Technisches GebietTechnical area
Die
vorliegende Erfindung betrifft die Schalldämpfung des Geräuschs bei
der Freisetzung der Abgase von einer Hochleistungs-Brennkraftmaschine.The
The present invention relates to the noise attenuation of noise
the release of the exhaust gases from a high-performance internal combustion engine.
Stand der TechnikState of the art
Ein
bei der Konstruktion eines mit einer oder mehreren Hochleistungs-Brennkraftmaschine(n)
angeschlossenen Abgassystems zu berücksichtigender wichtiger Faktor
ist das Geräusch
in enger Nähe
des Auslasses des Systems. Beispiele einer solchen Hochleistungs-Brennkraftmaschine
sind ein Dieselmotor für
einen Schiff, für
ein Kraftwerk oder für
einen Zug. Unter Hochleistungs-Brennkraftmaschine
wird ein Motor mit einer Gesamtleistung von mehr als 500 kW verstanden.
Ein herkömmliches
Verfahren zur Schaffung eines Systems von Dämpfern zur Schalldämpfung umfasst
solche Dämpfer,
die als eine Einheit gebaut und geliefert werden. Eine solche Einheit neigt
dazu, sperrig zu sein.One
in the construction of one or more high-performance internal combustion engine (s)
connected to the exhaust system important factor to be considered
is the noise
in close proximity
the outlet of the system. Examples of such a high-performance internal combustion engine
are a diesel engine for
a ship, for
a power plant or for
a train. Under high-performance internal combustion engine
is understood as a motor with a total output of more than 500 kW.
A conventional one
Method for creating a system of dampers for soundproofing includes
such dampers,
which are built and delivered as one unit. Such a unit tends
to be bulky.
Bei
einem herkömmlichen
System zur Schalldämpfung
von Geräuschen
mit Bezug auf ein Abgassystem der Abgase bei einem Schiff wird von einem
standardisierten System von Dämpfern
Gebrauch gemacht, die in Wänden
aus Metall verlegt sind. Ein solches standardisiertes System von
Dämpfern
kann als solches als Dämpfer
bezeichnet werden und ist eine sperrige Einheit mit einer großen Querschnittsfläche, die
einem typischen Durchmesser von 2–4 Meter entspricht. Dies bedeutet,
dass in dem Fall eines Kreuzfahrtschiffs, das typischerweise mit
sechs Dieselmotoren ausgerüstet
ist, die Schalldämpfer
einen wertvollen Raum einnehmen, der ansonsten für zusätzliche Kabinen verwendet werden
könnte.at
a conventional one
Soundproofing system
of noises
with respect to an exhaust system of the exhaust gases in a ship is by a
standardized system of dampers
Made use of in walls
are made of metal. Such a standardized system of
dampers
As such, it can act as a damper
and is a bulky unit with a large cross-sectional area
corresponds to a typical diameter of 2-4 meters. This means,
that in the case of a cruise ship, typically with
equipped with six diesel engines
is the muffler
take up valuable space otherwise used for additional cabins
could.
Es
ist bekannt, dass man das Geräusch
des Abgassystems einer Hochleistungs-Brennkraftmaschine durch Verwendung
unterschiedlicher Arten von Dämpfungstechniken
reduzieren kann. Eine Art der Reduzierung des Geräuschs besteht
darin, Hindernisse oder Stufen akustischer Impedanz für die sich
vorwärts
bewegende akustische Welle in dem Abgassystemkanal anzuordnen. Auf
diese Weise wird die Ausbreitung des Geräuschs in dem Kanal des Abgassystems
verhindert. Dieser Typ eines Schalldämpfers ist gemeinhin als reaktiver
Dämpfer bekannt.
Ein solcher reaktiver Dämpfer
verbraucht keine Energie. Es gibt zwei Hauptprinzipien, nach denen
solche reaktive Dämpfer
arbeiten. Eine erste Art eines reaktiven Dämpfers ist ein Reflexionsdämpfer, der
mit einer Vergrößerung der
Querschnittfläche verbunden
ist. Diese Flächenvergrößerung verursacht
eine Reflexionswelle, die sich in einer Richtung entgegengesetzt
zu der Ausbreitung des Schalls ausbreitet. Ein solches Hindernis
kann als eine Wand betrachtet werden, in der der Schall abprallt.
Eine zweite Art eines reaktiven Dämpfers ist ein Resonanzdämpfer, der
die Ausbreitung des Schalls in einem Kanal beeinflusst. Ein solches
Hindernis fungiert als Fallgrube, in die der sich vorwärts bewegende Schall
auf seinem Weg in Richtung zu der Öffnung fällt. Die Schalldämpfungseigenschaften
für einen
reaktiven Dämpfer
hängen
auch davon ab, wo der Schalldämpfer
in dem System angeordnet ist.It
is known to be the sound
the exhaust system of a high-performance internal combustion engine by use
different types of damping techniques
can reduce. One way of reducing the noise is
in it, obstacles or stages of acoustic impedance for themselves
forward
arrange moving acoustic wave in the exhaust system duct. On
this way, the propagation of the noise in the duct of the exhaust system
prevented. This type of muffler is commonly considered to be more reactive
Damper known.
Such a reactive damper
does not consume energy. There are two main principles according to which
such reactive damper
work. A first type of reactive damper is a reflection damper which
with an enlargement of the
Cross-sectional area connected
is. This area enlargement causes
a reflection wave that is opposite in one direction
propagates to the propagation of sound. Such an obstacle
can be considered as a wall where the sound bounces off.
A second type of reactive damper is a resonance damper which
affects the propagation of sound in a channel. Such
Obstacle acts as a pit of falling into which the forward moving sound
falling on its way towards the opening. The soundproofing properties
for one
reactive damper
hang
also from where the silencer
is arranged in the system.
Ein
anderer Typ eines Dämpfers
ist ein resistiver Dämpfer.
Eine typische Ausführungsform
eines resistiven Dämpfers
ist ein rundes oder quadratisches Rohr, dessen Seiten mit einem
Absorptionsmittel oder einem porösen
Medium mit kleinen verbundenen Hohlräumen beschichtet sind. Ein
solcher Schalldämpfer,
der für
ein Lüftungssystem
bestimmt ist, ist in dem Patentdokument GB 1 122 256 beschrieben. Ein anderer
resistiver Dämpfer,
der für
ein Abgassystem bestimmt ist, ist in US
2 826 261 beschrieben. Als Absorptionsmittel wird üblicherweise Mineralwolle
oder Glaswolle verwendet, die ein Klebemittel enthält, das
bewirkt, dass das Absorptionsmittel eine gebundene Struktur aufweist.
Eine gaspermeable Oberflächenschicht,
wie eine perforierte Platte, kann das Absorptionsmittel auch schützen. Ein
solcher resistiver Dämpfer
weist eine Schalldämpfungseigenschaft
auf, die einen großen
Frequenzbereich abdeckt und abgesehen von der Dicke und der Strömungsrate
des Absorptionsmittels von der Länge
und der Innenfläche
des Dämpfers
abhängt.
Das Verhältnis
zwischen der Dicke des Absorptionsmittels und der Länge der
akustischen Wellen, die Teil des Schalls sind, ist für die Dämpfung tieferer
Frequenzen bestimmend. Eine zufrieden stellende Dämpfung wird
für Schallfrequenzen
erreicht, wenn die Dicke des Absorptionsmittels größer als
ein Viertel der Wellenlänge
des Schalls ist. Die Schalldämpfereigenschaften
nehmen dann für
Schall niedrigerer Frequenzen drastisch ab, der eine größere Wellenlänge besitzt.
Sogar dann, wenn das Verhältnis
zwischen der Wellenlänge
und der Dicke des Absorptionsmittels etwa 1/8 ist, ist die Absorption
nur halb so groß,
und bei einem Verhältnis
von 1/16 ist sie nur 20% der Absorption, die bei einem Verhältnis von
1/4 erreicht wird. Da ein gewisses Absorptionsvermögen verbleibt,
kann in vielen Fällen
eine ausreichende Absorption durch Vergrößerung der Länge des
gesamten Absorptionsmittels in dem Abgassystem erreicht werden.
Des Weiteren ist die Querschnittsfläche oder der Durchmesser des
Abgassystems für
die erreichte Schalldämpfung
von Bedeutung, da die Reduzierung in dem oberen Frequenzbereich
des Schalls mit vergrößerter Querschnittsfläche abnimmt.
Daher besteht ein Problem bei einem solchen resistiven Dämpfer darin,
dass das Absorptionsmittel dick sein muss, um niedrige Frequenzen absorbieren
zu können.
Dies bedeutet ein großes
Volumen. Jedoch kann eine größere Gesamtlänge des Dämpfers eine
geringere Dicke des Absorptionsmittels ausgleichen. Dies führt zu erhöhten Kosten
der erreichten Schalldämpfung.
Ein weiteres Problem eines Abgassystems besteht darin, dass der
Druckabfall begrenzt sein muss. Dies führt zu einer verhältnismäßig großen Querschnittsfläche des
Systems. Die Schalldämpfung
im oberen Frequenzbereich des Schalls ist daher verringert. Es ist
häufig
feststellbar, dass bei herkömmlichen
Verfahren, die für
Eigenschaften des Schalldämpfungssystems
sorgen, die in einem Labor erreicht werden, insbesondere bei niedrigen
Frequenzen, diese in der Praxis selten erreicht werden. Dies führt zu einer Überdimensionierung, um
eine befriedigende Schalldämpfung
sicherzustellen.Another type of damper is a resistive damper. A typical embodiment of a resistive damper is a round or square tube, the sides of which are coated with an absorbent or a porous medium having small interconnected voids. Such a muffler intended for a ventilation system is in the patent document GB 1 122 256 described. Another resistive damper intended for an exhaust system is in US 2,826,261 described. The absorbent used is usually mineral wool or glass wool containing an adhesive which causes the absorbent to have a bonded structure. A gas permeable surface layer, such as a perforated plate, can also protect the absorbent. Such a resistive damper has a sound attenuation characteristic which covers a wide frequency range and depends on the length and the inner surface of the damper, except for the thickness and flow rate of the absorbent. The ratio between the thickness of the absorbent and the length of the acoustic waves that are part of the sound is determinative of the attenuation of lower frequencies. Satisfactory attenuation is achieved for sound frequencies when the thickness of the absorber is greater than a quarter of the wavelength of the sound. The muffler properties then decrease dramatically for lower frequency sound having a longer wavelength. Even if the ratio between the wavelength and the thickness of the absorbent is about 1/8, the absorption is only half that, and at a ratio of 1/16 it is only 20% of the absorption, which at a ratio of 1 / 4 is reached. Since some absorptivity remains, sufficient absorption can be achieved in many cases by increasing the length of the total absorbent in the exhaust system. Further, the cross-sectional area or diameter of the exhaust system is important to the achieved sound attenuation because the reduction in the upper frequency range of the sound increases with increased cross-sectional area. Therefore, a problem with such a resistive damper is that the absorbent must be thick to absorb low frequencies. This means a big volume. However, a larger overall length of the Damper compensate for a smaller thickness of the absorbent. This leads to increased costs of the achieved sound attenuation. Another problem with an exhaust system is that the pressure drop must be limited. This leads to a relatively large cross-sectional area of the system. The sound attenuation in the upper frequency range of the sound is therefore reduced. It is often found that conventional methods which provide the characteristics of the sound attenuation system that are achieved in a laboratory, especially at low frequencies, are rarely achieved in practice. This leads to over-dimensioning to ensure satisfactory sound attenuation.
Die
oben angegebenen Dämpfer
sowie eine andere Art von Dämpfern
können
zu einem Element kombiniert werden. Ein Beispiel eines solchen Elements
ist in US 4 371 054 beschrieben.The above-mentioned dampers and another type of dampers can be combined to form one element. An example of such an element is in US 4,371,054 described.
WO 98/27 321 zeigt ein Beispiel
eines Systems mit einem Reflexionsdämpfer und einem reaktiven Dämpfer. Jedoch
besteht ein verbleibendes Problem darin, Dämpfer für verlängerte Auslasskanäle in effizienter
Weise zur Verfügung
zu stellen. WO 98/27 321 shows an example of a system with a reflection damper and a reactive damper. However, a remaining problem is to efficiently provide dampers for extended exhaust ducts.
Verfahren
zum Modellbildung von Geräuschen
in einem Abgassystem können
auf der Vierpoltheorie, der Handhabung niedriger Frequenzen, basieren,
oder auf Leistungsflussmodellen, der Handhabung hoher Frequenzen,
basieren. Es gibt kein bekanntes wirksames Verfahren zur Modellbildung
von Abgassystemen für
große
Brennkraftmaschinen mit Mehrfach-Dämpfern und anderen Komponenten über dem
gesamten Frequenzbereich.method
to model noise
in an exhaust system
based on quadrupole theory, low-frequency handling,
or on power flow models, the handling of high frequencies,
based. There is no known effective method for modeling
of exhaust systems for
size
Internal combustion engines with multiple dampers and other components above the
entire frequency range.
Ein
noch weiteres Problem bei der Konstruktion des Systems besteht darin,
in wirksamer Weise ein Modell zu bilden und unterschiedliche Kombinationen
von Elementen mit sich verändernden
Charakteristika zu versuchen und ein sofortiges Ergebnis mit Bezug
auf die Wirkung bei der Schalldämpfung
zu erhalten, beispielsweise an Bord eines Schiffs, in Abhängigkeit
von der Kombination von Elementen.One
yet another problem with the design of the system is
to effectively create a model and different combinations
of elements with changing
Characteristics to try and an immediate result related
on the effect of soundproofing
on board a ship, for example
from the combination of elements.
Ein
weiteres verbleibendes Problem besteht darin, ein Schalldämpfungssystem
in einer zuverlässigen
Weise auszubilden, das nicht nur Geräuscherfordernisse erfüllt, sondern
auch sicherstellt, dass das Schalldämpfungssystem weder überdimensioniert
noch vom Standpunkt der Konstruktion überschätzt ist. Ein weiteres Problem
während
der Konstruktionsphase eines Schalldämpfungssystems besteht darin,
auch in der Lage zu sein, den Druckabfall zu minimieren, da ein
großer
Druckabfall den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine mit oder ohne Turbolader
herabsetzt.One
Another remaining problem is a silencing system
in a reliable
To train a way that not only satisfies noise requirements, but
also ensures that the silencing system is neither oversized
is still overestimated from the point of view of construction. Another Problem
while
the design phase of a silencing system is
also to be able to minimize the pressure drop as a
greater
Pressure drop the efficiency of the internal combustion engine with or without turbocharger
decreases.
Ein
besonderes Problem ist die Konstruktion und der Zusammenbau eines
Geräuschreduzierungssystems,
das für
ein Kreuzfahrtschiff bestimmt ist, wo die Anforderungen an dem Geräuschpegel wegen
der hohen Anforderungen an den Komfort der Fahrgäste streng sind.One
particular problem is the design and assembly of a
Noise reduction system,
that for
A cruise ship is intended where the noise level demands
the high demands on passenger comfort are strict.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Zurverfügungstellung eines
Systems zur Schalldämpfung
eines Geräuschs
bei einem Abgassystem der Abgase einer Hochleistungs-Brennkraftmaschine
zu schaffen, bei dem für
die Schalldämpfung
bestimmte Elemente wirksamer und genauer als bei bekannten Verfahren
sind, die in einer Rechenvorrichtung als Modell gebildet sind, und
wobei das Verfahren die oben angegebenen Nachteile nicht aufweist.
Das Verfahren soll es möglich
machen, dass ein geschätzter
Geräuschpegel
nicht nur in einem Band niedriger Frequenzen und in einem Band hoher
Frequenzen, sondern auch in einem Band mittlerer Frequenzen mit
hoher Genauigkeit berechnet wird. Daher macht das Verfahren eine
Schätzung
des Geräuschs
und der Dämpfungswirkung
im gesamten Frequenzbereich möglich.
Ein erfindungsgemäßes System
zur Schalldämpfung
soll es möglich
machen, das Abgassystem mit Dämpfern
auszustatten, deren Durchmesser bei einem Vergleich mit einem herkömmlichen
System zur Schalldämpfung kleiner
sind. Ein erfindungsgemäßes Verfahren
soll ein System zur Schalldämpfung
zur Verfügung
stellen, bei dem Dämpferelemente
entlang des Abgassystems der Abgase angeordnet sind, wobei ein solches
System bei einem Vergleich mit einem Abgassystem, das mit Schalldämpfern entsprechend
den zuvor beschriebenen herkömmlichen
Verfahren ausgestattet ist weniger Raum in Anspruch nimmt und leichter
ist. Ein solches herkömmliches
Verfahren umfasst die Verwendung eines sperrigen Behälters eines
Systems von Dämpfern.
Des Weiteren soll das erfindungsgemäße Verfahren es möglich machen, dass
ein Benutzer eine Analyse unterschiedlicher Konstruktionsalternativen
schnell durchführt.
Das Verfahren macht es möglich,
dass die Erfordernisse an den Geräuschpegel in enger Nähe des Auslasses des
Abgassystems erfüllt
sind. Das Verfahren soll es möglich
machen, diese Anforderungen in einem Frequenzbereich von 25 Hz bis
10 kHz zu erfüllen.
Des Weiteren soll das Verfahren für einen geringeren Druckabfall
als bei den herkömmlichen
Verfahren sorgen.It
It is an object of the invention to provide a method for the provision of a
Soundproofing system
of a noise
in an exhaust system of the exhaust gases of a high-performance internal combustion engine
to create at the for
the soundproofing
certain elements more effectively and accurately than in known methods
are modeled in a computing device, and
the method does not have the above-mentioned disadvantages.
The procedure should make it possible
make that a valued
noise
not only in a band of low frequencies and in a band higher
Frequencies, but also in a medium frequency band with
high accuracy is calculated. Therefore, the process makes one
estimate
of the noise
and the damping effect
possible in the entire frequency range.
An inventive system
for soundproofing
should it be possible
make the exhaust system with dampers
Equip their diameter when compared with a conventional
Soundproofing system smaller
are. A method according to the invention
intended a system for soundproofing
to disposal
put, in the damper elements
are arranged along the exhaust system of the exhaust gases, one such
System when compared with an exhaust system, with silencers accordingly
the conventional one described above
The procedure is less space and easier
is. Such a conventional
Method involves the use of a bulky container of a
Systems of dampers.
Furthermore, the method according to the invention should make it possible that
a user an analysis of different design alternatives
fast.
The procedure makes it possible
that the requirements for the noise level are in close proximity to the outlet of the
Exhaust system satisfied
are. The procedure should make it possible
make these demands in a frequency range of 25 Hz up to
10 kHz to meet.
Furthermore, the method for a lower pressure drop
as with the conventional ones
Ensure procedures.
Die
oben angegebene Aufgabe wird mittels eines Verfahrens nach Anspruch
1 gelöst.The
The above object is achieved by means of a method according to claim
1 solved.
Die
Erfinder haben festgestellt, dass ein besonderes geeignetes Element
bei dem Verfahren zu verwenden ist, folglich gibt es bei dem vorgesehenen Verfahren
zur Schalldämpfung
ein Element, wobei jedes Element einen ersten reakti ven Teil, einen
resistiven Teil und einen zweiten reaktiven Teil umfasst. Eine alternative
Bezeichnung für
ein solches Element ist Triple oder ein Tripledämpfer.The inventors have found that a particular suitable element is to be used in the method, thus there is an element in the proposed method of sound attenuation, each element having a first reactive part, a resis tive part and a second reactive part. An alternative name for such an element is triple or a tripled.
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Computerprogramm zur Verfügung zu
stellen, das jeden der Schritte des oben angegebenen Verfahrens
ausführen
kann.A
Another object of the invention is to provide a computer program
Make each of the steps of the above procedure
To run
can.
Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgassystem mit einem
Schallreduzierungssystem, das entsprechend dem oben angegebenen Verfahren
ausgebildet ist, zur Verfügung
zu stellen.A
Still another object of the invention is to provide an exhaust system with a
Sound reduction system, according to the procedure given above
is formed, available
to deliver.
Es
ist selbstverständlich,
dass die Figuren und die Beschreibung von Ausführungsformen ausschließlich Beispiele
möglicher
Ausführungsformen sind
und die der Erfindung zu Grunde liegende Idee nicht einschränken sollen.It
is self-evident,
that the figures and the description of embodiments exclusively examples
potential
Embodiments are
and should not limit the idea underlying the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die
vorliegende Erfindung wird detaillierter in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen
beschrieben, in denen zeigen:The
The present invention will be explained in more detail in conjunction with the attached schematic drawings
described in which show:
1 eine
Gesamtansicht eines Schiffs mit einem Abgassystem und einer Position,
der ein gewünschter
Geräuschpegel
zugeordnet ist; 1 an overall view of a ship with an exhaust system and a position associated with a desired noise level;
2 ein
vereinfachtes Fließdiagramm
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
einer Computereinrichtung und eines Benutzers, beispielsweise eines
Ingenieurs, der Vorrichtung; 2 a simplified flow diagram of a method according to the invention of a computer device and a user, such as an engineer, the device;
3 eine
Gesamtansicht eines Dämpferelements,
dessen Eigenschaften in dem Schritt der Modellbildung bei dem Verfahren
verwendet werden. Dieser Typ eines Elements wird in einer Vielzahl
von Positionen in dem Abgassystem bei der Modellbildung verwendet; 3 an overall view of a damper element whose properties are used in the step of modeling in the process. This type of element is used in a variety of positions in the exhaust system in modeling;
4 ein
Beispiel eines erfindungsgemäßen Abgassystems
mit Schalldämpfung; 4 an example of an exhaust system according to the invention with sound attenuation;
5 eine
schematische Darstellung einer Anzeige, die Eingänge bzw. Eingaben für eine Reihe von
Funktionen aufweist, die die Erfindung betreffen; 5 a schematic representation of a display having inputs for a number of functions relating to the invention;
6 eine
Gesamtansicht, die zeigt, dass ein Beitrag zu einer Dämp fungswirkung
eines der Dämpfungselemente
in einem niedrigen Frequenzbereich, einem mittleren Frequenzbereich
und einem oberen Frequenzbereich erreicht wird; 6 an overall view showing that a contribution to a damping effect of one of the attenuation elements in a low frequency range, a middle frequency range and an upper frequency range is achieved;
7 ein
vereinfachtes Diagramm einer berechneten Dämpfungswirkung eines Dämpfungselements 20 in
dem niedrigen Frequenzbereich; 7 a simplified diagram of a calculated damping effect of a damping element 20 in the low frequency range;
8 ein
vereinfachtes Diagramm einer Dämpfungswirkung
in dem niedrigen Frequenzbereich eines Schallreduzierungssystems,
das Dämpfungselemente
aufweist, die erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt
werden. 8th a simplified diagram of a damping effect in the low frequency range of a sound reduction system having damping elements, which are provided according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
1 zeigt
ein Beispiel eines Abgassystems 1 für Abgase einer Hochleistungs-Brennkraftmaschine,
beispielsweise eines Dieselmotors 4 für ein Schiff 2. Eine
Position 3 ist einem gewünschten Geräuschpegel zugeordnet. Diese
Position 3 befindet sich typischerweise in enger Nähe zum Auslass
des Abgassystems. Ein gewünschter
Geräuschpegel
ist typischerweise definiert als ein A-gewichteter Wert. Gewünschte Werte
liegen typischerweise im Bereich von 60 dBA bis 70 dBA. 1 shows an example of an exhaust system 1 for exhaust gases of a high-performance internal combustion engine, for example a diesel engine 4 for a ship 2 , A position 3 is assigned to a desired noise level. This position 3 is typically in close proximity to the outlet of the exhaust system. A desired noise level is typically defined as an A-weighted value. Desired values are typically in the range of 60 dBA to 70 dBA.
Wie 1 zeigt,
umfasst das Abgassystem eine Reihe unterschiedlicher Einheiten.
Beispiele solcher Einheiten sind ein Turbolader, ein Boiler 5 oder ein
Wärmetauscher 5.
Ein Wärmetauscher
ist eine übliche
Einheit, in der ein Teil der überschüssigen Erhitzung
des heißen
Gases zum Erhitzen von Wasser oder Öl abgezogen wird. Bei einer
Ausführungsform eines
Abgassystems, bei dem Dämpferelemente
erfindungsgemäß gestaltet
worden sind, befinden sich die Dämpfer 20 hinter
dem Boiler 5. Bei einer alternativen Ausführungsform
können
sich Dämpfer
auch vor dem Wärmetauscher
oder Boiler befinden.As 1 shows, the exhaust system comprises a number of different units. Examples of such units are a turbocharger, a boiler 5 or a heat exchanger 5 , A heat exchanger is a common unit in which part of the excess heating of the hot gas is removed to heat water or oil. In one embodiment of an exhaust system in which damper elements have been designed according to the invention, the dampers are located 20 behind the boiler 5 , In an alternative embodiment, dampers may also be located in front of the heat exchanger or boiler.
2 zeigt
ein vereinfachtes Fließdiagramm eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Des Weiteren gibt 2 an, dass die Schritte des
Hinzufügens
von Elementen 7, des Einsetzens von einzelnen Dämpfungsvorrichtungen 8 und
der Berechnungsschritt 9 mittels einer Computereinrichtung 13 durchgeführt werden.
Es ist einzusehen, dass eine Ausführungsform der Erfindung auch
die Modellbildung des nicht-gedämpften
Abgassystems umfassen kann, zu dem die Öffnung, geradlinig verlaufende
Rohre und gekrümmte
Rohre etc. gehören.
Als eine Alternative kann die Modellbildung des nicht-gedämpften Abgassystems
in einer anderen Berechnungsumgebung durchgeführt werden, die sich von der
Computereinrichtung unterscheidet. Beschränkungen und Einzelheiten des
nicht-gedämpften
Abgassystems können in
Blaupausen oder als CAD-Zeichnungen oder in ähnlicher Weise definiert sein.
Der Hinzufügungsschritt 7 von 2 umfasst
die Modellbildung einer Vielzahl von Dämpferelementen 20,
die in 3 dargestellt sind. Diese Elemente umfassen einen
ersten reaktiven Teil 21, einen resistiven Teil 22 und
einen zweiten reaktiven Teil 23. Die Erfinder haben festgestellt,
dass die Verwendung solcher Elemente bei einem realen Abgassystem 1,
auf der Grundlage der Erfindung, zu einer erhöhten Genauigkeit zwischen einem
geschätzten
Geräuschpegel
und einem gemessenen Geräuschpegel
führt.
Es ist vorteilhaft, zwei bis vier solche Elemente zu verwenden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
können
diese Elemente typischerweise die ersten Schalldämpfer sein, die einem Modell
eines realen Abgassystems hinzuzufügen sind. Die Position eines
solchen Elements in dem Kanal hängt
häufig
von dem verfügbaren
Raum zwischen gekrümmten
Rohren ab. Der Hinzufügungsschritt 7 umfasst
typischerweise eine Wechselwirkung zwischen einem Benutzer 14 und der
Computereinrichtung 13. Der Benutzer 14, beispielsweise
ein Konstruktionsingenieur, gibt die Elemente betreffende Parameter über eine
Benutzerschnittstelle ein. Beispiele solcher das Element 20 betreffenden
Parameter sind in 3 dargestellt und können D1,
D2, xi glatt und xi Perforation sein. Diese Schalldämpfungseigenschaften
sind detaillierter in der nachfolgenden Beschreibung zu 3 beschrieben. 2 shows a simplified flow diagram of a method according to the invention. Furthermore there 2 to that the steps of adding items 7 , the insertion of individual damping devices 8th and the calculation step 9 by means of a computer device 13 be performed. It will be appreciated that one embodiment of the invention may also include modeling the non-damped exhaust system, including the orifice, rectilinear tubes, and curved tubes, etc. As an alternative, the modeling of the non-damped exhaust system may be performed in a different computing environment that is different from the computing device. Restrictions and details of the non-damped exhaust system may be defined in blueprints or as CAD drawings or the like. The adding step 7 from 2 includes modeling a variety of damper elements 20 , in the 3 are shown. These elements comprise a first reactive part 21 , a resistive part 22 and a second reactive part 23 , The inventors have found that the use of such elements in a real exhaust system 1 based on the invention results in increased accuracy between an estimated noise level and a measured noise level. It is advantageous to use two to four such elements. At egg In a method according to the invention, these elements may typically be the first mufflers to be added to a model of a real exhaust system. The position of such an element in the channel often depends on the available space between curved tubes. The adding step 7 typically involves an interaction between a user 14 and the computer device 13 , The user 14 For example, a design engineer inputs the parameters concerning elements via a user interface. Examples of such the element 20 relevant parameters are in 3 and D1, D2, xi can be smooth and xi perforation. These soundproofing properties are more detailed in the following description 3 described.
Des
Weiteren haben die Erfinder festgestellt, dass die Verwendung der
Elemente 20 eine wirksame Kombination der Schalldämpfungseigenschaften solcher
Elemente 20 mit einzelnen reaktiven und resistiven Vorrichtungen
es möglich
macht, was zusammen den gewünschten
Geräuschpegel
ergibt. Der Einfügungsschritt
von 2 umfasst das Einfügen mindestens einer einzelnen
Dämpfungsvorrichtung.
Ein typisches reales gedämpftes
System, wie beispielsweise für
ein Kreuzfahrtschiff, das auf der Erfindung beruht, umfasst mindestens
vier solche einzelne Vorrichtungen. Eine solche einzelne Vorrichtung
weist ihre hauptsächliche
Dämpfungswirkung
in dem niedrigen Frequenzbereich oder in dem oberen Frequenzbereich
auf. Eine solche einzelne Vorrichtung mit Dämpfung in dem niedrigen Frequenzbereich
ist eine solche ähnlicher
Bauweise wie Teil 21 oder 23 des Dämpfungselements 20.
Eine solche einzelne Vorrichtung mit Dämpfung in dem oberen Frequenzbereich
ist eine solche ähnlicher
Bauweise wie Teil 22 des Dämpfungselements 20.
Daher ist eine solche einzelne Vorrichtung typischerweise entweder
eine reaktive oder eine resistive Vorrichtung. Des Weiteren können während einer
Wiederholung des Einfügungsschritts 8 zusätzliche
einzelne Dämpfungsvorrichtungen
hinzugefügt
werden. Alternativ können
zu ausschließlich
der Hinzufügung
einer Vorrichtung bei einer Wiederholung des Einfügungsschritts 8 akustische
Eigenschaften der bereits hinzugefügten einzelnen Dämpfungsvorrichtungen verändert werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform
kann der Einfügungsschritt 8 auch
vorsehen, dass die Position der bereits eingefügten Elemente oder einzelnen
Vorrichtungen verändert
wird. Die Änderung
der Position der reaktiven einzelnen Vorrichtungen und Elemente
hat einen Einfluss auf die Gesamtdämpfungswirkung in dem niedrigen
Frequenzbereich. Die Dämpfungswirkung
in dem hohen Frequenzbereich hängt
von der Gesamtlänge
der resistiven einzelnen Vorrichtungen und der resistiven Teile 22 des
Dämpfungselements
ab. Des Weiteren hängt
die Dämpfungswirkung
in dem hohen Frequenzbereich von der Art des Materials r0, der Gesamtmenge des Materials, der Art
der Perforation xi und anderen Parametern
der resistiven Teile ab, die 3 dargestellt
sind.Furthermore, the inventors have found that the use of the elements 20 an effective combination of the sound damping properties of such elements 20 with single reactive and resistive devices makes it possible, which together gives the desired noise level. The insertion step of 2 includes the insertion of at least one individual damping device. A typical real damped system, such as for a cruise ship based on the invention, includes at least four such individual devices. Such a single device has its main attenuation effect in the low frequency range or in the upper frequency range. Such a single device with attenuation in the low frequency range is of a similar design as part 21 or 23 of the damping element 20 , Such a single device with attenuation in the upper frequency range is of a similar construction as part 22 of the damping element 20 , Therefore, such a single device is typically either a reactive or a resistive device. Furthermore, during a repetition of the insertion step 8th additional individual damping devices are added. Alternatively, excluding the addition of a device upon repeating the insertion step 8th acoustic properties of the already added individual damping devices are changed. In an alternative embodiment, the insertion step 8th also provide that the position of the already inserted elements or individual devices is changed. The change in the position of the reactive individual devices and elements has an impact on the overall damping effect in the low frequency range. The attenuation effect in the high frequency range depends on the total length of the resistive individual devices and the resistive parts 22 of the damping element. Furthermore, the damping effect in the high frequency range depends on the nature of the material r 0 , the total amount of material, the type of perforation x i and other parameters of the resistive parts which 3 are shown.
Der
Berechnungsschritt 8 umfasst die Berechnung einer Dämpfungswirkung
der Elemente 20 und einer Dämpfungswirkung der einzelnen
Dämpfungsvorrichtungen.
Es ist vorteilhaft, das Ergebnis der Berechnung dem Benutzer der
Berechnungseinrichtung 13 als Gesamtdämpfungswirkung in einer Vielzahl
von Frequenzbändern
zu präsentieren.
Es ist das Ziel, die Dämpfungswirkung
mindestens gleich einer benötigten
Dämpfung
in dem realen Abgassystem 1 zu machen. Die benötigte Dämpfung bezieht
sich auf den Schalldruckpegel der Hochleistungs-Brennkraftmaschine.
Die benötigte
Dämpfung kann
als Schalldruckpegel vermindert um den gewünschten Geräuschpegel berechnet werden.
Der Berechnungsschritt 9 von 2 kann eine
Berechnung eines geschätzten
Geräuschpegels
umfassen, der einer Position in enger Nachbarschaft des Auslasses
des Abgassystems entspricht.The calculation step 8th includes the calculation of a damping effect of the elements 20 and a damping effect of the individual damping devices. It is advantageous to the result of the calculation to the user of the calculation device 13 as an overall attenuation effect in a variety of frequency bands. It is the goal, the damping effect at least equal to a required damping in the real exhaust system 1 close. The required damping refers to the sound pressure level of the high-performance internal combustion engine. The required attenuation can be calculated as a sound pressure level reduced by the desired noise level. The calculation step 9 from 2 may include a calculation of an estimated noise level corresponding to a position in close proximity to the exhaust of the exhaust system.
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
gehört
zu dem Berechnungsschritt 9, dass ein Beitrag zu einer
geschätzten
Dämpfungswirkung
ein Band von Frequenzen umfasst, die der Dämpfung von Zwischenfrequenzen
mit Bezug auf ein Element 20 entsprechen. Die Dämpfung wird
unter Verwendung der Vierpoltheorie und unter Verwendung von Leistungsflussmodellen
berechnet.In a preferred embodiment belongs to the calculation step 9 in that a contribution to an estimated attenuation effect comprises a band of frequencies equal to the attenuation of intermediate frequencies with respect to an element 20 correspond. Attenuation is calculated using quadrupole theory and using power flow models.
Ein
Systemparameter, den man bei einer bevorzugten Ausführungsform
konstant hält,
ist der Schalldruckpegel der Hochleistungs-Brennkraftmaschine 4.
Die Hochleistungs-Brennkraftmaschine 4 fungiert als eine
Schallquelle für
das Abgassystem. Der Schalldruckpegel der Brennkraftmaschine ist
typischerweise ein voraus gesehener Schalldruckpegel und wird als
Eingabe der Berechnungseinrichtung als ein Schallspektrum eines
Bandes von Frequenzen zugeführt.
Der Hersteller des Motors liefert typischerweise das Schallspektrum
oder definiert dieses. Es ist von besonderer Bedeutung, dass das Schallspektrum
zuverlässig
ist und dem Schallspektrum des realen Motors entspricht, der als
Schallquelle des realen Abgassystems vorzusehen ist. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
basiert dieses Schallspektrum auf einer Schallleistung, die von
dem Abstand von der Schallquelle unabhängig ist. Jedoch gehört zu einem
herkömmlichen
Verfahren zur Zurverfügungstellung
des Schallspektrums des Motors die Messung des Geräuschs außerhalb
des Auspuffendrohrs des Motors mittels eines Mikrofons. Zu einem
solchen Verfahren gehört
ferner, dass das gemessene Schallspektrum durch Berechnung zu einem
Schallleistungsspektrum transformiert wird, das der Schallleistung
der Brennkraftmaschine entspricht. Stattdessen ist es erfindungsgemäß von Vorteil,
die Schallleistung so nahe wie möglich
bei dem Einlass des Abgassystems 1 zu messen. Als Alternative
kann die Schallleistung an dem Auspuffendrohr der Brennkraftmaschine
oder einer Einheit des gleichen Typs wie der Motor, bevor er zur
Verfügung
gestellt wird, als eine Schallquelle des realen Abgassystems gemessen
werden. Da der gewünschte
Geräuschpegel
am Auslass 3 des Abgassystems typischerweise ein maximaler
Pegel ist, sollte das Schallleistungsspektrum der Brennkraftmaschine 4 der
vollen Leistung des Motors entsprechen.A system parameter that is kept constant in a preferred embodiment is the sound pressure level of the high performance engine 4 , The high-performance internal combustion engine 4 acts as a sound source for the exhaust system. The sound pressure level of the internal combustion engine is typically an anticipated sound pressure level and is supplied as input to the computing device as a sound spectrum of a band of frequencies. The manufacturer of the engine typically provides or defines the sound spectrum. It is of particular importance that the sound spectrum is reliable and corresponds to the sound spectrum of the real engine, which is to be provided as the sound source of the real exhaust system. In a preferred embodiment, this sound spectrum is based on a sound power that is independent of the distance from the sound source. However, one conventional method of providing the sound spectrum of the engine involves measuring the noise outside of the exhaust tailpipe of the engine by means of a microphone. Such a method further includes that the measured sound spectrum is transformed by calculation into a sound power spectrum which corresponds to the sound power of the internal combustion engine. Instead, it is according to the invention of Vor Part, the sound power as close as possible to the inlet of the exhaust system 1 to eat. Alternatively, the sound power at the exhaust tailpipe of the internal combustion engine or a unit of the same type as the engine before being provided may be measured as a sound source of the real exhaust system. Because the desired noise level at the outlet 3 of the exhaust system is typically a maximum level, the sound power spectrum of the internal combustion engine should 4 correspond to the full power of the engine.
Ein
weiterer Systemparameter, der normalerweise während des Modellbildungs- und des Berechnungsschritts
konstant gehalten wird, ist die Gesamtlänge des Abgaskanals. Die Gesamtlänge sowie
andere Grenzbedingungen sind üblicherweise auf
Blaupausen oder in Zeichnungen angegeben.One
other system parameters, usually during the modeling and computing steps
is kept constant, is the total length of the exhaust passage. The overall length as well
other boundary conditions are usually on
Blueprints or indicated in drawings.
Es
ist vorteilhaft, dass jedes Element, einzelne gedämpfte Vorrichtung
oder andere Teile des als Modell gebildeten Abgassystems als Softwareobjekte
oder Ähnliches
bei der Modellbildung ausgebildet werden. Prinzipiell können die
mittels einer Berechnungseinrichtung behandelten Schritte in einer
Software implementiert werden, die in irgendeiner Art einer Berechnungsumgebung
ausführbar
ist.It
It is advantageous that every element, single damped device
or other parts of the modeled exhaust system as software objects
or similar
be formed in modeling. In principle, the
Steps Treated by a Calculator
Software can be implemented in any kind of computing environment
executable
is.
3 zeigt
eine Gesamtansicht eines Dämpferelements 20,
dessen Eigenschaften als Parameter in dem Hinzufügungsschritt 7 des
Verfahrens verwendet werden. 3 zeigt
einen Querschnitt durch ein solches Dämpferelements. Dieser Typ eines
Elements wird in einer Vielzahl von Positionen in einem Abgassystem 47 entsprechend 4 als
Modell gebildet. Ein solches Element weist einen ersten reaktiven
Teil 21, einen resistiven Teil 22 und einen zweiten
reaktiven Teil 23 auf. Ein solches Element kann auch als
ein akustisches Element angesehen werden, womit vorgeschlagen wird,
dass der erste reaktive Teil 21, der resistive Teil 22 und
der zweite reaktive Teil 23 nicht notwendigerweise gegenständlich zusammengefügt sind.
Das Element ist auf Grund der nachfolgenden Angaben besonders geeignet. Bei
einem Abgassystem 1 baut sich ein Schallfeld in der gleichen
Weise wie in einem Raum auf, wobei dieses Schallfeld durch die Grenzbedingungen
in dem Kanal bestimmt sein sollte. Es gibt eine deutlich ausgeprägte Richtung
der Bewegung der Schallenergie von der Schallquelle 40 zu
der Öffnung 6, 46.
Die akustischen Grenzbedingungen sind daher durch die Eigenschaften
der begrenzenden Flächen
des Kanals bestimmt. Nicht zuletzt sind an der Öffnung die akustischen Grenzbedingungen
kompliziert, da genau die Gestalt der Öffnung sowie das Phänomen, dass
heißes
Gas unter einem hohen Druck in die Luft mit normaler Temperatur
und normalem atmosphärischen
Druck herausgezogen wird, die Schallerzeugung beeinflussen. An der Öffnung wird
der sich vorwärts
bewegende Schall einer starken Reflexion ausgesetzt, wodurch sich
ein Teil der Schallenergie in der entgegengesetzten Richtung bewegt.
Der reflektierte Schall ist die Ursache für einen Schallfeld mit stehenden
Wellen in dem Kanal. Bei einem ungedämpften Kanalsystem ist das
Schallfeld fast ausschließlich
durch diese Reflexionswellen bestimmt. Stehende Wellen mit ausgeprägten Knoten
und großen
Amplituden werden dem erzeugten Schallfeld hinzugefügt. Durch
Einführung
einer Dämpfung
in dem Kanalsystem wird das Schallfeld weniger ausgeprägt. Die
Erfinder haben festgestellt, dass es durch die Verwendung des Elements 20 möglich ist, das
in dem Kanal erzeugte Schallfeld lokal zu kontrollieren bzw. zu
steuern. Für
niedrige Frequenzen bis zu einer Aufteilungsfrequenz bewirkt eine
Flächenvergrößerung eine
Reflexionswelle, wo ein Teil des sich vorwärts bewegenden Schalls zurückprallt.
Bei einem gedämpften
länglichen
Kanalsystem 47 bedeutet dies, dass bei einer solchen Flächenvergrößerung ein
Knoten in dem Schallfeld angeordnet wird. Die Rohre der reaktiven
Teile 21 und 23 sollten an einem Druckmaximum
angeordnet sein, das der abgestimmten Frequenz entspricht. Die Längen L2
und L4 sollten etwa, jedoch nicht genau, der Wellenlänge für die abgestimmte
Frequenz entsprechen. Dies ist vorzusehen, damit die Rohre der reaktiven
Teile 21 und 23 einen Vorteil aus einer Reflexionswelle
infolge der Flächenvergrößerung zwischen
Teil 21 und 22 bzw. zwischen Teil 22 und 23 ziehen.
Dies entspricht: λ = c/fwobei λ die Wellenlänge ist,
c die Schallgeschwindigkeit ist und f die Frequenz ist. Es ist zu
beachten, dass die Schallgeschwindigkeit von der Lufttemperatur
abhängt.
Daher ist es bei einem erfindungsgemäßen Abgassystem wichtig, Temperaturänderungen entlang
des Kanals 47 zu berücksichtigen. 3 shows an overall view of a damper element 20 , its properties as parameters in the adding step 7 of the method. 3 shows a cross section through such a damper element. This type of element is in a variety of positions in an exhaust system 47 corresponding 4 formed as a model. Such an element has a first reactive part 21 , a resistive part 22 and a second reactive part 23 on. Such an element may also be considered as an acoustic element, suggesting that the first reactive part 21 , the resistive part 22 and the second reactive part 23 are not necessarily joined objectively. The element is particularly suitable based on the following information. In an exhaust system 1 A sound field builds up in the same way as in a room, this sound field should be determined by the boundary conditions in the channel. There is a clear sense of the movement of sound energy from the sound source 40 to the opening 6 . 46 , The acoustic boundary conditions are therefore determined by the properties of the boundary surfaces of the channel. Last but not least, the acoustic boundary conditions at the opening are complicated, since the very shape of the opening and the phenomenon that hot gas is drawn out under high pressure into the air at normal temperature and normal atmospheric pressure affect the generation of sound. At the opening, the forward moving sound is subjected to strong reflection, whereby part of the sound energy moves in the opposite direction. The reflected sound is the cause of a sound field with standing waves in the channel. In an undamped channel system, the sound field is almost exclusively determined by these reflection waves. Standing waves with distinct nodes and large amplitudes are added to the generated sound field. By introducing attenuation in the channel system, the sound field becomes less pronounced. The inventors have determined that it is through the use of the element 20 it is possible to locally control or control the sound field generated in the channel. For low frequencies up to a split frequency, an area magnification causes a reflection wave where part of the forward moving sound bounces back. With a muted elongated duct system 47 this means that with such an area enlargement a node is arranged in the sound field. The tubes of the reactive parts 21 and 23 should be located at a pressure maximum that matches the tuned frequency. The lengths L2 and L4 should correspond approximately but not exactly to the wavelength for the tuned frequency. This is to be provided so that the tubes of the reactive parts 21 and 23 an advantage of a reflection wave due to the area enlargement between part 21 and 22 or between part 22 and 23 pull. This matches with: λ = c / f where λ is the wavelength, c is the speed of sound and f is the frequency. It should be noted that the speed of sound depends on the air temperature. Therefore, with an exhaust system according to the invention, it is important to have temperature changes along the channel 47 to take into account.
4 zeigt
ein Beispiel eines Abgassystems mit erfindungsgemäßer Schalldämpfung. 20a und 20b sind
zwei Dämpfungselemente
je mit zwei reaktiven Teilen. Die reaktiven Teile weisen typischerweise
abgestimmte Frequenzen zwischen 65 Hz bis 200 Hz auf. Die Elemente 20a und 20b machen
wirksamen Gebrauch von zur Verfügung
stehendem Raum und sind kosteneffektiv bei dem Abgassystem vorzusehen.
Das Abgassystem weist einen Einlass 40 auf, der mit einer
Schallquelle, wie beispielsweise einer Hochleistungs-Brennkraftmaschine 4,
verbunden ist. Vom akustischen Standpunkt aus wird der Einlass 40 als
endloses Rohr betrachtet. Das Abgassystem weist auch einen Auslass 46 oder
eine Öffnung
auf, deren Gestalt und Größe einen
erheblichen Einfluss auf den Schall in dem Kanal besitzen. Wenn
der Schall den Kanal verlässt,
führt dies
zu Reflexionswellen. Ein Abgassystem, wie beispielsweise das in 4 gezeigte,
weist häufig
einen Boiler 42 oder Wärmetauscher
auf. Ein solcher Boiler 42 hat drei Hauptwirkungen auf
die akustische Umgebung. Die erste Wirkung besteht darin, dass der
Boiler 42 die Temperatur des Abgases herabsetzt und daher
die Schallgeschwindigkeit vor und hinter dem Boiler 42 unterschiedlich
sind. Die zweite Wirkung besteht darin, dass der Boiler 42 als
eine Grenzbedingung in gleicher Weise wie die Öffnung angesehen werden kann.
Ein Boiler 42 oder eigentlich eine Flächenvergrößerung/verkleinerung in dem
Boiler führt
eine ausgeprägten
Impedanz ein. Dies macht es möglich, einzelne
reaktive Vorrichtungen sowie reaktive Teile des Dämpfungselements
mit Bezug auf den Boiler 42 zu platzieren. Es ist vorteilhaft,
eine solche Beziehung zum Platzieren der Öffnung einer einzelnen Dämpfungsvorrichtung,
beispielsweise 43 und 45 in 4,
bei einer geraden Anzahl eines Viertels einer Wellenlänge einer
ausgeprägten
Impedanz zu platzieren. Die dritte Hauptwirkung des Boilers 42 besteht
darin, dass er eine Dämpfungswirkung
hat, die bei einer Ausführungsform
der Erfindung in Rechnung gestellt wird. Es sollte beachtet werden,
dass 4 eine schematische Darstellung ist und ein reales
Abgassystem andere Teile als die in der Figur angegebenen umfasst,
beispielsweise gebogene Rohre, Flansche, Verbindungen zu mehreren
Motoren etc. 4 shows an example of an exhaust system with inventive sound attenuation. 20a and 20b are two damping elements each with two reactive parts. The reactive parts typically have tuned frequencies between 65 Hz to 200 Hz. The Elements 20a and 20b make effective use of available space and are cost effective to provide for the exhaust system. The exhaust system has an inlet 40 on, with a sound source, such as a high-performance internal combustion engine 4 , connected is. From the acoustic point of view, the inlet becomes 40 considered as an endless tube. The exhaust system also has an outlet 46 or an opening whose shape and size have a significant influence on the sound in the channel. When the sound leaves the channel, this leads to reflection waves. An exhaust system, such as the in 4 shown often has a boiler 42 or heat exchanger on. Such a boiler 42 has three main effects on the acoustic environment. The first effect is that the boiler 42 the temperature of the exhaust gas decreases and therefore the speed of sound in front of and behind the boiler 42 are different. The second effect is that the boiler 42 can be considered as a boundary condition in the same way as the opening. A boiler 42 or actually an area increase / decrease in the boiler introduces a pronounced impedance. This makes it possible for individual reactive devices as well as reactive parts of the damping element with respect to the boiler 42 to place. It is advantageous to have such a relationship for placing the opening of a single damping device, for example 43 and 45 in 4 to place at an even number of a quarter of a wavelength of pronounced impedance. The third main effect of the boiler 42 is that it has a damping effect, which is charged in one embodiment of the invention. It should be noted that 4 is a schematic representation and a real exhaust system comprises other parts than those indicated in the figure, for example, curved tubes, flanges, connections to multiple engines, etc.
5 ist
eine schematische Zeichnung einer Anzeige, die Eingaben bzw. Eingänge einer
Reihe von Funktionen 51–55 umfasst, die mittels
der Berechnungseinrichtung 13 angezeigt werden, die die Erfindung
betrifft. Die Erfinder haben festgestellt, dass es vorteilhaft ist,
Funktionen wie beispielsweise eine Vorabanalyse 51, Elemente 52,
ein System 53, eine Quelle bzw. ein Ausgangspunkt und ein
Endpunkt 54 und eine Nachanalyse 55, zu implementieren.
Eine solche Funktion der Elemente kann die Definition physikalischer
und akustischer Eigenschaften der Elemente 20 sowie einzelner
Vorrichtungen umfassen. Andere Beispiele von Elementen sind ein Boiler,
ein Wärmetauscher,
ein Rohreinlass, ein Rohrauslass oder ein Flansch. Eine Systemfunktion kann
umfassen, dass unterschiedliche Elemente einem Modell eines Abgassystems 1 hinzugefügt oder dort
eingesetzt werden. Viele alternative Definitionen von Funktionen
sind bei einer Ausführungsform
der Erfindung möglich. 5 is a schematic drawing of a display, the inputs of a number of functions 51 - 55 comprising, by means of the calculation means 13 displayed, which relates to the invention. The inventors have found that it is advantageous to perform functions such as a preliminary analysis 51 , Elements 52 , a system 53 , a source or starting point and an end point 54 and a post-analysis 55 , to implement. Such a function of the elements can be the definition of physical and acoustic properties of the elements 20 and individual devices. Other examples of elements are a boiler, a heat exchanger, a tube inlet, a tube outlet or a flange. A system function may include having different elements of a model of an exhaust system 1 be added or used there. Many alternative definitions of functions are possible in one embodiment of the invention.
6 ist
eine Gesamtansicht, die zeigt, dass ein Beitrag zu einer Dämpfungswirkung
bei den Zwischenfrequenzen 60 durch Verwendung des Dämpferelements 20 erreicht
wird. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine Dämpfungswirkung
unter Verwendung eines Bandes von Frequenzen berechnet. Es ist vorteilhaft,
Bänder
zu verwenden, bei denen jedes Band einer Terz entspricht. Andere
Abstände
zwischen den Bändern
sind möglich. 6 zeigt,
dass die Dämpfungswirkung
des Elements 20 bei den niedrigen Frequenzen 61 hauptsächlich durch
die reaktiven Teile 21 und 23 erreicht wird. Es sollte
beachtet werden, dass auch der resistive Teil 22 einem
Beitrag zu der Dämpfungswirkung
in dem niedrigen Frequenzbereich wie ein Reflexionsdämpfer leistet.
Der resistive Teil 22 arbeitet als Reflexionsdämpfer sowohl
in der Richtung des Massenstroms der Abgase als auch als Reflexionsdämpfer in
der anderen Richtung der Reflexionswellen von anderen Elementen
oder beispielsweise Reflexionswellen von der Öffnung. Die Erfinder haben
festgestellt, dass es vorteilhaft ist, mit dem resistiven Teil 22 bei
der akustischen und physikalischen Konstruktion eines Moduls zu
beginnen. Die Länge
L3 sollte λ/4
unter Zugrundelegung einer kritischen Frequenz zum Dämpfen in
dem niedrigen Frequenzbereich entsprechen. Ein Beispiel: wenn die
kritische Frequenz bei 125 Hz liegt und die Temperatur des Abgases
an der Position des Elements 350°C
misst, wird die Schallgeschwindigkeit wie folgt berechnet: 6 is an overall view that shows that contributing to a damping effect at the intermediate frequencies 60 by using the damper element 20 is reached. In one embodiment of the invention, a damping effect is calculated using a band of frequencies. It is advantageous to use bands in which each band corresponds to a third. Other distances between the bands are possible. 6 shows that the damping effect of the element 20 at the low frequencies 61 mainly through the reactive parts 21 and 23 is reached. It should be noted that even the resistive part 22 makes a contribution to the damping effect in the low frequency range as a reflection damper. The resistive part 22 operates as a reflection damper both in the direction of the mass flow of the exhaust gases and as a reflection damper in the other direction of the reflection waves from other elements or for example reflection waves from the opening. The inventors have found that it is advantageous with the resistive part 22 to begin with the acoustic and physical construction of a module. The length L3 should be λ / 4 on the basis of a critical frequency for attenuation in the low frequency range. For example, if the critical frequency is 125 Hz and the temperature of the exhaust gas at the position of the element measures 350 ° C, the speed of sound is calculated as follows:
Die
Schallgeschwindigkeit misst 500 m/s, was dazu führt, dass für λ/4 L3 etwa 1 m messen sollte.
Teil 21 und 23 sollten derart abgestimmt sein, dass
125 Hz die zentrale Frequenz oder nahe bei der zentralen Frequenz
des vollständigen
Elements in dem niedrigen Frequenzbereich ist. Es ist in diesem Fall
vorteilhaft, Teil 21 auf eine Frequenz nahe bei 110 Hz
und Teil 23 nahe bei 140 Hz abzustimmen. Die oben angegebene
Berechnung von λ/4,
um den Einlass der Rohre bei dem Druckmaximum anzuordnen, führt dazu,
dass L2 von Teil 21 1,14 Meter und L4 von Teil 23 0,89
m misst.The speed of sound measures 500 m / s, which means that for λ / 4 L3 it should measure about 1 m. part 21 and 23 should be tuned such that 125 Hz is the central frequency or close to the central frequency of the complete element in the low frequency range. It is advantageous in this case, part 21 to a frequency close to 110 Hz and part 23 to tune close to 140 Hz. The above-mentioned calculation of λ / 4 to place the inlet of the tubes at the maximum pressure causes L2 of Part 21 1.14 meters and L4 of part 23 Measures 0.89 m.
4 zeigt
ein vereinfachtes Diagramm einer berechneten Dämpfungswirkung eines Dämpfungselements 20 in
dem niedrigen Frequenzbereich. Bei dem zuvor angegebenen Beispiel
entspricht die zentrale Frequenz 125 Hz dem Zentrum 71 des
Dämpfungsfrequenzbandes.
Der erste reaktive Teil 21 entspricht der linken Kurve 70 der
Dämpfungswirkung
bei einer zentralen Frequenz nahe bei 110 Hz. Der zweite reaktive
Teil 22 entspricht der rechten Kurve 72 der Dämpfungswirkung
bei einer zentralen Frequenz nahe bei 125 Hz. Es ist vorteilhaft,
die akustische Leistung jedes Dämpfungselements
derart abzustimmen, dass die Gesamtdämpfungswirkung des Elements,
in dem niedrigen Frequenzbereich, eine flache obere Seite 73 aufweist, die
einer bestimmten Dämpfung
gemessen in dB entspricht. 4 shows a simplified diagram of a calculated damping effect of a damping element 20 in the low frequency range. In the example given above, the central frequency corresponds to 125 Hz to the center 71 of the damping frequency band. The first reactive part 21 corresponds to the left curve 70 the damping effect at a central frequency near 110 Hz. The second reactive part 22 corresponds to the right curve 72 It is advantageous to tune the acoustic power of each damping element such that the overall damping effect of the element, in the low frequency range, is a flat upper side 73 which corresponds to a certain attenuation measured in dB.
8 zeigt
ein vereinfachtes Diagramm der Dämpfungswirkung
in dem niedrigen Frequenzbereich eines Schallreduzierungssystems,
das erfindungsgemäße ausgebildete
Dämpfungselements aufweist.
Jede der Kurven 80, 81 und 82 entspricht einem
Dämpfungselement 20.
Die Dämpfungswirkung
jedes Elements 20 kann zu Dämpfungswirkungen mit unterschiedlichen
Amplituden gemessen in dB führen,
dies im Gegensatz zu der Fig., die ein System mit Dämpfungselementen 20 mit
gleicher Amplitude 80, 81 und 82 für ihr Frequenzband
zeigt. Ein wichtiger Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass es möglich
macht, dass ein Benutzer die Gesamtdämpfungswirkung jedes der Dämpfungselemente 80, 81 und 82 an
die entsprechende Dämpfungswirkung
der Hochleistungs-Brennkraftmaschine 4 anpasst. 8th shows a simplified diagram of the damping effect in the low frequency range of a sound reduction system having inventive formed damping element. Each of the curves 80 . 81 and 82 corresponds to a damping element 20 , The damping effect of each element 20 can be measured to attenuation effects with different amplitudes in dB, this in contrast to the figure, which is a system with damping elements 20 with the same amplitude 80 . 81 and 82 for their frequency band shows. An important advantage of a method according to the invention is that it allows a user to control the overall damping effect of each of the damping elements 80 . 81 and 82 to the corresponding damping effect of the high-performance internal combustion engine 4 adapts.
Es
sollte beachtet werden, dass die Elemente und einzelnen Vorrichtungen
eine Gesamtdämpfungswirkung
aufweisen, die größer als
dann ist, wenn jede Dämpfungswirkung
eine nach der anderen einer Gesamtwirkung hinzugefügt würde. Der Grund
hierfür
besteht darin, dass die Elemente und Vorrichtungen gemeinsam als
Schalldämpfungssystem
arbeiten. Eine akustische Wirkung, von der die Erfindung Gebrauch
macht, besteht darin, dass Reflexionswellen durch Hinzufügen von
Elementen mit resistiven Teilen 21, die einen reflektiven
Charakter in dem niedrigen Frequenzbereich aufweisen, oder von einzelnen
resistiven Vorrichtungen in geeigneten Positionen eingeführt werden
können.
Solche geeigneten Positionen sind geradzahlige Zahlen von 1/4 der gewünschten
Wellenlängen
für die
Dämpfung.It should be noted that the elements and individual devices have an overall damping effect that is greater than if each damping effect were added one by one to a total effect. The reason for this is that the elements and devices work together as a sound attenuation system. One acoustic effect that the invention makes use of is that of reflecting waves by adding elements to resistive parts 21 which have a reflective character in the low frequency range, or can be introduced by individual resistive devices in appropriate positions. Such suitable positions are even numbers of 1/4 of the desired wavelengths for attenuation.
Der
Dämpfungselements 20a und 20b,
sowie die einzelnen Vorrichtungen 43, 45, werden
während
des Hinzufügungsschritts 7 und
des Einführungsschritts 8 derart
in einem Modell angeordnet, dass die Gesamtdämpfungswirkung der Dämpfungselemente 80, 81 und 82 und
die Dämpfungswirkung der
einzelnen Vorrichtungen bestimmte Bänder der Frequenzspektren der
entsprechenden Schallwirkung der Hochleistungs-Brennkraftmaschine 4 erfassen.
Ein Benutzer 14 kann unterschiedliche Kombinationen von
einzelnen Vorrichtungen und Dämpfungselementen 20 während des
Wiederholungsschritts 10 versuchen, um nicht nur eine ausreichende
Schalldämpfung
zu erreichen, sondern auch das Dämpfungssystem
als Modell derart auszubilden, dass es bei dem Abgassystem in einer
kosteneffektiven Weise vorgesehen werden kann.The damping element 20a and 20b , as well as the individual devices 43 . 45 , become during the adding step 7 and the introductory step 8th arranged in a model such that the overall damping effect of the damping elements 80 . 81 and 82 and the damping effect of the individual devices specific bands of the frequency spectra of the corresponding sound effect of the high-performance internal combustion engine 4 to capture. A user 14 can have different combinations of individual devices and damping elements 20 during the repeating step 10 In order not only to achieve sufficient sound attenuation, but also to model the damping system as a model so that it can be provided in the exhaust system in a cost-effective manner.
Die
Dämpfungswirkung
in dem hohen Frequenzbereich 62 jedes Elements wird hauptsächlich durch
ein resistiven Teil 22 erreicht. Die Berechnung der Dämpfungswirkung
wird derart durchgeführt, dass
eine geschätzte
Dämpfungswirkung
ein Band von Frequenzen umfasst, die Zwischenfrequenzen 60 eines
Elements 20 entsprechen. Ein solcher Beitrag zu den Frequenzen
eines Elements 20 wird unter Verwendung der Vierpoltheorie
und unter Verwendung von Leistungsflussmodellen berechnet. Jedes Element 20 leistet
einen Beitrag zu der Dämpfung
bei den niedrigen Frequenzen, den Zwischenfrequenzen und den hohen
Frequenzen. Die Erfinder haben festgestellt, dass es vorteilhaft
ist, eine Aufteilungsfrequenz zu verwenden, um zu bestimmen, bei
welcher Frequenz die Berechnung auf der Vierpoltheorie oder der
Leistungsflussmodelle beruhen soll. Die Aufteilungsfrequenz hängt von
der Querschnittfläche
des Transportsystems und der Schallgeschwindigkeit f0(A,
c) ab. Die Aufteilungsfrequenzen wird typischerweise wie nachfolgend
angegeben berechnet: wobei c die Schallgeschwindigkeit
ist und d der Durchmesser des Transportsystems an dem Element ist.
Entsprechend 6 stammt unterhalb der Aufteilungsfrequenz,
der ebenen Wellenfläche,
die Dämpfungswirkung
des Elements hauptsächlich
von den reaktiven Teilen 21 und 23.The damping effect in the high frequency range 62 Each element is mainly made by a resistive part 22 reached. The calculation of the damping effect is performed such that an estimated damping effect comprises a band of frequencies, the intermediate frequencies 60 of an element 20 correspond. Such a contribution to the frequencies of an element 20 is calculated using quadrupole theory and using power flow models. Every element 20 Contributes to the attenuation of the low frequencies, the intermediate frequencies and the high frequencies. The inventors have found that it is advantageous to use a split frequency to determine at which frequency the calculation should be based on quadrupole theory or power flow models. The division frequency depends on the cross-sectional area of the transport system and the speed of sound f 0 (A, c). The splitting frequencies are typically calculated as indicated below: where c is the speed of sound and d is the diameter of the transport system on the element. Corresponding 6 comes below the division frequency, the plane wave surface, the damping effect of the element mainly from the reactive parts 21 and 23 ,
Bei
einer Ausführungsform
bestimmt die Aufteilungsfrequenz, dass es nur der Beitrag von der Vierpoltheorie
ist, der in dem Berechnungsschritt 9 zur Hinzufügung zu
der berechneten Dämpfungswirkung
unterhalb der Aufteilungsfrequenz für jedes der Dämpfungselemente 20 verwendet
wird. Und in gleicher Weise bestimmt bei der derselben möglichen Ausführungsform
die Aufteilungsfrequenz, dass nur der Beitrag von den Leistungsflussmodellen
in dem Berechnungsschritt 9 zur Hinzufügung zu der berechneten Dämpfungswirkung
oberhalb der Aufteilungsfrequenz verwendet wird.In one embodiment, the split frequency determines that it is only the contribution from the quadrupole theory that is in the calculation step 9 for adding to the calculated damping effect below the division frequency for each of the damping elements 20 is used. Likewise, in the same possible embodiment, the split frequency determines that only the contribution from the power flow models in the calculation step 9 is used to add to the calculated damping effect above the division frequency.
Oberhalb
der Aufteilungsfrequenz, die sich in der Mitte der Zwischenfrequenzen 60 von 6 befindet,
stammt die Dämpfungswirkung
eines realen Dämpfungselements
hauptsächlich
von dem resistiven Teil 22. Es sollte beachtet werden,
dass die Dämpfungswirkung
in dem hohen Frequenzbereich des resistiven Teils 22 nicht
von der Position des Elements abhängt. Auch hängt die akustische Wirkung der
einzelnen Dämpfungsvorrichtungen
mit resistivem Charakter nicht von der Position ab. Jedoch ist es
vorteilhaft, mindestens einige resistive Dämpfungselemente vor einem möglichen
Boiler 42 oder Wärmetauscher
zu platzieren.Above the division frequency, located in the middle of the intermediate frequencies 60 from 6 is located, the damping effect of a real damping element mainly from the resistive part 22 , It should be noted that the damping effect is in the high frequency range of the resistive part 22 does not depend on the position of the element. Also, the acoustic effect of each attenuator device of resistive character does not depend on the position. However, it is advantageous to have at least some resistive damping elements in front of a possible boiler 42 or to place heat exchangers.
Es
ist vorteilhaft, die Dämpfungselemente 20 hinter
einem möglichen
Boiler 42 oder Wärmetauscher
anzuordnen. Ein Grund hierfür
besteht darin, dass hinter einem Boiler 42 gemeinhin mehr
geradlinige Rohre zur Verfügung
stehen. Ein anderer Grund besteht darin, dass die Temperatur der
Abgase hinter einem Boiler 42 und Wärmetauscher abfällt. Dies
bedeutet, dass die Schallgeschwindigkeit hinter dem Boiler herabgesetzt
ist. Dies bedeutet seinerseits, dass die Abstimmung eines Elements 20 zur
Dämpfung
bei einer bestimmten zentralen Frequenz, beispielsweise bei 125
Hz, dazu führt,
dass die benötigte
Gesamtlänge
des Elements 20 hinter dem Boiler 42 kürzer als
vor dem Boiler ist.It is advantageous, the damping elements 20 behind a possible boiler 42 or to arrange heat exchangers. One reason for this is that behind a boiler 42 commonly more straight tubes are available. Another reason is that the temperature of the exhaust gases behind a boiler 42 and heat exchanger drops. This means that the speed of sound behind the boiler is lowered. This in turn means that the vote of an item 20 for attenuation at a certain central frequency, for example at 125 Hz, causes the required total length of the element 20 behind the boiler 42 shorter than before the boiler is.
