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Die
Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer – insbesondere
für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen – mit
einem rohrartig gestreckten Gehäuse, das beidends von einer
Stirnwand begrenzt und dessen Innenraum durch die Längsachse des
Gehäuses kreuzende Querwände in Kammern unterteilt
ist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Zudem erfasst die Erfindung
ein Verfahren zum Behandeln von Abgasen.
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Bei
jeder Brennkraftmaschine führen die Abgase zu Geräusche,
die durch Druckwellen erzeugt werden. Diese Druckwellen entstehen
durch den Unterschied zwischen dem Druck im Zylinder und dem Druck
in der Abgasleitung, der im Augenblick des Öffnens des
Auslassventils im System herrscht. Die so entstehenden Geräusche
werden durch eine Resonanz in der Abgasleitung verstärkt,
wenn sich die Druckwellen hin- und herbewegen. Der mitgerissene Luftstrom
wirkt ebenfalls unterstützend mit.
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Zur
Beseitigung bzw. zur Reduktion des Auspuffgeräusches wurden
bereits viele Vorschläge gemacht. So ist aus der
DE-OS 35 26 609 ein
Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen in
Kraftfahrzeugen bekannt geworden, der in einem Schalldämpfergehäuse
mit mehreren Kammern Abgasrohre aufweist, wobei mindestens im Bereich
einer Stirnwand – insbesondere einer Endstirnwand einer Schalldämpferkammer – eine
Düse in Form eines Längsschlitzes des Abgasrohres
vorgesehen ist, der sich bis zum Stirnende des Abgasrohres erstreckt.
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Die
DE-OS 37 40 341 beschreibt
einen Abgasschalldämpfer, bei dem ein Schalldämpfergehäuse
angeordnet ist, der mehrere Gasdurchflussrohre aufweist und zusätzlich
mit Leit- und Führungsrichtungen zur Unterstützung
der Gasströmung im Schalldämpfergehäuse
versehen ist.
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Zur
Beseitigung des Auspuffgeräusches wurden Schalldämpfer
mit mindestens einer Entspannungskammer vorgeschlagen, die einen
größeren Rauminhalt hat als die Abgasleitung,
wobei letztere so mit der Kammer verbunden ist, dass die Abgase
in die Entspannungskammer eingeleitet zu werden vermögen.
Beim Übertritt von der Leitung in die Kammer kann die Schallwellenkomponente
in der Entspannungskammer gedämpft werden und damit auch
das entsprechende Geräusch. Mit Hilfe eines solchen Entspannungs-Schalldämpfers
ist es möglich, Geräusche innerhalb eines großen
Frequenzbereiches zu dämpfen. Wird die Entspannungskammer unterteilt,
verkleinert sich der Rauminhalt jeder Teilkammer so, dass sich der
Gegendruck gegenüber dem Motor im Vergleich zu einem Schalldämpfer
mit nur einer Kammer etwas erhöht, was sich dann höchst
ungünstig auf die Motorleistung auswirken kann.
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In
Kenntnis dieser Gegebenheiten hat der Erfinder den Gegenstand der
DE 102 18 854 C1 entwickelt,
bei dem das Abgaseinlassrohr im Gehäuse in die mittlere
von drei Kammern mündet, welche durch ein anderes Rohr
mit einer der beiden die mittlere Kammer flankierenden äußeren
Kammern verbunden sowie von einem – in die andere der äußeren Kammern
mündenden – Rohrstutzen durchsetzt ist, der andernends
in der Kammer in ein U-förmiges Austragsrohr übergeht,
welches seinerseits mit der Atmosphäre verbunden ist. Das
Austragsrohr ist außerhalb des Gehäuses mit Austragsdurchbrüchen versehen
sowie endwärts durch Kappen verschlossen.
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Der
Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Abgasschalldämpfer
der genannten Art so zu verbessern, dass noch höhere Schalldämpfwerte
erreicht werden, ohne den Motor in seiner Leistungsfähigkeit
ungünstig zu beeinflussen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen
Anspruches; die Unteransprüche geben günstige
Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle
Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung
und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.
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Erfindungsgemäß endet
das – parallel zu einem Abgaseinlassrohr verlaufende – erwähnte
Mittelrohr in der Endkammer in Abstand zu den Mündungsrändern
zumindest zweier Austragsrohre, und der Mündungsrand des
offenen Mittelrohres ist an eine Leiteinrichtung angefügt,
mit welcher das durch das Mittelrohr strömende Abgas in
wenigstens zwei Strömungsteile für die Weiterleitung
durch die Austragsrohre überführbar ist. Die – bevorzugt
aus metallischem Werkstoff, insbesondere Edelmetall, geformte – Leiteinrichtung
weist vorteilhafter Weise zwei von einem Scheitelbereich der Leiteinrichtung
in einem Winkel – von bevorzugt etwa 40° – zueinander
ausgehende Leitwandplatten auf; dieser Scheitelbereich ist in der
vertikalen Mitte des Mündungsrandes des Mittelrohres an
diesem – ihn querend – festgelegt, insbesondere
verschweißt. Vorteilhafter Weise ragen vom Mündungsrand
des offenen Metallrohres in dessen vertikaler Querachse Axialstege
od. dgl. Anformungen ab, an welche der Scheitelbereich der Leiteinrichtung
angeschweißt ist.
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Als
günstig hat es sich zudem erwiesen, jenes Abgaseinlassrohr – aber
auch das Mittelrohr sowie das Verbindungsrohr jeweils mit zumindest
einem Abgasfilter auszustatten, das selbstreinigend ausgebildet
ist und den durchziehenden Abgasstrom reinigt.
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Es
liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass von jedem der dem Scheitelbereich
gegenüberliegenden Querschnittsränder der Leitwandplatten nach
außen eine Flügelplatte abragt; beide Flügelplatten
liegen in einer Ebene. Zudem soll der Kopfkante jeder Leitwandplatte
nach außen ein Firststreifen angeformt sein, wobei beide
Firststreifen in einer Ebene liegen. Diese Flügelplatten
sowie die Firststreifen sind von etwa gleicher Breite.
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Parallel
zu dem Firststreifen verläuft ein Fußstreifen
der Leitwandplatte, der von deren Fußkante ausgeht. An
der Frontkante dieses Fußstreifens soll in letzterem eine
Ein buchtung mit teilkreisförmiger Kante vorgesehen sein.
Zudem soll der Fußstreifen in Einbaulage der Leiteinrichtung
dem mittleren Bodenstreifen einer Bodenwanne des Gehäuses
aufsitzen.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Innenraum der Endkammer
durch die Leitwandplatten der Leiteinrichtung in zwei Strömungsabschnitte
unterteilt, deren jeder jeweils einem der Austragsrohre vorgeordnet
ist, um in letzterem eine Beruhigung der Strömung zu erreichen.
Dazu sind die Querschnittsränder der beiden Leitwandplatten den
einander benachbarten Querschnittsbereichen der Mündungsränder
der Austragsrohre außenseitig zugeordnet.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Behandeln von
Abgasen mit dem beschriebenen Abgasschalldämpfer zeichnet
sich dadurch aus, dass der Abgasstrom vor Eintritt in die Austragsrohre
in zwei Strömungsteile getrennt und jeder von letzteren in
einem Strömungsabschnitt des Abgasschalldämpfers
beruhigt wird.
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Insgesamt
entsteht durch die erfindungsgemäße Konzeption
ein Abgasschalldämpfer, in dem die ihn durchströmenden
Abgase vor Eintritt in die Austragsröhre einem effizienten
Beruhigungsvorgang unterzogen werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
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1:
eine Draufsicht auf einen teilweise offen dargestellten Schalldämpfer
nach dem Stande der Technik mit Bodenwanne und abschnittsweise angedeutetem
Gehäusedeckel;
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2:
die Draufsicht auf den Gehäusedeckel des Schalldämpfers
der 1;
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3:
die Untersicht der Bodenwanne nach 1;
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4:
die Draufsicht auf einen teilweise offenen erfindungsgemäßen
Schalldämpfer mit eingebauter Leiteinrichtung;
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5 bzw. 6:
gegenüber 4 verkleinerte Querschnitte
durch den Schalldämpfer nach Linie V-V bzw. VI-VI der 4;
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7:
einen vergrößerten Ausschnitt aus 4;
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8:
eine vergrößerte Schrägsicht auf die Leiteinrichtung
als Detail der 4, 7;
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9:
die vergrößerte Seitenansicht der Leiteinrichtung
in Einbaulage.
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Ein
Abgasschalldämpfer 10 weist ein metallisches Gehäuse 12 oktogonalen
Querschnitts der Länge a von hier etwa 750 mm und der Breite
b von 200 mm auf aus einer Bodenwanne 14 und einem Deckel 18;
diese liegen mit parallel zur Längsachse A des Gehäuses 12 verlaufenden – streifenartig
abgewinkelten und gemeinsam eine Ebene bestimmenden – Längskanten 16 bzw. 20 aufeinander.
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Der
Innenraum der Bodenwanne 14 wird beidseits durch eine Stirnwand 22 der
Dicke e von 22 mm mit – dem Querschnitt des Gehäuses 12 entsprechender – oktogonaler
Umfangskante 23 abgeschlossen. Letztere setzt sich zusammen
aus zwei parallelen Seitenabschnitten 24, zwei dazu rechtwinkeligen
Querabschnitten 25 sowie diese mit den Seitenabschnitten 24 verbindenden,
in einem Winkel zu den Querabschnitten 25 geneigten Eckabschnitten 26.
Diese Abschnitte 24, 25, 26 bestimmen
die Querschnittsform der Bodenwanne 14; deren aus einem dünnen
Blechblatt geformte Wandung ist zu einem mittleren Bodenstreifen 28,
zwei zu diesem in jenem Winkel geneigten Eckstreifen 29 und
zwei an diese anschließenden, zueinander parallelen Seitenstreifen 30 ausgeformt,
von denen jeweils eine Längskante 16 seitlich
nach außen abragt. Entsprechend setzt sich der Deckel 18 aus
einem Firststreifen 32, zwei geneigten Eckstreifen 33 und
zwei – mit den Längskanten 20 versehenen – parallelen
Seitenstreifen 34 zusammen.
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Parallel
zu den beiden Stirnwänden 22 queren den Gehäuseinnenraum
in 1 zwei – der Umrissform und Dicke e der
Stirnwände 22 entsprechende – den Stirnwänden 22 im
Abstand n von 95 mm benachbarte Querwände 36 bzw. 37,
die mit den Stirnwänden 22 jeweils eine Kammer 40, 40h begrenzen sowie ihrerseits mit jeweils
der anderen Querwand 37 bzw. 36 die Länge
einer mittleren Kammer 40i bestimmen.
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Die
in 1 linke Stirnwand 22 und die benachbarte
Querwand 36 werden von einem – eine sich außerhalb
der Längsachse A befindliche, in Radialabstand zur Längsachse
A ver laufende Rohrachse B bestimmenden – Abgaseinlassrohr 42 durchsetzt.
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Der
ebenfalls aus einem Blechblatt gebogene Deckel 18 wird
mit seinen Längskanten 20 auf die Längskanten 16 der
Bodenwanne 14 aufgesetzt, so dass seine Streifen 34/33/32/33/34 den
entsprechenden Abschnitten 24/26/25/26/24 der
Querwände 36 aufsitzen.
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Die
in 1 linke Frontkammer 40 wird von jenem
Abgaseinlassrohr 42 durchsetzt, das in der Stirnwand 22 und
der nächstliegenden Kammerwand 36 lagert sowie
in die mittlere Kammer 40i mündet. Das
Abgaseinlassrohr 42 leitet die eingeführten Abgase
in Einströmrichtung x ein, und die in Einströmrichtung
x folgende Kammerwand 37 wird von einem – zur
Rohrmündung 41 etwas seiten- und höhenversetzten – Rohrstumpf 48 durchsetzt,
der in der Heckkammer 40 mit einem Lochmuster 49 sowie
einem Trichterkragen 46 ausgestattet ist.
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Parallel
zur Längsachse B des Abgaseinlassrohres 42 verläuft
die Längsachse F eines Verbindungsrohres 44 mit
geschlossenem Umfang, das strömungstechnisch die Heckkammer 40h mit der Frontkammer 40 verbindet
und in dem die Strömungsrichtung k gegenläufig
zur Einströmrichtung x verläuft sowie auch gegensätzlich
zur Richtung x3 in einem Stutzen 45,
der neben jenem Verbindungsrohr 44 in der Längsachse
A des Gehäuses 12 liegt sowie sich von der Frontkammer 40 bis
zum Scheitel des Krümmungsbereiches 50 eines U-förmigen
Austragsrohres 52 erstreckt, an das sein Mündungsrand angeschweißt
ist. Die Schenkel des Austragsrohres 52 bilden außerhalb
der hinteren Stirnwand 22 gemäß 3 zwei
rohrförmige parallele Austragsbereiche 53 mit
bodenwärtigen Austragsdurchbrüchen 54 des
Durchmessers c von etwa 15 mm als Lochmuster; die rohrförmigen
Austragsbereiche 53 des Austragsrohres 52 sind
endwärtig durch Kappen 59 geschlossen.
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Das
Abgaseinlassrohr 42 leitet die eingeführten Abgase
in Einströmrichtung x in die mittlere Kammer 40i , aus welcher der Abgasstrom über
den Rohrstumpf 48 in die Heckkammer 40h gelangt.
Das in der Längsachse A liegende Verbindungsrohr 44 führt
die Abgase gegen die Einströmrichtung x in die Frontkammer 40,
von der sie dank des Stutzens 45 jenseits der Kammerwand 37 in
das U-förmige Austragsrohr 52 und durch dessen
Austragsdurchbrüche 54 in die Atmosphäre
geführt werden.
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In
jede der Kammern 40, 40i , 40h ragt eine den Deckel 18 durchsetzende
Sprühdüse 56 ein, dank deren eine reinigende
Flüssigkeit aus einem – hier achsparallelen – Verbindungsrohr 58 in
die Kammer 40, 40i , 40h eingeleitet wird. Eine sämtliche Sprühdüsen 56 verbindende
Steuerleitung ist für eine elektronische Steuerung aus
Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung
ebenso vernachlässigt wie das daran angeschlossene Steuergerät
und die Flüssigkeitsquelle, von der jenes Verbindungsrohr 58 ausgeht.
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Auch
der erfindungsgemäß gestaltete Abgasschalldämpfer 60 der 4 weist
ein metallisches Gehäuse 62 oktogonalen Querschnitts
der Länge a von hier etwa 410 mm und der Breite b von 220
mm auf aus einer Bodenwanne 64 und einem Deckel 68;
diese liegen mit parallel zur Längsachse A des Gehäuses 62 verlaufenden
Längskanten 66 bzw. 67 aufeinander. Die
Bodenwanne 64 wird endwärtig durch zwei Stirnwände 70 der
Dicke f von hier etwa 10 mm abgeschlossen, die jene zu 1 erklärten
oktogonalen Umfangskanten 23 enthalten; diese sind auch
bei zwei parallel zu den Stirnwänden 70 verlaufenden
Zwischenwänden 72 zu erkennen, ebenso bei einer
zwischen letzteren parallel stehenden Mittelwand 74.
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Die
Umfangskanten 23 all dieser Wände 70, 72, 74 bestehen
jeweils aus zwei parallelen Seitenabschnitten 24, zwei
dazu rechtwinkeligen Querabschnitten 25 sowie diese und
die Seitenabschnitte 24 verbindenden, in einem Winkel w
von etwa 35° zu den Querschnitten 25 geneigten
Eckabschnitten 26.
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Die
axiale Länge q der in 4 linken
Stirnkammer 80 sowie der benachbarten Innenkammer 81 misst
100 mm, die Länge q1 bzw. q2 der in Einströmrichtung x folgenden
zweiten Innenkammer 81 sowie der anschließenden
Endkammer 82 hier 85 mm bzw. 75 mm.
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Die
linke Stirnkammer 80 enthält ein – beide gemäß 7 als
Hohlplatten mit schmalem Hohlraum 73 ausgebildeten Kammerwände 70, 72 durchsetzendes – seitliches
Abgaseinlassrohr 76, dessen Längsachse B parallel
zur Längsachse A des Gehäuses 62 verläuft
und das in der benachbarten Kammer 81 endet. In dieser
Rohrlängsachse B liegt auch ein die Mittelwand 74 durchgreifender
Rohrstumpf 78 mit Lochmuster 79. Im Übrigen
werden beide Zwischenwände 72, 74 durch
ein seitliches Verbindungsrohr 84 verbunden, das achsparallel
neben einem Mittelrohr 86 verläuft, das in der
Längsachse A liegt sowie die nachfolgende Zwischenwand 72 durchsetzt.
Das Mittelrohr 86 des Durchmessers d von hier 70 mm endet
mit seinem Mündungsrand 87 in der rechten Endkammer 82 nahe
der Oberfläche der Zwischenwand 72.
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Nicht
zu erkennen ist, dass das Abgasinnenrohr 76 und/oder das
Mittelrohr 86 sowie das Verbindungsrohr 84 jeweils
ein Abgasfilter für den Abgasstrom enthalten/enthält,
das selbstreinigend gestaltet ist.
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In 5 sind
in der Zwischenwand 72 Durchbrüche 90, 92, 94 für
die beschriebenen Rohre 76, 84, 86 zu
erkennen; die seitlichen Durchbrüche 90, 92 sind
den Eckstreifen 65 der Bodenwanne 64 benachbart,
der Durchbruch 94 bildet eine Scheitelmitte nahe dem oberen
Querabschnitt 25 der Umfangskante 23.
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Eine
entsprechende Anordnung von drei Durchbrüchen 90a, 92a , 94a ist 6 für
die Mittelwand 74 zu entnehmen; diese werden von den Rohren 76, 84, 86 durchgriffen.
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In
der rechten Rußen- oder Endkammer 82 ist in der
Längsachse A eine in Draufsicht V-förmige Leiteinrichtung 100 aus
metallischem Werkstoff mit zwei Leitwandplatten 102 angeordnet,
deren Scheitel 98 in der vertikalen Querachse Q des Mündungsrandes 87 des
Mittelrohres 86 an diesem – unter Zwischenschaltung
zweier an beiden Teilen 87, 96 angeschweißter
Axialstege 88 – festliegt. Der von den beiden
Wandplatten 102 begrenzte horizontale Winkel t beträgt
etwa 40°.
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Von
jedem der dem Scheitelbereich 98 gegenüberliegenden
freien Querschnittsränder 104 der Leitwandplatten 102 ragt
nach außen eine Flügelplatte 108 ab,
deren Breite g von etwa 20 mm der Breite g1 zweier
jeweils an der Kopfkante 106 einer Leitwandplatte 102 an
diese rechtwinkelig nach außen angeformter Firststreifen 110 etwa
entspricht. Sowohl die Oberflächen der beiden Flügelplatten 108 als
auch die der beiden Firststreifen 110 liegen paarweise
in einer Ebene und fluchten somit jeweils miteinander. Die Ebene
für die Flügelplatten 108 ist in 7 bei
E hervorgehoben.
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Parallel
zu den Firststreifen 110 verlaufen – an die Fußkanten 109 der
Leitwandplatten 102 angesetzte – Fußstreifen 112,
von deren Frontkante 113 eine Einbuchtung 114 mit
teilkreisförmiger Kante 115 ausgeht. Diese Fußstreifen 112 sitzen
in Einbaulage dem mittleren Bodenstreifen 63 der Bodenwanne 64 auf.
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In
dieser Einbaulage sind die Leitwandplatten 102 – und
damit die von ihnen abragenden Flügelplatten 108 – nahe
den innenliegenden Mündungsrändern 118 zweier
Austragsrohre 120 in einem – dem halben Winkel
t zwischen den Wandplatten 102 entsprechenden – Winkel
t1 zur Längsachse A angeordnet.
Die Austragsrohre 120 durchgreifen die in 4 rechte
Stirnwand 70 jeweils im Bereich eines Durchbruchs 96 des
Durchmessers d1 von etwa 60 mm mit einem
Einsteckstutzen 122, der in Einbaurichtung x in einen – sich querschnittlich
trichterartig erweiternden – Rohrabschnitt 124 übergeht.
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Der
den Mündungsrand 87 des Mittelrohres 86 in
Einströmrichtung x verlassende Strom wird an der Leitungseinrichtung 100 in
zwei Strömungsteile Z, Z1 gespalten;
jeder der Strömungsteile Z bzw. Z1 wird
in einem der Strömungsabschnitte 82m der
Endkammer 82 sowie einem der Einsteckstutzen 122 zugeleitet,
nachdem er in dem durch die Leitungseinrichtung 100 zugeordneten
Strömungsabschnitt 82m der
Endkammer 82 beruhigt worden ist. Jeder der zwischen den
Kammerwänden 70, 72 verlaufenden Strömungsteile 82m wird seitlich von der Leitwandplatte 102 und
den an diese nach außen anschlagenden Abschnitte der Bodenwanne 64 sowie
des Deckels 68 begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3526609
A [0003]
- - DE 3740341 A [0004]
- - DE 10218854 C1 [0006]