DE10354699A1

DE10354699A1 - Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10354699A1
Application number: DE2003154699
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing. Voss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2003-11-22
Filing date: 2003-11-22
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-23
Also published as: DE10354699B4

Abstract

Dieser Abgasschalldämpfer ist für Brennkraftmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, geeignet, und er umfasst zwei in einem einheitlichen Gehäuse ausgebildete Kammern, wovon jede mit einem von einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine ausgehenden Abgaseinleitungs- und einem Abgasableitungsrohr verbunden ist. DOLLAR A Um diesen Abgasschalldämpfer zu optimieren, ist das einheitliche Gehäuse vermittels einer mittig angeordneten Trennwand in zwei gleich große, nebeneinander liegende Kammern unterteilt, und in der Trennwand ist wenigstens eine teilweise oder vollständig verschließbare Durchgangsöffnung vorgesehen, wobei die Mittel zum Öffnen bzw. zum Verschließen der Durchgangsöffnung von einem ansteuerbaren Hilfsmotor angetrieben sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasschalldämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für Brennkraftmaschinen.

Aus der DE-PS 447 477 ist ein Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen bekannt, in dessen einheitlichem Gehäuse zwei durch eine Trennwand voneinander getrennte Kammern ausgebildet sind, und bei dem in der Trennwand eine Anzahl von Durchgangsöffnungen für das Abgas vorgesehen sind, welche mittels einer antreibbaren Lochplatte mehr oder weniger verschlossen werden können. Charakteristisch für diesen Abgasschalldämpfer ist, dass die beiden im Gehäuse untergebrachten und voneinander durch die Trennwand getrennten Kammern in Abgasströmungsrichtung hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei eine erste Kammer mit einem Abgaseinströmrohr und eine zweite Kammer mit einem Abgasabströmrohr verbunden ist. Die Durchgangsöffnungen in der Trennwand können nicht völlig verschlossen werden, woraus eine begrenzte Modulation der Schalldämpfung resultiert.

Aus der DE-PS 196 19 173 ist ein Abgasschalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik, insbesondere für Brennkraftmaschinen, bekannt, welcher ein mit einem Eingangsrohr und einem Ausgangsrohr verbundenes einheitliches Gehäuse besitzt, in welchem zwischen Eingangsrohr und einem Ausgangsrohr eine Trennwand vorgesehen ist. In der Trennwand sind zur Sicherstellung eines definierten Abgasflusses zwischen einem Eingangsrohr und einem Ausgangsrohr Perforationen und/oder wenigstens ein im Querschnitt begrenzter Leitungsweg vorgesehen. Im Übrigen ist die Trennwand von wenigstens einem, im Wesentlichen im Sinne einer Orgelpfeife, verschließbaren Zwischenrohr durchsetzt, wobei ein Zwischenrohr entsprechend einer definierten Dämpfungscharakteristik freigegeben oder verschlossen wird. Das Zwischenrohr ist dabei über einen Längenabschnitt hin als Venturi-Düse ausgebildet, von welcher eine einen Aktuator beaufschlagende Druckleitung zur Ansteuerung der Freigabe bzw. des Verschließens des besagten Zwischenrohres abzweigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunge einen Abgasschalldämpfer für eine zweiflutige Abgasanlage einer Brennkraftmaschine derart auszugestalten, dass wahlweise einerseits eine automatische Geräuschpegelbeeinflussung in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen, insbesondere Drehzahl und/oder Drehmoment, der Brennkraftmaschine, und andererseits eine willkürliche Geräuschmodulation für die Erzielung eines sog. sportlichen Abgasgeräusches erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende, zweckmäßige oder vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass es bei Einsatz geringer technischer Mittel möglich ist, eine im Sinne einer Komfortsteuerung optimale Minimierung des Abgasgeräusches zu erreichen. Vor allem ermöglicht eine unmittelbare Ansteuerung des einen Stellmotor bildenden Hilfsmotors in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Verwendung ohnehin in elektronischer Form vorliegender Daten zur Ansteuerung der Verstellung der Durchgangsöffnungen in der Trennwand des Abgasschalldämpfers, und zwar dergestalt, dass zumindest über einen auswählbaren Drehzahlbereich bzw. eine auswählbare Drehmomentanforderung hin eine selbständige Optimierung der Dämpfungscharakteristik des Abgasschalldämpfers erfolgen kann. Dies beruht hauptsächlich darauf, dass sich aus der Verwendung der Daten der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Möglichkeit einer Veränderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine automatisch und unmittelbar, d.h. verzögerungsfrei ergibt.

Zur Erzielung einer praktisch verzögerungsfrei und vorzugsweise stufenlos vorzunehmenden Veränderung der lichten Öffnungsweiten der Durchgangsöffnungen in der Trennwand empfiehlt sich der Einsatz von Schiebern und deren Antrieb durch einen mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestatteten, drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor, wobei je nach Ausbildung des Schiebers als Drehschieber oder als linear hin- und hergehender Schieber eine geeignete Kraftübertragung, Welle oder Kurbeltrieb, vorgesehen sein kann.

In einer bevorzugten Verwirklichungsform wird der die wirksame lichte Weite der Durchgangsöffnungen in der Trennwand beherrschende Schieber in Abhängigkeit von der aktuellen Motordrehzahl der Brennkraftmaschine derart angesteuert, dass bei niedrigen Drehzahlen und niedrigem Drehmoment und auch bei hohen Drehzahlen und hohem Drehmoment die beiden Kammern des Abgasschalldämpfers durch Verschließen der Durchgangsöffnung in der Trennwand vollständig gegeneinander abgeschottet sind, während die Durchgangsöffnung in der Trennwand in der unteren Hälfte eines mittleren Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine bei ansteigendem Drehmoment und ansteigender Drehzahl völlig freigegeben und die Durchgangsöffnung ausgehend von der unteren Hälfte des mittleren Drehzahlbereiches zu höheren Drehzahlen und steil ansteigendem Drehmoment hin stufenweise oder kontinuierlich verschlossen wird.

Eine besondere, als Sportmodus abgewandelte Gestaltungsform, die weniger auf eine größtmögliche Dämpfungscharakteristik sondern vielmehr auf eine gewisse, vielfach als angenehm empfundene Klangform des Abgasgeräusches abzielt, sieht vor, dass die drehzahlabhängige Ansteuerung des Öffnens oder Verschließens der Durchgangsöffnung in der Trennwand zwischen den beiden Kammern des Abgasschalldämpfers von einem Signal für eine, beispielsweise durch die Gangwahl oder die Fahrpedalbetätigung ausgedrückte Fahreranforderung bezüglich eines höheren Drehmomentes oder einer Erhöhung der Motorleistung, insbesondere im volllastnahen Bereich, zumindest teilweise übersteuert werden kann.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben.

Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Abgasschalldämpfers für eine zweiflutige Abgasanlage;

2a eine erste Ausführungsform eines Drehschiebers zum Verschließen oder Freigeben von Durchgangsöffnungen in einer Trennwand zwischen den beiden Kammern eines Abgasschalldämpfers gemäß 1;

2b eine zweite Ausführungsform eines Drehschiebers zum Verschließen oder Freigeben von Durchgangsöffnungen in einer Trennwand zwischen den beiden Kammern eines Abgasschalldämpfers gemäß 1;

2c eine dritte Ausführungsform eines Drehschiebers zum Verschließen oder Freigeben von Durchgangsöffnungen in einer Trennwand zwischen den beiden Kammern eines Abgasschalldämpfers gemäß 1;

3 eine Verwirklichungsform eines linear verstellbaren Flachschiebers Drehschiebers zum Verschließen oder Freigeben von Durchgangsöffnungen in einer Trennwand zwischen den beiden Kammern eines Abgasschalldämpfers gemäß 1, in seiner die Durchgangsöffnungen in der Trennwand vollständig freigebenden Stellung;

4 der Flachschieber nach 3 in seiner die Durchgangsöffnungen in der Trennwand teilweise freigebenden Stellung;

5 eine Darstellung einer ausgewählten Möglichkeit zur Auswahl der Ansteuerungskriterien für das Öffnen und Verschleißen der Durchgangsöffnungen in der Trennwand des Abgasschalldämpfers in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine.

Der in der 1 schematisch dargestellte Abgasschalldämpfer 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2, welches mittig durch eine quer zu seiner Längsachse gerichtete Trennwand 3 in zwei nebeneinanderliegende Kammern 4 und 5 unterteil ist. Jede der beiden Kammern 4 und 5 ist über ein Rohr 6 bzw. 7 mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten zweiflutigen Abgasanlage einer Brennkraftmaschine verbunden und verfügt im Weiteren über ein Abgasableitungsrohr 8 bzw. 9. Die Trennwand 3 ist mit einer Anzahl von Durchgangsöffnungen 10 versehen, die mittels eines Schiebers 11 mehr oder weniger freigegeben oder völlig verschlossen werden können. Dem Antrieb des Schiebers 11 ist ein Hilfsmotor 12 zugeordnet, der über ein Kraftübertragungselement 13 mit dem Schieber 10 in Antriebsverbindung steht.

Bei der in der 2 dargestellten Ausführungsform sind in der Trennwand 3 vier Durchgangsöffnungen 10a vorgesehen, denen als Mittel zum Öffnen bzw. zum Verschließen deckungsgleiche Ausnehmungen in einer rotierend antreibbaren Schieberplatte 11a zugeordnet sind.

Bei der in der 2a dargestellten Ausführungsform sind in der Trennwand 3 zwei Segmente 14 und 14a vorgesehen, die mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 10b versehen sind. Den in den beiden Segmenten 14 und 14a vorgesehenen Durchgangsöffnungen 10b ist als Mittel zum Öffnen bzw. zum Verschließen der Durchgangsöffnungen 10b ein zweiflügeliger Drehschieber 11b zugeordnet, dessen Flügelflächen 15 und 15a jeweils wenigstens deckungsgleich zur Grundrissform der beiden Segmente 14 und 14a sind.

Bei der in der 2b dargestellten Ausführungsform sind in der Trennwand 3 insgesamt vier Segmente 14b bis 14e vorgesehen, innerhalb welcher eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 10c angeordnet ist. Den in den Segmenten 14b bis 14d vorgesehenen Durchgangsöffnungen 10c ist als Mittel zum Öffnen bzw. zum Verschließen ein vierflügeliger Drehschieber 11c zugeordnet, dessen jeweilige Flügelflächen 15b bis 15e jeweils wenigstens deckungsgleich zur Grundrissform der beiden Segmente 14b bis 14d sind.

In den Ausführungsformen nach den 1 bis 2b ist das den Hilfsmotor 12 mit dem jeweiligen Drehschieber 10a bis 10c verbindende Kraftübertragungsmittel durch eine Welle 16 gebildet, die gemäß der Darstellung der 1 in zwei zueinander beabstandeten Lagern 17 und 18 angeordnet ist.

In den 3 und 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer mit Durchgangsöffnungen 10d ausgestatteten Trennwand 3 dargestellt, welche sich in dadurch auszeichnet, dass die Durchgangsöffnungen 10d eine rechteckige Grundrissform besitzen und in zueinander paralleler Ausrichtung nebeneinanderliegend angeordnet sind. Ferner ist den Durchgangsöffnungen 10d eine eine entsprechende Anzahl zumindest gleich großer Durchtrittsöffnungen 15f enthaltende, mittels eines Hilfsmotors 12 zwischen einer Verschließstellung und einer Öffnungsstellung hin- und her bewegbare Schieberplatte 11d zugeordnet. Die Antriebsübertragung zwischen dem Hilfsmotor 12 und der linear hin- und hergehend zu bewegenden Schieberplatte 11d erfolgt hierbei mit einem Kurbeltrieb 19. Die Darstellung der 3 zeigt die Stellung der Schieberplatte 11d bei völlig geöffneten Durchgangsöffnungen 10d und die Darstellung der 4 die Stellung der Schieberplatte 11d bei teilweise verschlossenen Durchgangsöffnungen 10d in der Trennwand 3. Die linear hin- und hergehend bewegbare Schieberplatte 11d ist bei der gezeigten Ausführungsform in an der Trennwand 3 befestigten bzw. mit der Trennwand 3 verbundenen Führungsschienen 20 geführt und abgestützt.

In der 5 ist beispielhaft eine mögliche Ansteuerungsweise der Schieber 11 zum automatischen Freigeben und Verschließen der Durchgangsöffnungen 10 in der Trennwand 3 in Abhängigkeit bestimmter Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angegeben. Danach bleiben die Durchgangsöffnungen 10 bei niedrigen Drehzahlen und geringem Drehmoment der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem niedrigen Drehzahlbereich M1 geschlossen, so dass keinerlei Verbindung zwischen den beiden Kammern 4 und 5 des Abgasschalldämpfers 1 besteht. Unabhängig von der Ausbildung der Durchgangsöffnungen 10 in der Trennwand 3 wird der Hilfsmotor 12 und damit der Schieber 11 im Sinne eines völligen Freigebens der Durchgangsöffnungen 10 angesteuert, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen unteren Bereich M2 einer mittleren Drehzahl erreicht bzw. erreicht hat und wird im Weiteren der Hilfsmotor 12 nachfolgend im Sinne eines kontinuierlichen oder schrittweise zunehmenden Verschließens der Durchgangsöffnungen 10 angesteuert, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen ersten Teilbereich M2a eines oberen Bereiches der mittleren Drehzahl erreicht bzw. erreicht hat. Beginnend mit dem Erreichen eines zweiten Teilbereiches M2b des oberen Bereiches der mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine wird der Hilfsmotor 12 und damit der Schieber 11 im Sinne eines zunehmenden Verschließens der Durchgangsöffnungen 10 in der Trennwand 3 angesteuert, bis die Durchgangsöffnungen 10 bei Erreichen des hohen bzw. höchsten Drehzahlbereiches M3 der Brennkraftmaschine wiederum völlig verschlossen und damit die beiden Kammern 4 und 5 des Abgasschalldämpfers wiederum vollständig gegeneinander abgeschottet sind.

Claims

Abgasschalldämpfer für Brennkraftmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, welcher zwei in einem einheitlichen Gehäuse ausgebildete Kammern umfasst, wovon jede mit einem von einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine ausgehenden Abgaseinleitungs- und einem Abgasableitungsrohr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das einheitliche Gehäuse (2) vermittels einer mittig angeordneten Trennwand (3) in zwei gleich große, nebeneinanderliegende Kammern (4 und 5) unterteilt ist und in der Trennwand (3) wenigstens eine teilweise oder vollständig verschließbare Durchgangsöffnung (10 bis 10d) vorgesehen ist, wobei die Mittel zum Öffnen bzw. zum Verschließen der Durchgangsöffnung (10 bis 10d) von einem ansteuerbaren Hilfsmotor (12) angetrieben sind.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Öffnen bzw. Verschließen der wenigstens einen Durchgangsöffnung (10 bis 10d) in der Trennwand (3) durch mittels des Hilfsmotors (12) zwischen einer völligen Verschließstellung und einer völligen Freigabestellung hin und her bewegbare Schieber (11 bis 11d) gebildet sind.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (12) durch einen mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestatteten, drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor gebildet ist, und mit dem die wenigstens eine Durchgangsöffnung (10 bis 10d) beherrschenden Schieber (11 bis 11d) vermittels eines Kraftübertragungsmittels (13) in Antriebsverbindung steht.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (12) in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen, insbesondere der aktuellen Motordrehzahl, der Brennkraftmaschine derart ansteuerbar ist, dass bei niedrigen Drehzahlen und folglich niedrigem Drehmoment und auch bei hohen Drehzahlen und hohem Drehmoment die beiden Kammern (4 und 5) des Abgasschalldämpfers (1) durch Verschließen der wenigstens einen Durchgangsöffnung (10 bis 10d) in der Trennwand (3) vollständig gegeneinander abgeschottet sind.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (12) in der unteren Hälfte (M1) eines mittleren Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine bei ansteigendem Drehmoment im Sinne einer völligen Freigabe der wenigstens einen Durchgangsöffnung (10 bis 10d) in der Trennwand (3) und ausgehend von der unteren Hälfte (M1) des mittleren Drehzahlbereiches zu höheren Drehzahlen und steil ansteigendem Drehmoment hin im Sinne eines stufenweisen oder kontinuierlichen Verschließens der Durchgangsöffnung (10 bis 10d) in der Trennwand (3) angesteuert wird.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängige Ansteuerung des Hilfsmotors (12) zum Öffnen oder Verschließen der Durchgangsöffnung (10 bis 10d) zwischen den beiden Kammern (4 und 5) von einem Signal für eine, beispielsweise durch die Gangwahl oder die Fahrpedalbetätigung ausgedrückte Fahreranforderung bezüglich eines höheren Drehmomentes oder einer Erhöhung der Motorleistung, insbesondere im volllastnahen Bereich, zumindest teilweise übersteuert werden kann.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer Anzahl großflächiger, über eine kreisförmige Grundrissfläche hin verteilt in der Trennwand (3) angeordneter Durchgangsöffnungen (10b) ein eine entsprechende Anzahl wenigstens flächengleicher Durchtrittsöffnungen aufweisender, vermittels einer Welle als Kraftübertragungsmittel (13) vom Hilfsmotor (12) angetriebener Drehschieber (11) zugeordnet ist.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer Vielzahl innerhalb von Segmenten (14a bis 14d) einer kreisförmigen Grundrissfläche angeordneten Durchgangsöffnungen (10b) in der Trennwand (3) ein vermittels einer Welle (16) als Kraftübertragungsmittel vom Hilfsmotor (12) angetriebener, zwei oder mehrflügeliger Drehschieber (11b, 11c) zugeordnet ist, wobei die Gesamtfläche der Flügel (15 bis 15c) des Drehschiebers (11b, 11c) mindestens gleich groß wie die Grundrissfläche der die Durchgangsöffnungen enthaltenden Segmente (14 bis 14e) in der Trennwand (3) ist.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer Anzahl über eine quadratische oder rechteckige Grundrissfläche hin verteilt angeordneter, mehr oder minder schlitzförmiger Durchgangsöffnungen (10d) in der Trennwand (3) eine eine entsprechendes Anzahl zumindest gleich großer Durchtrittsöffnungen (10d) enthaltende, mittels eines Hilfsmotors (12) vorzugsweise stufenförmig, zwischen einer Verschließstellung und einer Öffnungsstellung hin- und her bewegbare Schieberplatte (11d) zugeordnet ist.
Abgasschalldämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (12) vermittels eines Kurbeltriebes (19) als Kraftübertragungsmittel mit der Schieberplatte (11d) in Antriebsverbindung steht.