DE4305333C1 - Geräuschdämpfungsvorrichtung zur Reduktion von Mündungsgeräuschen bei Anlagen mit pulsierenden Gasströmungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Geräuschdämpfungsvorrich­ tung zur Reduktion von Mündungsgeräuschen bei Anlagen mit pulsierenden Gasströmungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie aus DE 39 23 434 A1 bekannt. Insbeson­ dere befaßt sich die Erfindung mit der Dämpfung von Schwingungen pulsierender Gasströmungen. Hauptanwen­ dungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen der Gasansaugtrakt und/oder die Auspuffanlage von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren sein. Weitere Anwendungsgebiete sind allgemein Kompressoren und Be­ lüftungsanlagen oder, allgemein ausgedrückt, sämtliche Anlagen, bei denen aus welchen strömungstechnischen Gründen auch immer pulsierende Gasströmungen auftreten.

Die ständig strenger werdenden Außengeräusch-Vorschrif­ ten für Kraftfahrzeuge einerseits als auch die steigen­ den Komfortansprüche der Fahrzeug-Passagiere anderer­ seits verlangen nach immer wirksameren Geräuschreduk­ tions-Maßnahmen an durch Verbrennungsmotoren betriebe­ nen Kraftfahrzeugen. Bei derartigen Kraftfahrzeugen sind neben direkt vom Antriebsaggregrat abgestrahlten Geräuschanteilen vor allem die Gaswechselgeräusche, d. h. die Luftansaug- und Auspuffgeräusche die größten Geräuschverursacher. Bei modernen Fahrzeugmotoren sind normalerweise die Ansaugluftfilter-Systeme mit Ansaug- Geräuschdämpfern kombiniert, wodurch die Ansaugge­ räusche reduziert werden. Zur weiteren Reduktion der Ansauggeräusche setzen einige Kfz-Hersteller ein soge­ nanntes Vorvolumen ein, das von einer Kammer gebildet wird und über einen Verbindungskanal mit dem Ansaug­ kanal, oder allgemeiner ausgedrückt, mit dem Gas­ strömungskanal verbunden ist. Die mit dem Gasströmungs­ kanal verbundene Einheit aus Verbindungskanal und Kam­ mer stellt einen Helmholtzresonator dar, der strö­ mungstechnisch mit dem Gasströmungskanal (Ansaugkanal) verbunden ist. Ein derartiges System ist z. B. auch in DE 39 23 434 A1 beschrieben.

Bei einem Helmholtzresonator handelt es sich um ein Feder-Masse-System, das mit der durch den Gasströmungs­ kanal strömenden Gasströmung gekoppelt ist. Bei der Masse des Helmholtzresonators handelt es sich dabei um die Gassäule des Verbindungskanals, während das von der Kammer begrenzte Volumen wie eine Feder zur Dämpfung der Bewegung der Masse, also zur Dämpfung einer Schwin­ gung oder Pulsation der Gassäule in dem Verbindungs­ kanal wirkt. Die bisher zur Dämpfung von Ansaug- und Auspuffgeräuschen verwendeten Helmholtzresonatoren sind stationär, d. h. bezüglich der von ihnen repräsentierten Massen und Federn nicht veränderbar. Aufgrund der damit verbundenen relativ schmalbandigen Wirkung der Helm­ holtzresonatoren wird jedoch nur in einem bestimmten vergleichsweise schmalen Pulsationsfrequenzbereich der Gasströmung die Gaswechselgeräusche spürbar reduziert. In den übrigen Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges oder, allgemeiner ausgedrückt, der die pulsierende Gas­ strömung aufweisenden Anlage weicht die Frequenz des Helmholtzresonators von der Pulsationsfrequenz der Gas­ strömung derart weit ab, daß praktisch keine Mündungs­ geräuschdämpfung spürbar ist.

Aus DE 25 04 425 A1 ist eine Vorrichtung zur Verminde­ rung der Entstehung von Flüssigkeitsschall bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird der Flüssigkeitsschall durch Luftschall bzw. infolge gegenphasiger Pulsationskompen­ sation durch Luftschallübertragungsweg auf Druck­ speichermembrane gedämpft bzw. an der Entstehung gehin­ dert. Die gegenphasige Pulsationskompensation funktio­ niert lediglich bei einer auf die Laufzeitunterschiede der beiden Druckwellen abgestimmten Koinzidenzfrequenz, d. h. nur für eng begrenzte Frequenzkomponenten, hat mithin keine breitbandige Wirkung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ge­ räuschdämpfungsvorrichtung zur Reduktion von Mündungs­ geräuschen bei Anlagen mit pulsierenden Gasströmungen, insbesondere zur Reduktion der Ansaug- und/oder Aus­ puffgeräusche eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungs­ motor zu schaffen, mit der eine Reduktion der Mündungs­ geräusche über den gesamten Betriebsbereich der Anlage erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 bzw. 12 vorge­ schlagen. Sie ist versehen mit einem Gasströmungs­ kanal, in dem ein pulsierendes Gas strömt, und nach einer ersten Lösung mit einer mit dem Gasströmungskanal verbundenen Kammer eines Helmholtz-Resonators, die über einen Verbindungskanal in den Gasströmungskanal einmün­ det und ein Kammervolumen begrenzt. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz-Meßeinrichtung zur Messung der Frequenz der Pulsation der Gasströmung vorgesehen ist, daß der Quer­ schnitt und/oder die Länge des Verbindungskanals und/ oder das Volumen der Kammer mittels mindestens eines Stellgliedes stufenlos veränderbar ist, daß eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellgliedes vorge­ sehen ist und daß die Steuereinheit mit der Frequenz- Meßeinrichtung verbunden ist und das Stellglied in Ab­ hängigkeit von der Pulsationsfrequenz der Gasströmung derart ansteuert, daß sich die Länge und/oder der Quer­ schnitt des Verbindungskanals und/oder das Kammervolumen umgekehrt proportional zur Pul­ sationsfrequenz der Gasströmung stufenlos verändert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Gasströ­ mungskanal, durch den die pulsierende Gasströmung hin­ durchströmt, mit einem Helmholtzresonator gekoppelt, dessen von der Kammer bestimmtes Volumen und/oder des­ sen durch den Verbindungskanal bestimmte Gassäule stufenlos oder quasi-stufenlos veränderbar bzw. beein­ flußbar ist. Die Beeinflussung der Parameter "Masse" und "Federkraft" des Helmholtzresonators erfolgt durch mindestens ein Stellglied, das von einer Steuereinheit Ansteuersignale empfängt. Die Steuereinheit ihrerseits empfängt das Ausgangssignal einer Frequenz-Meßeinrich­ tung, die Frequenz der Pulsation der Gasströmung mißt. Das Stellglied verändert den Querschnitt des Verbin­ dungskanals und/oder die Länge des Verbindungskanals und/oder das Volumen der Kammer in Abhängigkeit von der Größe der Pulsationsfrequenz der Gasströmung derart, daß sich die Länge und/oder der Querschnitt des Verbin­ dungskanals und/oder das Kammervolumen umgekehrt pro­ portional zur Pulsationsfrequenz der Gasströmung kon­ tinuierlich verändert. Damit wird die Resonanzfrequenz des Helmholtzresonators der Pulsationsfrequenz der Gas­ strömung nachgeführt. Wenn sich die Pulsationsfrequenz der Gasströmung vergrößert (verkleinert), wird das Kammervolumen des Helmholtzresonators verkleinert (ver­ größert) und/oder das Verbindungsrohr ("der Hals") des Helmholtzresonators verkürzt (verlängert) und/oder der Querschnitt des Verbindungsrohres verkleinert (ver­ größert). Zur Veränderung des Helmholtzresonators zwecks Nachführung von dessen Resonanzfrequenz zur aktuellen Pulsationsfrequenz wird einer oder werden mehrere der obigen Parameter mittels eines oder mehrerer Stellglieder beeinflußt.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduktion der Ansaug- und Auspuffgeräusche eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor eingesetzt, so mißt die Frequenz-Meß­ einrichtung die Motordrehzahl. Die Motordrehzahl stellt nämlich die Hauptstörfrequenz (bei 4-Zylinder-Motoren die zweite Ordnung) dar. Wenn es also gelingt, den Helmholtzresonator der Motordrehzahl entsprechend zu steuern, so kann ein beträchtlicher Anteil der Mün­ dungsgeräusche eliminiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt also ein in jedem Betriebszustand auf den jeweils anzutreffenden Störbereich abgestimmtes System dar. Da die Hauptstörfrequenz (zweite Ordnung) nur von der Motordrehzahl abhängig ist, kann mit einer relativ einfachen elektromechanischen Steuerung der Helmholtzresonator so verändert werden, daß seine Resonanzfrequenz und damit die größte Geräuschreduktion der jeweiligen Betriebsbedingung des Motors optimal angepaßt ist.

Bei der Erfindung handelt es sich also um eine Vorrich­ tung mit automatisch abstimmbarem Helmholtzresonator zur Gaswechselgeräusch-Reduktion, wobei in jedem Be­ triebsbereich die wichtigste Störfrequenz optimal unterdrückt wird, und zwar mit minimalem Aufwand.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht zwingend erforderlich, sowohl den Querschnitt und die Länge des Verbindungskanals als auch das Volumen der Kammer des Helmholtzresonators umgekehrt proportional zur Pulsationsfrequenz der Gasströmung stufenlos zu verändern. Die Veränderung eines geometrischen Para­ meters des Helmholtzresonators (Verbindungskanallänge, Verbindungskanalquerschnitt oder Kammervolumen) reicht bereits aus. Insbesondere sollten, wenn mehrere geome­ trische Parameter des Helmholtzresonators in Abhängig­ keit von der Pulsationsfrequenz der Gasströmung ver­ ändert werden, auch mehrere Stellglieder, und zwar für jeden geometrischen Parameter eines, eingesetzt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß der Verbindungskanal mit seinem dem Gas­ strömungskanal abgewandten Kammereintrittsende in die Kammer hineinragt und daß das Kammereintrittsende des Verbindungskanals längenveränderbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wirkt das Stellglied auf eine Längenveränderung des in die Kammer hineinragenden Abschnitts des Verbindungskanals ein. Diese Maßnahme hat insbesondere konstruktive Vorteile, da zur Längen­ veränderung des effektiven Verbindungskanals nicht die gesamte Kammer verschoben werden muß. Herkömmlicher­ weise zeichnet sich ein Helmholtzresonator durch einen Verbindungskanal aus, der ein erstes Volumen aufweist, und ferner durch eine Kammer aus, die sich an den Ver­ bindungskanal anschließt und deren Volumen wesentlich größer ist als das von dem Verbindungskanal bestimmte Volumen. Der Verbindungskanal wird auch als "Hals" des Helmholtzresonators bezeichnet. Bei einem solchen Helmholtzresonator ist es, wie oben bereits erwähnt, vorteilhaft, wenn zur Längenveränderung des Verbin­ dungskanals die Kammer nicht bewegt werden muß. Dies wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß das in die Kammer hineinragende Kam­ mereintrittsende des Verbindungskanals längenveränder­ bar ist. Damit wird auf den einen geometrischen Para­ meter des Helmholtzresonators, nämlich die Länge des Verbindungskanals, eingewirkt, ohne daß ein anderer geometrischer Parameter (Querschnitt des Verbindungs­ kanals oder Volumen der Kammer) verändert werden.

Vorteilhafterweise ist das längenveränderbare Kammer­ eintrittsende des Verbindungskanals teleskopisch aus­ gebildet. Hier lassen sich auch einfache Stellantriebe bzw. Stellglieder zur teleskopischen Veränderung des Verbindungskanals vorsehen.

Alternativ zu einer teleskopischen Ausbildung des Kam­ mereintrittsendes ist es auch möglich, diesen Teil des Verbindungskanals als Faltenbalg auszubilden. Auch hier bereitet die Konstruktion und Anbringung eines Stell­ gliedes an dem Kammereintrittsende des Verbindungs­ kanals innerhalb der Kammer keinerlei Probleme.

Sofern der Querschnitt des Verbindungskanals zwecks Nachführung des Helmholtzresonators an die Pulsations­ frequenz der Gasströmung verändert werden soll, ist es vorteilhaft, wenn der Verbindungskanal eine Blende mit einstellbarer Blendenöffnung aufweist. Höchst vorzugs­ weise wird also Blende eine Segmentblende eingesetzt, deren Funktion und Konstruktion einer veränderbaren optischen Blende, beispielsweise einer Irisblende, ent­ spricht.

Soll der Helmholtzresonator durch Veränderung des Kam­ mervolumens angepaßt werden, so erfolgt dies vorteil­ hafterweise durch einen in der Kammer angeordneten Kol­ ben, der zwecks Volumenveränderung verschiebbar ist.

Je nach der Größe des Helmholtzresonators und den übrigen konstruktiven Gegebenheiten der geräuschzu­ dämpfenden Anlage kann es vorteilhaft sein, daß der Verbindungskanal in seinem die Kammer mit dem Gasströ­ mungskanal verbindenden Abschnitt längenveränderbar ist. Dies erfolgt dann vorzugsweise durch teleskopische Ausbildung und/oder durch Ausbildung des Verbindungs­ kanals als Faltenbalg.

Die Verbindung zwischen Kammer und Gasströmungskanal kann auch über mehrere Verbindungskanäle erfolgen, die in Gasströmungsrichtung vorzugsweise hintereinander angeordnet sind. Jeder Verbindungskanal mündet über eine Öffnung in den Gasströmungskanal ein. Diese Registeranordnung von Verbindungskanälen kann vorteil­ hafterweise durch einen bewegbaren Schieber gesteuert werden, über den die einzelnen Verbindungskanäle mehr oder weniger freigegeben bzw. verdeckt werden. Der Schieber kann entweder linear verschiebbar oder drehbar oder schwenkbar sein. Eine drehbare Anordnung des Schiebers bietet sich insbesondere bei Gasströmungs­ kanälen mit rundem Querschnitt an; in diesem Fall ist der Schieber der Krümmung der Wandung des Gasströmungs­ kanals angepaßt und liegt innen auf der Kanalwandung auf. Der Schieber ist in diesem Fall um die Längsachse des Gasströmungskanals drehbar.

Bei einer Registeranordnung können die einzelnen Ver­ bindungskanäle und damit der von diesen zusammen mit der Kammer gebildeten Helmholtzresonator durch einzelne Drosselklappen zur Querschnittsveränderung der betref­ fenden Verbindungskanäle gesteuert werden.

Eine Reduktion von Gaswechselgeräuschen in einem Gas­ strömungskanal für pulsierende Gasströmungen kann nach einer weiteren Lösung auch dadurch realisiert werden, daß dem Gasströmungskanal nach Art eines Bypass ein Abzweigkanal parallelgeschaltet wird. Der Abzweigkanal weist ein mit dem Gasströmungskanal verbundenes Ein­ laßende sowie ein mit dem Gasströmungskanal verbundenes Auslaßende auf. Die Länge des Abzweigkanals ist ver­ änderbar. Dies erfolgt bei­ spielsweise durch eine teleskopische Ausbildung des Abzweigkanals oder durch Ausbildung des Abzweigkanals als Faltenbalg. Das Stellglied, das von der die Pulsa­ tionsfrequenz empfangenden Steuereinheit angesteuert wird, beeinflußt also die effektive Länge des Abzweig­ kanals zwischen seinem Einlaß- und seinem Auslaßende. Wird die Länge des Abzweigkanals nun in Abhängigkeit von der Pulsationsfrequenz derart eingestellt, daß die pulsierenden Gasstromanteile des Gasströmungskanals und des Abzweigkanals am Auslaßende um 180° phasenverscho­ ben zueinander sind, so tritt eine Geräuschreduktion ein. Die Gaswechselgeräusche löschen sich sozusagen aus.

Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbei­ spiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zei­ gen:

Fig. 1 in stark schematisierter Form einen Verbren­ nungsmotor mit Luftansaug- und Gasaustritts­ kanal sowie drehzahlabhängig gesteuertem Helm­ holtzresonator zur Ansauggeräuschreduktion,

Fig. 2 und 3 Ausführungsbeispiele eines Helmholtzresonators mit längenveränderbarem Verbindungskanal zum Gasströmungskanal, wobei die Kammer des Helm­ holtzresonators stationär angeordnet ist,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Helmholtzresonators mit durch eine Segmentblende veränderbarem Querschnitt des Verbindungskanals,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Segmentblende des Helm­ holtzresonators gemäß Fig. 4,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel des Helmholtzresonators mit veränderbarem Kammervolumen und konstantem Verbindungskanal,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Helm­ holtzresonators mit als Faltenbalg ausgebil­ detem längenveränderbaren Verbindungskanal,

Fig. 8 ein Helmholtzresonator mit mehreren in Strö­ mungsrichtung hintereinandergeschalteten Ver­ bindungskanälen zwischen Gasströmungskanal und Kammer und einem längsverschiebbaren Schieber zum Öffnen und Schließen der Verbindungskanäle,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Gasströ­ mungskanals mit über mehrere Verbindungskanäle verbundener Kammer und einem in dem Gasströ­ mungskanal angeordneten Drehschieber zum Öffnen und Schließen der Verbindungskanäle,

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel für eine Helmholtzreso­ nator mit mehreren die Kammer mit dem Gasströ­ mungskanal verbindenden Verbindungskanälen, wobei in jedem Verbindungskanal eine Drossel­ klappe zur Steuerung des betreffenden Verbin­ dungskanals angeordnet ist,

Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines Helmholtzresona­ tors mit einer Kammer und mehreren diese Kammer mit dem Gasströmungskanal verbindenden Verbin­ dungskanälen, wobei diese durch einen planar verschiebbaren Schieber mit schrägverlaufender Kante geöffnet und verschlossen werden können, und

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Gaswechselgeräuschreduktion durch Auslös­ chung.

In Fig. 1 ist in stark schematisierter Weise das Ansaugluft- und Abgas-Führungssystem eines Verbren­ nungsmotors mit motordrehzahlgeregeltem Helmholtzreso­ nator zur Reduktion der Gaswechselgeräusche im Ansaug­ luftführungssystem dargestellt. Der durch eine Kolben/Zylindereinheit 10 dargestellte Verbrennungs­ motor weist ein mit seinen Einlaßventilen 12 verbunde­ nes Luftansaugrohr 14 und ein mit seinen Auslaßventilen 16 verbundenes Auspuffrohr 18 auf. Die Verbrennungsgase des Motors 10 durchströmen einen bei 20 angedeuteten Katalysator, bevor sie den bei 22 angedeuteten Vor­ schalldämpfer und den bei 24 angedeuteten Nachschall­ dämpfer durchströmen. Die von dem Verbrennungsmotor 10 angesaugte Luft durchströmt ein Luftfilter 26 und wird mengenmäßig in einem Luftmengenmesser 28 erfaßt. Kurz vor Eintritt in den Verbrennungsraum wird der Brenn­ stoff in das Ansaugrohr 14 eingeleitet, was bei 30 als Einspritzung angedeutet ist. Die Zündung des Verbren­ nungsmotors 10 ist bei 32 angedeutet.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Drehung der Kurbel­ welle 34 des Motors 10 durch eine Meßeinrichtung 36 meßtechnisch erfaßt. Der Meßwert der Meßeinrichtung 36 wird an eine Steuereinheit 38 gegeben, die mit der Meß­ einrichtung 36 verbunden ist. Die Steuereinheit 38 steuert ein Stellglied 40 an, das auf die geometrischen Parameter eines Helmholtzresonators 42 einwirkt, der im Mündungsbereich des Luftansaugrohres 14 mit diesem strömungstechnisch verbunden ist.

Die Aufgabe des Helmholtzresonators 42 besteht darin, die Gaswechselgeräusche im Luftansaugrohr 14 zu dämpfen bzw. reduzieren. Diese Gaswechselgeräusche haben ihre Ursache in der pulsierenden Gasströmung in­ nerhalb des Luftansaugrohres 14. Während des Ansaugvor­ ganges wird nämlich die in dem Luftansaugrohr 14 be­ findliche Luftsäule vorbewegt, um im Augenblick des Schließens des Einlaßventils 12 mehr oder weniger schlagartig abgebremst zu werden. Aufgrund der schlag­ artigen Beschleunigungen und Verzögerungen, die Luft­ säule erfährt, entstehen Luftansauggeräusche mit einer Hauptstörfrequenz, die gleich der Drehzahl des Motors 10 ist. Diese durch die Hauptstörfrequenz verursachten Geräusche sollen mit dem regelbaren Helmholtzresonator 42 gedämpft werden. Dabei erfolgt die Dämpfung der Ge­ räusche über den gesamten Betriebsbereich des Motors 10, weshalb es sich bei dem Helmholtzresonator 42 um einen im wesentlichen stufenlos einstellbaren Resonator handelt.

Der hier zum Einsatz kommende Helmholtzresonator 42 weist eine Kammer 44 auf, die ein Luftvolumen V defi­ niert. Die Kammer 44 ist über einen den Hals des Helm­ holtzresonators 42 bildenden Verbindungskanal 46 mit dem Luftansaugrohr 14 verbunden. Der Helmholtzresonator 42 stellt ein Masse/Feder-System dar, wobei die Masse durch das Luftvolumen des Verbindungsrohres 46 und die Feder durch das Volumen der Kammer 44 definiert sind. Der Helmholtzresonator 42 ist also ein schwingfähiges System, dessen Resonanzfrequenz durch die Geometrie von Verbindungsrohr 46 und Kammer 44 bestimmt ist. Durch Veränderung des Verbindungsrohres 46, beispielsweise durch Längenveränderung oder Durchmesserveränderung des Verbindungsrohres 46, sowie durch Veränderung des Volumens der Kammer 44 kann der Helmholtzresonator 42 automatisch auf die jeweilige Hauptstörfrequenz, d. h. auf die Motordrehzahl abgestimmt werden. Diese Abstim­ mung erfolgt stufenlos bzw. quasi-stufenlos, d. h. in relativ kleinen Schritten. In jedem Fall erlaubt der Helmholtzresonator 42 eine breitbandige Abstimmung über den gesamten Betriebsbereich des Motors 10.

Die Ausgestaltung des Stellgliedes 40 ist davon abhän­ gig, welcher geometrische bzw. konstruktive Parameter des Helmholtzresonators 42 einstellbar ist.

In den Fig. 2 bis 11 sind verschiedene Ausführungsbei­ spiele für den Helmholtzresonator 42 gezeigt. Soweit möglich, sind die den Teilen des in Fig. 1 symbolisch dargestellten Helmholtzresonator 42 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele des Helmholtzresonators 42 dargestellt, bei denen mittels des Stellgliedes 40 die effektive Länge des Verbin­ dungsrohres 46 zwischen dem Ansaugrohr 14 und der Kam­ mer 44 verändert wird. Gemäß Fig. 2 ist das Verbin­ dungsrohr 46 teleskopisch ausgebildet und weist ein fest mit dem Luftansaugrohr 14 verbundenes Rohrstück 48 auf, das durch eine Öffnung in der Kammer 44 hindurch­ geführt ist und mit der Kammer 44 dicht abschließt. Das Rohrstück 48 ragt mit seinem Austrittsende 50 in das Innere der Kammer 44 hinein. Das Austrittsende 50 des Rohres 48 ist von einem weiteren Rohrstück 52 umgeben, das sich axial relativ zum Rohrstück 48 verschieben läßt. Durch diese teleskopische Ausbildung des Verbin­ dungsrohres 46 läßt sich dessen Länge, d. h. der Abstand zwischen Luftansaugrohr 14 und dem diesem abgewandten Ende des Rohrstücks 52 verändern. Dabei bleibt das Volumen V der Kammer 44 unverändert, so daß eine Ver­ änderung des Parameters "Masse" des Helmholtzresonators 42 entkoppelt von dem zweiten Parameter des Helmholtz­ resonators 42, nämlich der "Feder" erfolgen kann.

Gemäß Fig. 3 weist das Verbindungsrohr 46 einen mit dem Luftansaugrohr 14 verbundenen Rohrstutzen 54 auf, der ebenfalls in die Kammer 44 hineinragt. An dem in der Kammer 44 befindlichen Ende des Rohrstutzens 54 ist ein Faltenbalg 56 angeschlossen, auf den das Stellglied 40 in Form einer axialen Verlängerung des Faltenbalges 56 einwirkt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel für den Helmholtzresonator 42 bleibt das von der Kammer 44 definierte Volumen V konstant, wenn das Verbindungsrohr 46 längenverändert wird. Sowohl bei dem Helmholtzreso­ nator 42 gemäß Fig. 3 als auch gemäß Fig. 4 ist die Kammer 44 stationär angeordnet, was sich konstruktiv vorteilhaft auf den automatisch abstimmbaren Helmholtz­ resonator auswirkt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel für den Helm­ holtzresonator 42, bei dem die Abstimmung der Reso­ nanzfrequenz auf die augenblickliche Pulsationsfrequenz der Luftströmung im Luftansaugrohr 14 durch eine Ver­ änderung des effektiven Querschnitts des Verbindungs­ rohrs 46 erfolgt. Zu diesem Zweck ist in das Verbin­ dungsrohr 46 eine Lochblende 58 eingebracht, die in Draufsicht in Fig. 5 dargestellt ist und als Segment­ blende ausgebildet ist. Durch Einstellung der Segment­ blende 58 verändert sich der Durchmesser des Verbin­ dungsrohres 46, womit auf die durch den Helmholtzreso­ nator 42 repräsentierte Masse des Schwingungssystems Einfluß genommen wird.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Helmholtz­ resonator 42, bei dem das Verbindungsrohr 46 unverän­ dert bleibt und das effektiv wirksame Volumen V der Kammer 44 verändert wird. Zu diesem Zweck ist die Kam­ mer 44 mit einem Kolben 60 versehen, der dichtend innen an der Kammer 44 anliegt. Der Kolben 60 läßt sich durch das in Fig. 6 als Kurbeltrieb dargestellte Stellglied 40 in seiner Position innerhalb der Kammer 44 verstel­ len, wodurch Einfluß auf die Größe des effektiven Volumens V genommen wird. Als Antrieb für den Kurbel­ trieb kommt beispielsweise ein Schrittmotor, ein Linearmotor oder ein Hydraulik-Kolben in Frage.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Helmholtz­ resonator 42, bei dem die Kammer 44 volumenmäßig kon­ stant ist und bei dem das Verbindungsrohr 46 unter Ver­ schiebung der Kammer 44 längenveränderbar ist. Bei die­ sem Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsrohr 46 durch einen Faltenbalg 56 gebildet, dessen Länge sich bei Verschiebung der Kammer 44 in Richtung des in Fig. 7 dargestellten Doppelpfeils verändert.

Fig. 8 zeigt einen Helmholtzresonator 42, dessen Kammer 44 über eine Vielzahl von in Strömungsrichtung (Pfeil 64) hintereinanderliegenden Verbindungsrohren 66 mit dem Luftansaugrohr 14 verbunden ist. Im Innern des Luftansaugrohres 14 ist ein in Strömungsrichtung und entgegengesetzt dazu (s. Doppelpfeil 68) längsver­ schiebbarer Schieber 70 angeordnet, der von dem Stell­ glied vor- bzw. zurückbewegt wird. Je nach der Stellung des Schiebers 70 verdeckt er die Verbindungsrohre 66. Durch diese Registeranordnung läßt sich der effektive Strömungsquerschnitt zwischen Luftansaugrohr 14 und Kammer 44 des Helmholtzresonators 42 verändern, was auf eine Abstimmung des Helmholtzresonators 42 durch Ver­ änderung der von diesem repräsentierten Masse hinaus­ läuft.

Ein Beispiel für einen drehbaren statt linear ver­ schiebbaren Schieber 72 zum Verschließen der Verbin­ dungsrohre 66 eines als Registeranordnung ausgebildeten Helmholtzresonators 42 ist in Fig. 9 dargestellt. Der Drehschieber 72 ist innerhalb des mit rundem Quer­ schnitt versehenen Luftansaugrohres 14 untergebracht. Der Drehschieber 72 weist einen Ringabschnitt 74 auf, von dem aus sich über einen Teil des Umfangs der eigentliche Schieberteil 76 erstreckt. Der Schieberteil 76 verläuft in axialer Richtung des Ringabschnitts 74 und des Luftansaugrohres 14 und verschmälert sich zu seinem dem Ringabschnitt 74 abgewandten Ende hin. Durch die sich damit bildenden gekrümmt verlaufenden Begren­ zungskanten des eigentlichen Schieberteils 76 werden die hintereinander angeordneten Öffnungen der Verbin­ dungsrohre 66 bei Drehung des Schiebers 72 nach und nach freigegeben bzw. verdeckt. Auch hiermit ist eine Möglichkeit aufgezeichnet, wie ein Parameter des Helm­ holtzresonators 42 stufenlos bzw. quasi-stufenlos ver­ änderbar ist.

Fig. 10 zeigt einen Helmholtzresonator 42 in Register­ anordnung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 8, wobei jedoch mit Ausnahme eines Verbindungsrohres jedes Verbindungs­ rohr 66 mit einer Drosselklappe 78 zum Öffnen bzw. Schließen des betreffenden Verbindungsrohres 66 ver­ sehen ist. Durch Öffnung einzelner Drosselklappen wird der Gesamtströmungsquerschnitt zwischen Kammer 44 und Luftansaugrohr 14 verändert. Vorteilhafterweise läßt sich jede der Drosselklappen in eine der Stellungen "zu", "auf" oder "halb-auf" bringen.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Beispiel eines Helmholtz­ resonators 42 mit durch einen linear verschiebbaren Schieber stufenlosen veränderem Gesamtströmungsquer­ schnitt zwischen Luftansaugrohr 14 und Kammer 44. Der in Draufsicht trapezförmige Schieber 80 ist dabei in der Kammer 44 angeordnet. Die nach Art der Registeran­ ordnung gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 8 bis 10 angeordneten Verbindungsrohre 66 werden mit Ausnahme eines Verbindungsrohres durch Verschiebung des trapez­ förmigen Schiebers 80 in Richtung der Doppelpfeile 82 mehr oder weniger geöffnet bzw. verschlossen. Durch die schrägverlaufenden Kanten des Schiebers 80 ergibt sich eine stufenlose Veränderung des Gesamtquerschnitts der Verbindungsrohre 66 (bis auf eines).

In Fig. 12 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung gezeigt, bei der eine Geräuschreduk­ tion durch Auslöschung erfolgt. Mit 84 ist ein Gas­ strömungskanal bezeichnet, durch den hindurch in Rich­ tung des Pfeils 86 eine pulsierende Gasströmung stoß­ weise strömt. Parallel zum Kanal 84 ist ein Bypass oder Abzweigkanal 88 geschaltet, der an seinem Eintrittsende 90 mit dem Kanal 84 und an seinem Austrittsende 92 mit dem Kanal 84 verbunden ist. Die Abzweigleitung 88 ist längenveränderbar und besteht aus zwei das Eintritts­ bzw. Austrittsende bildenden Rohrstutzen 94, 96, die mit dem Kanal 84 jeweils verbunden sind. Das Abzweigrohr 88 ist auf die Rohrstutzen 94, 96 aufgesteckt und telesko­ pisch relativ zu diesen Rohrstutzen verschiebbar, was in Fig. 12 durch den Pfeil 98 angedeutet ist. Die pul­ sierenden Gasströmung wird am Eintrittsende 90 des Ab­ zweigrohres 88 in einen weiter durch den Kanal 84 strö­ menden Teilstrom und in einen durch den Abzweigkanal 88 strömenden Teilstrom unterteilt. Am Austrittsende 92 des Abzweigrohres 88 vereinigen sich beide Teilströme wieder. Durch Veränderung der Länge des Abzweigrohres 88 kann erreicht werden, daß der das Abzweigrohr 88 durchströmende Teilstrom 180° phasenverschoben zu dem den Kanal 84 durchströmenden Teilstrom mit diesem am Austrittsende 92 des Abzweigrohres 88 zusammentrifft, womit eine Reduktion der Gasströmungsgeräusche durch Auslöschung erfolgt. Die Veränderung der effektiven Länge des Abzweigrohres 88 erfolgt über ein (nicht ge­ zeigtes) Stellglied, das in der anhand von Fig. 1 be­ schriebenen Weise von einer Steuereinheit angesteuert wird, die als Eingangsgröße die Motordrehzahl empfängt.

Claims (12)

1. Geräuschdämpfungsvorrichtung zur Reduktion von Mündungsgeräuschen bei Anlagen mit pulsierenden Gasströmungen, mit

• - einem Gasströmungskanal (14), in dem ein pul­ sierendes Gas strömt, und
• - einer mit dem Gasströmungskanal (14) ver­ bundenen Kammer (44) eines Helmholtz-Resona­ tors, die über einen Verbindungskanal (46) in dem Gasströmungskanal (14) einmündet und ein Kammervolumen (V) begrenzt, dadurch gekennzeichnet,
• - daß eine Frequenz-Meßeinrichtung (36) zur Mes­ sung der Frequenz der Pulsation der Gasströmung vorgesehen ist,
• - daß der Querschnitt und/oder die Länge des Ver­ bindungskanals (46) und/oder das Volumen (V) der Kammer (44) mittels mindestens eines Stellgliedes (40) stufenlos veränderbar ist,
• - daß eine Steuereinheit (38) zur Ansteuerung des Stellgliedes (40) vorgesehen ist und
• - daß die Steuereinheit (38) mit der Frequenz- Meßeinrichtung (36) verbunden ist und das Stellglied (40) in Abhängigkeit von der Pulsationsfrequenz der Gasströmung derart an­ steuert, daß sich
• - die Länge und/oder der Querschnitt des Ver­ bindungskanals (46)
• - und/oder das Kammervolumen (V) umgekehrt proportional zur Pulsationsfrequenz der Gasströmung stufenlos verändert.

2. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (46) mit seinem dem Gasströmungskanal (14) abge­ wandten Kammereintrittsende (50) in die Kammer (44) hineinragt und daß das Kammereintrittsende (50) des Verbindungskanals (46) längenveränderbar ist.

3. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kammereintrittsende (50) des Verbindungskanals (46) teleskopisch aus­ gebildet ist.

4. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kammereintrittsende (50) des Verbindungskanals (46) als Faltenbalg (56) ausgebildet ist.

5. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Verbindungskanal (46) eine Blende (58) mit einstellbarer Blenden­ öffnung angeordnet ist.

6. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Blende (58) eine Segmentblende ist.

7. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (44) ein Kolben (60) angeordnet ist, der zur Volumenveränderung der Kammer (44) ver­ schiebbar ist.

8. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (46) in seinem die Kammer (44) mit dem Gasströmungskanal (14) verbindenden Ab­ schnitt längenveränderbar ist.

9. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (46) teleskopisch und/oder als Faltenbalg (62) ausgebildet ist.

10. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (44) über mehrere Verbindungskanäle (46) mit deren Gasströmungskanal (14) verbunden ist und daß ein bewegbarer Schieber (70; 72; 80) vorgesehen ist, über den die einzelnen Verbindungskanäle (46) freigebbar oder verschließbar sind.

11. Geräuschdämpfungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (44) über mehrere Verbindungskanäle (46) mit deren Gasströmungskanal (14) verbunden ist und daß jeder Verbindungskanal (46) mit jeweils einer Drosselklappe (78) zur Querschnittsveränderung des betreffenden Verbindungskanals (46) versehen ist.

12. Geräuschdämpfungsvorrichtung zur Reduktion von Mündungsgeräuschen bei Anlagen mit pulsierenden Gasströmungen, mit

• - einem Gasströmungskanal (84), in dem ein pul­ sierendes Gas strömt,
• - einer Frequenz-Meßeinrichtung (36) zur Messung der Frequenz der Pulsation der Gasströmung,
• - einem parallel zum Gasströmungskanal (84) ver­ laufenden Abzweigkanal (88), der ein mit dem Gasströmungskanal (84) verbundenes Einlaß- (90) sowie ein mit dem Gasströmungskanal (84) ver­ bundenes Auslaßende (92) aufweist,
• - einem Stellglied (40) zur stufenlosen Längen­ veränderung des Abzweigkanals (88),
• - einer zur Ansteuerung des Stellgliedes (40) vorgesehenen Steuereinheit (38), die das Stell­ glied (40) zur stufenlosen Längenveränderung des Abzweigkanals (88) in Abhängigkeit von der Pulsationsfrequenz derart ansteuert, daß der den Abzweigkanal (88) am Auslaßende (92) ver­ lassende pulsierende Gasströmungsanteil um 180° phasenverschoben zu dem den Gasströmungskanal (84) durchströmenden Gasströmungsanteil ist.