DE1158760B

DE1158760B - Silencers, especially for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1158760B
Application number: DEE16009A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Reiner Neumann
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1958-06-14
Filing date: 1958-06-14
Publication date: 1963-12-05
Also published as: BE579701A; CH375953A

Description

Schalldämpfer, insbesondere für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft ein akustisches Abzweigfilter, dessen Hauptströmungsrohr über wenigstens ein Zweigrohr mit der Kammer in Verbindung steht.Silencers, especially for internal combustion engines. The invention relates to an acoustic branch filter, the main flow pipe of which has at least a branch pipe communicates with the chamber.

Die bekannten Schalldämpfer dieser Art besitzen im Bereich der Kammervolumen Zweigstücke in Form von öffnungen oder kurzen Rohrstücken. Bei den bekannten Ausführungen sind diese Zweig'stücke senkrecht zur Abgasströmung angeordnet. Derartige Abzweigfilter werden allgemein als Helmholtzsche Resonatoren bezeichnet. Sie wirken im wesentlichen in einem bestimmten Frequenzbereich. Der Nachteil dieser üblichen Resonatoren besteht vor allem darin, daß sie an Stellen geringerer Druckschwankungen, jedoch um so größerer Gas-Pendelgeschwindigkeiten in der H#auptgasrohrleitung keine nennenswerte Wirksamkeit aufweisen, da nur bei Druckschwankungen an der Mündung des Resonatorzweigstückes das schwingungsfähige Resonatorsystein in ausreichende Bewegung versetzt wird. Die Anwendung der Resonatoren in der bisher üblichen Art ist daher auf bestimmte Stellen im Verlaufe der Haupt-Abgasleitung beschränkt, was ihre Anbringung und Verwendung besonders bei der Dämpfung des Auspuffgerläusches von Kraftfahrzeugmotoren stark einengt.The known silencers of this type have volume in the area of the chamber Branch pieces in the form of openings or short pieces of pipe. In the known versions these branch pieces are arranged perpendicular to the exhaust gas flow. Such branch filters are generally referred to as Helmholtz resonators. They essentially work in a certain frequency range. The disadvantage of these conventional resonators is there above all in the fact that they are in places of lesser pressure fluctuations, but all the greater Gas pendulum velocities in the main gas pipeline have no noticeable effectiveness have, since only in the case of pressure fluctuations at the mouth of the resonator branch piece the oscillatory resonator system is set in sufficient motion. the Application of the resonators in the usual way is therefore to certain places in the course of the main exhaust pipe limits what its installation and use especially strong when it comes to dampening the exhaust noise of motor vehicle engines constricts.

Bekannt ist auch ein Schalldämpfer, bei dem die vorgesehenen Kammern über kurze Rohrstückchen sowohl mit dem Hauptströmungsrohr als auch untereinander verbunden sind. Eines der an das Hauptströmungsrohr angesetzten Zweigröhrchen ist dabei schräg angeordnet. Da alle die vorgesehenen Kammern untereinander Querverbindungen aufweisen, ist dieses Zweigrohrstückchen für die Ankopplung der Kammern nicht von der Bedeutung, welche die Erfindung einem einzigen oder vielen gleichgerichteten Zweigrohren zuweist. Es ist nämlich Aufgabe der Erfindung, die -bekannten akustischen Abzweigresonatoren durch eine besonders starke Ankopplung, insbesondere an die dynamischen Abgasimpulse, zu verbessern mit dem Ziel einer besseren Dämpfungsleistung und der Möglichkeit einer Anordnung der Abzweigresonanzdämpfer auch an Stellen des Hauptströmungsrohres mit starken dynamischen und schwachen statischen, Druckkomponenten.A silencer is also known in which the chambers provided Via short pieces of pipe both with the main flow pipe and with each other are connected. One of the branch tubes attached to the main flow tube is arranged at an angle. Since all the chambers provided cross-connections with one another have, this branch pipe piece for the coupling of the chambers is not of the meaning which the invention equates to a single one or many Assigns branch pipes. It is namely the object of the invention to provide the known acoustic Branch resonators due to a particularly strong coupling, especially to the dynamic ones Exhaust gas pulses to improve with the aim of better damping performance and the Possibility of arranging the branch resonance damper also at points of the main flow pipe with strong dynamic and weak static, pressure components.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe von zwei gleichgeordneten Lösungsprinzipien.The invention solves this problem with the help of two co-ordinates Solution principles.

Nach dem ersten wird das Zweigrohr in einem Winkel von weniger als 75' zur Gasströmungsrichtung vor der Abzweigung, und zwar in (Druckimpuls) oder entgegengesetzt (Saugimpuls) dieser Strömungsrichtung, geneigt angeordnet.According to the first, the branch pipe is inclined at an angle of less than 75 ' to the gas flow direction in front of the branch, namely in (pressure pulse) or in the opposite direction (suction pulse) to this flow direction.

Dabei werden die strömenden und schwingenden Abgase infolge ihrer Massenträgheit gezwungen, in das Resonatorvoluinen einzudringen und das Resonatorsystem in heftige Schwingungen zu versetzen. Dieser dynamische Effekt wirkt speziell ün Ausfallbereich der üblichen Resonatoren, nämlich an Rohrstellen minimaler Druckschwankungen und maximaler Pendelung der Abgassäulen. Das dynainische Wirkungsoptim,um tritt hierbei ein, wenn das Zweigstück fluchtend zur ankommenden Abgasrohrleitung, also in einem Winkel von 0' angeordnet ist, weil dann die, Trägheitswirkung die pulsierenden Gasmassen am stärksten in das Resonatorvolumen hineintreibt. Die Resonatorwirkung auf Grund dynamischer Anregung läßt wegen schlechter werdender Ankopplung um so mehr nach, je größer der Winkel des Zweigstückes in bezug auf die Richtung der ankommenden Abgasleitung gewählt wird, und sie erreicht ihr Minimum bei 90'. Dieser Nachteil schlechter dynamischer Ankopplung im Winkelbereich von 75 bis 105' tritt nicht auf, wenn - nach dem zweiten Lösungsprinzip - das Zweigrohr oder die Zweigrohre in einer beliebigen Winkelstellung zur Gasströmungsrichtung angeordnet sind und dann im Hauptströmungsrohr hinter der Abzweigung eine Einschnürung vorgesehen ist. Dadurch wird an Stelle des ungünstig gerichteten dynamischen Druckimpulses ein vorher fehlender statischer Staudruck erzeugt, welcher allseitig wirkt und daher den Resonator kräftig auch im ungünstigen Winkelbereich zum Ansprechen bringt.Due to their inertia, the flowing and vibrating exhaust gases are forced to penetrate the resonator volume and set the resonator system in violent vibrations. This dynamic effect works especially in the failure area of the usual resonators, namely at pipe points with minimal pressure fluctuations and maximum oscillation of the exhaust gas columns. The dynamic optimal effect occurs when the branch piece is aligned with the incoming exhaust pipe, i.e. at an angle of 0 ' , because then the inertial effect drives the pulsating gas masses most strongly into the resonator volume. The resonator effect due to dynamic excitation decreases because of poor coupling, the more the larger the angle of the branch piece is chosen in relation to the direction of the incoming exhaust pipe, and it reaches its minimum at 90 '. This disadvantage of poor dynamic coupling in the angular range from 75 to 105 ' does not occur if - according to the second solution principle - the branch pipe or pipes are arranged in any angular position to the gas flow direction and then a constriction is provided in the main flow pipe behind the branch. As a result, instead of the unfavorably directed dynamic pressure pulse, a previously missing static dynamic pressure is generated, which acts on all sides and therefore makes the resonator respond strongly even in the unfavorable angular range.

Die erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglichen es, an Stellen minimaler oder sogar fehlender Druckschwankungen des Hauptströmungsrohres die bei stoßartigem Medium immer vorhandenen dynamischen Druckimpulse sowie eben-falls infolge der Hin- und Herbewegung der Abgassäule auftretenden dynamischen Sauginipulse zur Ankopplung der Abzweigresonatoren auszunutzen.The arrangements according to the invention make it possible in places minimal or even the absence of pressure fluctuations in the main flow pipe jerky Dynamic pressure impulses that are always present in the medium and also as a result of the and backward movement of the exhaust gas column occurring dynamic suction pulses for coupling of branch resonators.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes sieht vor, die Richtung des Hauptströmungsrohres zu ändern. Dabei kann das Abzweigrohr das Hauptströmungsrohr geradlinig fortsetzen, wodurch das Eintreten der pendeln-den Abgassäule in das Kammervolumen zusätzlich begünstigt wird.A particularly useful embodiment of the subject matter of the invention provides to change the direction of the main flow tube. The branch pipe continue the main flow tube in a straight line, thus causing the entry of the commuting Exhaust column in the chamber volume is also favored.

Eine weitere Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes ist derart denkbar, daß das Abzweigrohr das Hauptströmungsrohr konzentrisch oder exzentrisch umhüllt und mindestens einseitig axial offen ist, wobei,der so gebildete Zwischenraum von ring- oder sichelförinigem Querschnitt durch Öffnungen mit dem Hauptströmiungsrohr verbunden ist.Another embodiment of the subject matter of the invention is such conceivable that the branch pipe is the main flow pipe concentrically or eccentrically encased and is axially open at least on one side, the intermediate space thus formed of annular or sickle-shaped cross-section through openings with the main flow tube connected is.

Der durch die Strömungseinschnürung an der Mündungsstelle des Resonators bewirkte- Staudruck macht es feTner möglich, das Zweigstück als Überrohr auszubilden, das die Hauptabgasleitung innerhalb des Resonatorvolumens konzentrisch oder exzentrisch umhüllt. Der hierbei gebildete und sich in axialer Richtung erstreckende Ringspalt wird durch öffnungen in der Abgasleitung mit dieser strörnungsverbunden. In Ausgestaltung dieser Aus- führungsform ist es zweckmäßig, die Öffnungen bei beidseitig offenem überrohr so anzuordnen, daß sie in der Mittel des überrohres liegen. Ist der Ringspalt an einer Seite abgeschlossen, so werden die öffnungen in den Bereich des Abschlusses gelegt.The back pressure caused by the constriction of the flow at the mouth of the resonator makes it possible to design the branch piece as an overpipe that envelops the main exhaust line concentrically or eccentrically within the resonator volume. The annular gap formed in this way and extending in the axial direction is flow-connected to the exhaust pipe through openings in the exhaust pipe. In an embodiment of this issue, it is guide die expedient to arrange the openings on both ends, open on tube so that they are located in the center of the over tube. If the annular gap is closed on one side, the openings are placed in the area of the closure.

Die, akustische Abstimmung der beschriebenen Abzweigfilter erfolgt in an sich bekannter Weise durch Bemessung von Länge und Querschnitt der Zweigstücke oder des überrohres sowie durch Wahl des Kammervolumens. Da der erfindungsgemäße Resonator sowohl auf dynamische Druck- und Sangimpulse als auch auf statische Druckschwankungen anspricht, ergibt sich bezüglich der Schalldämpfung eine überraschend große Breitbandigkeit. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Abzweigülter nunmehr an beliebiger Stelle der Ab- gasrohrleitung angeordnet sein können, was im ffinblick auf die Platzverhältnisse an Kraftfahrzeugen einen großen Fortschritt darstellt.The acoustic tuning of the branch filters described is carried out in a manner known per se by dimensioning the length and cross section of the branch pieces or the overpipe and by selecting the chamber volume. Since the resonator according to the invention responds both to dynamic pressure and singing impulses and to static pressure fluctuations, a surprisingly large bandwidth results in terms of sound attenuation. The particular advantage of the invention is that the Abzweigülter may be arranged gas pipeline now at any point of the waste, which represents a great advance in ffinblick on the space conditions on motor vehicles.

Die erfindungsgemäß-- Vorrichtung sei an Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele eingehender beschrieben.The device according to the invention is shown in the drawings schematically illustrated embodiments described in more detail.

Fig. 1 zeigt einen Resonator mit dem erfindungsgemäßen Zweigstück; Fig. 2 ist ein Resonator mit Überrohr; Fig. 3 stellt einen Resonator mit einer Anzahl von Zweigstücken dar; Fig. 4 ist der Schnitt A -B durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3. 1 shows a resonator with the branch piece according to the invention; Fig. 2 is an overtube resonator; Fig. 3 illustrates a resonator with a number of branch pieces; FIG. 4 is section A- B through the device according to FIG. 3.

Fig. 1 zeigt einen Resonator, bei dem die Abgasrohrleiitung im Bereich der Kammer 2 ein fluchtend angeordnetes Zweigstück 3 aufweist. Die Abgasrährleitung ist bei la in Form eines Knies weitergeführt. Das hier aus einem zylindrischen Rohr bestehende Zweigstück 3 ist in bezug -auf die durch das Abgasrohr 1 eintretende- Abgasströmung in einem Winkel von 0' angeordnet. Wenn man sich vorstellt, daß sich das Zweigstück an einer Stelle der Abgasrohrleitung 1 befindet, an der die Abgassäule kaum nennenswerte stationär-- Druckschwankungen aufweist und dafür um so heftiger hin- und herpendelt, dann ist es leicht verständlich, daß die Anordnung des Rohrstückes 3 ein Eintreten der Abgassäule in das Kammervolumen2 begünstigt. Die Trägheit der Gasinassen wird so in natürlichster Weise ausgenutzt, den Resonator anzukoppeln. 1 shows a resonator in which the exhaust pipe line has an aligned branch piece 3 in the region of the chamber 2. The exhaust gas pipe is continued at la in the form of a knee. The branch piece 3 , which here consists of a cylindrical pipe, is arranged at an angle of 0 ' with respect to the exhaust gas flow entering through the exhaust pipe 1. If one imagines that the branch piece is located at a point on the exhaust pipe 1 at which the exhaust gas column has hardly any stationary pressure fluctuations worth mentioning and instead swings back and forth all the more violently, then it is easy to understand that the arrangement of the pipe section 3 an entry of the exhaust gas column into the chamber volume 2 favors. The inertia of the gas inlets is used in the most natural way to couple the resonator.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Abgasrohrleitung 1 durch öffnungen 3 a mit der Kammer 2 verbunden ist. Nachfolgend an die durch Öffnungen 3 a dargestellte Abzweigung ist in der Abgasrohrleitung 1 eine Ströniungseinschnürung 1 b vorgesehen. Die Abgasrohrleitung 1 ist von einem Überrohr 4 umgeben, das die aus den öffnungen 3 a austretende Abgasströmung zwingt# zuerst in den zwischen Abgasrohrleitung 1 und Überrohr 4 gebildetem konzentrischen, in axialer Richtung fortgesetzten Ringspalt einzutreten. Im Bereich der öffnungen 3 a ist der Ringspalt durch die radiale Wand 4 a abgeschlossen.In FIG. 2, an exemplary embodiment is shown in which the exhaust pipe 1 is connected to the chamber 2 through openings 3 a. Subsequent to the junction represented by openings 3 a, a flow constriction 1 b is provided in the exhaust pipe 1. The exhaust pipe 1 is surrounded by a overtube 4, consisting of the openings 3 a leaking exhaust gas flow in the first # forcing formed between exhaust pipe 1 and overtube 4 concentric, continuous in the axial direction of the annular gap to enter. In the area of the openings 3 a , the annular gap is closed by the radial wall 4 a.

Aus Fig. 3 ist eine Ausführangsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ersehen, bei der das Zweigstück aus einer Anzahl zylindrischer Röhrchen 3 b besteht, die rings um das Hauptabgasrohr 1 versetzt angeordnet sind, wie der Schnitt A-B gemäß Fig. 4 zeigt. Bei der großen Anzahl der Röhrchen lassen sich diese kaum in der in Fig. 1 dargestellten Weise anordnen. Es ist das Verdienst der Erfindung, eine Möglichkeit gefunden zu haben, die Zweigstücke auch in der bisher üblichen Form zu verwenden, wenn das nicht zu umgehen ist. In diesem Falle ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Abgasrohrleitung im Anschluß an die Abzweigstellen einzuschnüren, so daß die Leitung einen Drosselwiderstand mit Staudruck aufweist, der ein Eintreten der Abgasströmung in die Kammer2 beeinflußt. So wird erreicht, daß dieser Resonator auch bei minimalen Druckschwankungen der Abgassäule wirkt.From Fig. 3 an embodiment of the device according to the invention can be seen in which the branch piece consists of a number of cylindrical tubes 3 b , which are arranged offset around the main exhaust pipe 1 , as the section AB according to FIG. 4 shows. Given the large number of tubes, they can hardly be arranged in the manner shown in FIG. 1. It is the merit of the invention to have found a way to use the branch pieces in the usual form, if this cannot be avoided. In this case, it is provided according to the invention to constrict the exhaust gas pipeline following the branch points so that the line has a throttle resistance with dynamic pressure which influences the entry of the exhaust gas flow into the chamber 2. This ensures that this resonator works even with minimal pressure fluctuations in the exhaust gas column.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Acoustic branch filter, the main flow pipe of which is connected to the chamber via at least one branch pipe, characterized in that the branch pipe (3) is inclined at an angle of less than 75 ' to the direction of gas flow in front of the branch, in or opposite to this direction of flow , is arranged (Fig. 1). 2. Acoustic branch filter, the main flow pipe of which is in communication with the chamber via at least one branch pipe, characterized in that the branch pipe (3 a, 4) or the branch pipes (3 b) is or are arranged in any angular position to the gas flow direction and that in Main flow pipe (1) behind the branch a constriction (1 b) is provided (Fig. 2, 3, 4). 3. Acoustic branch filter according to claim 1, characterized in that the direction of the main flow pipe changes after the branch (Fig. 1). 4. Acoustic branch filter according to claim 2, characterized in that the branch pipe (4) envelops the main flow pipe (1) concentrically or eccentrically and is axially open at least on one side and that the intermediate space thus formed has an annular or sickle-shaped cross-section through openings (3 a) is connected to the main flow pipe (1) (Fig. 2). Documents considered: Deutsche Patentschäft No. 716 329; German utility model No. 1755 652, 1755 651; French Patent No. 720 611; USA. Patent Nos. 2,194,457, 2,124,932, 2,115,113, 2,047,442, 1,949,074.