-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Kraftfahrzeugmotor, mit zumindest einem vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbaren Dämpfungsraum mit wenigstens einer Abgaseintrittsöffnung und wenigstens einer Abgasaustrittsöffnung sowie Mitteln zur zumindest bereichsweisen Wärmeabschirmung des Dämpfungsraums nach außen.
-
Es ist bekannt, dass Schalldämpfer aufgrund der durch die Schalldämpfer strömenden heißen Abgase stark erhitzen. Bestimmte Bereiche oder Teile im Kraftfahrzeug sind jedoch hitzeempfindlich. Um diese Bereiche oder Teile zu schützen, werden Wärmeabschirmbleche eingesetzt.
-
Die Verwendung von Wärmeabschirmblechen kann zwar in vielen Fällen eine ausreichende Wärmeabschirmung bewirken. Wärmeabschirmbleche können aber nicht an jeder Stelle eingesetzt werden, beispielsweise wenn der erforderliche Bauraum hierfür fehlt.
-
Die Druckschrift
EP 0 807 749 B1 zeigt in
3 einen Schalldämpfer für eine Brennkraftmaschine mit einem vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbaren Dämpfungsraum, der eine Abgaseintrittsöffnung und eine Abgasaustrittsöffnung sowie Mittel zur Wärmeabschirmung des Dämpfungsraums nach außen aufweist. Der Dämpfungsraum ist zumindest bereichsweise von einem Isolationsraum umgeben, der einerseits nach außen gasdicht verschlossen ist und andererseits mit dem Dämpfungsraum über zumindest eine Öffnung in Verbindung steht, jedoch nicht vom Abgas durchströmbar ist. Des Weiteren ist der Dämpfungsraum in einem Innengehäuse und der Isolationsraum zwischen dem Innengehäuse und einem das Innengehäuse umschließenden, gasdichten Außengehäuse angeordnet.
-
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art anzugeben, der diese Probleme nicht aufweist. Insbesondere soll eine wirkungsvolle Wärmeabschirmung ermöglicht werden, die auch bei geringem zur Verfügung stehendem Bauraum einsetzbar ist.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Dämpfungsraum zumindest bereichsweise von wenigstens einem Isolationsraum umgeben ist, der einerseits nach außen gasdicht verschlossen ist und andererseits mit dem Dämpfungsraum über zumindest eine Öffnung in Verbindung steht, jedoch nicht vom Abgas durchströmbar ist.
-
Durch die Verwendung eines den Dämpfungsraum zumindest bereichsweise umgebenden Isolationsraums kann eine gute Wärmeabschirmung erreicht werden, insbesondere wenn der Isolationsraum zusätzlich mit Wärmeisolationsmaterial gefüllt ist. Durch die Anbindung des Isolationsraums an den Dämpfungsraum kann zugleich vermieden werden, dass zusätzlicher Bauraum für die Wärmeabschirmung benötigt wird, denn durch die Anbindung wirkt der Isolationsraum zugleich auch als Schalldämpfung. Es kann auf diese Weise also ein Teil des gesamten Schalldämpfervolumens zugleich zur Wärmeabschirmung verwendet werden, so dass die Wärmeabschirmung keinen zusätzlichen Bauraum erfordert.
-
Zur Bildung des Dämpfungsraumes ist ein Innengehäuse vorgesehen, welches von einem Außengehäuse umschlossen ist. Zwischen Innengehäuse und Außengehäuse ist der Isolationsraum angeordnet. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau und eine gute Abschirmung des Dämpfungsraums nach außen.
-
Das Innengehäuse ist zumindest auf einer Seite schwimmend im Außengehäuse gelagert. Dadurch kann der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Innengehäuses gegenüber dem Außengehäuse aufgrund der größeren Erwärmung des Innengehäuses Rechnung getragen werden. Die Haltbarkeit beeinträchtigende Spannungen können dadurch minimiert werden.
-
Ein besonders günstiger Aufbau des Innengehäuses wird dadurch erreicht, dass das Innengehäuse durch mindestens zwei eine Umfangswand bildende Innenschalen und zwei an je einer Seite der Umfangswand vorgesehene Innenböden gebildet ist, von denen zumindest ein Innenboden mit Schiebesitz im Außengehäuse gelagert und außerdem mit Schiebesitz in die Umfangswand des Innengehäuses eingesetzt ist. Dadurch kann eine weitgehend ungehinderte Wärmeausdehnung des Innengehäuses durch so genannte schwimmende Lagerung sichergestellt werden.
-
Vorzugsweise ist der Dämpfungsraum in besonders hitzeempfindlichen Bereichen von einem Isolationsraum umgeben. Der Dämpfungsraum kann jedoch auch im Wesentlichen vollständig von dem Isolationsraum umgeben sein. Dadurch kann eine praktisch allseitige Wärmeisolation des Schalldämpfers erreicht werden.
-
Die Öffnungen zur Verbindung des Dämpfungsraumes mit dem Isolationsraum sind bevorzugt in solchen Bereichen angeordnet, in denen eine Wärmeabstrahlung nach außen weniger problematisch oder sogar unproblematisch ist. Solche Bereiche können beispielsweise diejenigen sein, die im eingebauten Zustand des Schalldämpfers zur Fahrbahn weisen. Die durch die Öffnungen örtlich bedingte größere Erwärmung des Isolationsraums kann dadurch auf unkritische oder weniger kritische Bereiche beschränkt werden.
-
Eine besonders gute Wärmeabschirmung ergibt sich, wenn der Isolationsraum vollständig mit Wärmeisolationsmaterial ausgefüllt ist. Eine vollständige Ausfüllung kann dabei dadurch gefördert werden, dass das Wärmeisolationsmaterial unter Kompression in den Isolationsraum eingebracht ist. Beispielsweise kann das Volumen des Wärmeisolationsmaterials gegenüber dem kraftfreien Zustand um ein Drittel verringert sein.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Wärmeisolationsmaterial ein Material verwendet ist, welches zugleich zur Schallabsorption geeignet ist. Derartige Materialien sind bekannt und erhöhen die Schalldämpfungseigenschaften des Isolationsraums und damit die Schalldämpfungswirkung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers insgesamt.
-
Um eine vollständige Ausfüllung des Isolationsraums mit Wärmeisolationsmaterial zu unterstützen, kann dieses bevorzugt in zwei oder mehr Lagen angeordnet sein. Da geeignete Materialien üblicherweise in Bahnen bestimmter Dicke vorliegen, ist dies auch von der Herstellung her kostengünstig.
-
Bevorzugt über Perforationen in der Wandung des Innengehäuses steht der Isolationsraum mit dem Dämpfungsraum in Verbindung. Die Perforationen können dabei nur in bestimmten Bereichen des Innengehäuses angeordnet sein.
-
Um eine Beeinträchtigung von in dem Isolationsraum vorhandenem Isolationsmaterial durch die heißen Abgase im Dämpfungsraum zu verhindern, ist das Innengehäuse bevorzugt im Bereich der Perforationen mit einer hoch hitzebeständigen Matte, insbesondere einer Keramikfasermatte oder Stahlwollematte umhüllt. Die Lebensdauer des Isolationsmaterials kann dadurch erhöht und die Leistung des Schalldämpfers länger erhalten werden.
-
Um bei diesem Aufbau ein Klappern im Betrieb zu vermeiden, kann zwischen dem Innenboden und der Umfangswand des Innengehäuses ein hochhitzebeständiges Band, insbesondere Stahlwolleband, eingesetzt sein. Die geringe Gasundichtigkeit des Stahlwollebandes bedeutet keinen Nachteil, da der Isolationsraum ohnehin an den Dämpfungsraum angeschlossen ist.
-
Ein günstiger Aufbau für das Außengehäuse ergibt sich ebenfalls, wenn das Außengehäuse durch bevorzugt zwei eine Umfangswand bildende Außenschalen und zwei an je einer Seite der Umfangswand vorgesehene Außenböden gebildet ist. Zur Vermeidung eines Abgasaustritts sind die Außenböden dabei gasdicht mit der Umfangswand verbunden, insbesondere verschweißt.
-
Zum Anschluss des erfindungsgemäßen Schalldämpfers an eine Abgasanlage ist bevorzugt mindestens ein Abgaseinlassrohrstutzen vorgesehen, der gasdicht in eine Einlassöffnung des Außengehäuses eingesetzt ist und eine Einlassöffnung im Innengehäuse, insbesondere in einem der beiden Innenböden, mit Schiebesitz durchgreift. Durch den Schiebesitz kann wieder sichergestellt werden, dass sich das Innengehäuse weitgehend ungehindert ausdehnen kann, wenn es sich im Betrieb erhitzt.
-
Des Weiteren sind zum Anschluss des Schalldämpfers an eine Abgasanlage mindestens ein, insbesondere zwei Abgasauslassrohrstutzen vorgesehen, die gasdicht in eine Auslassöffnung des Außengehäuses eingesetzt sind und je eine Auslassöffnung im Innengehäuse, insbesondere in der Umfangswand, mit Schiebesitz durchgreifen. Auch hier wiederum wird durch den Schiebesitz eine ungehinderte Wärmeausdehnung des Innengehäuses sichergestellt.
-
Durch eine Perforation der Abgasauslassrohrstutzen in dem in den Dämpfungsraum ragenden Bereich kann der Eintrittsquerschnitt der Abgasauslassrohrstutzen vorteilhaft erhöht werden, ohne dass der Durchmesser der Stutzen vergrößert werden muss. Insbesondere bei aufgeladenen, großvolumigen Motoren kann dadurch der Abgasgegendruck gering gehalten werden.
-
Zur Verbesserung der Schalldämpfung insbesondere bei niederen Drehzahlen kann eine Abgasaustrittsöffnung vorgesehen sein, die zeitweise, insbesondere motorleistungsabhängig, zumindest teilweise verschließbar ist. Bei niederen Drehzahlen kann dadurch eine höhere Schalldämpfung erreicht werden, indem eine Abgasaustrittsöffnung verschlossen wird. Bei hohen Drehzahlen kann die Öffnung dagegen geöffnet werden, um den Abgasgegendruck möglichst gering zu halten.
-
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Dämpfungsräume vorgesehen, die in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnet sind. Insbesondere bei einer zweiflutigen Abgasanlage ergibt sich dadurch ein platzsparender und kostengünstiger Aufbau.
-
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die beiden Dämpfungsräume im Wesentlichen spiegelbildlich ausgebildet sind, wobei die beiden Dämpfungsräume insbesondere eine gemeinsame Trennwand aufweisen können. Damit werden Bauteile eingespart und können die Kosten gesenkt werden.
-
Besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer als Nachschalldämpfer.
-
Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
-
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer,
-
2 eine Frontalansicht des Schalldämpfers von 1 mit Ein- und Auslassrohren sowie Vorschalldämpfung,
-
3 eine Seitenansicht der Anordnung von 2,
-
4 einen Querschnitt durch den Schalldämpfer von 1 entlang der Linie B-B in 1.
-
5 einen Querschnitt durch den Schalldämpfer von 1 entlang der Linie C-C in 1.
-
Der dargestellte Schalldämpfer 11 ist annähernd spiegelsymmetrisch zu einer Ebene E aufgebaut und weist ein tragendes Außengehäuse 13 auf, das den Schalldämpfer 11 nach außen gasdicht abschließt und mit Prägungen 15 versehen ist. An den beiden Seiten des Schalldämpfers 11 sind Abgaseintrittsöffnungen 16 ausgebildet, in die jeweils ein Abgaseinlassrohrstutzen 17 gasdicht eingesetzt ist, der wiederum über ein Rohr 18 mit einem Vorschalldämpfer 19 verbunden ist, so dass der erfindungsgemäße Schalldämpfer 11 als Nachschalldämpfer ausgebildet ist.
-
Der Schalldämpfer 11 umfasst des Weiteren vier Abgasaustrittsöffnungen 20, in die jeweils ein Abgasauslassrohrstutzen 21 gasdicht eingesetzt ist. Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, schließen an die Abgasauslassrohrstutzen 21 in Strömungsrichtung Abgasrohre 22 an, deren andere Enden im Querschnitt jeweils annähernd quadratisch ausgebildet und in einem im Querschnitt ebenfalls annähernd quadratisch ausgebildeten Endrohr 24 zusammengeführt sind.
-
Der in 1 im Querschnitt dargestellte Schalldämpfer 11 weist neben dem Außengehäuse 13 ein innerhalb des Außengehäuses 13 angeordnetes Innengehäuse 23 mit Prägungen 25 auf. Das Innengehäuse 23 begrenzt zwei zur Schalldämpfung und annähernd spiegelbildlich ausgebildete Dämpfungsräume 27. Zwischen dem Innengehäuse 23 und dem Außengehäuse 13 ist zur Wärmeisolation ein Isolationsraum 29 ausgebildet, der die Dämpfungsräume 27 praktisch vollständig umgibt, wobei der Isolationsraum 29 vollständig mit wärmeisolierenden und schallabsorbierenden Glas- oder Keramikfasermatten 31 ausfüllt ist.
-
Die elastischen Glas- oder Keramikfasermatten 31 sind in dem Isolationsraum 29 gegenüber ihrem kräftefreien, unmontierten Zustand um ein Drittel ihres Volumens komprimiert, so dass sie gut an die von ebenen Flächen abweichende Geometrie des Innengehäuses 23 und des Außengehäuses 13 anpasst sind und das Volumen des Isolationsraums 29 volständig ausfüllen.
-
Das Außengehäuse 13 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst eine wannenförmige obere Außenschale 33 und eine wannenförmige untere Außenschale 35, die ineinander greifen und in ihrem Überlappungsbereich gasdicht miteinander verschweißt sind (4, 5). In die so ausgebildete Umfangswand 36 des Außengehäuses 13 ist auf jeder Seite ein Außenboden 37 eingesteckt und mit den beiden Außenschalen 33, 35 gasdicht verschweißt, so dass insgesamt ein den Isolationsraum 29 nach außen gasdicht abschließendes Außengehäuse 13 ausgebildet ist.
-
Das Innengehäuse 23 ist ebenfalls mehrteilig ausgebildet und weist zwei nebeneinander angeordnete, wannenförmige obere Innenschalen 39 und zwei nebeneinander angeordnete, wannenförmige untere Innenschalen 41 auf, wobei jeweils eine obere Innenschale 39 und eine untere Innenschale 41 einem der beiden Dämpfungsräume 27 zugeordnet ist. Die oberen Innenschalen 39 sind jeweils über flanschartig nach außen stehende Randbereiche 40 mit analog ausgebildeten Randbereichen 42 der unteren Innenschalen 41 verschweißt (5).
-
Zwischen den beiden durch die nebeneinander angeordneten unteren Innenschalen 41 und oberen Innenschalen 39 gebildeten Umfangswände 44 ist eine zu diesen quer verlaufende Trennwand 43 angeordnet, die die beiden Dämpfungsräume 27 voneinander trennt. Die Trennwand 43 steht allseits über die Umfangswände 44 des Innengehäuses 23 über und ist mit der Innenseite des Außengehäuses 13 verschweißt, um eine erhöhte Stabilität des Schalldämpfers 11 und eine Reduzierung des Körperschalls zu erreichen. Ist die Trennwand 43 gasdicht ausgebildet, sind dadurch zwei unabhängig arbeitende Schalldämpfer-Anlagen in einem Außengehäuse 13 zusammengefasst. Die Trennwand kann aber auch perforiert sein.
-
In Analogie zu dem Außengehäuse 13 ist das Innengehäuse 23 an den beiden von der Trennwand 43 abgewandten Seiten der Umfangswände 44 mit jeweils einem Innenboden 45 versehen. Um eine relative Ausdehnung des Innengehäuses 23 gegenüber dem Außengehäuse 13 zu ermöglichen und um eine Verspannung oder Beschädigung des Innengehäuses 23 aufgrund der thermischen Ausdehnung der Innenschalen 39, 41 während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu verhindern, sind die Innenschalen 39, 41 lediglich mit der Trennwand 43 verschweißt, während sie an den Innenböden 45 verschiebbar gelagert sind.
-
Die Innenböden 45 sind hierfür jeweils mit Schiebesitz in die zugeordnete Umfangswand 44 eingesetzt, wobei zwischen dem Innenboden 45 und der Umfangswand 44 jeweils ein Chromstahlwolleband 51 angeordnet ist. Dieses ermöglicht ein Verschieben der Umfangswand 44 gegenüber dem Innenboden 45, verhindert aber ein Klappern im Betrieb.
-
Die Innenböden 45 sind zudem mit einem die zugehörige Umfangswand 44 ringsum nach außen übergreifenden Kragen 52 versehen, der sich auf der gegenüberliegenden Innenseite des zugeordneten Außenbodens 37 abstützt. Der Innenboden 45 ist so ebenfalls mit Schiebesitz im Außenboden 37 gelagert. Dadurch entsteht insgesamt eine sogenannte einseitig schwimmende und dennoch stabile Lagerung des Innengehäuses 23 im Außengehäuse 13.
-
Die Innenschalen 39, 41 und die Innenböden 45 sind in ihren Wandungen bereichsweise perforiert, wie in 4 für die Innenböden 45 veranschaulicht ist, so dass die Dämpfungsräume 27 mit dem Isolationsraum 29 verbunden sind. Für eine gute akustische Anbindung des Isolationsraums 29 an die beiden Dämpfungsräume 27 sind die Perforationen 47 großflächig in den jeweiligen Mittenbereichen der beiden Innenböden 45 ausgebildet. Die Perforationen der Innenschalen 39, 41 sind nicht dargestellt, in ihren Ausführungen jedoch mit denen der Innenböden 45 vergleichbar.
-
Die Innenschalen 39, 41 und die Innenböden 45 sind jeweils auf ihrer der Glas- oder Keramikfasermatte 31 zugewandten Seite mit einer Chromstahlwollematte 49 belegt. Durch Punktschweißen sind die Chromstahlwollematten 49 an den Innenschalen 39, 41 und den Innenböden 45 fixiert.
-
Die Abgaseinlassrohrstutzen 17 sind in die Abgaseintrittsöffnungen 16 des Schalldämpfers 11 derart eingesetzt, dass sie eine Abgaseintrittsöffnung 54 in dem gegenüberliegenden Innenboden 45 durchgreifen und in dem zugehörigen Dämpfungsraum 27 frei münden. Die Abgasauslassrohrstutzen 21, die in entsprechender Weise in die Abgasaustrittsöffnungen 20 des Schalldämpfers 14 eingesetzt sind, jedoch eine Abgasaustrittsöffnung 55 in der gegenüberliegenden Umfangswand 44 durchgreifen, sind in den in den zugehörigen Dämpfungsraum 27 ragenden Bereichen ihrer Wand mit einer Perforation 53 versehen. Die Abgasrohrstutzen 17, 21 sind jeweils gasdicht mit dem Außengehäuse 13 verschweißt und mit Schiebesitz durch das Innengehäuse 23 in die Dämpfungsräume 27 geführt, so dass das Innengehäuses 23 gegenüber den Rohrstutzen 17, 21 verschiebbar ist.
-
Nachfolgend wird die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
-
Das aus den Verbrennungsräumen einer Brennkraftmaschine austretende heiße Abgas gelangt durch je eine Abgasführung in die beiden Vorschalldämpfer 19 und die beiden daran anschließenden Abgaseinlassrohre 18 und von dort in die beiden Dämpfungsräume 27 der im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildeten Abgasanlage (1, 2).
-
In den Dämpfungsräumen 27 (1) werden die Schallwellen in Abhängigkeit von der Geometrie des Innengehäuses 23 und der Dimensionierung der Einlassrohrstutzen 17 sowie Auslassrohrstutzen 21 durch Reflexion und Resonanz gedämpft. Der durch die Dämpfungsräume 27 hindurchgeleitete Abgasstrom kann den Schalldämpfer 11 weitgehend ungehindert durchströmen und gelangt über die Abgasauslassrohrstutzen 21 und die Abgasrohre 22 in das Endrohr 24 und von dort ins Freie.
-
Das Abgas dringt durch die Perforationen 47 der oberen und unteren Innenschalen 39, 41 und der Innenböden 45 (4) und durch die an den Innenschalen 39, 41 und Innenböden 45 angebrachten Chromstahlwollematten 49 auch in den mit Glas- oder Keramikfasermatten 31 ausgefüllten Isolationsraum 29 ein, durchströmt diesen aber nicht. Durch die im Isolationsraum vorhandenen Glas- oder Keramikfasermatten 31 werden die Schallwellen teilweise geschluckt und durch Reibung in Wärme umgewandelt. Dadurch ergibt sich zusätzlich eine Absorptionsschalldämpfung.
-
Das durch die Dämpfungsräume 27 geleitete heiße Abgas gibt aufgrund des direkten Kontaktes mit dem Innengehäuse 23 große Teile seiner Wärmeenergie an das Innengehäuse 23 ab, so dass sich dieses stark erwärmt, wobei sich die Innenschalen 39, 41 des Innengehäuses 23 aufgrund ihrer schwimmenden Lagerung weitgehend frei thermisch ausdehnen können. Da der Isolationsraum 29 nicht vom Abgas durchströmt ist, heizt sich dieser nicht so stark auf. Zudem wird eine Weitergabe der Wärme an das Außengehäuse 13 und damit nach außen durch die im Isolationsraum 29 angeordneten Glas- oder Keramikfasermatten 31 weitgehend verhindert, so dass die nach außen gerichtete Oberfläche des Außengehäuses 13 des Schalldämpfers 11 vergleichsweise kühl gehalten wird.
-
Der Isolationsraum 29 kombiniert also in vorteilhafter Weise die Funktionalitäten der Wärmeisolation und der Schalldämpfung, so dass auch bei begrenztem Bauraum für die Unterbringung des Schalldämpfers 11 eine ausreichende Wärmeisolation einerseits und eine effektive Schalldämpfung andererseits gewährleistet werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 11
- Schalldämpfer
- 13
- Außengehäuse
- 15
- Prägung
- 16
- Abgaseintrittsöffnung
- 17
- Abgaseinlassrohrstutzen
- 18
- Abgasrohr
- 19
- Vorschalldämpfer
- 20
- Abgasaustrittsöffnung
- 21
- Abgasauslassrohrstutzen
- 22
- Abgasrohr
- 23
- Innengehäuse
- 24
- Endrohr
- 25
- Prägung
- 27
- Dämpfungsraum
- 29
- Isolationsraum
- 31
- Glas- oder Keramikfasermatte
- 33
- obere Außenschale
- 35
- untere Außenschale
- 36
- Umfangswand
- 37
- Außenboden
- 39
- obere Innenschale
- 40
- Flansch
- 41
- untere Innenschale
- 42
- Flansch
- 43
- Trennwand
- 44
- Umfangswand
- 45
- Innenboden
- 47
- Perforation
- 49
- Chromstahlwollematte
- 51
- Chromstahlwolleband
- 52
- Kragen
- 53
- Perforation
- 54
- Abgaseintrittsöffnung
- 55
- Abgasaustrittsöffnung