DE2452747A1 - Auspuffschalldaempfer fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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DlPL-INQ. RUDOLF BIBRACII

DIPL-INq. ELMAR REHBERG

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TELEFON 57823

Motorfluggruppe Zürich. Zürich (Schweiz)

Auspuffschalldämpfer für Brennkraftmaschinen

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Auspuff schalldämpf er für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kolbenmotoren von Plugzeugen, mit mindestens einem Injektor für das Zuführen von Frischluft zum Abgasstrom und das Vermischen von Frischluft und Abgasen. Hierbei ist an die Verwendung in Verbindung mit Kolbenmotoren aller Art gedacht,, und zwar unabhängig davon, ob die Motoren mit hin- und hergehenden, kreisenden oder anderen Kolben ausgestattet sind·

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Die an einen wirksamen Schalldämpfer zu stellenden 'Anforderungen stehen sich zum Teil feindlich gegenüber. Tatsächlich müsste ein idealer Schalldämpfer alle im Abgasstrom enthaltenen Gaswechselströme ohne Erhöhung des Gegendruckes glätten.

Die bisher gebräuchlichen Auspuffschalldämpfer wirken entweder durch Absorbtion oder durch Resonanz. Den ersteren haftet der Nachteil an, dass sie rasch verschmutzen und verhältnismässig viel Energie vernichten, wogegen die Resonatorschalldämpfer - abgesehen von kompliziert aufgebauten, teuren, schweren und sehr sperrigen Resonatorsystemen - nur innerhalb eines schmalen Frequenzbandes die Auspuffgeräusche dämpfen. Man behilft sich daher üblicherweise mit schalldämpfenden Anordnungen, die hinsichtlich Leistungserhaltung und subjektiver Dämpfung einen Kompromiss darstellen. Solche Schalldämpfer sind mit einem eigentlichen Resonator und zusätzlichen Querschnittsverengungen, Schikanen, Absorbtionsschichten usw. ausgestattete

Es sind schon Schalldämpfer mit einem Injektor für das Zuführen von Frischluft zum Abgasstrom und das Vermischen von Frischluft und Abgasen vorgeschlagen worden. Solche Schalldämpfer können bei Wahl geeigneter Abmessungen den Gegendruck herabsetzen und derart den Wirkungsgrad günstig beeinflussen. Dagegen sind die bekannt gewordenen Injektorschalldämpfer nicht sehr wirkungsvoll hinsichtlich .der Unterdrückung der besonders störenden Geräusche.

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. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Auspuffschalldämpfer zu schaffen, der vor allem die von einem Kolbenmotor eines Flugzeugs erzeugten Auspuffgeräusche in hohem Masse vermindert und gleichzeitig im Vergleich zu· Motoren mit herkömmlichen Schalldämpfern eine Verbesserung des Wirkungsgrades ermöglicht. Es wird also grundsätzlich ein günstigerer Kompromiss bei der Verwirklichung der beiden angeführten grundlegenden Bedingungen angestrebt·

Diese technische Aufgabe wird beim neuen Schalldämpfer erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Injektor ein Diffusor mit Resonator nachgeschaltet ist«,

Die Kombination eines Injektors mit einem Diffusor und einem Eesonator, der vorzugsweise derart ausgebildet sein soll, dass er eine tiefe Eigenfrequenz hat und die hohen, subjektiv störenden Frequenzen ausfiltert, ergibt ein besonders wirkungsvolles System. Einerseits lässt sich eine·Senkung des Auspuffgegendrucks auf einen geringen, unter Umständen sogar negativen Wert und damit eine Erhöhung der leistung erreichen, wobei besonders tiefe, die Lebensdauer des Motors verlängernde Zylinderkopftemperaturen festgestellt werden können. Andererseits hat man es in der Hand, lästige Geräusche (Knattern usw.) zu eliminieren«, Hierbei spielt der Diffuser, der im Prinzip zugleich einen mehr oder weniger bedeutenden Teil des Resonators bilden kann, eine wesentliche Rolle, da er die Gasgeschwindigkeit reduziert und Druckstösse abschwächt.

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Der Schalldämpfer nach der Erfindung kann beispielsweise ohne Zwischenschaltung anderer Elemente an eine oder mehrere direkt vom Motor herkommende Auspuffgasleitungen angeschlossen sein«. Auf der anderen Seite,kann man den neuartigen Schalldämpfer auch an ein unter Umständen "bereits vorhandenes Schalldämpfersystem anschliessen. Es hat sich gezeigt, dass es "bei zusätzlicher Ausrüstung insbesondere von Kolbenmotoren-Flugzeugen mit dem gegenständlichen Schalldämpfer möglich ist, die Wirkungsweise des ursprünglich vorhandenen Schalldämpfers in akustischer Hinsicht zu verbessern und gleichzeitig die G-aswechselarbeit zu verringern, und zwar ohne störende Erhöhung des Gewichtes_o

Zweckmässigerweise besteht der Injektor aus zwei mit -Abstand übereinander geschobenen Rohrenden, deren Durchmesser derart gewählt sind, dass ein geeigneter, in Fahr- und Flugrichtung gegen aussen offener Ringspalt entsteht, durch welchen im Betriebe Umgebungsluft angezogen bzw» durch welchen Fahr- oder Flugwind gepresst wird.

Der Resonator übernimmt in erster Linie die Rolle der wenigstens teilweisen Vernichtung von Geräuschen mit einer verhältnismässig hohen Frequenz, also die Aussiebung von subjektiv besonders störenden Frequenzen. Als geeignet in Verbindung mit dem Injektor hat sich für diesen Zweck ein Röhrenresonator erwiesen, dessen Eigenfrequenz natürlich unter Berücksichtigung der jeweiligen Umstände und Erfordernisse festzulegen, ist.

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Dass sieh, durch die Kombination eines Injektors und eines diesem nachgeschalteten Diffusors mit Resonator die eingangs umrissene Aufgabe lösen lässt, ist überraschend. Zu diesem Resultat dürfte vornehmlich der Umstand beitragen, dass die Gase im entspannten und abgekühlten Zustand in den Resonator geführt werden, und dass die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit der Grase im Injektor eine wirksame Dämpfung der tieferen und mittleren Frequenzen zur Folge hat. Injektor und Diffusor mit Resonator ergänzen sich demnach besonders sinnvolle

Im folgenden ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Auspuffschalldämpfers nach der Erfindung beschrieben. Es stellen dari

- die Fig. 1 eine Seitenansicht des Schalldämpfers, die Fig. 2 eine Aufsicht auf den Schalldämpfer, und die Fig. 3 einen Schnitt gemäss Linie 3-3 nach Figo 2.

Im Falle des auf der Zeichnung veranschaulichten Beispiels handelt es sich darum, den aus zwei Rohrleitungen 1 und 2 austretenden Abgasstrom akustisch zu dämpfen. Jede der beiden Rohrleitungen kann beispielsweise mit je vier Zylindern eines Flugzeugmotors verbunden sein. Ueber die freien Enden dieser Leitungen sind Leitungsenden 3 und 4 von zu einem Resonatorteil 7 führenden Rohrverbindungen 5 und 6 geschoben. Der Innendurchmesser der Rohrleitungsenden 3 und

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4 ist etwas grosser als der Aussendurchmesser der Rohrleitungsenden 1 und 2, so 4ass ein gegen aussen in Flugrichtung offener Ringspalt gebildet wird, durch welchen sich mit den Abgasen vermischende Umgebungsluft einströmen kann«, Die derart mit Frischluft vermischten Abgase werden nun mittels der Verbindungsleitungen 5 und 6 zu einem sich allmählich erweiternden Teil 7 eines gestreckten Röhrenresonators geleitet, wo sie sich weiter entspannen und abkühlen können_e Dieser sich erweiternde, als Diffusor wirkende Teil 7 hat zweckmässigerweise einen Oeffnungswinkel von nicht mehr als 10°, mit Vorteil sogar höchstens 5°. Der aus Stahlblech hergestellte, normalerweise keine absorbierenden Materialien aufweisende Resonator umfasst ferner einen Rohrteil 8 mit konstantem Durchmesser, dessen Länge von dem dem Abgasstrom überlagerten Geräuschspektrum und den individuellen Anforderungen abhängt. Ein sogenannter Gleichrichter, bestehend aus im Rohrteil 8 fixierten Radiallamellen 9, beseitigt den im Abgasstrahl vorhandenen Drall bevor der Strahl in die freie Atmosphäre tritt»

Zwischen den Rohrenden 1 und 3 bzw. 2 und 4 kann eine starre Verbindung existieren. In gewissen Fällen wird man es dagegen vorziehen, von einer direkten mechanischen Verbindung abzusehen oder die Verbindung elastisch zu gestalten, damit mechanische Schwingungen nicht oder höchstens in begrenztem Masse von einem Rohrende auf das andere übertragen werden«.

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Der Injektor wirkt im Prinzip ähnlich, wie ein Schubvermehrer eines Düsentriebwerks. In Verbindung mit einem Kolbenmotor hat er, wie in Punktion des Kolbenhubs aufgenommene Druckdiagramme zeigen, den wesentlichen Effekt der Senkung des Gegendrucks, der bekanntlich die Leistung der Brennkraftmaschine beeinträchtigt. Gleichzeitig trägt der Injektor auch zu einer Beeinflussung des Geräuschspektrums der Abgase im günstigen Sinne bei. Diese Sekundärwirkung kommt dank dem nachgeschalteten Diffusor mit Resonator relativ tiefer Eigenfrequenz, der etwa wie der Rohrkörper einer Orgelpfeife ausgebildet sein kann, voll zur Geltung.

Je nach der Art der Brennkraftmaschine und den sonstigen ü-egeDenhei-Gen wird man den Schalldämpfer nach der Erfindung mit einem einzigen oder mehreren Injektoren ausrüsten. Des weiteren ist es auch möglich, einem oder mehreren Injektoren mehr als einen Resonator nachzuschalten, zum Beispiel parallel- oder seriengeschaltete Resonatoren gleicher oder unterschiedlicher Konstruktion.

Verwendung finden können schliesslich auch Resonatoren mit gebogenen Rohren, akustische Drosselketten, Resonatoren mit Interferenzrohren usw. Damit sich der beabsichtigte Effekt einstellt, sind jedoch auch derart abgewandelte Resonatoren mittels eines Diffusors an den Injektor anzuschliessen.

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Claims (10)

1. PAIEJTAHSPRÜEGHE

   / 1·)Auspuffschalldämpfer für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kolbenmotoren von flugzeugen, mit mindestens einem In-• jektor für das Zuführen von Frischluft zum Abgasstrom und das Vermischen von Frischluft und Abgasen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Injektor (1-4) ein Diffusor (7) mit Resonator (8) nachgeschaltet ist.
2. 2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor einen durch zwei mit Abstand übereinander geschobene Rohrenden (l, 3 bzw. 2, 4) ungleichen Durchmessers gebildeten Ringspalt aufweist, durch welchen im Betriebe Frischluft angesogen bzw. gepresst wird.
3. 3. Schalldämpfer nach Anspruch .3» dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere je einer vom Motor herkommenden Auspuffleitungen (l, 2) zugeordnete Injektoren über Leitungen (5, 6) mit einem gemeinsamen Resonator (7» 8) verbunden sind.
4. 4. Schalldämpfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Resonators (7, 8), dass seine Eigenfrequenz tief liegt und Geräusche mit verhältnismässig hohen, subjektiv störenden Frequenzen weitgehend eliminiert werden.

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5. 5. Schalldämpfer nach Ansprach 4, dad-arch gekennzeichnet, dass der Resonator als Röhrenresonator mit mindestens einem Rohr (8) ausgebildet ist.
6. 6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorrohr (8) gestreckt ist.
7. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor als.gestrecktes Rohr (7) mit einer allmählichen Querschnittserweiterang ausgebildet ist.
8. 8. Schalldämpfer nach Ansprach 7» dadurch gekennzeichnet, dass der erweiterte Teil des Diffusors (7) direkt in ein Rohr (8) konstanten Querschnitts übergeht.
9. 9ο Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Oeffnungswinkel des Diffusors (7) weniger als 10° beträgt,
10. 10. Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Oeffnungswinkel des Diffusors (7) weniger als 5° beträgt.

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