DE580923C

DE580923C - Schalldaempfer fuer Brennkraftmaschinen durch akustische Filter

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Publication number: DE580923C
Application number: DE1930580923D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-11-05
Filing date: 1930-11-05
Publication date: 1933-07-19

Description

> !8-AUG. 1933

Die Erfindung betrifft eine verlustlose Schalldämpfung für Brennkraftmaschinen.

■Bei Brennkraftmaschinen ist der Strom der Abgase durch das taktweise Arbeitsverfahren solcher Maschinen der Träger von starken Druckschwankungen, die so schnell ver-• laufen, daß sie als Geräusch hörbar werden, und so kräftig sind, daß sie vor Austritt in die freie Atmosphäre stark herabgemindert to werden müssen.

Diese Herabminderung geschieht in der bisher üblichen Weise dadurch, daß in den Weg des Abgasstromes Vorrichtungen eingebaut sind, die den Abgasstrom zu häufigem Richtungswechsel zwingen und auf diese Weise kraft verbrauchend wirken. Es wird auf diese Weise nicht nur die Eigenkraft der Schwingungen der Gassäule verbraucht, sondern vielmehr setzt jede Krümmung im Abgaswege auch dem konstant fließenden Abgasstrome einen bestimmten Widerstand entgegen, der einen Leistungsverlust verursacht. Die bekannten Schalldämpfer arbeiten mit einem Verlust an Maschinenleistung, der bei guter Dämpfung außerordentlich groß ist und bis zu 15 °/₀ der Maschinenleistung ausmacht. Im folgenden sollen die physikalischen Grundlagen, die zur Ausbildung des neuen Dämpfungsverfahrens führten, erläutert wer.-den.

Der in einer Auspuffleitung herrschende Druck kann zerlegt gedacht werden in einen Gleichdruck, hervorgerufen von dem konstant fließenden Abgasstrom, und in einen diesen Gleichdruck überlagernden Wechseldruck, hervorgerufen durch das Arbeitsverfahren der Maschine. Dieser Wechseldruck ist als der Erzeuger des Auspuftgeräusches anzusprechen, seine Beseitigung ohne Behinderung des Gleichstromes ist anzustreben. Es sind unter diesem Gesichtspunkt schon verschiedene, jedoch nicht befriedigende Lösungen vorgeschlagen worden. Genaue Untersuchungen des AuspufFgeräusches haben nunmehr folgendes ergeben: -

Im Auspuffgeräusch jeder Brennkraftmaschine sind mehrere begrenzte Frequenzgruppen enthalten, die jedem Motor eigentümlich, sind. Ihre Lage ist unabhängig von der Belastung und von der Drehzahl der Maschine, sie wird lediglich durch die Konstruktionsgrößen des Motors (Hub, Bohrung und Ventilquerschnitt) bestimmt.

Bei den untersuchten Motoren ergaben sich in jedem Falle zwei scharf getrennte Frequenzbänder, und zwar ein Band tiefer Frequenzen von etwa 50 bis 700 Hertz und ein Band hoher Frequenzen von etwa 3000 bis 8000 Hertz. Ebenso wie die Lage der Frequenzbänder und ihre Breite, so ist auch die Energieverteilung über das Band für jede Motorart verschieden, jedoch charakteristisch

für Motoren gleicher Art. Das Auftreten dieser Frequenzbänder, ihre Lage und Größe läßt sich errechnen und durch entsprechende Versuchsanordnungen nachweisen. Durch diese Feststellung ist die Möglichkeit gegeben, für die Schalldämpfung Vorrichtungen zu benutzen, die imstande sind, bestimmte Frequenzen zu dämpfen, und diese Vorrichtungen auf die Frequenzbänder des ίο Abgases abzustimmen.

Derartige Vorrichtungen sind aus der Akustik bereits bekannt und werden mit »akustische Filter« bezeichnet. Ein akustisches Filter ist eine Vorrichtung, welche es gestattet, aus einem beliebigen Frequenzgemisch eine bestimmte, begrenzte Frequenzgruppe zweckmäßig auszusieben, ohne den übrigen Frequenzen oder einem überlagerten Gleichstrom einen vergrößerten Widerstand in den Weg zu setzen.

Die Akustik kennt eine große Reihe von Formen für derartige akustische Filter (als Beispiel für eine besonders einfache Form sei an das sogenannte Kundtsche Rohr erinnert, welches eine Schwingung von der vierfachen Länge des Kundtschen Rohres aussiebt).

Als geeignet für die Venvendung als Schalldämpfer kommen akustische Filter in Frage, welche ein möglichst breites Frequenzband auszusieben imstande sind.

Es besteht also die Möglichkeit, für jedes der vom Motor abgegebenen breiten Frequenzbänder ein Filter in die Abgasleitung einzuschalten, welches auf Grund seiner Bemessung gerade dieses Band zu dämpfen imstande ist. Durch die genaue Anpassung wird die Dämpfungsmöglichkeit des Filters voll ausgenutzt ohne Aufwendung von für die Dämpfung des entsprechenden Frequenzbandes überflüssigen Mitteln. Da ferner die Energieverteilung über das Frequenzband nicht gleich ist' und es daher auch nicht nötig ist, alle Frequenzen des Bandes gleich stark zu dämpfen, kann das Höchstmaß der Dämp-' fung des Filters mit der größten Energie in dem von dem Motor abgegebenen Frequenzbande zur Deckung gebracht werden. Hierdurch ist eine weitere Möglichkeit zur Erreichung möglichst hoher Dämpfung gegeben. Da das Abgasgeräusch eine Mehrzahl von Frequenzbändern (in der Regel zwei) enthält, werden in die Abgasleitung eine Anzahl abgestimmter Filter eingeschaltet, die der Zahl der im Auspuffgeräusch enthaltenen Frequenzbänder entspricht.

Durch die Verwendung mehrerer Filter (für jedes breite Frequenzband ein Filter) ist die Möglichkeit schärfster Anpassung an das Auspuffgeräusch gegeben. Befriedigt beispielsweise die Dämpfung einer bestimmten Frequenzgruppe nicht, so erfordert das nur eine Vergrößerung der Dämpfung des zugehörigen Filters. Da die verschiedenen Frequenzgruppen sehr verschiedene Energien führen, läßt sich auf diese Weise auch für die Frequenzbänder mit hoher Energie ausreichende Dämpfung erzielen, ohne daß die Dämpfer für die übrigen Bänder überbemessen werden.

Ein derartiges Dämpfungsverfahren kann ebenfalls zur Dämpfung des Ansauggeräusches oder des Geschoßknalles verwendet werden. Im folgenden werden eine Reihe von Filteranordnungen, die sich zur Ausführung des angegebenen Verfahrens infolge der großen Breite des von ihnen absorbierten Frequenzbandes eignen, näher beschrieben.

Abb. ι stellt die einfachste Ausführungsform einer Dämpfungsanlage dar mit einem Filter für tiefe Frequenzbänder. Das Filter bestellt aus dem Filterrohr mit dem Durchmesser D, das seitliche Öffnungen vom Durchmesser *£ im Abstande L trägt. Diese drei Faktoren bestimmen die Lage und Größe des Absorptionsbandes nach der aus der Akustik bekannten Formel für Siebketten, worin a die Schallgeschwindigkeit und ω die Frequenz

bedeutet:

' d

Alle Frequenzen, die tiefer als <y₀ Hegen, werden gedämpft, alle höheren gehen durch das Filter ungedämpft hindurch. Für die Benutzung dieses Filters ist es wegen des Überdruckes im Abgasrohr erforderlich, das Hauptrohr mit einem Mantel α zu umgeben. Dieser Mantel benachteiligt etwas die Dämpfung der ganz tiefen Frequenzen. Es hat sich nun als zweckmäßig herausgestellt, gemäß Abb. 2 den Mantel in mehrere Räume b zu unterteilen. Eine Aufteilung des Hauptrohres in eine Anzahl parallel geschalteter Rohre gemäß Abb. 3 ergibt eine Verlängerung des Absorptionsbandes ohne Vergrößerung der Seitenöffnungen.

Die angeführten Bauarten sollen ein Bild über die Möglichkeiten der Ausbildungsform akustischer Filter zu Schalldämpfungszwekken geben. Es ist aus den vorstehenden Darlegungen ersichtlich, daß sich jede Filterform, welche den oben aufgestellten Bedingungen entspricht, zur Ausführung des angegebenen Verfahrens eignet.

Claims

Patentansprüche:

i. Schalldämpfung für Brennkraftmaschinen durch akustische Filter, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abgasweg Filter hintereinandergeschaltet werden, welche jedes für sich entsprechend

seiner Bauart auf ein bestimmtes der vom Motor abgegebenen Frequenzbänder abgestimmt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Filterhauptrohr (D), welches in eindeutig festgelegten Abständen (/) seitliche, in ihrer Größe von dem Abstande (/) abhängige öffnungen (d) trägt und von einer Kammer (b) umgeben ist, die mehrmals unterteilt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Rohres (Z?) mehrere parallel geschaltete Rohre (D₁) Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen