DE617831C

DE617831C - Schalldaempfer fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE617831C
Application number: DEK127165D
Authority: DE
Original assignee: MARTIN KLUGE DR ING
Current assignee: MARTIN KLUGE DR ING
Priority date: 1932-10-01
Filing date: 1932-10-01
Publication date: 1935-08-29

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, der mit geringstem Aufwand eine weitgehende Dämpfung des Äuspuffgeräusches bei kleinem Leistungsverlust gestattet.
Der stoßweise austretende Abgasstrom einer Brennkraftmaschine setzt sich aus einem mittleren Gleichstrom und überlagerten Wechselströmen verschiedener Stärke und Frequenz zusammen. Das Spektrum dieser Wechselströme ist praktisch kontinuierlich und reicht von den tiefsten bis zu den höchsten hörbaren Frequenzen; seine Zusammensetzung ändert sich mit der Motorgattung und dem Betriebszustand des Motors. Für die Geräuschbelästigung durch den Abgasstrom kommen vor allem die Komponenten zwischen 200 und 5000 Hz in Frage. Die Wirkung eines guten Schalldämpfers besteht darin, die Wechselströme möglichst vollkommen zu unterdrücken, so daß an seinem Austrittsende ein gleichmäßiger, akustisch nicht störender Gasstrom entweicht. Dazu ist ein gleichmäßiger Verlauf der Strömungsdämpfung über der Frequenz wie in Bild 1 erforderlich.

Gleichzeitig muß aber, damit der Dämpfer keine Leistungsverluste verursacht, an seinem Eintrittsende ein möglichst kleiner Widerstand für den Gleichstrom und die überlagerten Wechselströme wirksam sein.

Es ist bekannt, zur Lösung dieser Aufgabe akustische Filter zu benutzen. Für den vorliegenden Zweck sind nur akustische Tiefpaßfilter geeignet, d. h. Filter, deren Dämpfung oberhalb einer gewissen Grenzfrequenz schnell ansteigt. Die bisher bekannten Ausführungen solcher Filter bestehen aus der Hintereinanderschaltung mehrerer untereinander gleich aufgebauter Stufen aus je einer Kammer und einem Verbindungsrohr in die nächste Kammer (Bild 2 a). Jede einzelne Stufe stellt einen Resonator nach Bild 2 b dar. Ein solcher hat eine Grenzfrequenz, die sich aus seinen Abmessungen zu

U =

l'V

berechnet. Oberhalb von f_gr steigt seine Dämpfung schnell an. Für den Filter berechnet sich die Grenzfrequenz zu

fgr =

Die Filterdämpfung steigt oberhalb der Grenzfrequenz um so schneller an, je größer die Zahl der Kammern ist. In den Formeln bedeutet c die Schallgeschwindigkeit, V das Kammervolumen, I und F Länge und Querschnitt der Verbindungsrohre.

Derartige akustische Filter sind bekanntlich nicht dazu geeignet, größere Frequenzbereiche gleichmäßig zu dämpfen. Das liegt daran, daß die einzelnen Rohre und Kammern bei höheren Frequenzen Eigenresonanzen haben, bei denen sie schalldurchlässig werden. Das Rohr des Resonators in Bild 2b hat z.B. eine tiefste Resonanzfrequenz f_x^=c\2l\ wei-

tere Durchlässigkeitsstellen folgen bei (2, 3 ... η) fa. Die Resonanzen liegen bei dem bisher üblichen gleichen Aufbau aller Filterstufen in jeder- Stufe bei den gleichen Frequenzen. Dadurch wird die Sperrwirkung des Filters in diesen Bereichen aufgehoben, so daß oberhalb der Grenzfrequenz zahlreiche schädliche Durchlaßbereiche auftreten.

Die vorliegende Erfindung gibt Mittel an, diese schädlichen Durchlaßbereiche zu vermeiden und dadurch beliebig breite Frequenzbänder lückenlos zu dämpfen. Dazu werden die Abmessungen der Rohre und Kammern in den einzelnen Filterstufen möglichst verschieden gemacht, jedoch so, daß jede Stufe trotz verschiedenartigen Aufbaues die gleiche, möglichst tiefe Grenzfrequenz erhält. Durch diese Staffelung der einzelnen Filterstufen wird die grundsätzliche Wirkungsweise des Filters nicht beeinträchtigt; dagegen wird erreicht, daß die störenden Resonanzen in jeder Stufe bei anderen Frequenzen auftreten, so daß ihr Einfluß auf den Filter als Ganzes verschwindet, da sich die Durchlaßbereiche der einzelnen Stufen gegenseitig verdecken. Bild 3 zeigt die gegenseitige Sperrung der Durchlaßbereiche für 3 Rohre von verschiedener Länge /, die als Verbindungsrohre zwischen den Filterkammern dienen. Es ist zunächst gleichgültig, ob die Verstopfung der DurchlaBbereiche durch Änderung der Größe oder der Form der Rohre und Kammern erreicht wird, ferner ob nur die Rohre oder die Kammern oder beide verändert werden.

Um bei kleinstem. Leistungsverlust die höchste Dämpfung des Filters zu erzielen, empfiehlt sich eine Staffelung in der Richtung, daß die an das Auslaßorgan anschließenden Kammern und Rohre möglichst geräumig (V und.P groß), die nach dem Austritt der Gase in das Freie zu gelegenen Rohre möglichst eng (F Mein und / groß) ausgebildet werden (Bild 4 a). Dadurch wird der Eingangswiderstand des Filters und damit der von den Abgasen zu überwindende Gegendruck klein gehalten. Ferner wird der Austrittswiderstand des Filters in das Freie vergrößert. Beide Maßnahmen erhöhen die wirksame Dämpfung des Filters durch Reflexionen, die erstens bei Übergang der Gase aus dem hohen akustischen Widerstand des Auslaßörgans in den Filter, zweitens bei dem Übergang aus dem Filter in den niedrigsten akustischen Widerstand des freien Mediums .auftreten.

Eine besondere Bekämpfung der Kammerresonanzen kann dadurch erfolgen, daß man den Kammern durch schräge Begrenzungsflächen eine möglichst unregelmäßige Form gibt und daß man die Verbindungsröhren in den Strömungsbäuchen der wichtigsten Kammerresananzen münden läßt (Bild 4b und 4c). :

Dadurch wird verhindert, daß sich die Kammerresonanzen zu hohen Druckwerten aufschwingen.

Die dämpfende Wirkung eines Tiefpaßfilters im hörbaren Frequenzbereich ist um so größer, je tiefer seine Grundfrequenz liegt. Eine tiefe Grundfrequenz läßt sich nach Gleichung 2 unter anderem erzielen durch große Rohrlängen 1. Es besteht daher der Wunsch, möglichst große Rohrlängen 1 im Dämpfer unterzubringen. Das kann zweckmäßig durch spiraliges Aufwickeln der Rohre im Inneren oder um die Außenwand des Dämpfers erreicht werden. Zu dem gleichen Zweck können die Kammern in versetzter Reihenfolge von den Gasen durchströmt werden (Bild 4 d).

Da Filter mit einer Grenzfrequenz unter 100 Hz zu groß werden, wird erfindungsgemäß zur Dämpfung tiefer Frequenzen der Filter in Reihenschaltung mit einem tief abgestimmten Resonator benutzt (Bild 5). Der Resonator dämpft alle Frequenzen oberhalb seiner Eigenfrequenz mit Ausnahme der höheren Resonanzfrequenzen seines Rohres. Die Durchlaßbereiche des Resonators werden durch einen Filter unschädlich gemacht, dessen Dämpfungsbereich dicht unter der tiefsten Resonanzfrequenz f_t des Rohres beginnt. In dieser Anordnung erreicht man die lückenlose Dämpfung eines breiten Frequenzbandes einschließlich tiefer Frequenzen mit einem Filter, dessen Grenzfrequenz verhältnismäßig hoch liegen kann. Dadurch wird der Filter klein und billig. Bei Motorrädern erfolgt die Anordnung von Resonator und Filter zweckmäßig so, daß zu jeder Seite des Rades ein Dampfertopf angebracht wird. Der eine wird als Staukammer hinter das Auslaßorgan ge- 10c schaltet, der andere liegt als eigentlicher Filter auf der anderen Seite des Rades und wird mit einer Leitung 1 mit der Staukammer verbunden (Bild 6). Natürlich können Staukammer und Filter auch in einem gemeinsamen Topf untergebracht werden. ■

Da die Staukammer für die Wechselstromkomponenten der Auspuffströmung einen kleinen Widerstand darstellt, kann der darunterliegende Filter einen großen Wechsel- no stromwiderstand erhalten, d. h. bei kleinen Abmessungen eine hohe Dämpfung erzielt werden. Ein am Ende offenes Leitungsstück der Länge 1 hat für Schallwellen von der Wellenlänge 4I einen sehr hohen Widerstand. Um hohe Druckimpulse in der Auspuffleitung zu vermeiden, muß daher die Verbindungsleitung vom Auslaßorgan zum Filter bzw. zur Staukammer kürzer als ^a/₄ oder besser als ¹I₆ Wellenlänge der höchsten Auspuffgrundfrequenz gehalten werden.
Die genannten Anordnungen zur Erzielung

breiter und kontinuierlicher Dämpfungsbereiche von akustischen Filtern können grundsätzlich überall angewendet werden, wo die Aufgabe besteht, akustische Störungen in einer Rohrleitung zu unterdrücken.

Für die besondere Anwendung als Auspuffschalldämpfer haben die hier vorgeschlagenen Filter den Vorteil, daß sie wegen ihres lückenlosen Dämpfungsbereiches für jede Motorart brauchbar sind und nicht besonders abgestimmt zu werden brauchen. Dabei wird dieser lückenlose Dämpfungsverlauf mit einem im Vergleich zu anderen Filtern kleinen Aufwand und Strömungswiderstand erzielt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen in Form eines akustischen Tiefpaßfilters mit zwei oder mehr Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der einzelnen Kammern oder der sie verbindenden Rohre oder beider für verschiedene Stufen nach Form und Größe andere sind, jedoch so, daß jede Stufe annähernd die gleiche Grenzfrequenz hat.

2. Schalldämpfer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Verbindungsleitungen oder die Größe der Kammern oder beide in Richtung des Gasstromes verringert werden.

3. Schalldämpfer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkammern als Teile eines kegelstumpf- bzw. trapezförmigen Körpers ausgebildet werden.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen in den Strömungsbäuchen für die erste und zweite Resonanzschwingung der Kammern münden.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsrohre spiralig an der Innen- oder Außenwand des Dämpfertopfes geführt werden.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Filter mit einem tief abgestimmten Resonator hintereinandergeschaltet wird, wobei der Sperrbereich des Filters unter der ersten Durchlaßfrequenz des Resonators beginnt.

* 7. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einer hinter dem Auslaßorgan anschließenden Staukammer und der Verbindungsleitung dieser Kammer mit dem Filter gebildet wird.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 6 und 7 z. B. für Motorräder, dadurch gekennzeichnet, daß die Staukammer und der Filter auf je einer Seite des Rades angebracht und hintereinandergeschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen