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Title:
DEVICE AND METHOD FOR DAMPENING NOISE IN THE EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/052243
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a honeycomb body (1) for an exhaust system of an internal combustion engine. Said honeycomb body (1) has an axial length (L) and channels (5, 8) which can be cross-flown by the exhaust gas (3) and which are essentially separated from each other. Said honeycomb body (1) comprises at least one first group of channels (5) and a second group of channels (8). At least the cross-sectional surfaces (6, 7, 9, 10) of one of the groups of channels (5, 8) vary along the axial length (L) of the honeycomb body, so that the propagation time of the exhaust gas (3) in the various groups of channels (5, 8) is different. Said difference in propagation time between the exhaust gas (3) in the various groups of channels (5, 8) can used in a particularly advantageous manner for dampening the sound waves having one of more wave lengths, whereby noise is reduced, in an advantageous manner, in the exhaust system with honeycomb bodies in order to purify the exhaust gas without the need for additional components in the exhaust gas system.

Inventors:
BRUECK ROLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/014229
Publication Date:
June 26, 2003
Filing Date:
December 13, 2002
Export Citation:
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Assignee:
EMITEC EMISSIONSTECHNOLOGIE (DE)
BRUECK ROLF (DE)
International Classes:
F01N1/06; F01N1/08; F01N1/00; F01N3/28; (IPC1-7): F01N3/28; F01N1/00
Foreign References:
US5645803A1997-07-08
DE4104637A11991-08-29
US5506028A1996-04-09
US4007908A1977-02-15
US6035964A2000-03-14
Attorney, Agent or Firm:
Kahlhöfer, Hermann (Karlstrasse 76, Düsseldorf, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Wabenkörper (1) für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, wo bei der Wabenkörper (1) im wesentlichen voneinander getrennte von Abgas durchströmbare Kanäle (5,8) und eine axiale Länge (L) aufweist, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wabenkörper (1) mindestens eine erste Teilmenge Ka näle (5) und eine zweite Teilmenge Kanäle (8) aufweist und dass zumindest die Querschnittsflächen (6,7, 9,10) einer der beiden Teilmengen Kanäle (5, 8) sich über die axiale Länge (L) des Wabenkörpers (1) ändern, so dass die Laufzeit des Abgases (3) in den verschiedenen Teilmengen Kanäle (5, 8) un terschiedlich ist.
2. Wabenkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilmenge Kanäle (5) jeweils eine erste Eingangsquerschnittsfläche (6) und eine erste Ausgangsquerschnittsfläche (7) und die zweite Teilmenge Kanäle (8) jeweils eine zweite Eingangsquerschnittsfläche (9) und eine zweite Aus gangsquerschnittsfläche (10) aufweist und das Verhältnis der ersten Eingangs querschnittsfläche (6) zur ersten Ausgangsquerschnittsfläche (7) ein anderes ist als das der zweiten Eingangsquerschnittsfläche (9) zur zweiten Ausgangs querschnittsfläche (10).
3. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Querschnittsfläche zumindest einer Teilmenge Kanäle (5,8) in Hauptströmungsrichtung (z) steigt, bevorzugt monoton steigt und be sonders bevorzugt streng monoton steigt und/oder die Querschnittsfläche zu mindest einer anderen Teilmenge Kanäle (5,8) in Hauptströmungsrichtung (z) fällt, bevorzugt monoton fällt und besonders bevorzugt streng monoton fällt.
4. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet dass zumindest eine Teilmenge Kanäle (5, 8) sich konisch er weitert und/oder zumindest eine weitere Teilmenge Kanäle (5,8) sich konisch verengt.
5. Wabenkörper nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Integrale der Querschnittsflächen über die axiale Länge (L) für verschiedene Teilmengen Kanäle unterscheiden. i.
6. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem Wa benkörper (1), der vom Abgas (3) durchströmbare Kanäle (5, 8) und eine axia le Länge (L) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsweg für eine erste Teilmenge des Abgases durch eine erste Teilmenge Kanäle (5) und ein Strömungsweg für eine zweite Teilmenge des Abgases durch eine zweite Teilmenge Kanäle (8) gebildet wird, wobei sich die Querschnittsflächen (6,7, 9,10) mindestens einer der beiden Teilmengen Kanäle (5,8) über die axiale Länge (L) des Wabenkörpers (1) ändern, so dass die Laufzeit des Abgases (3) in den verschiedenen Teilmengen Kanäle (5,8) unterschiedlich ist.
7. Abgassystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teil menge Kanäle (5) jeweils eine erste Eingangsquerschnittsfläche (6) und eine erste Ausgangsquerschnittsfläche (7) und die zweite Teilmenge Kanäle (8) jeweils eine zweite Eingangsquerschnittsfläche (9) und eine zweite Ausgangs querschnittsfläche (10) aufweist und das Verhältnis von erster Eingangsquer schnittsfläche (6) zur ersten Ausgangsquerschnittsfläche (7) ein anderes ist als das der zweiten Eingangsquerschnittsfläche (9) zur zweiten Ausgangsquer schnittsfläche (10).
8. Abgassystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche zumindest einer Teilmenge Kanäle (5,8) in Hauptströ mungsrichtung (z) steigt, bevorzugt monoton steigt und besonders bevorzugt streng monoton steigt und/oder die Querschnittsfläche zumindest einer ande ren Teilmenge Kanäle (5,8) in Hauptströmungsrichtung (z) fällt, bevorzugt monoton fällt und besonders bevorzugt streng monoton fällt.
9. Abgassystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge Kanäle (5, desmindestens einen Waben körpers (1) sich konisch erweitert und/oder zumindest eine weitere Teilmenge Kanäle (5,8) sich konisch verengt.
10. Abgassystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Integrale der Querschnittsflächen über die axiale Länge (L) für verschiedene Teilmengen Kanäle unterscheiden.
11. Verfahren zur Schalldämpfung in einem Abgassystem einer Verbrennungs kraftmaschine, wobei das Abgassystem mindestens einen Wabenkörper (1) enthält, der vom Abgas (3) durchströmbare Kanäle (5,8) aufweist und eine a xiale Länge (L), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilmenge des Ab gases durch eine erste Teilmenge Kanäle (5) geleitet wird und eine zweite Teilmenge des Abgases durch eine zweite Teilmenge Kanäle (8), wobei sich die Querschnittsflächen (6,7, 9,10) zumindest einer der beiden Teilmengen Kanäle (5,8) über die axiale Länge (L) des Wabenkörpers (1) ändern, so dass ein Unterschied in der Laufzeit des Abgases (3) in den verschiedenen Teil mengen Kanäle (5,8) entsteht, und dass die Teilmengen des Abgases hinter dem mindestens einen Wabenkörper (1) wieder zusammengeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teil menge Kanäle (5) jeweils eine erste Eingangsquerschnittsfläche (6) und eine erste Ausgangsquerschnittsfläche (7) und die zweite Teilmenge Kanäle (8) jeweils eine zweite Eingangsquerschnittsfläche (9) und eine zweite Ausgangs querschnittsfläche (10) aufweist und das Verhältnis der ersten Eingangsquer schnittsfläche (6) zur ersten Ausgangsquerschnittsfläche (7) ein anderes ist als das der zweiten Eingangsquerschnittsfläche (9) zur zweiten Ausgangsquer schnittsfläche (10).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche zumindest einer Teilmenge Kanäle (5,8) in Hauptströmungsrichtung (z) steigt, bevorzugt monoton steigt und besonders bevorzugt streng monoton steigt und/oder die Querschnittsfläche zumindest einer anderen Teilmenge Kanäle (5,8) in Hauptströmungsrichtung (z) fällt, bevorzugt monoton fällt und besonders bevorzugt streng monoton fällt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas mindestens einen Wabenkörper (1) durchströmt, der zumindest eine Teilmenge Kanäle (5,8) aufweist, die sich konisch erweitern und/oder zu mindest eine weitere Teilmenge Kanäle (5,8), die sich konisch verengen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Integrale der Querschnittsflächen über die axiale Länge für ver schiedene Teilmengen Kanäle unterscheiden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied in der Laufzeit der Teilmengen des Abgases so gewählt wird, dass bei Zusammenfnng der mindestens zwei Teilmengen zumindest teil weise eine destruktive Interferenz für mindestens eine Frequenz vorliegt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die destruktive Interferenz für eine kritische Frequenz auftritt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterschied in der Laufzeit der Teilmengen des Abgases so gewählt wird, dass bei Zusammenführung der mindestens zwei Teilmengen zumindest teil weise eine destruktive Interferenz für mindestens zwei Frequenzen vorliegt.
Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Schalldämpfung im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schalldämpfung im Abgas- system einer Verbrennungskraftmaschine. Eine solche Vorrichtung dient bei- spielsweise zur Dämpfung einer oder mehrerer für die Verbrennungskraftmaschi- ne oder ein beispielsweise damit betriebenes Automobil besonders kritischen Fre- quenzen.

Im Automobilbau sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zur Schalldämp- fang bekannt. Hierbei ist es oftmals nötig, besonders kritische Frequenzen, die z. B. zu Resonanzen in Teilen des Automobils führen, zu dämpfen. Hierzu werden teilweise sehr aufwendige bauliche Maßnahmen getroffen. Insbesondere werden oftmals zusätzliche Bauteile benötigt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren mit Wabenkörpern zur Abgasreinigung im wesentlichen ohne zusätzliche Komponenten eine Schalldämpfung, insbesondere für besonders kritische Frequenzen, zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wabenkörper gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Abgassystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Verfahren zur Schalldämpfung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9. Vor- teilhafte Ausgestaltungen, die einzeln oder in Kombination auftreten können, sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Eine grundsätzliche Bauweise solcher Wabenkörper ist zum Beispiel aus der EP 0 245 737 B1 oder der EP 0 430 945 B1 bekannt. Die Erfindung lässt sich aber auch in anderen Bauformen, z. B. spiralig gewickelten Bauformen, verwirklichen. Auch sind in einer Richtung konische Bauformen zum Beispiel aus der

WO 99/56010 bekannt. Die für Wabenkörper bekannten Herstellungsverfahren lassen sich auch für die vorliegende Erfindung anwenden. Neuere Entwicklungen betreffend die Zellgeometrie haben den Einsatz von Mikrostrukturen in den Ka- nalwänden hervorgebracht, wie sie beispielsweise aus der WO 90/08249 und WO 99/31362 bekannt sind. Auch diese Entwicklungen lassen sich für die hier vorliegende Erfindung zusätzlich anwenden. Generell sind bekannte Maßnahmen zur Herstellung oder Verbesserung der Effektivität solcher Wabenkörper auch auf die vorliegende Erfindung anwendbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schalldämpfung in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen derartigen Wabenkörper. Der Wabenkörper hat eine axiale Länge und weist im wesentlichen voneinander ge- trennte, von Abgas durchströmbare Kanäle auf. Die Kanäle gliedern sich in min- destens eine erste Teilmenge Kanäle und eine zweite Teilmenge Kanäle. Zumin- dest die Querschnittsflächen einer der beiden Teilmengen Kanäle ändern sich so über die axiale Länge des Wabenkörpers, dass die Laufzeit des Abgases in den verschiedenen Teilmengen Kanäle unterschiedlich ist.

Es ist sinnvoll, zur Schalldämpfung im Abgassystem einer Verbrennungskraftma- schine einen Wabenkörper zu verwenden, da solche vielfach beispielsweise in Katalysatoren zur Abgasreinigung Verwendung finden und somit bereits im Ab- gassystem eines Automobils vorhanden sind. Dies ermöglicht die Schallreduktion im Abgassystem, ohne dass weitere Komponenten ins Abgassystem eingeführt werden müssten. Somit ist eine konstruktiv einfache und kostengünstige Möglich- keit zur Schalldämpfung gegeben.

In einem Kanal mit sich ändernder Querschnittsfläche verhält sich die Geschwin- digkeit eines Gasstroms umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche. Folglich verlangsamt sich der Gasstrom, wenn sich die Querschnittsfläche des Kanals über die axiale Länge des Wabenkörpers vergrößert. Umgekehrt beschleunigt der Gas- strom, wenn sich die Querschnittsfläche des Kanals über die axiale Länge des Wabenkörpers verkleinert. Erfindungsgemäß wird ein in den Wabenkörper eintre-

tender Abgasstrom in zumindest zwei Teilmengen Abgas getrennt, die jeweils eine Teilmenge Kanäle durchströmen. Wenn der Wabenkörper eine axiale Länge L in einer Hauptströmungsrichtung z aufweist, lässt sich die Laufzeit t (L) eines Gases mit einer Geschwindigkeit v, die abhängig von z ist, berechnen wie folgt : Da also die Geschwindigkeitsfunktion v (z) durch die Änderung der Querschnitts- fläche des Kanals beeinflussbar ist und die Laufzeit eines Gases durch einen Ka- nal abhängig ist von einerseits der Länge des Kanals und andererseits von der im Kanal geltenden Geschwindigkeitsfunlction, ist die Laufzeit eines Abgases in ei- nem Kanal sehr genau justierbar.

Angewendet auf die beiden Teilmengen Kanäle ergibt sich nun die erfindungsge- mäße Möglichkeit, einen Laufzeitunterschied zwischen den die beiden Teilmen- gen Kanäle durchströmenden Teilmengen Abgas herzustellen. Ist das Abgas Trä- ger von Schallwellen, so kann man über diesen Laufzeitunterschied einen Phasen- unterschied zwischen den Schallwellen in den beiden Teilmengen Kanäle herbei- führen. Bei entsprechender Wahl des Laufzeitunterschiedes führt dies zu einer Dämpfung von Schallwellen einer bestimmten Wellenlänge.

Möchte man Schallwellen einer Wellenlänge 2"einer Phasengeschwindigkeit c und einer Kreisfrequenz w dämpfen, so wählt man bevorzugt als Laufzeitunter- schied zwischen einer Laufzeit t, der ersten Teilmenge Abgas durch die erste Teilmenge Kanäle und einer Laufzeit t2 der zweiten Teilmenge Abgas durch die zweite Teilmenge Kanäle

wobei n eine natürliche Zahl ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Wa- benkörpers besitzt die erste Teilmenge Kanäle jeweils eine erste Eingangsquer- schnittsfläche und eine erste Ausgangsquerschnittsfläche und die zweite Teilmen- ge Kanäle über ihre axiale Länge jeweils eine zweite Eingangsquerschnittsfläche und eine zweite Ausgangsquerschnittsfläche. Erfindungsgemäß ist das Verhältnis der ersten Eingangsquerschnittsfläche zur ersten Ausgangsquerschnittsfläche ein anderes als das der zweiten Eingangsquerschnittsfläche zur zweiten Ausgangs- querschnittsfläche. In diesem Falle ändern sich also die Querschnittsflächen der ersten Teilmengen Kanäle und der zweiten Teilmenge Kanäle auf unterschiedliche Weise. Dies bedingt eine Geschwindigkeitsveränderung in beiden Teilmengen Abgas, die die beiden Teilmengen Kanäle durchströmen und folglich einen Lauf- zeitunterschied.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausführung des Wabenkörpers steigt die Querschnittsfläche zumindest einer Teilmenge Kanäle in Hauptströmungsrichtung z, bevorzugt steigt sie monoton und besonders bevorzugt streng monoton und/oder die Querschnittsfläche einer anderen Teilmenge Kanäle fällt in Haupt- strömungsrichtung, bevorzugt fällt sie monoton und besonders bevorzugt streng monoton. Monoton heißt, dass durchaus ein Teil eines Kanals oder auch der ganze Kanal die gleiche Querschnittsfläche über die axiale Länge L aufweisen kann. Bei streng monotonen Verläufen ist dies nicht möglich, hier muss eine stetige Vergrö- ßerung bzw. Verkleinerung der Querschnittsfläche über die axiale Länge vorlie- gen. Besonders bevorzugt ist eine noch weitere vorteilhafte Ausführung des Wa- benkörpers, bei der sich zumindest eine Teilmenge Kanäle konisch erweitert und/oder zumindest eine weitere Teilmenge Kanäle sich konisch verengt. Folglich kann erfindungsgemäß eine erste Teilmenge Kanäle die Querschnittsfläche über die axiale Länge nicht verändern, während sich eine zweite Teilmenge konisch erweitert oder verengt, oder auch auf andere Art und Weise die Querschnittsfläche in Hauptströmungsrichtung z monoton steigt bzw. fällt. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass sich eine erste Teilmenge Kanäle konisch erweitert, während sich eine zweite Teilmenge Kanäle konisch verengt. Dies gestattet einen sehr ein- fachen konstruktiven Aufbau eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausführung des Wabenkörpers sind die Teilmengen Kanäle so gestaltet, dass verschiedene Teilmengen Kanäle unter- schiedliche Integrale der Querschnittsflächen über die axiale Länge aufweisen.

Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Kanäle mit Kammern, Aufweitungen und Einengungen zu versehen und so unterschiedliche Anforderungen beispiels- weise bezüglich der benötigten Druckverluste und Strömungsquerschnitte, sowie bauliche Gegebenheiten bzw. Einschränkungen zu berücksichtigen. Auch ist es möglich, bei relativ kurzen axialen Längen L große Laufzeitunterschiede herzu- stellen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept wird auch ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Dieses Abgassystem weist mindes- tens einen Wabenkörper auf, mit vom Abgas durchströmbaren Kanälen und einer axialen Länge. Ein Strömungsweg einer ersten Teilmenge des Abgases wird durch eine erste Teilmenge Kanäle gebildet und ein Strömungsweg für eine zweite Teilmenge des Abgases durch eine zweite Teilmenge Kanäle. Die Querschnitts- flächen mindestens einer der beiden Teilmengen Kanäle ändern sich über die axia- le Länge des Wabenkörpers. Dies bedingt einen Laufzeitunterschied zwischen den beiden Teilmengen des Abgases. Auch hier lässt sich so durch eine entsprechende Dimensionierung der Teilmengen Kanäle eine Dämpfung zumindest einer Fre- quenz einer Schallwelle im Abgas herbeiführen. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die erste Teilmenge Kanäle jeweils eine erste Eingangsquerschnittsfläche und eine erste Ausgangsquerschnittsfläche und die zweite Teilmenge Kanäle je- weils eine zweite Eingangsquerschnittsfläche und eine zweite Ausgangsquer- schnittsfläche aufweist und das Verhältnis von erster Eingangsquerschnittsfläche zur ersten Ausgangsquerschnittsfläche ein anderes ist als das der zweiten Ein- gangsquerschnittsfläche.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Abgassystems steigt die Querschnitts- fläche zumindest einer Teilmenge Kanäle in Hauptströmungsrichtung z, bevor- zugt steigt sie monoton und besonders bevorzugt streng monoton und/oder fällt

die Querschnittsfläche zumindest einer weiteren Teilmenge Kanäle in Hauptströ- mungsrichtung z, bevorzugt fällt sie monoton und besonders bevorzugt streng monoton. Monoton heißt hierbei, dass sich die Querschnittsfläche eines Teiles eines Kanals oder auch-eines ganzen Kanals nicht ändern muss, es jedoch nicht vorkommen kann, dass sich beispielsweise ein Kanal zuerst erweitert um sich dann später wieder zu verengen. Streng monoton steigend heißt, dass bei jeder Koordinate z in Hauptströmungsrichtung andere Querschnittsflächen vorliegen, die mit steigender Koordinate z steigen, also eine stetige Vergrößerung stattfindet. Entsprechendes gilt für einen monoton oder streng monoton fallenden Verlauf.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine vorteilhafte Ausführung des Abgassystems, bei der sich zumindest eine Teilmenge Kanäle des mindestens einen Wabenkörpers konisch erweitert und/oder zumindest eine weitere Teilmen- ge Kanäle sich konisch verengt. Somit ist es möglich, dass eine erste Teilmenge Kanäle sich konisch erweitert oder verengt, während eine zweite Teilmenge Kanä- le die Querschnittsfläche über die axiale Länge nicht ändert. Es ist auch möglich, dass sich eine erste Teilmenge Kanäle konisch erweitert, während sich eine zweite Teilmenge Kanäle konisch verengt. Dies gestattet vorteilhafterweise eine baulich einfache Konstruktion des Abgassystems. Es sind nicht nur konische Quer- schnittsflächenveränderungen in Hauptströmungsrichtung z möglich, sondern jede monotone Querschnittsflächenveränderung ist möglich und erfindungsgemäß.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Abgassystems weisen unterschiedliche Teilsysteme Kanäle unterschiedliche Integrale der Querschnitts- flächen über die axiale Länge L auf. Dies ermöglicht die Ausbildung von bei- spielsweise Kammern, Aufweitungen und Einengungen, mit denen zum Beispiel trotz bestehender konstruktiver Beschränkungen eine gute Schalldämpfung erzielt werden kann.

Dem erfindungsgemäßen Konzept folgend wird weiterhin ein Verfahren zur Schalldämpfung in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine vorge- schlagen. Hierbei enthält das Abgassystem mindestens einen Wabenkörper der von Abgas durchströmbare Kanäle aufweist und eine axiale Länge besitzt. Eine

erste Teilmenge des Abgases wird durch eine erste Teilmenge Kanäle geleitet und eine zweite Teilmenge des Abgases wird durch eine zweite Teilmenge Kanäle geleitet. Die Querschnittsflächen zumindest einer der beiden Teilmengen Kanäle ändert sich über die axiale Länge des Wabenkörpers, so dass eine Unterschied in der Laufzeit des Abgases in den verschiedenen Teilmengen Kanäle entsteht. Die Teilmengen des Abgases werden hinter dem mindestens einen Wabenkörper wie- der zusammengeführt. Dieses Verfahren gestattet es erfindungsgemäß, zumindest im Abgas vorhandene Schallwellen einer bestimmten Frequenz zu dämpfen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens besitzt die erste Teil- menge Kanäle jeweils eine erste Eingangsquerschnittsfläche und eine erste Aus- gangsquerschnittsfläche während die zweite Teilmenge Kanäle jeweils eine zwei- te Eingangsquerschnittsfläche und eine zweite Ausgangsquerschnittsfläche auf- weist. Das Verhältnis der ersten Eingangsquerschnittsfläche zur ersten Ausgangs- querschnittsfläche ist ein anderes als das der zweiten Eingangsquerschnittsfläche zur zweiten Ausgangsquerschnittsfläche., Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass die Querschnittsfläche zumindest einer Teilmenge Kanäle in Hauptströmungsrich- tung z steigt, bevorzugt monoton steigt und besonders bevorzugt streng monoton steigt, während die Querschnittsfläche einer weiteren Teilmenge Kanäle alternativ oder zusätzlich fällt, bevorzugt monoton und besonders bevorzugt streng monoton fällt. Dies gestattet in vorteilhaft einfacher Weise eine Durchführung des Verfah- rens zur Schalldämpfung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens durchströmt das Abgas mindestens einen Wabenkörper, der zumindest eine Teilmenge Kanäle aufweist, die sich konisch erweitert und/oder zumindest eine weitere Teilmenge Kanäle, die sich konisch verengt. Dies vereinfacht die Berechnung und Justierung des Laufzeitunterschiedes.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens durchströmt das Abgas verschiedene Teilmengen Kanäle, die ein unterschiedliches Integral der Querschnittsfläche über die axiale Länge aufweisen. Dies gestattet beispielsweise

die Durchführung des Verfahrens zum Beispiel auch unter schwierigen geometri- schen Verhältnissen und Einschränkungen.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Laufzeitunterschied der Teilmengen des Abgases gerade so gewählt, dass bei Zu- sammenführung der mindestens zwei Teilmengen zumindest teilweise eine de- struktive Interferenz für mindestens eine Frequenz vorliegt. Hierzu wird der Lauf- zeitunterschied zwischen der Laufzeit der ersten Teilmenge Abgas und der Lauf- zeit der zweiten Menge Abgas für Schallwellen der Kreisfrequenz, der Wellen- länge X und der Phasengeschwindigkeit c genau so eingestellt, dass mit natürlichen Zahlen n gilt. Dies bedingt einen weiteren Phasenfaktor in der Wellengleichung, die dann für Amplituden A, in der ersten Teilmenge Abgas und A2 in der zweiten Teilmenge Abgas wie folgt darzustellen ist : #(z)=exp(i#t1+ikz)[A1+A2 exp (-i(2n+1)#)].

Die Amplituden A, und A2 sind über das Verhältnis einer ersten Eingangsquer- schnittsfläche der ersten Teilmenge Kanäle zu der zweiten Eingangsquerschnitts- fläche der zweiten Teilmenge Kanäle justierbar. Sind diese beiden Amplituden A, und A2 gerade gleich, so wird die Welle mit der Kreisfrequenz o vollständig aus- gelöscht. Es liegt destruktive Interferenz vor.

Sind die Amplituden A, der ersten Teilmenge Abgas und A2 der zweiten Teil- menge Abgas nicht identisch, so kommt es jedoch in jedem Fall zu einer Dämp- fung der Schallwelle und entsprechender Oberwellen.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren entsteht die destruktive Interferenz gerade für eine kritische Frequenz. Dies gestattet die Dämpfung von Frequenzen, die z. B. für die Verbrennungskraftmaschine selber oder auch für das von dieser angetriebene Automobil kritisch sind. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Frequenz handeln, bei der Resonanzeffelcte auftreten.

Diese sind im Regelfall unerwünscht, da sie eine erhöhte Materialbelastung dar- stellen.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Laufzeitunterschied der Teilmengen des Abgases so gewählt, dass bei Zusammen- führung der mindestens zwei Teilmengen zumindest teilweise eine destruktive Interferenz für mindestens zwei Frequenzen vorliegt. Dies gestattet es vorteilhaf- ter Weise, mehrere kritische Frequenzen zu dämpfen.

Weitere Vorteile und besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Zeichnung des Kanalsystems eines erfindungs- gemäßen Wabenkörpers ; Figur 2 einen Ausschnitt aus der stirnseitigen Ansicht eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers ; Figur 3 eine Welllage zur Herstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers ; Figur 4 einen Ausschnitt aus der stirnseitigen Ansicht eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers und

Figur 5 eine strukturierte Blechlage zur Herstellung des zweiten Ausfüh- rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers.

Figur 1 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 im Längs- schnitt in schematischer Darstellung. Durch eine Eingangsseite 2 strömt ein Ab- gasstrom 3 in den Wabenkörper 1 hinein und verlässt diesen durch eine Ausgang- seite 4. Der Wabenkörper enthält zwei Teilmengen Kanäle, die sich durch die Veränderung der Kanalquerschnittsfläche über die axiale Länge der Kanäle L un- terscheiden. Die erste Teilmenge Kanäle besteht aus sich erweiternden Kanälen 5, die über einen der Eingangsseite 2 zugewandte erste Eingangsquerschnittsfläche 6 und eine größere erste Ausgangsquerschnittsfläche 7 verfügen, die der Ausgang- seite 4 des Wabenkörpers 1'zugewandt ist. Die zweite Teilmenge Kanäle besteht aus sich verjüngenden Kanälen 8, die eine der Eingangsseite 2 zugewandte zweite Eingangsquerschnittsfläche 9 und eine kleinere zweite Ausgangsquerschnittsflä- che 10, die der Ausgangseite 4 des Wabenkörpers 1 zugewandt ist, aufweisen. In diesem Beispiel entspricht einerseits die erste Eingangsquerschnittsfläche 6 der zweiten Ausgangsquerschnittsfläche 10 und andererseits die zweite Eingangs- querschnittsfläche 9 der ersten Ausgangsquerschnittsfläche 7. Somit ist das Ver- hältnis aus der ersten Eingangsquerschnittsfläche 6 und der ersten Ausgangsquer- schnittsfläche 7 der Kehrwert des Verhältnisses aus der zweiten Eingangsquer- schnittsfläche 9 und der zweiten Ausgangsquerschnittsfläche 10.

In jedem der Kanäle 5 und 8 erfolgt die Querschnittsflächenveränderung streng monoton. Die Anzahl der Kanäle in beiden Teilmengen Kanäle ist gleich groß. Eine erste Teilmenge Abgas durchströmt die erste Teilmenge Kanäle und eine aus der anderen Hälfte bestehende zweite Teilmenge Abgas die zweite Teilmenge Kanäle. In der Vermischungszone 11 stromabwärts der beiden Teilmengen Kanäle werden die beiden Teilmengen Abgas vermischt und verlassen den Wabenkörper 1 durch die Ausgangseite 4.

Enthält nun der Abgasstrom 3 Schallwellen der Wellenlänge X und der Phasenge- schwindigkeit c, so wird sich im Regelfall die Intensität der Schallwellen beim Ausströmen durch die Ausgangseite 4 des Wabenkörpers 1 von der Intensität beim Einströmen in den-Wabenkörper 1 unterscheiden. Jeder der beiden Teilgas- ströme ändert seine Geschwindigkeit durch die Änderung der Kanalquerschnitts- flächen. Für das hier betrachtete Beispiel gilt für die Geschwindigkeit v des Gases in Hauptströmungsrichtung z ein invers-proportionaler Zusammenhang mit der durchströmten Querschnittsfläche. Folglich verlangsamt sich die erste Teilmenge Abgas in den sich erweiternden Kanälen 5, während sich die zweite Teilmenge Abgas in den sich verjüngenden Kanälen 8 beschleunigt. Für jede der beiden Teil- mengen Abgas ändert sich die Geschwindigkeit kontinuierlich während des Durchströmens der beiden Teilmengen Kanäle. Für die Laufzeit tlder ersten Teilmenge Abgas und die Laufzeit t2 der zweiten Teilmenge Abgas gilt dann wobei für die beiden Teilmengen Abgas die Geschwindigkeitsfunktionen v (z) jeweils unterschiedlich sind. Das heißt, die erste Teilmenge Abgas benötigt für das Durchströmen der ersten Teilmenge Kanäle die Zeit tl, die zweite Teilmenge Abgas für das Durchströmen der zweiten Teilmenge Kanäle die Zeit t2. Gilt für den durch das Durchströmen der beiden Teilmengen Kanäle 5 und 8 erhaltene Laufzeitunterschied tl-t2 zwischen den beiden Teilmengen Abgas mit einer ganzen Zahl n, so erhält man einen zusätzlichen Phasenfaktor. Die ge- samte Wellengleichung lässt sich dann darstellen als (z) = exp(i#t1+ikz)[A1+A2 exp(-i(2n+1)#)] wobei co die Kreisfrequenz der Welle und Al und A2 die Amplituden der Wellen in der ersten und der zweiten Teilmenge Abgas angeben. Wird der Abgasstrom 3

in zwei gleiche Teilmengen Abgas aufgeteilt, gilt also Al = A2, so löscht sich die Welle vollständig aus. Sind die Amplituden Al der ersten Teilmenge Abgas und A2 der zweiten Teilmenge Abgas nicht identisch, so kommt es in jedem Fall zu einer Dämpfung der Schallwelle mit der Wellenlänge X und entsprechender O- berwellen. Diesen Umstand kann man dazu ausnutzen, im Abgasstrom 3 nicht nur Schallwellen einer Wellenlänge zu dämpfen, sondern vielmehr Schallwellen meh- rerer Wellenlängen. Hierzu wird der Abgasstrom nicht nur durch zwei Teilmen- gen Kanäle geleitet, sondern durch entsprechend mehr Teilmengen, deren Kanäle entsprechend konzipiert sein müssen.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer stirnseitigen Ansicht auf die Eingangsseite 2 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1. Dieser weist eine erste Teilmenge von sich erweiternden Kanälen 5 und eine zweite Teilmenge von sich verjüngenden Kanälen 8 auf. Die sich erweiternden Kanäle 5 weisen je- weils eine erste kleinere Eingangsquerschnittsfläche 6 auf, während die sich ver- jüngenden Kanäle 8 jeweils eine zweite größere Eingangsquerschnittsfläche 9 aufweisen. Die Querschnittsflächenänderung über die axiale Länge L des Waben- körpers erfolgt in beiden Teilmengen Kanäle in diesem Ausführungsbeispiel streng monoton. Der Wabenkörper ist aus sich abwechselnden glatten Blechlagen 12 und gewellten Blechlagen 13 aufgebaut.

Ein Ausführungsbeispiel für eine gewellte Blechlage 13 zeigt Figur 3. Die Well- höhe dieser gewellten Blechlage 13 verändert sich streng monoton in Richtung der Längsachse, was dazu führt, dass die Querschnittsfläche der durch die gewell- te Blechlage 13 mit einer benachbarten glatten Blechlage 12 gebildeten Kanäle sich streng monoton in Richtung der Längsachse ändert. Durch die Kombination mit einer benachbarten glatten Blechlage 12 entstehen einerseits Kanäle mit einer ersten Eingangsquerschnittsfläche 6 und andererseits Kanäle mit einer zweiten Eingangsquerschnittsfläche 9. Wird der Wabenkörper so aufgebaut, dass die einer glatten Blechlage 12 benachbarten gewellten Blechlagen 13 bezüglich der Mit- telachse 14 jeweils um 180° gegeneinander gedreht eingebaut werden, so kann

vorteilhafterweise ein zylindrischer Wabenkörper 1 aufgebaut werden, der sich erweiternde Kanäle 5 und sich verjüngende Kanäle 8 aufweist. Die sich erwei- ternden Kanäle 5 und die sich verjüngenden Kanäle 8 wechseln sich schichtweise ab, die Querschnittsfläche der sich erweiternden Kanäle 5 steigt streng monoton vom ersten Eingangsquerschnitt 6 zum ersten Ausgangsquerschnitt 7, während die Querschnittsfläche der sich verjüngenden Kanäle 8 streng monoton vom zweiten Eingangsquerschnitt 9 zum zweiten Ausgangsquerschnitt 10 fällt. Ein solcher Wabenkörper 1 verfügt vorteilhafterweise aufgrund seines schichtweisen Aufbaus aus abwechselnd sich erweiternden Kanälen 5 und sich verjüngenden Kanälen 8 über keine Vorzugsrichtung in Bezug auf seine Längsachse, so dass beim Einbau des Wabenkörpers 1 keine Einbaurichtung beachtet werden muss.

Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer stirnseitigen schematischen Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 6. Der Wabenkörper 6 ist aus im wesentlichen glatten Blechlagen 12 und strukturierten Blechlagen 13 aufgebaut und weist eine erste Teilmenge aus sich erweiternden Kanälen 5 und eine zweite Teilmenge Kanäle aus sich verjüngenden Kanälen 8 auf. Die sich erweiternden Kanäle 5 weisen eine ersten Eingangsquerschnittsflä- che 6 a. Durch die Erweiterung der sich erweiternden Kanäle 5 in, Hauptströ- mungsrichtung z vergrößert sich der Kanalquerschnitt in diese Richtung. Die sich verjüngenden Kanäle 8 weisen eine zweite Eingangsquerschnittsfläche 9 auf. Der Kanalquerschnitt verkleinert sich in Richtung der Hauptströmungsrichtung z.

Figur 5 zeigt eine strukturierte Blechlage 13, wie sie ein in Figur 4 gezeigter Wa- benkörper aufweist. Diese strukturierte Blechlage 13 zeichnet sich dadurch aus, das die Strukturwiederhollänge 15, die als Abstand zweier benachbarter Struktur- maxima 16 definiert ist, sich über die Hauptströmungsrichtung z, die identisch zur Längsachse der strukturierten Blechlage 13 ist, stetig verändert. Dies führt zu zwei Teilmengen Kanäle, die die strukturierte Blechlage 13 mit einer benachbar- ten, nicht gezeigten im wesentlichen glatten Blechlage 12 bildet. Eine Teilmenge Kanäle besteht aus sich verjüngenden Kanälen 8, während die andere Teilmenge Kanäle aus sich erweiternden Kanälen 5 besteht. Wie oben dargelegt, führt dies

bei entsprechender Ausgestaltung der strukturierten Blechlagen 13 zu einer Dämpfung von Schallwellen mindestens einer Frequenz.

Durch die Erfindung gelingt es, auf einfache Weise ohnehin vorhandene Waben- körper im Abgassystem zusätzlich zur gezielten Schalldämpfung einzusetzen.

Bezugszeichenliste 1 Wabenkörper 2 Eingangsseite 3 Abgasstrom 4 Ausgangseite 5 Sich erweiternder Kanal 6 Erste Eingangsquerschnittsfläche 7 Erste Ausgangsquerschnittsfläche 8 Sich verjüngender Kanal 9 Zweite Eingangsquerschnittsfläche 10 Zweite Ausgangsquerschnittsfläche 11 Vermischungszone 12 glatte Blechlagen 13 gewellte Blechlagen 14 Mittelachse 15 Strukturwiederhollänge 16 Strukturmaximum Al Amplitude der Schallwelle im ersten Teilgasstrom A2 Amplitude der Schallwelle im zweiten Teilgasstrom c Phasengeschwindigkeit L axiale Kanallänge Wellenlänge n natürliche Zahl co Kreisfrequenz der Schallwelle t, Laufzeit durch die erste Teilmenge Kanäle t2 Laufzeit durch die zweite Teilmenge Kanäle v Geschwindigkeit z Hauptströmungsrichtung