DE102016206079A1 - Silencer for insertion into a fluid line of an engine and a method for damping sound - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Schalldämpfer (10) zum Einsetzen in eine Fluidleitung (30) einer Kraftmaschine (80), mit einem antreibbaren Rotor (14), der eine Rotorachse (24) und mindestens ein Rotorblatt (16) umfasst, beschrieben. Eine Parallelprojektion des Rotors (14) mit dem oder den Rotorblättern (16) in Richtung der Rotorachse (24) ist eine Vollkreisfläche. Mit einem elektrischen Antrieb (20) für den Rotor (14) ist ein Drehmoment des Rotors (14) erzeugbar. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Dämpfen von Schall mit einem derartigen Schalldämpfer (10) beschrieben.The invention relates to a silencer (10) for insertion into a fluid line (30) of an engine (80), comprising a drivable rotor (14) comprising a rotor axis (24) and at least one rotor blade (16). A parallel projection of the rotor (14) with the rotor blade or blades (16) in the direction of the rotor axis (24) is a full circle surface. With an electric drive (20) for the rotor (14), a torque of the rotor (14) can be generated. Furthermore, a method for damping sound with such a silencer (10) is described.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer zum Einsetzen in eine Fluidleitung einer Kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Dämpfen von Schall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. The invention relates to a silencer for insertion into a fluid line of an engine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for damping sound according to the preamble of claim 8.
Bewegte Mechanik, Fluidströme und Explosionen verursachen Geräusche. Diese Prozesse verursachen auch in Kraftmaschinen, insbesondere in Brennkraftmaschinen, unterschiedlichste Geräusche. Alle Geräusche werden über Schall wahrgenommen. Für den Schall- und Lärmschutz beim Betreiben von Kraftmaschinen werden diese Lautstärkeemissionen gedämpft oder verhindert. Moving mechanics, fluid flows and explosions cause noises. These processes also cause a great variety of noises in engines, especially in internal combustion engines. All sounds are perceived via sound. For sound and noise protection in the operation of engines, these volume emissions are damped or prevented.
In der
Aus der
Das Schalldämpfen bei einer möglichst geringen aufstauenden Wirkung in Fluidleitungen von Kraftmaschinen sollte noch effektiver gestaltet werden. The silencing with the lowest possible accumulating effect in fluid lines of engines should be made even more effective.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schalldämpfer zum Einsetzen in eine Fluidleitung einer Kraftmaschine zu verbessern. The object of the present invention is to improve a silencer for insertion into a fluid line of an engine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalldämpfer zum Einsetzen in eine Fluidleitung einer Kraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Abhängigen Ansprüchen charakterisiert. This object is achieved by a muffler for insertion into a fluid line of an engine with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are characterized in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist ein Schalldämpfer zum Einsetzen in eine Fluidleitung einer Kraftmaschine vorgesehen, insbesondere Kraftmaschinen zum Antreiben von Fahrzeugen. Die Fluidleitung kann zum Beispiel eine Frischgasfluidleitung sein oder bevorzugt eine Abgasfluidleitung sein. Der Schalldämpfer umfasst einen antreibbaren Rotor, wobei der Rotor eine Rotorachse und mindestens ein Rotorblatt umfasst. Der Rotor ist so ausgelegt, dass eine Parallelprojektion des Rotors mit dem oder den Rotorblättern in Richtung der Rotorachse eine Vollkreisfläche ist. Dazu ist ein elektrischer Antrieb für den Rotor vorgesehen, mit welchem ein Drehmoment des Rotors erzeugbar ist. According to the invention, a silencer is provided for insertion into a fluid line of an engine, in particular engine for driving vehicles. The fluid line may be, for example, a fresh gas fluid line or preferably an exhaust fluid line. The muffler comprises a drivable rotor, wherein the rotor comprises a rotor axis and at least one rotor blade. The rotor is designed such that a parallel projection of the rotor with the rotor blade or blades in the direction of the rotor axis is a full circle surface. For this purpose, an electric drive for the rotor is provided, with which a torque of the rotor can be generated.
Das Fluid kann bevorzugt ein Gas oder Gasgemisch sein. The fluid may preferably be a gas or gas mixture.
Ein erzeugbares Drehmoment ist ein entscheidender Vorteil, da dadurch die Stauwirkung des Schalldämpfers vermindert oder bevorzugt sogar verhindert wird. Die Kraftmaschine kann insbesondere eine Brennkraftmaschine sein, bei Brennkraftmaschinen kann der Schalldämpfer bevorzugt als letztes Bauteil in der Abgasleitung zwischen dem Auslass des Endrohrs und einem stromauf liegenden Bauteil in der Abgasleitung angeordnet sein. Dort kann der auftretende Schall vor Austritt aus dem Endrohr am besten reduziert werden. A producible torque is a decisive advantage because it reduces or preferably even prevents the accumulation effect of the silencer. The engine may in particular be an internal combustion engine, in internal combustion engines, the silencer may preferably be arranged as the last component in the exhaust pipe between the outlet of the tail pipe and an upstream component in the exhaust pipe. There, the sound occurring before exiting the tailpipe can best be reduced.
Die Parallelprojektion des Rotors als Vollkreisfläche meint insbesondere, dass der Querschnitt der Fluidleitung ein Kreis sein kann und vom Rotor abgedeckt werden kann. Dadurch passiert der Schall den Schalldämpfer nicht ohne umgeleitet und insbesondere gedämpft zu werden. The parallel projection of the rotor as a full circle surface means, in particular, that the cross section of the fluid line can be a circle and can be covered by the rotor. As a result, the sound does not pass the silencer without being diverted and in particular damped.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft die Rotorachse des Rotors im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung von Fluid durch einen Abschnitt der Fluidleitung in einer Umgebung des Rotors. In an advantageous embodiment of the invention, the rotor axis of the rotor extends substantially parallel to a direction of flow of fluid through a portion of the fluid conduit in an environment of the rotor.
Diese Anordnung ist vorteilhaft, da die Strömung so auf die gesamte Vollkreisfläche des Rotors trifft. Die schalldämpfende Wirkung ist in diesem Fall besonders groß. Die Strömungsrichtung ist im Zusammenhang dieser Darstellung ein vereinfachter Begriff und meint die generelle Richtung in einer Fluidleitung. Für diese Betrachtung werden lokale Verwirbelungen an Biegungen oder Kanten, die örtlich begrenzt zu komplexen Strömungsverhältnissen führen, vernachlässigt. This arrangement is advantageous because the flow hits the entire circular area of the rotor. The sound-absorbing effect is particularly great in this case. The flow direction is a simplified term in the context of this illustration and means the general direction in a fluid line. For this consideration, local turbulence at bends or edges, which lead locally to complex flow conditions, neglected.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Schalldämpfer einen Rotor der abtriebslos ist. In a development of the invention, the muffler comprises a rotor which is not driven.
Abtriebslos bedeutet, dass der Rotor kein anderes Bauteil antreibt oder keinen Abtrieb an ein anderes Bauteil überträgt. Ein abtriebsloser Rotor ist unabhängig von den Betriebsparametern anderer Bauteile, Aggregate oder Maschinen. Der Rotor kann so zur optimalen Schalldämpfung und Reduzierung der Stauwirkung betrieben werden. Off-load means that the rotor does not drive any other component or transmits any output to another component. A driven rotor is independent of the operating parameters of other components, units or machines. The rotor can thus be operated for optimum sound attenuation and reduction of the accumulation effect.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung beinhaltet, dass der elektrische Antrieb des Schalldämpfers einen elektrischen Motor aufweist, mit welchem ein Drehmoment auf den Rotor erzeugbar und/oder übertragbar ist. A further advantageous development includes that the electric drive of the muffler has an electric motor with which a torque can be generated and / or transferred to the rotor.
Ein elektrischer Motor stellt eine kostengünstige und bauraumsparende Ausführung eines Antriebs dar. Ein auf den Rotor übertragbares Drehmoment beschreibt beispielsweise eine Welle, die starr mit dem Rotor verbunden sein kann. Der elektrische Motor kann auch so gestaltet sein, dass der Motor einen Gegenpol zum Rotor bildet, der Rotor also Teil der des Motors selbst ist. In diesem Fall wird ein Drehmoment direkt auf den Rotor erzeugt. So wird weiterer Bauraum gespart und die Anzahl der Bauteilmenge wird ebenfalls geringer. An electric motor represents a cost-effective and space-saving design of a drive. A torque that can be transmitted to the rotor describes, for example, a shaft which can be rigidly connected to the rotor. The electric motor can also be designed so that the motor forms an antipole to the rotor, so the rotor is part of the engine itself. In this case, a torque is generated directly on the rotor. This saves further installation space and also reduces the number of component parts.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der elektrische Antrieb einen elektrischen Motor und eine Welle aufweisen, welche mit dem Motor starr verbunden ist. Mit dem elektrischen Motor ist ein Drehmoment auf der Welle erzeugbar. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass eine starre Verbindung die Bewegungen des Rotors mit geringer Verzögerung und Toleranz bestimmen kann. In a preferred embodiment of the invention, the electric drive may have an electric motor and a shaft which is rigidly connected to the motor. With the electric motor torque can be generated on the shaft. This development has the advantage that a rigid connection can determine the movements of the rotor with little delay and tolerance.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor des Schalldämpfers in einer Walzenform oder in einer Propellerform ausgebildet. In a further development of the invention, the rotor of the muffler is formed in a roll shape or in a propeller shape.
Ein Propeller ist durch seine Form besonders vorteilhaft geeignet, um die Stauwirkung zu reduzieren, wenn der Propeller angetrieben wird. Die Walzenform beschreibt einen in die Länge gezogenen Propeller, hier bleibt der Vorteil des Propellers in Bezug auf die Stauwirkung bestehen und eine bessere Schallreduktion durch die Länge der Walze kommt hinzu. Die Walze kann sich in bestimmten Ausführungsformen beispielsweise längs der Fluidleitung erstrecken und im Innenraum einen oder mehrere Propeller angeordnet haben, wobei sich der mindestens eine Propeller über die Länge der Walze erstrecken kann. A propeller is particularly advantageous by its shape to reduce the stowage effect when the propeller is driven. The roller shape describes a propeller that has been pulled out, the advantage of the propeller with respect to the stowage effect remains, and a better reduction of noise by the length of the roller is added. In certain embodiments, the roller may, for example, extend along the fluid line and have one or more propellers arranged in the interior, wherein the at least one propeller may extend over the length of the roller.
Der Schalldämpfer kann im Zusammenhang der Erfindung in der Fluidleitung einer Kraftmaschine angeordnet werden. Dabei ist der Schalldämpfer zwischen einem ersten Leitungsteil und einem zweiten Leitungsteil an einer Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Leitungsteils lösbar befestigt. The muffler can be arranged in the context of the invention in the fluid line of an engine. In this case, the muffler between a first conduit part and a second conduit part at a connection point of the first and second conduit part is releasably attached.
Durch die lösbare Befestigung zwischen zwei Leitungsteilen ist der Schalldämpfer auf vorteilhafte Weise montierbar und austauschbar, insbesondere zerstörungsfrei montierbar und austauschbar. Die Befestigung an den Verbindungsstellen kann beispielsweise über einen Flansch, Schellen oder andere bekannte Befestigungen erfolgen. Zusätzlich kann die Befestigung auch über das Festklemmen mit einer axialen Spannung erfolgen. Due to the detachable attachment between two pipe parts of the muffler can be mounted in an advantageous manner and interchangeable, in particular non-destructively mounted and interchangeable. The attachment to the joints can be done for example via a flange, clamps or other known fasteners. In addition, the attachment can also be done by clamping with an axial tension.
Zur Schallreduktion ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Fluidleitung einer Kraftmaschine, bevorzugt einer Brennkraftmaschine, vorgesehen, bei der der Schalldämpfer stromauf von einem Auslass eines Endrohres der Kraftmaschine – bevorzugt im Unterboden eines Kraftfahrzeugs bei Ausführungsformen, für welche die Kraftmaschine eine Antriebsmaschine ist – angeordnet ist. Bevorzugt ist der Schalldämpfer zwischen dem Auslass eines Endrohres und einem stromauf liegenden Bauteil in der Abgasleitung als letztes Bauteil angeordnet. For sound reduction, in an advantageous development of the invention, a fluid line of an engine, preferably an internal combustion engine is provided, in which the silencer upstream of an outlet of an end of the engine - preferably in the underbody of a motor vehicle in embodiments for which the engine is a prime mover - arranged is. Preferably, the muffler is arranged between the outlet of an end pipe and an upstream component in the exhaust pipe as the last component.
Die Anordnung stromauf des Auslasses eine Endrohres verringert die Temperaturbelastung des Schalldämpfer. Am Auslass eines Endrohres ist die Temperatur geringer, als in der Nähe der Kraftmaschine. Die Anforderungen an die Bauteile des Schalldämpfers werden durch die niedrigeren Temperaturen verringert. Die Positionierung erlaubt auch eine verbesserte Reduzierung des Schalls. Am Auslass kann der Schall aller vorangeordneten Bauteile reduziert werden. The arrangement upstream of the outlet of a tailpipe reduces the temperature load on the muffler. At the outlet of a tailpipe, the temperature is lower than in the vicinity of the engine. The requirements for the components of the silencer are reduced by the lower temperatures. The positioning also allows an improved reduction of the sound. At the outlet, the sound of all pre-ordered components can be reduced.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Dämpfen von Schall mit einem antreibbaren Rotor in einer Fluidleitung einer Kraftmaschine geschaffen. Der Rotor umfasst eine Rotorachse und mindestens ein Rotorblatt. Dabei ist eine Parallelprojektion des Rotors mit dem oder den Rotorblättern in Richtung der Rotorachse eine Vollkreisfläche. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Rotor angetrieben, dazu wird mit einem elektrischen Antrieb für den Rotor ein Drehmoment des Rotors erzeugt. According to the invention, a method is also provided for damping sound with a drivable rotor in a fluid line of an engine. The rotor comprises a rotor axis and at least one rotor blade. In this case, a parallel projection of the rotor with the rotor blade or blades in the direction of the rotor axis is a full circle surface. In the method according to the invention, the rotor is driven, to a torque of the rotor is generated with an electric drive for the rotor.
Ein Schalldämpfer kann einen unerwünschten Aufstaudruck in den Fluidleitungen von Kraftmaschinen hervorrufen, durch das erzeugte Drehmoment kann dieser Aufstaudruck verringert werden. Die angetriebene Drehung des Rotors kann den Fluidstrom stromab des Schalldämpfers fördern und den Aufstaudruck verringern. A muffler can cause an undesirable back pressure in the fluid lines of engines, by the torque generated, this jam pressure can be reduced. The driven rotation of the rotor can promote the flow of fluid downstream of the muffler and reduce the jam pressure.
Die Erfindung ist in einer vorteilhaften Ausführungsform so weitergebildet, dass der elektrische Antrieb für den Rotor in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit einer durchströmenden Fluidmasse in der Fluidleitung stromauf des Schalldämpfers gesteuert wird. The invention is developed in an advantageous embodiment so that the electric drive for the rotor is controlled in dependence on a speed of a fluid mass flowing through in the fluid line upstream of the muffler.
Die erfindungsgemäße Staudruckreduzierung bei der Schalldämpfung wird in dieser Ausführungsform dadurch bewirkt, dass der Schalldämpfer den Fluidstrom beschleunigt, somit wird durch die Steuerung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der durchströmenden Fluidmasse stromauf des Schalldämpfers der Wirkungsbereich gegenüber einer unabhängigen Steuerung vorteilhaft erweitert. The dynamic pressure reduction according to the invention in the sound attenuation is effected in this embodiment by the muffler accelerating the fluid flow, thus the range of action over an independent control is advantageously extended by the control as a function of the velocity of the fluid mass flowing through upstream of the muffler.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Geschwindigkeit der durchströmenden Fluidmasse in der Fluidleitung stromauf des Schalldämpfers über einen Betriebszustand der Kraftmaschine mit Hilfe eines Steuergerätes und/oder einer Recheneinheit bestimmt. In one development of the invention, the speed of the fluid mass flowing through in the fluid line upstream of the muffler is determined via an operating state of the engine with the aid of a control unit and / or a computing unit.
Die Bestimmung der Geschwindigkeit der durchströmenden Fluidmasse in der Fluidleitung stromauf des Schalldämpfers hat den Vorteil, dass damit die benötigte Leistung des elektrischen Antriebs zur Beschleunigung der durchströmenden Fluidmasse und somit zur Staudruckreduzierung ermittelt werden kann. Über die Leistungsbestimmung des elektrischen Antriebs wird gewährleistet, dass der Vorteil der Staudruckreduktion besteht. Die Betriebszustände kann im Fall von Brennkraftmaschinen beispielsweise die Kurbelwellenumdrehungen pro Minute oder der Massenstrom von Fluid durch den Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine bedeuten. The determination of the velocity of the fluid mass flowing through in the fluid line upstream of the muffler has the advantage that it allows the required power of the electric drive to be accelerated to accelerate the fluid mass flowing through and thus to reduce the dynamic pressure. The determination of the performance of the electric drive ensures that there is the advantage of reducing the dynamic pressure. In the case of internal combustion engines, the operating states may mean, for example, the crankshaft revolutions per minute or the mass flow of fluid through the exhaust manifold of the internal combustion engine.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen: Further advantages and advantageous embodiments and developments of the invention will be described with reference to the following description with reference to the figures. It shows in detail:
Die
Wenn eine durchströmende Fluidmasse
Durch den elektrischen Antrieb
Über die Betriebsparameter der Kraftmaschine
Die
Wenn eine Fluidmasse
Die Steuerung des elektrischen Antriebs
Über die Betriebsparameter der Kraftmaschine
Die
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Schalldämpfer silencer
- 12 12
- Halterung bracket
- 14 14
- Rotor rotor
- 15 15
- Überlappungsbereich overlap area
- 16 16
- Rotorblatt rotor blade
- 18 18
- Welle wave
- 20 20
- elektrischer Antrieb electric drive
- 22 22
- Gegenpol antithesis
- 24 24
- Rotorachse rotor axis
- 30 30
- Fluidleitung fluid line
- 32 32
- durchströmende Fluidmasse flowing fluid mass
- 50 50
- Steuergerät control unit
- 51 51
- Verfahrensschritt step
- 53 53
- Verfahrensschritt step
- 55 55
- Verfahrensschritt step
- 57 57
- Verfahrensschritt step
- 59 59
- Verfahrensschritt step
- 80 80
- Kraftmaschine combustion engine
- 90 90
- Fahrzeug vehicle
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