DE2221634A1

DE2221634A1 - Interferenz-Geraeuschdaempferanlage

Info

Publication number: DE2221634A1
Application number: DE19722221634
Authority: DE
Inventors: Parker William James; Rausch John Theodore
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1971-05-20
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1972-11-30
Also published as: IT957829B; DE2221634C3; JPS558650B1; US3700069A; DE2221634B2; FR2138733B1; CA953591A; GB1325837A; FR2138733A1

Description

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1 BERLIN 19
Tel. C 04 4285

W/Vh-2855 28.4.72

General Motors Corporation, Detroit, Mich., V»St.A.

Interferenz-Geräuschdämpferanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Interferenz-Geräuschdämpferanlage zum Dämpfen der Geräuschwellen von Brennkraftmaschinenabgasen mit zwei akustisch gekuppelten parallel zueinander zwischen einem Einlass und einem Auslass liegenden Leitungen, von denen die eine ein schraubenförmiges mehrgängiges !leitblech enthält, um den leitungen solche unterschiedliche akustische längen zu geben, dass die durch die leitungen sich i'ortpflanzenden Wellen am Auslass bei einer vorgegebenen Frequenz zueinander entgegengesetzte Phase aufweisen, wobei der schrauben-

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förmige Strömungsweg eine im wesentlichen frequenzabhängige Reaktanz hat.

Eine derartige Interferenz-Geräuschdämpferanlage ist beispielsweise durch die US-PS 3 530 357 "bekannt. Da die beiden Strömungswege leitungen mit im wesentlichen frequenzabhängi'ger Reaktanz bilden, wird die Schallenergie im wesentlichen ohne Dämpfung übertragen, jedoch mit einer mit der Frequenz ansteigenden Phasenverschiebung, die wiederum Wiederholungen der Fortpflanzung, bedingt.

Bei einer derartigen Interferenz-Geräuschdämpferanlage besteht die Schwierigkeit, dassfoeiderseits der vorgegebenen Grundfrequenz und ihrer ganzen Vielfachen nur eine begrenzte Dämpfung möglich ist. Normalerweise werden zahlreiche Dämpfungsabschnitte in der Abgasleitung benötigt, um eine vollständige Geräuschdämpfung über das gesamte Geräuschspektrum zu erhalten, insbesondere im Bereich der niedrigen Frequenzen. Im allgemeinen sind zwei verhältnismässig lange Abschnitte zur Dämpfung niedriger Frequenzen vorgesehen, die angeblich durch die Wiederholungen der Fortpflanzung auch eine Dämpfung im Hochfrequenzbereich bewirken. Indessen facht die Maschine normalerweise auch hochfrequente Geräusche an, die nicht notwendigerweise ein Vielfaches der vorgegebenen durch die Abschnitte gedämpften Frequenz darstellen. Es werden daher zwei oder drei kürzere Abschnitte vorgesehen, um diese Frequenzen

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zu dämpfen. Für den ρ Taktischen Betrieb wird angenommen, dass eine Abgasleitung fünf Ms sechs Dämpfungsabschnitte benötigt, um eine befriedigende Geräuschdämpfung zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu überwinden und eine Interferenz-Geräuschdämpferanlage der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, dass die die Hiederfrequenzdämpfung bewirkenden Abschnitte zugleich die Dämpfung hoher Frequenzen bewirken, so dass die bisher hierfür besonderen Abschnitte entbehrlich werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch g^elöst, dass dem Leitblech akustische und Strömungsmittel.leitende Leckwege zugeordnet sintl, die aufeinanderfolgende Schraubengänge des schraubenförmigen Strömungsweges verbinden und parallele akustische Kupplungen darstellen, die einen frequenzunabhängigen akustischen Widerstand haben und daher bei hohen Frequenzen die durch den schraubenförmigen Strömungsweg geleitete akustische Energie dämpfen und am Auslass einen abgesenkten akustischen Druck bedingen, so dass sich ein Teil der akustischen Energie aus dem anderen Strömungsweg rückwärts durch die Leckwege fortpflanzt und eine weitere Dämpfung bewirkt.

Fach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitungen konzentrisch zueinander angeordnet sind und das Leitblech mit einer der Leitungen verbunden ist

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und zur anderen ein radiales Spiel zur Bildung der akustischen Leckwege hat.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind an einer der Leitungen in Längsrichtung liegende Rippen gebildet, die gegen das Leitblech anliegen und die Leckwege zwischen benachbarten Schraubengängen des schraubenförmigen Strömungsweges bilden.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die akustischen Leckwege durch Löcher in dem schraubenförmigen Leitblech gebildet sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Figo 1 eine Draufsicht auf einen Kraftfahrzeugrahmen mit einer Interferenz-Ge-«»3räusch-

dämpferanlage nach der Erfindung,

en
Pig. 2 ein7Teillängsschnitt durch die Interferenz-

G-eräuschdämpferanlage gemäss Pig. 1 in

grösserem Maßstabe,

Pig. 3 einen Schnitt nach der Linie 'j-3 in Pig.2, Pig. 4 einen vergrösserten Ausschnitt aus Pig. 'ύ, Pig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Pig.4, Pig. 6 einen der Pig. 5 ähnlichen Schnitt durch

eine abgewandelte Ausführungsforni und Pig. 7 ein Schaubild, in dem das Einlassdruck- zum

Auslassdruckvcrhältnis über der Prequenz

aufge trai";e η i a t.

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In I¹Ig. 1 ist ein Kraftfahrzeugrahmen 10 dargestellt, auf dem eine Brennkraftmaschine 12 gelagert ist, die zwei Auspuffkästen 14 aufweist. Die Auspuffkästen dieser als Y-Maschine aufgebauten Maschine sind über eine Querleitung 18 mit einer gemeinsamen Auspuffleitung 16 verbunden, in der hintereinander geschaltet ein katalytischer Konverter 20 und zwei Mederfrequenz-Dämpfungsabschnitte 22 u.nd 24 angeordnet sind, wobei Yerbindungsleitungen 25 und 26 zwischen den einzelnen Teilen vorgesehen sind. An das Auslassende des Dämpfungsabschnittes 24 ist ein Auspuffrohr 28 angeschlossen.

Die erwähnten Bauteile zwischen dem Auspuffkasten 14 und dem Auspuffrohr 28 bilden eine akustische Leitung, über die von der Brennkraftmaschine 12 angefachte Druckwellen über die heissen Abgase geleitet werden. Während des Betriebes erzeugt die Brennkraftmaschine 12 Druckpulse und Geräuschwellen in der Auspuffleitung 16, die mehrere Frequenzen haben, die eine Punktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine sind.

Die Dämpfungsabschnitte 22 und 24 bewirken eine Breittanddämpfung innerhalb des Geräuschspektrums der Brennkraftmaschine. Der katalyfcische Konverter 20, der in die Auspuffleitung 16 eingegliedert ist, bewirkt eine Hochfrequenzdümpfung und untersjtiitzt damit die Y/irkung der Dämpfungsabschnitte 22 und 24. Der katalytische Konverter 20 ist von

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üblicher Bauart und ist nicht Gegenstand der .vorliegenden Erfindung, da er lediglich die erwähnte Hochfrequenzdäm^pun'g unterstützt.

Die Dämpfungsabschnitte 22 und 24 haben Längen, die auf das Dämpfen bei einer vorgegebenen niedrigen Frequenz abgestimmt sind. Beispielsweise ist der Dämpfungsabschnitt 22 auf eine G-rundfrequenz von etwa 25 Hz und der Dämpfungsabschnitt 24 auf eine Grundfrequenz von etwa 40 Hz ausgelegt. Zusätzlich bewirken die Dämpfungsabschnitte eine Dämpfung bei Vielfachen der Grundfrequenzen. Abgesehen von ihrer Länge sind die Dämpfungsabschnitte 22 und 24 im Aufbau gleich, so dass eine Beschreibung des Dämpfungsabschnittes 22 zur Erläuterung ausreichend ist.

Gemäss Pig. 2 besteht der Dämpfungsabschnitt 22 aus einem zylindrischen Innenrohr 30 und einem zylindrischen Aussenrohr 52, zwischen denen ein schraubenförmig gewundenes Leitblech 34 angeordnet ist. Das Innenrohr 30 bildet den einen axialen Strömungsweg 36 der Interferenz-Geräuschdämpferanlage, während das Amssenrohr 32, das Innenrohr 30 und das Leitblech 34 einen äusseren schraubenförmigen Strömungsweg 3o begrenzen. Die Strümungswege 36 und 3<-> sind akustisch gekuppelt und liegen parallel zueinander zwischen einem Einlass 4o von der Verbindungsleitung 25 am stromaufwärtigen Jilnde des Dämpfungsab-

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·· Ύ —

schnittes 22 und einem Auslass 41 zur Verbindungsleitung 26 an dessen stromabwärtigen Ende. Die Strömungswege 36 und 38 bilden akustische Schallübertragungswege, die Reaktanzen aufweisen, die im wesentlichen denen eines geraden Rohres entsprechen. Die Reaktanz erhöht sich infolge der KompressibLität der strömenden Abgase daher mit der Frequenz. Weiterhin pflanzt sich die akustische Energie durch die Strömungswege ohne wesentliche Verluste fort, jedoch mit einer Phasenverschiebung, die sich mit der Frequenz erhöht.

Eine erhöhte Dämpfung bei hohen Frequenzen wird dadurch geschaffen, dass zusätzliche akustische Kupplungen zwischen benachbarten oder in Abstand liegenden Teilen des äusseren schraubenförmigen Strömungsweges 3ö vorgesehen werden..

Zu diesem Zwecke ist das. schraubenförmige leitblech 34 mit dem Innenrohr 30 verbunden, während der Aussendurchmesser des Leitbleches 34 kleiner als der Innendurchmesser des Aussenrohres 32 ist. Längs der Innenwandung des Aussenrohres 32 erstrecken sich über den Umfang in Abstand voneinander liegende nach innen gerichtete Rippen 42, die Scheitel aufweisen. Die Scheitel 44 liegen, wie Fig. 4 zeigt, gegen den Auanonrand des Leitbleches 34 an und halten die Innenfläche den Auijfsenrohrea 32 in Abstand vom Rand des Leitbleches 34. Durch die .Kippen 41- werden also enge ringförmige lecicwcge . zwischen dem Leitblech 34 und deu Auanonrohr 32 geschaffen, die

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akustische Wege und zugleich Strömungswege sind. Diese Leckwege 46 stellen also parallele akustische Kupplungen zwischen benachbarten Schraubengängen des Strömungsweges 33 dar. Im allgemeinen haben die leckwege 46 eine starke Drosselwirkung und bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Spiel zwischen dem Rand des Leitbleches 34 und dem Aussenrohr 32 zwischen 0,12 bis 0,5 mm. Durch diese Abmessungen ergibt sich eine primäre drosselnde Impedanz, die im wesentlichen frequenzunabhängig ist.

Wie Pig. 6 zeigt, können in abgewandelter Weise die Leckwege durch Löcher 46' im Leitblech 34 gebildet werden.

DIb Pig. 7, in der das Verhältnis zwischen Einlass- und Auslassdruck im äusseren schraubenförmigen Strömungsweg 38 über der Frequenz dargestellt ist, lässt erkennen, dass eine Spitze 50 im niedrigen Prequenzbereich bei etwa 100 Hz liegt, während ein wesentlich verringertes und nahezu konstantes Verhältnis in dem Bereich 52 höherer Prequenzen besteht. Das Verhältnis bei hohen Prequenzen liegt in der Grössenordnung von 0,1 bis 0,01 Hz.

Während des Betriebes pflanzt sich die Schallenergie durch die Auspuffleitung 16 fort und v/ird durch die Reaktanzen der Strömungswege 36 und 38 im wesentlichen nicht beeinflusst, wenn niedrige Prequenzen vorliegen. Hit anderen Worten, infolge der geringen Reaktanz des Strömungsweges 38

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pflanzt sich nur ein geringer Teil der akustischen Energie durch die Leckwege 46 fort. Bei Erhöhung der Frequenz der Druckwellen jedoch erhöht sich die Reaktanz im äusseren schraubenförmigen Strömungsweg 38. Hierdurch wird ein grösserer Teil der akustischen Energie über die leckwege 46 fortgepflanzt. Infolge der drosselnden Wirkung der Leckwege 46 wird dieser Teil der Energie stärker gedämpft als in der,Phase verschoben, so dass sich die in Pig. 7 dargestellte Abhängigkeit ergibt. Die Dämpfungsabschnitte bewirken daher eine Hochfrequenzdämpfjung, die normalerweise nur bei Frequenzen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz sind, eintritt. Da die Energie am Auslass 41 des Strömungsweges 38 wesentlich verringert ist, besteht eine Unbalanz in den übertragenen akustischen Energien, durch die eine Aufteilung des Stroms durch den inneren Strömungs· ■weg 36 erfolgt. Ein Teil R strömt -weiter zur Auslassöffnung 41, ■während der Teil B stromaufwärts durch den äusseren Strömungsweg 38 fliesst. Ein Teil dieses Stromes wird dann durch die leckwege 46 gedämpft, wodurch eine weitere Dämpfung bei hohen Frequenzen erzielt wird.

Die Aufteilung des Stromes und die Grunddämpfung durch die leckwege 46 gibt eine beachtliche Dämpfung bei Frequenzen oberhalb 150 Hz. Es kann daher eine Breitwanddämpfung über das Geräuschspektrum durch zwei Dämpfungsabschnitte

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erreicht werden. Der erste Dämpfungsabschnitt hat eine Grundfrequenz von etwa 25Hz und eine Länge von etwa 1625 mm, während der zweite Dämpfungsab'schnitt 24 eine Grundfrequenz von etwa 40 Hz und eine länge von etwa 1020 mm aufweist. Die hochfrequenten Geräusche der Brennkraftmaschine v/erden bei einer derartigen Ausbildung gedämpft.

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Claims

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Patentansprüche :

^/Interferenz-Geräuschdämpferanlage zum Dämpfen der Geräuschwellen von Brennkraftmaschinenabgasen mit zwei akustisch gekuppelten parallel zueinander zwischen einem Einlass und einem Auslass liegenden Leitungen, von denen die eine ein schraubenförmiges mehrgängiges Leitblech enthält, um den Leitungen solche unterschiedliche akustische Längen zu geben, dass die durch die Leitungen sich fortpflanzenden Wellen am Auslass bei einer vorgegebenen Frequenz zueinander entgegengesetzte Phase aufweisen, wobei der schraubenförmige Strömungsweg eine im wesentlichen frequenzabhängige Reaktanz hat, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leitblech (34-) akustische und Strömungsmittel leitende Leckwege (46, Fig. 2-5; 46', Fig. 6) zugeordnet sind, die aufeinanderfolgende Schraubengänge des schraubenförmigen ßtrömungsweges (3^) verbinden und parallele akustische Kupplungen darstellen, die einen frequenzunabhängigen akustischen Widerstand haben und daher bei hohen Frequenzen die durch den schraubenförmigen

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ΎΣΊΛ ~6Τ4

. ■ . - 12 I

Strömungsweg geleitete akustische Energie dämpfen und am
Auslass einen abgesenkten akustischen Druck bedingen, so dass
sich ein !Teil der akustischen Energie (B in Pig.2) aus dem
anderen Strömungsweg (30) rückwärts durch die Leokwege (46)
fortpflanzt und eine weitere Dämpfung bewirkt.
2. Interferenz-G-eräuschdämpferanlage nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (30,32)
konzentrisch zueinander angeordnet sind und das Leitblech
(34) mit einer der Leitungen verbunden ist und zur anderen
ein radiales Spiel zur Bildung der akustischen Leckwege (46)
hat.
3. Interferenz-G-eräuschdämpferanlage nach ! Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der ; Leitungen in Längsrichtung liegende Rippen (42) gebildet sind, ; die gegen das Leitblech (34) anliegen und die Leckwege (46) ; zwischen benachbarten Schraubengängen des schraubenförmigen ; Strömungsweges (38) bilden.
4. Interferenz-Geräuschdämpferanlage nach ' Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen
Leckwege durch Löcher (46·) im schraubenförmigen Leitblech (34) Ϊ gebildet sind (Pig. 6). \

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