DE19964089C2 - Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit variierbarer Akustik - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Ver­ brennungsmotoren mit variierbarer Akustik nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiger Schalldämpfer ist aus DE 298 03 183 U1 bekannt. Der bekannte Schalldämpfer hat zwei Kammern, die von Zwischen­ wänden mit dazwischenliegendem schallschluckenden Material ge­ trennt sind und die durch ein Abgasrohr verbunden sind, dessen Austrittsöffnung in der zweiten Kammer durch ein Ventil stufen­ los verstellbar ist. Bei geöffnetem Ventil läuft der Schall aus der zweiten Kammer durch ein Auslaßrohr, das ebenfalls durch die Zwischenwände und das schallschluckende Material verläuft zu einem Ausgang außerhalb der ersten Kammer. Bei geschlossenem Ventil tritt Abgas auf einer Öffnung des Abgasrohres, die in der ersten Kammer liegt, aus und gelangt durch ein die Kammern ver­ bindendes weiteres Zwischenrohr in die zweite Kammer und von dort weiter wiederum durch das Auslaßrohr zum Austrittsende. Bei schwacher Schallanregung im Leerlauf können durch das geöffnete Ventil niedrige Frequenzen den Schalldämpfer nahezu ungedämpft passieren, während bei höherer Drehzahl durch das Schließen des Ventils die für die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben erfor­ derliche Dämpfung der hohen Schalldrücke eintritt. Allerdings läßt sich so eine unabhängige Variation des Schallpegels und des Klangbildes nicht realisieren.

Aus DE 692 20 245 T2 ist ein Schalldämpfer mit zwei Kammern in einem Schalldämpfergehäuse bekannt, die von einer beweglichen Trennwand mit mindestens einer Öffnung darin getrennt sind, wobei die Trennwand gesteuert beweglich ist, um die relative Abmessungen der beiden Kammern zu verändern und dadurch die Durchlassbänder der Abgase adaptiv zu dämpfen. Eine unabhängige Variation des Schallpegels und des Klangbildes kann so nicht erreicht werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalldämpfer anzugeben, mit dem sich bei konstantem Staudruck im Abgassystem die absolute Schallemission sowie das Klangspektrum stufenlos variieren lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen angegeben.

Ein Schalldämpfer an sich bekannter Art, bestehend aus drei Kam­ mern mit Schallschluckröhren, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein Bypasssystem gekoppelt und durch ein spezielles Dreischeibenproportionalstromventil er­ gänzt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die zugehörigen Figuren Bezug genommen, in denen:

Fig. 1: eine schematische Querschnittsansicht eines Schalldämp­ fers sowie eine Draufsicht auf ein Dreischeibenproportional­ stromventil zeigt; und

Fig. 2: die drei Scheiben des Dreischeibenproportionalstromven­ tils einzeln in Draufsicht sowie in seitlicher Ansicht zeigt.

Der in Fig. 1 gezeigte Schalldämpfer hat eine Eintrittskammer 10, eine Mittelkammer 20 und eine Austrittskammer 30, die durch Zwischenwände voneinander getrennt, sind. Die Zwischenwand zwi­ schen der Eintrittskammer 10 und der Mittelkammer 20 ist von schallschluckenden Röhren 12 und 14, und die Zwischenwand zwi­ schen der Mittelkammer 20 und der Austrittskammer 30 von schall­ schluckenden Röhren 22 und 24 durchsetzt. Ein Abgaseinlaß 4 reicht in die Eintrittskammer 10 hinein. In der Eintrittskammer 10 beginnt mit seinem Eintrittsende 42 ein Bypass, der weiter mit einem Bypass-Mittelrohr 40 durch die Mittelkammer 20 und weiter bis zu seinem Austrittsende 44 in der Austrittskammer 30 verläuft. Die Austrittskammer 50 hat einen Abgasaustritt 5.

Unten in Fig. 1 ist ein Dreischeibenproportionalventil 50 ge­ zeigt, das zwischen der Eintrittskammer 10 und der Mittelkammer 20 liegt und eine Bypass-Öffnung 54 und Röhrenöffnungen 58 für die Röhren 12 und 14 aufweist. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Dreischeibenproportionalstromventil 50 drei übereinanderlie­ genden Scheiben, nämlich eine innere Scheibe 51, eine Mittel­ scheibe 52 und eine äußere Scheibe 53 auf, wobei die Mittel­ scheibe unabhängig um eine Mittelscheibendrehachse 56 drehbar ist, um so die Bypass-Öffnung 54 und die Röhrenöffnungen 58 einstellen zu können.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Schalldämpfers erläu­ tert, wobei zunächst der herkömmliche Weg betrachtet wird. Diese Betrachtung erfolgt zunächst durch die gänzliche Ausklammerung des Bypass-Systems. Das Dreischeibenproportionalstromventil 50 ist also zunächst lediglich eine Trennwand. Das Abgas entweicht hierbei durch die Schallschluckröhren 12, 14 und 22, 24, der Schall verbraucht sich auf dem Wege vom Einlaß 4 bis zum Aus­ tritt 5 durch Reflexion sowie Abriß der Schallwellen. Der Schallpegel läßt bei konstanter Drehzahl und Füllung des Motors nicht verändern.

Es wird nun die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines Schalldämpfers gemäß der Erfindung betrachtet.

Variierung des Schallpegels

Diese Betrachtung schließt das Bypass-System mit ein.

Ist die Bypass-Öffnung 54 des Dreischeibenproportionalstromven­ tils 50 ganz verschlossen, sind die Röhrenöffnungen 58 ganz geöffnet. Hierfür sorgt die Mittelscheibe 52. Sowohl Abgas als auch Schall gehen ihren Weg wie durch einen herkömmlichen Schalldämpfer. Der meßbare Schallpegel ist hier am geringsten.

Durch Drehen der Gewindestange 55 und dadurch der Mittelscheibe 52 wird ein umgekehrt proportionales Durchlaßverhalten von Röh­ renöffnungen 58 und Bypass-Öffnungen 54 erreicht. Die Quer­ schnitte der Röhrenöffnungen 58 vergrößern/verkleinern sich in gleichem Maße wie die der Bypass-Öffnungen 54. Der für das Abgas notwendige Durchlaßquerschnitt bleibt dadurch konstant. Bei verschlossenen Röhrenöffnungen 58 und somit offener Bypass-Öff­ nung 54, dringt der Schall vom Einlaß 4 nahezu ungehindert zum Austritt 5. Eine Schalldämpfung findet praktisch nicht statt (Sprachrohreffekt). Hierbei nimmt der Schall den Weg vom Abgas­ eintritt 4 in den Bypass-Eintritt 42, er passiert die vorher geöffnete Bypass-Öffnung 54 des Dreischeibenproportionalstrom­ ventils 50 und gelangt über das Bypass-Mittelrohr 40 und den Bypass-Austritt 44 zum Abgasaustritt 5. Der meßbare Schallpegel ist nun sehr hoch.

Durch die umgekehrte Proportionalität der Durchlassöffnungen 58 und 54 von Schallschluckröhren 12, 14 und Bypass 42, 40 kann nun durch Drehen der Gewindestange 55, hier etwa innerhalb eines Drehwinkelbereichs von 25°, der Schallpegel zwischen den oben dargestellten Schallpegeln stufenlos variiert werden.

Die Variierung des Klangbildes

Das Dreischeibenproportionalstromventil hat in seinem Quer­ schnitt ein kolbenförmiges Profil, wie in Fig. 2 rechts darge­ stellt. Äußere Scheibe 53 und innere Scheibe 51 haben ein von­ einander abgewandtes Blechkleid, welches mit einer Nut versehen am inneren Schalldämpfergehäuse fixiert ist. Das Dreischeiben­ proportionalstromventil 50 kann sich nun nicht um seine Achse drehen, während die mit der Gewindestange 55 verbundene Mittel­ scheibe 52 sich frei um ihre Achse 56 drehen kann. Ist nun die Gewindestange 55 irgendwo im hinteren Drittel des Schalldämpfers in einem Innengewinde gelagert, läßt sich durch Drehen der Ge­ windestange 55 das Dreischeibenproportionalstromventil 50 mit­ samt schallschluckenden Röhren 12, 14, dem Bypass-Eintritt 42 und, dem Bypass-Mittelrohr 40 im Schalldämpfergehäuse auf und ab bewegen. Das Bypass-Mittelrohr 40 ist hierbei im Bypass-Austritt 5 senkbar gelagert.

Ein Absenken des Dreischeibenproportionalstromventils führt zu einer vergrößerten Eintrittskammer 10 und somit zu einem ver­ größerten Resonanzraum. Es entsteht ein tiefer, voller Ton.

Wird das Dreischeibenproportionalstromventil bis zum oberen Anschlag angehoben, ist das Volumen der Eintrittskammer 10 ge­ ring. Es entsteht ein hoher, harter Ton.

Innerhalb der vorgegebenen, baulichen Bandbreiten, läßt sich somit das Klangbild stufenlos variieren.

Claims (2)

1. Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit variierbarer Aku­ stik, bestehend aus mindestens zwei Kammern, mit mindestens einer Trennwand, die durch mindestens ein Abgasrohr mitein­ ander verbunden sind, wobei der Strömungsquerschnitt des mindestens einen Abgasrohres durch eine Ventileinrichtung stufenlos verstellbar ist und im geöffneten Zustand den Abgaseinlaß und den Abgasauslaß direkt miteinander verbin­ det, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalldämpfer eine Eintritts- (10), Austritts- (30) und eine dazwischengelegene Mittelkammer (20) aufweist, die von dem mindestens einen Abgasrohr (40) durchdrungen wird,
jeweils mindestens ein weiteres Rohr (22, 24, 12, 14) die Austrittskammer (30) mit der Mittelkammer (20) und die Mit­ telkammer (20) mit der Eintrittskammer (10) verbindet,
der Durchströmquerschnitt des mindestens einen weiteren Rohres (12, 14) von der Ventileinrichtung des Abgasrohres (42, 40, 44) derart verstellt wird, daß der Abströmquer­ schnitt der Eintrittskammer (10) konstant bleibt, und
die Ventileinrichtungen (50) zugleich die längsverschiebli­ che Trennwand zwischen der Mittelkammer (20) und der Ein­ trittskammer (10) bildet.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Dreischeibenproportionalstromven­ til (50) aufweist, das eine innere Scheibe (51), eine Mit­ telscheibe (52) und eine äußere Scheibe (53) umfaßt, wobei die innere und die äußere Scheibe nicht-drehbar in dem Schalldämpfergehäuse gelagert und die Mittelscheibe (52) drehbar dazwischen gelagert ist, sodaß durch Drehung der Mittelscheibe (52) ein Öffnen/Schließen der Bypass-Öffnungen (54) und Röhrenöffnungen (58) so bewirkt wird, daß der Ab­ strömquerschnitt insgesamt konstant bleibt.