Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einer abgasführenden Abgasleitung, welcher ein aktiver Schalldämpfer zugeordnet ist, der über zumindest einen Lautsprecher verfügt, dessen Membran eine Lautsprecherkammer in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, wobei die erste Kammer in Strömungsverbindung mit der Abgasleitung steht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage.

Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise einem Kraftfahrzeug zugeordnet und dient dem Bereitstellen eines Drehmoments zu dessen Antrieb. Bei dem Betreiben der Brennkraftmaschine entstehen Abgase, welche über die Abgasleitung in eine Außenumgebung ausgebracht werden. Die Abgasleitung ist dabei Bestandteil der Abgasanlage der Brennkraftmaschine. Der Abgasanlage beziehungsweise der Abgasleitung ist der aktive Schalldämpfer zugeordnet. Dieser verfügt über den zumindest einen Lautsprecher, mit dessen Hilfe Schall, insbesondere Antischall erzeugbar ist. Der Lautsprecher wird dabei, beispielsweise mittels eines entsprechendes Steuergeräts, derart angesteuert, dass entweder der von der Brennkraftmaschine erzeugte Schall in der Abgasanlage gedämpft wird, sodass kein oder nur ein geringer Teil des Schalls in die Außenumgebung austreten kann. Alternativ oder zusätzlich kann selbstverständlich der Lautsprecher dazu verwendet werden, den akustischen Eindruck der Brennkraftmaschine und mithin ihre Geräuschkulisse zu verändern.

Der Lautsprecher ist wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, in der Lautsprecherkammer angeordnet. Dabei unterteilt seine Membran diese in die erste Kammer und die zweite Kammer. Von diesen beiden Kammern ist lediglich die erste Kammer mit der Abgasleitung unmittelbar strömungsverbunden. Die zweite Kammer verfügt bei bekannten Ausführungsformen über eine Belüftungsöffnung, durch welche sie mit der Außenumgebung in Strömungsverbindung steht. Entsprechend liegt in der zweiten Kammer stets zumindest näherungsweise der Umgebungsluftdruck vor.

Sollt die Abgasanlage jedoch einem geländegängigen Kraftfahrzeug zugeordnet werden, so werden erhöhte Anforderung an eine Tauchfähigkeit beziehungsweise Watfähigkeit gestellt. Das bedeutet, dass die Abgasanlage auch bei wenigstens bereichsweisem Un- tertauchen der Abgasleitung beziehungsweise einer Abgasaustrittsöffnung der Abgaslei- tung, bei welchem die Abgasleitung zumindest teilweise mit Wasser gefüllt sein kann, einwandfrei funktionieren muss. Bedingt durch das in die Abgasleitung eindringende Wasser verändert sich jedoch die Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer. Dies kann die Funktionsfähigkeit des aktiven Schalldämpfers beeinträchtigen, weil der Lautsprecher gegen einen veränderten Druck in der ersten Kammer arbeiten muss, während der Druck in der zweiten Kammer weiterhin dem Umgebungsluftdruck entspricht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine vorzustellen, welche diesen Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere einen einwandfreien Betrieb der Abgasanlage beziehungsweise des aktiven Schalldämpfers auch bei einem Waten beziehungsweise Tauchen des Kraftfahrzeugs sicherstellt, bei welchem Wasser in die Abgasleitung eintritt, insbesondere durch eine Abgasaustrittsöffnung der Abgasleitung.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt. Dabei ist ein Druckeinstellmittel zum Einstellen eines von einem Umgebungsluftdruck abweichenden Drucks in der zweiten Kammer in zumindest einem Betriebszustand vorgesehen. Wie bereits eingangs ausgeführt, ist der Umgebungsluftdruck der Luftdruck in der Außenumgebung im Bereich der Abgasanlage beziehungsweise des Kraftfahrzeugs. Der Umgebungsluftdruck ist nicht verwechseln mit einem Umgebungsdruck, welcher in einem beliebigen Medium in der Außenumgebung vorliegen kann, beispielsweise bei einem Waten beziehungsweise Tauchen des Kraftfahrzeugs unter Wasser im Bereich der Abgasaustrittsöffnung. Bei der Bestimmung des Umgebungsluftdrucks wird dagegen tatsächlich lediglich in Luft vorliegender Druck berücksichtigt. Der Umgebungsluftdruck wird mithin stets außerhalb des das Kraftfahrzeug beziehungsweise die Abgasanlage unter Umständen umgebenden Wassers bestimmt.

Der Lautsprecher, beziehungsweise der zweiten Kammer ist nun das Druckeinstellmittel zugeordnet. Mittels diesem kann in der zweiten Kammer prinzipiell ein beliebiger Druck eingestellt werden, welcher in dem zumindest einen Betriebszustand von dem Umgebungsluftdruck abweicht. In anderen Betriebszuständen kann dagegen auf bekannte Art und Weise der in der zweiten Kammer vorliegende Druck gleich dem Umgebungsluftdruck sein beziehungsweise diesem entsprechend eingestellt werden. Bevorzugt wird lediglich bei einem Waten beziehungsweise Tauchen des Kraftfahrzeugs der Druck in der zweiten Kammer auf den Umgebungsdruck eingestellt, welcher dabei von dem Um- gebungsluftdruck abweicht. Auf diese Weise kann beispielsweise die zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer vorliegende Druckdifferenz, insbesondere bei deaktivierter Brennkraftmaschine, konstant gehalten werden. Insbesondere wird der Druck in der zweiten Kammer stets auf den in der ersten Kammer vorliegenden Druck, insbesondere einen in der ersten Kammer vorliegenden mittleren Druck, eingestellt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lautsprecherkammer eine in die zweite Kammer einmündende Anschlussöffnung aufweist, an welcher eine Druckausgleichskammer angeschlossen ist. Die Druckausgleichskammer weist beispielsweise ein Volumen von 0,01 Liter bis 5 Liter, insbesondere von 0, 1 Liter bis 0,3 Liter, besonders bevorzugt von genau 0,2 Liter, auf. Beispielsweise beträgt das Volumen der Druckausgleichskammer 1 % bis 25%, insbesondere 2% bis 5%, bevorzugt 3%, des Volumens der zweiten Kammer. In der Druckausgleichskammer wird also eine bestimmte Menge an Luft vorgehalten, welche bei Bedarf zum Erhöhen des Drucks in der zweiten Kammer verwendet werden kann. Dabei ist beispielsweise ein wenigstens teilweises Einbringen der bevorrateten Luft in die zweite Kammer vorgesehen. In diesem Fall liegt über die Anschlussöffnung eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Kammer und der Druckausgleichskammer vor.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Trennelement in Form einer, insbesondere gasdurchlässigen, Membran vorliegt. Mit Hilfe der Membran ist die Anschlussöffnung besonders bevorzugt vollständig verschlossen, sodass die Druckausgleichskammer strömungstechnisch vollständig von der Lautsprecherkammer getrennt ist, wobei dennoch eine Druckübertragungsverbindung vorliegt. Die Membran kann derart ausgeführt sein, dass sie lediglich fluiddicht ist und dabei beispielsweise Luft passieren lässt, also gasdurchlässig ist, während Flüssigkeit, insbesondere Wasser, und Feststoffe nicht durch sie hindurch, insbesondere aus der Druckausgleichskammer in die zweite Kammer, gelangen kann. Alternativ die Membran gasdicht beziehungsweise luftdicht, sodass auch Gas beziehungsweise Luft sie nicht passieren kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Kammer und die Druckausgleichskammer mittels eines druckübertragenden Trennelements strömungstechnisch voneinander getrennt sind. Entgegen den vorstehenden Ausführungen kann es also auch vorgesehen sein, dass keine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Kammer und der Druckausgleichskammer vorliegt. Vielmehr soll das Trennelement vorgesehen sein, welches das Übertreten von Luft aus der Druckausgleichskammer in die zweite Kammer oder umgekehrt nicht zulässt. Gleichzeitig soll das Trennelement jedoch druckübertragend sein. Bei einer Erhöhung des Drucks in der Druckausgleichskammer soll sich also in Folge der in der zweiten Kammer vorliegende Druck ebenfalls erhöhen. Entsprechendes gilt bei einer Verringerung des Drucks. Zu diesem Zweck ist das Trennelement beispielsweise als elastisches Element ausgebildet, welches sich bei einer Veränderung des Drucks in der Druckausgleichskammer entweder in diese oder in die zweite Kammer hineinerstreckt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein der zweiten Kammer abgewandtes Ende der Druckausgleichskammer oder eine an das Ende der Druckausgleichskammer angeschlossene Druckausgleichsleitung mit einer Druckausgleichsmündung in eine Außenumgebung einmündet, wobei die Druckausgleichsmündung auf derselben Höhe wie eine Abgasaustrittsöffnung der Abgasleitung angeordnet ist. Die Druckausgleichsmündung liegt also entweder an der Druckausgleichskammer oder an der Druckausgleichsleitung vor. In letzterem Fall ist dabei die Druckausgleichsleitung mit ihrem einen Ende an der Druckausgleichskammer angeschlossen und weist an ihrem anderen Ende die Druckausgleichsmündung auf. Über die Druckausgleichsmündung ist eine Strömungsverbindung zwischen der Druckausgleichskammer beziehungsweise der Druckausgleichsleitung und der Außenumgebung hergestellt. Durch die Druckausgleichsmündung kann also Fluid aus der Außenumgebung in die Druckausgleichsleitung und/oder die Druckausgleichskammer gelangen.

Die Abgasleitung verfügt dagegen über die Abgasaustrittsöffnung, durch welche das Abgas der Brennkraftmaschine aus der Abgasleitung und damit aus der Abgasanlage in die Außenumgebung austritt beziehungsweise austreten kann. Sowohl die Druckausgleichsmündung als auch die Abgasaustrittsöffnung stellen also jeweils den am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt der Druckausgleichskammer oder der Druckausgleichsleitung beziehungsweise der Abgasleitung bezüglich des jeweils strömenden Fluids dar. Die Druckausgleichsmündung soll nun zumindest näherungsweise auf derselben Höhe angeordnet sein wie die Abgasaustrittsöffnung. Unter der Höhe ist dabei der Abstand von einem ebenen Untergrund zu verstehen, auf welchem das Kraftfahrzeug angeordnet ist.

Mit einer derartigen Anordnung der Druckausgleichsmündung wird erreicht, dass bei einem Überfluten der Abgasaustrittsöffnung, beispielsweise bei einem Waten beziehungsweise Tauchen des Kraftfahrzeugs, gleichzeitig auch die Druckausgleichsmün ^¬ dung überflutet wird. Entsprechend kann sowohl durch die Abgasaustrittsöffnung als auch durch die Druckausgleichsmündung Wasser in die Abgasleitung beziehungsweise 3 002770

5 die Druckausgieichskammer oder die Druckausgleichsleitung eintreten. Entsprechend wird durch das Eindringen des Wassers gleichzeitig der Druck in der ersten Kammer und der zweiten Kammer der Lautsprecherkammer verändert, insbesondere erhöht. Auf diese Weise stellt sich ein völlig automatisches Angleichen des Drucks in der zweiten Kammer an den Druck in der ersten Kammer ein.

Schließlich kann es vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsmündung von einer Fahrtrichtung eines die Abgasanlage aufweisenden Kraftfahrzeugs abgewandt ist. Zumindest soll die Druckausgleichsmündung derart angeordnet sein, dass während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs, insbesondere auch bei hohen Geschwindigkeiten, kein Staudruck derart entsteht, dass der Druck in der zweiten Kammer stark ansteigt, sodass ^• die Funktionsfähigkeit des aktiven Schalldämpfers beeinflusst wird. Zu diesem Zweck wird bevorzugt die Druckausgleichsmündung von der Fahrtrichtung abgewandt ausgerichtet.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage, insbesondere einer Abgasanlage gemäß den vorstehenden Ausführungen. Die Abgasanlage soll dabei eine abgasführende Abgasleitung aufweisen, welcher ein aktiver Schalldämpfer zugeordnet ist, der über zumindest einen Lautsprecher verfügt, dessen Membran eine Lautsprecherkammer in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, wobei die erste Kammer in Strömungsverbindung mit der Abgasleitung steht. Dabei ist vorgesehen, dass mittels eines Druckeinstellmittels in zumindest einem Betriebszustand ein von einem Umgebungsluftdruck abweichender Druck in der zweiten Kammer eingestellt wird. Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Das Verfahren beziehungsweise die Abgasanlage kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.

Das Verfahren zeichnet sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass der Druck in der zweiten Kammer in Abhängigkeit von einem Druck in der ersten Kammer eingestellt wird. Der Druck in der ersten Kammer ist beispielsweise ein mittlerer Druck, also ein über einen bestimmten Zeitraum gemittelter Druck. Der Druck in der ersten Kammer kann beispielsweise mit Hilfe eines Drucksensors gemessen werden und anschließend mit Hilfe eines Aktors der Druck in der zweiten Kammer entsprechend eingestellt werden. Beispielsweise kann der zweite Druck dabei dem ersten Druck entspre ^¬ chen oder mit Hilfe einer mathematischen Beziehung oder einer Tabelle aus dem Druck in der ersten Kammer bestimmt werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Umgebungsdruck an einer Abgasaustrittsöffnung der Abgasleitung bestimmt wird und der Druck in der zweiten Kammer gleich dem Umgebungsdruck eingestellt wird. Der Umgebungsdruck kann sich dabei - wie bereits vorstehend ausgeführt - ausdrücklich von dem Umgebungsluftdruck unterscheiden. Befindet sich die Abgasaustrittsöffnung jedoch außerhalb von Wasser, ist also nicht wenigstens teilweise überflutet, so stimmt der Umgebungsdruck üblicherweise mit dem Umgebungsluftdruck überein. Lediglich bei wenigstens teilweise überfluteter Abgasaustrittsöffnung weichen Umgebungsdruck und Umgebungsluftdruck voneinander ab, wobei der Umgebungsdruck in diesem Fall üblicherweise höher ist als der Umgebungsluftdruck.

Das Bestimmen des Umgebungsdrucks an der Abgasaustrittsöffnung kann beispielsweise mit Hilfe der vorstehend bereits beschriebenen Druckausgleichskammer beziehungsweise Druckausgleichsleitung erfolgen, wobei deren Druckausgleichsmündung insbesondere auf derselben Höhe wie die Abgasaustrittsöffnung der Abgasleitung angeordnet ist. Alternativ kann jedoch auch ein Drucksensor vorgesehen sein, mittels welchem der Umgebungsdruck an der Abgasaustrittsöffnung bestimmt wird. Anschließend wird der Druck in der zweiten Kammer, beispielsweise mit dem bereits erwähnten Aktor, gleich dem Umgebungsdruck oder zumindest in Abhängigkeit von dem Umgebungsdruck, eingestellt. In letzterem Fall wird der in der zweiten Kammer einzustellende Druck beispielsweise mit Hilfe der mathematischen Beziehung oder der Tabelle aus dem Umgebungsdruck bestimmt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Wasserstandspegel bestimmt und in Abhängigkeit von dem Wasserstandspegel der Druck in der zweiten Kammer eingestellt wird. In diesem Fall wird also nicht der Umgebungsdruck oder der Umgebungsluftdruck bestimmt beziehungsweise zum Bestimmen des in der zweiten Kammer einzustellenden Drucks herangezogen. Vielmehr wird nun der Wasserstandspegel bestimmt, welcher bei dem Waten beziehungsweise Tauchen des Kraftfahrzeugs auftritt. Der Wasserstandspegei wird dabei bevorzugt relativ zu der Höhe der Abgasaustrittsöffnung bestimmt, wobei letztere einen Nullpunkt definiert. Aus dem Wasserstandspegei wird der in der zweiten Kammer einzustellende Druck bestimmt und nachfolgend, beispielsweise mit Hilfe des Aktors, eingestellt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Abgasanlage einer

Brennkraftmaschine.

Die Figur zeigt einen Bereich einer Abgasanlage 1. Diese ist beispielsweise einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine zugeordnet oder ein Bestandteil von dieser. Die Brennkraftmaschine wiederum kann beispielsweise dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienen. Die Abgasanlage 1 kann mithin gemeinsam mit der Brennkraftmaschine dem Kraftfahrzeug zugeordnet sein. Die. Abgasanlage 1 verfügt über eine Abgasleitung 2, welche bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine von dem von dieser erzeugten Abgas durchströmt wird, beispielsweise in Richtung des Pfeils 2'. Der Abgasleitung ist ein aktiver Schalldämpfer 3 zugeordnet, der über einen in einem Gehäuse 4 angeordneten Lautsprecher 5 verfügt. Das Gehäuse 4 schließt eine Lautsprecherkammer 6 ein, die sich im Wesentlichen aus einer ersten Kammer 7 und einer zweiten Kammer 8 zusammensetzt.

Die Lautsprecherkammer 6 wird dabei von einer Membran 9 des Lautsprechers 6 in die erste Kammer 7 und die zweite Kammer 8 unterteilt. Die erste Kammer 7 steht dabei in Strömungsverbindung mit der Abgasleitung 2 oder bildet einen Bereich der Abgasleitung 2 aus. Durch die Membran wird eine vollständige und fluiddichte Abtrennung zwischen den Kammern 7 und 8 erzielt. Die Membran 9 ist mittels einer Magneteinrichtung 10 zum Erzeugen von Schall verlagerbar. Der Schall kann dabei beispielsweise Antischall sein, um die Intensität des von der Brennkraftmaschine erzeugten Schalls zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Klangbild der Brennkraftmaschine mit Hilfe des Lautsprechers 5 beeinflusst werden.

Die Lautsprecherkammer 6 beziehungsweise die zweite Kammer 8 weisen eine Anschlussöffnung 11 auf, die das Gehäuse 4 durchgreift. Ansonsten ist das Gehäuse 4 vorzugsweise dicht ausgebildet, zumindest die zweite Kammer 8 weist also keine weiteren Öffnungen auf. An die Anschlussöffnung 11 ist eine Druckausgleichskammer 12 an ^¬ geschlossen. Bevorzugt ist in der Anschlussöffnung 11 ein Trennelement 13 angeordnet, welches beispielsweise als Membran, insbesondere als gasdurchlässige Membran, ausgebildet ist. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass keine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Kammer 8 und der Druckausgleichskammer 12 vorliegt. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Trennelement 13 jedoch elastisch, sodass dennoch eine Druckübertragungsverbindung zwischen der Druckausgleichskammer 12 und der zweiten Kammer 8 bei gleichzeitiger strömungstechnischer Trennung voneinander vorliegt. Auf der der Anschlussöffnung 11 abgewandten Seite ist die Druckausgleichskammer 12 an eine Druckausgleichsleitung 14 angeschlossen. Diese weist auf ihrer wiederum der Druckausgleichskammer 12 abgewandten Seite eine Druckausgleichsmündung 15 auf. Mit dieser mündet sie in eine Außenumgebung 16 ein. Die Druckausgleichsmündung 15 ist im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet wie eine Abgasaustrittsöffnung 17 der Abgasleitung 2. Durch diese Abgasaustrittsöffnung 17 kann das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas aus der Abgasleitung 2 in die Außenumgebung 16 austreten.

Bei einem Waten beziehungsweise Tauchen des Kraftfahrzeugs kann es vorkommen, dass die Abgasaustrittsöffnung 17 von Wasser 18 überflutet wird. Entsprechend kann das Wasser entlang des Pfeils 19 durch die Abgasaustrittsöffnung 17 in die Abgasleitung 2 eintreten. Mithin stellt sich ein Wasserpegel 20 beispielsweise in der ersten Kammer 7 ein. Dieser bewirkt eine Druckänderung in der ersten Kammer 7 und mithin eine Veränderung der Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 7 und der zweiten Kammer 8. Der Lautsprecher 5 müsste nun bei dieser veränderten Druckdifferenz betrieben werden, was jedoch seine Funktionsfähigkeit beziehungsweise die Funktionsfähigkeit des Schalldämpfers 3 insgesamt beeinträchtigt. Weil jedoch die Druckausgleichsmündung 5 auf derselben Höhe beziehungsweise auf demselben Niveau angeordnet ist wie die Abgasaustrittsöffnung 17, kann auch durch die Druckausgleichsmündung 15 entlang des Pfeils 21 das Wasser eintreten, sodass sich ein Wasserpegel 22 in der Druckausgleichsleitung 14 oder (wie hier dargestellt) in der Druckausgleichskammer 2 einstellt. Dieser Wasserpegel 22 bewirkt eine Druckänderung in der Druckausgleichskammer 12, welche ihrerseits über das Trennelement 13 eine Druckänderung in der zweiten Kammer 8 hervorruft. Durch das eintretende Wasser wird also sowohl der Druck in der ersten Kammer 7 als auch der Druck in der zweiten Kammer 8 vergrößert, sodass die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 7 und 8 im Wesentlichen kontant bleibt. Entsprechend wird die Funktionsfähigkeit des Schalldämpfers 3 sichergestellt.

Selbstverständlich können auch andere Mittel und Wege zum Einstellen des Drucks in der zweiten Kammer 8 vorgesehen sein. Beispielsweise wird der Druck in der ersten Kammer 7 oder im Bereich der Abgasaustrittsöffnung 17 mit Hilfe eines Drucksensors gemessen und aus diesem der in der zweiten Kammer 8 einzustellende Druck bestimmt. Dieser bestimmte Druck kann anschließend mit geeigneten Mitteln, beispielsweise einem entsprechenden Aktor, in der Druckausgleichskammer 12 und/oder der zweiten Kammer 8 eingestellt werden. In der hier dargestellten Ausführungsform bilden jedoch die Druck- ausgleichskammer 12 und die sich an diese anschließende Druckausgleichsleitung ein Druckeinstellmittel 23.

BEZUGSZEICHENLISTE

Abgasanlage

Abgasleitung

Pfeil

Schalldämpfer

Gehäuse

Lautsprecher

Lautsprecherkammer

1. Kammer

2. Kammer

Membran

Magneteinrichtung

Anschlussöffnung

Druckausgleichskammer

Trennelement

Druckausgleichsleitung

Druckausgleichsmündung

Außenumgebung

Abgasaustrittsöffnung

Wasser

Pfeil

Wasserpegel

Pfeil

Wasserpegel

Druckeinstellmittel