, die das Außengehäuse in eine erste Kammer und in eine Helm- holtzkammer unterteilt, und mit einem durch die Gehäusewand und durch die erste Kammer geführten Helmholtzrohr, das ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, wobei das Einlassende zwecks Ankopplung an das Abgasschalldämpferelement aus dem Außengehäuse herausgeführt ist und das Aus- lassende zwecks Ankopplung der Helmholtzkammer in der Helmholtzkammer mündet, wobei das Helmholtzrohr zwecks Ankopplung der ersten Kammer eine Perforationszone PZ1 in der ersten Kammer aufweist. Die Trennwand ist zumindest großteils innerhalb des Außengehäuses angeordnet, kann aber im Randbereich einen Teil der Gehäusewand bilden. Es ist bereits ein Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren aus der GB 2 285 283 A bekannt, bei dem in einem Gehäuse mehrere Zwischenwände und mehrere Kammern nebeneinander angeordnet sind. Es ist ein Eingangsrohr vorgesehen, das durch zwei Kammern geführt wird und in einer Vorkammer mündet, wobei die Vorkammer an eine Helmholtzkammer angeschlossen ist. Weiter ist aus der EP 1 908 930 A2 ein Schalldämpfer mit Gehäuse mit einer Helmholtzkammer bekannt. Das Eingangsrohr mündet in einer Expansionskammer, an die zwei Auslassrohre und ein Einlassrohr angeschlossen sind.
Aus der US 8,172,039 B2 ist ein Schalldämpfer bekannt, der mehrere teilweise mit Absorptionsmaterial gefüllte Kammern aufweist. Ein Abgas führendes Ein- lassrohr mündet in einer Helmholtzkammer und ist über eine zusätzliche Perforation bzw. Perforationszone mit einer Vorkammer gekoppelt.
Aus der US 4,501 ,341 A ist ein Schalldämpfer mit zwei Helmholtzkammern bekannt. Das Einlassrohr ist durch beide Helmholtzkammern geführt und bildet auch gleichzeitig das Auslassrohr. In der ersten Helmholtzkammer weist das Einlassrohr eine Perforation zur Ankopplung der ersten Helmholtzkammer sowie eine Abzweigung für ein weiteres Einlassrohr auf. Das weitere Einlassrohr mündet in der zweiten Helmholtzkammer.
Ferner zeigt die EP 0 839 993 A2 einen Schalldämpfer, der unter anderem aus einer Absorptionskammer und einer Helmholzkammer besteht. Ein Helmholtzrohr ist durch die Absorptionskammer geführt, wobei das Rohr eine Öffnung zur Helmholtzkammer und eine Öffnung in einer dritten Kammer des Schalldämpfers aufweist.
Der Terminus "münden" bezeichnet nur die Tatsache, dass das jeweilige Rohr dort endet. Auf die Richtung der Abgasströmung, mithin ein Aus- oder Einströmen, wird dabei nicht abgestellt.
Der Terminus "Außengehäuse" bezeichnet nur die Tatsache, dass die Gehäusewand für das Abgasschalldämpferelement allein betrachtet die Außenwand darstellt. Es soll klargestellt sein, dass es sich bei der Gehäusewand um die äußere Wand des Abgasschalldämpferelements handelt. Eine Außenwand oder eine äußere Gehäusewand eines Abgasschalldämpfers bzw. eines Abgasschalldämpfergehäuses, in dem das Abgasschalldämpferelement integriert ist, ist dabei unbeachtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasschalldämpferelement der- art auszubilden und anzuordnen, dass die Variationsbreite der akustischen Eigenschaften eines Helmholtzresonators verbessert wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Helmholtzrohr zwecks Ankopplung der ersten Kammer eine Perforationszone PZ1 in der ersten Kammer aufweist, wobei die Perforationszone PZ1 mit Bezug zur Strö- mungsrichtung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung vorgesehen ist, und dass die erste Kammer als Absorptionskammer ausgebildet und zumindest teilweise mit einem Absorptionsmaterial gefüllt ist.
Die Helmholtzkammer bildet zusammen mit dem Helmholtzrohr einen Helm- holtzresonator, dessen Resonanzfrequenz unter anderem abhängig ist von der Länge des Helmholtzrohres, das auch als Helmholtzhals bezeichnet wird. Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, dass trotz Anwendung einer Perforationszone im Helmholtzrohr eine Änderung der Grundresonanzfrequenz des Helm- holtzresonators verhindert wird. Die vorgeschaltete Absorptionskammer, inner- halb derer die Perforationszone des Helmholtzrohres vorgesehen ist, gewährleistet die Stabilität des Helmholtzresonators trotz Anwendung einer Perforation. Die Perforationszone wiederum hat einen dämpfenden Effekt, sodass die Bandbreite, mithin hochfrequente Frequenzanteile, verändert werden kann.
Ein teilweises Füllen der Absorptionskammer mit Absorptionsmaterial kommt nur unter Anwendung entsprechender Zwischenwände in Betracht. Zwecks Variation des Absorptionsgrades wird in der Regel die Absorptionskammer vollständig gefüllt und der Füllungsgrad der Absorptionskammer variiert. Ein Füllungsgrad zwischen 30 g/l [Gramm pro Liter] und 150 g/l, insbesondere zwischen 50 g/l und 120 g/l, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Die Gehäusewand des Abgasschalldämpferelements ist mit Ausnahme der Öffnung für das Helmholtzrohr bzw. des Helmholtzrohrs selbst geschlossen. Eine weitere Ankopplung des Abgasschalldämpferelements an einen Abgasschalldämpfer, in den das Abgasschalldämpferelement integriert ist, ist aber möglich.
Mit Bezug auf eine Perforationszone wird das Verhältnis von Wandfläche zu Öffnungsquerschnitt auch als Perforationsgrad bezeichnet. Maßgebend für die Wandfläche und für den Öffnungsquerschnitt ist dabei die Projektion derselben in Strömungshauptrichtung des Abgases. Ein etwaig durch die Wand bzw. die Wandfläche geführtes Abgasrohr ist selbstverständlich nicht Teil der Perforationszone und wird demnach bei der Bestimmung des Perforationsgrades nicht berücksichtigt.
Ein Abgasrohr oder eine Kammer wird als angekoppelt bezeichnet, wenn durch Anwendung einer oder mehrerer Öffnungen in einer Rohrwand oder Kammerwand eine Strömungsverbindung und/oder eine Schallverbindung zwischen den zu koppelnden Elementen gewährleistet ist. Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn das Helmholtzrohr mit Bezug zur Strömungsrichtung nach der Einlassöffnung keine weitere Kopplungsöffnung aufweist, abgesehen von bzw. mit Ausnahme von der Auslassöffnung und der Perforationszone PZ1. Somit ist das Helmholtzrohr ausgehend von einem klas- sischen Helmholtzresonator lediglich über die Perforationszone PZ1 an die Absorptionskammer angekoppelt. Die mit der Perforationszone PZ1 einhergehenden Änderungen der Resonanzfrequenz sind sehr gering, zumindest wesentlich geringer als anzunehmen war.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Trennwand eine Wandfläche und eine Perforationszone PZ2 aufweist, wobei ein Öffnungsquerschnitt der Perforationszone PZ2 maximal 50 % der Wandfläche beträgt. Vorzugsweise findet ein Perforationsgrad zwischen 3 % und 5 % Anwendung. Somit ist der aus dem Helmholtzrohr und der Helmholtzkammer gebildete Helmholtzresonator bedämpft. Art und Ausbildung eines bedämpften Helmholtzresonators ist bereits aus der EP 0 802 308 B1 bekannt. Die darin enthaltenen Informationen zur Ausbildung eines Helmholtzresonators werden hiermit ausdrücklich zwecks Vermeidung von Wiederholungen zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die erste Kammer in der Gehäusewand ei- ne Perforationszone PZ4 aufweist, wobei ein Öffnungsquerschnitt der Perforationszone PZ4 maximal 50 % der Wandfläche beträgt. Vorzugsweise findet ein Perforationsgrad zwischen 5 % und 15 % oder zwischen 3 % und 5 % Anwendung.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die erste Kammer voll- ständig mit Absorptionsmaterial gefüllt ist. Der Füllungsgrad kann wie oben beschrieben variieren.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn die Einlassöffnung durch ein Einlassende gebildet ist. Somit ist ein direktes Anblasen des Helmholtzrohres über die Einlassöffnung möglich. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn die Auslassöffnung durch eine Perforationszone PZ3 und/oder durch ein Auslassende gebildet ist. Diese Varianten gewährleisten eine zusätzliche Abstimmungsmaßnahme des Abgasschalldämpferele- ments.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn das Helmholtzrohr eine Wandfläche und die Perforationszone PZ1 innerhalb der ersten Kammer einen Öffnungsquerschnitt aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt maximal 50 % der Wandfläche des Helmholtzrohres innerhalb der ersten Kammer beträgt. Vorzugsweise findet ein Perforationsgrad zwischen 40 % - 50 % Anwendung.
Die genannten Vorteile ergeben sich auch für einen Abgasschalldämpfer mit einem Abgasschalldämpfergehäuse, in dem ein Abgasschalldämpferelement wie vorstehend beschrieben aufgenommen ist, wobei ein Anströmrohr mit einer Ausströmöffnung vorgesehen ist, über das eine Abgasströmung dem Abgas- schalldämpferelement zugeführt wird, und wobei ein Abgasrohr vorgesehen ist, über das Abgas zu einem Abgasschalldämpfergehäuseauslass geführt wird, wobei die Ausströmöffnung und ein Einlassende des Helmholtzrohres gegenüberliegend angeordnet sind und mit Bezug zur Abgasströmung eine Überdeckung O aufweisen. Es kann auch auf eine Überdeckung O verzichtet werden, um die damit einhergehenden Änderungen im akustischen Verhalten aufzugreifen.
Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn das Anströmrohr und das Helmholtzrohr über eine Anschlusszone verbunden sind, wobei die Anschlusszone eine Perforationszone PZ5 aufweist. Somit ist ein direktes Anblasen des Helmholtzrohres auf jeden Fall gewährleistet. Darüber hinaus ist der beim Anblasen erreichbare Schalldruck innerhalb des Helmholtzrohres maximal.
Sofern auf die Perforationszone PZ4 verzichtet wird, mithin das Außengehäuse mit Ausnahme des Helmholtzrohres geschlossen ist, bewegt sich im Abgasschalldämpferelement lediglich eine schwingende Gassäule. Es wird kein Ab- gasstrom durch das Abgasschalldämpferelement durchgeführt. Lediglich bei Vorliegen der Perforationszone PZ4 im Außengehäuse kann ein Abgasdurchtritt entstehen. Der Terminus "Anblasen" ist somit dem Grunde nach auf das akustische Ankoppeln gerichtet und nicht auf eine strömungstechnische Ankopplung des Helmholtzrohres bzw. des Helmholtzresonators. Auch bei dem Vorliegen zusätzlicher Perforationszonen zur Perforationszone PZ1 , wie die Perforationszonen PZ2 und PZ4, ist eine Abweichung der Resonanzfrequenz des so gebildeten Helmholtzresonators wesentlich geringer als zu erwarten war. Darüber hinaus nimmt die Bandbreitigkeit des Helmholtzresonators, insbesondere bei Anwendung weiterer Perforationszonen PZ2 und PZ4, zu.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze der Schnittdarstellung eines Abgasschalldämpferelements; Figur 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel;
Figur 3 eine Prinzipskizze des Abgasschalldämpferelements integriert in einen Abgasschalldämpfer;
Figur 4 eine Prinzipskizze eines Helmholtzrohres;
Figur 5 eine Prinzipskizze des Abgasschalldämpfers mit Abgasschalldämp- ferelement;
Figur 6 eine Alternative zu Figur 5;
Figur 7 eine Alternative zu Figur 5 und 6.
Ein in Figur 1 dargestelltes Abgasschalldämpferelement 1 weist ein Außengehäuse 1.1 auf, welches im Wesentlichen durch eine Gehäusewand 1.3 gebildet wird. Innerhalb des Außengehäuses 1.1 ist zudem eine Trennwand 1.2 vorgesehen, welche das Außengehäuse 1.1 unterteilt in eine erste Kammer 2.1 und eine zweite Kammer, eine Helmholtzkammer 2.2. Während die Helmholtzkam- mer 2.2 füllungsfrei ausgebildet ist, weist die erste Kammer 2.1 ein Absorptionsmaterial 4 auf und ist somit als Absorptionskammer ausgebildet.
Zwecks Anbindung des Abgasschalldämpferelements 1 ist zudem ein Helm- holtzrohr 3 vorgesehen, welches von außen durch die erste Kammer 2.1 geführt ist und in der Helmholtzkammer 2.2 mündet. Das Helmholtzrohr 3 bildet somit den sogenannten Helmholtzhals, über den die Helmholtzkammer 2.2 angeströmt bzw. angeblasen wird. Die Ankopplung der Helmholtzkammer 2.2 erfolgt über eine Auslassöffnung 3.4 an einem Auslassende 3.2 des Helmholtzrohres 3. Die Ankopplung des Helmholtzrohres 3 an die weitere Umgebung erfolgt durch eine Einlassöffnung 3.3 am Einlassende 3.1 des Helmholtzrohres 3.
Zwecks Bedämpfung des aus Helmholtzrohr 3 und Helmholtzkammer 2.2 gebildeten Helmholtzresonators weist die Trennwand 1.2, die die Helmholtzkammer 2.2 zu Teilen begrenzt, eine Perforationszone PZ2 auf.
Das Helmholtzrohr 3, dessen Länge (nicht dargestellt) ein maßgebliches Krite- rium für die Resonanzfrequenz des beschriebenen Helmholtzresonators darstellt, weist ebenfalls eine Perforationszone PZ1 auf, die innerhalb der ersten Kammer 2.1 platziert ist und über welche das Helmholtzrohr 3 an die Helmholtzkammer 2.2 angekoppelt ist.
Das nach Figur 1 dargestellte Abgasschalldämpferelement 1 ist Bestandteil ei- nes Abgasschalldämpfers 5 wie nach Figur 3 und Figur 5 skizziert. Das Abgasschalldämpferelement 1 wird über verschiedene Abgas- bzw. Anströmrohre 5.2 des Abgasschalldämpfers 5 innerhalb desselben angeströmt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 das Helmholtzrohr 3 verlängert und durch die Helm- holtzkammer 2.2 bis zur endseitigen Gehäusewand 1.3 geführt. Zwecks Ankopplung des Helmholtzrohres 3 an die Helmholtzkammer 2.2 weist dieses eine Perforationszone PZ3 auf, die innerhalb der Helmholtzkammer 2.2 platziert ist. Die Perforationszone PZ3 bildet somit die Einlassöffnung 3.3, welche nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 durch das Auslassende 3.2 gebildet ist. Zudem weist die erste Kammer 2.1 im Bereich der sie begrenzenden Gehäusewand 1.3 eine zusätzliche Perforationszone PZ4 auf, über welche die erste Kammer 2.1 an ein umgebendes Volumen eines nach Figur 3 und Figur 5 skizzierten Abgasschalldämpfers 5 angekoppelt ist. Nach Figur 3 sind der Abgasschalldämpfer 5 und dessen Abgasschalldämpfergehäuse 5.1 , welche das Abgasschalldämpferelement 1 umgeben, zu Bruchteilen dargestellt. Das Abgas wird über das Anströmrohr 5.2 (siehe Pfeil) dem Abgasschalldämpferelement 1 bzw. dem Helmholtzrohr 3 zugeführt, sodass das Helmholtzrohr 3 durch den eintretenden Abgasstrom angeströmt wird. Das über das Anströmrohr 5.2 eintretende Abgas verlässt den Abgasschalldämpfer 5 bzw. die entsprechende hier nicht weiter benannte Kammer über ein Abgas- rohr 5.5.
Zwecks Anströmung des Helmholtzrohres 3 weisen das Anströmrohr 5.2 sowie das Helmholtzrohr 3 eine Überdeckung O auf, sodass das Helmholtzrohr 3 im Umfang der Überdeckung O über das Anströmrohr 5.2 unmittelbar angeströmt bzw. angeblasen wird. Die dargestellte Überdeckung O kann in einem nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel auch kleiner oder größer sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass keine Überdeckung O zwischen Anströmrohr 5.2 und Helmholtzrohr 3 vorgesehen ist. Alternativ zu der vorgehend beschriebenen Anströmung des Helmholtzrohres 3 sind nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 das Anströmrohr 5.2 und das Helmholtzrohr 3 über eine Anschlusszone 5.4 miteinander verbunden bzw. gekoppelt. Die Anströmzone 5.4 weist eine Perforationszone PZ5 auf, die den Perforationsgrad betreffend derart ausgebildet ist, dass die Führung des Ab- gasvolumenstroms, welcher über das Anströmrohr 5.2 eintritt, über die Anschlusszone 5.4 in das weitere Abgasschalldämpfergehäuse 5.1 geführt werden kann. Das Abgasschalldämpferelement 1 wird im Wesentlichen nur angeblasen. Ein Durchströmen mit Abgas erfolgt nach den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 und Figur 3 nicht. Auch nach Ausführungsbeispiel Figur 2 ist der Anteil des Abgasvolumenstroms, der durch das Abgasschalldämpfelement 1 durchtritt, mithin in das Helmholtzrohr 3 eintritt und im Ergebnis aus der Perforations- zone PZ4 austritt, sehr gering. Der Großteil des durch das Anströmrohr 5.2 eintretenden Abgasvolumenstroms muss über die Anschlusszone 5.4 bzw. die Perforationszone PZ5 geführt werden.
Nach Figur 5 ist das Abgasschalldämpferelement 1 in einen Abgasschalldämp- fer 5 integriert. Über ein Einlassrohr 5.6 wird Abgas in den Abgasschalldämpfer geführt, welches letztlich über das Anströmrohr 5.2 dem Abgasschalldämpferelement 1 zugeführt wird, wobei zumindest das Helmholtzrohr 3 angeblasen wird, wie vorgehend beschrieben. Bei dem Anströmrohr 5.2 kann es sich auch um ein Einlassrohr 5.6 handeln, sodass das Helmholtzrohr 3 unmittelbar über das Einlassrohr 5.6 angeströmt wird. Nach Figur 5 wird das Helmholtzrohr 3 über das Einlassrohr 5.6 nur mittelbar angeströmt, hier über das Anströmrohr 5.2. Das in das Abgasschalldämpfergehäuse 5.1 eintretende Abgas wird letztlich über ein Abgasrohr 5.5 aus dem Abgasschalldämpfer 5 herausgeführt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Abgas über das Abgasrohr 5.5 zu- nächst innerhalb des Abgasschalldämpfergehäuses 5.1 in weitere Kammern (hier nicht dargestellt) des Abgasschalldämpfergehäuses 5.1 geführt wird und letztlich über ein Auslassrohr, wie hier mit 5.5 bezeichnet, das Abgasschalldämpfergehäuse 5.1 verlässt.
Das Abgasschalldämpferelement 1 ist in der Regel ein Bestandteil eines Ab- gasschalldämpfers 5. Dabei ist es möglich, jedoch nicht zwingend, dass das Außengehäuses 1.1 des Abgasschalldämpferelements 1 gleichzeitig auch einen Teil einer äußeren Gehäusewand des Abgasschalldämpfergehäuses 5.1 bildet. So auch nach Figur 6.
Nach Figur 6 ist das Abgasschalldämpferelement 1 im Unterschied zu Figur 5 einseitig (hier oben) an das Abgasschalldämpfergehäuses 5.1 angeschlossen. In diesem Fall ist die Gehäusewand 1.3 des Außengehäuses 1.1 Teil der äußeren Gehäusewand des Abgasschalldämpfergehäuses 5.1.
Nach Figur 7 ist das Abgasschalldämpferelement 1 im Unterschied zu Figur 6 beidseitig (hier oben und unten) an das Abgasschalldämpfergehäuses 5.1 an- geschlossen. Auch in diesem Fall ist die Gehäusewand 1.3 des Außengehäu- ses 1.1 Teil der äußeren Gehäusewand des Abgasschalldämpfergehäuses 5.1. Das Abgasrohr 5.5 ist als Auslassrohr ausgebildet und entweder an dem Abgasschalldämpferelement 1 vorbeigeführt oder (nicht dargestellt) durch das Abgasschalldämpferelement 1 hindurchgeführt. In beiden Fällen ist das Abgas- rohr 5.5 weder an die Helmholtzkammer 2.2 noch an die erste Kammer 2.1 angekoppelt, mithin vom Abgasschalldämpferelement 1 abgekoppelt.
Bezugszeichenliste
1 Abgasschalldämpferelement
1.1 Außengehäuse
1.2 Trennwand
1.3 Gehäusewand
.1 erste Kammer, Absorptionskammer .2 Helmholtzkammer
Helmholtzrohr
.1 Einlassende
.2 Auslassende
.3 Einlassöffnung, Rohrende, PZ3
.4 Auslassöffnung
Absorptionsmaterial
5 Abgasschalldämpfer
5.1 Abgasschalldämpfergehäuse
5.2 Anströmrohr
5.3 Ausströmöffnung
5.4 Anschlusszone
5.5 Abgasrohr
5.6 Einlassrohr
PZ1 Perforationszone von 3
PZ2 Perforationszone von 1.2
PZ3 Perforationszone von 3
PZ4 Perforationszone von 1.3
PZ5 Perforationszone von 5.4
0 Überdeckung

Claims

Patentansprüche
1. Abgasschalldämpferelement (1) zum Integrieren in einen Abgasschalldämpfer einer Brennkraftmaschine mit einem eine Gehäusewand (1.3) aufweisenden Außengehäuse (1.1), mit einer Trennwand (1.2), die das Außengehäuse (1.1) in eine erste Kammer (2.1) und in eine Helm- holtzkammer (2.2) unterteilt, und mit einem durch die Gehäusewand (1.3) und durch die erste Kammer (2.1) geführten Helmholtzrohr (3), wobei das Helmholtzrohr (3) zwecks Ankopplung an das Abgasschalldämpferelement (1) aus dem Außengehäuse (1.1) herausgeführt ist und außerhalb eine Einlassöffnung (3.3) aufweist und zwecks Ankopplung der Helm- holtzkammer (2.2) eine Auslassöffnung (3.4) in der Helmholtzkam- mer (2.2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Helmholtzrohr (3) zwecks Ankopplung der ersten Kammer (2.1) eine Perforationszone PZ1 in der ersten Kammer (2.1) aufweist, wobei die Perforationszone PZ1 mit Bezug zur Strömungsrichtung zwischen der Ein- lassöffnung (3.3) und der Auslassöffnung (3.4) vorgesehen ist, und dass die erste Kammer (2.1) als Absorptionskammer ausgebildet und zumindest teilweise mit einem Absorptionsmaterial (4) gefüllt ist.
2. Abgasschalldämpferelement (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Helmholtzrohr (3) mit Bezug zur Strömungsrichtung nach der Einlassöffnung (3.3) keine weitere Kopplungsöffnung aufweist, abgesehen von der Auslassöffnung (3.4) und der Perforationszone PZ1.
3. Abgasschalldämpferelement (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwand (1.2) eine Wandfläche und eine Perforationszone PZ2 aufweist, wobei ein Öffnungsquerschnitt der Perforationszone PZ2 maximal 50 % der Wandfläche beträgt.
Abgasschalldämpferelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Kammer (2.1) in der Gehäusewand (1.3) eine Perforationszone PZ4 aufweist, wobei ein Öffnungsquerschnitt der Perforationszone PZ4 maximal 50 % der Wandfläche beträgt.
Abgasschalldämpferelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Kammer (2.1) vollständig mit Absorptionsmaterial (4) gefüllt ist.
Abgasschalldämpferelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einlassöffnung (3.3) durch ein Einlassende (3.1) gebildet ist.
Abgasschalldämpferelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auslassöffnung (3.4) durch eine Perforationszone PZ3 und/oder durch ein Auslassende (3.2) gebildet ist.
Abgasschalldämpferelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Helmholtzrohr (3) eine Wandfläche und die Perforationszone PZ1 innerhalb der ersten Kammer (2.1) einen Öffnungsquerschnitt aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt maximal 50 % der Wandfläche des Helmholtzrohres (3) innerhalb der ersten Kammer (2.1) beträgt.
9. Abgasschalldämpfer (5) mit einem Abgasschalldämpfergehäuse (5.1), in dem ein Abgasschalldämpferelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgenommen ist, wobei ein Anströmrohr (5.2) mit einer Ausströmöffnung (5.3) vorgesehen ist, über das Abgasströmung dem Abgasschalldämpferelement (1) zugeführt wird, und wobei ein Abgasrohr (5.5) vorgesehen ist, über das Abgas zu einem Abgasschalldämpfergehäu- seauslass geführt wird, wobei die Ausströmöffnung (5.3) und ein Einlassende (3.1) des Helmholtzrohres (3) gegenüberliegend angeordnet sind und mit Bezug zur Abgasströmung eine Überdeckung O aufweisen.
10. Abgasschalldämpfer (5) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anströmrohr (5.2) und das Helmholtzrohr (3) über eine Anschlusszone (5.4) verbunden sind, wobei die Anschlusszone (5.4) ein Perforationszone PZ5 aufweist.
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