DE10251117A1 - Vorrrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung (1) einer Hubkolbenmaschine mit einer in der Rohrleitung (1) angeordneten, als Durchflussmodulator fungierenden Drosselklappe, die als Platte ausgeführt ist, wobei die Drosselklappe (2) gegenüber ihrer Plattform Modifizierungen aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung einer Hubkolbenmaschine mit einer in der Rohrleitung angeordneten, als Durchflussmodulator fungierenden Drosselklappe.
- Aus der
EP 0649 494 B1 ist es bekannt, durch eine in der Auspuffrohrleitung als Durchflussmodulator fungierende Drosselklappe den Schallpegel bzw. die Klangfarbe der durch den Abgasstrom erzeugt wird, zu verhindern. Gemäß der technischen Lehre derEP 0649 494 B1 ist die Drosselklappe als einfache Platte ausgeführt. Mit dieser Drosselklappe kann lediglich eine Schallausbreitung bis zur ersten Mode gedämpft werden. - Die zu bewegende Masse der Drosselklappe ist sehr groß. Damit sind schnelle Bewegungen bei großen Rohrleitungsdurchmessern nicht möglich.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung zur Verfügung zu stellen, bei der sich Verbesserungen der akustischen Eigenschaften erzielen lassen und durch Verringerung der zu bewegenden Masse eine Bedämpfung höherer akustische Moden sowie eine schnelle Veränderung des Durchflusses ermöglicht wird. Außerdem sollen die aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften verbessert und eine zusätzliche Dämpfung im hochfrequenten Bereich möglich sein.
- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Weiterbildungen erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.
- Die Drosselklappen gemäß dem Stand der Technik besitzen eine Anström- und eine Abströmplatte, die für eine laminare Luftströmung sorgen. Gemäß der Erfindung wird die Plattenform der Drosselklappe modifiziert. Durch diese Modifikationen bzw. deren Kombination werden die akustischen Eigenschaften der Vorrichtung verbessert. Bei der Modifizierung der Plattenform wird dies durch eine Oberflächenbehandlung, Formgebung, Profilierung, Dicke, das Material der Platte, sowie eine Lochung erreicht.
- Die Drosselklappe wird gemäß einer ersten Ausgestaltung gebogen ausgeführt. Durch diese Ausführung werden Auftriebs- und Abtriebskräfte erzeugt, die eine schnellere Bewegung der Platte ermöglichen. Dieser Effekt wird noch erhöht, wenn gemäß einer Weiterbildung die Drosselklappe eine stromlinienförmige Biegung und abgerundete Kanten aufweist.
- Zur Verhinderung von Abrisswirbeln an den Kanten der Drosselklappe kann die Drosselklappe eine Profilierung aufweisen.
- Damit der Übergang zwischen der laminaren und der turbulenten Strömung in der Rohrleitung verbessert wird, wird die Drosselklappe mit einer Lochung versehen. Diese Löcher können sämtliche geometrischen Formen, wie Quadrate, Rechtecke, Ovale, Kreise, Schlitze, aufweisen. Es ist auch möglich, auf der Drosselklappe Membranen anzuordnen.
- Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass die Drosselklappe Erhebungen aufweist.
- Eine Ausfertigung der Drosselklappe mit absorbierendem Material an der Oberfläche ergibt zusätzliche Dämpfungseigenschaften bei höheren Frequenzen.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Kante der Drosselklappe mit Turbulenzerzeugern versehen. Dadurch wird eine kohärente Wirbelablösung verhindert.
- Die Drosselklappe kann auch derart ausgeführt sein, dass sie aus mindestens zwei Platten besteht. Dadurch wird ein größerer Frequenzbereich abgedeckt und es können höhere Moden bedampft werden.
- Gemäß der Erfindung wird auch vorgeschlagen, in der Rohrleitung mehrere Drosselklappen vorzusehen. Dadurch können die einzelnen Platten der Drosselklappe kleiner und somit leichter ausgeführt werden.
- Die Achse der Drosselklappe kann auch im Bereich der Rohrwand angeordnet sein. Dadurch werden Strömungsgeräusche vermieden.
- Durch Unterteilung der Rohrleitung in mindestens zwei Segmente mit jeweils einer Drosselklappe ist es möglich, höhere Moden zu bedämpfen. Bei dieser Segmentierung kann durch eine geeignete Wahl der Drosselklappenposition bzw. der Ansteuerung der Drosselklappen eine destruktive Interferenz am Ende der Segmentierung erreicht werden. Die Bewegung der Platte kann über eine bzw. mehrere Achsen gesteuert werden.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Querschnittsverengung durch Ionisation der Luft und ein nachgeschaltetes Magnetfeld vorgenommen werden.
- Es ist auch möglich, die Rohrleitung im Bereich der Drosselklappe gemäß der technischen Lehre der
DE 161 760 C1 als achteckigen Kanal auszuführen. Dadurch wird ein Impedanzsprung erzeugt und ein Bedämpfen der höheren Frequenzen durch den Übergang von einem runden Querschnitt auf den achteckigen Querschnitt erzielt. - Zusammenfassend lassen sich durch die Erfindung folgende Vorteile erzielen:
-
- – Bessere Umströmung der Kanten
- – Geringeres Gewicht
- – Nutzung der Auf- bzw. Abtriebskräfte
- – Bedämpfung höherer Moden/Größerer Frequenzbereich
- – Höhere Effektivität durch Doppelklappen
- – Vermeidung größerer Grenzschichten
- – Höherer Dämpfungsgrad
- – Zusätzliche Dämpfung durch Impedanzsprung (rund/eckig/rund)
- – Gezielte Beeinflussung der modalen Schallausbreitung
- – Destruktive Interferenz bei Kanalsegmentierung
- – Vermeidung von mechanischen Teilen in der Strömung.
- Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in den Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
- Weitere Einzelheiten und Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind.
- In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Rohrleitung mit einer Drosselklappe mit stromlinienförmiger Biegung, -
2 eine Seitenansicht einer Rohrleitung, die in zwei Segmente unterteilt ist, -
3 eine Seitenansicht einer Rohrleitung mit vier Drosselklappen, deren Achse an der Rohrwand liegt, -
4 eine Draufsicht einer rechteckigen Rohrleitung, die in zwei Segmente unterteilt ist, -
5 eine Drosselklappe mit Profilierung, -
6 eine Schematische Darstellung der Möglichkeiten der Ausgestaltung einer Drosselklappe mit Lochung und veränderter Kante, -
7 eine Drosselklappe, die aus zwei Platten besteht, -
8 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einer Rohrleitung mit zwei Segmenten und -
9 eine Rohrleitung mit einem Ionisationsgitter und zwei Spulen. - Aus der
1 geht hervor, dass in einer Rohrleitung1 eine Drosselklappe3 mit stromlinienförmiger Biegung und einer Achse2 angeordnet ist. - Die
2 zeigt die Rohrleitung1 , die durch ein Blech4 in Segmente5 und6 geteilt wird. In den Segmenten5 und6 sind jeweils eine Drosselklappe7 und8 angeordnet, die gebogen ausgeführt sind. - Die
3 zeigt eine Rohrleitung1 , in der vier Drosselklappen9 ,10 ,11 und12 angeordnet sind. Die Achse2 der Drosselklappen9 ,10 ,11 und12 liegt an der Rohrwand der Rohrleitung1 . - In der
4 ist eine rechteckige Rohrleitung1 dargestellt. Die rechteckige Rohrleitung1 wird durch ein Blech4 in zwei Segmente geteilt. In diesen Segmenten sind Drosselklappen13 und13a mit einer Achse2 angeordnet. - Die
5 zeigt eine Drosselklappe14 , die eine Profilierung15 und15a aufweist. - In der
6 ist eine Drosselklappe16 mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Lochung und der Kantengestaltung dargestellt. Diese Ausführungsformen können jede für sich aber auch in einer Kombination verwirklicht werden. Die Drosselklappe weist eine eckige Lochung17 und17' sowie eine ovale Lochung17'' und eine runde Lochung17''' auf. Die Kante18 der Drosselklappe16 ist mit einer Profilierung19 ausgeführt. Außerdem sind an der Kante18 Turbulenzerzeuger20 vorgesehen. - Aus der
7 geht hervor, dass eine Drosselklappe21 aus zwei Platten22 und23 besteht, die mit einer Achse2 verbunden sind. - In der
8 ist ein Mehrkanalsystem (Zweikanalsystem) schematisch dargestellt. Eine Rohrleitung25 ist durch ein Blech26 in zwei Segmente27 und28 unterteilt. In den Segmenten27 und28 ist jeweils eine Drosselklappe29 und30 angeordnet, die mit einer Achse31 verbunden sind. Die Achse31 wird von zwei Antrieben32 und33 in Schwingung ver setzt. Die Antriebe32 und33 werden durch einen Mehrkanalcontroller34 gesteuert und geregelt. Der Mehrkanalcontroller34 ist mit Sensoren35 ,36 ,37 und38 verbunden, außerdem ist der Mehrkanalcontroller mit einer Steuerung39 zur digitalen Signalgenerierung für ein Sounddesign und externen Sensoren40 für Drehzahl, Geschwindigkeit, Fahrzeugdaten verbunden. - In der
9 ist eine andere Möglichkeit der Querschnittsverengung dargestellt. In einer Rohrleitung1 ist ein Ionisationsgitter41 für die Ionisierung des Luftstromes dargestellt. Zwei Spulen42 und42a erzeugen ein Magnetfeld43 . Durch das Magnetfeld43 wird der Querschnitt für die ionisierte Luft verengt. -
- 1
- Rohrleitung
- 2
- Achse
- 3
- Drosselklappe
- 4
- Blech
- 5
- Segment
- 6
- Segment
- 7
- Drosselklappe
- 8
- Drosselklappe
- 9
- Drosselklappe
- 10
- Drosselklappe
- 11
- Drosselklappe
- 12
- Drosselklappe
- 13
- Drosselklappe
- 13a
- Drosselklappe
- 14
- Drosselklappe
- 15
- Profilierung
- 15a
- Profilierung
- 16
- Drosselklappe
- 17
- Lochung
- 17'
- Lochung
- 17''
- Lochung
- 17'''
- Lochung
- 18
- Kante
- 19
- Profilierung
- 20
- Turbulenzerzeuger
- 21
- Drosselklappe
- 22
- Platte
- 23
- Platte
- 25
- Rohrleitung
- 26
- Blech
- 27
- Segment
- 28
- Segment
- 29
- Drosselklappe
- 30
- Drosselklappe
- 31
- Achse
- 32
- Antrieb
- 33
- Antrieb
- 34
- Mehrkanalcontroller
- 35
- Sensor
- 36
- Sensor
- 37
- Sensor
- 38
- Sensor
- 39
- Steuerung
- 40
- Externe Sensoren
- 41
- Ionisationsgitter
- 42
- Spule
- 42a
- Spule
- 43
- Magnetfeld
Claims (15)
- Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung (
1 ) einer Hubkolbenmaschine mit einer in der Rohrleitung (1 ) angeordneten, als Durchflussmodulator fungierenden Drosselklappe, die als Platte ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (3 ) gegenüber ihrer Plattenform Modifizierungen aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (
7 ) gebogen ausgeführt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (
3 ) eine stromlinienförmige Biegung aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (
14 ) eine Profilierung (15 ,15a ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (
16 ) eine Lochung (17 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Drosselklappe (
16 ) Membranen angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (
16 ) Erhebungen aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Drosselklappe (
16 ) aus absorbierendem Material besteht. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kante (
18 ) der Drosselklappe (16 ) Rundungen (20 ) vorgesehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (
21 ) aus mindestens zwei Platten (22 ,23 ) besteht. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (
1 ) mindestens zwei Drosselklappen (7 ,8 ) vorgesehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (
2 ) der Drosselklappen (9 ,10 ,11 und12 ) im Bereich der Rohrwand angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (
25 ) in mindestens zwei Segmente (27 und28 ) mit jeweils einer Drosselklappe (29 ,30 ) unterteilt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (
1 ) ein Ionisationsgitter (41 ) und mindestens zwei Spulen (42 ,42a ) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (43 ) vorgesehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (
1 ) im Bereich der Drosselklappe (3 ) als achteckiger Kanal ausgebildet ist.
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