DE19644089A1

DE19644089A1 - Schalldämpfer

Info

Publication number: DE19644089A1
Application number: DE1996144089
Authority: DE
Inventors: Burkhard Gehlhar; Henrik Kluge; Dieter Dr Lohmann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-14
Also published as: DE29723969U1; WO1998019054A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren.

Verbrennungsmotoren sind regelmäßig mit Schalldämpfern ausgerüstet; dies gilt für Kraftfahrzeuge, für Flugzeuge und auch für andere Verbrennungsmotoren. Es ist wünschenswert, die von dem Abgas des Motors ausgehende Lärmerzeu gung möglichst gering zu halten. In bekannten Schalldämpfern für Verbren nungsmotoren werden hierzu unstetige Strömungsumlenkungen, Durchmesser sprünge und Widerstände im Schalldämpferkanal vorgesehen, um die Ge schwindigkeit des durchströmenden Abgases zu ändern und so Schallminde rungen zu erreichen. Bei Flugzeugen ist im Regelfall im Schalldämpfer eine Kammer (also vergrößerter Durchmesser) und anschließend in Strömungsrich tung eine Verengung vorgesehen.

Problematisch ist dabei unter anderem, daß bei einer Bildung des Gegendrucks im Abgasrohr, also im Schalldämpfer, ein damit verbundener Strömungswider stand durchaus leistungsmindernd auf den Motor wirken kann. Zusätzliche Ein bauten führen auch zu nachteiligen Gewichtserhöhungen des Gesamtsystems und damit - besonders einleuchtend bei Luftfahrzeugen - zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs, mit letztlich auch einer Erhöhung der Abgasmenge und dadurch wiederum zu einer an sich gerade vermiedenen Erhöhung der Lärmer zeugung.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine verbesserte Schalldämpfung für Verbrennungsmotoren zu schaffen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Schalldämpferkanal helikale Einbauten vorgesehen sind.

Mit solchen helikalen Einbauten wird eine Lärmminderung der Abgasgeräusche erreicht. Der Schall wird an den helikalen Flächen durch Reflektion und Streu ung sowie anschließend Absorption in der Kanalwand reduziert und außerdem aufgrund des sogenannten Cut-off-Effektes an seiner Ausbreitung gehindert.

Helikale Einbauten haben darüber hinaus den Vorteil, schraubenförmige Kanäle entstehen zu lassen, so daß im Vergleich zu konventionellen Schalldämp ferausbildungen das gleiche durchströmte Volumen in einem kleineren Außen behälter untergebracht werden kann. Dadurch wird nicht nur Material eingespart und der Schalldämpfer leichter, auch die weiteren Vorteile geringeren Au ßenvolumens kommen zum Tragen.

Die Materialeinsparung wird sofort deutlich, wenn man sich vorstellt, daß ein betrachteter Abschnitt sowohl von seiner Vorder- als auch von seiner Rückseite her jetzt genutzt wird, nämlich jeweils als strömungszugewandte Fläche in ei nem Schraubengang und als strömungsabgewandte Fläche im folgenden. Durch die schraubenförmige Strömungsführung sind diese Begriffe natürlich nur relativ zu sehen.

Ein Einsatz kommt insbesondere dort in Betracht, wo Gewichtsfragen sehr kri tisch, eine gleichzeitige Schalldämpfung aber unerläßlich ist. Dies ist außer bei Flugzeugen auch bei anderen motorgetriebenen oder -betriebenen Objekten der Fall, zum Beispiel bei Mopeds, Motorrädern, Rasenmähern oder auch Motorsä gen.

Dabei kommt jeweils auch vorteilhaft das geringe Baumaß von erfindungsge mäßen Schalldämpfern zum Tragen.

Außerdem entsteht durch die helikalen Einbauten gerade im Vergleich zu Kam mersystemen eine gleichmäßigere Strömungsführung, was zu einer Reduzie rung der Strömungswiderstände und damit auch zu geringeren Verlusten führt.

Die im Stand der Technik zwangsweise eingebauten unstetigen Strömungsum lenkungen werden so absichtlich vermieden, ohne daß die durch die Strö mungsumlenkungen sonst erzielten Vorteile aufgegeben werden müssen.

Von Vorteil ist außerdem, daß die helikalen Einbauten in einer Vielzahl von un terschiedlichen Formen vorgesehen werden können. So kann je nach Gang höhe der helikalen Schraube ein für eine bestimmte anfallende Luftströmung optimaler Gegendruck erzeugt werden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verhältnis von Ganghöhe zu Durchmes ser der helikalen Schraube kleiner als 20 und größer als 1 ist. Unter Ganghöhe ist hier die Länge der Schraube für eine Periode zu verstehen, gemessen an der Achse. Solche Verhältnisse sind noch durch Biegung eines Flächenstücks zu erzielen und gleichzeitig schon hochwirksam als Dämpfung.

Durch eine bestimmte Wahl der Verwendung der helikalen Flächen ist auch ein sehr geringer Gegendruck einstellbar.

Bevorzugt ist es, wenn die Ganghöhe der helikalen Schraube konstant ist. Bei der Anfertigung der Schraubenfläche bzw. der helikalen Einbauten kann durch aus toleriert werden, daß sich das dabei verwendete Material, beispielsweise das Blech etwas verzieht. Die konstante Ganghöhe würde dadurch um einen Mittelwert schwanken oder im wesentlichen konstant bleiben.

Alternativ besteht bei bestimmten Anwendungsfällen auch die Möglichkeit auch einer variablen Ganghöhe.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer Ausfüh rungsform der Erfindung; und

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Schalldämpfer aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile des erfindungsgemäßen Schalldämp fers. Ein Verbrennungsmotor (nicht dargestellt, beispielsweise ein 2-Zylinder Flugmotor) mit zwei Zylindern führt über zwei Anschlüsse 1 und 2 seine Abgase ab, in der Darstellung von rechts nach links. An den Anschlüssen 1 und 2 be ginnen jeweils Abgas-Krümmer 3 und 4. Diese führen über Kompensatoren 5 und 6 das Abgas dem eigentlichen Schalldämpfer 7 zu. Der Schalldämpfer 7 besitzt einen äußeren Mantel 10. Der Mantel 10 ist mittels einer schematisch an gedeuteten Befestigung 11 in diesem Beispiel an dem Flugzeugrumpf (nicht dargestellt) befestigt.

Der äußere Mantel 10 bildet einen äußeren Ringkanal 12. Dieser kann einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, ist aber in dem dargestellten Ausführungsbeispiel oval. Durch den Ringkanal 12 führen zwei innere Rohre 20 und 21 mit jeweils kreisförmigem Querschnitt hindurch. In diese inneren Rohre 20 bzw. 21 führen die Abgaskrümmer 3 und 4 das Abgas.

Die inneren Rohre 20 und 21 umgeben jeweils einen inneren Kanal 22 bzw. 23. Diesen soll im folgenden im Hinblick auf die Erfindung besondere Berücksich tigung gelten.

Wie auch aus der Schnittdarstellung in Fig. 2 hervorgeht, sind in den beiden inneren Kanälen 22 und 23 helikale Einbauten 30 vorgesehen. Die helikalen Einbauten 30 bestehen aus einem den äußeren Anforderungen des Abgases standhaltenden Material, insbesondere also einem entsprechenden Metall. Die helikalen Einbauten 30 bilden eine helikale Schraube mit einem Verhältnis von Ganghöhe zu Durchmesser von weniger als 20 und mehr als 1. Sie werden durch Biegung eines metallischen Flächenstückes gewonnen.

Die inneren Rohre 20 und 21 selbst können aus einem ähnlichen Material be stehen und Perforationen besitzen (nicht dargestellt). Durch diese Perforationen sind die inneren Kanäle 22 und 23 mit dem äußeren Ringkanal 12 verbunden. Der äußere Ringkanal 12 ist mit Schallabsorptionsmaterial, beispielsweise Keramikwolle gefüllt.

Die Abgasströmung im Schalldämpfer 7 wird durch die helikalen Einbauten 30 geräuschmäßig gedämpft. Wie auch der Zeichnung zu entnehmen ist, ist jede der helikalen Einbauten 30 von beiden Seiten aus gleichzeitig als Begrenzungs wand der Strömung genutzt, anders als bei separaten Kammern und Verengun gen oder auch bei schikaneartigen Einbauten. Nicht nur die Einbauten, sondern auch die Strömung verläuft schraubenförmig.

Die Abgase verlassen nach Durchlaufen der inneren Kanäle 22 und 23 den Schalldämpfer 7 wieder und treten aus Endrohren 40 bzw. 41 aus.

Bezugszeichenliste

1

Anschluß an Zylinder 1 des Verbrennungsmotors

2

Anschluß an Zylinder 2 des Verbrennungsmotors

3

Abgaskrümmer

4

Abgaskrümmer

5

Kompensator

6

Kompensator

7

Schalldämpfer

10

Mantel

11

Befestigung

12

äußerer Ringkanal

20

inneres Rohr

21

inneres Rohr

22

innerer Kanal in

20

23

innerer Kanal in

21

30

helikale Einbauten

40

Endrohr

41

Endrohr

Claims

1. Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit einem Kanal (22, 23), durch den die Abgase geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (22, 23) helikale Einbauten (30) vorgesehen sind.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (22, 23) von einem äußeren Ringkanal (12) umgeben ist, wobei der äußere Ringkanal (12) mit einer Dämpfungseinrichtung versehen ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den inneren Kanal (22, 23) bildende innere Rohr (20, 21) mit Perforationen versehen und dadurch der innere Kanal (22, 23) mit dem äußeren Ringkanal (12) verbunden ist.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringkanal (12) mit Schallabsorptionsmaterial, vorzugsweise Keramikwolle, ausgekleidet ist.

5. Schalldämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der helikalen Einbauten (30) und/oder die Innenseite des in neren Rohres (20, 21) und/oder die Außenseite des inneren Rohres (20, 21) und/oder die Innenseite des äußeren Mantels (10) schallweich, also gering schallreflektierend, ausgebildet ist.

6. Schalldämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere innere Rohre (20, 21) vorgesehen sind, die jeweils einen inneren Kanal (22, 23) bilden, und die von einem gemeinsamen äußeren Ringkanal (12) umgeben sind.

7. Schalldämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der helikalen Schraube konstant ist.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Ganghöhe zu Durchmesser der helikalen Schraube kleiner als 20 und größer als 1 ist.