DE19619173C1

DE19619173C1 - Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik

Info

Publication number: DE19619173C1
Application number: DE1996119173
Authority: DE
Inventors: Frieder Dipl Phys Kunz
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 1996-05-11
Filing date: 1996-05-11
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2016-05-12

Description

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik für pulsierende Gase, insbesondere Abgase von Verbrennungsmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine sehr einfache Konstruktion eines Schalldämpfers mit umschaltbarer Dämpfungscharakteristik ist beschrieben in der DE-Zeitschrift "MTZ Motortechnische Zeitschrift", 53 (1992), S. 356 ff.

Es handelt sich um einen Schalldämpfer mit zwei Endrohren. In das eine Endrohr ist eine Drehklappe eingesetzt, mit deren Hilfe das Endrohr verschlossen werden kann. Zur Betätigung der Ventilklappe ist als Aktor eine Unterdruckdose vorgesehen, die mittels Magnetventil, Vakuumspeicher und Rückschlagventil vom Unterdruck im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors betätigt wird. Das Magnetventil wird betätigt durch ein Steuergerät, welches die Motordrehzahl und die Drosselklappenstellung auswertet. Diese Schalldämpferkonstruktion ist sehr aufwendig und gleichzeitig in ihrer Wirkung begrenzt, da bei geschlossener Drehklappe verstärkt Gasrauschen entsteht.

Aus der US 2 072 372 ist ein Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren bekannt, dessen Dämpfungscharakteristik ebenfalls mittels Drehklappe verändert werden kann. Die Betätigung der Drehklappe erfolgt mittels Schub-Kurbel-Getriebe durch eine Membrandose als Aktor. Als Steuerdruck wird der im Eingangsrohr des Schalldämpfers gebildete Abgasüberdruck auf die Druckseite der Membran geleitet.

Einen Schalldämpfer mit umschaltbarer Dämpfungscharakteristik zeigt auch die DE-U 89 08 244. Hier betätigt der im Eingangsrohr des Schalldämpfers entstehende Abgasüberdruck einen Faltenbalg als Aktor, der über eine Kolbenstange einen kegelförmigen Ventilteller bewegt. Der Ventilteller arbeitet mit einem Ventilsitz zusammen, der in das Ausgangsrohr des Schalldämpfers integriert ist.

Ein weiterer Schalldämpfer mit umschaltbarer Dämpfungscharakteristik ist Gegenstand der DE-U 94 05 771. Hier wird als Schließelement ein Ventilteller eingesetzt, der auf das Ende eines gasführenden Rohres aufgesetzt bzw. vom Rohrende abgehoben wird. Als Aktor ist eine Membrandose vorgesehen, deren Membran eine Kolbenstange bewegt, auf der der Ventilteller montiert ist. Der Steuerdruck wird über eine in die Kolbenstange integrierte Druckleitung auf die Druckseite der Membran geleitet.

Während der konstruktive Aufwand zum Verändern der Dämpfungscharakteristik von Schalldämpfern insbesondere bei der letztgenannten Konstruktion minimal gering ist und die Dämpfungscharakteristik an praktisch jeden beliebigen Anwendungsfall angepaßt werden kann, sind die Druckeigenschaften noch nicht befriedigend. Dies resultiert aus der Tatsache, daß ein gewisser Druckabfall nötig ist, um die als Aktor verwendete Überdruckdose zu steuern. Auch die eingangs beschriebene Ansteuerung des Aktors durch den aus dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors abgeleiteten Unterdruck ist unbefriedigend, da der Aufwand für das Magnetventil, den Vakuumspeicher, das Rückschlagventil und die Sensoren für Motordrehzahl und Drosselklappenstellung erheblich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art anzugeben, der ohne extern erzeugten Steuerdruck arbeitet, nur einen geringen konstruktiven Aufwand aufweist und nur geringen Druckverlust produziert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Auch bei der vorliegenden Erfindung wird zum Ändern der Dämpfungscharakteristik ein Schließelement verwendet, welches mit einem Schließsitz zusammenarbeitet, wobei das Schließelement von einem Aktor bewegt wird, der durch Unterdruck bewegt wird. Im Rahmen der Erfindung wird der Unterdruck jedoch durch die Gasströmung selbst erzeugt, die durch eine Düse, vorzugsweise Venturi- oder Laval-Düse, geführt ist. Diese Düsen erzeugen bei zunehmender Gasströmung einen quadratisch zunehmenden Unterdruck, der auch große Schließelemente bewegen kann. Sie haben selbst auch eine schalldämpfende Wirkung. Die Gasströmung kann eine Venturi- bzw. Laval-Düse praktisch ohne resultierenden Druckverlust durchströmen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor ein Faltenbalg. Dieser besteht ganz aus Metall und kann daher auch den hohen Temperaturen in einem Abgasschalldämpfer für Verbrennungsmotoren ausgesetzt werden.

Alternativ dazu kann der Aktor als Membrandose ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist das Schließelement ein Ventilteller, der eine Hubbewegung ausführt. Ein solcher Ventilteller kann auch direkt auf dem Faltenbalg befestigt sein.

Als Schließsitz findet bevorzugt das Ende eines der Rohre des Schalldämpfers Verwendung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sitzen Schließelement und Schließsitz strömungstechnisch gesehen vor der Düse. In diesem Fall wird der Massenstrom durch die Düse geregelt, beispielsweise auf einen nahezu konstanten Wert. Dies ermöglicht es, die Gasströmungsgeschwindigkeit in der Düse so zu steuern, daß sie die für die optimale Wirkung erforderliche Überschallgeschwindigkeit behält.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind zwei oder mehr Düsen, Aktoren und-oder Schließelemente vorgesehen. Damit ist es möglich, die Dämpfungscharakteristik des Schalldämpfers in mehreren Frequenzbereichen zu verstellen.

Vorzugsweise steuert eine Düse zwei oder mehr Aktoren, wobei diese bevorzugt unterschiedliche Eigenschaften, beispielsweise Ansprechwerte, aufweisen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils schematisch und als Schnitt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers mit variabler Dämpfungscharakteristik bei geringem Gasdurchsatz,

Fig. 2 den Schalldämpfer der Fig. 1 bei großem Gasdurchsatz,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers mit variabler Dämpfungscharakteristik bei geringem Gasdurchsatz,

Fig. 4 den Schalldämpfer der Fig. 3 bei hohem Gasdurchsatz und

Fig. 5 als drittes Ausführungsbeispiel einen Schalldämpfer mit mehrfach veränderbarer Dämpfungscharakteristik.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers bei geringem Gasdurchsatz. Man erkennt ein Gehäuse 1 mit Eingangsrohr 2 und Ausgangsrohr 3. Im Inneren des Gehäuses 1 erkennt man eine nicht perforierte Zwischenwand 6 sowie eine perforierte Zwischenwand 7. Ein kurzes Rohr 4 mit großem Durchmesser und geringer Länge durchdringt die nicht perforierte Zwischenwand 6.

In das Eingangsrohr 2 ist eine Venturi-Düse 10 eingesetzt. Hinter der Düse 10 und vor der nicht perforierten Zwischenwand 6 besitzt das Eingangsrohr 2 eine perforierte Fläche, durch die die Gasströmung in die mittlere Schalldämpferkammer strömt, um dann nach Durchtritt durch die perforierte Zwischenwand in das Ausgangsrohr 3 einzutreten.

Von der Engstelle der Düse 10 zweigt eine Druckleitung 14 ab, die auf einen Faltenbalg 13 als Aktor geführt ist. Am Faltenbalg 13 ist ein Ventilteller 12 befestigt, der mit einem Ventilsitz 11 am Ende des Zwischenrohrs 4 zusammenwirkt und dieses Rohr 4 verschließt. Aus diesem Grunde ist das Gas gezwungen, den Gasweg A mit geringem Querschnitt und großer Länge zu nehmen.

Fig. 2 zeigt die Situation bei hohem Gasdurchsatz. Der an der Engstelle der Düse 10 gebildete Unterdruck hat den Faltenbalg 13 zusammengezogen. Der Ventilteller 12 ist vom Ventilsitz 11 abgehoben, das kurze Zwischenrohr 4 ist offen. Das Gas folgt dem Gasweg B durch das kurze Zwischenrohr 4 und durch die perforierte Zwischenwand 7 in das Ausgangsrohr 3.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers mit variabler Dämpfungscharakteristik bei geringem Gasdurchsatz. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Zwischenrohr 4 einen kleinen Durchmesser. Wesentlich ist ein zweites Zwischenrohr 5 mit Ventilsitz 11 und das Schließelement 12, die strömungstechnisch vor der Düse 10 angeordnet sind.

Bei geschlossenem Ventil 11, 12 folgt das Gas dem Gasweg A mit großer Länge und geringem Querschnitt durch das enge Zwischenrohr 4 und die perforierte Zwischenwand 7 in das Ausgangsrohr 3.

Fig. 4 zeigt die Situation bei hohem Gasdurchsatz. Der in der Düse 10 gebildete Unterdruck hat den Faltenbalg 13 bewegt, der Ventilteller 12 hat vom Ventilsitz 11 abgehoben und das Gas folgt dem Gasweg B mit kurzer Länge und großem Querschnitt aus dem kurzen Zwischenrohr 5 direkt in das Ausgangsrohr 3.

Sobald der Gasweg B geöffnet wird, reduziert sich die die Düse 10 durchströmende Gasmenge. Dadurch reduziert sich auch der an der Engstelle der Düse 10 gebildete Unterdruck. Auf diese Weise wird eine Rückkopplung erreicht, die den Massenstrom durch die Düse 10 regelt. Ist die Düse 10 als Laval-Düse ausgebildet, läßt sich die Gasgeschwindigkeit stets auf Überschallgeschwindigkeit einregeln, was den optimalen schalldämpfenden Effekt bewirkt.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers mit variabler Dämpfungscharakteristik. Hier steuert eine Düse 10 zwei Aktoren 13, 13′ mit unterschiedlicher Ansprechcharakteristik. Die Aktoren 13, 13′ bewegen daher die mit ihnen verbundenen Schließelemente 12 12′ nacheinander, und die Dämpfungscharakteristik des Schalldämpfers wird in mehreren Stufen umgeschaltet.

Erste Versuche mit der vorliegenden Erfindung haben gezeigt, daß in den Düsen ausreichend Unterdruck gebildet wird, um auch große Schließelemente bewegen zu können. Insbesondere haben die Versuche bestätigt, daß die Druckverluste dieser Schalldämpfer erheblich geringer sind als bei den überdruckgesteuerten Schalldämpfern. Auch entfällt die Notwendigkeit, den Unterdruck extern zur Verfügung zu stellen, beispielsweise durch Anzapfen des Ansaugtraktes eines Verbrennungsmotores. Schließlich besteht die Möglichkeit, ein sich selbst auf optimale Dämpfungswerte regelndes System herzustellen.

Claims

1. Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik für pulsierende Gase, insbesondere Abgase von Verbrennungsmotoren, umfassend

- ein Gehäuse (1),
- Eingangsrohr (2) und Ausgangsrohr (3),
- im Gehäuse (1) integrierte Zwischenrohre (4, 5) und/oder Trennwände (6, 7),
- die Zwischenrohre (4, 5) und/oder Trennwände (6, 7) definieren
-- einen ersten Gasweg (A) mit reduziertem Querschnitt und/oder langem Strömungsweg und
-- einen zweiten Gasweg (B) mit erweitertem Querschnitt und/oder kurzem Strömungsweg,
- einen Schließsitz (11),
- ein Schließelement (12)
- und einen vom Gasdruck gesteuerten Aktor (13), der das Schließelement (12) bewegt, gekennzeichnet durch die Merkmale:
- in das Eingangsrohr (2) bzw. in ein mit diesem strömungstechnisch unmittelbar verbundenes Rohr ist eine Düse (10) eingebaut,
- der an der Düsenengstelle entstehende Unterdruck bewegt den Aktor (13).

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Düse (10) ist eine Venturi-Düse.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Düse (10) ist eine Laval-Düse.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- der Aktor (13) ist ein Faltenbalg.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- der Aktor (13) ist eine Membrandose.

6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Schließelement (12) ist ein Ventilteller.

7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Ende eines der Rohre (2, 4, 5) ist als Schließsitz (11) ausgebildet.

8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- Schließelement (12) und Schließsitz (11) sitzen strömungstechnisch vor der Düse (10).

9. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- es sind zwei oder mehr Düsen (10), Aktoren (13) und/oder Schließelemente (11, 12) vorgesehen.

10. Schalldämpfer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- eine Düse (10) steuert zwei oder mehr Aktoren (13).

11. Schalldämpfer nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Aktoren (13) besitzen unterschiedliche Eigenschaften.