DE4330129C2 - Exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine nach dem Ober begriff des ersten Anspruchs.The invention relates to an exhaust system of an internal combustion engine according to the upper concept of the first claim.
Derartige Abgasanlagen werden serienmäßig eingesetzt und ermöglichen einen geringen Geräuschpegel.Such exhaust systems are used as standard and allow one low noise level.
Aus der DE 36 41 942 C2 ist eine derartige Abgasanlage beispielhaft bekannt. Sie zeigt einen einzigen Absorptionsabgasschalldämpfer mit einem parallel geschalte ten Resonator, wobei der Helmholtz-Resonator aus einem gemeinsamen gasfüh renden Volumen innerhalb des Schalldämpfers bzw. Schalldämpfergehäuses abge zweigt wird. Hierdurch ergibt sich eine Reflexionsstelle ohne jegliche Abstimmmög lichkeit.Such an exhaust system is known by way of example from DE 36 41 942 C2. she shows a single absorption exhaust silencer with a parallel ten resonator, the Helmholtz resonator from a common gas guide volume within the muffler or muffler housing is branched. This results in a reflection point without any possible tuning friendliness.
Aus der DE 20 28 056 A ist ein weiteres Abgassystem bekannt, bei dem ein als Rohrkupplung ausgebildeter durchströmter Schalldämpfer mit zwei weiteren Schall dämpfern kombiniert ist, die als Sackräume vor und hinter dem vorgenannten Schalldämpfer an dessen Abgasrohr angeschlossen sind und dementsprechend als Helmholtz-Resonatoren ausgebildet sein können.Another exhaust system is known from DE 20 28 056 A, in which an as Pipe coupling trained through-flow muffler with two more sound dampers is combined, the bag spaces in front of and behind the aforementioned Mufflers are connected to its exhaust pipe and accordingly as Helmholtz resonators can be formed.
Die Anforderungen, die im Hinblick auf die Schallemission vom Brennkraftmaschi nen bzw. von durch Brennkraftmaschinen angetriebenen Kraftfahrzeugen gestellt werden, steigen stetig.The requirements with regard to the noise emission from the internal combustion engine NEN or provided by motor vehicles driven by internal combustion engines are increasing steadily.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Abgassystem mit weiter verbesserter Schalldämpfung zu schaffen, wobei mit geringen Abwandlungen eine Anpassung an unterschiedliche Motoren eines Kraftfahrzeugtypes möglich sein sollen.It is therefore an object of the invention to provide an exhaust system with a further improvement To create sound absorption, with an adaptation to minor modifications different engines of a motor vehicle type should be possible.
Diese Aufgabe der erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.This object of the invention by the features of the first claim solved.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, sowohl ein vom Abgas durchströmten Abgasanlage einer Brennkraftmaschine Vorschalldämpfer als auch einen vom Abgas durchströmten Nachschalldämpfer jeweils mit einem Helmholtz- Resonator zu versehen, um die Schalldämpferwirkung zu optimieren. Während ein Helmholtz-Resonator eine besonders starke Schalldämpfung innerhalb eines relativ schmalen Frequenzbandes ermöglicht, zeichnen sich durchströmte Schalldämpfer durch eine frequenzmäßig breitbandige, wenn auch etwas schwächere Schall dämpfung aus. Damit ist eine Anpassung an die Geräuschemission typischer Verbrennungsmotoren vergleichsweise leicht möglich, da diese neben geringeren Geräuschen in einem weitem Frequenzbereich verstärkte Geräusch in schmaleren Frequenzbändern anregen können. Hierzu trägt ebenfalls bei, dass die Anbindung des jeweiligen Helmholtz-Resonators mit Hilfe eines vor dem jeweiligen Schall dämpfer abzweigenden Rohrstückes erfolgt. The invention is based on the general idea of both exhaust gas flowed exhaust system of an internal combustion engine front silencer as well one exhaust muffler with a Helmholtz Equipped resonator to optimize the muffler effect. During a Helmholtz resonator a particularly strong sound attenuation within a relative narrow frequency band allows, characterized by flow through silencers due to a broadband, albeit somewhat weaker sound damping off. An adaptation to noise emissions is therefore more typical Combustion engines are comparatively easy to do because they are smaller Noise in a wide frequency range amplified noise in narrower Can excite frequency bands. This also contributes to the connection of the respective Helmholtz resonator with the help of a before the respective sound damper branching pipe piece takes place.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Helmholtz-Resonatoren als im wesentlichen eigenständige, lediglich eine Eintrittsöffnung aufweisende Schalldämpfer töpfe ausgebildet, um eine weitgehende thermische Entkopp lung der Helmholtz-Resonatoren von den vom heißen Abgas durchströmten Schalldämpfern gewährleisten zu können. Dadurch kann vermieden werden, daß sich das Frequenzver halten der Helmholtz-Resonatoren aufgrund starker Erwärmung übermäßig ändert. Denn die Eigenfrequenz eines Helmholtz- Resonators ist auch von der stark temperaturabhängigen Dichte der vom Helmholtz-Resonator aufgenommenen Gase abhängig.According to a preferred embodiment of the invention the Helmholtz resonators as essentially independent, only a silencer with an inlet opening pots designed to provide extensive thermal decoupling the Helmholtz resonators from the hot exhaust gas to ensure flow through mufflers. This can prevent the frequency ver keep the Helmholtz resonators due to excessive heating changes excessively. Because the natural frequency of a Helmholtz Resonators is also strongly dependent on temperature Density of the gases absorbed by the Helmholtz resonator dependent.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene eigenständige Bau weise der Helmholtz-Resonatoren werden diese thermisch deutlich weniger beaufschlagt und weisen dementsprechend eine deutlich geringere Eigenfrequenz-Drift auf. Auch die im wesentlichen eigenständige Anordnung der Helmholtz- Resonatoren bietet grundsätzlich die Möglichkeit, daß ein Helmholtz-Resonator und der zugeordnete vom Abgas durch strömte Schalldämpfer eine gemeinsame Trennwand besitzen und dementsprechend eine gemeinsame herstellbare Einheit bilden - und somit auch gemeinsam am Fahrzeug verbaut bzw. aufgehängt werden können. In diesem Fall kann die gewünschte begrenzte Erwärmung des Helmholtz-Resonators dadurch gewährleistet werden, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der gemeinsame Trennwand-Bereich weniger als etwa ein Siebtel der Oberfläche des Gehäuses des Helmholtz-Resonators aus macht. Auch dann erwärmt sich der Helmholtz-Resonator beim Betrieb der Brennkraftmaschine deutlich geringer als der vom Abgas durchströmte Schalldämpfer, da der Helmholtz- Resonator als Sackraum lediglich beim Start der Brennkraft maschine einmalig mit einem Gaspolster befüllt wird und sich beim Dauerbetrieb praktisch nur durch Wärmeleitung erwärmen kann, welche durch die geringe Größe der gemein samen Trennwand deutlich beschränkt ist. Hierbei wird eine Erwärmung des Helmholtz-Resonators auch dadurch vermindert, daß über dessen Oberfläche Wärme an die Umgebung abgegeben wird.Through the independent construction provided according to the invention of the Helmholtz resonators, these become thermal significantly less stressed and accordingly indicate a significantly lower natural frequency drift. Also the essentially independent arrangement of the Helmholtz Resonators basically offers the possibility that a Helmholtz resonator and the associated exhaust gas flowed silencer have a common partition and accordingly form a common producible unit - and thus also installed or hung together on the vehicle can be. In this case, the desired may be limited This guarantees heating of the Helmholtz resonator be that according to a preferred embodiment of the common partition area less than about a seventh the surface of the housing of the Helmholtz resonator makes. The Helmholtz resonator then also heats up when operating the internal combustion engine significantly less than the muffler through which the exhaust gas flows, since the Helmholtz Resonator as a sack room only when the internal combustion engine starts machine is filled once with a gas cushion and during continuous operation practically only through heat conduction can heat, which is due to the small size of the common seed partition is clearly limited. Here is a Heating of the Helmholtz resonator is also reduced, that heat is released to the environment via its surface becomes.
Vorteilhafterweise kann das Gehäuse des Helmholtz-Resonators aufgrund der begrenzten Erwärmung gegebenenfalls aus weniger temperatur-resistenten Werkstoffen hergestellt sein, beispiels weise aus einer unter Gewichtsaspekten optimalen Leichtmetall legierung. The housing of the Helmholtz resonator can advantageously due to the limited warming possibly from less temperature-resistant materials, for example wise from an optimal light metal under weight aspects alloy.
Noch eine weitere Abstimmöglichkeit mit dem Ergebnis einer zusätzlich verbesserten Schalldämpfung liegt vor, wenn zu mindest einer der Helmholtz-Resonatoren als Tonraum ausge bildet ist. Hierzu kann dieser Helmholtz-Resonator in zumindest zwei Kammern unterteilt sein, die durch eine Übertrittsöffnung, in der sich bevorzugt ein kurzes Rohrstück befindet, miteinander verbunden sind. Ein derartiger als Tonraum ausgebildeter Helm holtz-Resonator wirkt in der Theorie der Schalldämpfung als Feder-Masse-Feder-System und erlaubt es, durch Abstimmung der einzelnen Komponenten, nämlich der Feder, die durch das in einem abgeschlossenen Behälter aufgenommene Gas gebildet wird, sowie der Masse, die die Gasmasse im Rohrstück darstellt, die optimale Schalldämmwirkung in den jeweils benötigten Fre quenzbereich zu legen.Yet another voting option with the result of one additionally improved sound attenuation exists if too at least one of the Helmholtz resonators is designed as a sound space forms is. For this purpose, this Helmholtz resonator can at least be divided into two chambers, which are separated by an in which there is preferably a short piece of pipe with one another are connected. Such a helmet designed as a sound space holtz resonator acts in the theory of sound absorption as Spring-mass-spring system and allows by tuning of the individual components, namely the spring, which by the formed in a sealed container formed gas and the mass that represents the mass of gas in the pipe section, the optimal sound insulation effect in the required Fre quenz range.
Vorzugsweise sind die Helmholtz-Resonatoren jeweils strom aufwärts der durchströmten Schalldämpfer am Abgasrohr ange schlossen, um die durchströmten Schalldämpferräume soweit als möglich von Pulsationen des Abgases zu entlasten. Hierdurch wird die Gefahr einer Anregung von Körperschallschwingungen vermindert. Im übrigen wird dadurch im Falle der Anordnung durchströmter Absorptionsdämpfer die Lebensdauer des Absorptionsmaterials erhöht.The Helmholtz resonators are preferably each current up the flow through the silencer on the exhaust pipe closed to the flow through the silencer rooms as far as possible to relieve from pulsations of the exhaust gas. hereby there is a risk of excitation of structure-borne noise reduced. Otherwise, this will result in the arrangement flowed absorption damper the life of the Absorbent material increased.
Um eine schwingungsmäßig besonders gute Ankopplung der Helmholtz-Resonatoren an das das Abgasrohr durchströmende Abgas bei einfacher Rohrkonstruktion gewährleisten zu können, ist vorgesehen, das Abgasrohr an den Anschlüssen der Helmholtz-Resonatoren als spitzwinklige Rohrgabelung mit in Strömungsrichtung weisenden Gabelenden auszubilden. Damit münden die Anschlüsse der Helmholtz-Resonatoren praktisch entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in den Abgasstrom. For a particularly good vibration coupling of the Helmholtz resonators to the one flowing through the exhaust pipe Exhaust gas with simple pipe construction guarantee too can, it is provided, the exhaust pipe at the connections of the Helmholtz resonators as an acute-angled pipe fork to form fork ends pointing in the flow direction. This leads to the connections of the Helmholtz resonators practically against the flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas flow.
Auch wenn ein Helmholtz-Resonator mit einem vom Abgas durch strömten Schalldämpfer in einem gemeinsamen Gehäuse ange ordnet wird, ist zum Anschluß der beiden Gehäuseteile zweck mäßigerweise eine solche Rohrgabelung außerhalb des Gehäuses vorgesehen. Dadurch wird einerseits die thermische Belastung des Helmholtz-Resonators vermindert. Andererseits kann durch unterschiedliche Längen der gegabelten Rohrstücke eine zusätz liche frequenzmäßige Abstimmung, insbesondere des Helmholtz- Resonators, erzielt werden.Even if a Helmholtz resonator with one from the exhaust gas flowed mufflers in a common housing is arranged is for the connection of the two housing parts such a pipe fork outside the housing intended. On the one hand, this causes thermal stress of the Helmholtz resonator is reduced. On the other hand, by different lengths of the forked pipe pieces an additional frequency tuning, especially of the Helmholtz Resonators can be achieved.
Im übrigen wird hinsichtlich vorteilhafter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläu terung einer besonders bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung verwiesen.Moreover, the advantageous features of Invention on the claims and the following explanations a particularly preferred embodiment based on referred to the drawing.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 eine Draufsicht des Abgassystems, Fig. 1 is a plan view of the exhaust system,
Fig. 2 die zugehörige Seitenansicht und Fig. 2 shows the associated side view and
Fig. 3 eine konstruktivere Darstellung des Vorschall dämpfers in Draufsicht. Fig. 3 is a more constructive representation of the pre-silencer in plan view.
Das dargestellte Abgassystem besitzt einen Vorschall dämpfer 1 und einen Nachschalldämpfer 2. Der Vorschall dämpfer 1 sowie der Nachschalldämpfer 2 sind durch ein Abgasrohr 3 miteinander verbunden, welches auch die Abgase einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine in den Vorschalldämpfer 1 einführt. Über ein Endrohr 4 ge langen die Abgase schließlich aus dem Nachschalldämpfer 2 nach außen.The exhaust system shown has a front silencer 1 and a rear silencer 2 . The front silencer 1 and the rear silencer 2 are connected to each other by an exhaust pipe 3 , which also introduces the exhaust gases of an internal combustion engine, not shown, into the front silencer 1 . Via an end pipe 4 ge the exhaust gases finally out of the rear silencer 2 to the outside.
Sowohl stromauf des Vorschalldämpfers 1 als stromauf des Nachschalldämpfers 2 zweigt vom Abgasrohr 3 jeweils ein kurzes Rohrstück 5 ab, welches zu jeweils einem Helmholtz- Resonator 6a bzw. 6b führt. Diese beiden Helmholtz-Resonatoren sind als im wesentlichen eigenständige Schalldämpfertöpfe ausgebildet, die lediglich eine dem Mündungsbereich des Rohrstückes 5 angepaßte Eintrittsöffnung aufweisen. Während der Helmholtz-Resonator 6b völlig eigenständig aufgehängt ist, besitzt der Helmholtz-Resonator 6a eine gemeinsame Trennwand 7 mit dem zugeordneten Vorschalldämpfer 1.Both upstream of the front silencer 1 and upstream of the rear silencer 2 each branch off from the exhaust pipe 3 a short pipe section 5 , which leads to a Helmholtz resonator 6 a and 6 b, respectively. These two Helmholtz resonators are designed as essentially independent silencer pots, which only have an inlet opening adapted to the mouth region of the pipe section 5 . While the Helmholtz resonator 6 b is suspended completely independently, the Helmholtz resonator 6 a has a common partition 7 with the associated front silencer 1 .
Der Helmholtz-Resonator 6b ist als sogenannter Tonraum ausgebildet und weist intern eine Trennwand 8 auf, die mit einer Übertrittsöffnung 9 mit einem darin eingesteckten Rohrstück 10 versehen ist. Somit ist dieser dem Nachschall dämpfer 2 zugeordnete Helmholtz-Resonator 6b in zwei Kammern 11a und 11b unterteilt.The Helmholtz resonator 6 b is designed as a so-called sound space and has an internal partition 8 , which is provided with a transition opening 9 with a pipe section 10 inserted therein. Thus, the reverberator 2 associated Helmholtz resonator 6 b is divided into two chambers 11 a and 11 b.
Gemäß Fig. 3 besitzen der Helmholtz-Resonator 6a und der Vorschalldämpfer 1 ein gemeinsames Gehäuse, welches in Draufsicht etwa V-förmig mit bogenförmigem Übergang zwischen den V-Schenkeln ausgebildet ist. Wie aus der Fig. 1 erkenn bar wird, besitzt der Übergangsbereich zwischen den V-Schen keln einen besonders geringen Querschnitt, welcher sich zu den Enden der V-Schenkel hin erweitert. Das Gehäuse kann in grundsätzlich bekannter Weise aus zwei Halbschalen zu sammengesetzt sein.According to FIG. 3, the Helmholtz resonator 6 a and the front silencer 1 have a common housing which is approximately V-shaped in plan view with an arcuate transition between the V-legs. As can be seen from Fig. 1 bar, the transition region between the V-legs has a particularly small cross-section, which widens towards the ends of the V-legs. The housing can be composed of two half-shells in a generally known manner.
Nahe einer vertikalen Mittelebene ist innerhalb des Gehäuses die Trennwand 7 angeordnet. Beidseitig dieser Trennwand 7 münden das Abgasrohr 3 bzw. das Rohrstück 5 in jeweils eine Gehäusehälfte ein, wobei der Rohrstück 5 nur ein be grenztes Stück in den Innenraum der zugehörigen Gehäuse hälfte hineinragt und den Innenraum dieser Gehäusehälfte mit dem Abgasrohr 3 verbindet. The partition 7 is arranged within the housing near a vertical center plane. On both sides of this partition 7 , the exhaust pipe 3 or the pipe section 5 open into a respective housing half, the pipe section 5 protruding only a limited part into the interior of the associated housing half and connecting the interior of this housing half with the exhaust pipe 3 .
Zur Versteifung kann die dem Rohrstück 5 zugeordnete Gehäuse hälfte mit einer perforierten Querwand 12 versehen sein.For stiffening, the pipe section 5 assigned to the housing half can be provided with a perforated transverse wall 12 .
Das Abgasrohr 3 ist durch die ihm zugeordnete Gehäusehälfte, etwa in dessen Längsrichtung, hindurchgeführt und mit dem Innenraum dieser Gehäusehälfte über Perforationen in seiner Wandung verbunden. Zur Versteifung dieser Gehäusehälfte dient eine Querwand 13, die als Schiebesitz für das Abgas rohr 3 ausgebildet ist.The exhaust pipe 3 is passed through the housing half assigned to it, approximately in its longitudinal direction, and connected to the interior of this housing half via perforations in its wall. To stiffen this housing half is a transverse wall 13 which is designed as a sliding seat for the exhaust pipe 3 .
Im Bereich der Perforationen ist das Abgasrohr 3 innerhalb der zugehörigen Gehäusehälfte mit Chromstahlwolle umhüllt. Im übrigen ist die genannte Gehäusehälfte mit Basaltstein wolle ausgefüllt. Damit bildet der Vorschalldämpfer 1 einen sogenannten Absorptionsdämpfer, welcher sich durch eine breitbandige Dämpfung von Geräuschen auszeichnet. Die für einen derartigen Dämpfer notwendige Füllung aus Chromstahl- bzw. Basaltsteinwolle od. dgl. bietet im vorliegenden Falle den zusätzlichen Vorteil, daß die heißen Abgase die Wandung des Vorschalldämpfers 1 sowie die Trennwand 7 nur mit ver minderter Intensität beaufschlagen können, wodurch eine verminderte thermische Kopplung zwischen dem Vorschall dämpfer 1 und dem Helmholtz-Resonator 6a bewirkt wird. Im übrigen wird der Wärmeübergang zwischen dem Vorschall dämpfer 1 und dem Helmholtz-Resonator 6a auch dadurch wirk sam begrenzt, daß der Gehäusequerschnitt im Bereich der Trennwand 7 vergleichsweise gering ist und der Helmholtz- Resonator 6a mittels des Rohrstückes 5 auch von seinem Anschlußbereich am Abgasrohr 3 einen größeren Abstand hat. Außerdem kann das Abgasrohr 3 innerhalb des Vorschall dämpfers 1 nahe der Trennwand 7 keine bzw. vergleichsweise wenige Perforationen aufweisen, während in größerer Entfernung von der Trennwand 7 und insbesondere in Strömungs richtung hinter der Querwand 13 Perforationen in erhöhter Anzahl vorhanden sind.In the area of the perforations, the exhaust pipe 3 is covered with chrome steel wool within the associated housing half. For the rest, the housing half mentioned is filled with basalt stone wool. The front silencer 1 thus forms a so-called absorption damper, which is characterized by a broadband damping of noise. The filling of chrome steel or basalt stone wool or the like necessary for such a damper offers the additional advantage in the present case that the hot exhaust gases can only act on the wall of the front silencer 1 and the partition 7 with reduced intensity, as a result of which a reduced thermal Coupling between the front silencer 1 and the Helmholtz resonator 6 a is effected. In addition, the heat transfer between the front silencer 1 and the Helmholtz resonator 6 a is also effectively limited by sam that the housing cross section in the region of the partition 7 is comparatively small and the Helmholtz resonator 6 a by means of the pipe section 5 also from its connection area on Exhaust pipe 3 has a greater distance. In addition, the exhaust pipe 3 within the pre-silencer 1 near the partition 7 have no or comparatively few perforations, while 13 at a greater distance from the partition 7 and in particular in the flow direction behind the transverse wall, perforations are present in increased numbers.
Das den Vorschalldämpfer 1 sowie den Helmholtz-Resonator 6a umfassende Gehäuse kann ohne gesonderte Gehäusebefestigungen am Fahrzeug allein durch das Abgasrohr 3, gehaltert sein, wobei die Aufhängungen des Abgasrohres 3 in größerer Ent fernung vom Vorschalldämpfer 1 angeordnet sein können.The front silencer 1 and the Helmholtz resonator 6 a housing can be held without separate housing attachments on the vehicle alone through the exhaust pipe 3 , the suspensions of the exhaust pipe 3 can be arranged in greater distance from the front silencer 1 .
Die Gehäuse des Nachschalldämpfers 2 sowie des Helmholtz- Resonators 6b besitzen weitestgehend ähnliche Form und können dementsprechend mit ähnlichen Halteelementen am Fahrzeug befestigt sein. Gleichzeitig wird damit die Mög lichkeit geboten, die Plätze von Nachschalldämpfer 2 und Helmholtz-Resonator 6b auszutauschen, um ohne größeren konstruktiven Aufwand eine veränderte frequenzmäßige Ab stimmung des Abgassystems zu ermöglichen. Bei einer derart vertauschten Anordnung wird einerseits der Strömungsweg zwischen Vorschalldämpfer 1 und Endrohr 4 verkürzt. Anderer seits ist dann der Helmholtz-Resonator 6b mit deutlich längerem Rohrstück 5 an das Abgasrohr 3 angeschlossen.The housing of the rear silencer 2 and the Helmholtz resonator 6 b have a largely similar shape and can accordingly be fastened to the vehicle with similar holding elements. At the same time, the opportunity is offered to replace the positions of the rear silencer 2 and the Helmholtz resonator 6 b, in order to enable a modified frequency-wise tuning of the exhaust system without major design effort. With such an interchanged arrangement, the flow path between front silencer 1 and tail pipe 4 is shortened. On the other hand, the Helmholtz resonator 6 b is then connected to the exhaust pipe 3 with a significantly longer pipe section 5 .
Der Helmholtz-Resonator 6b wird thermisch besonders wenig belastet, so daß sein Gehäuse für eine Herstellung aus Leichtmetall besonders geeignet ist. Hierbei kann gegebenen falls vorgesehen sein, den mit dem Rohrstück 5 verbundenen Gehäuseboden wie das Rohrstück 5 bzw. das Abgasrohr 3 aus Stahl herzustellen und nur den übrigen Gehäuseteil aus Leichtmetall zu fertigen.The Helmholtz resonator 6 b is subjected to particularly little thermal stress, so that its housing is particularly suitable for production from light metal. In this case, it can be provided, if necessary, to produce the housing base connected to the pipe section 5 , such as the pipe section 5 or the exhaust pipe 3, from steel and to manufacture only the remaining housing part from light metal.
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