DE1902285U - Einkanal - absorptionsschalldaempfer fuer verbrennungsmotoren. - Google Patents

Description

"Einkanal-Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungsmotoren"

Die !Teuerung bezieht sich auf einen Einkanal-Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungsmotoren wie sie üblicherweise in Kraftfahrzeugen relativ hoher Motorleistung mit Mehrzylinder-Viertaktmotoren zum Einbau gelangen, wobei insbesondere der Einbau bei Personenkraftfahrzeugen mit beschränkten Einbauraumverhältnissen berücksichtigt werden soll. Ausgegangen wird dabei von Schalldämpfern, dei?en Gaskanal das Schalldämpfergehäuse in Windungen, Schleifen od.dgl. mehrfach durchsetzt.

Auspuffanlägen mit Absorptionsschalldämpfern, sind so ausgelegt, dass das vom"Motor kommende Abgasrohr den Schalldämpfer in einem durchgehenden Gaskanal durchdringt, so dass verhältnismässig geringe Abgasgegendrücke in der Auspuffanlage entstehen, die andernfalls die Motorleistung beeinträchtigen wurden.

_cjl - .,-Diese-AbsjDrptionssc.halldämpfer sind^weiterhin. --^. in ihren"den Gaskanal umschliessenden Kammern mit Schluck-

Stoffen gefüllt, die die Klangfarbe des Geräusches des endgültig ins Freie austretenden Gasstromes günstig beeinflussen.

Den bekannten Absorptionsschalldämpfern haften aber neben den genannten Vorteilen auch eine ganze Reihe ■von Nachteilen an, so dass häufig anstelle dieser Absorptionsschalldämpfer Reflexionsschalldämpfer zur Anwendung gelangen, deren Nachteile wiederum auf anderem Gebiet liegen.

So ist die durch einen Einkanal-Absorptionsschalldämpfer erreichte Dämpfung üblicherw.eise nur beim Betrieb des Motors in unbelastetem Zustand ausreichend. Sobald der Motor mit erhöhter Teillast oder Vollast betrieben wird oder starken Beschleunigungszuständen. unterworfen ist, ist die Dämpfung eines AbsorptionsSchalldämpfers erheblich schlechter als diejenige, die mit einem Reflexionsschalldämpfer erreicht werden kann.

Die Lautstärkenwerte, verglichen zwischen unbelastetem "und" belastetem. Zustand streuen sehr breit, wobei Unterschiede zwischen 15 und 25 dB.(B) nicht selten sind. Es besteht also in der Praxis die Gefahr, dass bei mit Absorptionsschalldämpfern ausgerüstete Kraftfahrzeuge bei starker Beschleunigung. Brummtöne entstehen. Biese Brummtöne überschreiten gegebenenfalls nicht nur die gesetzliche zugelassene Höchstlautstärke, sondern beeinflussen insonderheit auch die Geräuschdämpfung im Fahrzeuginnern ungünstig.

Eine andere Unzuträglichkeit beim Einbau von AbsorptionsSchalldämpfern ist darin zu sehen, dass sie wegen der gegebenen Einbauverhältnisse in Kraftfahrzeugen oft am Ende der Abgasleitung eingebaut werden müssen, eine verhältnismässig-ungünstige Lage. Wird das Gaspedal des

Motors, beispielsweise bei rasch folgenden Beschleunigungsund Yerζögerungsvorgangen ebenso rasen wechselnd betätigt, hat dies plötzliche Drehzahländerungen des Motors zur Folge, die mit den ebenso plötzlichen Millungsänderungen desselben Hand in Hand gehen. Dabei entstehen die bekannten Sohnattergeräusche hoher Frequenzen, die ebenfalls die Dämpfung eines Absorptionsschalldämpfers zu durchschlagen vermögen. Gerade solche Hochfrequenz-Geräusche aber sind von unangenehmer physiologischer Wirkung, und werden deshalb rein subjektiv von dem Geräuschbetroffenen im ganzen Frequenzbereich als am unangenehmsten empfunden. Solche Sehnattergeräusehe können zwar durch Vorschalten eines Yorschalldämpfers unterbunden werden, jedoch erfordert dies dann schon den Einbau von zwei Schalldämpfern mit der damit verbundenen Unwirtschaftlichkeit. Ausserdem ist bei den gegebenen Einbauverhältnissen an Kraftfahrzeugen meistens der Platz für einen zweiten Schalldämpfer gar nicht vorhanden,.

Die Dämpfung eines Absorptionsschalldämpfers zu verbessern, ist z.B. weiterhin dadurch möglich, durch Aufteilung, des Gaskanales in mehrere parallele Kanäle auch den Gasstrom aufzuteilen. Solche Massnahmen werden z.B. bei Entlüftungsanlagen getroffen. In Kraftfahrzeugen stehen ,einer derartigen Ausbildung der Schal!dämpferanlage wiederum die Eaumverhältnisse entgegen. Ausserdem ist eine Vervielfachung, der Wandfläche, die mit dem Gasstrom in Berührung· kommt, sehr unangenehm, da infolge der hohen kinetischen Energie der Abgase die mit diesen in Berührung stehenden Wänden, erheblichen Körperschall abgeben. Um dies zu verhindern, müssten sie mit grosser Wandstärke hergestellt werden.

Weiterhin ist es bekannt, die Dämpfung dadurch wesentlich zu verbessern, dass mehrere Kammern derartiger

Dämpfer mit recht langen Zwischenleitungen hintereinander geschaltet werden. Bei entsprechender Abstimmung der die Kammern- verbindenden Zwischenleitungen und damit Abstimmung der Kammern untereinander kann die Wirksamkeit eines solchen, aus mehreren Absorptionsschalldämpfern bestehenden Systems ausserordentlich erhöht werden. Derartige Lösungen bleiben aber in ihrer Anwendung in der Praxis auf Lastkraftwagen u. dgl. grossräumige Kraftfahrzeuge beschränkt, bei denen es die linbauverhältnisse zulassen, erstens mehrere Schalldämpfer und zweitens zur Verbindung derselben längere Leitungen unterzubringen. In Personenkraftfahrzeugen kann eine solche Anlage grundsätzlich nicht eingebaut werden.

Der vorliegenden Neuerung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, einen Einkanal-Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungsmotoren, vorzugsweise für den Einbau in Personenkraftfahrzeugen mit beschränkten Einbauraumverhältnissen zu schaffen, der ausgehend von dem bekannten Einkanal-Absorptionsschalldämpfer und unter Vermeidung einer Vergrö'sserung'des benötigten Raumes eine deutliche Verbesserung der Dämpfungsverhältnisse sowohl in objektiver &ijv als auch in subjektiver Hinsicht mit sich bringt.

Die Neuerung löst die gestellte Aufgabe durch einen Einkanal-Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungsmotoren, dessen Körpergehäuse in mehrere Kammern unterteilt ist, die vom Gaskanal in Windungen, Schleifen od.dgl. derart durchsetzt werden, dass dessen Länge etwa der dreifachen Länge des Schalldämpferkörpers entspricht. Dabei sind die Umlenkbereiehe des Gaskanales etwa kreisbogenförmig ausgebildet und in ihrem Strömungsquerschnitt gegenüber demjenigen in den geradlinigen Teilbereichen des Gaskanales vergrössert. Diese Querschnittsvergrösserung liegt beispiels-

und vorzugsweise bei etwa Io - 2o %·

Dabei ist -vorzugsweise jeweils in jeder Kammer nur ein diese Kammer durchsetzender geradliniger Teilbereich des Gaskänales perforiert«

Zwischen den Jeweils perforierten Teilbereichen des Gaskanales kann sich ein weiterer nichtperforierter Teilbereich, dessen Länge etwa-?/4 einer mittleren vorkommenden Motorgrundfrequenz beträgt.

Es sind zwar schon Schalldämpfer bekanntgeworden, bei welchen der Gaskanal in Windungen das Schalldämpfergehäuse durchsetzt, jedoch beachteten dort die älteren Erfinder nicht die Notwendigkeit der besonders strömungsgünstigen Ausgestaltung der Umlenkbereiche. Die Umlenkbereiohe sind dort rechteckig ausgeführt, so dass erhebliche Verwirbelungen des Gasstromes in diesen Bereichen auftreten, die mit einem ehenso erheblichen Leistungsverlust verbunden sind, ausserdem fehlt die Yergrösserung des Strömungsquerschnittes in den Umlenkbereiehen gegenüber dengeradlinig verlaufenden Teilbereichen des Gaskanales«

Weitere Merkmale der Neuerung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung verschiedener in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele des Neuerungs— gegenstandes: -

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei das Körpergehäuse des Schalldämpfers im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 2 gibt einen Querschnitt, durch den Schalldämpfer nach Fig.l der Linie II-II folgend wieder, "

Iig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in

derselben Darstellungsweise wie in Fig. 1 dargestellt,

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch diese Aus-Ϊührungsform nach der Linie IV-IV, schliesslich gibt

lig. 5 ei*¹ drittes Ausführungsbeispiel wieder, wobei wiederum in

Fig. 6 ein zusätzlicher Schnitt nach der

Linie VI-TI in der Iig. 5 gezeigt ist.

Der Schalldämpfer nach Pig. I weist ein Schalldämpfergehäuse auf, das aus einer Aussenwandung 1 und zwei Stirnwandungen 2 und 3 besteht, wobei das Gehäuse durch zwei weitere Zwischenwandungen 4- und 5 in drei Dämpfungskammern 6, 7 und 8 unterteilt ist. Diese Dämpfungskammern werden vom Gaskanal 9 durchsetzt und sind mit Schluckstoff gefüllt.

Die Länge des Gaskanales entspricht etwa dem Dreifachen der Länge des Schalldämpfergehäusea.

Der Gaskanal 9 durchsetzt demgemäss jede der drei Kammern 6, 7 und 8 dreimal. Er ist jedoch nur jeweils in einem Durchsetzungsbereich perforiert, also in der Kammer 6 bei Io," in der Kammer 7 bei 11 und in der Kammer 8 bei 12. Die übrigen unperforierten Teilbereiche des Gaskanales dienen als Yerbindungsleitungen.

Zur Verminderung der im Schalldämpfer auftretenden Leitungsverluste ist der Durchströmungsquerschnitt in den Umlenkbögen 13 und 14- gegenüber dem übrigen Durchs tr ömungs~ querschnitt, des Gaskanales 9 um etwa Io - 2g>'% vergrössert.

Aus der Fig. 2 geht insbesondere die winkelmässige Versetzung der"einzelnen Längsteile des Gaskanales 9 hervor.

Eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Gaskanales 9 ist in den Figuren 3 und 4- dargestellt. Hier besteht das Sohalldämpfergehäuse wiederum aus einem Mantel 1 und zwei Stirnwänden 2 und 3· Das Innere des Gehäuses ist durch Zwischenwände 4 und 5 in drei Kammern 6, 7 und 8 unterteilt. Der Gaskanal 9 beschreibt hier nun gedoch nicht zwei Windungen wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, sondern eine Schleife. Das grundlegende Prinzip ist wiederum gewahrt. Die Länge deö Gaskanales 9 beträgt etwa ein Dreifaches der Länge des Gehäuses 1. Jede Kammer wird dreimal vom Kanal durchsetzt, jedoch nur in einem Durchsetzungsteilstück ist der Gaskanal 9 perforiert, so bei"Io' in der Kammer 6, bei II¹ in der Kammer 7 und bei 12' in der Kammer 8.

Ug. 4 lässt wiederum insbesondere die winkelmässige

Versetzung der einzelnen Gaskanal-Abschnitte gegeneinander

erkennen. Auch hier sind die Umlenkbögen 13' und 14' mit etwas vergrössertem Querschnitt versehen.

Schliesslich ist in Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 in Fig. 5 noch ein Zweikammerdämpfer dargestellt, der wiederum" ein Gehäuse aus Gehäusemantel 1 und Stirnseiten 2 und 3 aufweist, das nun durch eine einzige trennwand 15 in zwei Kammern 16 und 17 unterteilt ist.

Die Anordnung des Gaskanales 9 entspricht derjenigen nach E¹Ig. 1 und 2, lediglich die Verteilung der perforierten Teilstücke ist eine andere, da der Schalldämpfer nur zwei Kammern aufweist, existieren auch nur zwei perforierte Teilstücke 18 und 19·

Bezüglieb, der Längenverhältnisse bei den perforierten und nieirbperf orierten Teilstücken war an früherer Stelle ausgeführt worden, dass die Länge der niohtperforierten Teilstücke zweckmässigerweise -^/4 einer mittleren vorkommenden Motorgrundfrequenz beträgt. So ergibt sich beispielsweise für die meisten Motoren von Personenkraftfahrzeugen ein günstiger Wert, wenn die nichtperforierten Teilstücke des Gaskanales 3 eine Länge zwischen o,4 und 0,7 Hi aufweisen. Das entspricht einer Frequenzabstimmung; zwischen 150 und 25o Hz, wenn eine Schallgeschwindigkeit von etwa 4oo m/s im Gaskanal zugrunde gelegt wird.

In diesem Frequenzbereich befindet sich aber ein erheblicher Teil des gesamten Geräuschspektrums.. Gerade die stärkere Unterdrückung dieser Frequenzen führt also dazu, dass bei VoIlastbeschleunigung die sonst auftretenden Brummgeräusche mit Sicherheit vermieden werden. Die Dämpfung der hohen Frequenzen erfolgt dabei durch den in den Kammern vorhandenen Schluckstoff.

Dadurch, dass gedes der nichtperforierten Gaskanalteile jeweils zwei Dämpfungskammern durchsetzt, wird der Hallraum in günstiger Weise verändert und damit die Dämpfung durch den Schluckstoff.-unterstützt, da Kammerresonanzen durch die durchdringenden und perforierten Rohre mit unterdrückt werden. Der Yerlust an Dämpfungsvolumen in den einzelnen Kammern, wird durch die erfindungsgemäss erzielte Leitungsverlängerung, des Gaskanales mehrfach aufgewogen.

Da der Gaskanal ohne Unterbrechungen einzelner Expansiönskammern- den gesamten Schalldämpfer durchzieht, kann der durch den Schalldämpfer hervorgerufene Leistungsverlust in ausserordentlich niedrigen Grenzen gehalten werden und liegt wesentlich, gunstiger als der eines Heflexionsschalldämpfers gleichen Dämpfungswirkungsgrades.

Da weiterhin der Schalldämpfer, bedingt durch die nichtperforierten Gaskanalteile, wie ein Schalldämpfersystem, bestehend aus drei einzelnen durch Zwischenleitungen verbundenen Kammern, wirkt, werden Schnattergeräusche zuverlässig beseitigt, insbesondere der subjektive Eindruck, dem ,ja im wesentlichen die physiologischen Wirkungen des Auspuffgeräusches zugrunde liegen, wird damit wesentlich verbessert.

Die einleitend näher geschilderten Nachteile eines Absorptionsschalldämpfers können also mit der neuerungsgemässen Ausbildungsform beseitigt werden, während die erheblichen Vorteile des Absorptionsschalldämpfers erhalten bleiben.

Sehliesslieh wirkt sich auch der deutlich verringerte Geräuschepegel bei Vollast günstig auf den inneren Raumpegel des Kraftfahrzeuges aus.

Die mit dem Neuerungsgegenstand durchgeführten Versuche auf dem Prüfstand unter Aufnahme von entsprechenden Diagrammen mit einem sogenannten Vierkanal-Meßschreiber haben bei Vergleich mit bisher üblichen Absorptionsschalldämpfern gleicher Grosse und Einbauverhältnisse gezeigt, dass beim Vollastbetrieb Verbesserungen, d.h. beträchtliche Verbesserungen von rund Io - 12 dB(B$ erzielt werden konnten. Die Verbesserung ist so gross, ääss sie sogar ohne Messgörät-beim Anfahren des Kraftfahrzeuges allein mit dem Ohr feststellbar ist.

Diese Vergleichsversuche wurden selbstverständlich mit gleichen Bedingungen durchgeführt«

Claims (3)

DIPL. ING. C. STOEPBL · DIPL. ING. W. ecjDI^^y^ 3*2^4. LANDATX/PFAIiZ · AM SCHÜTZENhW a G 25 956/46C Gm Paul GiHeti GmbH. Schutzansprüohe :

1. Einkanal-Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungsmotoren, vorzugsweise zum Einbau in Personenkraft fahr zeugen mit beschrankten Einbauraumverhältnisseil· und mit Mehrzylinder-"Viertaktmotoren relativ hoher Motorleistung, deren Gaskanal das Schalldämpfergehäuse in Windungen, Schleifen od.dgl. mehrfach durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des den. in mehreren Kammern unterteilten Schalldämpfer durchsetzenden Gaskanales etwa der dreifachen Länge des Schalldämpfergehäuses entspricht, die Umlenkbereiche des Gaskanales etwa kreisbogenförmig ausgebildet sind und diese gegenüber dem Strömungsquerschnitt des Gaskanales in dessen geradlinig verlaufenden Teilbereichen eine Vergrösserung des Strömungsquerschnittes aufweisen.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Kammer desselben jeweils nur ein diese Kammer durchsetzender geradliniger Teilbereich des Gaskanales perforiert ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der sich zwischen den perforierten Teilbereichen des Gaskanales erstreckenden nichtperforierten Teilbereiche etwa^/4 einer mittleren vorkommenden Motorgrundfrequenz beträgt.