DE69012819T2

DE69012819T2 - Im Strömungsweg angeordneter Schalldämpfer für Gasleitungen.

Info

Publication number: DE69012819T2
Application number: DE69012819T
Authority: DE
Inventors: Carlos Lee
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1990-07-04
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: KR0159112B1; EP0482042B1; JPH04506850A; US4936413A; DE69012819D1; WO1991000958A1; EP0482042A1; KR920703994A; CA2063708A1; JP2883964B2

Description

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft einen im Strömungsweg angeordneten Schalldämpfer für eine Gasleitung, die Gas in Richtung auf eine Schallquelle fördert. Der Schalldämpfer dämpft den Schall, der von der Schallquelle durch die Leitung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung wandert, ohne die Gasströmung merklich zu drosseln.
Bei dem Luftansaugsystem einer selbst ansaugenden Brennkraftmaschine wird Luft in die Brennkraftmaschine mittels des Unterdrucks gesaugt, der in der Ansaugleitung erzeugt wird, wenn die Kolben in den Zylindern sich hin und her bewegen. Bei mit derartigen Brennkraftmaschinen betriebenen Kraftfahrzeugen ist es übliche Praxis, frische Luft aus der Atmosphäre durch einen Strömungskanal anzusaugen, der von der Brennkraftmaschine zu einem Einlaß führt, welcher von der Brennkraftmaschine entfernt angeordnet ist. Im Betrieb erzeugt die Brennkraftmaschine Geräusche, die sich rasch durch das Luftansaugsystem zurück fortplanzen und dann entweichen können. Ein zu hoher Schallpegel wird für nicht akzeptabel gehalten.
Die US-A-4,782,912 offenbart einen drosselarmen, im Strömungsweg angeordneten Schalldämpfer zum Einsetzen in eine Leitung, die Gas zu einer Schallquelle fördert, so daß der Schall, der von der Schallquelle durch die Leitung zurückwandert, von dem Schalldämpfer gedämpft wird, ohne daß der Schalldämpfer die Gasströmung merklich drosselt, wobei der Schalldämpfer aufweist: einen Einlaß mit einer vorgegebenen Querschnittsfläche, an dem die Gasströmung in Form einer Gassäule in den Schalldämpfer eintritt, einen Auslaß, an dem die Gasströmung den Schalldämpfer verläßt, und einen Strömungskanal durch den Schalldämpfer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, wobei der Einlaß in einen ersten Bereich des Strömungskanals übergeht, der erste Bereich einen ringförmigen Querschnitt hat, der in Richtung der Gasströmung umfangsmäßig expandiert, der erste Bereich des Strömungskanals in einen zweiten Bereich des Strömungskanals übergeht, der zweite Bereich in einen dritten Bereich des Strömungskanals übergeht, eine Gegenwand den Schall, der in den Auslaß und den dritten Bereich eintritt, zu dem dritten Bereich und dem Auslaß hin zurückreflektiert, der Querschnitt des ersten Bereichs so expandiert, daß eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche erhalten bleibt.
Die US-A-2,510,441 offenbart einen drosselannen, im Strömungsweg angeordneter Schalldampfer zum Einsetzen in eine Leitung, die Gas zu einer Schallquelle fördert, so daß der Schall, der von der Schallquelle durch die Leitung zurückwandert, von dem Schalldämpfer gedämpft wird, ohne daß der Schalldämpfer die Gasströmung merklich drosselt, wobei der Schalldämpfer aufweist: einen Einlaß mit einer vorgegebenen Querschnittsfläche, an dem die Gasströmung in Form einer Gassäule in den Schalldämpfer eintritt, einen Auslaß, an dem die Gasströmung den Schalldämpfer verläßt, und einen Strömungskanal durch den Schalldämpfer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, wobei der Einlaß in einen ersten Bereich des Strömungskanals übergeht, der erste Bereich einen ringförmigen Querschnitt hat, der in Richtung der Gasströmung umfangsmäßig expandiert, der erste Bereich des Strömungskanals in einen zweiten Bereich des Strömungskanals übergeht, der zweite Bereich in einen dritten Bereich des Strömungskanals übergeht, eine Gegenwand den Schall, der in den Auslaß und den dritten Bereich eintritt, zu dem dritten Bereich und dem Auslaß hin zurückreflektiert, der Querschnitt des ersten Bereichs so expandiert, daß eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche erhalten bleibt, die im wesentlichen gleich der besagten vorgegebenen Querschnittsfläche ist, der zweite Bereich die Gasströmung wieder zu einer Gassäule umfangsmäßig zusammenführt.
Die Erfindung stellt eine Verbesserung der Offenbarung der US-A-2,510,441 daß, wobei diese Verbesserung aus den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 besteht.
Die vorstehenden Vorzüge und vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung zusammen mit weiteren gehen aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor, denen die Zeichnungen beigefügt sind. Die Zeichnungen offenbaren ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der Methode, die zur Zeit für die beste zum Ausführen der Erfindung gehalten wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt schematisch eine Möglichkeit zum Verwenden des Schalldämpfers der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, auf ein erstes Ausführungsbeispiel des Schalldämpfers;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht durch eines der Teile des Schalldämpfers der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht in Blickrichtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht durch eines der Teile des Schalldämpfers der Fig. 5;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht in Blickrichtung der Pfeile 7-7 in Fig. 6.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 zeigt den Einsatz eines im Strömungsweg angeordneten Schalldämpfers 10 in dem Luftansaugsystem 12 einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine 14. Der Schalldämpfer 10 wird in dem Strömungsweg des Ansaugsystems 12 so eingesetzt, daß Luft aus der Atmosphäre, die in die Brennkraftmaschine 14 gesaugt wird, durch den Schalldämpfer strömt, ohne daß die Strömung merklich gedrosselt wird, während der Schalldämpfer den Schall dämpft, der durch das Luftansaugsystem zurück zur Atmosphäre wandert. Einzelheiten des Schalldämpfers 10 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.
Der Schalldämpfer besteht aus einer zweiteiligen Anordnung mit einem äußeren rohrförmigen Teil 16 und einem Einsatz 18, der koaxial in dem Teil 16 angeordnet ist. Beide Teile können vorteilhafterweise aus einem geeigneten Kunststoff mittels herkömmlicher Kunststoffherstellungsverfahren hergestellt sein. Nylon ist ein gutes Material für einen Hochtemperatureinsatz, während Polypropylen ein wirtschaftlicheres Material ist, wenn keine hohen Temperaturen anzutreffen sind.
Das Teil 16 weist einen geradlinigen kreisförmigen Einlaßabschnitt 20 auf, der zu einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 22 mit größer werdendem Querschnitt führt. Der Abschnitt 22 seinerseits führt zu einem kurzen geradlinigen Abschnitt 24. Ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 26 kleiner werdenden Querschnitts verläuft von dem Abschnitt 24 zu einem geradlinigen kreisförmigen Abschnitt 28, der das dem Einlaßabschnitt 20 entgegengesetzte Ende des Teils 18 bildet. Die Abschnitte 20, 22, 24, 26 und 28 sind koaxial verlaufend. Die Endabschnitte des Teils 16 sind so geformt, daß sie als Anschluß für Schläuche (nicht gezeigt) dienen, wenn der Schalldämpfer in das Ansaugsystem eingebaut ist.
Das Teil 18 weist einen bogenförmigen Abschnitt 30, einen Öffnungsabschnitt 32 und einen Venturi-Abschnitt 34 auf. Diese Abschnitte sind koaxial verlaufend. Der bogenförmige Abschnitt 30 hat axial die gleiche Erstreckung wie der kegelstumpfförmige Abschnitt 22; der Öffnungsabschnitt 32 wie der geradlinige Abschnitt 24; und der Venturi-Abschnitt 34 wie die Abschnitte 26 und 28.
Die bogenförmige Abschnitt 30 zeigt in Richtung auf den Einlaßabschnitt 20 und verläuft koaxial zu diesem. Er ist ebenfalls hohl und besitzt eine äußere Wandfläche 36, eine innere Wandfläche 38 und eine kreisförmige Öffnung 40 an dem Ende, das dem Venturi-Abschnitt 34 zugewandt ist.
Der Öffnungsabschnitt 32 besitzt drei identische, beabstandete, in Umfangsrichtung verlaufende Öffnungen 42, die die gleiche axiale Abmessung haben. Die Öffnungen 42 sind voneinander durch Stäbe 44 getrennt, die dazu dienen, den Abschnitt 30 mit dem Abschnitt 34 zu verbinden.
Der Venturi-Abschnitt 34 weist zwei im Strömungsweg angeordnete Venturi-Düsen 46, 48 auf. Am Ende des Teils 18 befindet sich ein kurzer geradliniger Abschnitt 50. Die Venturi-Düse 46 weist einen kreisförmigen idealen Eingang 52 auf, und dieser ideale Eingang sowie die beiden Venturi-Düsen 46,48 sind koaxial verlaufend zu dem Abschnitt 30. Der Eingang 52, die Öffnung 40 und die Fläche des Auslaßabschnittes 50 sind im wesentlichen identisch. Für die beste Schalldämpfung sollte die Fläche der Öffnung 40 zumindest so grob wie die Fläche des Eingangs 52 sein. An der Verbindungsstelle der Venturi-Düse 48 und des Abschnitts 50 ist die Außenseite des Teils 18 mit einem in Umfangsrichtung kontinuierlichen Vorsprung 54 dreieckigen Querschnitts versehen, und der Vorsprung 54 paßt in eine komplementär ausgebildete Nut 56 in dem Teil 16. Dies bildet eine Schnappverbindung der beiden Teile 16, 18.
Der Luftstrom tritt in den Schalldämpfer 10 an dem Einlaßabschnitt 20 als Säule ein. Er verläuft dann durch den ringförmigen Raum 58, der zwischen der äußeren Fläche 36 des bogenförmigen Abschnitts 30 und der inneren Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 22 gebildet ist. Die Abschnitte 30 und 22 sind so ausgelegt, daß die Querschnittsfläche des Raums 58 über der gesamten Länge im wesentlichen gleich ist und im wesentlichen dieselbe wie die Querschnittsfläche des Einlaßabschnittes 20 ist. Diese Auslegung sorgt für eine minimale Störung und Drosselung des Luftstroms in diesem Bereich.
Der Venturi-Abschnitt 34 ist engpassend in den Abschnitt 28 des Teils 16 eingesetzt, so daß eine Strömung zwischen den beiden Teilen 16, 18 über den Öffnungsabschnitt 32 hinaus nicht möglich ist. Somit verläuft die Strömung von dem Raum 58 durch die Öffnungen 42 in den Eingang 52. Die Strömung setzt sich durch die beiden Venturi-Düsen 46, 48 fort und verläßt den Schalldämpfer durch das kreisförmige offene Ende des Abschnittes 50.
Der Öffnungsabschnitt 32 ist so ausgelegt, daß für diesen speziellen Typ von durch den Schalldämpfer strömendem Gas die durch die Strömungsablösung verursachte Einschnürung glatt verlaufend erfolgt, so daß eine sehr geringe Strömungsdrosselung erhalten bleibt. Der ideale Eingang ist so ausgelegt, daß er ebenfalls die Strömungsdrosselung auf einem Minimum hält.
Der Venturi-Abschnitt 34 ist um eine Engstelle herum, d.h. um den natürlichen kleinsten Durchmesser herum, so ausgelegt, daß sie für die Strömung "unsichtbar" ist, jedoch für die Schalldämpfung wirksam ist. Der Schall, der in den Abschnitt 50 eintritt, wandert durch den Venturi-Abschnitt und wird bei dem Vorgang "gechoked". Der Schall wird zuerst von der Venturi-Düse 48 gechoked. Der Choking-Vorgang hat zwei Zwecke: Erstens, den Schall dadurch zu verringern, daß der Querschnittsbereich, durch den der Schall wandert, verringert wird; und zweitens, den Schall auf die Mitte zu "konzentrieren". Diese Wirkungen wiederholen sich, wenn der Schall durch die Venturi-Düse 46 wandert.
Wenn der Schall die Venturi-Düse 46 durch den Eingang 52 verläßt, pflanzt er sich in Richtung auf das Innere des hohlen bogenförmigen Abschnitts 30 fort, wo er durch den Venturi-Abschnitt 34 zu der Brennkraftmaschine zurück reflektiert wird und/oder eine stehende Welle erzeugt. Auf diese Weise wird der Schall, der den Schalldämpfer durch den Einlaßabschnitt 20 verläßt, erheblich gedämpft gegenüber dem Schallpegel, mit dem er aus der Brennkraftmaschine austritt.
Wenngleich der dargestellte Schalldämpfer zwei Venturi-Düsen in dem Venturi-Abschnitt aufweist, sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl bei bestimmten Konstruktionen auch anders als zwei sein kann. Die Größe des Öffnungsabschnittes kann von Bauart zu Bauart variieren; in jedem Fall wird sie im allgemeinen jedoch ein Kompromiß zwischen Strömungsdrosselung und Schallabgabe sein. Die Öffnungsgröße anwachsen zu lassen, hat die Tendenz, die Strömungsdrosselung zu verringern, jedoch auf Kosten einer größeren Schallabgabe, und umgekehrt. Für den Einsatz in dem Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine hat sich der Schalldämpfer für die Dämpfung von Schall im Bereich von 0 bis 500 Hz um 3 bis 4 db als wirksam erwiesen. Der Schalldämpfer ist auch in der Lage, Schallspitzen zu dämpfen, und dies dürfte auf die Wirkung des hohlen Inneren des bogenförmigen Abschnitts zurückzuführen sein.
Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel 60 des Schalldämpfers, bei dem entsprechende Teile des Schalldämpfers 10 durch die gleichen Bezugszeichen kenntlich gemacht sind. Das Rohr 16 des Schalldämpfers 60 hat eine geringfügig andere Form, bei der ein gekrümmter Abschnitt 62, welcher axial die gleiche Erstreckung wie der Öffnungsabschnitt 32 hat, zu einem geradlinigen Abschnitt 64 führt, der axial die gleiche Erstreckung wie der Venturi-Abschnitt 34 und der Abschnitt 50 hat. Die Venturi- Abschnitte haben ebenfalls andere Formen als bei dem Schalldämpfer 10. Ein letzter Unterschied besteht darin, daß der bogenförmige Abschnitt 30 ein Muster an kleinen Vertiefungen 66 enthält, die für eine glattere Strömung über diesen Abschnitt sorgen.
Die Erfindung kann auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, so z.B. bei den Ansaugsystemen von Turbinen und Ventilationssystemen.

Claims

1. Drosselarmer, im Strömungsweg angeordneter Schalldämpfer zum Einsetzen in eine Leitung, die Gas zu einer Schallquelle fördert, so daß der Schall, der von der Schallquelle durch die Leitung zurückwandert, von dem Schalldämpfer (10) gedämpft wird, ohne daß der Schalldämpfer die Gasströmung merklich drosselt, wobei der Schalldämpfer aufweist: einen Einlaß (20) mit einer vorgegebenen Querschnittsfläche, an dem die Gasströmung in Form einer Gassäule in den Schalldämpfer eintritt, einen Auslaß, an dem die Gasströmung den Schalldämpfer verläßt, und einen Strömungskanal durch den Schalldämpfer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, wobei der Einlaß in einen ersten Bereich (58) des Strömungskanals übergeht, der erste Bereich (58) einen ringförmigen Querschnitt hat, der in Richtung der Gasströmung umfangsmäßig expandiert, der erste Bereich des Strömungskanals in einen zweiten Bereich (32) des Strömungskanals übergeht, der zweite Bereich (32) in einen dritten Bereich (46,48) des Strömungskanals übergeht, eine Gegenwand (38) den Schall, der in den Auslaß und den dritten Bereich eintritt, zu dem dritten Bereich und dem Auslaß (50) hin zurückreflektiert, der Querschnitt des ersten Bereichs so expandiert, daß eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche erhalten bleibt, die im wesentlichen gleich der besagten vorgegebenen Querschnittsfläche ist, der zweite Bereich die Gasströmung wieder zu einer Gassäule umfangsmäßig zusammenführt, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bereich einen Venturi-Abschnitt (34) mit einem Eingang besitzt, an dem die umfangsmäßig zusammengeführte Gassäule den Venturi-Abschnitt betritt, wobei die Gasströmung durch den Venturi-Abschnitt zu dem Auslaß gelangt, und daß die Gegenwand so angeordnet ist, daß sie dem Eingang des Venturi-Abschnitts mit Abstand gegenüberliegt und hierbei den Schall durch den Venturi-Abschnitt und den Auslaß zurückreflektiert.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich von einer kegelstumpfförmigen radial äußeren Wand (22) und einer bogenförmigen radial inneren Wand, die von der äußeren Wandfläche (36) eines Einsatzes (18) gebildet wird, definiert wird.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmige radial innere Wand (38) und die Gegenwand die äußere bzw. innere bogenförmige Fläche eines hohlen bogenförmigen Teils sind, dessen Inneres in Richtung auf den Eingang (52) offen ist.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenförmige Teil eine dem Eingang zuge-wandte kreisförmige Öffnung besitzt, wobei der Eingang ebenfalls eine kreisförmige Öffnung ist, die koaxial in dem Schalldämpfer angeordnet ist, und die Querschnittsflächen der kreisförmigen Öffnungen im wesentlichen gleich sind.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Muster an kleinen Vertiefungen (66) vorgesehen ist, die in dem hohlen bogenförmigen Teil gebildet sind.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenförmige Teil mit dem Venturi-Ab-schnitt durch eine Anzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Stäbe (44) verbunden ist, welche Öffnungen (42) definieren, durch die die Gasströmung verläuft, ehe sie in den Eingang (52) eintritt.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenförmige Teil (30), die Stäbe (44) und der Venturi-Abschnitt (34) als ein einziges Teil (18) ausgebildet sind.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Wand einen Abschnitt eines rohrförmigen Teils (16) ist und daß das einzelne Teil (18) innerhalb des rohrförmigen Teils angeordnet ist.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Venturi-Abschnitt (34) aus einer Folge von Venturi-Düsen (46,48) besteht.

10. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer im Strömungsweg eines Luftansaugsystems einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.

11. Drosselarmer, im Strömungsweg angeordneter Schalldämpfer nach Anspruch 1, zum Einsetzen in eine Leitung, die Gas in Richtung auf eine Schallquelle fördert, so daß der Schall, der von der Schallquelle durch die Leitung zurückwandert, von dem Schalldämpfer gedämpft wird, ohne daß der Schalldämpfer die Gasströmung merklich drosselt, wobei der Schalldämpfer (10) ein Rohr aufweist, das an beiden Enden offen ist, von denen das eine Ende der Gaseinlaß des Schalldämpfers ist, wobei das Rohr einen sich von einem Ende weg erstreckenden Abschnitt (22) größer werdenden Durchmessers besitzt, ein Einsatz (18) in dem Rohr angeordnet ist, der Einsatz einen bogenförmigen Abschnitt aufweist, der innerhalb und mit Abstand zu dem Abschnitt größer werdenden Durchmessers des Rohres angeordnet ist, der Schalldämpfer einen Strömungskanal bildet, welcher in Strömungsrichtung den Raum zwischen dem Abschnitt größer werdenden Durchmessers des Rohres und den bogenförmigen Abschnitt umfaßt, das Rohr einen zweiten Abschnitt (26) kleiner werdenden Durchmessers besitzt, der dem Abschnitt größer werdenden Durchmessers folgt, auf den zweiten Abschnitt wiederum ein weiterer Abschnitt folgt, der zu dem anderen Ende des Rohres führt, der Einsatz (18) einen Venturi-Abschnitt (34) aufweist, der innerhalb des weiteren Abschnitts des Rohres angeordnet ist, der Venturi-Abschnitt einen Eingang (52) und einen Auslaß für die Gasströmung besitzt, in Umfangsrichtung beabstandete Stäbe (44) den bogenförmigen Abschnitt (30) mit dem Venturi-Abschnitt (34) verbinden, so daß Öffnungen in dem Einsatz zwischen dem Venturi-Abschnitt und dem bogenförmigen Abschnitt (30) vorhanden sind, der Strömungskanal diese Öffnungen und den Venturi-Abschnitt umfaßt, der bogenförmige Abschnitt hohl und in Richtung auf den Venturi-Abschnitt offen ist, so daß der Schall, der durch den Venturi-Abschnitt in den Auslaß eintritt, von dem hohlen Inneren des bogenförmigen Abschnitts und dem Auslaß reflektiert wird.

12. Schalldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß, der Raum zwischen dem Abschnitt größer werdenden Durchmessers des Rohres und dem bogenförmigen Abschnitt, der Eingang des Venturi-Abschnitts und der Auslaß im wesentlichen gleiche Querschnittsflächen haben.

13. Schalldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Venturi-Abschnitt (34) eine Folge von Venturi-Düsen (46,48) aufweist.

14. Schalldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch eine Schnappverbindung an dem Rohr (54,46) befestigt ist.

15. Schalldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer im Strömungsweg eines Luftansaugsystems einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.