EP4379196A1 - Schalldämpfer für eine abgasanlage - Google Patents

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EP4379196A1
EP4379196A1 EP23210339.0A EP23210339A EP4379196A1 EP 4379196 A1 EP4379196 A1 EP 4379196A1 EP 23210339 A EP23210339 A EP 23210339A EP 4379196 A1 EP4379196 A1 EP 4379196A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
silencer
inlet
outlet
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23210339.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias SCHINDELE
Wolfgang Ruth
Pauline Rivière
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hug Engineering AG
Original Assignee
Hug Engineering AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hug Engineering AG filed Critical Hug Engineering AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/02—Two or more expansion chambers in series connected by means of tubes

Definitions

  • the invention relates to a silencer for an exhaust system.
  • Silencers in exhaust systems serve to minimize the noise emissions emanating from the respective vehicle or stationary system.
  • Silencers are known in various designs with different operating principles, for example in the form of reflection, absorption or resonance silencers.
  • certain sound frequencies are of particular interest in order to achieve optimum noise reduction in the silencer, i.e. an optimum reduction in the sound pressure level.
  • tuning to the relevant sound frequencies can require complex structural modifications to a given silencer.
  • the object of the invention is to provide a silencer for an exhaust system whose sound-damping effect can be flexibly adjusted.
  • the silencer should have a small space requirement.
  • a silencer for an exhaust system with a silencer housing in which an inlet chamber and an outlet chamber fluidically connected to the inlet chamber are formed.
  • the inlet chamber has an inlet pipe for supplying an exhaust gas flow into the inlet chamber and the outlet chamber has an outlet pipe for discharging the exhaust gas flow from the outlet chamber, wherein the inlet pipe and the outlet pipe each have a first pipe section and a second pipe section
  • the inlet pipe and the outlet pipe are circumferentially impermeable to the exhaust gas flow in the respective first pipe section and are circumferentially porous in the respective second pipe section, wherein the first pipe sections each have a predetermined length such that a ⁇ /4 resonator is formed between the respective first pipe section and an inner wall of the silencer housing associated with the respective first pipe section.
  • the sound-reducing effect of a ⁇ /4 resonator is due to the fact that the ⁇ /4 resonator provides a branch of finite length in the sound space, with the finite length being chosen such that a maximum attenuation occurs at a wavelength that corresponds to four times the finite length. In other words, by choosing the finite length, it is possible to tune to a sound frequency that is particularly relevant for reducing the sound level.
  • the invention is based on the basic idea of making the achievable noise reduction of the silencer adaptable by means of a coordinated design of the inlet pipe and the outlet pipe.
  • the lengths of the first pipe sections of the inlet and outlet pipe are selected according to the invention such that the ⁇ /4 resonator formed between the respective first pipe section and the inner wall associated with the respective first pipe section is tuned to a specific sound frequency that is particularly relevant for the respective application.
  • the porosity of the second sections of the inlet and outlet pipe can be used to minimize noise development or to achieve an additional broadband reduction in the sound pressure level and to find an optimal compromise between reducing the sound level and increasing the back pressure in the exhaust system. Adaptation to changing relevant sound frequencies and requirements can thus be achieved by adapting the inlet and outlet pipe used, in particular without having to change the dimensions of the silencer housing.
  • the predetermined length of the first pipe section of the inlet pipe and the predetermined length of the second pipe section of the outlet pipe can be the same or different. In this way, an optimal adjustment to the relevant sound frequencies are possible, the sound level of which is at least reduced via the ⁇ /4 resonators formed. In particular, identical or different sound frequencies in the input chamber and the output chamber can be effectively suppressed. In this way, an additional broadband reduction of the sound pressure level can also be specifically set.
  • the design of the silencer housing is not further restricted according to the invention as long as the inlet and outlet chambers can be formed within the silencer housing.
  • the silencer housing is box-shaped or cylindrical.
  • the exhaust system may be an exhaust system of a vehicle or an exhaust system of a stationary engine.
  • the vehicle may be a land vehicle or a watercraft, for example a motor vehicle or a ship.
  • the stationary engine may be a stationary engine in a power generation facility.
  • the ratio of the porosity in the second pipe section of the inlet pipe is preferably three to six times the porosity in the second pipe section of the outlet pipe.
  • the second pipe section of the inlet pipe preferably has a significantly higher porosity than is the case for the second pipe section of the outlet pipe. It has been found that such a porosity ratio can provide an even better compromise between the desired reduction in the noise level on the one hand and a generally undesirable increase in the back pressure in the exhaust gas flow of the exhaust system on the other.
  • the porosity of the second pipe sections is defined here as the ratio of the sum of the area of all openings in the circumferential surface of the respective pipe section to the total area of the circumferential surface of the respective pipe section. Accordingly, an opening of an axial end of the inlet or outlet pipe that may be adjacent to the second pipe section is not taken into account when calculating the porosity.
  • the ratio of the length of the second pipe section of the inlet pipe to the length of the second pipe section of the outlet pipe is in the range from 1 to 2.
  • the ⁇ /4 resonator formed in the output chamber is tuned to a sound frequency equal to or higher than the sound frequency to which the ⁇ /4 resonator realized in the input chamber is tuned.
  • the ratio of the porosity in the second pipe section of the inlet pipe is three to six times the porosity in the second pipe section of the outlet pipe, and that the ratio of the length of the second pipe section of the inlet pipe to the length of the second pipe section of the outlet pipe is in the range of 1 to 2.
  • the inlet pipe and/or the outlet pipe have an axial end associated with the inlet chamber or the outlet chamber, which is at least partially closed. In this way, the achievable noise reduction is further increased.
  • the axial end of the inlet pipe and/or the outlet pipe can be completely closed.
  • the exhaust gas flows from the inlet pipe or into the outlet pipe only over or through the respective second pipe section.
  • the inlet pipe and/or the outlet pipe can extend into the inlet chamber or the outlet chamber in such a way that the respective axial end of the inlet pipe or the outlet pipe is closed by the inner wall.
  • an exhaust gas aftertreatment element for treating at least one pollutant contained in the exhaust gas flow can be arranged between the inlet chamber and the outlet chamber.
  • the silencer according to the invention is a combined silencer-exhaust gas aftertreatment device, so that in particular a separate exhaust gas aftertreatment device can be dispensed with. This simplifies the structure of the exhaust system and minimizes its installation space requirement.
  • the flexible The design of the inlet and outlet pipes makes it possible, in particular, to realize such a dual function without the silencer housing requiring a greater installation space than that of a silencer without an exhaust gas treatment function and/or an exhaust gas aftertreatment device without a silencer function.
  • the inlet pipe can be a mixing pipe for mixing the exhaust gas flow with a treatment chemical.
  • the inlet pipe can be designed to be used as a mixing pipe for injecting a urea solution, which is used in the exhaust gas aftertreatment element for the catalytic conversion of nitrogen oxides contained in the exhaust gas flow.
  • the inlet chamber and/or the outlet chamber have several sub-chambers which are separated from one another by a partition wall through which the exhaust gas flow can flow.
  • the partition wall is designed in such a way that the exhaust gas flow can flow through it, for example by making the partition wall porous.
  • the partition wall prefferably porous only in a section that is associated with the second pipe section of the inlet pipe or the outlet pipe.
  • a ⁇ /4 resonator can also be formed between the partition wall and the first pipe section of the inlet pipe or the outlet pipe.
  • the partition wall may additionally or alternatively have one or more connecting pipes which fluidically connect the sub-chambers with each other.
  • the acoustic behavior in the entrance chamber and/or the exit chamber can be specifically adjusted by using one or more partition walls in order to achieve an optimal reduction in the noise level.
  • the axial end of the outlet pipe associated with the outlet chamber can be tulip-shaped.
  • high frequency refers here in particular to sound frequencies that correspond to the upper third of the entire frequency distribution of the noise spectrum.
  • high frequency refers to a frequency of over 500 Hz. Such frequencies are caused, for example, by flow noise, which should be avoided or at least reduced.
  • At least one inner wall of the silencer housing can be at least partially lined with a sound-absorbing material in order to further improve the achievable noise reduction, in particular with regard to high-frequency components of the noise spectrum.
  • a sound-absorbing material are known from the prior art.
  • the sound-absorbing material can comprise or be mineral wool.
  • an inner wall of the silencer housing associated with the outlet chamber is at least partially lined with the sound-absorbing material, preferably the inner wall which is arranged furthest downstream in the exhaust gas flow.
  • the sound-absorbing material can be attached via a perforated holding element, in particular via a micro-perforated holding element.
  • Fig.1 shows schematically a cross-sectional view of a first embodiment of a silencer 10 according to the invention.
  • the silencer 10 is part of an exhaust system of a vehicle (not shown), so that the silencer 10 is operated by a Exhaust gas flow generated by an internal combustion engine of the vehicle flows through it.
  • the silencer 10 serves to dampen the noise emissions that arise from the combustion process taking place in the internal combustion engine or from the design of the entire exhaust system, in particular the pipe routing and the pipe lengths of pipes used in the exhaust system.
  • the silencer 10 can also be used for other devices.
  • the silencer 10 can be part of an exhaust system of a stationary engine (not shown), for example a stationary engine of a power generation device.
  • the silencer 10 has a gas-tight silencer housing 12 which is formed by a casing 14 with a top side 16 and a bottom side 18 as well as a first end base 20 and a second end base 22.
  • the silencer housing 12 shown has a substantially rectangular cross-section. However, it is understood that the silencer housing 12 can also be designed differently. Overall, the silencer housing 12 can be box-shaped or cylindrical, for example.
  • Both the inlet chamber 24 and the outlet chamber 26 comprise several sub-chambers 28 and 30 or 32 and 34, which are each separated from each other by a partition wall 36.
  • the inlet chamber 24 has an associated inlet pipe 38 which is designed to direct the exhaust gas flow of the exhaust system into the interior of the muffler housing 12, as indicated by the arrow P 1 in Fig.1 is indicated.
  • the outlet chamber 26 has an associated outlet pipe 40 which is designed to discharge the exhaust gas flow from the interior of the muffler housing 12, as indicated by the arrow P 2 in Fig.1 indicated , for example in downstream components of the vehicle's exhaust system.
  • the inlet pipe 38 comprises a first pipe section 42 and a second pipe section 44 along its axial extension direction, wherein the first pipe section 42 extends from an inner wall 46, which is associated with the top 16 of the silencer housing 12, to the second pipe section 44.
  • the second pipe section 44 in turn runs from the connection point to the first pipe section 42 to an axial end 48 of the inlet pipe 38.
  • the first pipe section 42 of the inlet pipe 38 has a length L 1 in the axial direction of the inlet pipe 38 and the second pipe section 44 of the inlet pipe 38 has a length I 1 in the axial direction of the inlet pipe 38.
  • the total length of the inlet pipe 38 is thus the sum of the lengths L 1 and I 1 .
  • the total length refers only to the length of the inlet pipe 38 by which the inlet pipe 38 extends into the muffler housing 12. It is understood that the inlet pipe 38 can also extend further outward from the muffler housing 12.
  • the inlet pipe 38 is solid, i.e. impermeable to the exhaust gas flow.
  • the inlet pipe 38 has a large number of openings 50 on the circumference, so that the inlet pipe 38 is porous on the circumference.
  • the porosity of the second pipe section 44 is also referred to as porosity x 1 and is determined via the ratio of the sum of the area of all openings 50 in the circumferential surface of the second pipe section 44 to the total area of the circumferential surface of the second pipe section 44.
  • the exhaust gas flow can flow from the inlet pipe 38 into the inlet chamber 24, namely into the sub-chamber 28, both via the axial end 48 and via the openings 50.
  • a ⁇ /4 resonator 54 is formed, wherein the frequency at which the ⁇ /4 resonator 54 has a damping maximum, which is determined by the length L 1 .
  • the damping behavior of the silencer 10 can be specifically adjusted by selecting the inlet pipe 38 used.
  • the outlet pipe 40 comprises a first pipe section 56 and a second pipe section 58 along its axial extension direction, wherein the first pipe section 56 extends from an inner wall 60, which is associated with the underside 18 of the muffler housing 12, to the second pipe section 58.
  • the second pipe section 58 in turn runs from the connection point to the first pipe section 56 to an axial end 62 of the outlet pipe 40.
  • the first pipe section 56 of the outlet pipe 40 has a length L 2 in the axial direction of the outlet pipe 40 and the second pipe section 58 of the outlet pipe 40 has a length I 2 in the axial direction of the outlet pipe 40.
  • the total length of the outlet pipe 40 is thus the sum of the lengths L 2 and I 2 .
  • the total length of the outlet pipe 40 only refers to the length of the outlet pipe 40 by which the outlet pipe 40 extends into the silencer housing 12. It is understood that the outlet pipe 40, analogous to the inlet pipe 38, can also extend further outwards from the silencer housing 12.
  • the outlet pipe 40 is solid, i.e. impermeable to the exhaust gas flow.
  • the outlet pipe 40 has a large number of openings 64 on the circumference, so that the outlet pipe 40 is porous on the circumference.
  • the porosity of the second pipe section 58 is also referred to as porosity x 2 and is determined via the ratio of the sum of the area of all openings 64 in the circumferential surface of the second pipe section 58 to the total area of the circumferential surface of the second pipe section 58.
  • the exhaust gas flow can flow from the outlet chamber 26, namely the sub-chamber 32, into the outlet pipe 40 both via the axial end 62 and via the openings 64.
  • a ⁇ /4 resonator 68 is formed between the inner wall 60, an inner wall 66 associated with the second end plate 22 and the first tube section 56, wherein the frequency at which the ⁇ /4 resonator 68 has a damping maximum is determined by the length L 2 .
  • the lengths L 1 and L 2 can be the same or different.
  • the ratio L 1 /L 2 is preferably in a range from 1 to 2.
  • the porosity x 1 is preferably three to six times the porosity x 2 . That is, the inlet pipe 38 preferably has a higher porosity than the outlet pipe 40, as in Fig.1 is shown schematically.
  • the resonance behavior of sound waves in the inlet chamber 24 and the outlet chamber 26 can be influenced by the positioning of the partition walls 36 along the top side 14 and bottom side 16 as well as by their porosity.
  • the partition walls 36 also have connecting pipes 70 which fluidically connect the respective sub-chambers 28 and 30 or 34 and 32.
  • the flow and damping behavior of the silencer 10 can be further adapted to the intended application scenario by positioning the connecting pipes 70 relative to the inlet pipe 38 or the outlet pipe 40 and by the length of the connecting pipes 70.
  • an exhaust aftertreatment element 72 is arranged downstream of the inlet chamber 24 and upstream of the outlet chamber 26 .
  • the exhaust aftertreatment element 72 serves to at least partially remove one or more pollutants from the exhaust gas flow flowing through the silencer 10. Accordingly, the silencer 10 shown is a coupled silencer-exhaust gas aftertreatment device.
  • the type of exhaust aftertreatment element 72 is not further restricted and only needs to be tailored to the intended location and the expected composition of the exhaust gas flow.
  • the exhaust aftertreatment element 72 is or includes an active or passive SCR catalyst (SCR for "selective catalytic reduction"), a filter element and/or an oxidation catalyst.
  • a sound-absorbing material 74 is also attached to the inner wall 66 of the outlet chamber 26, which is associated with the end floor 22 and is used in particular to dampen high-frequency components of the noise spectrum.
  • the sound-absorbing material 74 is fixed to the inner wall 66 by means of a perforated holding element 76, in particular by means of a micro-perforated holding element 76.
  • the (micro-)perforated holding element 76 is used without the sound-absorbing material 74 being present.
  • the acoustic damping is achieved by friction in the (micro-)perforation and by the volume lying between the respective inner wall and the holding element 76, which is selected via the distance between the respective inner wall and the holding element 76.
  • Fig.2 shows schematically a second embodiment of the silencer 10 according to the invention.
  • the second embodiment corresponds essentially to the first embodiment, so that only differences are discussed below.
  • the same reference numerals identify the same or functionally identical components and reference is made to the above explanations.
  • the inlet pipe 38 extends completely through the muffler housing 12, so that the inlet pipe 38 extends from the inner wall 46 associated with the upper side 16 to the inner wall 60 associated with the lower side 18.
  • the axial end 48 is completely closed by the inner wall 60, so that an exhaust gas flow flowing through the inlet pipe 38 can reach the inlet chamber 24 exclusively via the openings 50 in the second pipe section 44 of the inlet pipe 38.
  • the inlet pipe 38 in the second embodiment is designed as a mixing pipe.
  • at least one treatment chemical 78 is supplied to the exhaust gas flow, which mixes with the exhaust gas flow and is transported together with the exhaust gas flow into the inlet chamber 24 and from there to the exhaust gas aftertreatment element 72.
  • the treatment chemical 78 is, for example, a urea solution, which is reacted with nitrogen oxides contained in the exhaust gas flow in the exhaust gas aftertreatment element 72.
  • the partition walls 36 have a first partial region 80 and a second partial region 82, wherein the partition wall 36 is gas-impermeable in the first partial region 80 and porous in the second partial region 82 and thus can be flowed through by the exhaust gas flow.
  • a further ⁇ /4 resonator 84 is formed, the resonance frequency of which depends on the length L 1 of the first pipe section 42, analogously to the ⁇ /4 resonator 54.
  • a further ⁇ /4 resonator 84 is formed between the first tube section 56, the inner wall 60 and the first partial region 80 of the partition wall 36 arranged in the outlet chamber 26.
  • the outlet pipe 40 has a tulip-shaped axial end 62 to further prevent additional flow noise from occurring.
  • the sound-absorbing material 74 is also attached to the inner wall 66 in the second embodiment. However, the sound-absorbing material 74 does not completely cover the inner wall 66 as in the first embodiment, but only partially and exclusively in the region of the inner wall 66 which is at the level of the second partial region 82 of the partition wall 36 associated with the exit chamber 26.
  • Fig.3 shows schematically a third embodiment of the silencer 10 according to the invention.
  • the third embodiment essentially corresponds to the first and second embodiments, so that only differences are discussed below.
  • the same reference numerals identify the same or functionally identical components and reference is made to the above explanations.
  • the inlet pipe 38 is not led through the top side 16, but through the first end plate 20 into the inlet chamber 24 and extends parallel to the top side 16 and the bottom side 18 into them, i.e. in the direction of the outlet chamber 26.
  • outlet pipe 40 is not led out of the outlet chamber 26 through the bottom side 18, but through the second end plate 22 and extends parallel to the top side 16 and the bottom side 18.
  • the changed orientations of the inlet pipe 38 and the outlet pipe 40 compared to the first and second embodiments also change where the ⁇ /4 resonators are formed.
  • the ⁇ /4 resonators 54 and 68 in the third embodiment are formed between the inner walls 46, 52 and 60 and the first pipe section 42 of the inlet pipe 38 and between the inner walls 46, 66 and 60 and the first pipe section 56 of the outlet pipe 40, respectively.
  • the sound-absorbing material 74 is also attached to the inner walls 46 and 60 associated with the upper side 16 and the lower side 18.
  • the outlet pipe 40 has a gas-impermeable cap element 86 at its axial end 62, which completely closes the axial end 62.
  • the exhaust gas flow from the outlet chamber 26 can only enter the outlet pipe 40 via the openings 64 in the second pipe section 58.
  • the inlet pipe 38 can also have such a cap element 86.
  • the silencer 10 is characterized by the possibility of being optimally tuned to the relevant frequency ranges in the noise spectrum without any adjustments being necessary in terms of the required installation space. In addition, an optimal compromise can be found between the damping effect and the counter pressure that occurs.

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Abstract

Ein Schalldämpfer (10) für eine Abgasanlage hat ein Schalldämpfergehäuse (12), in dem eine Eingangskammer (24) und eine fluidisch mit der Eingangskammer (24) verbundene Ausgangskammer (26) ausgebildet sind. Die Eingangskammer (24) weist ein Einlassrohr (38) zum Zuführen eines Abgasstroms in die Eingangskammer (24) und die Ausgangskammer (26) ein Auslassrohr (40) zum Abführen des Abgasstroms aus der Ausgangskammer (26) auf, wobei das Einlassrohr (38) und das Auslassrohr (40) jeweils einen ersten Rohrabschnitt (42, 56) und einen zweiten Rohrabschnitt (44, 58) aufweisen. Das Einlassrohr (38) und das Auslassrohr (40) im jeweiligen ersten Rohrabschnitt (42, 56) sind umfangsseitig undurchlässig für den Abgasstrom sind und im jeweiligen zweiten Rohrabschnitt (44, 58) umfangsseitig porös, wobei die ersten Rohrabschnitte (42, 56) jeweils eine vorbestimmte Länge aufweisen, derart, dass zwischen dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt (42, 56) und einer dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt (42, 56) zugeordneten Innenwand (46, 52, 60, 66) des Schalldämpfergehäuses (12) ein λ/4-Resonator (54, 68, 84) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage.
  • Schalldämpfer in Abgasanlagen, beispielsweise in Abgasanlagen von Fahrzeugen oder stationären Anlagen, dienen dazu, die vom jeweiligen Fahrzeug bzw. von der stationären Anlage ausgehenden Schallemissionen zu minimieren. Schalldämpfer sind in verschieden Ausführungsformen mit unterschiedlichen Wirkprinzipien bekannt, beispielsweise in Form von Reflexions-, Absorptions- oder Resonanzschalldämpfern.
  • Je nach Ausgestaltung der in der Abgasanlage eingesetzten Komponenten, beispielsweise der genutzten Rohrverläufe und/oder Rohrquerschnitte, sind bestimmte Schallfrequenzen von besonderem Interesse, um eine optimale Geräuschreduzierung im Schalldämpfer erreichen zu können, das heißt eine optimale Reduktion des Schalldruckpegels.
  • Die Abstimmung auf die jeweils relevanten Schallfrequenzen kann jedoch aufwendige bauliche Umgestaltungen eines gegebenen Schalldämpfers notwendig machen. Insbesondere ist es in vielen Fällen nicht ohne Weiteres möglich, den Schalldämpfer auf bestimmte Schallfrequenzen auszurichten, ohne den Bauraum bzw. Platzbedarf des Schalldämpfers zu erhöhen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage bereitzustellen, dessen Schalldämpfungswirkung flexibel anpassbar ist. Insbesondere soll der Schalldämpfer einen geringen Platzbedarf aufweisen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage, mit einem Schalldämpfergehäuse, in dem eine Eingangskammer und eine fluidisch mit der Eingangskammer verbundene Ausgangskammer ausgebildet sind. Die Eingangskammer weist ein Einlassrohr zum Zuführen eines Abgasstroms in die Eingangskammer und die Ausgangskammer ein Auslassrohr zum Abführen des Abgasstroms aus der Ausgangskammer auf, wobei das Einlassrohr und das Auslassrohr jeweils einen ersten Rohrabschnitt und einen zweiten Rohrabschnitt aufweisen. Das Einlassrohr und das Auslassrohr sind im jeweiligen ersten Rohrabschnitt umfangsseitig undurchlässig für den Abgasstrom und sind im jeweiligen zweiten Rohrabschnitt umfangsseitig porös, wobei die ersten Rohrabschnitte jeweils eine vorbestimmte Länge aufweisen, derart, dass zwischen dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt und einer dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt zugeordneten Innenwand des Schalldämpfergehäuses ein λ/4-Resonator ausgebildet ist.
  • Die schallreduzierende Wirkung eines λ/4-Resonators ist darauf zurückzuführen, dass der λ/4-Resonator eine Verzweigung endlicher Länge im Schallraum bereitstellt, wobei die endliche Länge derart gewählt ist, dass ein Dämpfungsmaximum bei einer Wellenlänge auftritt, die dem vierfachen der endlichen Länge entspricht. Anders ausgedrückt ist über die Wahl der endlichen Länge eine Abstimmung auf eine für die Reduktion des Schallpegels besonders relevante Schallfrequenz möglich.
  • Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken über eine abgestimmte Ausgestaltung des Einlassrohrs und des Auslassrohrs die erzielbare Geräuschreduzierung des Schalldämpfers anpassbar auszugestalten. Die Längen der ersten Rohrabschnitte des Einlass- und Auslassrohrs werden erfindungsgemäß derart gewählt, dass der zwischen dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt und der dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt zugeordneten Innenwand gebildete λ/4-Resonator auf eine bestimmte für die jeweilige Anwendung besonders relevante Schallfrequenz abgestimmt ist. Gleichzeitig kann über die Porosität der zweiten Abschnitte des Einlass- und Auslassrohrs die Geräuschentwicklung minimiert oder eine zusätzliche breitbandige Reduktion des Schalldruckpegels erfolgen und ein optimaler Kompromiss zwischen Reduktion des Schallpegels und Zunahme des Gegendrucks in der Abgasanlage gefunden werden. Eine Anpassung an sich verändernde relevante Schallfrequenzen und Anforderungen kann somit über eine Anpassung des eingesetzten Einlass- und Auslassrohrs erfolgen, insbesondere, ohne dass die Dimensionen des Schalldämpfergehäuses verändert werden müssen.
  • Die vorbestimmte Länge des ersten Rohrabschnitts des Einlassrohrs und die vorbestimmte Länge des zweiten Rohrabschnitts des Auslassrohrs können gleich oder unterschiedlich sein. Auf diese Weise ist eine optimale Abstimmung auf die relevanten Schallfrequenzen möglich, deren Schallpegel zumindest über die gebildeten λ/4-Resonatoren reduziert wird. Insbesondere können somit gleiche oder unterschiedliche Schallfrequenzen in der Eingangskammer und der Ausgangskammer effektiv unterdrückt werden. Auch kann auf diese Weise eine zusätzliche breitbandige Reduktion des Schalldruckpegels gezielt eingestellt werden.
  • Die Ausgestaltung des Schalldämpfergehäuses ist erfindungsgemäß nicht weiter eingeschränkt, solange innerhalb des Schalldämpfergehäuses die Eingangs- und Ausgangskammer gebildet sein können. Beispielsweise ist das Schalldämpfergehäuse kastenförmig oder zylindrisch.
  • Die Abgasanlage kann eine Abgasanlage eines Fahrzeugs oder eine Abgasanlage eines stationären Motors sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug sein, beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff. Der stationäre Motor kann ein stationärer Motor in einer Energieerzeugungseinrichtung sein.
  • Das Verhältnis der Porosität im zweiten Rohrabschnitt des Einlassrohrs beträgt bevorzugt das drei- bis sechsfache der Porosität im zweiten Rohrabschnitt des Auslassrohrs. Anders ausgedrückt weist der zweite Rohrabschnitt des Einlassrohrs bevorzugt eine deutlich höhere Porosität auf als es für den zweiten Rohrabschnitt des Auslassrohrs der Fall ist. Es wurde gefunden, dass über ein solches Porositätsverhältnis ein noch besserer Kompromiss zwischen der gewünschten Reduktion des Schallpegels einerseits und einer im Allgemeinen unerwünschten Zunahme des Gegendrucks im Abgasstrom der Abgasanlage andererseits gefunden werden kann.
  • Die Porosität der zweiten Rohrabschnitte ist vorliegend definiert als das Verhältnis der Summe der Fläche aller Öffnungen in der Umfangsfläche des jeweiligen Rohrabschnitts zur Gesamtfläche der Umfangsfläche des jeweiligen Rohrabschnitts. Entsprechend bleibt eine an den zweiten Rohrabschnitt möglicherweise angrenzende Öffnung eines axialen Endes des Einlass- bzw. Auslassrohrs bei der Berechnung der Porosität unberücksichtigt.
  • Bevorzugt liegt das Verhältnis der Länge des zweiten Rohrabschnitts des Einlassrohrs zur Länge des zweiten Rohrabschnitts des Auslassrohrs im Bereich von 1 bis 2. Auf diese Weise ist der λ/4-Resonator, der in der Ausgangskammer ausgebildet ist, auf eine Schallfrequenz abgestimmt, die gleich oder höher ist als die Schallfrequenz, auf die der λ/4-Resonator abgestimmt ist, der in der Eingangskammer realisiert ist.
  • Um einen besonders hervorragenden Kompromiss aus Reduktion des Schallpegels und auftretendem Gegendruck im Abgasstrom zu erzielen, beträgt besonders bevorzugt sowohl das Verhältnis der Porosität im zweiten Rohrabschnitt des Einlassrohrs das drei- bis sechsfache der Porosität im zweiten Rohrabschnitt des Auslassrohrs, als auch liegt das Verhältnis der Länge des zweiten Rohrabschnitts des Einlassrohrs zur Länge des zweiten Rohrabschnitts des Auslassrohrs im Bereich von 1 bis 2.
  • In einer Ausgestaltung weisen das Einlassrohr und/oder das Auslassrohr ein der Eingangskammer bzw. der Ausgangskammer zugeordnetes axiales Ende auf, das wenigstens teilweise verschlossen ist. Auf diese Weise wird die erzielbare Geräuschreduktion weiter erhöht.
  • Je stärker das axiale Ende des jeweiligen Rohrs verschlossen ist, desto größer wird der Einfluss des entsprechenden porösen zweiten Rohrabschnitts auf das Strömungsverhalten des Abgasstroms durch den Schalldämpfer.
  • Das axiale Ende des Einlassrohrs und/oder des Auslassrohrs kann vollständig verschlossen sein. In dieser Variante strömt das Abgas aus dem Einlassrohr bzw. in das Auslassrohr lediglich über bzw. durch den jeweiligen zweiten Rohrabschnitt.
  • Beispielsweise können sich das Einlassrohr und/oder das Auslassrohr derart in die Eingangskammer bzw. die Ausgangskammer erstrecken, dass das jeweilige axiale Ende des Einlassrohrs bzw. des Auslassrohrs durch die Innenwand verschlossen ist.
  • Zwischen der Eingangskammer und der Ausgangskammer kann ein Abgasnachbehandlungselement zur Behandlung wenigstens eines im Abgasstroms enthaltenen Schadstoffs angeordnet sein. Auf diese Weise ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer eine kombinierte Schalldämpfer-Abgasnachbehandlungsvorrichtung, sodass insbesondere auf eine separate Abgasnachbehandlungsvorrichtung verzichtet werden kann. Dies vereinfacht den Aufbau der Abgasanlage und minimiert deren Bauraumbedarf. Die flexible Ausgestaltung des Einlass- und Auslassrohrs ermöglicht es insbesondere, eine solche Doppelfunktion zu realisieren, ohne, dass das Schalldämpfergehäuse einen Bauraumbedarf aufweist, der höher ist als derjenige eines Schalldämpfers ohne Abgasbehandlungsfunktion und/oder einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung ohne Schalldämpferfunktion.
  • Das Einlassrohr kann in dieser Ausgestaltung ein Mischrohr zum Vermischen des Abgasstroms mit einer Behandlungschemikalie sein. Beispielsweise kann das Einlassrohr dazu ausgebildet sein, als Mischrohr zum Einspritzen einer Harnstofflösung genutzt zu werden, die im Abgasnachbehandlungselement zur katalytischen Umwandlung von im Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden dient.
  • In noch einer weiteren Variante verfügen die Eingangskammer und/oder die Ausgangskammer über mehrere Teilkammern, die über eine vom Abgasstrom durchströmbare Trennwand voneinander abgegrenzt sind.
  • Die Trennwand ist so ausgestaltet, dass diese vom Abgasstrom durchströmbar ist, beispielsweise indem die Trennwand porös ist.
  • Es ist auch möglich, dass die Trennwand lediglich in einem Teilabschnitt porös ist, der dem zweiten Rohrabschnitt des Einlassrohrs bzw. des Auslassrohrs zugeordnet ist. Auf diese Weise kann zwischen der Trennwand und dem ersten Rohrabschnitt des Einlassrohrs bzw. des Auslassrohrs ebenfalls ein λ/4-Resonator ausgebildet sein.
  • Die Trennwand kann zusätzlich oder alternativ über ein oder mehrere Verbindungsrohre verfügen, welche die Teilkammern fluidisch miteinander verbinden.
  • Insgesamt kann über den Einsatz einer oder mehrerer Trennwände das akustische Verhalten in der Eingangskammer und/oder der Ausgangskammer gezielt angepasst werden, um eine optimale Reduktion des Schallpegels zu erreichen.
  • Um die zusätzliche Entstehung hochfrequente Anteile des Geräuschspektrums zu verhindern, kann das der Ausgangskammer zugeordnete axiale Ende des Auslassrohrs tulpenförmig sein.
  • Unter "hochfrequent" werden hier insbesondere Schallfrequenzen verstanden, die im oberen Drittel der gesamten Frequenzverteilung des Geräuschspektrums entsprechen.
  • Insbesondere bezeichnet der Begriff "hochfrequent" eine Frequenz von über 500 Hz. Derartige Frequenzen werden beispielsweise von Strömungsgeräuschen verursacht, die vermieden oder zumindest reduziert werden sollen.
  • Ferner kann wenigstens eine Innenwand des Schalldämpfergehäuses wenigstens teilweise mit einem schallabsorbierendem Material ausgekleidet sein, um die erzielbare Geräuschreduktion weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf hochfrequente Anteile des Geräuschspektrums. Geeignet schallabsorbierende Materialien sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann das schallabsorbierende Material Mineralwolle umfassen oder sein.
  • Insbesondere ist eine der Ausgangskammer zugeordnete Innenwand des Schalldämpfergehäuses wenigstens teilweise mit dem schallabsorbierenden Material ausgekleidet, bevorzugt diejenige Innenwand, die im Abgasstrom am weitesten stromabwärts angeordnet ist.
  • Das schallabsorbierende Material kann über ein perforiertes Halteelement befestigt sein, insbesondere über ein mikroperforiertes Halteelement.
  • Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden sollen, sowie aus den Zeichnungen. In diesen zeigen:
    • Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers,
    • Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Schalldämpfers aus Fig. 1, und
    • Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Schalldämpfers aus Fig. 2.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 10. Der Schalldämpfer 10 ist Bestandteil einer Abgasanlage eines (nicht dargestellten) Fahrzeugs, sodass der Schalldämpfer 10 im Betrieb des Fahrzeugs von einem Abgasstrom durchströmt wird, der von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs erzeugt wurde. Der Schalldämpfer 10 dient dazu, die Schallemissionen zu dämpfen, die durch den im Verbrennungsmotor ablaufenden Verbrennungsprozess oder durch die Ausgestaltung der gesamten Abgasanlage, insbesondere der Rohrführung und den Rohrlängen von in der Abgasanlage eingesetzten Rohren, entstehen.
  • Grundlegend kann der Schalldämpfer 10 auch für andere Vorrichtungen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann der Schalldämpfer 10 Bestandteil einer Abgasanlage eines (nicht dargestellten) stationären Motors sein, beispielsweise eines stationären Motors einer Energieerzeugungseinrichtung.
  • Der Schalldämpfer 10 verfügt über ein gasdichtes Schalldämpfergehäuse 12, das durch einen Mantel 14 mit einer Oberseite 16 und einer Unterseite 18 sowie einem ersten Abschlussboden 20 und einem zweiten Abschlussboden 22 gebildet ist.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Schalldämpfergehäuse 12 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es versteht sich jedoch, dass das Schalldämpfergehäuse 12 auch anders ausgestaltet sein kann. Insgesamt kann das Schalldämpfergehäuse 12 beispielsweise kastenförmig oder zylindrisch sein.
  • Im Inneren des Schalldämpfergehäuses 12 weist dieses eine Eingangskammer 24 und eine Ausgangskammer 26 auf, die in Strömungsverbindung miteinander stehen, also fluidisch verbunden sind. Sowohl die Eingangskammer 24 als auch die Ausgangskammer 26 umfasst mehrere Teilkammern 28 und 30 bzw. 32 und 34, die jeweils über eine Trennwand 36 voneinander abgegrenzt sind.
  • Die Eingangskammer 24 verfügt über ein zugeordnetes Einlassrohr 38, das dazu eingerichtet ist, den Abgasstrom der Abgasanlage in das Innere des Schalldämpfergehäuses 12 zu leiten, wie durch den Pfeil P1 in Fig. 1 angedeutet ist.
  • Analog dazu verfügt die Ausgangskammer 26 über ein zugeordnetes Auslassrohr 40, das dazu eingerichtet ist, den Abgasstrom aus dem Inneren des Schalldämpfergehäuses 12 abzuleiten, wie durch den Pfeil P2 in Fig. 1 angedeutet ist, beispielsweise in nachgeordnete Komponenten der Abgasanlage des Fahrzeugs.
  • Das Einlassrohr 38 umfasst entlang seiner axialen Erstreckungsrichtung einen ersten Rohrabschnitt 42 und einen zweiten Rohrabschnitt 44, wobei sich der erste Rohrabschnitt 42 von einer Innenwand 46, die der Oberseite 16 des Schalldämpfergehäuses 12 zugeordnet ist, bis zum zweiten Rohrabschnitt 44 erstreckt. Der zweite Rohrabschnitt 44 verläuft wiederum von der Verbindungsstelle zum ersten Rohrabschnitt 42 bis zu einem axialen Ende 48 des Einlassrohrs 38.
  • Der erste Rohrabschnitt 42 des Einlassrohrs 38 verfügt in axialer Richtung des Einlassrohrs 38 über eine Länge L1 und der zweite Rohrabschnitt 44 des Einlassrohrs 38 in axialer Richtung des Einlassrohrs 38 über eine Länge I1. Die Gesamtlänge des Einlassrohrs 38 ergibt sich somit über die Summe der Längen L1 und I1.
  • Somit ist mit der Gesamtlänge lediglich diejenige Länge des Einlassrohrs 38 gemeint, mit der sich das Einlassrohr 38 in das Schalldämpfergehäuse 12 hinein erstreckt. Es versteht sich, dass sich das Einlassrohr 38 zusätzlich vom Schalldämpfergehäuse 12 nach außen weiter erstrecken kann.
  • Im ersten Rohrabschnitt 42 ist das Einlassrohr 38 solide ausgeführt, also undurchlässig für den Abgasstrom. Im zweiten Rohrabschnitt 44 hingegen weist das Einlassrohr 38 umfangsseitig eine Vielzahl von Öffnungen 50 auf, sodass das Einlassrohr 38 umfangsseitig porös ist. Die Porosität des zweiten Rohrabschnitts 44 wird auch als Porosität x1 bezeichnet und wird über das Verhältnis der Summe der Fläche aller Öffnungen 50 in der Umfangsfläche des zweiten Rohrabschnitts 44 zur Gesamtfläche der Umfangsfläche des zweiten Rohrabschnitts 44 ermittelt.
  • Entsprechend kann in der gezeigten Ausführungsform der Abgasstrom sowohl über das axiale Ende 48 als auch über die Öffnungen 50 aus dem Einlassrohr 38 in die Eingangskammer 24 strömen, nämlich in die Teilkammer 28.
  • Zwischen der Innenwand 46, einer dem ersten Abschlussboden 20 zugeordneten Innenwand 52 und dem ersten Rohrabschnitt 42 ist ein λ/4-Resonator 54 ausgebildet, wobei die Frequenz, bei welcher der λ/4-Resonator 54 ein Dämpfungsmaximum aufweist, durch die Länge L1 festgelegt ist.
  • Entsprechend kann durch die Wahl des eingesetzten Einlassrohrs 38 das Dämpfungsverhalten des Schalldämpfers 10 gezielt angepasst werden.
  • Ähnlich wie das Einlassrohr 38 umfasst das Auslassrohr 40 entlang seiner axialen Erstreckungsrichtung einen ersten Rohrabschnitt 56 und einen zweiten Rohrabschnitt 58, wobei sich der erste Rohrabschnitt 56 von einer Innenwand 60, die der Unterseite 18 des Schalldämpfergehäuses 12 zugeordnet ist, bis zum zweiten Rohrabschnitt 58 erstreckt. Der zweite Rohrabschnitt 58 verläuft wiederum von der Verbindungsstelle zum ersten Rohrabschnitt 56 bis zu einem axialen Ende 62 des Auslassrohrs 40.
  • Der erste Rohrabschnitt 56 des Auslassrohrs 40 verfügt in axialer Richtung des Auslassrohrs 40 über eine Länge L2 und der zweite Rohrabschnitt 58 des Auslassrohrs 40 in axialer Richtung des Auslassrohrs 40 über eine Länge I2. Die Gesamtlänge des Auslassrohrs 40 ergibt sich somit über die Summe der Längen L2 und I2.
  • Somit ist mit der Gesamtlänge des Auslassrohrs 40 lediglich diejenige Länge des Auslassrohrs 40 gemeint, mit der sich das Auslassrohr 40 in das Schalldämpfergehäuse 12 hinein erstreckt. Es versteht sich, dass sich das Auslassrohr 40, analog zum Einlassrohr 38, zusätzlich vom Schalldämpfergehäuse 12 nach außen weiter erstrecken kann.
  • Im ersten Rohrabschnitt 56 ist das Auslassrohr 40 solide ausgeführt, also undurchlässig für den Abgasstrom. Im zweiten Rohrabschnitt 58 hingegen weist das Auslassrohr 40 umfangsseitig eine Vielzahl von Öffnungen 64 auf, sodass das Auslassrohr 40 umfangsseitig porös ist. Die Porosität des zweiten Rohrabschnitts 58 wird auch als Porosität x2 bezeichnet und wird über das Verhältnis der Summe der Fläche aller Öffnungen 64 in der Umfangsfläche des zweiten Rohrabschnitts 58 zur Gesamtfläche der Umfangsfläche des zweiten Rohrabschnitts 58 ermittelt.
  • Entsprechend kann in der gezeigten Ausführungsform der Abgasstrom sowohl über das axiale Ende 62 als auch über die Öffnungen 64 aus der Ausgangskammer 26, nämlich der Teilkammer 32, in das Auslassrohr 40 strömen.
  • Zwischen der Innenwand 60, einer dem zweiten Abschlussboden 22 zugeordneten Innenwand 66 und dem ersten Rohrabschnitt 56 ist ein λ/4-Resonator 68 ausgebildet, wobei die Frequenz, bei welcher der λ/4-Resonator 68 ein Dämpfungsmaximum aufweist, durch die Länge L2 festgelegt ist.
  • Die Längen L1 und L2 können gleich oder unterschiedlich groß sein. Bevorzugt liegt das Verhältnis L1/L2 in einem Bereich von 1 bis 2.
  • Die Porosität x1 beträgt bevorzugt das drei- bis sechsfache der Porosität x2. Das heißt, das Einlassrohr 38 weist bevorzugt eine höhere Porosität auf als das Auslassrohr 40, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
  • Die Abstimmung der Längen L1 und L2 auf in der Eingangskammer 24 bzw. der Ausgangskammer 26 besonders relevante Schallfrequenzen, der Einsatz von einem lediglich über einen Teilbereich porösen Einlassrohr 38 und Auslassrohr 40 sowie das gewählte Verhältnis der Porositäten x1 und x2 sorgen für einen idealen Kompromiss zwischen erzielter Schalldämpfungswirkung und erzeugtem Gegendruck im Abgasstrom.
  • Zusätzlich kann das Resonanzverhalten von Schallwellen in der Eingangskammer 24 und der Ausgangskammer 26 über die Positionierung der Trennwände 36 entlang der Oberseite 14 und Unterseite 16 sowie über deren Porosität beeinflusst werden.
  • Die Trennwände 36 verfügen zudem über Verbindungsrohre 70, welche die jeweiligen Teilkammern 28 und 30 bzw. 34 und 32 fluidisch miteinander verbinden. Über die Positionierung der Verbindungsrohre 70 relativ zum Einlassrohr 38 bzw. zum Auslassrohr 40 sowie über die Länge der Verbindungsrohre 70 kann das Strömungs- und Dämpfungsverhalten des Schalldämpfers 10 weiter an das angedachte Einsatzszenario angepasst werden.
  • Stromabwärts der Eingangskammer 24 und stromaufwärts der Ausgangskammer 26 ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ein Abgasnachbehandlungselement 72 angeordnet. Das Abgasnachbehandlungselement 72 dient dazu, einen oder mehrere Schadstoffe aus dem den Schalldämpfer 10 durchströmenden Abgasstrom wenigstens teilweise zu entfernen. Entsprechend handelt es sich bei dem gezeigten Schalldämpfer 10 um eine gekoppelte Schalldämpfer-Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
  • Die Art des Abgasnachbehandlungselements 72 ist nicht weiter eingeschränkt und lediglich auf den angedachten Einsatzort und die erwartete Zusammensetzung des Abgasstroms abzustimmen. Beispielsweise ist oder umfasst das Abgasnachbehandlungselement 72 einen aktiven oder passiven SCR-Katalysator (SCR für engl. "selective catalytic reduction"), ein Filterelement und/oder einen Oxidationskatalysator.
  • An der dem Abschlussboden 22 zugeordneten Innenwand 66 der Ausgangskammer 26 ist zudem ein schallabsorbierendes Material 74 angebracht, das insbesondere zum Dämpfen hochfrequenter Anteile des Geräuschspektrums dient. Das schallabsorbierende Material 74 wird mittels eines perforierten Halteelements 76 an der Innenwand 66 fixiert, insbesondere mittels eines mikroperforierten Halteelements 76.
  • Grundlegend ist es auch denkbar, dass das (mikro-)perforierte Halteelement 76 verwendet wird, ohne, dass das schallabsorbierende Material 74 vorhanden ist. In diesem Fall erfolgt die akustische Dämpfung durch Reibung in der (Mikro-)Perforation und durch das zwischen der jeweiligen Innenwand und dem Halteelement 76 liegenden Volumen, das über den Abstand zwischen der jeweiligen Innenwand und dem Halteelement 76 gewählt ist.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 10.
  • Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder funktionsgleiche Bauteile und es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • In der zweiten Ausführungsform verläuft das Einlassrohr 38 vollständig durch das Schalldämpfergehäuse 12 hindurch, sodass sich das Einlassrohr 38 von der der Oberseite 16 zugeordneten Innenwand 46 bis hin zur der Unterseite 18 zugeordneten Innenwand 60 erstreckt.
  • Somit ist das axiale Ende 48 vollständig von der Innenwand 60 verschlossen, sodass ein das Einlassrohr 38 durchströmender Abgasstrom ausschließlich über die Öffnungen 50 im zweiten Rohrabschnitt 44 des Einlassrohrs 38 in die Eingangskammer 24 gelangen kann.
  • Zusätzlich ist das Einlassrohr 38 in der zweiten Ausführungsform als Mischrohr ausgebildet. Das bedeutet, dass dem Abgasstrom wenigstens eine Behandlungschemikalie 78 zugeführt wird, die sich mit dem Abgasstrom vermischt, und zusammen mit dem Abgasstrom in die Eingangskammer 24 und von dort zum Abgasnachbehandlungselement 72 transportiert wird. Bei der Behandlungschemikalie 78 handelt es sich beispielsweise um eine Harnstofflösung, die mit im Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden im Abgasnachbehandlungselement 72 umgesetzt wird.
  • Ferner weisen in der zweiten Ausführungsform die Trennwände 36 einen ersten Teilbereich 80 und einen zweiten Teilbereich 82 auf, wobei die Trennwand 36 im ersten Teilbereich 80 gasundurchlässig ist und im zweiten Teilbereich 82 porös und somit vom Abgasstrom durchströmbar ist.
  • Zwischen dem ersten Rohrabschnitt 42, der Innenwand 46 und dem ersten Teilbereich 80 der in der Eingangskammer 24 angeordneten Trennwand 36 bildet sich ein weiterer λ/4-Resonator 84 aus, dessen Resonanzfrequenz analog zum λ/4-Resonator 54 von der Länge L1 des ersten Rohrabschnitts 42 abhängt.
  • Analog bildet sich ein weiterer λ/4-Resonator 84 zwischen dem ersten Rohrabschnitt 56, der Innenwand 60 und dem ersten Teilbereich 80 der in der Ausgangskammer 26 angeordneten Trennwand 36 aus.
  • Es versteht sich, dass in allen Ausführungsformen die Trennwände 36 der Eingangskammer 24 und der Ausgangskammer 26 auch unterschiedlich ausgelegt sein können.
  • Das Auslassrohr 40 verfügt in der zweiten Ausführungsform über ein tulpenförmiges axiales Ende 62, um noch besser zu vermeiden, dass zusätzliche Strömungsgeräusche auftreten.
  • Das schallabsorbierende Material 74 ist in der zweiten Ausführungsform ebenfalls an der Innenwand 66 angebracht. Jedoch bedeckt das schallabsorbierende Material 74 die Innenwand 66 nicht vollständig wie in der ersten Ausführungsform, sondern lediglich teilweise und ausschließlich in dem Bereich der Innenwand 66, der auf Höhe des zweiten Teilbereichs 82 der der Ausgangskammer 26 zugeordneten Trennwand 36 liegt.
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 10.
  • Die dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten und der zweiten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder funktionsgleiche Bauteile und es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • In der dritten Ausführungsform ist das Einlassrohr 38 nicht durch die Oberseite 16, sondern durch den ersten Abschlussboden 20 hindurch in die Eingangskammer 24 hineingeführt und erstreckt sich parallel zur Oberseite 16 und zur Unterseite 18 in diese hinein, also in Richtung der Ausgangskammer 26.
  • Ebenso ist das Auslassrohr 40 nicht durch die Unterseite 18, sondern durch den zweiten Abschlussboden 22 hindurch aus der Ausgangskammer 26 herausgeführt und erstreckt sich parallel zur Oberseite 16 und zur Unterseite 18.
  • Es versteht sich, dass auch eine Kombination der Ausrichtungen von Einlassrohr 38 und Auslassrohr 40 gemäß den in der ersten bis dritten Ausführungsform gezeigten Ausgestaltungen möglich ist.
  • Die im Vergleich zur ersten und zweiten Ausführungsform geänderten Ausrichtungen des Einlassrohrs 38 und des Auslassrohrs 40 ändern zudem, an welcher Stelle die λ/4-Resonatoren ausgebildet sind. Speziell sind die λ/4-Resonatoren 54 und 68 in der dritten Ausführungsform zwischen den Innenwänden 46, 52 und 60 und dem ersten Rohrabschnitt 42 des Einlassrohrs 38 bzw. zwischen den Innenwänden 46, 66 und 60 und dem ersten Rohrabschnitt 56 des Auslassrohrs 40 gebildet.
  • Das schallabsorbierende Material 74 ist in der dritten Ausführungsform zudem an den der Oberseite 16 und der Unterseite 18 zugeordneten Innenwänden 46 bzw. 60 angebracht.
  • Ferner verfügt das Auslassrohr 40 an seinem axialen Ende 62 über ein gasundurchlässiges Kappenelement 86, das das axiale Ende 62 vollständig verschließt. Somit kann der Abgasstrom aus der Ausgangskammer 26 lediglich über die Öffnungen 64 im zweiten Rohrabschnitt 58 in das Auslassrohr 40 gelangen. Selbstredend kann das Einlassrohr 38 ebenfalls über ein solches Kappenelement 86 verfügen.
  • Es versteht sich, dass die lediglich im Zusammenhang mit einer der Ausführungsformen beschriebenen Merkmale und Ausgestaltungen auch in weiteren Ausführungsformen eingesetzt werden können, solange dies der grundlegenden Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 10 nicht zuwiderläuft.
  • Insgesamt zeichnet sich der Schalldämpfer 10 durch die Möglichkeit aus, optimal auf die jeweils relevanten Frequenzbereiche im Geräuschspektrum abgestimmt werden zu können, ohne dass Anpassungen hinsichtlich des benötigten Bauraums notwendig werden. Zudem kann ein optimaler Kompromiss zwischen Dämpfungswirkung und auftretendem Gegendruck gefunden werden.

Claims (10)

  1. Schalldämpfer (10) für eine Abgasanlage, mit
    einem Schalldämpfergehäuse (12), in dem eine Eingangskammer (24) und eine fluidisch mit der Eingangskammer (24) verbundene Ausgangskammer (26) ausgebildet sind,
    wobei die Eingangskammer (24) ein Einlassrohr (38) zum Zuführen eines Abgasstroms in die Eingangskammer (24) und die Ausgangskammer (26) ein Auslassrohr (40) zum Abführen des Abgasstroms aus der Ausgangskammer (26) aufweist,
    wobei das Einlassrohr (38) und das Auslassrohr (40) jeweils einen ersten Rohrabschnitt (42, 56) und einen zweiten Rohrabschnitt (44, 58) aufweisen,
    wobei das Einlassrohr (38) und das Auslassrohr (40) im jeweiligen ersten Rohrabschnitt (42, 56) umfangsseitig undurchlässig für den Abgasstrom sind und im jeweiligen zweiten Rohrabschnitt (44, 58) umfangsseitig porös sind, und
    wobei die ersten Rohrabschnitte (42, 56) jeweils eine vorbestimmte Länge aufweisen, derart, dass zwischen dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt (42, 56) und einer dem jeweiligen ersten Rohrabschnitt (42, 56) zugeordneten Innenwand (46, 52, 60, 66) des Schalldämpfergehäuses (12) ein λ/4-Resonator (54, 68, 84) ausgebildet ist.
  2. Schalldämpfer (10) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Porosität im zweiten Rohrabschnitt (44) des Einlassrohrs (38) das drei- bis sechsfache der Porosität im zweiten Rohrabschnitt (58) des Auslassrohrs (40) beträgt.
  3. Schalldämpfer (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis der Länge des zweiten Rohrabschnitts (44) des Einlassrohrs (38) zur Länge des zweiten Rohrabschnitts (58) des Auslassrohrs (40) im Bereich von 1 bis 2 liegt.
  4. Schalldämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlassrohr (38) und/oder das Auslassrohr (40) ein der Eingangskammer (24) bzw. der Ausgangskammer (26) zugeordnetes axiales Ende (48, 62) aufweisen, das wenigstens teilweise verschlossen ist.
  5. Schalldämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Eingangskammer (24) und der Ausgangskammer (26) ein Abgasnachbehandlungselement (72) zur Behandlung wenigstens eines im Abgasstrom enthaltenen Schadstoffs angeordnet ist.
  6. Schalldämpfer (10) nach Anspruch 5, wobei das Einlassrohr (38) ein Mischrohr zum Vermischen des Abgasstroms mit einer Behandlungschemikalie (78) ist.
  7. Schalldämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangskammer (24) und/oder die Ausgangskammer (26) über mehrere Teilkammern (28, 30, 32, 34) verfügen, die über eine vom Abgasstrom durchströmbare Trennwand (36) voneinander abgegrenzt sind.
  8. Schalldämpfer (10) nach Anspruch 7, wobei die Trennwand (36) über ein oder mehrere Verbindungsrohre (70) verfügt, welche die Teilkammern (28, 30, 32, 34) fluidisch miteinander verbinden.
  9. Schalldämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das der Ausgangskammer (26) zugeordnete axiale Ende (62) des Auslassrohrs (40) tulpenförmig ist.
  10. Schalldämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Innenwand (46, 52, 60, 66) des Schalldämpfergehäuses (12) wenigstens teilweise mit einem schallabsorbierendem Material (74) ausgekleidet ist.
EP23210339.0A 2022-11-30 2023-11-16 Schalldämpfer für eine abgasanlage Pending EP4379196A1 (de)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4360076A (en) * 1976-03-24 1982-11-23 Nihon Rajieeta Kabushiki Kaisha (Nihon Radiator Co., Ltd.) Muffler
US6058702A (en) * 1996-05-13 2000-05-09 Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft Exhaust system for a motor vehicle, and motor vehicle
JP2002089230A (ja) * 2000-09-20 2002-03-27 Daihatsu Motor Co Ltd 排気消音器の流出パイプ
JP2006125297A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Calsonic Kansei Corp 車両用消音器の水抜き構造
US7328574B2 (en) * 2002-02-25 2008-02-12 Renault V.L. Exhaust line and motor vehicle equipped therewith
US20120305330A1 (en) * 2010-02-01 2012-12-06 Futaba Industrial Co., Ltd. Muffler for Internal Combustion Engine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1909394A (en) 1930-05-31 1933-05-16 Bendix Aviat Corp Muffler
US2265342A (en) 1940-05-18 1941-12-09 Maxim Silencer Co Silencer
DE760362C (de) 1943-01-30 1951-07-26 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Schalldaempfer, bei dem die Kammern das Leitungsrohr umschliessen und mit ihm nach Art eines Abzweigfilters durch Schlitze in Verbindung stehen
CH289805A (de) 1951-12-15 1953-03-31 Rey Josef Auspufftopf für Verbrennungsmotoren.
JPH0536980Y2 (de) 1986-04-02 1993-09-20
JP2000230413A (ja) 1999-02-09 2000-08-22 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の消音装置
JP4392592B2 (ja) 2003-12-12 2010-01-06 トヨタ自動車株式会社 排気消音装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4360076A (en) * 1976-03-24 1982-11-23 Nihon Rajieeta Kabushiki Kaisha (Nihon Radiator Co., Ltd.) Muffler
US6058702A (en) * 1996-05-13 2000-05-09 Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft Exhaust system for a motor vehicle, and motor vehicle
JP2002089230A (ja) * 2000-09-20 2002-03-27 Daihatsu Motor Co Ltd 排気消音器の流出パイプ
US7328574B2 (en) * 2002-02-25 2008-02-12 Renault V.L. Exhaust line and motor vehicle equipped therewith
JP2006125297A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Calsonic Kansei Corp 車両用消音器の水抜き構造
US20120305330A1 (en) * 2010-02-01 2012-12-06 Futaba Industrial Co., Ltd. Muffler for Internal Combustion Engine

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