DE2018306C3 - Auspuffschalldämpfer für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Auspuffschalldämpfer für Brennkraftmaschinen, mit einer innerhalb eines Gehäuses in Schallschluckstoff eingebetteten Schlinge aus einer verzweigten und wieder zusammengeführten perforierten Rohrleitung, deren Enden mit einem Zuflußrohr bzw. einem Abflußrohr verbunden sind.

Bei Brennkraftmaschinen werden bisher hauptsächlich zwei Typen von Auspuffschaildämpfem verwendet, nämlich Interferenzschalldämpfer und Absorptionsschalldämpfer. Die bekannten Interferenzschalldämpfer ermöglichen eine Überlagerung von Druckwellen, die sich auf unterschiedlich langen Strömungswegen im Abgasstrom in derselben Richtung bewegen. Der Interferenzschalldämpfer beruht auf dem Prinzip, einen einfachen Druckimpuls in eine Mehrzahl von kleineren Impulsen zu verteilen, die sich dann am Auslaß des Schalldämpfers mit entsprechender Phasenverschiebung zu einem kontinuierlichen Impuls vereinigen. Ein solcher Interferenzschalldämpfer dämpft jedoch nicht Geräusche mit z. B. mit der Abgastemperatur lastabhängig veränderlichen Frequenzen. Nachteilig sind außerdem die unterschiedlichen Strömungswiderstände in den einzelnen Strömungswegen.

Bei Absorptionsschalldämpfern wird die Energie von Hochfrequenzschwingungen der Abgase in dämpfenden Schallschluckstoffen in Wärme umgewandelt. Hierzu sind die Abgasrohrleitungen in Schallschluckstoff eingebettet und perforiert. Die Schallschluckstoffe sind jedoch gegen Schwingungen mit Frequenzen unterhalt) von 500 Hz wenig wirksam. Es können daher nur die höheren Geräuschfrequenzen des Motors wirksam gedämpft werden, wohingegen die Grundfrequenzen des Geräuschspektrums, die bei den meisten Verbrennungsmotoren im Bereich von 30 bis 200 Hz liegen und - da sie im Geräuschspektrum dominieren - an sich bevorzugt zu dämpfen wären, bei den bekannten Absorptionsschaüdämpfern nicht wirksam gedämpft werden können.

Um eine möglichst große Schallschluckfläche und bekannten Absorntionsschalldämpfern in ScMeifen oder in Form von sich verzweigenden und wieder zu-

sammenlaufenden Leituogsscblingen durch den Schallschluckstoff geführt. Auch werden die Perforationen in bestimmter Weise über die Abgasleitung hin verteilt sowie die Abgasgeschwindigkeit durch Verengungen und Erweiterungen beeinflußt. Durch solche

ίο Maßnahmen kann der Dämpfungsbereich des Schalldämpfers jedoch nur in geringem Maß erweitert werden.

Nachteilig bei den bekannten Absorptionsschalldämpfern ist auch, daß für eine wirksame Dämpfung

is ein verhältnismäßig großes Dämpfervolumen erforderlich ist, dessen Größe von der zu erzielenden Dämpfungswirkung und den Betriebskenndaten des Motors abhängt. Beispielsweise betragt das erforderliche Volumen des Schalldämpfers für einen Viertakt-

ao Vic^yünder-Durchschnittsmotor mit einem Hubrauminhait von 1,51 und mit einer Drehzahl von etwa 4000 U/pm 101. Diese Bedingung macht praktisch die Ausführung von Absorptions- Auspuff anlagen in leichte: und kompakter Bauart unmöglich. Diese Be-

as dingung zwingt in den meisten Fällen zur Anwendung von mindestens zwei Schalldämpfern mit unterschiedlicher Dämpfungscharakteristik. Außerdem haben die bekannten Schalldämpfer meist einen großen Strömungswiderstand, wodurch ein hoher Gegendruck

vorhanden ist, der den Ladungswechselvorgang nachteilig beeinflußt.

Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, einen verhältnismäßig kleinen und einfach aufgebauten Schalldämpfer zu schaffen, bei wel-

chem insbesondere auch die niedrigen Grundfrequenzen des Geräuschspektrums wirksam gedämpft werden.

Dies wird an einem Auspuffschalldämpfer der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch er-

reicht, daß die aus den Rohrleitungspaaren gebildeten Schlingen durch Kreuzstücke hintereinandergeschaltet sind, wobei jeweils eine Zweigleitung einer Schlinge seitlich neben einer Zweigleitung der nachfolgenden Schlinge liegt, und daß die erste Schlinge

ein mit dem Zuflußrohr verbundenes Einlaß-T-Stück und die letzte Schlinge ein mit dem Abflußrohr verbundenes Auslaß-T-Stück aufweist.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist ein Interferenz-Absorptions-Schalldämpfer, bei welchem von

So der Beugung von Schallwellen Gebrauch gemacht wird. Beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird die Schallenergie in jeder der geschlossen verlaufenden Rohrschlingen aufgehalten, da die Schallenergie am jeweiligen Austrittsstutzen nicht mit dem Gas-

strom abgelenkt wird sondern in der vorherigen Fortpflanzungsrichtung in den gegenüberliegenden Teil der Rohrschlinge eintritt. Die Rohrschlinge ist so ausgebildet, daß die längs der Auspuffleitung sich fort· pflanzenden Schallwellen in der Rohrschlinge in eine

stehende Welle umgewandelt werden, wobei Wellenknuten am Ort des Eintrittstutzens und des Austrittsstutzens jeder Rohrschlinge gebildet sind. Durch die Ausbildung der stehenden Wellen kann je nach Abmessungen der Rohrschlinge die Grundfrequenz in

eine höhere Frequenz umgewandelt werden, die im Absorptionsmaterial wirksam gedämpft werden kann. Durch die kettenartige Hintereinanderschaltung mehrerer Rohrschlingen werden die Dämpfungser-

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scheinungen kaskadenartig vermehrt.

Neben der gegenüber bekannten Absorptionsschalldämpfern beträchtlich verbesserten Schall dämpfung beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer kann dieser außerdem verhältnismäßig klein und kompakt sein und gegebenenfalls unmittelbar am Motor ohne zusätzliche Verbindungsrohre angeschlossen werden. Die in den Rohrschlingen ausgebildeten Schallwellen entstehen aus zwei sich überlagernden, aus entgegengesetzten Richtungen kommenden flachen Wellen mit entgegengesetzter Geschwindigkeit und gleicher Amplitude. Zur Erzielung einer flachen Welle wird de. Durchmesser der Rohrleitung im Schalldämpfer zumindest vierfach kleiner als die halbe Länge der Rohrschlinge ausgeführt.

Die jeweils der halben Schlingenlange entsprc chenden Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zusammenstößen der Abgasströme werden zweckmäßig so gewählt, daß sie und die Wellengeschwindigkeit in den Abgasströmen, die in diesen Rohrschlingen fließen, konstante Werte bt.behalten.

Dieser Abstand ist mehrfach kleiner als die kleinste Wellenlänge 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 dieselbe Frequenz- oder Wellenlängenerhöhung und Schwingungsfrequenzen gleicher Größe. Diese Frequenz ist unabhängig von der Frequenz der vom Motor kommenden Schallwellen und ist durch die geometrischen Abmessungen der Rohrschlingen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers bestimmt.

Die geometrischen Abmessungen der Hälften der Rohrschlingen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers werden so gewählt, daß die Schwingungsfrequenz der stehenden Wellen auf eine Größe gebracht sind, die eine maximale Absorptionsdämpfung im angewendeten Absorptionsstoff erzielen läßt. An diese zu erzielende Frequenz sind die Form, die Abmessungen und das Volumen des Dämpfergehäuses angepaßt, welches ein bekanntes akustisches Reflexionsfilter darstellt.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer, durch welchen eine wirksame Schalldämpfung im gesamten aus den Drehzahlen des Motors resultierenden Frequenzbereich ohne Beschränkung des Abgasdurchfhisscs bewirkt wird, ermöglicht die bestmögliche Wahl des Strömungswiderstands für einen richtigen I^dungswechsel im Motor, ohne die Betriebskennwerte des Motors zu verschlechtern.

Mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer mit vierfach kleinerem Volumen als entsprechend ausgelegte bekannte Schalldämpfer wurde bei einem Dieselmotor mit einem Hubraum von 6,5 1 und einer Drehzahl von 1500 U/pm die Lautstärke, die in der Geräuschcharakteristik des Grundfrequenzbandes dominiert, um 34 dB herabgesetzt, ohne daß eine nachteilige Beeinflussung der Betriebskenndaten des Motors erfolgte.

Die Erhöhung der Schwingungsfrequenz der Schallwellen, die mit der Verminderung der Wellenlänge gleichbedeutend ist, beschränkt den Ausbreitungsbereich der Schallwellen, da die hoher. Töne nicht so weit wie niedrige fortgepflanzt werden.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Dämpfers erlaubt die Verwendung von Fertigbauteilen und ist einfach und wirtschaftlich, wobei eine entsprechende Anzahl von Rohrschlingen je nach dem erforderlichen Dämpfungsgrad angewendet werden kann.

Im Schalldämpfer gemäß der Erfindung ist die Größe der Dämpfung vom Druck der Abgase am Ani«s*g der Auspuffanlage auf Grund der Dämpfung durch Überlagerung von sich mit entgegengesetzter Geschwindigkeit bewegenden Wellen mit denselben

ίο Parametern völlig unabhängig.

Der Auspuffschalldämpfer gemäß der Erfindung ist in einem Ausfuhrungsbeispiel in der Zeichnung im Teil-Längsschnitt dargestellt.

Der Schalldämpfer enthält gemäß der Erfindung

innerhalb des Gehäuses 1 in Schallschluckstoff 2 eingebettete perforierte Rohre 7 und 8, 10 und 11, 13 und 14,16 und 17,19 und 20, die paarweise Schlingen bilden, von denen im Ausführungsbeispiel fünf durch Kreuzstücke 9,12,15 und 18 hintereinandergeschal-

ao tet sind. Die Abgase strömen durch das Zuflußrohr 3 und das Einlaß-T-Stück 4 in die erste Schlinge und verlassen die letzte Schlinge durch das Auslaß-T-Stück 5 und das Abflußrohr 6.

Der durch das im Gehäuse 1 angeordnete Rohr 3

as zufließende Abgasstrom teilt sich im Einlaß-T-Stück 4 in zwei Ströme, welche durch das erste Glied bildende Rohrleitungen 7 und 8 hindurchströmen und im Kreuzstück 9 zusammenstoßen.

In diesem Kreuzstück teilen sie sich erneut in zwei Ströme, strömen in die Rohrleitungen 10 und 11 des zweiten Glieds hinein, stoßen dann im Kreuzstück 12 zusammen, teilen sich zum dritten Mal und strömen in die Rohrleitungen 13 und 14, die das dritte Glied bilden, ein.

Die durch das dritte Glied fließenden Ströme stoßen zum dritten Mal zusammen und teilen sich zum vierten Mal im Kreuzstück 15 und strömen in die Rohrleitungen 16 und 17 des vierten Glieds ein.
Vom vierten Glied ausströmend stoßen die Abgase zum vierten Mal zusammen, teilen sich zum fünften Mal im Kreuzstück 18 und fließen in das fünfte Glied, welches die Rohrleitungen 19 und 20 bilden.

Die Abgase, die im fünften Glied strömen, stoßen im Auslaß-T-Stück 5 zum fünften Mal zusammen und strömen dann durch das im Dämpfergehäuse 1 angeordnete Abflußrohr 6 nach außen.

Das Zusammenstoßen der Ströme in den Kreuzstücken der Glieder und im letzten Ί -Stück verursacht stehende Wellen mit gleicher Schwingungsfrequenz,

so die unabhängig von der Pulsationsfrequenz des Abgasstromes ist.

In den Knoten dieser Wellen ist die Geschwindigkeit der schwingenden Punkte gleich Null, da die Teilchen sich nacheinander de.η Knoten nähern und von ihm entfernen.

Die Stellen des Zusammenstoßens 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 des Zusammenstoßens der Abgasströme beträgt höchstens die Hälfte der kleinsten 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 durchströmenden Abgase ab und ist an den vorteilhaftesten Bereich der Frequenzdämpfung durch den angewendeten Schallschluckstoff angepaßt.

Außerdem sind die geometrischen Abmessungen des Dämpfers zur Schwingungsfrequenz des Abgasstroms so gewählt, daß der Dämpfer ein akustisches Resonanzfilter bildet, welches die Schwingungsamplitude der Abgase vermindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Auspuffschalldämpfer für Brennkraftmaschinen, mit einer innerhalb eines Gehäuses in Schallschluckstoff eingebetteten Schlinge aas eiser verzweigten und wieder zusammengeführten perforierten Rohrleitung, deren Enden mil einem Zuflußrohr bzw. einem Abflußrohr verbinden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Rohrieitungspaaren (7 und 8,10 und 11, 13 und 14, 16 und 17, 19 and 20} gebadeten Schlingen durch Kreuzstücke (9,12,15-1«) hmtereinandergeschaltet and, wobei jeweils eine Zweigleitung einer Schlinge seitlich neben einer Zweigleitung der nachfolgenden Schlinge hegt, und daß die erste Schlinge ein mit dem Zuflußrohr (3) verbundenes Einlaß-T-Stück (4) und die letzte Schlinge ein mit dem Abflußrohr (6) verbumlenes Auslaß-T-Stück (5) aufweist.

   möglichst _
   schluckstoffs zu ■

   Beaufschlagung des Schallwird die Abgasleitung bei