DE3836589C2 - Kompaktschalldämpfer für Nutzfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompaktschalldämpfer, vorzugsweise für Nutzfahrzeuge mit mehreren in einem Gehäuse angeordneten Kammern, von denen mindestens die jeweils stirnseitig erste und die letzte als Ab­ sorptionskammer ausgebildet ist, mit mindestens einer Abgaseintrittsleitung und einer mit Abgasdurchtritts­ öffnungen versehenen Abgasaustrittsleitung, die in einer zweiten Kammer enden, wobei die erste Kammer von der zweiten Kammer durch eine perforierte Wand getrennt ist und die Abgasaustrittsleitung eine nichtperforierte Trennwand zwischen der zweiten und der dritten Kammer durchdringt.

Solche Kompaktschalldämpfer werden insbesondere bei Nutzfahrzeuge mit Turbomotoren hoher Leistung einge­ setzt. Für derartige Fahrzeuge sind bereits Schall­ dämpfer bekannt, die auch bei geringem Abgasgegen­ druck eine breitbandige Dämpfung bewirken. So zeigt z. B. die DE-PS 31 25 083 einen Schalldämpfer der gat­ tungsgemäßen Art mit drei Kammern, einer Absorptions­ eintritts- und -austrittskammer und einer dazwischen­ liegenden Reflexionskammer, sowie eine seitliche Ab­ gaszuführung mit freier Einströmung in die zweite Kammer über einen Abgaseintrittsstutzen und eine die zweite und dritte Kammer durchdringende Abgasaus­ trittsleitung, die über eine Eintrittsbrause an der zweiten Kammer angeschlossen ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit durch Turbolader aufgeladenen Motoren die Dämpfungseigenschaften noch verbessert werden müssen. Außerdem ist dieser bekannte Schalldämpfer noch zu großvolumig, so daß ein Einbau in die Bodengruppe von Fahrzeugen große Schwierigkeiten bereitet.

Aus der Druckschrift DE-U-86 19 693 ist ebenfalls ein Dreikammerschalldämpfer mit einem mit einer Ein­ trittsbrause versehenen Abgaseintrittsrohr und einem schräg aus der mittleren Kammer herausgeführten Ab­ gasaustrittsrohr bekannt. Bei dieser Anordnung ist das Abgasaustrittsrohr auf der Innenwand mit Schall­ schluckstoff belegt, wodurch eine Verringerung der Abgasdurchtrittsfläche auftritt und damit ein höherer Abgasgegendruck und bei dem die Gefahr des Ausblasens des Absorptionsstoffes und damit ein zunehmender Ver­ lust an Wirksamkeit besteht. Durch diese Belegung des Abgasaustrittsrohrs ergibt sich außerdem eine Ver­ teuerung in der Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen be­ sonders kompakten Schalldämpfer mit einer noch breit­ bandigeren Dämpfung des Mündungsschalles bei geringem Abgasgegendruck aufzuzeigen, der auch bei beengten Einbauverhältnissen in Nutzfahrzeugen mit Hoch­ leistungsmotoren verwendet werden kann.

Ausgehend von dem gattungsbildenden Schalldämpfer nach der DE-PS 31 25 083 wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Mit dieser Anordnung ergibt sich die angestrebte Schall­ dämpfung bei geringem Einbauvolumen. Für die Verwen­ dung in einer Zweistranganlage ist in einem Winkel 90° zur Abgaseintrittsleitung ein weiterer der Zu­ führung des Abgases in die zweite Kammer dienender Abgasstutzen am Gehäuse angeordnet. Dabei erfolgt die Zuleitung des Abgases aus der zweiten Abgasleitung über den Stutzen in die zweite Kammer hinein, ohne daß das Rohr in diese Kammer hineinragen muß. Ein be­ vorzugter Ort für diesen Stutzen ist die räumliche Nähe zu dem Abgasaustrittsrohr.

Eine weitere zweck­ mäßige Ausgestaltung des Kompaktschalldämpfers ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem querschnittsgröße­ ren, schräggestellten Abschnitt der Abgasaustritts­ leitung ein teilweise mit einer Perforation versehe­ ner, stirnseitig geschlossener Abzweigresonator ange­ ordnet ist, dessen perforierter Abschnitt in die durch eine Trennwand von der dritten Kammer abgeteil­ ten als Absorptionskammer ausgebildeten Endkammer ragt. Mit dieser Ausführung wird eine weitere Verbes­ serung der Schalldämpfeigenschaften erreicht.

Eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen Schall­ dämpfers, insbesondere hinsichtlich seiner Herstel­ lung, ergibt sich dadurch, daß der schräggestellte Abschnitt der Abgasaustrittsleitung als ein aus Halb­ schalen gebildetes Bauteil ausgebildet ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Gehäuses etwa 1,2 bis 1,3 beträgt. Es hat sich gezeigt, daß bei diesen Verhältnissen die Größe der einzelnen Kammern und die Führung der Abgasrohre so­ wie deren Zuordnung zueinander besonders günstig sind. Zu einer weiteren Verbesserung der Schall­ dämpfleistung trägt auch bei, daß gemäß einer beson­ ders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung die Querschnittsflächenvergrößerung des schräggestellten Teiles der Abgasaustrittsleitung um etwa das 1,2- bis 1,3fache der jeweiligen Querschnittsfläche der beiderseits angeschlossenen Abschnitte beträgt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung beträgt die Quer­ schnittsfläche des Abzweigresonators etwa das 0,8- bis 1fache jeder der Querschnittsflächen der Ab­ schnitte, die beiderseits des schräggestellten Ab­ schnittes der Abgasaustrittsleitung angeordnet sind.

Bezüglich der Wahl der Perforation in den einzelnen Rohren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Perforation der Leitungsabschnitte im Bereich der zweiten Kammer einen Durchmesser von etwa 8 bis 12 mm und die des schräggestellten Teiles der Abgasaustrittsleitung in der dritten Kammer einen Durchmesser von etwa 3,5 mm aufweist. Hierbei ist insbesondere das Verhältnis der Durchmesser zueinander wichtig, so daß es zweckmäßig ist, bei der Änderung des Durchmessers in den Leitungsabschnitten in der zweiten Kammer im entspre­ chenden Verhältnis die Perforation in dem schräg­ gestellten Teil der Abgasaustrittsleitung zu wählen.

Im folgenden wird anhand der beigefügten Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kompakt­ schalldämpfers beschrieben. Die Abb. zeigt dabei schematisch den Aufbau des Kompaktschalldämpfers.

Der in der Abb. dargestellte Schalldämpfer be­ steht aus einem Gehäuse 1 mit einem eingeschweißten oder gefalzten eintrittsseitigen Boden 2 und einem austrittsseitigen Boden 3 und ist in einzelne Kammern unterteilt. Die stirnseitig erste Kammer 4 ist als Absorptionskammer mit einer Füllung aus Absorptions­ stoff 5 ausgebildet und gegenüber der zweiten Kammer 6 durch eine Trennwand 7 begrenzt, die Abgasdurch­ trittsöffnungen 8 zur akustischen Ankopplung der Kam­ mer 6, die als Eintrittskammer anzusehen ist, auf­ weist. An die zweite Kammer 6 schließt sich eine dritte Kammer 9 an, die von der zweiten Kammer 6 durch eine Trennwand 10 abgegrenzt ist und als Absorptionskammer mit einer Füllung aus Absorptions­ stoff 11 versehen ist. Die Abgaseintrittsleitung 12 verläuft in Achsrichtung des Schalldämpfers und durchdringt die erste Kammer 4 und endet in der Ein­ trittskammer 6 und weist im Bereich der Eintrittskam­ mer 6 eine Perforation 13 auf. Dabei kann dieser perforierte Abschnitt stirnseitig verschlossen sein und bis an die Trennwand 10 geführt sein. Es ist aber auch möglich, die Abgaseintrittsleitung 12 am Ende offen zu lassen und sie nur bis in den stromab hinte­ ren Bereich der Kammer 6 zu führen, so daß das Abgas dort austreten kann. Diese Anordnung kann wahlweise ebenfalls eine Perforation 13 aufweisen. Diese Ausge­ staltung der Abgaseintrittsleitung 12 mit einer Loch­ brause oder endseitig offen dient ebenso wie die Wahl des Durchmessers der Perforation 13 der akustischen Abstimmung. In dem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Perforation 13 etwa 8 bis 12 mm. Zum Anschluß einer zweiten - nicht dargestellten - Ab­ gaseintrittsleitung bzw. einer Zweistrangabgasanlage ist an dem Gehäuse 1 im Bereich der Eintrittskammer 6 ein Abgasstutzen 14 angeordnet, und zwar vorzugsweise in relativer räumlicher Nähe zu dem im Bereich der Eintrittskammer 6 angeordneten Abschnitt 15a der Ab­ gasaustrittsleitung 15 und vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Schalldämpfers. Wenn es die Führung der Abgasleitung des Fahrzeuges verlangt, kann der Abgasstutzen 14 auch spitzwinklig angeordnet sein.

Die Abgasaustrittsleitung besteht aus drei Abschnit­ ten. Der in Durchströmrichtung erste Abschnitt 15a liegt im Bereich der Eintrittskammer 6 und weist vor­ zugsweise einen runden Querschnitt auf und kann als Lochbrause mit einer Perforation 16 ausgebildet sein und bis an die Trennwand 7 zwischen der ersten Kammer 4 und der Eintrittskammer 6 reichen oder als Rohr mit offenem Eintritt ausgebildet sein, wobei der offene Eintritt in der stromab ersten Hälfte der Kammer 6 liegt. Im Ausführungsbeispiel besteht die Perforation 16 aus Bohrungen mit einem Durchmesser von 8 bis 12 mm entsprechend der Perforation 13 in der Abgasein­ trittsleitung 12 und dient, wie auch die weiteren Perforationen, ebenfalls der akustischen Abstimmung. An diesen Abschnitt 15a schließt sich ein in der dritten Kammer 9 angeordneter Abschnitt 15b an. Die­ ser weist eine um 20 bis 30% größere Querschnitts­ fläche auf gegenüber jedem der Abschnitte 15a und 15c. Der Querschnitt dieses Abschnittes 15b ist vor­ zugsweise oval und kann in einer besonders zweckmäßi­ gen Ausführung aus zwei Halbschalen gebildet sein. In dieser Ausgestaltung werden eintritts- und austritts­ seitig die Abschnitte 15a und 15c eingeschweißt. Auch der Abschnitt 15b ist mit einer Perforation 16 ver­ sehen. Im Ausführungsbeispiel besteht diese Perfora­ tion 16 aus Bohrungen mit 3,5 mm Durchmesser. Dieser Abschnitt 15b ist gegenüber dem Abschnitt 15a abge­ winkelt und durchdringt durch diese Schrägstellung die Kammer 9 in einem längeren Abschnitt. Im Ausfüh­ rungsbeispiel liegt die Schrägstellung im Bereich von etwa 45° gegenüber der Längsachse des Schalldämp­ fers. Der in Durchströmrichtung folgende Abschnitt 15c bildet den Anschlußstutzen für die Abgasleitung zum Abgasaustritt ins Freie, kann auch selbst Aus­ trittsstutzen der Gesamtanlage sein. Dieser Abschnitt 15c weist natürlich keine Perforation auf und ist mit dem Gehäuse 1, z. B. durch Schweißung, verbunden.

Eine weitere Verbesserung der Schalldämpfung kann ge­ mäß einer Weiterführung durch die in der Abb. eingezeichnete Anordnung eines Abzweigresonators 17 erreicht werden. Dieser ist an dem Abschnitt 15b der Abgasaustrittsleitung 15 angeschlossen und kann an den Halbschalen des Abschnittes 15b angeformt und da­ mit ebenfalls aus Halbschalen gebildet sein; er kann aber auch Rohrform aufweisen und nur an einer der Halbschalen von 15b angeordnet sein. Bei dieser Aus­ führung ragt der Abzweigresonator 17 mit Perforation 18 in eine als Absorptionskammer ausgebildete Endkam­ mer 19, die durch eine Trennwand 20 von der Kammer 9 getrennt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel lag das Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Schalldämp­ fers bei etwa 1,3.

Claims (8)

1. Kompaktschalldämpfer, vorzugsweise für Nutzfahr­ zeuge mit mehreren in einem Gehäuse angeordneten Kammern, von denen mindestens die jeweils stirn­ seitig erste und letzte Kammer als Absorptionskam­ mer ausgebildet ist, mit mindestens einer Ab­ gaseintrittsleitung und einer mit Abgasdurch­ trittsöffnungen versehenen Abgasaustrittsleitung, die in einer zweiten Kammer enden, wobei die erste Kammer von der zweiten Kammer durch eine perfo­ rierte Wand getrennt ist und die Abgasaustritts­ leitung eine nichtperforierte Trennwand zwischen der zweiten und einer dritten Kammer durchdringt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaseintrittslei­ tung (12) bis in den Bereich der nicht perforier­ ten Trennwand (10) zwischen der zweiten (6) und der dritten Kammer (9) hineinragt und im Bereich der zweiten Kammer (6) mehrere Abgasdurchtritts­ öffnungen (13) aufweist,
daß die Abgasaustrittsöffnungen (16) aufweisende Abgasaustrittsleitung in der zweiten Kammer (6) etwa parallel zur Abgaseintrittsleitung (12) ver­ läuft und in der dritten Kammer (9) in Richtung eines entfernt gelegenen Mantelabschnittes ab­ schwenkt und durch diesen Mantelabschnitt aus dem Gehäuse (1) austritt, und
daß der in der dritten Kammer (9) angeordnete Ab­ schnitt (15b) der Abgasaustrittsleitung (15) eine größere Querschnittsfläche aufweist als der Ab­ schnitt (15a) im Bereich der zweiten Kammer (6) und als der Austrittsstutzen (15c).

2. Kompaktschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem Winkel 90° zur Ab­ gaseintrittsleitung (12) ein weiterer der Zufüh­ rung des Abgases in die zweite Kammer (16) dienen­ der Abgasstutzen (14) am Gehäuse (1) angeordnet ist.

3. Kompaktschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem querschnitts­ größeren, schräggestellten Abschnitt (15b) der Ab­ gasaustrittsleitung (15) ein teilweise mit einer Perforation (18) versehener, stirnseitig geschlos­ sener Abzweigresonator (17) angeordnet ist, dessen perforierter Abschnitt in die durch eine Trennwand (20) von der dritten Kammer (9) abgeteilte, als Absorptionskammer ausgebildeten Endkammer (19) ragt.

4. Kompaktschalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schräggestellte Abschnitt (15b) der Abgasaustrittsleitung (15) als ein aus Halbschalen gebildetes Bauteil ausgebildet ist.

5. Kompaktschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Gehäuses etwa 1,2 bis 1,3 beträgt.

6. Kompaktschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer­ schnittsflächenvergrößerung des schräggestellten Teiles (15b) der Abgasaustrittsleitung (15) etwa das 1,2- bis 1,3fache der jeweiligen Querschnitts­ flächen der beiderseits angeschlossenen Abschnitte (15a, 15c) beträgt.

7. Kompaktschalldämpfer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer­ schnittsfläche des Abzweigresonators (17) etwa das 0,8- bis 1fache jeder der Querschnittsflächen der Abschnitte (15a, 15c), die beiderseits des schräg­ gestellten Abschnittes (15b) der Abgasaustritts­ leitung (15) angeordnet sind, beträgt.

8. Kompaktschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforation (13, 16) der Leitungsabschnitte (12, 15) im Be­ reich der zweiten Kammer (6) einen Durchmesser von etwa 8 bis 12 mm und die des schräggestellten Tei­ les (15b) der Abgasaustrittsleitung (15) in der dritten Kammer (9) etwa 3,5 mm Durchmesser auf­ weist.