DE102007026811A1 - Schalldämpfer - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für ein Luftschall führendes Rohrsystem, insbesondere für eine Abgasanlage, vorzugsweise in einer Brennkraftmaschine.
- Bei Rohrsystemen, in denen sich Luftschall ausbreiten kann, wie zum Beispiel in Kanälen von Lüftungsanlagen oder Klimaanlagen, in Zu- und Ableitungen von Kompressoren oder Verdichtern, in Frischgasanlagen sowie in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, werden zur Vermeidung einer unerwünschten Schallemission in die Umgebung Schalldämpfer verwendet. Bekannt sind beispielsweise Schalldämpfer, die nach der Absorptionsbauweise oder nach der Reflexionsbauweise oder Kombinationen daraus arbeiten. Bei dieser Bauweise ergibt sich hinsichtlich der gedämpften Frequenzen eine im wesentliche konstante Dämpfungswirkung. Bei Brennkraftmaschinen variiert jedoch das Spektrum des störenden Schalls relativ stark, da es drehzahl- und lastabhängig ist. Beispielsweise existieren bei dominierenden Motorordnungen deutlich überhöhte Schalldruckpegel.
- Ferner können Schalldämpfer zumindest eine Klappe enthalten, mit denen ein Gasströmungspfad im Schalldämpfer steuerbar ist. Hier sind aktive Systeme, bei denen eine externe Steuerung zur Betätigung eines die jeweilige Klappe antreibenden Stellantriebs erforderlich ist, sowie passive Systeme bekannt, bei denen die jeweilige Klappe durch die Gasströmung betätigt wird. Mit Hilfe einer derartigen Klappe kann die Dämpfungswirkung sowie das Gegendruckverhalten des Schalldämpfers beeinflusst werden. Aktive Systeme sind jedoch hinsichtlich der Herstellungskosten aufgrund der erforderlichen zusätzlichen aktiven Steuerungskomponenten, wie zum Beispiel Steuergerät, Unterdruckdose, Unterdruckleitung, Schaltventil, vergleichsweise aufwendig. Passive Systeme sind zwar preiswerter als aktive Systeme, können jedoch mehr oder weniger kompliziert aufgebaut sein und/oder nur eine vergleichsweise geringe akustische Wirkung entfalten und/oder einen vergleichsweise hohen Gegendruck erzeugen und/oder ein vergleichsweise großes Bauvolumen besitzen.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Schalldämpfer eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie vergleichsweise preiswert und/oder vergleichsweise kompakt baut und/oder eine vergleichsweise hohe akustische Wirkung bei einem günstigen Gegendruckverhalten aufweist.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Schalldämpfer, dessen Einlassrohr mit einem passiv arbeitenden Schaltelement ausgestattet ist, vom Einlassrohr stromauf des Schaltelements ein Bypassrohr abzuzweigen und das Rohrsystem im Gehäuse so auszubilden beziehungsweise anzuordnen, dass der Innenraum des Gehäuses, also im wesentlichen das gesamte Schalldämpfervolumen bei geöffnetem und bei geschlossenem Schaltelement akustisch wirksam ist. Bei geringen Massenströmen, wie sie beispielsweise im Leerlauf einer Brennkraftmaschine auftreten, bleibt das Schaltelement geschlossen und die Gasströmung sowie der darin transportierte Luftschall werden – abgesehen von unvermeidlichen Leckagen an der Klappe – ausschließlich über das Bypassrohr geleitet. Hierdurch lässt sich eine vergleichsweise hohe akustische Dämpfungswirkung erzielen. Bei hohen Massenströmen, wie sie beispielsweise bei Volllast einer Brennkraftmaschine auftreten, ist das jeweilige Schaltelement geöffnet, so dass die Gasströmung und der darin transportierte Luftschall weitgehend über den vom Schaltelement gesteuerten Endbereich des Einlassrohres in den Innenraum des Schalldämpfers gelangt. In diesem Fall ist der Abgasgegendruck vergleichsweise gering. Die akustische Wirkung des Schalldämpfers kann für diesen Fall so ausgelegt werden, dass sie für den jeweiligen Anwendungsfall des Schalldämpfers noch akzeptiert werden kann. Durch die vorgeschlagene Bauweise besitzt der Schalldämpfer einen vergleichsweise einfachen und für unterschiedliche Anwendungsfälle geeigneten und insoweit universellen Aufbau. Insbesondere ist der Schalldämpfer durch den einen akustisch ungeteilten Innenraum preiswert herstellbar. Ferner zeichnet sich der vorgeschlagene Schalldämpfer durch eine hohe akustische Dämpfungswirkung bei kleiner Gasströmung aus, wie sie beispielsweise bei niedrigen Drehzahlen und Betriebslasten einer Brennkraftmaschine auftreten. Bei großen Gasströmungen, wie sie beispielsweise bei hohen Drehzahlen und Betriebslasten einer Brennkraftmaschine auftreten, zeichnet sich der vorgeschlagene Schalldämpfer durch ein vergleichsweise geringes Strömungsrauschen sowie durch einen vergleichsweise niedrigen Gegendruck aus, was insbesondere durch die Verwendung des akustisch ungeteilten Innenraums erreicht wird. Ferner ist beim vorgeschlagenen Schalldämpfer der Bauraum geringer als bei konventionellen Schalldämpfern, die vergleichbare akustische Eigenschaften ohne Schaltelemente und/oder einen vergleichbaren niedrigen Gegendruck besitzen.
- Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können der Auslass des Einlassrohrs, der Auslass des Bypassrohrs und der jeweilige Einlass des wenigstens einen Auslassrohrs akustisch im gleichen Raum oder Volumen angeordnet sein. Hierdurch lässt sich auf vergleichsweise preiswerte Weise erreichen, dass das vom Luftschall beaufschlagte Volumen des Innenraums bei geöffnetem und geschlossenem Schaltelement gleich groß ist, was zum erwünschten akustisch ungeteilten Innenraum führt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schalldämpfer zumindest eine Absorptionshülse enthalten, die bei we nigstens einem Auslassrohr einen im Innenraum verlaufenden Axialabschnitt umhüllt und mit dem Inneren des jeweiligen Auslassrohrs akustisch gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ kann im Gehäuse wenigstens eine Absorptionskammer ausgebildet sein, die akustisch mit dem übrigen Innenraum gekoppelt ist. Die jeweilige Absorptionshülse beziehungsweise die jeweilige Absorptionskammer sind im Nebenschluss angeordnet und beeinflussen somit weder die Gasströmung noch die Schallausbreitung, und zwar weder bei geöffneter noch bei geschlossener Klappe. Sie bewirken eine intensive Bedämpfung hochfrequenter Strömungsgeräusche, die insbesondere beim Umströmen des jeweiligen Schaltelements auftreten können.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- 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 den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers im Schnitt, -
2 eine Ansicht wie in1 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform. - Entsprechend den
1 und2 umfasst ein Schalldämpfer1 ein Gehäuse2 , das einen Innenraum3 umschließt. Der Schalldämpfer1 eignet sich beispielsweise zur Bedämpfung von Luftschall in einem Rohrsystem, das Luftschall führt beziehungsweise in dem sich Luftschall ausbreiten kann. Derartige Rohrsysteme finden sich beispielsweise bei Turbogruppen von Kraftwerksanlagen sowie bei Brennkraftmaschinen, nämlich in einer Frischgasanlage oder in einer Abgasanlage. Bevorzugt ist hier die Verwendung des Schalldämpfers1 in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. - Der Schalldämpfer
1 umfasst ferner ein Einlassrohr4 , das im Innenraum3 zumindest einen Auslass5 besitzt, der bevorzugt axial offen ist. Grundsätzlich kann auch mehr als ein Einlassrohr4 vorgesehen sein. Bevorzugt wird jedoch die hier gezeigte Ausführungsform mit nur einem einzigen Einlassrohr4 . Vom Einlassrohr4 zweigt ein Bypassrohr6 ab, und zwar innerhalb des Gehäuses2 und bevorzugt im Innenraum3 . Das Bypassrohr6 weist im Innenraum3 zumindest einen Auslass7 auf, der bevorzugt axial offen ist. Grundsätzlich können vom jeweiligen Einlassrohr4 beziehungsweise von den Einlassrohren4 auch mehrere Bypassrohre6 abzweigen. Bevorzugt ist jedoch die hier gezeigte Ausführungsform, bei der nur ein einziges Bypassrohr6 vorgesehen ist. Im Beispiel steht das Bypassrohr6 im wesentlichen senkrecht vom Einlassrohr4 ab; andere Winkel sind denkbar. - An beziehungsweise im Einlassrohr
4 ist ein Schaltelement8 angeordnet, das in Abhängigkeit der Gasströmung, also in Abhängigkeit des Gasmassenstroms betätigt wird. Im symbolisch dargestellten einfachsten Fall handelt es sich beim Schaltelement8 um eine Klappe, die schwerkraftbedingt und/oder federbelastet in eine mit durchgezogener Linie dargestellte Schließstellung angetrieben ist und die durch die Strömungskräfte mehr oder weniger zum Öffnen antreibbar ist. In den Figuren ist eine Offenstellung mit unterbrochener Linie dargestellt. Bei vergleichsweise kleiner Gasströmung, also bei einem vergleichsweise niedrigen Gasmassenstrom bleibt das Schaltelement8 im wesentlichen geschlossen, so das die Gasströmung im wesentlichen ausschließlich durch das Bypassrohr6 in den Innenraum3 gelangt. Der entsprechende Pfad führt die Gasströmung und somit den darin transportierten Luftschall und ist in den Figuren mit durchgezogenen Pfeilen symbolisiert. Bei einer vergleichsweise großen Gasströmung beziehungsweise bei relativ großen Gasmassenströmen öffnet das passiv arbeitende Schaltelement8 mehr oder weniger, wodurch die Gasströmung und somit der Luftschall mehr oder weniger durch den durch das Schaltelement8 gesteuerten, stromab des Bypassrohrs6 liegenden Endabschnitt des Ein lassrohrs4 und somit durch den Auslass5 des Einlassrohrs4 strömt. Ab einer gewissen Größe der Gasströmung beziehungsweise ab einem gewissen Gasmassenstrom tritt der Gasstrom und somit auch der mitgeführte Luftschall größtenteils durch den Auslass5 des Einlassrohrs4 in den Innenraum3 ein. Ein entsprechender Strömungspfad beziehungsweise Luftschallausbreitungspfad ist in den Figuren durch unterbrochene Pfeile angedeutet. - Das jeweilige Schaltelement
8 ist stromab des Bypassrohrs6 am oder im Einlassrohr4 angeordnet.1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das Schaltelement8 unmittelbar am Auslass5 des Einlassrohrs4 angeordnet ist. Das Schaltelement8 kann bei dieser Bauweise besonders einfach an das Einlassrohr4 angebaut werden. Im Unterschied dazu zeigt2 exemplarisch eine Ausführungsform, bei welcher das Schaltelement8 in das Einlassrohr4 eingebaut ist, sich also stromab des zugehörigen Auslasses5 befindet. Diese Bauweise kann beispielsweise Bauraumvorteile bieten. - Der Schalldämpfer
1 weist außerdem zumindest ein Auslassrohr9 auf, das im Innenraum3 zumindest einen Einlass10 besitzt, der bevorzugt axial offen ist. Im Beispiel ist nur ein einziges Auslassrohr9 dargestellt. Ebenso sind Bauformen denkbar, bei denen mehr als ein Auslassrohr9 vorgesehen ist. - Der Schalldämpfer
1 charakterisiert sich nun insbesondere dadurch, dass der Innenraum3 , in dem sich der Auslass5 des Einlassrohrs4 , der Auslass7 des Bypassrohrs6 sowie der Einlass10 des Auslassrohrs9 befinden, akustisch ungeteilt ist. Somit befinden sich die genannten Öffnungen oder Rohrenden5 ,7 ,10 akustisch im gleichen Raum, nämlich im Innenraum3 oder im gleichen akustischen Volumen, nämlich im Volumen des Innenraums3 . In der Folge ist das vom Luftschall beaufschlagte Volumen des Innenraums3 unabhängig vom Betätigungszustand des Schaltelements8 stets gleich groß. Der Luftschall kann sich sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Schaltelement8 im ganzen akustischen Volumen des Innenraums3 ausbreiten. Diese Bauweise führt zu einem relativ geringen Bauraumbedarf des Schalldämpfers1 . Gleichzeitig vereinfacht sich der Aufbau, was die Herstellungskosten senkt. Das Bypassrohr6 ist so dimensioniert, dass sich ab einem vorbestimmten Gasstrom eine Durchströmung des Schalldämpfers1 einstellt, bei welcher der Gasstrom und somit der mitgeführte Luftschall hauptsächlich durch den Auslass5 des Einlassrohrs4 in den Innenraum3 gelangt. Beispielsweise ist hierzu ein Querschnitt11 oder – bei einem Kreisquerschnitt – ein Durchmesser11 des Bypassrohrs6 kleiner als ein Querschnitt12 beziehungsweise – bei einem Kreisquerschnitt – ein Durchmesser12 des Einlassrohrs4 . Zusätzlich oder alternativ kann eine axiale Länge13 des Bypassrohrs6 zumindest gleich groß sein wie der Durchmesser12 des Einlassrohrs4 . In den gezeigten Beispielen ist die axiale Länge13 des Bypassrohrs6 größer als der Durchmesser12 des Einlassrohrs4 . - Bei der in
1 gezeigten Ausführungsform ist das Auslassrohr9 im Inneren des Gehäuses2 mit einer Absorptionshülse14 ausgestattet. Diese umschließt im Innenraum3 einen Axialabschnitt des Auslassrohrs9 . Der von der Absorptionshülse14 umschlossene Axialabschnitt des Auslassrohrs9 weist eine perforierte Wandung15 auf, wodurch die Absorptionshülse14 beziehungsweise deren Ringraum16 mit dem Inneren des Auslassrohrs9 akustisch gekoppelt ist. Optional kann der Ringraum16 mit einem Schallschluckstoff17 , insbesondere ein poröses Absorptionsmaterial, befüllt beziehungsweise gestopft sein. - Zusätzlich oder alternativ zur Absorptionshülse
14 kann der Schalldämpfer1 gemäß2 zumindest eine Absorptionskammer18 aufweisen, die im Gehäuse2 angeordnet ist. Die Absorptionskammer18 , die insbesondere wieder mit einem Schallschluckstoff17 befüllt sein kann, ist hier durch eine perforierte Wand19 sowie durch das Gehäuse2 begrenzt. Im Beispiel ist die Absorptionskammer18 im Bereich eines Bodens20 des Gehäuses2 ausgebildet, so dass der jeweilige Gehäuseboden20 mit daran angrenzenden Abschnitten eines Gehäusemantels21 die jeweilige Absorptionskammer18 begrenzt. Ebenso kann diese oder eine andere Absorptionskammer entlang des (gesamten) Gehäusemantels21 angeordnet sein, so dass der Gehäusemantel21 und insbesondere Randbereiche der Gehäuseböden20 die Absorptionskammer begrenzen. In jedem Fall ist die wenigstens eine zur Begrenzung der Absorptionskammer18 verwendete perforierte Wand19 so positioniert, dass sie sich zwischen der jeweiligen Absorptionskammer18 und dem Auslass5 des Einlassrohrs4 , dem Auslass7 des Bypassrohrs6 und dem Einlass10 des Auslassrohrs9 befindet. Die Absorptionskammer18 ist somit im Nebenschluss angeordnet und ist nicht durchströmt. Dies gilt ebenso für die Absorptionshülse14 . - Entsprechend den
1 und2 kann das Gehäuse1 mit wenigstens einem perforierten Zwischenboden22 ausgesteift sein. An diesem Zwischenboden22 können beispielsweise die Endabschnitte des Einlassrohrs4 und des wenigstens einen Auslassrohrs9 abgestützt sein. - Bei den in den
1 und2 bevorzugten Ausführungsformen des Schalldämpfers1 sind der Auslass5 des Einlassrohrs4 und der Einlass10 des Auslassrohrs9 relativ zueinander so im Innenraum3 angeordnet und/oder ausgerichtet, dass eine Gasströmung im Innenraum3 ihre Strömungsrichtung zweimal um etwa 180° umkehren muss, um vom Auslass5 des Einlassrohrs4 zum Einlass10 des Auslassrohrs9 zu gelangen. Im Unterschied dazu sind der Auslass7 des Bypassrohrs6 und der Einlass10 des Auslassrohrs9 im Innenraum3 relativ zueinander so angeordnet bzw. orientiert, dass die Gasströmung im Innenraum3 ihre Strömungsrichtung nicht oder – wie hier – nur einmal um etwa 90° oder weniger ändern muss, um vom Auslass7 des Bypassrohrs6 zum Einlass10 des Auslassrohrs9 zu gelangen. Die gewählten Anordnungen der jeweiligen Rohrenden bzw. Öffnungen5 ,7 ,10 tragen dazu bei, dass sich im jeweiligen Betriebszustand, also abhängig vom Gasmassen strom, die gewünschte effektive Dämpfung beziehungsweise der gewünschte vergleichsweise niedrige Gegendruck einstellt. - Die in
1 gezeigte Ausführungsform zeigt eine optional realisierbare Besonderheit, die auf entsprechende Weise auch bei der in2 gezeigten Ausführungsform verwirklicht werden kann. Gemäß1 umfasst der Schalldämpfer1 hierzu eine Baugruppe23 , die eine bezüglich der übrigen Komponenten des Schalldämpfers1 separat bzw. unabhängig vormontierbare Einheit bildet. Diese Baugruppe23 umfasst einen Endabschnitt24 des Einlassrohrs4 , der das Bypassrohr6 sowie das Schaltelement8 umfasst. Diese Baugruppe23 ist so ausgestaltet, dass sie vergleichsweise einfach an einem Anschlussende25 des übrigen Einlassrohrs4 angebracht werden kann. Beispielsweise ist hier eine Steckverbindung denkbar.
Claims (10)
- Schalldämpfer für ein Luftschall führendes Rohrsystem, insbesondere für eine Abgasanlage, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, – mit einem Gehäuse (
2 ), das einen Innenraum (3 ) umschließt, – mit einem Einlassrohr (4 ), das im Innenraum (3 ) zumindest einen Auslass (5 ) aufweist, – mit einem Bypassrohr (6 ), das im Gehäuse (2 ) vom Einlassrohr (4 ) abgeht und im Innenraum (3 ) zumindest einen Auslass (7 ) aufweist, – mit einem durch die Gasströmung betätigten Schaltelement (8 ), das stromab des Bypassrohrs (6 ) am oder im Einlassrohr (4 ) angeordnet ist, – mit wenigstens einem Auslassrohr (9 ), das im Innenraum (3 ) zumindest einen Einlass (10 ) aufweist, – wobei der Innenraum (3 ) akustisch ungeteilt ist, derart, dass das vom Luftschall beaufschlagte Volumen des Innenraums (3 ) bei geöffnetem und bei geschlossenem Schaltelement (8 ) gleich groß ist. - Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (
5 ) des Einlassrohrs (4 ), der Auslass (7 ) des Bypassrohrs (6 ) und der jeweilige Einlass (10 ) des we nigstens einen Auslassrohrs (9 ) akustisch im gleichen Raum (3 ) oder Volumen angeordnet sind. - Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (
11 ) oder Durchmesser (11 ) des Bypassrohrs (6 ) kleiner ist als der Querschnitt (12 ) oder Durchmesser (12 ) des Einlassrohrs (4 ). - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (
13 ) des Bypassrohrs (6 ) gleich groß ist wie oder größer ist als der Durchmesser (12 ) des Einlassrohrs (4 ). - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auslassrohr (
9 ) im Gehäuse (2 ) eine Absorptionshülse (14 ) aufweist. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (
2 ) mit wenigstens einem perforierten Zwischenboden (22 ) ausgesteift ist. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (
2 ) zumindest eine Absorptionskammer (18 ) ausgebildet ist, die durch wenigstens eine perforierte Wand (19 ) und durch das Gehäuse (2 ), zum Beispiel durch einen Gehäusemantel (21 ) und/oder durch einen Gehäuseboden (20 ), begrenzt ist, wobei sich die wenigstens eine perforierte Wand (19 ) zwischen der jeweiligen Absorptionskammer (18 ) und dem Auslass (5 ) des Einlassrohrs (4 ), dem Auslass (7 ) des Bypassrohrs (6 ) und dem jeweiligen Einlass (10 ) des wenigstens einen Auslassrohrs (9 ) befindet. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (
5 ) des Einlassrohrs (4 ) bezüglich des jeweiligen Einlass (10 ) des wenigstens einen Auslassrohrs (9 ) so angeordnet ist, dass eine Gasströmung im Innenraum (3 ) ihre Strömungsrichtung zweimal um etwa 180° umkehren muss, um vom Auslass (5 ) des Einlassrohrs (4 ) zum jeweiligen Einlass (10 ) des wenigstens einen Auslassrohrs (9 ) zu gelangen. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (
7 ) des Bypassrohrs (6 ) bezüglich des jeweiligen Einlasses (10 ) des wenigstens einen Auslassrohrs (9 ) so angeordnet ist, dass eine Gasströmung im Innenraum (3 ) ihre Strömungsrichtung nicht oder nur einmal um etwa 90° oder weniger ändern muss, um vom Auslass (7 ) des Bypassrohrs (6 ) zum jeweiligen Einlass (19 ) des wenigstens einen Auslassrohrs (9 ) zu gelangen. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Auslass (
5 ) und das Schaltelement (8 ) sowie das Bypassrohr (6 ) umfassender Endabschnitt (24 ) des Einlassrohrs (4 ) als separat vormontierbare Baugruppe (23 ) ausgestaltet ist, die an einem zugehörigen Anschlussende (25 ) des Einlassrohrs (4 ) angebracht ist.
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