DE202004000659U1 - Silencers for motor vehicles with internal combustion engines - Google Patents

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Abstract

Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, mindestens umfassend
– ein Gehäuse (1),
– ein Einlassrohr (2),
– ein Auslassrohr (3)
– und gegebenenfalls innere Wände und/oder Rohre,
– das Gehäuse (1) ist mit unregelmäßig angeordneten, mit Hilfe eines FEM-Computerprogramms berechneten Sicken (4, 5, 6, 7, 8) versehen, gekennzeichnet durch die Merkmale:
– die Sicken (4, 5, 6, 7, 8) sind regelmäßig berandete einfache geometrische Figuren,
– die niedrigste Eigenfrequenz des Gehäuses (1) ist größer/gleich der dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors über dessen gesamten Drehzahlbereich.Silencer for motor vehicles with internal combustion engines, at least comprehensively
- a housing (1),
- an inlet pipe (2),
- an outlet pipe (3)
And, if appropriate, inner walls and / or pipes,
- The housing (1) is provided with irregularly arranged beads (4, 5, 6, 7, 8) calculated using an FEM computer program, characterized by the features:
- the beads (4, 5, 6, 7, 8) are regularly bordered simple geometric figures,
- The lowest natural frequency of the housing (1) is greater than / equal to the dominant excitation frequency of the internal combustion engine over its entire speed range.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor.The invention relates to silencers according to the preamble of claim 1 for Motor vehicles with internal combustion engines.

Bei der Auslegung der Geometrie eines Schalldämpfers für Kraftfahrzeuge, gleichgültig ob Ansaugschalldämpfer oder Nachschalldämpfer, müssen die akustischen Anforderungen mit den räumlichen Gegebenheiten im Motorraum bzw. unter dem Chassis in Übereinstimmung gebracht werden. Insbesondere die räumlichen Gegebenheiten führen zu Schalldämpfergehäusen mit ovalem bis kubisch flachem Querschnitt. Um zu verhindern, dass die großflächigen Blechteile des Gehäuses frei schwingen und ungehindert Schall, insbesondere tieffrequenten Schall abstrahlen, wurden die Gehäusebleche mit Einprägungen versehen. Man vergleiche z. B.When designing the geometry of a silencer for motor vehicles, indifferent whether intake silencer or rear silencer, have to the acoustic requirements with the spatial conditions in the engine compartment or under the chassis in accordance to be brought. The spatial conditions in particular lead to silencer housings oval to cubic flat cross section. To prevent the large sheet metal parts of the housing vibrate freely and unhindered sound, especially low-frequency sound radiate, the housing sheets with impressions Mistake. Compare e.g. B.

DE 197 46 553 A , EP 0 324 891 A , BE 653 635 A , JP 49129034 A , JP 07259531A oder auch US 2,835,336 . Die in diesen Schriften beschriebenen Prägungen der Gehäusebleche wurden im Wesentlichen empirisch ermittelt. Damit konnte zwar eine gewisse Reduzierung der Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche erreicht werden; optimal waren die Ergebnisse jedoch nicht. DE 197 46 553 A . EP 0 324 891 A . BE 653 635 A . JP 49129034 A . JP 07259531A or US 2,835,336 , The embossments of the housing sheets described in these documents were essentially determined empirically. A certain reduction of the sound radiation from the housing surface could be achieved with this; however, the results were not optimal.

In der DE-Zeitschrift "ATZ und MTZ", Sonderausgabe Oktober 2003, ist auf den Seiten 39 und 40 eine Topographieoptimierung für den Nachschalldämpfer einer Abgasanlage für Verbrennungsmotoren beschrieben, die unter Verwendung des von der US-Firma Altair Engineering vertriebenen Computerprogramms "Optistruct" durchgeführt wurde. Dieses Computerprogramm, welches auf der Methode der finiten Elemente beruht, ist in der Lage, eine Blechoberfläche selbsttätig so zu optimieren, dass die niedrigste Eigenfrequenz möglichst hoch wird. Je höher die Eigenfrequenz, desto geringer der subjektiv und objektiv empfundene Lärm.In the DE magazine "ATZ and MTZ", special edition October 2003, on pages 39 and 40, a topography optimization for the rear silencer is one Exhaust system for Internal combustion engines are described using the by the US company Altair Engineering distributed computer program "Optistruct" was carried out. This computer program, which is based on the finite element method is able to automatically optimize a sheet surface in such a way that the lowest natural frequency if possible gets high. The higher the Natural frequency, the lower the subjective and objective perceived Noise.

Das Computerprogramm "Optistruct" berechnet ausgehend von der vorgegebenen Form und Größe des Schalldämpfergehäuses die Einprägungen in der Gehäuseoberfläche, die zu der höchstmöglichen Eigenfrequenz führen. Die so berechneten Einprägungen in der Gehäuseoberfläche kann man als unregelmäßig berandete, unregelmäßig positionierte und unregelmäßig getiefte Sicken bezeichnen. Wegen seiner Ähnlichkeit mit den Flecken auf dem Fell einer Kuh wird dieses Sickenbild auch "Kuhflecken-Design" genannt. Auch die Bezeichnung "Sicke Kassel" wird verwendet.The computer program "Optistruct" calculates on the basis of the specified shape and size of the silencer housing indentations in the case surface that to the highest possible Lead natural frequency. The impressions calculated in this way in the housing surface you can as irregularly bordered irregularly positioned and irregularly deep Denote beads. Because of its similarity with the spots on the fur of a cow, this beading is also called "cow spot design". Also the Description "bead Kassel "is used.

So hervorragend die akustischen Ergebnisse der mit solchen Computer-Optimierungsprogrammen ermittelten Sickenbilder sind, so kompliziert und teuer sind die zu ihrer Realisierung benötigten Tiefziehwerkzeuge, da bei der Herstellung der unregelmäßig berandeten und unregelmäßig getieften Matrizen und Patrizen keine einfachen Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden können. Das ist unbefriedigend.The acoustic results of the determined with such computer optimization programs Beading pictures are so complicated and expensive to realize required Thermoforming tools, since the edges are irregular in the manufacture and irregularly deep Matrices and patrices used no simple machining processes can be. It is unsatisfactory.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Reduzierung der Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche minimiert ist, sich jedoch mit erheblich einfacheren und preiswerteren Werkzeugen herstellen lässt.The present invention lies based on the task of a silencer of the aforementioned Specify the type whose reduction in sound radiation from the Housing surface minimized is, however, with considerably simpler and cheaper tools can be made.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This task is solved by a silencer with the features of claim 1.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Vorgabe, die Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche mit Hilfe eines Computer-Optimierungsprogramms zu minimieren, wobei das Sickenbild jedoch auf einfache geometrische Formen, die im wesentlichen durch die Metallbearbeitungsverfahren Drehen und Fräsen herstellbar sind, beschränkt wird.The present invention is based on the requirement of using the sound radiation from the housing surface Help minimize a computer optimizer, where the beading, however, is based on simple geometric shapes that are essentially can be manufactured using the metalworking processes of turning and milling are limited becomes.

Vorzugsweise sind dies Kreise und Kreisringe sowie Segmente von Kreisen und Kreisringen, ebenso Vielecke, insbesondere Rechtecke. Diese werden vom Computer-Optimierungsprogramm so dimensioniert und positioniert, dass die niedrigste Eigenfrequenz über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors möglichst über dessen dominanter Anregungsfrequenz liegt, wodurch die Schallabstrahlung der Gehäuseoberfläche minimal wird.These are preferably circles and Circular rings and segments of circles and circular rings, as well as polygons, especially rectangles. These are from the computer optimizer dimensioned and positioned so that the lowest natural frequency over the entire speed range of the internal combustion engine, if possible, above its dominant excitation frequency lies, whereby the sound radiation the housing surface becomes minimal.

Vergleiche zwischen erfindungsgemäßen Schalldämpfern und Schalldämpfern mit dem sogenannten Kuhflecken-Design haben überraschenderweise ergeben, dass die akustischen Unterschiede kaum messbar sind. Deutlich unterschiedlich sind jedoch die Herstellkosten.Comparisons between silencers according to the invention and silencers with the so-called cow spot design have surprisingly shown that the acoustic differences are hardly measurable. Significantly different however, are the manufacturing costs.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Sicken sich auch gegenseitig durchdringen.According to an advantageous development of the invention the beads also penetrate each other.

Auch ist es möglich, die Sicken in Serie zu positionieren.It is also possible to have the beads in series to position.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigenThe invention is based on the drawing in the form of an embodiment are explained in more detail. Show it

1 einen ersten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer, 1 a first silencer optimized for minimal sound radiation,

2 Messwerte eines Vorher-Nachher-Vergleichs für einen optimierten Schalldämpfer und 2 Measured values of a before-after comparison for an optimized silencer and

3 einen zweiten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer. 3 a second silencer optimized for minimal sound radiation.

1 zeigt einen ersten Abgasschalldämpfer für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor. Das Gehäuse 1 besitzt einen extrem flachen, kubischen Querschnitt. Die Abgase treten durch ein Einlassrohr 2 in das Gehäuse 1 ein und verlassen es über ein Auslassrohr 3. Im Inneren des Gehäuses 1 sind wie an sich bekannt Innenwände und Innenrohre vorgesehen, deren Position und Steifigkeit Auswirkungen auf die Eigenfrequenzen des Gehäuses 1 haben. 1 shows a first exhaust silencer for a motor vehicle with an internal combustion engine. The housing 1 has an extremely flat, cubic cross-section. The exhaust gases pass through an inlet pipe 2 in the housing 1 and leave it through an outlet pipe 3 , Inside the case 1 As is known, inner walls and inner tubes are provided, the position and rigidity of which affect the natural frequencies of the housing 1 to have.

Um die aufgrund der großen und wenig gekrümmten Blechflächen hohe Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche zu reduzieren, ist in die Gehäuseoberfläche ein optimiertes Sickenbild eingeprägt. Dieses Sickenbild besteht aus regelmäßig berandeten einfachen geometrischen Figuren. Man erkennt Kreiseringe 4, Kreisringsegmente 5, Rechtecke 6 und Trapez 7. Die beiden rechteckigen Sicken 6 durchdringen sich teilweise, so dass ein T-förmiges Gebilde entsteht.In order to reduce the high sound radiation from the housing surface due to the large and less curved sheet metal surfaces, an optimized corrugation pattern is embossed in the housing surface. This beading picture consists of regularly bordered simple geometric figures. Man he knows circular rings 4 , Circular ring segments 5 , Rectangles 6 and trapeze 7 , The two rectangular beads 6 partially penetrate each other so that a T-shaped structure is created.

2 zeigt in einem Vorher-Nachher-Vergleich das Ergebnis der akustischen Optimierungsmaßnahmen. Die optimierte Kurve (b) liegt um bis zu 10 db unter der Ausgangskurve (a). 2 shows the result of the acoustic optimization measures in a before-after comparison. The optimized curve (b) is up to 10 db below the starting curve (a).

3 zeigt einen weiteren dank Verschiebung der Eigenfrequenzen zu höheren Werten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer. Als Sicken sind ausschließlich Kreise 8 gleicher Größe vorhanden, wodurch die Tiefzieh- bzw. Prägewerkzeuge besonders einfach werden. Die parallelen Sicken 9 haben die Aufgabe, Trennwände im Inneren des Gehäuses 1 zu halten. 3 shows another muffler optimized thanks to shifting the natural frequencies to higher values for minimal sound radiation. The only beads are circles 8th of the same size, which makes the deep-drawing or embossing tools particularly easy. The parallel beads 9 have the task of dividing walls inside the housing 1 to keep.

Claims (9)

Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, mindestens umfassend – ein Gehäuse (1), – ein Einlassrohr (2), – ein Auslassrohr (3) – und gegebenenfalls innere Wände und/oder Rohre, – das Gehäuse (1) ist mit unregelmäßig angeordneten, mit Hilfe eines FEM-Computerprogramms berechneten Sicken (4, 5, 6, 7, 8) versehen, gekennzeichnet durch die Merkmale: – die Sicken (4, 5, 6, 7, 8) sind regelmäßig berandete einfache geometrische Figuren, – die niedrigste Eigenfrequenz des Gehäuses (1) ist größer/gleich der dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors über dessen gesamten Drehzahlbereich.Silencer for motor vehicles with an internal combustion engine, at least comprising - a housing ( 1 ), - an inlet pipe ( 2 ), - an outlet pipe ( 3 ) - and if necessary inner walls and / or pipes, - the housing ( 1 ) with irregularly arranged beads, calculated with the help of an FEM computer program ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ), characterized by the features: - the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) are regularly bordered simple geometric figures, - the lowest natural frequency of the housing ( 1 ) is greater than / equal to the dominant excitation frequency of the internal combustion engine over its entire speed range. Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken (4, 5, 6, 7,8) sind einheitlich getieft.Silencer according to claim 1, characterized by the feature: - the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) are deepened uniformly. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken sind als Kreis (8) ausgebildet.Silencer according to claim 1 or 2, characterized by the feature: - the beads are a circle ( 8th ) educated. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind als Kreissegment ausgebildet.silencer according to one of the claims 1 to 3, characterized by the feature: - The beads are as Circle segment formed. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind als Kreisring (4) ausgebildet.Silencer according to one of claims 1 to 4, characterized by the feature: - the beads are a circular ring ( 4 ) educated. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind als Kreisringsegment (5) ausgebildet. Silencer according to one of claims 1 to 5, characterized by the feature: - the beads are a circular ring segment ( 5 ) educated. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind als Vieleck, insbesondere Rechteck (6) ausgebildet.Silencer according to one of claims 1 to 6, characterized by the feature: the beads are polygons, in particular rectangles ( 6 ) educated. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: - zwei oder mehr der Sicken (4, 5, 6, 7, 8) durchdringen sich.Silencer according to one of claims 1 to 7, characterized by the feature: - two or more of the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) penetrate each other. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal: - zwei oder mehr der Sicken (4, 5, 6, 7, 8) sind in Serie angeordnet.Silencer according to one of claims 1 to 8, characterized by the feature: - two or more of the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) are arranged in series.
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