DE2018306A1 - Auspuffschalldämpfer für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE ■ MÜNCHEN I. HILBLESTRASSE 2O

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Auepuffichalldämpftr für Verbrennungsmotoren

Gtf«n*tand der Erfindung ist ein Auipuffachalldampfer für y«rbr«nnungimotoren aur Däepfung τοη dtn Auepuff τοη Abgaeen begleitendes derftueeben.

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Dieser Dämpfer wird auch in Fällen anwendbar, in denen die Notwendigkeit entstent, ihn zu miniaturisieren und am Motor ohne Vermittlung des Auspuffrohres anzubringen.

Die bekannten Interferenzschalldämpfer ermöglichen eine

Überlagerung von Wellen die, im Ergebnis einer Differenzierung der Durchflußwege sich ixu Abgasstrom in derselben Richtung bewegen.

Die Wirkung der Interferenzschalldämpfer beruht auf Verteilung eines einfachen Druckimpulses in eine Keine von Kleineren Impulsen, die sich dann am Auslau des Dämpfers mit entsprechender Phasenverschiebung, in einen kontinuierlichen Impuls vereinigen.

Ein solcher Dämpfer dämpft nicht Geräusche mit veränderliehen Frequenzen. Außerdem entspricht der Durchfluß des Abgasstromes durcn Dämpfer dieser .bauart nicht den gestellten Anforderungen mit Rücksicht auf verschiedenartige Strömungswiderstand«, die in den einzelnen Abzweigungen auftreten.

Bekannte Absorptionsschalldämpfer bestehen aus durchlaufenden Leitungen, die innerhalb des mit Absorptions-

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material gefüllten Gehäuses angeordnet sind.

Die Wirkung dieses Dämpfers beruht auf der Umwandlung der Energie von Hochfrequenzschwingungen der durch diesen Dämpfer durchfliessenden Abgasen in Wärme.

Hit Rücksicht auf den Grad der Schallabsorption durch Absorptionsstoffe, sind die Dämpfer dieser Bauart nur bei Geräuschen mit Frequenzen über 500 Hz wirksam. Sie eignen sich nicht zur Dämpfung der in der Geräuschcharakteristik dominierenden Grundfrequenz, die bei den üblichen Motoren etwa 200 Hz beträgt.

In den allgemein verwendeten Schalldämpfern besteht eine Abhängigkeit des Dämpfungseffekts und der Betriebskenndaten des Motors von dem Volumen des Dämpfers.

Das erforderliche Volumen des Dämpfers für einen Viertakt- Vierzylinder Durchschnittsmotor mit einem Hubrauminhalt von 1,5 dem und einer Drehzahl von etwa

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4000 Upm, beträgt 10 dem . Diese Bedingung macht praktisch die Ausführung von Auspuffsystemen in leichter und kompakter Bauart unmöglich. Dieser Umstand zwingt zur Anwendung von mindestens zwei Dämpfern, bei denen verschiedene Grundsätze der Dämpfung einzelner Frequenzbänder,

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die in der Charakteristik verschiedener Geräuschpegel auftreten, angewendet werden müssen.

Der Strömungswiderstand, welchen die bekannten Schalldämpfer den Abgasen entgegensetzen, erzeugt einen hohen Gegendruck, der den Prozeß des Ladungsaustausches stört.

Der Zweck der Erfindung ist die Herabsetzung der Lautstärke des Geräusches im gesamten Bereich der aus den Drehzahlen des Motors resultierenden Frequenzen, ohne daß dabei die Kennwerte des Motorbetriebs durch den Schalldämpfer mit verminderten Abmessungen und vereinfachter Bauart beeinträchtigt werden»

Dieser Zweck wird durch Anwendung eines Interferenz-Absorptions-Dämpfungaaggregats erreicht, dessen Bauart und geometrische Abmessungen die Entstehung von stehenden Wellen mit konstanter und erhöhter Schwingungsfrequenz der Abgase zu solcher Höhe schraubt, daß deren Energie in Wärme im Absorptionestoff umgewandelt werden könnte.

Das Interferenz-Absorptionsaggregat des Schalldämpfers nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus innerhalb

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des Gehäuses eingeschlossenen, miteinander fest verbundenen perforierten Rohrleitungen, die im Absorptionsstoff nach Art eines Systems von Kettengliedern angeordnet sind.

Diese Leitungen bilden symmetrische Glieder und ihre Kreuzverbindungen sind Stellen, an denen Abgasströme zusammenetoseenund wieder verteilt werden.

Die bügelartige Gestalt der Gliedhälften ermöglicht eine solche Führung der Abgasströme, daß die Abgase, die aus entgegengesetzten Richtungen strömen in den Kreuzverbindungen der Glieder zusammenstossen und die Entstehung von stehenden Wellen bewirken.

Diese Wellen entstehen aus zwei sich überlagernden, aus entgegengesetzten Richtungen kommenden flachen Wellen alt entgegengesetzten Geschwindigkeiten und mit gleichen Amplituden. Zwecks Erreichung einer flachen Welle wird dtr Durchmesser der Rohrleitung im Dämpfer gemäß der Erfindung, zumindest vierfach kleiner, als ihre Länge, die dit Hälfte des Glieds bildet, ausgeführt.

Die Abstände zwisotien den Stellen der nachfolgenden Zu-■amaenitöeie der Abgaeströat im Syetem der Kettenglieder

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sind so gewählt, daß die Proportionen dieser Abstände die den Längen der Gliedhälften und den Geschwindigkeiten der Bewegungen der Wellen in den Abgasströmen, die in diesen Gliedern fließen konstante Werte beibehalten.

Dieser Abstand ist mehrfach kleiner als die kleinste Länge der Schallwelle, die durch die aus der Drehzahl des Motors resultierende Frequenz der Grundkomponente der Geräuschcharakteristik bestimmt ist.

Auf diese Weise erreicht man in allen Abzweigungen die gleiche Erhöhung und Feststellung der Schwingungsfrequenz der entstehenden Wellen auf gleichbleibender Höhe.

Diese Frequenz ist unabhängig von der Frequenz der rom Motor zuströmenden Wellen und ist durch die geometrischen Abmessungen des Kettensystems des Dämpfers gemäß Erfindung bestimmt»

Im Ergebnis der Wahl der geometrischen Abmessungen der Gliedhälften des Dämpfers gemäß der Erfindung wird die Sohwingungsfrequenz der Wellen auf eine Höhe gebracht, die der maximalen Größe des K@®ffleienten der Absorption ihrer Energie durch Umwandlung im die Wärme In dem ang©- wtndaten Absorption®st©££ tntspricat.

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Dieser Frequenz sind die Form, die Proportionen und das Volumen des Gehäuses des Dämpfers angepaßt, der ein bekanntes akkustisches Reflexionsfilter darstellt.

Diese Feststellung der Schwingungsfrequenz der im Dämpfer gemäß der Erfindung erzeugten Wellen und zwar im gesamten Bereich der Frequenzen, die aus den Drehzahlen des Motors resultieren, bei gleichzeitiger Erhöhung dieser Frequenzen auf eine Höhe, die dem maximalen Wert des Koeffizienten der Schallabsorption durch den angewandten Absorptionsstoff entspricht, bewirkt eine wirksame Dämpfung der Geräusche.

Der Dämpfer, gemäß der Erfindung, dessen Bauart eine Dämpfung der Wellenbewegung ohne Beschränkung des Abgasdurchflusses bewirkt, ermöglicht die bestmögliche Wahl des Strömungewiderstandes, der einen richtigen Ladungsaustausch im Motor bedingt, ohne die Betriebskennwerte zu benachteiligen.

Die Anwendung des Dämpfers bei einem Dieselmotor mit einem Hubraum von 6,5 dem und einem vierfach kleinerem Volumen von dem für bekannte Dämpfer berechneten, hat es, beispielsweise bei 1500 Upm ermöglicht, die Lautstärke, die in der Geräuechcharakteristik des Grundfrequenzban-

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des dominierend ist, um 34 dB herabzusetzen, und zwar ohne eine nachteilige Beeinflussung der Betriebskennwerte des Motors.

Die Erhöhung der Schwingungsfrequenz der Welken, die mit der Verminderung von deren Länge gleichbedeutend ist, beschränkt den Bereich der Ausbreitung dieser Wellen, da die hohen Töne nicht so weit wie niedrige fortgepflanzt werden.

Die Bauart des Dämpfers, die seine Zusammenfügung aus Fertigbauteilen ermöglicht, ist einfach und wirtschaftlich, wobei eine entsprechende Anzahl der Glieder, je nach dem erforderlichen Dämpfungsgrad angewendet werden kann.

Im Dämpfer gemäß der Erfindung ist die Wirksamkeit der Dämpfung vom Druck der Abgase am Anfang des Auspuffzyklus dank der Dämpfung durch Überlagerung von Wellen mit denselben Parametern, welche Wellen sich mit den entgegengesetzten Geschwindigkeitsrichtungen bewegen, völlig unabhängig.

Die im Dämpfer, gemäß der Erfindung, angewendete Dämpfungsmethode, die auf der Erscheinung der stehenden Wellen sowie den dabei auftretenden dynamischen Erscheinungen beruht

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bei deren Realisierung, sie durch Querwellen nicht gestört ist, ermöglicht die Bestimmung der Konstruktionsparameter für verschiedene Typen der Verbrennungsmotoren, sowohl mittels Berechnung als auch durch Prüfungen auf motorlosen Ständen, wodurch die allgemein übliche zufällige Wahl des Dämpferβ eliminiert wird.

Der Auspuffschalldämpfer, gemäß der Erfindung, ist in einem Aueführungsbeispiel in der Zeichnung in Ansicht mit Teilschnitt nach der Entfernung der Hälfte des Gehäuses dargestellt.

Der Dämpfer, gemäß der Erfindung, besteht aus einem innerhalb des Gehäuses 1 eingeschlossenen, im Absorptionsstoff 2 angeordneten System von perforierten Rohrleitungen, die paarweise Glieder bilden, zu welchem System die Abgase durch das Zuflußrohr 3 und das Einlaßverbindungsstück 4 strömen und das sie durch das AuslaßyerbindungBstück 5 und das Abflußrohr 6 verlassen»

Die Glieder, welche die Elemente des Kettensystems bilden, bestehen aus symmetrischen Rohrleitungen T₉ und 8, 1O₉ 11, 13,H, 16,17, 19 und 20, die durch Kreuzverbindung·» tücke 9 ι 12, 15 und 18 sowie ein Binlae«verbindungsstück 4 und ein luelaßverbindungaetüok 5 fest verbunden ■ind.

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Der Dämpfer mit dem Interferenz-Absorptions-Dämpfungsaggregat gemäß der Erfindung wirkt in der Weise, daß ein nicht stationärer Strom von Abgasen, der durch das im Gehäuse 1 angeordnete Rohr 3 zufließt, sich im Einlaßverbindungssttick 4 in zwei Ströme verteilt, welche durch das erste Glied bildende Rohrleitungen 7 und 8 hindurchströmen und im Kreuzverbindungsstück 9 zusammenstossen.

In diesem Verbindungsstück verteilen sie sich erneut in zwei Ströme, strömen in die Rohrleitungen 10 und 11 des zweiten Gliedes hinein, stossen dann im Kreuzverbindungsstück 12 zusammen, verteilen sich zum dritten Haie und strömen in die Rohrleitungen 13 und 14, die das dritte Glied bilden, ein.

Die durch das dritte Glied fließenden Ströme stoßen zum dritten Male zusammen und verteilen sich zum vierten Male im Kreuzverbindungsstück 15 und strömen in die Rohrleitungen 16 und 17 des vierten Gliedes ein.

Vom vierten Glied strömen die Abgase und stoßen zum vierten Male zusammen und verteilen sich zum fünften Male im Kreuzverbindungsstück 18 und fließen in das fünfte Glied, welohes die Rohrleitungen 19 und 20 bilden·

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Die Abgase, die im fünften Glied strömen, stoßen im Auslaßverbindungsstück 5 zum fünften Male zusammen und strömen dann nach außen durch, das im Dämpfergehäuse 1 angeordnete Abflußrohr 6·

Bs ist offensichtlich, daß die Anzahl der Glieder des Dämpfers, gemäß der Erfindung, je nach der erforderlichen Wirksamkeit der Dämpfung des Geräusches beim Abgasauspuff, gewählt werden kann.

Die Zusammenstöße der Ströme in den Verbindungsstücken der Glieder bewirken die Entstehung von stehenden Wellen mit gleicher Sehwingungsf requenz, unabhängig von der Frequenz der Pulsation eines nicht stationären Stromes der zum Dämpfer zufließenden Abgase.

In den Knoten dieser Wellen sind die Geschwindigkeiten der schwingenden Funkte gleich Null, da die 'l'eilohen sich nacheinander dem Knoten nähern und von ihm entfernen.

Die Stellen der Zusammenstöße der Ströme sind in solchen Abständen voneinander angeordnet, daß die stehenden Wellen, die in den nachfolgenden Abzweigungen der Interferenzleitungen entstehen, die gleiche Schwingungsfrequenz haben,

Der Abstand zwischen den zwei nachfolgenden Stellen der

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Zusammenstöße der Abgasströme 1st zumindest zweifach kleiner, als die kleinste Länge der Schallwelle, die durch die Frequenz der Grundkomponente der Geräuschcharakteristik, die aus der höchsten Drehzahl des Motors resultiert, bestimmt ist.

Die Frequenz der stehenden Wellen, die in den Interferenzleitungen erzeugt werden, hängt von den geometrischen Abmessungen dieser leitungen und den Parametern der durch strömenden Abgase ab und ist an den vorteilhaftesten Bereich der Frequenzdämpfung durch den angewendeten Absorptionsstoff angepaßt.

Außerdem, sind die geometrischen Abmessungen des Dämpfers zur Schwingungsfrequenz des Abgasstromes so gewählt, daß der Dämpfer ein akustisches Resonanzfilter bildet, wel- · ches die Ablenkungen der schwingenden Teilchen im Ergebnis der dynamischen Wirkung der den Daämpfer ausfüllenden Abgase vermindert.

Patentanspruchί - 13 -

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Claims (1)

1. Pa tent a η s ρ r u c h %

   Auspuffsehalldämpfer für Verbrennungsmotoren, mit perforierten Rohrleitungen, die in einem Absorptionsmaterial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß er Glieder im Kettensyetem hat, die aus bügelartig ausgebildeten Rohrelementen (7,8, 10,11, 13,14» 16,67,19,20) bestehen, die paarweise mit den Armen von Kreuzverbindungsstücken (9»12» 15, 18) sowie den Armen eines Einlaßverbindungsstückes (4) und eines Auelaßverbindungsstückes (5) fest verbunden sind, daß die Glieder im Kettensystem gleiche Proportionen zwischen den Stellen der Zusammenstöße der Abgasströme und der Bewegüngsgeschwindigkeit der Wellen in den Abgasströmen, die durch diese Glieder fließen, an den Verbindungsstücken (4, 5, 9» 12, 15, 18) haben, wobei in jedem von den Gliedern dieses Kettensystems, dank bügelartiger Form der symmetrischen Rohrelemente (7,8, 10,11, 13,14, 16,17, 19,20), die in den Verbindungsstücken (4, 5, 9, 12, 15, 18) zuiammenstössenden Abgasetröse, die in demselben Glied fließen, ent gegengesetzte Geschwindigkeitsrioütungen haben·

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