DE10254631A1

DE10254631A1 - Schalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10254631A1
Application number: DE2002154631
Authority: DE
Inventors: Stephan Kröning
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-23
Also published as: DE10254631B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer (100) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Helmholzresonator, welcher ein Helmholzvolumen (10) und ein Helmholzrohr (12) aufweist, wobei der Helmholzresonator (10, 12) mit einem Abgasrohr (16) der Abgasanlage verbunden ist. Hierbei ragt das Helmholzrohr (12) an einem Eingang (14) des Helmholzresonators (10, 12) aus dem Helmholzvolumen (10) heraus und umgreift das Abgasrohr (16) derart, daß zwischen dem Helmholzrohr (12) und dem Abgasrohr (16) ein Ringspalt (18) ausgebildet ist, welcher mit dem Helmholzvolumen (10) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Helmholzresonator, welcher ein Helmholzvolumen und ein Helmholzrohr aufweist, wobei der Helmholzresonator mit einem Abgasrohr der Abgasanlage verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Reduzieren von Geräuschentwicklungen aufgrund des pulsierenden Abgasstromes in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine ist es aus der DE 43 30 129 A1 bekannt, in der Abgasanlage einen Helmholzresonator anzuordnen. Dieser ist jedoch als separates Bauteil ausgeführt und benötigt dadurch viel Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der obengenannten Art bzgl. seines Bauraumbedarfs zu verbessern und gleichzeitig seine Dämpfungseigenschaften zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalldämpfer der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Helmholzrohr an einem Eingang des Helmholzresonators aus dem Helmholzvolumen herausragt und das Abgasrohr derart umgreift, daß zwischen dem Helmholzrohr und dem Abgasrohr ein Ringspalt ausgebildet ist, welcher mit dem Helmholzvolumen und dem Abgasrohr verbunden ist.

Dies hat den Vorteil, daß eine bessere und platzsparende Anbindung des Helmholzresonators realisierbar ist, so daß dieser ggf. auch in einen Vorschalldämpfer integriert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein Schalldämpfervolumen durch die Integration des Resonanzrohres nicht wesentlich verringert.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Abgasrohr vollständig durch das Helmholzvolumen, ist stromab aus diesem heraus geführt und mit einem nachfolgenden Teil der Abgasanlage verbunden, beispielsweise mit einem weiterführenden Abgasrohr oder einem weiteren Schalldämpfer, insbesondere einem Absorptions- oder Reflexionsschalldämpfer.

Zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem Helmholzvolumen und dem Abgasrohr aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung ist am stromabseitigen Austritt des Abgasrohres aus dem Helmholzvolumen eine Verbindung zwischen dem Abgasrohr und einer Wandung des Helmholzvolumens als Schiebesitz ausgebildet.

Zum Ausgleich von Relativbewegungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung ist das Helmholzrohr mit dem Abgasrohr und/oder einer Wandung des Helmholzvolumens über eine bzgl. des Abgasrohres axial bewegliche Befestigung, insbesondere einen Schiebesitz, verbunden.

Zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Abgasrohr und dem Helmholzvolumen ist in einer ersten bevorzugten Ausführungsform an einem dem Abgasrohr zugewandten Ende des Ringspaltes in diesem ein gelochtes Ringelement angeordnet und das Abgasrohr stromauf des Ringelementes unterbrochen.

Zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem Helmholzrohr und dem Abgasrohr aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung ist das innerhalb des Helmholzrohres angeordnete Abgasrohr über das Ringelement mit dem Helmholzrohr verbunden, wobei diese Verbindung als Schiebesitz ausgebildet ist.

Zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Abgasrohr und dem Helmholzvolumen ist in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform das Helmholzrohr an einem stromaufseitigen Ende dichtend mit dem Abgasrohr verbunden und weist das Abgasrohr wenigstens eine Öffnung auf, welche das Abgasrohr an einem stromaufseitigen Ende des Ringspaltes mit diesem verbindet. Diese wenigstens eine Öffnung umfaßt beispielsweise mehrere Öffnungen in Form wenigstens eines Perforationsringes auf einer Wandung des Abgasrohres.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
1 eine erste Bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers in Schnittansicht,
2 eine Ansicht in Richtung einer Ebene A-A von 1, welche ein Ringelement dieses Schalldämpfers veranschaulicht, und
3 eine zweite Bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers in Schnittansicht.
Die in 1 und 2 dargestellte, erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 100 umfaßt ein Helmholzvolumen 10 und ein Helmholzrohr 12. An einem stromaufseitigen Eingang 14 des Schalldämpfers 100 ragt das Helmholzrohr 12 aus dem Helmholzvolumen 10 heraus und umgreift ein Abgasrohr 16 derart, daß zwischen dem Abgasrohr 16 und dem Helmholzrohr 12 ein Ringspalt 18 ausgebildet ist. An einem stromabseitigen Ausgang 20 des Schalldämpfers 100 ist das Abgasrohr 16 aus dem Helmholzvolumen 10 heraus geführt und ragt in einen anschließenden Reflexionsdämpfer 22, welcher stromabseitig über ein weiterführendes Abgasrohr 24 mit weiteren Komponenten einer ansonsten nicht näher dargestellten Abgasanlage verbunden ist.
Durch das Abgasrohr 16 strömt Abgas in Pfeilrichtung 26 von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine in den Helmholzresonator 10, 12 des Schalldämpfers 100 ein und in Pfeilrichtung 28 aus diesem wieder heraus.
Der innerhalb des Helmholzrohres 12 befindliche Teil des Abgasrohres 16 ist an einem stromaufseitigen Ende über ein Ringelement 34, welches im Ringspalt 18 angeordnet ist, mit dem Helmholzrohr 12 verbunden. Diese Verbindung ist als Schiebesitz ausgebildet, so daß Relativbewegungen zwischen dem Helmholzrohr 12 und dem Abgasrohr 16 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehung ausgeglichen werden. An einem stromabseitigen Ende ist dieser Teil des Abgasrohres 16 am Austritt aus dem Helmholzvolumen 10 mit einer Wandung 30 des Helmholzvolumens 10 verbunden. Der Ringspalt 18 ist stromab über einen ringförmigen Austritt 32 mit dem Helmholzvolumen 10 verbunden. Das Abgasrohr 16 ist stromauf des Ringelementes 34 unterbrochen und dadurch über das Ringelement 34 mit dem Ringspalt 18 verbunden. Hierzu weist das Ringelement, wie aus 2 ersichtlich, mehrere Öffnungen 36 auf, die einen Durchmesser D_L 38 aufweisen. Eine Resonanzrohrlänge 40 ist dabei die Länge l von dem gelochten Ringelement 34 bis zur ringförmigen Öffnung 32.
Durch die Anordnung eines teils des Helmholzrohres 12 außerhalb des Schalldämpfers 100 ergibt sich eine platzsparende Anbindung an das Abgasrohr 16, so daß der erfindungsgemäße Schalldämpfer 100 auch als Vorschalldämpfer ausgeführt werden kann.
Eine Resonanzfrequenz f₀ des Schalldämpfers 100 gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt sich aus folgender Gleichung,
wobei n = Anzahl der Öffnungen 36 im Ringelement, S = Fläche einer Öffnung 36, c = Schallgeschwindigkeit, V = Helmholzresonatorvolumen, l = Resonanzrohrlänge 40 und Δl = Resonanzhalslängenkorrektur. Die die Resonanzfrequenz beeinflussende Fläche S einer Öffnung 36 ergibt sich aus
wobei D_L ein Durchmesser 38 einer Öffnung 36 des Ringelementes 34 ist.
Aus 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 200 ersichtlich, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen sind, so daß zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zu ersten Ausführungsform ist das Abgasrohr 16 nicht unterbrochen. Statt dessen ist das umgebende Helmholzrohr 12 stromaufseitig dichtend mit dem Abgasrohr 16 verbunden. Zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Abgasrohr 16 und dem Ringspalt 18 ist ein Perforationsfeld 42 auf einer Außenwandung des Abgasrohres 16 ausgebildet. Zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem Abgasrohr 16 und der Wandung 30 des Helmholzvolumens 10 bzw. dem Helmholzrohr 12 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung ist die entsprechende Verbindung als Schiebesitz 44 ausgebildet.
Das Perforationsfeld 42 weist mehrere axial voneinander beabstandete Perforationsringe auf. Durch den axialen Abstand zwischen der ringförmigen Öffnung 32 und einem jeweiligen Perforationsring ist eine entsprechende Resonatorhalslänge 46a, 46b, 46c, 46d bestimmt, so daß sich für unterschiedliche Frequenzen f_n eine maximale Dämpfung ergibt. Dies erzielt eine breitbandigere Dämpfungscharakteristik.
Die Resonanzfrequenz f_n dieser zweiten Ausführungsform ergibt sich aus folgender Formel,
wobei n = Anzahl der Öffnungen im Perforationsfeld, S = Fläche einer Öffnung im Perforationsfeld, c = Schallgeschwindigkeit, V = Helmholzresonatorvolumen, l_n = Resonanzrohrlänge bis zum Perforationsring n und Δl = Resonanzhalslängenkorrektur. Die die Resonanzfrequenz beeinflussende Fläche S einer Öffnung im Perforationsfeld 42 ergibt sich aus
wobei D_L ein Durchmesser einer Öffnung im Perforationsfeld 42 ist.

Claims

Schalldämpfer (100; 200) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Helmholzresonator, welcher ein Helmholzvolumen (10) und ein Helmholzrohr (12) aufweist, wobei der Helmholzresonator (10, 12) mit einem Abgasrohr (16) der Abgasanlage verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Helmholzrohr (12) an einem Eingang (14) des Helmholzresonators (10, 12) aus dem Helmholzvolumen (10) herausragt und das Abgasrohr (16) derart umgreift, daß zwischen dem Helmholzrohr (12) und dem Abgasrohr (16) ein Ringspalt (18) ausgebildet ist, welcher mit dem Helmholzvolumen (10) und dem Abgasrohr (16) verbunden ist.
Schalldämpfer (100; 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Abgasrohr (16) vollständig durch das Helmholzvolumen (10) erstreckt, stromab aus diesem heraus geführt ist und mit einem nachfolgenden Teil (22) der Abgasanlage verbunden ist.
Schalldämpfer (100; 200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Teil der Abgasanlage ein weiterführendes Abgasrohr oder ein weiterer Schalldämpfer (22), insbesondere ein Absorptions- oder Reflexionsschalldämpfer, ist.
Schalldämpfer (100; 200) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am stromabseitigen Austritt des Abgasrohres (16) aus dem Helmholzvolumen (10) eine Verbindung zwischen dem Abgasrohr (16) und einer Wandung (30) des Helmholzvolumens (10) als Schiebesitz ausgebildet ist.
Schalldämpfer (100; 200)) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Helmholzrohr (12) mit dem Abgasrohr (16) und/oder einer Wandung (30) des Helmholzvolumens (10) über eine bzgl. des Abgasrohres (16) axial bewegliche Befestigung, insbesondere einen Schiebesitz, verbunden ist.
Schalldämpfer (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem dem Abgasrohr (16) zugewandten Ende des Ringspaltes (18) in diesem ein gelochtes Ringelement (34) angeordnet ist und daß das Abgasrohr (16) stromauf des Ringelementes unterbrochen ist.
Schalldämpfer (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb des Helmholzrohres (12) angeordnete Abgasrohr (16) über das Ringelement (34) mit dem Helmholzrohr (12) verbunden ist, wobei diese Verbindung als Schiebesitz ausgebildet ist.
Schalldämpfer (200) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Helmholzrohr (12) an einem stromaufseitigen Ende dichtend mit dem Abgasrohr (16) verbunden ist und das Abgasrohr (16) wenigstens eine Öffnung aufweist, welche das Abgasrohr (16) an einem stromaufseitigen Ende des Ringspaltes (18) mit diesem verbindet.
Schalldämpfer (200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Öffnungen in Form wenigstens eines Perforationsringes (42) auf einer Wandung des Abgasrohres (16) ausgebildet sind.
Schalldämpfer (100; 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaldämpfer (100, 200) ein Vorschalldämpfer, ein Mittelschalldämpfer oder ein Nachschalldämpfer ist.