DE19964089C2

DE19964089C2 - Silencer for internal combustion engines with variable acoustics

Info

Publication number: DE19964089C2
Application number: DE1999164089
Authority: DE
Inventors: Ralph Knaack
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: DE19964089A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Ver brennungsmotoren mit variierbarer Akustik nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a silencer for Ver Internal combustion engines with variable acoustics according to the generic term of claim 1.

Ein derartiger Schalldämpfer ist aus DE 298 03 183 U1 bekannt. Der bekannte Schalldämpfer hat zwei Kammern, die von Zwischen wänden mit dazwischenliegendem schallschluckenden Material ge trennt sind und die durch ein Abgasrohr verbunden sind, dessen Austrittsöffnung in der zweiten Kammer durch ein Ventil stufen los verstellbar ist. Bei geöffnetem Ventil läuft der Schall aus der zweiten Kammer durch ein Auslaßrohr, das ebenfalls durch die Zwischenwände und das schallschluckende Material verläuft zu einem Ausgang außerhalb der ersten Kammer. Bei geschlossenem Ventil tritt Abgas auf einer Öffnung des Abgasrohres, die in der ersten Kammer liegt, aus und gelangt durch ein die Kammern ver bindendes weiteres Zwischenrohr in die zweite Kammer und von dort weiter wiederum durch das Auslaßrohr zum Austrittsende. Bei schwacher Schallanregung im Leerlauf können durch das geöffnete Ventil niedrige Frequenzen den Schalldämpfer nahezu ungedämpft passieren, während bei höherer Drehzahl durch das Schließen des Ventils die für die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben erfor derliche Dämpfung der hohen Schalldrücke eintritt. Allerdings läßt sich so eine unabhängige Variation des Schallpegels und des Klangbildes nicht realisieren.Such a silencer is known from DE 298 03 183 U1. The well-known silencer has two chambers, the intermediate walls with sound-absorbing material in between are separated and connected by an exhaust pipe, the Step the outlet opening in the second chamber through a valve is adjustable. When the valve is open, the sound runs out the second chamber through an outlet pipe, which is also through the Partitions and the sound absorbing material runs to an exit outside the first chamber. When closed Exhaust gas enters an opening of the exhaust pipe that is in the valve first chamber lies out and passes through a ver the chambers binding additional intermediate tube into the second chamber and from there again through the outlet pipe to the outlet end. at weak sound excitation during idling can be caused by the open Valve low frequencies the silencer almost undamped happen while at higher speed by closing the Valve required for compliance with legal requirements damping of the high sound pressure occurs. Indeed an independent variation of the sound level and the Do not realize the sound image.

Aus DE 692 20 245 T2 ist ein Schalldämpfer mit zwei Kammern in einem Schalldämpfergehäuse bekannt, die von einer beweglichen Trennwand mit mindestens einer Öffnung darin getrennt sind, wobei die Trennwand gesteuert beweglich ist, um die relative Abmessungen der beiden Kammern zu verändern und dadurch die Durchlassbänder der Abgase adaptiv zu dämpfen. Eine unabhängige Variation des Schallpegels und des Klangbildes kann so nicht erreicht werden.DE 692 20 245 T2 describes a silencer with two chambers a muffler housing known from a movable Partition with at least one opening in it, wherein the partition is movable to the relative controlled To change the dimensions of the two chambers and thereby the Adaptively damping exhaust gas passbands. An independent one Variation of the sound level and the sound image cannot be done this way can be achieved.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalldämpfer anzugeben, mit dem sich bei konstantem Staudruck im Abgassystem die absolute Schallemission sowie das Klangspektrum stufenlos variieren lassen.It is an object of the present invention to provide a silencer to be specified with which at constant back pressure in the exhaust system the absolute sound emission as well as the sound spectrum continuously vary.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen angegeben.The characteristic features serve to solve this task of claim 1 in conjunction with its preamble. Advantageous embodiments are specified in the claims.

Ein Schalldämpfer an sich bekannter Art, bestehend aus drei Kam mern mit Schallschluckröhren, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein Bypasssystem gekoppelt und durch ein spezielles Dreischeibenproportionalstromventil er gänzt.A silencer of known type, consisting of three Kam with sound-absorbing tubes, is according to one embodiment the present invention coupled by a bypass system and through a special three-disc proportional flow valve supplemented.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die zugehörigen Figuren Bezug genommen, in denen:To further explain the invention, reference is made to the associated Figures referenced in which:

Fig. 1: eine schematische Querschnittsansicht eines Schalldämp fers sowie eine Draufsicht auf ein Dreischeibenproportional stromventil zeigt; und Fig. 1: shows a schematic cross-sectional view of a silencer and a top view of a three-disc proportional flow valve; and

Fig. 2: die drei Scheiben des Dreischeibenproportionalstromven tils einzeln in Draufsicht sowie in seitlicher Ansicht zeigt. Fig. 2: shows the three disks of the Dreischeibenproportionalstromven valve individually in top view and in a side view.

Der in Fig. 1 gezeigte Schalldämpfer hat eine Eintrittskammer 10, eine Mittelkammer 20 und eine Austrittskammer 30, die durch Zwischenwände voneinander getrennt, sind. Die Zwischenwand zwi schen der Eintrittskammer 10 und der Mittelkammer 20 ist von schallschluckenden Röhren 12 und 14, und die Zwischenwand zwi schen der Mittelkammer 20 und der Austrittskammer 30 von schall schluckenden Röhren 22 und 24 durchsetzt. Ein Abgaseinlaß 4 reicht in die Eintrittskammer 10 hinein. In der Eintrittskammer 10 beginnt mit seinem Eintrittsende 42 ein Bypass, der weiter mit einem Bypass-Mittelrohr 40 durch die Mittelkammer 20 und weiter bis zu seinem Austrittsende 44 in der Austrittskammer 30 verläuft. Die Austrittskammer 50 hat einen Abgasaustritt 5. The silencer shown in FIG. 1 has an inlet chamber 10 , a middle chamber 20 and an outlet chamber 30 , which are separated from one another by partition walls. The intermediate wall between the inlet chamber 10 and the central chamber 20 is penetrated by sound-absorbing tubes 12 and 14 , and the intermediate wall between the central chamber 20 and the outlet chamber 30 is penetrated by sound-absorbing tubes 22 and 24 . An exhaust gas inlet 4 extends into the inlet chamber 10 . In the inlet chamber 10 , a bypass begins at its inlet end 42 , which continues with a bypass central tube 40 through the central chamber 20 and further up to its outlet end 44 in the outlet chamber 30 . The outlet chamber 50 has an exhaust gas outlet 5 .

Unten in Fig. 1 ist ein Dreischeibenproportionalventil 50 ge zeigt, das zwischen der Eintrittskammer 10 und der Mittelkammer 20 liegt und eine Bypass-Öffnung 54 und Röhrenöffnungen 58 für die Röhren 12 und 14 aufweist. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Dreischeibenproportionalstromventil 50 drei übereinanderlie genden Scheiben, nämlich eine innere Scheibe 51, eine Mittel scheibe 52 und eine äußere Scheibe 53 auf, wobei die Mittel scheibe unabhängig um eine Mittelscheibendrehachse 56 drehbar ist, um so die Bypass-Öffnung 54 und die Röhrenöffnungen 58 einstellen zu können.At the bottom of Fig. 1, a three-disk proportional valve 50 is shown, which lies between the inlet chamber 10 and the central chamber 20 and has a bypass opening 54 and tube openings 58 for the tubes 12 and 14 . As shown in FIG. 2, the three-disc proportional flow valve 50 has three superimposed discs, namely an inner disc 51 , a center disc 52 and an outer disc 53 , the center disc being rotatable independently about a center disc axis of rotation 56 , so as to To be able to adjust opening 54 and the tube openings 58 .

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Schalldämpfers erläu tert, wobei zunächst der herkömmliche Weg betrachtet wird. Diese Betrachtung erfolgt zunächst durch die gänzliche Ausklammerung des Bypass-Systems. Das Dreischeibenproportionalstromventil 50 ist also zunächst lediglich eine Trennwand. Das Abgas entweicht hierbei durch die Schallschluckröhren 12, 14 und 22, 24, der Schall verbraucht sich auf dem Wege vom Einlaß 4 bis zum Aus tritt 5 durch Reflexion sowie Abriß der Schallwellen. Der Schallpegel läßt bei konstanter Drehzahl und Füllung des Motors nicht verändern.The mode of operation of the muffler is explained below, the conventional route being considered first. This consideration is initially carried out by completely excluding the bypass system. The three-disk proportional flow valve 50 is therefore initially only a partition. The exhaust gas escapes through the sound-absorbing tubes 12 , 14 and 22 , 24 , the sound is consumed on the way from the inlet 4 to the outlet 5 by reflection and the sound waves being torn off. The sound level cannot be changed at constant engine speed and filling.

Es wird nun die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines Schalldämpfers gemäß der Erfindung betrachtet.The embodiment of a silencer according to the invention shown in FIG. 1 is now considered.

Varying the sound level

Diese Betrachtung schließt das Bypass-System mit ein.This consideration includes the bypass system.

Ist die Bypass-Öffnung 54 des Dreischeibenproportionalstromven tils 50 ganz verschlossen, sind die Röhrenöffnungen 58 ganz geöffnet. Hierfür sorgt die Mittelscheibe 52. Sowohl Abgas als auch Schall gehen ihren Weg wie durch einen herkömmlichen Schalldämpfer. Der meßbare Schallpegel ist hier am geringsten. If the bypass opening 54 of the three-disc proportional flow valve 50 is completely closed, the tube openings 58 are fully open. The center disk 52 takes care of this. Both exhaust gas and sound go their way like through a conventional silencer. The measurable sound level is the lowest here.

Durch Drehen der Gewindestange 55 und dadurch der Mittelscheibe 52 wird ein umgekehrt proportionales Durchlaßverhalten von Röh renöffnungen 58 und Bypass-Öffnungen 54 erreicht. Die Quer schnitte der Röhrenöffnungen 58 vergrößern/verkleinern sich in gleichem Maße wie die der Bypass-Öffnungen 54. Der für das Abgas notwendige Durchlaßquerschnitt bleibt dadurch konstant. Bei verschlossenen Röhrenöffnungen 58 und somit offener Bypass-Öff nung 54, dringt der Schall vom Einlaß 4 nahezu ungehindert zum Austritt 5. Eine Schalldämpfung findet praktisch nicht statt (Sprachrohreffekt). Hierbei nimmt der Schall den Weg vom Abgas eintritt 4 in den Bypass-Eintritt 42, er passiert die vorher geöffnete Bypass-Öffnung 54 des Dreischeibenproportionalstrom ventils 50 und gelangt über das Bypass-Mittelrohr 40 und den Bypass-Austritt 44 zum Abgasaustritt 5. Der meßbare Schallpegel ist nun sehr hoch.By turning the threaded rod 55 and thereby the center plate 52 , an inversely proportional passage behavior of Röh renöffnungen 58 and bypass openings 54 is achieved. The cross sections of the tube openings 58 enlarge / reduce to the same extent as those of the bypass openings 54 . The passage cross-section necessary for the exhaust gas remains constant. With closed tube openings 58 and thus open bypass opening 54 , the sound penetrates from the inlet 4 almost unhindered to the outlet 5th There is practically no sound attenuation (speech raw effect). Here, the sound takes the path from the exhaust gas inlet 4 into the bypass inlet 42 , it passes through the previously opened bypass opening 54 of the three-disc proportional flow valve 50 and reaches the exhaust gas outlet 5 via the bypass center tube 40 and the bypass outlet 44 . The measurable sound level is now very high.

Durch die umgekehrte Proportionalität der Durchlassöffnungen 58 und 54 von Schallschluckröhren 12, 14 und Bypass 42, 40 kann nun durch Drehen der Gewindestange 55, hier etwa innerhalb eines Drehwinkelbereichs von 25°, der Schallpegel zwischen den oben dargestellten Schallpegeln stufenlos variiert werden.Due to the reverse proportionality of the through openings 58 and 54 of sound absorption tubes 12 , 14 and bypass 42 , 40 , the sound level can now be varied continuously between the sound levels shown above by turning the threaded rod 55 , here approximately within a range of rotation angle of 25 °.

The variation of the sound picture

Das Dreischeibenproportionalstromventil hat in seinem Quer schnitt ein kolbenförmiges Profil, wie in Fig. 2 rechts darge stellt. Äußere Scheibe 53 und innere Scheibe 51 haben ein von einander abgewandtes Blechkleid, welches mit einer Nut versehen am inneren Schalldämpfergehäuse fixiert ist. Das Dreischeiben proportionalstromventil 50 kann sich nun nicht um seine Achse drehen, während die mit der Gewindestange 55 verbundene Mittel scheibe 52 sich frei um ihre Achse 56 drehen kann. Ist nun die Gewindestange 55 irgendwo im hinteren Drittel des Schalldämpfers in einem Innengewinde gelagert, läßt sich durch Drehen der Ge windestange 55 das Dreischeibenproportionalstromventil 50 mit samt schallschluckenden Röhren 12, 14, dem Bypass-Eintritt 42 und, dem Bypass-Mittelrohr 40 im Schalldämpfergehäuse auf und ab bewegen. Das Bypass-Mittelrohr 40 ist hierbei im Bypass-Austritt 5 senkbar gelagert.The three-disc proportional flow valve has in its cross section a piston-shaped profile, as shown in Fig. 2 on the right Darge. Outer disk 53 and inner disk 51 have a sheet metal facing away from one another, which is provided with a groove on the inner muffler housing. The three-disc proportional flow valve 50 can now not rotate about its axis, while the center disk 52 connected to the threaded rod 55 can freely rotate about its axis 56 . Now the threaded rod 55 is stored somewhere in the rear third of the muffler in an internal thread, by turning the Ge threaded rod 55, the three-disc proportional flow valve 50 with sound-absorbing tubes 12 , 14 , the bypass inlet 42 and, the bypass center tube 40 in the silencer housing and move off. The bypass center tube 40 is in this case mounted in a lowerable manner in the bypass outlet 5 .

Ein Absenken des Dreischeibenproportionalstromventils führt zu einer vergrößerten Eintrittskammer 10 und somit zu einem ver größerten Resonanzraum. Es entsteht ein tiefer, voller Ton.Lowering the three-disk proportional flow valve leads to an enlarged inlet chamber 10 and thus to a larger resonance chamber. There is a deep, full tone.

Wird das Dreischeibenproportionalstromventil bis zum oberen Anschlag angehoben, ist das Volumen der Eintrittskammer 10 ge ring. Es entsteht ein hoher, harter Ton.If the three-disc proportional flow valve is raised to the upper stop, the volume of the inlet chamber 10 is ring. A high, hard tone is produced.

Innerhalb der vorgegebenen, baulichen Bandbreiten, läßt sich somit das Klangbild stufenlos variieren.Within the given constructional ranges, thus vary the sound image continuously.

Claims

1. Muffler for internal combustion engines with variable Aku stik, consisting of at least two chambers, with at least one partition, which are connected to each other by at least one exhaust pipe, the flow cross section of the at least one exhaust pipe being infinitely adjustable by a valve device and in the open state the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet directly connected to each other, characterized in that
the muffler has an inlet ( 10 ), outlet ( 30 ) and an intermediate chamber ( 20 ) which is penetrated by the at least one exhaust pipe ( 40 ),
in each case at least one further tube ( 22 , 24 , 12 , 14 ) connects the outlet chamber ( 30 ) to the middle chamber ( 20 ) and the middle chamber ( 20 ) to the inlet chamber ( 10 ),
the flow cross-section of the at least one further pipe ( 12 , 14 ) is adjusted by the valve device of the exhaust pipe ( 42 , 40 , 44 ) such that the flow cross-section of the inlet chamber ( 10 ) remains constant, and
the valve devices ( 50 ) also forms the longitudinally displaceable surface between the central chamber ( 20 ) and the entry chamber ( 10 ).

2. Silencer according to claim 1, characterized in that the valve device comprises a three-disc proportional flow valve ( 50 ) which comprises an inner disc ( 51 ), a central disc ( 52 ) and an outer disc ( 53 ), the inner and outer Disc is non-rotatably mounted in the muffler housing and the center disc ( 52 ) is rotatably mounted therebetween, so that by rotating the center disc ( 52 ) an opening / closing of the bypass openings ( 54 ) and tube openings ( 58 ) is effected so that the Ab flow cross-section remains constant overall.