本发明涉及用于内燃机的排气系统的消音器，所述内燃机优选地是道路车辆、特别是客车的内燃机。本发明还涉及用于配备有这种消音器的用于内燃机的排气系统。
背景技术：
在运动型客车的情况下，特别是在跑车的情况下，经常需要获得车辆或内燃机的当前操作状态的声反馈。这种需要首先在加速操作期间存在，即，在内燃机的部分负载期间和满载期间。在这些操作状态期间，因此期望相对较小的声音衰减。同时，希望在消音器中用于废气流的尽可能低的废气背压来用于这些操作状态，以能够从用于车辆推进的内燃机获取尽可能多的功率。这与用于在内燃机的低部分负荷下实现最有效的声学衰减可能的需要相反，特别是在怠速下。因为在内燃机的该运行范围中存在许多过剩的功率，为此也可接受在消音器中的相对高的背压。
为了使消音器能够满足这些相反的要求，可在消音器中实现两条排气路径，其中一条可通过控制装置控制，而另一条通常是不受控的。在满载时，打开可控的排气路径，由此减小了排气背压。通过该可控排气路径的相应路由(routing)，也可通过这种方式来实现减小的声音衰减。相反，在低输出时，可控排气路径被阻塞，使得废气仅流过不受控的路径并且在其中有效地衰减。然而，这种系统的问题在于：在满载时，存在可控的、打开的排气路径与声衰减装置存在相对有效的声耦合，使得即使在满载时仍然实现一定的声音衰减。
技术实现要素：
本发明解决的问题是提供一种上述类型的消音器的改进实施方式，特别地，其特征在于减小了排气路径的声耦合，其对于消音器的声音衰减装置在全负载下是活跃的。
根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。
本发明基于在入口管和主出口管之间形成重叠区域的总体思路，入口管和主出口管以这样的方式彼此插入，使得在入口管和主出口管之间的重叠区域中形成旁路，通过它来自入口管的废气可流出通过该主出口管进入膨胀室中。废气可通过二级出口管从膨胀室流出，该二级出口管另外地通向该膨胀室。通过根据本发明提出的管套管布置，实现了入口管和主出口管具有对于废气流的一部分的作用，实际上类似于连续的排气管，其大部分地与消音器的声音衰减装置脱离，由此对于废气流的这一部分，可实现低声音衰减和低废气背压。相反，其余的废气流通过旁路流入膨胀室中，并通过二级出口管流出消音器。在膨胀室的帮助下，在这里实现了对于废气流的这一部分的足够声音衰减。
膨胀室通常的特征在于自由空间，空气声音可传播到其中。原则上，类似于在吸收室中，吸声材料可设置在膨胀室中，但是这样的膨胀室不完全填充有吸声材料，而是必须将自由空间保留在膨胀室内，空气声音例如可通过旁路或通过穿孔膨胀到其中。
此外，已经表明，借助于这样的重叠区域，在其中主出口管的起始区域突伸到入口管的端部区域中，例如，以γ/4管或γ/2管形式作为共振管的主出口管的利用率得到改善，因为在重叠区域中可实现特别有效的振动激励。在这里，主出口管可特别地引入到入口管中如此之深，使得在主出口管中实现最佳的振动激励。
根据一个有利的实施方式，入口管的端部和主出口管的起始部可线性地配置。重叠区域的轴向长度实际上可以是入口管的端部直径的两倍大，特别的是其至少三倍大或至少四倍大，利用该重叠区域的轴向长度主出口管突伸到入口管中。因此，例如具有预定流动阻力的预定流从而可在径向形成于入口管的端部和形成上述旁路的主出口管的起始部之间的间隙中实现。
根据一个特别有利的实施方式，主出口管、二级出口管和间隙的可通流的横截面和/或流动阻力可彼此匹配，使得经由入口管输入的废气流以40％-60％的比例通过主出口管排出。优选的是主出口管和二级出口管上的流量分布大约为50:50。已经示出的是，利用这种流量分配，例如可省略用于控制主出口管的通流的控制装置。因此，减少了用于制造这种消音器的工作。在这种情况下，在消音器的操作期间，主出口管和二级出口管不受控制，并且由废气永久地流通。
根据另一个有利的实施方式，可提供的是在重叠区域中，在中央的间隙的可通流横截面大约与主出口管的可通流横截面一样大。利用在重叠区域上游的入口管中的均匀流，在主出口管和二级出口管上的废气流大约一半的分布以这样的主出口管和间隙的可通流横截面的比例实现。
根据另一个有利的实施方式，壳体可配置为圆柱形并且配备有壳和两个端底部。入口管实际上通过壳供给。主出口管实际上通过一个端底部供给。二级出口管实际上通过另一端底部供给。因此，消音器可以特别地实现为横向水平消音器，其在安装状态下相对于其纵向中心轴线横向于车辆的纵向轴线设置。在这种情况下，在相对的轴向端部上从壳体伸出的排气管可形成排气系统的两个端部管或通向两个端部管。可替代地，也可设置为将主出口管和二级出口管通过相同的端底部引导出壳体。也可想到以壳设计来实现壳体。
实际上可提供的是入口管是未穿孔的。因此，实现了到主出口管的有效流动路由。附加地或可替代地，主出口管可以是未穿孔的。该措施还导致在主出口管内发生有效的流动路由。附加地或可替代地，二级出口管可以是未穿孔的。该措施最终导致在二级出口管中的流动路由特别有效。假设壳体中的所有三个上述管是未穿孔的，则壳体实际上仅包括膨胀室。
在另一个实施方式中，主出口管可在膨胀室中具有穿孔。因此，实现了在废气流中传播的空气声音可通过主出口管的穿孔逸入到膨胀室中，由此可实现一定的衰减。附加地或可替代地，入口管可包括在重叠区域中的穿孔，由此产生了与包围该重叠区域的空间的声耦合。
根据另一个有利的实施方式，至少一个另外的腔室可形成在壳体中。该入口管和/或二级出口管可包括至少在这样的另外腔室中的穿孔。因此，相应的另外腔室经由相应的穿孔声学地连接，并且可用于衰减所传播的空气声音。例如，入口管可在重叠区域中具有穿孔。
根据一个特别有利的实施方式，可在壳体中形成两个另外的腔室，即，轴向邻接膨胀室的第一另外腔室，以及第二另外腔室，其在背离膨胀室的侧面上轴向邻接第一另外腔室。实际上，现在可提供的是二级出口管在第二另外腔室中具有穿孔。因此，第二另外腔室经由二级出口管的穿孔来声耦合。例如，第二另外腔室可配置为填充有吸音材料的吸收室。同样可以设想，同样配置第二另外腔室为膨胀室。
根据有利的进一步发展，第一另外腔室可配置为填充有吸声材料的吸收室。第一另外腔室可通过第一分离壁与膨胀室分离，并且通过第二分离壁与第二另外腔室分离。在这种情况下，分隔壁轴向地设置在端底部之间并且与这些端底部轴向间隔开并且彼此轴向间隔开。用作吸收室的第一另外腔室的声学连接可经由入口管中的穿孔或经由二级出口管中的穿孔或经由第一分隔壁中的穿孔或经由第二分隔壁中的穿孔来实现。同样可以想到的是，通过前述穿孔的组合来实现声耦合。可想到的是这样的实施方式，其中第一分隔壁和第二分隔壁是未穿孔的，而第一另外腔室中的二级出口管具有穿孔。此外，可以想到的是，入口管通过第一分隔壁供给，并且在第一另外腔室中是未穿孔的。
在一个优选实施方式中，第一分隔壁可以是穿孔的，使得第一另外腔室声学地耦合到膨胀室。如果第二分隔壁是未穿孔的，则第一另外腔室与膨胀室的声耦合通过第一分隔壁来实现。可替代地，第二分隔壁也可配备有穿孔，使得第一另外腔室声学地耦合到膨胀室和第二另外腔室。
相反，在一个替代的实施方式中，提供的是第一分隔壁是未穿孔的，而第二分隔壁是穿孔的，使得第一另外腔室与第二另外腔室的声学连接通过第二分隔壁进行。此外，入口管和二级出口管则在第一另外腔室中是未穿孔的，而第二另外腔室中的二级出口管具有穿孔。实际上，在这种情况下，第二另外腔室配置为膨胀室，使得通过膨胀室中的自由空间，空气声因能够到达远至穿孔的第二分隔壁。
当膨胀室后面是吸收室并且吸收室后面是共振室时，获得了优选的实施方式。吸收室可通过第一分隔壁的穿孔声学地连接到膨胀室。同样地，在重叠区域中的入口管，其位于吸收室中，可包括一个穿孔。共振室可经由连接管声学地连接到膨胀室，其中连接管穿过两个分隔壁。第二分隔壁实际上是未穿孔的。在该实施方式中二级出口管和主出口管实际上是未穿孔的。
然而，特别有利的是这样的实施方式，其中在壳体中形成了两个另外腔室，即，第一另外腔室，其经由第一分离壁轴向地跟随膨胀室，以及第二另外腔室，其在背离所述膨胀室的一侧上经由第二分隔壁轴向地跟随第一另外腔室，其中所述第一另外腔室配置为吸收室，其填充有吸声材料并且通过配置为穿孔的所述第一分隔壁声学地耦合到所述膨胀室，并且其中所述第二另外腔室配置为共振器室，其通过配置为未穿孔的第二分隔壁与所述第一另外腔室分离，并且其经由共振器管声学地连接到所述二级出口管或膨胀室。因此，可通过经由二级路径的膨胀、吸收和共振来实现宽带衰减。
实际上，主出口管和二级出口管在壳体内彼此平行延伸。管在壳体内的设置实际上如此实现，使得在内燃机的操作期间废气必须在膨胀室中由间隙的出口开口转向180°，以能够穿过二级出口管的入口开口进入二级出口管。如果两个出口管通过相同的端底部引出壳体，则二级出口管的入口开口和间隙的出口开口的设置实际上使得膨胀室中的流动必须两次转向180°，以从间隙的出口开口进入二级出口管的入口开口。
实际上，重叠区域中的主出口管径向地支撑在入口管上，以减少入口管和主出口管之间的相对运动。为此，主出口管可经由入口管上的多个腹板来支撑，这些腹板分布设置在主出口管的圆周方向上并桥接该间隙。附加地或可替代地，可提供的是主出口管经由至少一个穿孔环支撑在入口管上，所述穿孔环在主出口管的圆周方向上延伸并填充该间隙。在这两种情况下，实现了显著的稳定，其可相对划算地实现。
此外，可提供的是主出口管支撑在穿孔的中间底部上，其设置在膨胀室中并支撑在壳体上。该措施还稳定了主出口管在壳体中的位置。在这种情况下，穿孔的中间底部不会在膨胀室内产生任何声学分离，使得其作为单元来保持。
根据有利的进一步发展，主出口管可通过控制装置关于其通流的湿废气来控制。该控制装置可在壳体内耦合到主出口管或其外部。该控制装置可特别配置，使得控制装置至少在内燃机的满负载时打开主出口管，并且至少在内燃机的低部分负载时阻塞主出口管。同样可以考虑控制装置，在其中的情况下可实现一个、多个或任意数量的中间位置。在这里，控制装置可配置为使得其主动地工作，即，配备有致动驱动器，或者被动地工作，并且因此仅通过流的位移力进行调节。控制装置的半主动配置同样是可以想到的，例如其与压力胶囊(capsule)一起工作并且由存在于入口管和/或膨胀室中和/或主出口管的起始区域中的压力来控制。
从从属权利要求、附图和通过附图的相关附图描述中获得其它重要的特征和优点。
应当理解，上述以及在下面仍然要解释的特征不仅可用于所述的相应组合，而且可用于其它组合或单独使用，并不脱离本发明的范围。
本发明的优选示例性实施方式在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释。
附图说明
唯一的图1以线路图的方式示出了消音器的高度简化示意图。
具体实施方式
根据图1，消音器1提供用于内燃机的排气系统，其包括壳体2，壳体2优选地配置为圆柱形并且因此具有圆柱形壳3，并且在其轴向端部上各自具有端底部，即，第一端底部4和第二端底部5。实际上，排气系统或内燃机设置在道路车辆中。优选地，这是客车，特别是跑车。
在壳体2中形成有膨胀室6。其特征在于自由空间，废气或在其中传播的空气声音能扩展到其中。在该自由空间之外，例如沿着边界壁，吸声材料可任选地设置在膨胀室6中。
消音器1配备有入口管7，其在壳体2中包括端部8，利用它入口管7在膨胀室6中形成。为此，膨胀室6中的端部8具有出口开口9。此外，消音器1配备有主出口管10，其在壳体2中包括起始部分11。该起始部分11插入入口管7的端部8中，并且终止于入口管7的内部。因此，图1中仅用虚线示出了起始部分11。在入口管7内，起始部分11包括入口开口12。由于主出口管10的起始部分11伸入到入口管7的端部8中，重叠区域13形成在端部8和起动部分11之间，其在图1中由大括号表示。在该重叠区域13中，在端部8和起始部分11之间径向地形成间隙14。该间隙14又形成旁路，其在端部8内绕过起始部分11。因此，来自入口管7的废气可流过在外部经过起始部分11的间隙14而进入膨胀室6中。最后，消音器1另外包括二级连接管15，其在膨胀室6中包括入口开口16。
实际上，入口管7的端部8和主出口管10的起始部分11线性地延伸，使得重叠区域13也是线性的。在这里，起始部分11轴向地深入突出到端部8中，使得重叠区域13具有轴向长度17，其在所示的实施例中大约是端部8中的入口管7的直径18的四倍大小。通过插入深度或通过重叠区域13的长度17，可在主出口管10中优化共振效应，利用该共振效应可明确地衰减在废气中传输的声音的特定频率。
主出口管路10、二级出口管路15和间隙14的可通流横截面或流动阻力实际上彼此匹配，使得至少在内燃机的部分负载和/或满负载下，在通过主出口管10排出的主要部分流20和通过二级出口管15排出的二级部分流21上实现经由入口管7供应的废气流19的预定分布。供应的总流19、主要部分流20和二级部分流21由图1中的箭头表示。优选地，调节在主要部分流20和二级部分流21上总流19的分布，该分布位于40:60至60:40的范围内。特别有利的是大约50:50的分布。
为了实现总流19在主要部分流20和二级部分流21上的这种分布，可提供的是，在重叠区域13中选择间隙14的可通流横截面与起始部分11中的主出口管10的可通流横截面有平均大约相同的大小。因此，间隙14和起始部分11的可通流横截面各自大约是入口管7的可通流横截面的尺寸的一半，入口管7正好在主出口管10的入口开口12的上游。
尽管在图1中示出了起始部分11和端部8的同心设置，这导致间隙14围绕起始部分11完全环形地循环，根本上可选择任何偏心设置。特别的，还可以想到起始部分11线性地接触端部8。同样可以想到的是端部8和起始部分11具有在重叠区域13的圆周方向上限定的共同壁部分。间隙14在重叠区域13中也可具有不同的几何形状，取决于起始部分11和端部8的横截面几何形状。例如，可以是环形或具有圆形管横截面的c形，以及u形或具有角度的、优选为矩形横截面i形。
在具有在这里所示的圆柱形壳体2的优选实施方式中，入口管7通过壳3供给，而出口管10和15通过端底部4，5供给。详细地，主出口管10通过第一端底部4供给，而二级出口管15通过第二端底部5供给。可替代地，也可提供的是两个出口管10，15都通过相同的端底部4或5供给。
此外，在这里所示的实施方式中，两个另外腔室，即，第一另外腔室22和第二另外腔室23在壳体2中形成。第一另外腔室22轴向地跟随膨胀室6。第二另外腔室23在背离膨胀室6的一侧上轴向地跟随第一另外腔室22。在这种情况下，轴向方向由圆柱形壳体2的纵向中心轴线24限定。第一另外腔室22通过第一分隔壁25与膨胀室6分开，并且通过第二分隔壁26与第二另外腔室23分开。优选的是这样的实施方式，其中第一另外腔室22配置为吸收室并且填充有吸声材料27。实际上，第一另外腔室22完全填充有吸声材料27。此外，第一分隔壁25优选地是穿孔的。第一另外腔室22因此声学地连接到膨胀室6。在这种情况下，第一分隔壁25由入口管7和二级出口管15供给。第二分隔壁26优选地配置为未穿孔的。第二另外腔室23可优选地配置为膨胀室或吸收室或共振室。此外，在一个优选的实施方式中，入口管7和主出口管10是未穿孔的。与此相反，第二另外腔室23中的二级出口管15可设置有穿孔28，因此第二另外腔室23声耦合到二级出口管15。二级出口管15可在第一另外腔室22中是未穿孔的或具有在此处未示出的另外的穿孔。与穿孔28结合，第二另外腔室23形成另外的膨胀室。
代替所示的穿孔28，用虚线表示的共振器管29也可设置在二级出口管15上，其与第二另外腔室23的自由体积一起形成亥姆霍兹共振器。第二另外腔室23则是共振室或共振器室。
优选地，还可提供使用共振器管32用于将膨胀室6与第二另外腔室23声学连接，以形成这样的亥姆霍兹共振器。在这种情况下，第二另外腔室23也是共振器室。共振器管32穿透该穿孔的第一分隔壁25和未穿孔的第二分隔壁26以及在这种情况下用作吸收室的第一另外腔室22。此外，二级出口管15和入口管7各自至少在第二另外腔室23中是未穿孔的。
同样，可替代想到的是，除了穿孔28之外还提供连接管30，其在图1中同样用虚线表示。该连接管30然后与作为亥姆霍兹共振器的第一另外腔室22的自由体积相互作用。在这种情况下，可实际地形成第二另外腔室23，其经由穿孔28声学地连接到二级出口管路15，作为吸收室，然后填充有吸声材料27。
在图1中，另外示出了控制装置31，借助于该控制装置31可控制具有废气的主出口管10的通流能力。特别的，总流19在主要部分流20和二级部分流21上的分布由此可改变。例如，在内燃机满载时控制装置31可打开主出口管10，使得产生相对较大的主要部分流20。相反，在低部分负载范围中，控制装置31相反可导致主出口管10的阻塞，使得则可产生相对较大的二级部分流21，其在极端情况下对应于总流19。在所示的实施例中，该可选的控制装置31设置在壳体2的外部。在另一实施方式中，控制装置31也可设置在壳体2上或壳体2中。
根据图1，另外提供了在重叠区域13中的主出口管10径向地支撑在入口管7上。这在所示的实施例中在主出口管10的入口开口12的区域中通过多个腹板33实现，该腹板33在入口管7上支撑主出口管10，它们沿主出口管10的圆周方向分布设置并彼此间隔开，并且在每种情况下桥接间隙14。此外，穿孔环34在该实施例中设置在入口管7的出口开口9的区域中，通过其，主出口管10支撑在入口管7上，其在主出口管10的圆周方向上延伸并填充间隙14。最后，附加地或可替代地在此提供的是，主出口管10支撑在穿孔中间底部35上，其设置在膨胀室6中并支撑在壳体2上。
在重叠区域13中，因此形成了入口管7和主出口管10的管套管设置，这实际上使得当主出口管10打开时壳体2的通流能够不中断。通过这种管套管设置，因此产生了穿过壳体2的排气主路径。此外，当进口管7和主出口管10是未穿孔时，特别是重叠区域13中的端部8和起始部分11也是未穿孔时，只有与消音器1的声衰减装置非常小的声耦合经由该实质上连续的管来进行。特别的，只有消音器1相对较小的体积耦合到该主路径上。例如，如上所述，这些声衰减装置是膨胀室6、第一另外腔室22和第二另外腔室23，其可任选地用作膨胀室、吸收室或亥姆霍兹共振器的共振室。利用打开的主出口管10，在总流19中传播的空气声音能够不衰减的沿着通过主出口管10的排气主路径大部分地从消音器1排出，由此驾驶员接收到期望的声学反馈。相反，如果主出口管10被阻塞，在总流19中传播的空气声音被迫跟随通过二级出口管15路由的废气次级路径，其中所有提供的衰减装置是主动的，并且因此带来了所传播空气声音的高效衰减。此外，用作共振管的主出口管10的耦合可通过管套管设置来优化。