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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, beispielsweise einen Partikelfilter, anzuordnen. Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung reinigt das Abgas der Verbrennungskraftmaschine, sodass dieses gereinigt und damit umweltverträglich an die Umwelt entlassen werden kann. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung bewirkt jedoch auch eine Dämmung eines charakteristischen Klangbilds des Abgasstrangs und damit der Verbrennungskraftmaschine, was insbesondere bei sportlichen Kraftwagen nicht oder nur in geringem Maße zu der sportlichen Charakteristik des Kraftwagens korrespondiert. Es ist daher wünschenswert, Lösungen zu finden, um das Geräuschverhalten und damit das Klangbild der Verbrennungskraftmaschine zu verbessern.
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Die
DE 102 22 507 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug, mit mehreren mit einer Brennkraftmaschine verbundenen, gasführenden Leitungen. Bei dieser Vorrichtung sind wenigstens zwei der gasführenden Leitungen mittels wenigstens einer Verbindung akustisch miteinander gekoppelt. Bei diesen Leitungen handelt es sich einerseits um zumindest im Wesentlichen luftführende Ansaugleitungen sowie zumindest im Wesentlichen Abgas der Verbrennungskraftmaschine führende Abgasleitungen.
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Der
DE 100 42 012 A1 ist eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug als bekannt zu entnehmen, welche einen Hohlkörper umfasst, der durch wenigstens eine schwingfähige Membran in wenigstens zwei Räume geteilt ist. Dabei steht einer der Räume mit einem gasführenden Teil einer in dem Fahrzeug angeordneten Brennkraftmaschine in Verbindung, während der andere der Räume an einem Innenraum des Fahrzeugs und/oder an den das Fahrzeug umgebenden Raum akustisch angekoppelt ist. Die Fläche der Membran ist dabei wenigstens fünfmal größer als die Querschnittsfläche eines in den Hohlkörper mündenden Leitungsteils.
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Diese bekannten Lösungen weisen weiteres Potenzial auf, das Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine zur Erzeugung eines gewünschten und vorgebbaren Klangbilds zu verbessern.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen bereitzustellen, welche ein verbessertes Geräuschverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe durch eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen weist einen Abgasstrang mit wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Reinigen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine auf. In dem Abgasstrang ist ferner wenigstens eine Abgasleitung angeordnet, welche mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung fluidisch verbunden ist und mittels welcher Abgas zur Abgasnachbehandlungseinrichtung hin und von dieser wegführbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Umgehungseinrichtung mit zumindest einer Umgehungsleitung vorgesehen ist, welche an jeweils zumindest einer stromauf und stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Verbindungsstelle mit der Abgasleitung, insbesondere fluidisch, verbunden ist und mittels welcher zur Erzeugung eines vorgebbaren Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine ein vorgebbarer Frequenzbereich der Verbrennungskraftmaschine unter Umgehung der Abgasnachbehandlungseinrichtung übertragbar ist. Die Umgehungseinrichtung stellt somit einen so genannten Bypass (Umgehung) dar, sodass der vorgebbare gewünschte Frequenzbereich der Verbrennungskraftmaschine an der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorbei, d. h. unter Umgehung dieser, übertragen werden kann. Dabei wird beispielsweise der gewünschte und vorgebbare Frequenzbereich von einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasleitung stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Teilbereich der Abgasleitung zu einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasleitung stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Teilbereich der Abgasleitung übertragen.
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Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist es somit ermöglicht, die als Dämmung des Geräuschverhaltens und damit eines gewünschten und charakteristischen Klangbilds des Abgasstrangs bzw. der Verbrennungskraftmaschine fungierende Abgasnachbehandlungseinrichtung zu umgehen, sodass ein auf das Fahrverhalten und die Charakteristik der Verbrennungskraftmaschine abgestimmtes Geräuschverhalten und damit Klangbild derselbigen einstellbar ist. So kann der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine beispielsweise ein sportliches Klangbild verliehen werden, welches zu dem sportlichen Fahrverhalten und der sportlichen Charakteristik der Verbrennungskraftmaschine korrespondiert.
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Ferner ist eine zumindest im Wesentlichen vollständige Reduzierung des Geräuschverhaltens bzw. eines Teilbereichs des Frequenzbereichs ermöglicht, sodass akustisch unangenehme Frequenzen insbesondere durch Gegenphasigkeit ausgeblendet werden können. Insbesondere bei der als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine ist dadurch die zumindest im Wesentlichen vollständige Ausblendung und Unterdrückung des so genannten Dieselnagelns möglich, sodass insbesondere die als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine ein sportliches Geräuschverhalten und somit Klangbild aufweisen kann. Die Verbrennungskraftmaschine kann auch als Ottomotor, Diesottomotor oder anderweitige Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Hubkolbenmaschine ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine ermöglicht die Einstellung bzw. die Erzeugung des gewünschten Geräuschverhaltens auf besonders einfache und unkomplexe Art und Weise, da der Frequenzbereich und damit das Klangbild ohne aufwändige Regelung bzw. Steuerung zumindest im Wesentlichen frei gewählt und eingestellt werden kann.
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Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine insbesondere trotz der Umgehungseinrichtung ein besonders vorteilhaftes Emissionsverhalten auf, da beispielsweise in der Umgehungsleitung wenigstens eine Membran und/oder eine Feder oder dergleichen Federeinrichtung angeordnet ist. Die Umgehungsleitung weist beispielsweise eine Kammer auf, durch welche die Umgehungsleitung gegenüber an die Kammer angrenzenden Bereichen der Umgehungsleitung aufgeweitet ist. Die Kammer ist dabei durch die zumindest eine Membran und/oder durch das zumindest eine Federelement in zwei Teilkammern unterteilt. Dadurch ist die Übertragung des vorgebbaren Frequenzbereichs unter Umgehung der Abgasnachbehandlungseinrichtung möglich bei gleichzeitiger Geringhaltung der schädlichen Emissionen der Verbrennungskraftmaschine. Die Membran und/oder das Federelement können dabei zumindest bezogen auf das Abgas zumindest im Wesentlichen gasdicht ausgebildet oder von dem Abgas durchströmbar sein. So kann der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ihrer sportlichen Charakteristik entsprechend ein sportliches Geräuschverhalten und damit Klangbild bei zumindest im Wesentlichen vollständiger Funktionsfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Reinigen des Abgases verliehen werden.
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Das Klangbild der Verbrennungskraftmaschine ist dabei durch entsprechende Abstimmung bzw. Auslegung der Membran und/oder des Federelements möglich, sodass der Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche vorgebbare Klangbilder zu verleihen sind. Da bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine aufwändige passive und/oder aktive Einrichtungen zum Einstellen des Geräuschverhaltens nicht vorgesehen sind, weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine einen geringen Bauraumbedarf, eine geringe Teileanzahl sowie geringe Kosten auf. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit auf, insbesondere infolge der geringen Teileanzahl und des unkomplexen Aufbaus.
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Die Umgehungseinrichtung ist beispielsweise in ein Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinrichtung integriert, sodass der Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine besonders gering ist. Dies trägt zur Lösung und zur Vermeidung von Package-Problemen insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum des Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, bei. Die Umgehungseinrichtung kann jedoch auch außerhalb eines solchen Gehäuses angeordnet sein, wobei die Anordnung der Umgehungseinrichtung auf gegebene Bauraumgegebenheiten abzustimmen ist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung ist es infolge der Übertragung des vorgebbaren Frequenzbereichs unter Umgehung der Filtereinrichtung und dadurch durch Einstellen des gewünschten Geräuschverhaltens auch möglich, aus einem Betrieb von Einspritzventilen, insbesondere Injektoren, zum Einbringen von Kraftstoff in Brennräume, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine resultierende Geräusche zu dämpfen, insbesondere vollständig auszublenden. Ferner kann auf einen Endschalldämpfer zum Dämpfen von Geräuschen der Verbrennungskraftmaschine in dem Abgasstrang verzichtet werden, da durch gegenphasige Schaltung unerwünschte Geräusche, insbesondere unerwünscht laute Geräusche, zu dämpfen sind. Dies hält das Gewicht sowie die Kosten der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weiterhin gering und trägt zur Lösung und zur Vermeidung von Package-Problemen ebenso bei.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Umgehungseinrichtung, insbesondere der Umgehungsleitung, zumindest eine Stelleinrichtung, insbesondere ein Ventil oder eine Klappe, insbesondere eine Drosselklappe, zugeordnet, mittels welcher ein Strömungsquerschnitt der Umgehungsleitung einstellbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Strömungsquerschnitt mittels der Stelleinrichtung in einer Stellung dieser zumindest im Wesentlichen fluidisch versperrt ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Strömungsquerschnitt in einer weiteren Stellung mittels der Stelleinrichtung maximal fluidisch freigegeben ist. Vorteilhafterweise ist die Stelleinrichtung in zumindest eine weitere Stellung verstellbar, in welcher der Strömungsquerschnitt mittels der Stelleinrichtung zumindest bereichsweise freigegeben und damit größer ausgebildet ist als in der ersten Stellung und geringer ausgebildet ist als der maximal freigebbare Strömungsquerschnitt. Vorteilhafterweise ist die Stelleinrichtung zumindest im Wesentlichen stufenlos und/oder stufenweise und/oder kontinuierlich zwischen diesen Stellungen verstellbar, sodass durch die Mehrzahl an unterschiedlichen Stellungen der Verbrennungskraftmaschine jeweils zu den Stellungen korrespondierende Geräuschverhalten und damit Klangbilder verliehen werden können. So ist ein schaltbares Klangbild der Verbrennungskraftmaschine dargestellt, wobei die Stelleinrichtung beispielsweise durch oder in Abhängigkeit von einem Druck in der Umgehungsleitung und/oder in der Abgasleitung geschaltet werden kann.
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Bei der Stelleinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Federventil, ebenso möglich ist es, dass die Stelleinrichtung elektrisch betätigbar und damit schaltbar ist. Dadurch ist es möglich, im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine dieser ein sportlicheres und/oder lauteres Klangbild zu verleihen, als es ohne die Umgehungseinrichtung der Fall wäre, indem die Umgehungsleitung zumindest bereichsweise freigegeben wird, während in Volllastbereichen der Verbrennungskraftmaschine durch demgegenüber Verschließen der Umgehungsleitung infolge einer Reduzierung des Strömungsquerschnitts Geräusche der Verbrennungskraftmaschine gedämpft werden und dieser somit ein leises und akustisch angenehmes Klangbild verliehen werden kann. Dies ist insbesondere bei Reisen von Vorteil, da eine Geräuschbelastung von Insassen des Kraftwagens gering gehalten wird, was mit einem hohen Fahr- und Reisekomfort einhergeht. Mit anderen Worten ist das Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine mittels der schaltbaren Stelleinrichtung lauter und demgegenüber leiser einstellbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur ausschnittsweise eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasstrang, in welchem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Reinigen von Abgasen der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, wobei eine Umgehungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher unter Umgehung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein vorgebbares Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine einstellbar ist.
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Die Figur zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer Mehrzahl von Zylindern 12, in welchen Verbrennungsvorgänge stattfinden. Ein aus der Verbrennung von Luft-Kraftstoff-Gemischen resultierendes Abgas wird mittels jeweiliger, in den Zylindern 12 translatorisch bewegbarer Kolben aus den Zylindern 12 ausgeschoben und strömt gemäß einem Richtungspfeil 14 in einen fluidisch mit der Verbrennungskraftmaschine 10 bzw. den Zylindern 12 verbundenen Abgasstrang 16 der Verbrennungskraftmaschine 10.
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Der Abgasstrang 16 umfasst eine Abgasleitung 18, welche in einem Teilbereich 20 einerseits mit den Zylindern 12 und andererseits mit einer in dem Abgasstrang 16 angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 fluidisch verbunden ist. Der Teilbereich 20 der Abgasleitung 18 dient dazu, das Abgas aus den Zylindern 12 zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 zu leiten. Ein Teilbereich 24 der Abgasleitung 18 ist einerseits mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 verbunden und dient dazu, das mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 gereinigte Abgas von der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 wegzuführen und beispielsweise über eine Austrittsöffnung 26 gemäß einem Richtungspfeil 28 an die Umwelt zu entlassen.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 beispielsweise einen Filter in Form eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, umfasst. Der Partikelfilter ist in der Lage, aus der Verbrennung resultierende Partikel, insbesondere Rußpartikel, zumindest teilweise aus dem die Abgasleitung 18 durchströmenden Abgas zu filtern, sodass die Verbrennungskraftmaschine 10 besonders geringe Partikelemissionen aufweist.
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Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 bewirkt jedoch auch eine Dämmung eines Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine 10. Um der Verbrennungskraftmaschine 10 dennoch ein vorgebbares und sportliches Geräuschverhalten und Klangbild zu verleihen, umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 eine Umgehungseinrichtung 30 mit einer Umgehungsleitung 32. Die Umgehungsleitung 32 ist an einer in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasleitung 18 stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 angeordneten Verbindungsstelle 34 fluidisch mit der Abgasleitung 18 verbunden. Ferner ist die Umgehungsleitung 32 an einer in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasleitung 18 stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 angeordneten Verbindungsstelle 36 mit der Abgasleitung 18 fluidisch verbunden. Die Umgehungsleitung 32 weist eine Kammer 38 auf, durch welche ein Hohlraum 40 begrenzt ist. Der Hohlraum 40 stellt dabei eine Aufweitung der Umgehungsleitung 32 dar. Mit anderen Worten ist die Umgehungsleitung 32 durch die Kammer 38 gegenüber an die Kammer 38 angrenzenden Bereichen der Umgehungsleitung aufgeweitet.
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In dem Hohlraum 40 der Kammer 38 ist eine Membran 42 angeordnet, durch welche der Hohlraum 40 in zwei Teilkammern 44 und 46 aufgeteilt ist. Dadurch ist ein Zweikammernsystem dargestellt. Ebenso möglich ist es, ein Einkammersystem auszubilden.
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Die Umgehungsleitung 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 ermöglicht es nun, einen gewünschten Frequenzbereich von bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 durch diese verursachten Geräuschen und damit einen gewünschten und vorgebbaren Frequenzbereich der Verbrennungskraftmaschine 10 unter Umgehung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 insbesondere von der Verbindungsstelle 34 stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 zur Verbindungsstelle 36 stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 zu übertragen. Dadurch wirkt die Abgasnachbehandlungseinrichtung 22 nicht oder im Vergleich zu der Verbrennungskraftmaschine 10 ohne die Umgehungseinrichtung 30 weniger stark als Dämpfung der Geräusche und damit des Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine 10, sodass die Verbrennungskraftmaschine ein sportliches und lautes, insbesondere im Vergleich zur Verbrennungskraftmaschine 10 ohne die Umgehungseinrichtung 30 sportlicheres und lauteres, Klangbild aufweist. Zur Einstellung des gewünschten Klangbilds und Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine 10 ist die Membran 42 entsprechend auszugestalten.
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In der Figur ist ein optionales, der Umgehungsleitung 32 zugeordnetes Schaltelement 48 dargestellt, welches in Strömungsrichtung des Abgases durch die Umgehungsleitung 32 stromab der Verbindungsstelle und stromauf der Kammer 38 und/oder der Membran 42 angeordnet ist. Mittels des Schaltelements 48 ist die Umgehungsleitung 32 insbesondere stromauf der Kammer 38 und/oder der Membran 42 in einer ersten Stellung des Schaltelements 48 zumindest im Wesentlichen fluidisch versperrbar und in zumindest einer zweiten Stellung des Schaltelements 48 fluidisch freigebbar. Ist das schaltbare Schaltelement 48 in die erste Stellung geschaltet, so kann kein Abgas von dem Teilbereich 20 über die Umgehungsleitung 32 zur Kammer und/oder zur Membran 42 strömen. Ist das Schaltelement 48 in die zweite Stellung geschaltet, so kann Abgas von dem Teilbereich 20 über die Umgehungsleitung 32 zur Kammer 38 und/oder zur Membran 42 strömen. In der zweiten Stellung ist dann der gewünschte und vorgebbare Frequenzbereich über die Membran 42 übertragbar, sodass die Verbrennungskraftmaschine 10 ein sportliches Geräuschverhalten aufweist. In der zweiten Stellung ist diese Übertragung verhindert, sodass die Verbrennungskraftmaschine 10 demgegenüber ein leiseres und gedämpftes Geräuschverhalten aufweist, was insbesondere bei langen Reisen positiv für den Fahrkomfort ist. Daraus ist ersichtlich, dass durch das Schalten des Schaltelements 48 das Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine 10 bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
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Durch die Anordnung der Membran 42 in der Umgehungsleitung 32 weist die Verbrennungskraftmaschine 10 ein sehr günstiges Emissionsverhalten auf bei gleichzeitiger Realisierung des gewünschten, vorteilhaften und schaltbaren Geräuschverhaltens. Dabei ist die Membran 42 dabei bezogen auf das Abgas gasdicht oder gasdurchlässig ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylinder
- 14
- Richtungspfeil
- 16
- Abgasstrang
- 18
- Abgasleitung
- 20
- Teilbereich
- 22
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 24
- Teilbereich
- 26
- Austrittsöffnung
- 28
- Richtungspfeil
- 30
- Umgehungseinrichtung
- 32
- Umgehungsleitung
- 34
- Verbindungsstelle
- 36
- Verbindungsstelle
- 38
- Kammer
- 40
- Hohlraum
- 42
- Membran
- 44
- Teilkammer
- 46
- Teilkammer
- 48
- Schaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10222507 A1 [0003]
- DE 10042012 A1 [0004]
