DE602004002857T2

DE602004002857T2 - Schalldämpfervorrichtung

Info

Publication number: DE602004002857T2
Application number: DE602004002857T
Authority: DE
Inventors: Josef Saberi
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2024-07-03
Also published as: EP1612384B1; EP1612384A1; DE602004002857D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Schalldämpfervorrichtung zur Installation in einem Auspuffrohr, welches mit einem Motor verbunden ist. Das Auspuffrohr weist eine innere Querschnittsfläche auf und der Schalldämpfer ist vorgesehen, um eine Resonanzfrequenz zu verschieben, welche durch die das Auspuffrohr in Flussrichtung durchlaufenden Motorabgase getragen wird. Die Schalldämpfervorrichtung weist eine Hinderniseinrichtung auf, welche innerhalb des Auspuffrohres angeordnet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Durchgangssystem oder Rohrsystem, welches mit einer Geräuschquelle verbunden ist, beispielsweise in der an einen Verbrennungsmotor befestigten Auspuffanlage, besteht im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Durchgängen oder Rohren zusammen mit einem oder mehreren Schalldämpfern. Von einem akustischen Standpunkt aus bilden diese Teile ein oder mehrere so genannte Masse-Feder-Systeme, wobei jeder Schalldämpfer als Feder wirkt und bei welchen die Luft oder das Gas als Masse wirkt. Die Steifigkeit der Feder ist folglich zum Quadrat der Schallgeschwindigkeit im vorhandenen Gasmedium direkt proportional, und zum Volumen des Schalldämpfers umgekehrt proportional. Die Masse für die jeweiligen Durchgangsabschnitte ist zur Länge des Durchgangs geteilt durch die Fläche desselben direkt proportional.
Für eine Auspuffanlage, welche aus einem Schalldämpfer und einem Ein- und Auslassdurchgang besteht, wird eine so genannte Resonanzfrequenz des Systems entstehen. Bei dieser Resonanzfrequenz ist die so genannte Eingangsdämpfung negativ, d.h., Schallimpulse aus beispielsweise Auslassventilöffnungen verlassen die Anlage als verstärkter Schall.
Für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen wird erwünscht, dass diese Resonanzfrequenz unterhalb der Zündfrequenz des Motors im Leerlauf liegt. Für einen Vierzylindermotor mit einer Leerlaufdrehzahl von 750 U/Min bedeutet das, dass eine erste Resonanzfrequenz des Systems wesentlich unter 25 Hz erstrebt wird. Diese niedrige Resonanzfrequenz kann mit Hilfe eines sehr großen Schalldämpfers und einer angemessenen Durchgangslänge erzielt werden, welche dem Schalldämpfer nachgeschaltet ist. Aufgrund der Platzfaktoren, begrenzt die Fahrzeugausgestaltung die Möglichkeit des Verwendens eines großen Schalldämpfers und daher ist es in der Praxis von Vorteil eine niedrige Resonanzfrequenz durch eine weit vorgeschaltete Anordnung des Schalldämpfers im System zu erhalten, so dass die Länge des Durchgangs, welche dem Schalldämpfer nachgeschaltet ist, durch eine ausreichende Menge verlängert werden kann.
Mit einer verlängerten Durchgangslänge, welche dem Schalldämpfer nachgeschaltet ist, nimmt das Risiko zu, dass die so genannten stehenden Schallwellen der halben Wellenlänge (oder Vielfachen derselben) in ihrer Frequenz mit der Zündfrequenz des Motors oder Vielfachen derselben bei verschiedenen Motordrehzahlen übereinstimmen.
Mit einer Rohrlänge von beispielsweise 1,4 m, welche dem Schalldämpfer nachgeschaltet ist, und normalen Abgastemperaturen von ca. 200°C beim normalen Fahren, entstehen starke Resonanzen aufgrund der so genannten ersten stehenden Welle bzw. Stehwelle (so genanntes „halbes Lambda") bei 160 Hz.
Für einen Fünfzylindermotor stimmt die erste Stehwelle mit der Zündfrequenz bei ca. 4000 U/Min, mit der doppelten Zündfrequenz bei ca. 2000 U/Min und der dreifachen Zündfrequenz bei ca. 1300 U/Min überein. Dies führt zu einer stark erhöhten Geräuschverstärkung.
Mit höheren Abgastemperaturen, d.h., wenn der Motor unter großer Last ist, entsteht eine entsprechende Resonanzverstärkung bei höheren Motordrehzahlen. Bei voller Last, wenn die Abgastemperatur im letzteren Abschnitt der Auspuffanlage oft 700°C übersteigt, wird die Resonanzverstärkung bis nahezu der doppelten Motordrehzahl verzögert. Die zweite so genannte Stehwelle, d.h., wenn die volle Schallwellenlänge mit 1,4 m Rohrlänge übereinstimmt, ergibt die doppelte Resonanzfrequenz von 32 Hz. Mit anderen Worten entsteht die Resonanzverstärkung während dem normalen Fahren selbst bei 8000 U/Min mit der Zündfrequenz, bei 4000 U/Min mit der doppelten Zündfrequenz und bei 2600 U/Min mit der dreifachen Zündfrequenz. Diese letzteren Resonanzverstärkungen der Zündfrequenz und die Vielfachen derselben sind im Allgemeinen etwas milder.
Trotz dem Problem der Stehwelle wird aufgrund der folgenden Gründe erwünscht ein langes Auspuffendrohr zu verwenden:

1. Es ist möglich einen kleineren Schalldämpfer zu verwenden, um den Helmholtz-Resonator für niedrigere Resonanzfrequenzen im niedrigen und mittleren Bereich der Umdrehungszahl abzustimmen.
2. Geringeres Gewicht aufgrund der Möglichkeit ein kleineres Schalldämpfervolumen zu verwenden, was eine positive Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch hat.
3. Geringere Kosten aufgrund der Notwendigkeit eines kleineren Schalldämpfervolumens.
4. Kleinere Auslegungsvolumen aufgrund des geringeren Schalldämpfervolumens.
5. Die Möglichkeit eine geringe Anzahl von Aufhängungen für die Auspuffanlage aufgrund der Gesamtverringerung des Gewichts aufgrund des kleineren Schalldämpfervolumens zu verwenden.
6. Bessere Steuerung der Resonanz der Abgasanlage, d.h. der mechanischen Vibrationen.

Um lange Rohre verwenden zu können und die Stehwellen dämmen zu können, welche in den langen Rohren vorhanden sind, ist eine Schalldämmungsvorrichtung (Schalldämpfervorrichtung) eine bei den meisten Arten von Verbrennungsmotoren häufig verwendete Vorrichtung. Beispielsweise lehrt US 4966253 eine Schalldämpfervorrichtung zum Verringern des Geräuschpegels eines Verbrennungsmotors, da die Abgase und Schallwellen, welche durch die Betätigung des Motors erzeugt werden, in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
Die Vorrichtung ist in der Auspuffanlage angeordnet, welche innerhalb des Auspuffrohres oder der Auspuffrohre so nah wie möglich am Abgaskrümmer angeordnet ist. Die Vorrichtung weist eine Schallkammer zum Dämpfen von Schallwellen, welche in die Kammer durch Ablenkung der Schallwellen zurück zu der Quelle derselben gelangen, und ein Venturirohr zum Ziehen von Abgasen durch die Vorrichtung und Ausstoßen derselben in die Atmosphäre auf.
Die Schallkammer nach US 4966253 ist durch ein im Allgemeinen zylinderförmiges, äußeres Gehäuse mit gegenüberliegenden Seiten definiert. In jede Seite wird eine Vielzahl von Längsschnitten hergestellt, welche sich axial um ca. ein drittel der Rohrlänge erstrecken. Dies bildet eine Vielzahl von Streifeneinrichtungen, welche sich von jeder Seite des Rohres axial erstrecken. Die Schnitte in den gegenüberliegenden Seiten des Außenrohres sind voneinander derart leicht versetzt, dass ein Schnitt, welcher eine Kante eines Streifens auf einer Seite des Rohres definiert, der ungefähren Mitte eines Streifens gegenüberliegt, welcher sich von der anderen Seite des Rohres erstreckt. Die Streifen werden dann nach innen gebogen, wobei sich abwechselnde Streifen von einer einzigen Seite des Daseins entweder leicht oder völlig nach innen biegen. Die völlig nach innen gebogenen Streifen bilden zusammen an jeder Seite der Kammer eine perforierte Abdeckeinrichtung für dieselbe. Die Vielzahl von Spalten in der Abdeckeinrichtung lassen die Abgase in die Kammer gehen. Die Schalldämpfervorrichtung weist auch ein Innenrohr auf, welches in der Kammer angeordnet ist und sich in Rohrrichtung erstreckt und durch zwei gegenüberliegende Ringe an der Stelle gehalten wird, welche über die Streifen durch Ränder an der Stelle gehalten werden.
Ein Problem mit der Schalldämpfervorrichtung nach US 4966253 ist, dass die komplexe Struktur die Herstellung derselben kostspielig macht. Ein weiteres Problem ist, dass die Vorrichtung nicht in dem Rohr verankert ist, sondern darauf angewiesen ist, dass das Auspuffendrohr einen kleineren Durchmesser als das vorgeschaltete Rohr aufweist. Die Vorrichtung ist in dem vorgeschalteten Rohr im Verbindungsabschnitt zwischen dem Rohr und dem Auspuffendrohr angeordnet. Diese Konstruktion schließt ein freies Anordnen der Vorrichtung in der Auspuffanlage aus. Noch ein anderes Problem ist, dass die Konstruktion das Auspuffrohr blockiert und die Abgase zwingt entlang eines erzwungenen Weges zu strömen, was eine unerwünschte Druckzunahme entstehen lässt, welche der Vorrichtung vorgeschaltet ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Durchgangssystem oder eine verbesserte Auspuffrohranlage zu finden, welches/welche mit einer Geräuschquelle verbunden ist, beispielsweise eine an einem Verbrennungsmotor angeschlossene Abgasanlage, wobei das Problem mit Resonanzfrequenzen in der Abgasanlage korrigiert wird. Die Erfindung wird unten in Anbetracht des oben beschriebenen Stands der Technik erläutert werden.
Die Schalldämpfervorrichtung soll innerhalb des Auspuffrohres installiert werden, welches eine innere Querschnittsfläche A₁ aufweist. Der Schalldämpfer soll eine Resonanzfrequenz verschieben, welche durch die Motorabgase getragen wird, welche durch das Auspuffrohr in Flussrichtung gehen. Die Schalldämpfervorrichtung weist eine Hinderniseinrichtung auf, welche innerhalb des Auspuffrohres angeordnet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniseinrichtung eine projizierte Fläche A_p aufweist, welche in Relation zur Innenfläche A₁ solche eine Größe aufweist, dass die Stehwellenfrequenz für ein offenes Rohr in eine Stehwellenfrequenz eines geschlossenes Rohres verschoben wird.
Die Auswirkung auf die Zunahme des Abgasgegendrucks soll so gering wie möglich sein. Die vorliegende Erfindung bezweckt jedoch das Geräusch-Vibrations-Rauhigkeits-(NVH-) Problem zu lösen, von welchem das Stehwellenproblem ein Teil ist, aber das optimale Maß der Hinderniseinrichtung in Relation zur NVH und dem Abgasgegendruck muss ausgewählt werden. Eine theoretische obere Grenze für die projizierte Fläche A_p tritt auf, wenn das Hindernis das gleiche Maß wie der Rohrquerschnitt, d.h. ein geschlossenes Rohr, aufweist, wobei das übertragene Geräusch auf einem Minimum sein wird, aber bei welcher das Abgas das Hindernis nicht passieren kann. Um einen akzeptablen Abgasgegendruck zu erzielen, beträgt die obere Grenze der projizierten Fläche A_p 50% der Innenfläche A₁.
Eine Prüfung hat jedoch eine überraschend gute Wirkung zum Minimieren von Stehwellen und dennoch das Aufweisen eines akzeptablen Abgasgegendrucks gezeigt, wenn die Hinderniseinrichtung eine projizierte Fläche A_p von mindestens 35%, vorzugsweise von 35% bis 40% der Innenfläche A₁ aufweist.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die Schalldämpfervorrichtung den Geräuschpegel des einen Kraftstoff verbrennenden Motors durch das Verschieben der Stehwellenfrequenz, welche in einem offenen Rohr auftritt, zu einer Stehwellenfrequenz, welche in dem Rohr auftreten sollte, sollte dasselbe geschlossen sein, beschränkt während die Abgase durch das Auspuffrohr gehen und in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Die Erfindung dämpft folglich Schallwellen, welche durch den Motor erzeugt werden während Abgas erzeugt und ausgestoßen wird, und lenkt dieselben ab und lässt Abgase mit einem minimalen Gegendruck auf die Auspuffanlage entweichen.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Hinderniseinrichtung ein stabähnliches Element auf, welches quer zur Flussrichtung in dem Auspuffrohr angeordnet ist. Die Hinderniseinrichtung kann derart angeordnet sein, dass die Abgase auf zwei Seiten der Hinderniseinrichtung passieren können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Einfachheit derselben und, dass solch eine einfache Konstruktion so eine überraschend gute Wirkung auf die Schalldämpfung der Stehwellen zusammen mit einem geringen Gegendruck ergibt.
Die Hinderniseinrichtung ist an einer Stelle angeordnet, welche ein Knoten oder Gegenknoten ist (Stellen mit niedrigem und hohem Schalldruck).
Knoten bezieht sich auf eine Position innerhalb des Rohres, an welcher die Stehwelle einen Mindestwert aufweist, d.h., wo die Amplituden unterschiedlicher Wellen eine Nullsumme für die Stehwelle ergeben.
Die Positionen, an welchen die Schwingungsweite einen Höchstwert aufweist, werden Gegenknoten genannt.
Hier ist ein Beispiel der Erfindung:
Die projizierte Fläche A_p beträgt ca. 42% der Innenfläche A₁.
Das Hindernis ist derart angeordnet, dass sich der untere Teil desselben mit einer Linie deckt, welche das Auspuffrohr in zwei identische Hälften unterteilt.
Das Hindernis ist in Form eines Rohres mit einem kreisförmigen Querschnitt.
Der Innendurchmesser D_p des Auspuffrohres beträgt 60 mm.
Der projizierte Durchmesser D_m des Hindernisses beträgt 20 mm.
Die projizierte Länge L_t des Hindernisses ist gleich D_p.
Der Massedurchfluss des Abgases beträgt 530 kg/h.
Die Temperatur (T1) des Abgases beträgt 400°C.
Die Durchflussgeschwindigkeit U = 100 m/s.
Reynoldszahl Re ≈ 1 × 10⁵.
Die Dichte des Abgases p₀ =

P0: = 10310 Pa
T0: = 293 Kelvin (273 + 20)
T1: = Abgastemperatur in Kelvin (400+273)
P1: = Abgasdruck an der Stelle des Hindernisses

ζ ist der Koeffizient des Druckverlustes (oder Luftwiderstandskoeffizient) und bei diesem Beispiel für ein Rohr oder einen Stab mit einem kreisförmigen Querschnitt. Der Koeffizient des Druckverlustes ist ein Koeffizient, welcher sich auf den lokalen Durchflusswiderstand bezieht und von der Form des Hindernisses und der Reynoldszahl abhängt. Der Koeffizient ist in den meisten Durchflusswiderstands-Leitfäden vorhanden, wie beispielsweise: Welty, Wicks, Wilson, Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, dritte Auflage. ISBN 0-471-87497.
Der Gegendruck ΔP wird durch:
berechnet und mit den Daten in dem Beispiel beträgt ΔP ca. 1 KPa.
Wie aus dem obigen Beispiel hervorgeht, hängt der Druckverlustkoeffizient vom Querschnitt des Hindernisses ab. Wie im Stand der Technik gezeigt, weisen Hindernisse mit einem geringen Druckverlust einen tropfenförmigen Querschnitt mit einem schmäleren Ende auf, welches dem Durchflussweg nachgeschaltet ist. Solch ein Querschnitt ist jedoch kostspielig herzustellen und weist eine Auswirkung auf nur den Gegendruck und keine Wirkung auf das Stehwellenproblem auf. Daher ist es möglich jede Form einer Hinderniseinrichtung mit einer projizierten Fläche A_p zu verwenden, welche in Relation zur inneren Querschnittsfläche A₁ des Rohres groß genug ist, um die Stehwellenfrequenz eines offenen Rohres zu einer Stehwellenfrequenz eines geschlossenen Rohres zu verändern. Folglich ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Hinderniseinrichtung aus einem stabähnlichen Element, beispielsweise einem einfachen Rohr oder Stift mit einem kreisförmigen Querschnitt, hergestellt werden kann, welches günstig und leicht herzustellen ist. Andere geeignete, stabähnliche Hindernisse können jedoch eine Querschnittsgeometrie, welche kreisförmig, oval, rechteckig, tropfenförmig, dreieckig ist, oder jede andere geeignete Geometrie aufweisen.
Um den Gegendruck innerhalb des bevorzugten Bereiches zu festzustellen, können Berechnungen gemäß dem obigen Beispiel ausgeführt werden, aber mit den Daten, welche für diese Situation vorherrschen, d.h. in Bezug auf den Druckverlustkoeffizienten etc.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unten weiter in Verbindung mit einer Anzahl von Figuren erläutert werden, in welchen:
1 eine Teilquerschnitts-Seitenansicht einer Auspuffanlage nach dem Stand der Technik ist;
2 eine Teilquerschnitts-Seitenansicht einer ersten Auspuffanlage nach einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine entlang III-III in 2 genommene Teilquerschnittsansicht ist;
4a eine Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Auspuffrohres nach dem Stand der Technik ist; und
4b eine Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Auspuffrohres nach einer Ausführungsform der Erfindung ist.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In der nachstehenden Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugsnummern in unterschiedlichen Zeichnungen auf das gleiche Merkmal. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu.
1 ist eine Teilquerschnitts-Seitenansicht einer Auspuffanlage 1 nach dem Stand der Technik. Die Auspuffanlage weist ein kleines Auspuffendrohr auf, welches an einem Resonanzkasten 3 angeschlossen ist, welcher über ein Auspuffrohr 4 mit einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) verbunden ist.
1 zeigt, dass das Auspuffendrohr 2 eine sich in Flussrichtung erstreckende Mittelachse 5 aufweist, welche sich mit der Längserstreckung des Auspuffendrohres 2 deckt. Das Auspuffendrohr weist eine erste Länge L₁ auf. Die Flussrichtung wird in 1 mit einem Pfeil F gezeigt. Das Auspuffendrohr weist eine Leitung 6 auf, welche vorgesehen ist, um Abgase vom Motor zu führen und dieselben in die umgebende Atmosphäre auszustoßen. Die Leitung 6 weist eine zylinderförmige Geometrie mit einem Durchmesser D_p auf. In einer anderen Ausführungsform kann die Leitung einen anderen Querschnitt als kreisförmig aufweisen, beispielsweise oval oder quadratisch.
1 zeigt, dass der Resonanzkasten 3 ein erstes Volumen V₁ aufweist, welches in Flüssigkeitsverbindung mit der Leitung 6 vorgesehen ist. Der Resonanzkasten 3 und das Auspuffendrohr 2 bilden zusammen ein Masse-Feder-System, wobei das erste Volumen zusammen mit der ersten Länge L₁ des Auspuffendrohres und der Querschnittsfläche A₁ des Auspuffendrohres 2 einen Helmholtz-Resonator bilden. Der Helmholtz-Resonator ist nach der folgenden Gleichung geformt:
wobei

f₁: = Resonanzfrequenz (Hz)
η: = Korrekturfaktur
C: = Schallgeschwindigkeit (m/s) ist.

2 ist eine Teilquerschnitts-Seitenansicht einer ersten Auspuffanlage nach einer Ausführungsform der Erfindung. In 2 weist der Resonanzkasten 3 ein zweites Volumen V₂ und das Auspuffendrohr 2 eine zweite Länge L₂ aber die gleiche Querschnittsfläche A₁ auf.
In 2 ist das Auspuffendrohr 2 länger als das Auspuffendrohr in 1, d.h. L₂ ist größer als L₁. Zudem ist der Re sonanzkasten 3 in 2 kleiner als der Resonanzkasten 3 in 1, d.h. V₂ ist kleiner als V₁. Die Systeme nach 1 und 2 sind in Abhängigkeit von der Helmholtz-Frequenz gemäß der Gleichung 1 abgestimmt. Je länger das Auspuffendrohr 2 ist, desto kleiner muss der Resonanzkasten 3 sein, um die Länge des Auspuffrohres für eine gegebene Frequenz zu kompensieren.
Für das System in 2 gilt die folgende Gleichung:
Die Gleichung 1 und Gleichung 2 ergeben, dass wenn f₁= f₂ und A₁= A₂ ist, dann ist V₂ × L₂ ≈ V₁ × L₁.
Das längere Auspuffendrohr 2 in 2 führt zu dem zuvor erörterten Problem mit Stehwellen. Um das Problem mit Stehwellen zu beseitigen, wurde eine Hinderniseinrichtung 7 im Auspuffendrohr 2 angebracht. In 2 ist die Hinderniseinrichtung 7 ein stabähnlicher Stift, welcher quer zur Flussrichtung in der Leitung 6 angebracht ist. Die Hinderniseinrichtung kann vorteilhafter Weise an die Innenwand eines Auspuffendrohres geschweißt sein. Die Hinderniseinrichtung 7 ist derart in der Leitung 6 befestigt, dass die Abgase um die Hinderniseinrichtung herum, d.h. auf beiden Seiten der Hinderniseinrichtung 7 strömen können.
3 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche entlang III-III in 2 genommen wurde. 3 zeigt, dass die Hinderniseinrichtung 7 eine Durchschnittslänge L_t und einen Durchmesser D_m aufweist. Da die Leitung 6 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, folgen die Endabschnitte der Hinderniseinrichtung 7 der Krümmung der Wand der Leitung 6, an welcher die Hinderniseinrichtung am Auspuffendrohr angebracht ist. 3 zeigt, dass die Hinderniseinrichtung 7 eine projizierte Fläche A_p aufweist, welche auf die zweidimensionale Querschnittsfläche der Leitung projiziert ist. Die Durchschnittslänge L_t ist eine Annäherung der Länge in Anbetracht der projizierten Fläche, wobei die projizierten Endabschnitte angenähert sind, da sie dreieckige Abschnitte sind. In 3 ist die projizierte Fläche gleich dem Durchmesser D_m des stabförmigen Stiftes, welcher mit der Durchschnittslänge L_t multipliziert ist.
3 zeigt eine erste Mittellinie 8, welches sich im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse 5 der Leitung 6 in 2 erstreckt. Zudem weist die Hinderniseinrichtung 7 eine zweite Mittelachse 9 auf, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Mittellinie 8 ist. In 3 ist die Hinderniseinrichtung 7 derart in der Leitung angeordnet, dass sich die zweite Mittellinie 9 in einem Abstand zur ersten Mittellinie 8 befindet. Die Position der Hinderniseinrichtung 7 kann in einer anderen Ausführungsform derart sein, dass sich die erste und zweite Mittellinie 8, 9 decken.
4a ist eine Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Auspuffrohres nach dem Stand der Technik. Das Auspuffendrohr 2 weist die gleiche Länge L₂ wie in 2 auf, aber die Hinderniseinrichtung 7 in 2 ist nicht vorhanden. 4a zeigt schematisch eine erste Stehwelle W₁ mit einer ersten Wellenlänge λ₁.
Das Verhältnis zwischen der Frequenz f und der Wellenlänge λ ist.
Das Auspuffendrohr 2 nach 4a ist ein offenes Rohr, bei welchem die Stehwellenfrequenz durch Folgendes berechnet wird:
In 4a ist die erste Welle W₁ die Stehwelle, welche für n = 1 auftritt. Hier weist die erste Stehwelle einen Knoten in einem Abstand L0 von der vorgeschalteten Flussöffnung 10 auf.
4b ist eine Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Auspuffrohres nach einer Ausführungsform der Erfindung. In 4b ist die erfinderische Hinderniseinrichtung 4 in der Leitung 6 an einer Position angeordnet, welche sich mit L0 in 4a deckt. Die Hinderniseinrichtung 6 ergibt das erwünschte Merkmal eines geschlossenen Rohres in Bezug auf die Stehwellen.
4b zeigt schematisch eine zweite Stehwelle W₂ mit einer zweiten Wellenlänge λ₂.
Die Stehwellenfrequenz für ein geschlossenes Rohr wird durch Folgendes berechnet:
In 4b ist die zweite Welle W₂ die Stehwelle, welche für n = 1 auftritt. Wie aus den Gleichungen 5 und 4 offensichtlich ist, ist die Resonanzfrequenz f_c für n = 1 für das geschlossene Rohr zweimal geringer als die Resonanzfrequenz f₀ für n = 1 für das offene Rohr. Die Stehwellenfrequenz wurde folglich aus dem Bereich für die Auspuffrohranlage verschoben.
Die Gleichungen 3 und 4 werden zum Berechnen der Wellenlänge für eine erste Stehwelle (n = 1) für eine gegebene Rohrlänge verwendet. Wenn die Wellenlänge bekannt ist, sind die Positionen der Knoten und Gegenknoten bekannt, d.h. es wird offensichtlich, wo die Hinderniseinrichtung 7 angeordnet werden sollte, um die Frequenz f₀ des offenen Rohres zur zweimal geringeren Frequenz f_c des geschlossenen Rohres zu verschieben.

Claims

Schalldämpfervorrichtung zur Installation in einem Auspuffrohr (2), welches mit einem Motor verbunden ist, wobei das Auspuffrohr (2) eine innere Querschnittsfläche (A₁) aufweist, die Schalldämpfervorrichtung vorgesehen ist, um eine Resonanzfrequenz von Motorabgasen, welche das Auspuffrohr (2) in Flussrichtung durchlaufen, zu verschieben, und die Schalldämpfervorrichtung eine Hinderniseinrichtung (7) aufweist, welche innerhalb des Auspuffrohrs (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeich net, dass die Hinderniseinrichtung (7) ein stabähnliches Element aufweist, welches quer zur Flussrichtung in dem Auspuffrohr (2) angeordnet ist, und die Hinderniseinrichtung (7) in Bezug auf die innere Fläche (A₁) eine projizierte Fläche (Ap) aufweist, so dass die Stehwellenfrequenz für ein offenes Rohr in eine Stehwellenfrequenz für ein geschlossenes Rohr verschoben wird.
Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniseinrichtung (7) so angeordnet ist, dass die Abgase an zwei Seiten der Hinderniseinrichtung (7) vorbeifließen können.
Schalldämpfervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniseinrichtung (7) eine projizierte Fläche (Ap) aufweist, die wenigstens 35% der inneren Fläche (A₁) beträgt.
Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniseinrichtung (7) eine projizierte Fläche (Ap) von 35% bis 50%, vorzugsweise zwischen 35% und 40%, der inneren Fläche (A₁) aufweist.
Schalldämpfervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniseinrichtung (7) an einer Stelle angeordnet ist, die ein Schwingungsknoten oder ein Schwingungsbauch ist.