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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eines
der größten Probleme,
mit denen Hersteller von Schalldämpfern
konfrontiert sind, ist das Kontrollieren des Geräuschpegels in einem Abgassystem
bei gleichzeitigem Halten des Abgasstroms auf einem ausreichend
hohen Pegel zum Erzeugen einer guten Leistung. Ein Teil des Problems
besteht darin, dass die Beziehung zwischen der Motorhartteile-Technologie
und der Abgas-Technologie
komplex ist und nicht vollständig
verstanden oder quantifiziert wird. Bei einer umfassenden Analyse
des Abgasstroms müssen
zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden,
wie z. B. Abluftstrom, -druck, -wärme, -geräusch, -frequenzen, -schallenergie
und Abgasimpulse.
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Zum
besseren Verständnis
der Vorgänge
in einem Abgassystem muss berücksichtigt
werden, was mit einem Abgasimpuls geschieht, und zwar ausgehend
von dem Zylinder, in dem der Impuls erzeugt wird, bis zu seinem
Austritt in die Atmosphäre. Wenn
ein Auslasshub beendet wird, öffnet
sich das Auslassventil und tritt ein Abgasimpuls in das Abgassystem
aus. Dieser Impuls kann beispielsweise wie ein Tennisball das Abgasrohr
entlang laufen. In dem Moment, in dem der Impuls den Zylinder verlässt, kann
er eine Geschwindigkeit von ungefähr 304,80 m/s (1.000 Fuß pro Sekunde)
haben, wobei auch eine Schallenergie erzeugt wird. Direkt hinter
dem Impuls wird ein Niederdruckbereich erzeugt.
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Je
weiter sich der Impuls vom Zylinder entfernt, desto mehr Wärme und
Geschwindigkeit verliert er. Alles, was einen Gegendruck erzeugt,
verlangsamt sein Fortkommen noch weiter. Wenn der Impuls das Ende
des Abgasrohrs erreicht und in die Atmosphäre austritt, wird der Niederdruckbereich hinter
dem Impuls plötzlich
durch Atmosphärendruck ersetzt.
Die zeitliche Koordinierung der Impulse derart, dass sie in regelmäßigen Abständen austreten, ist
für eine
gute Leistung wichtig, da somit der Gegendruck dadurch reduziert
wird, dass in dem Rohr der Niederdruckbereich aufrechterhalten wird,
mit dessen Hilfe der nächste
Impuls durch das Abgassystem gezogen wird.
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Das
Steuern der zeitlichen Koordinierung der Abgasimpulse bei gleichzeitigem
Bemühen,
die Schallpegel oder die Schallenergie innerhalb akzeptabler Grenzen
zu steuern, kann schwierig sein, und dieses ohne Verlust von Leistung
und Luftstrom durch den Motor zu bewerkstelligen ist eines der größeren Probleme,
denen sich Hersteller von Schalldämpfern gegenübersehen.
In US-A-4,574,914 (nachstehend
als Patent '914
bezeichnet), die Gegenstand des Wiederholungsprüfungs-Zertifikats Nr. 1599
ist, ist ein früherer
Versuch beschrieben, einen Schalldämpfer zu entwickeln, der bei
der Schalldämpfung
effektiv ist und der Gegendruck selbst dann reduzieren kann, wenn
er in Zusammenhang mit bestimmten Hochleistungsmotoren verwendet wird.
Der im Patent '914
beschriebene Schalldämpfer basiert
teilweise auf denjenigen Prinzipien, gemäß denen die ankommenden Abgase
zunächst
aufgeteilt werden und dann vor dem Auslassen der Abgase aus dem
Schalldämpfer
wieder aufeinander zu laufen.
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In
US-A-5,444,197 (nachstehend als Patent '197 bezeichnet) werden das Konzept und
die Ausführung
des Patents '914
verbessert. Das Patent '197 umfasst
eine Reflektor-Zwischen-Unterteilung zwischen den aufgeteilten Abgasen
und den aufeinander zu laufenden Abgasen. Diese Zwischen-Unterteilung
leitet Teile der Schallkomponenten in den Abgasen von der Auslassöffnung des
Schalldämpfers
fort.
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Obwohl
die in dem Patent '914
und in dem Patent '197
beschriebenen Schalldämpfer
hocheffektiv sind und sowohl in Renn- als auch in Straßenfahrzeugen
häufig
verwendet werden, ist es immer höchst
wünschenswert,
den Schalldämpfer-Gegendruck
zu reduzieren und gleichzeitig Schallkomponenten in den Abgase weiter
zu dämpfen.
Ferner sind bei bestimmten Anwendungen die dem Stand der Technik
entsprechenden Schalldämpferausführungen
zu leise. Ein gewisses Maß an
Motor"brummen" bei niedrigen UpM
außerhalb
des Fahrzeugs ohne Nachhall im Fahrzeuginneren kann wünschenswert sein.
Aus diesem Grund ist es wünschenswert,
dass die Schallfrequenzen auf ein besonders angenehmes Frequenzprofil
eingestellt werden können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Einstellen des Schallpegelprofils eines
Motorabgassystems auf gewünschte
Pegel bereitzustellen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Senken der von einem Motorabgassystem erzeugten
Gesamtschallpegel bereitzustellen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Steuern von Niederdruckregionen in einem Motorabgassystem
bereitzustellen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine oder
mehrere der vorgenannten Aufgaben mit einem Schalldämpfer zu
lösen,
der kostengünstig
hergestellt und eingebaut werden kann und dessen Konstruktion dennoch
haltbar genug ist, um den harten Umgebungsbedingungen eines Motorabgassystems
standhalten zu können.
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Diese
und weitere Aufgaben der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Offenbarung der Erfindung und des Abschnitts über den besten Modus sowie
der beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
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Offenbarung
der Erfindung
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In
US-A-2,373,231 ist ein Schalldämpfer
mit einem Gehäuse
aus zwei miteinander verbundenen kegelstumpfförmigen Abschnitten beschrieben,
wobei die schmaleren Enden den Eingang und den Ausgang des Schalldämpfers bilden.
In dem Gehäuse befindet
sich eine Folge ineinandergeschachtelter kegelstumpfförmiger ringförmiger Ringe,
die an der Innenfläche
des Gehäuses
befestigt sind und sich nach innen vom Einlass zum Auslass hin verjüngen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen:
ein Schalldämpfer
mit einem Gehäuse
mit gleichmäßigem Querschnitt,
vorzugsweise einem rechteckigen Querschnitt, das eine Einlassöffnung,
eine Auslassöffnung und
ein Array von Unterteilungen aufweist, die in dem Gehäuse zwischen
der Einlassöffnung
und der Auslassöffnung
angebracht sind; wobei das Array von Unterteilungen aufweist: eine
Aufteil-Unterteilung, die zum Aufteilen des ankommenden Abgases
in Abgasströme
vorgesehen ist, welche in dem Gehäuse lateral entlang den nach
außen
gerichteten Außenenden
der Aufteil-Unterteilung geleitet werden; eine Kollektor-Unterteilung,
die in Strömungsrichtung
hinter der Aufteil-Unterteilung in dem Gehäuse befestigt ist und teilweise
eine Kollektoröffnung
bildet, wobei die Kollektor-Unterteilung derart ausgebildet ist,
dass sie die aufgeteilten Abgasströme aufeinander zu leitet, damit
diese eine kombinierte Strömung
durch die Kollektoröffnung
bilden; und eine erste Zwischen-Unterteilung zwischen der Aufteil-Unterteilung
und der Kollektor-Unterteilung, wobei die Aufteil-Unterteilung und
die erste Zwischen-Unterteilung konkav ausgebildet sind und ihr
konkaver Teil in stromabwärtiger Richtung
der Einlassöffnung
abgewandt ist, und die erste Zwischen-Unterteilung Außenenden
aufweist, die in stromabwärtiger
Richtung von den Außenenden
der Aufteil-Unterteilung beabstandet sind, wobei das aufgeteilten
Abgas entlang den Außenenden
der ersten Zwischen-Unterteilung strömt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Distanz zwischen der Kollektor-Unterteilung und den Außenenden
der Aufteil-Unterteilung und der ersten Zwischen-Unterteilung ungefähr gleich
ist, wodurch Strömungswege
mit im wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsflächen gebildet
werden. Die zwischen den nach außen gerichteten Außenendteilen
der Aufteil-Unterteilung und den nach außen gerichteten Außenendteilen
der ersten Zwischen-Unterteilung ausgebildeten Zwischenräume sind
vorzugsweise relativ zu dem Abgasströmungsweg ausgerichtet, so dass
in diesen Zwischenräumen
eine Niederdruckregion erzeugt wird, wenn Abgase entlang den nach
außen
gerichteten Außenenden
der Unterteilungen strömt.
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Die
Ausrichtung der Zwischenräume
zwischen den nach außen
gerichteten Endteilen der Aufteil- und Zwischen-Unterteilungen relativ
zu dem Strömungsweg
der Abgase erzeugt einen Venturieffekt, wobei die Niederdruckregion
zwischen den Unterteilungen gebildet werden. Vorzugsweise ist der Ausrichtwinkel
zwischen diesen Zwischenräumen und
dem Abgasströmungsweg
nicht größer als
ungefähr
einhundert Grad.
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Der
gesamte Zwischenraum zwischen den Aufteil- und Zwischen-Unterteilungen
ist im wesentlichen konkav ausgebildet und der Richtung des ankommenden
Abgases abgewandt. Auf diese Weise strömen die ankommenden Abgase
um die Aufteil-Unterteilung herum und entlang dem Zwischenraum zwischen
der Aufteil-Unterteilung und der Zwischen-Unterteilung. Vorzugsweise
ist der Zwischenraum zwischen den Aufteil- und Zwischen-Unterteilungen
von aufgeweiteten Unterteilungswänden
gebildet. Dadurch werden im wesentlichen V-förmige Unterteilungen mit parallelen
Unterteilungswänden gebildet,
die einen im wesentlichen V-förmigen
Zwischenraum bilden.
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Bei
einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, dass die Zwischen-Unterteilung
größer ist als
die Aufteil-Unterteilung, um bestimmte Frequenzen zu steuern. Beispielsweise
kann bei Rennwagenmotoren und einigen Straßen fahrzeugen eine größere Zwischen-Unterteilung
zu einem akzeptablen Geräuschpegel
bei niedrigen UpM führen.
Es ist jedoch möglich,
im wesentlichen gleich große
Aufteil- und Zwischen-Unterteilungen vorzusehen, und eine Aufteil-Unterteilung
vorzusehen, die größer ist
als die Zwischen-Unterteilung.
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Es
kann eine zweite Zwischen-Unterteilung entlang der ersten Zwischen-Unterteilung
vorgesehen sein. Die zweite Zwischen-Unterteilung ist wie die erste
Zwischen-Unterteilung derart ausgebildet, dass sie das Strömen der
Abgase an den Außenenden
der zweiten Zwischen-Unterteilung vorbei ermöglicht. Ferner sind die Zwischenräume zwischen den
Außenenden
der zweiten Zwischen-Unterteilung und der ersten Zwischen-Unterteilung
relativ zu dem Abgasströmungsweg
ausgerichtet, um eine Niederdruckregion in den Zwischenräumen zwischen
der ersten und der zweiten Zwischen-Unterteilung zu erzeugen. Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Zwischen-Unterteilung
im wesentlichen die gleiche Form haben, obwohl ihre relativen Größen variieren
können.
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Die
Aufteil-Unterteilung und die erste und die zweite Zwischen-Unterteilung
sind vorzugsweise derart angeordnet, dass Geräusche in den Zwischenräumen zwischen
diesen Unterteilungen gedämpft werden,
wenn Abgase an den Außenenden
der Unterteilungen vorbei geleitet werden. Die Außenteile der
Zwischenräume
zwischen der Aufteil-Unterteilung und der ersten und der zweiten
Zwischen-Unterteilung sind in einem Winkel relativ zu der Richtung des
Abgasstroms entlang den Außenenden
der Unterteilungen ausgerichtet, und dieser Winkel reicht aus, um
das Eintreten von Schallschwingungen in die Zwischenräume zwischen
den Unterteilungen zu ermöglichen,
ist jedoch nicht so groß,
um den Abgasstrom zu unterbrechen und eine beträchtliche Menge der Abgase von
dem Haupt-Abgasströmungsweg
abzuleiten.
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Die
Länge der
Zwischenräume
zwischen der Aufteil-Unterteilung und der ersten Zwischen-Unterteilung
sowie zwischen der ersten und der zweiten Zwischen-Unterteilung
sind selektiv veränderbar.
Es wird angenommen, dass die Zwischenräume mit unterschiedlicher Länge einen
wesentlichen Einfluss auf die von dem Schalldämpfer ausgehenden Schallfrequenzen
haben. Insbesondere dienen die Zwischenräume mit unterschiedlicher Länge zum
Abschalten oder in einigen Fällen
zum Einstellen von Schallkomponenten mit einer bestimmten Frequenz.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers zur
Schalldämpfung
vorgesehen.
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Die
Erfindung ist anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen,
in denen bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt sind, besser verständlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen
Ansichten die gleichen Teile. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht
des Innenaufbaus des erfindungsgemäßen Schalldämpfers;
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2 eine vergrößerte schematische
Ansicht der Außenenden
der Zwischenwände
in dem in 1 gezeigten
Schalldämpfer;
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3 eine 1 entsprechende schematische Ansicht,
die einen weiteren erfindungsgemäßen Schalldämpfer repräsentiert,
mit Darstellung eines absteigend angeordneten Unterteilungs-Arrays
mit vier Unterteilungen; und
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4 bis 7 jeweils grafische Darstellungen der
Schalldämpfer-Lautstärke in Dezibel
(dB) in Abhängigkeit
von der Schallfrequenz in Hertz bei einer Motordrehzahl von 1500
und 3000 UpM für
den in 3 gezeigten Schalldämpfer.
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Beste Art
der Durchführung
der Erfindung
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Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Schalldämpfer 10 ein
Gehäuse 21,
ein Einlassrohr 22 und ein Auslassrohr 26 auf.
Das Gehäuse 21 weist Seitenwände 25 und
Endwände 23 und 24 auf.
Das Einlassrohr 22 und das Auslassrohr 26 verlaufen durch
die Endwände 23 und 24.
Zur einfacheren Herstellung eines langlebigen Schalldämpfers mit
hoher Festigkeit sind die Seitenwände 25 des Gehäuses vorzugsweise
aus längsverlaufenden
Gehäusehälften gebildet,
die entlang längsverlaufenden
oberen und unteren Nähten
vorzugsweise durch Schweißen miteinander
verbunden sind. Die Einlass- und Auslassrohre sind mit den Endwänden verschweißt, und die
Endwände
sind an den Gehäusehälften angeschweißt oder
anderweitig an diesen befestigt. Eine detailliertere Beschreibung
des Aufbaus des Gehäuses 21 ist
in dem Patent '914
enthalten.
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Abgase
treten in das Einlassrohr 22 ein, wie durch Pfeil 27 angezeigt,
und treten durch das Auslassrohr 26 aus, wie durch Pfeil 29 angezeigt.
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "stromabwärtig" eine in dem Gehäuse 21 im wesentlichen
von dem Einlassrohr 22 weg auf das Auslassrohr 26 zu führende Richtung.
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In
dem Gehäuse 21 ist
eine Anfangs-Expansionskammer 28 von einer Anfangs-Unterteilung 30 gebildet,
die eine zentrale Öffnung 32 aufweist.
Die Funktion und die Operation der Expansionskammer 28 werden
später
beschrieben. Es ist ein Array von Unterteilungswänden 34 gebildet und
strom abwärts der Öffnung 32 in
dem Gehäuse 21 positioniert.
Das Unterteilungs-Array 34 weist
eine Aufteil-Unterteilung 36, eine erste Zwischen-Unterteilung 38 und
eine zweite Zwischen-Unterteilung 40 auf. Stromabwärts des
Unterteilungs-Arrays 34 befindet sich eine Kollektor-Unterteilung 42 mit
einer zentralen Kollektoröffnung 44.
Die Anfangs-Unterteilung 30, die Kollektor-Unterteilung 42 und
das Gehäuse 21 bilden
eine Haupt-Schalldämpfkammer 46.
Die Kollektor-Unterteilung 42, das Gehäuse 21 und die Endwand 24 des Gehäuses bilden
eine Vor-Auslasskammer 48.
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Die
Unterteilungen 30, 36, 38, 40 und 42 erstrecken
sich über
die gesamte Höhenabmessung des
Schalldämpfers 10,
bei der es sich um die Abmessung in der Figur handelt. Vorzugsweise
beträgt eine
solche Höhenabmessung
ungefähr
10–13
cm (4–5
Inch). Beim Zusammenbau können
diese Unterteilungen, von denen jede Flansche (die in späteren Figuren
gezeigt und erläutert
sind) aufweist, in die zusammengebauten Gehäusehälften des Gehäuses 21 eingesetzt
und dort verschweißt
werden. Ähnlich können die
Endwände 23 und 24 mit
Flanschen zum Anschweißen
der Endwände
an den Seitenwänden des
Gehäuses 21 versehen
sein. Ferner können
die Endwände 23,24 und
das Einlassrohr 22 und das Auslassrohr 26 mit
zusammenwirkenden Flanschen zum Anschweißen des Einlass- und des Auslassrohr an
dem Gehäuse
versehen sein.
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Vorzugsweise
sind die hier beschriebenen Schalldämpferkomponenten aus 16-Gauge-Aluminiumstahl
gefertigt, das hochfest und korrosionsbeständig und somit für Motorabgassysteme
geeignet ist und das dennoch relativ leicht ist. Andere auf dem Sachgebiet
bekannte vergleichbare Materialien können für die vorliegende Erfindung
verwendet werden.
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Ankommende
Abgase, die durch Pfeil 27 repräsentiert sind, bewegen sich
durch das Einlassrohr 22 in die Expansionskammer 28,
wie durch Pfeil 50 angezeigt. In der Expansionskammer 28 bilden
sich Grenzschichten 52 zwischen relativ stagnierenden Hochdruckregionen 54 und
einer Hochgeschwindigkeits- Niederdruckregion 56.
Der größte Teil
der Abgase strömt
durch die Niederdruckregion 56 und durch die Öffnung 32.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die relative Position des Einlassrohrs 22 entlang
der Breite der Gehäuseendwand 23 selektiv
veränderbar
ist und im wesentlichen von von der Chassis- und Auspuffrohrkonfiguration
des Fahrzeugs, in das der Schalldämpfer eingebaut ist, diktierten
Einbaukriterien abhängt. Es
sei ferner darauf hingewiesen, dass die Expansionskammer 28 weggelassen
werden kann, wie es bei dem im Patent '197 beschriebenen Schalldämpfer der
Fall ist. Durch Vorsehen der Expansionskammer 28 wird die
Konfiguration des Schalldämpfers 10 mit einer
beliebigen Einbaustelle des Einlassrohrs 22 entlang der
Breite des Schalldämpfers
kompatibel. Beispielsweise kann das Einlassrohr 22 zentral
angeordnet und mit der Öffnung 32 ausgerichtet
sein, oder das Einlassrohr 22 kann auf der anderen Seite der
Gehäusewand 23 angeordnet
sein. In beiden Fällen
bilden sich Grenzschichten, wie die Grenzschichten 52,
in der Expansionskammer zwischen dem Rand des Einlassrohr 22 und
dem Rand der Öffnung 32.
Obwohl die Deflektor-Unterteilungen zum direkten Führen der
Abgase durch die Expansionskammer 28 zwischen dem Einlassrohr 22 und
der Öffnung 32 vorgesehen
sein können,
hat sich herausgestellt, dass bei einer Konfiguration der Expansionskammer 28 derart,
dass sich Grenzschichten zwischen dem Einlassrohr und der Anfangs-Unterteilungs-Öffnung bilden
können,
ein geringerer Gegendruck erzeugt wird als es der Fall ist, wenn
Deflektor-Unterteilungen vorgesehen sind.
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Pfeil 60 repräsentiert
die in die Schalldämpfkammer 46 eintretenden
Abgase. Die Aufteil-Unterteilung 36 befindet sich in der
Kammer 46 zum Aufnehmen der ankommenden Abgase 60 und
Aufteilen dieses Gasstroms in Richtung der Seitenwände 25 des
Gehäuses.
Die aufgeteilten Abgasströme
sind durch Pfeile 62 repräsentiert. Die aufgeteilten
Abgase 62 bewegen sich um die Außenenden der Aufteil-Unterteilung 36 herum
und strömen
an der ersten und der zweiten Zwischen-Unterteilung 38, 40 vorbei, wie
von Pfeilen 64 angezeigt. Die Kollektor-Unterteilung 42 bewirkt,
dass die aufgeteilten Abgase 64 wieder aufeinander zu strömen und
durch die Kollektoröffnung 44 hinausströmen, wie
durch Pfeile 68 angezeigt. Die wiedervereinigten Abgase
strömen
vor dem Austreten durch das Auslassrohr 26 durch die Vor-Auslasskammer 48,
wie durch Pfeil 78 angezeigt.
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In
der Vor-Auslasskammer 48 bilden sich Grenzschichten 72, ähnlich den
Grenzschichten 52 der Expansionskammer 28, um
Hochdruckregionen 74 und Niederdruckregionen 76 zu
bilden. Der größte Teil
der Abgase strömt
durch die Region 76. Wie hier verwendet bezeichnen die
Ausdrücke "Hauptströmungsweg" und "Abgasströmungsweg" den Weg, den der
Großteil
der Abgase nimmt, wenn sie sich durch den Schalldämpfer 10 bewegen,
wobei der Pfad kollektiv durch die Pfeile 50, 60, 62, 64, 68 und 78 angezeigt
ist. Ferner bedeutet die Darstellung der Grenzschichten 52, 72 nicht,
dass es keine weiteren Grenzschichten in der Kammer 46 gibt.
Es bilden sich wahrscheinlich zahlreiche solcher Grenzschichten
in der Hauptkammer, aber da die Gasstrom-Phänomene in der Hauptkammer nicht
vollständig
verstanden werden müssen,
ist nicht versucht worden, die Positionen dieser Grenzschichten
darzustellen.
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2 zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht
der nach außen
gerichteten Außenenden
der Unterteilungen 36, 38, 40 und der
benachbarten Kollektor-Unterteilungswand 42. Außenendteile 80 der Unterteilungen 36, 38, 40 bilden
zwischen diesen liegende Zwischenräume 82. Die Zwischenräume 82 sind
relativ zu dem Strömungsweg
der Abgase 64 ausgerichtet, um eine Niederdruckregion in
den Zwischenräumen 82 zu
bilden, wenn die Abgase 64 an den Außenenden 86 vorbeiströmen. Dadurch
wird so etwas wie ein Venturieffekt erzeugt, wobei die Abgase 64 Gase
aus den Zwischenräumen 82 ansaugen, wodurch
Niederdruckregionen zwischen den Unterteilungswänden erzeugt werden. Die Ausrichtung
der Zwischenräume 82 relativ
zu dem Strömungsweg 64 erfolgt
derart, dass Schallschwingungen in die Zwischenräume 82 eintreten und
von den Unterteilungswänden
reflektiert werden, so dass die Schallschwingungen vor dem Austritt
aus dem Schalldämpfer
zwischen den Unterteilungen gedämpft
werden.
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Vorzugsweise
ist der Ausrichtungswinkel zwischen den Zwischenräumen 82 und
dem Strömungsweg
der Abgase 64 nicht so groß, dass eine beträchtliche
Menge der Abgase 64 in die Zwischenräume 82 abgeleitet
wird. Mit anderen Worten: der Strom der Abgase 64 sollte
im wesentlichen nicht von den Enden 86 der Unterteilungswände unterbrochen werden.
In 2 sind die Zwischenräume 82 im
wesentlichen mit den Unterteilungswänden 80 ausgerichtet
und beträgt
der Winkel zwischen der Ausrichtung der Zwischenräume 82 und
dem Strömungsweg der
Abgase 64 ungefähr
neunzig Grad. Vorzugsweise ist dieser Ausrichtungswinkel nicht größer als
ungefähr
einhundert Grad. Wenn der Winkel zwischen der Ausrichtung der Zwischenräume 82 und
dem Strömungsweg
der Abgase 64 zu groß ist,
kann eine beträchtliche
Menge der Abgase in die Zwischenräume 82 strömen, wodurch
der Abgasstrom unterbrochen wird und die Niederdruckregionen zwischen den
Unterteilungswänden
gestört
werden. Dadurch kann möglicherweise
der Gegendruck in dem Abgassystem erhöht werden. Ferner beeinträchtigt die
Ableitung der Abgase in die Zwischenräume 82 die durch das
Erzeugen der Niederdruckregionen in den Zwischenräumen 82 erzielten
Vorteile hinsichtlich der Schalldämpfung.
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1 und 2 zeigen das Unterteilungs-Array 34 in
Form eines absteigend angeordneten Arrays, wobei die erste Zwischen-Unterteilung 38 kleiner
ist als die Aufteil-Unterteilung 36 und die zweite Zwischen-Unterteilung 40 noch
kleiner ist. Zwischenräume 81, 81' sind als Zwischenräume zwischen
den Unterteilungen 36, 38, 40 ausgebildet.
Die Außenendteile
der Zwischenräume 81, 81' sind in 2 als Zwischenräume 82 bezeichnet.
Da die Unterteilungen 36, 38, 40 aufgeweitet
sind, bilden sie jeweils eine V-Form, so dass die Zwischenräume 81, 81' im wesentlichen
V-förmig
ausgebildet sind. Die Unterteilungen 36, 38, 40 können jedoch
anders ausgebildet sein, wie z. B. C-förmig, oder die Unterteilungen
können
möglicherweise
gerade ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Unterteilungen jedoch
im wesentlichen schalenförmig
oder konkav ausgebildet. Ferner können diese Unterteilungen in
etwa planare Flä chen
aufweisen oder als bogenförmige
oder sphärische
Flächen
ausgebildet sein.
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Gemäß 2 hat jeder Strömungsweg 64 eine
im wesentlichen gleichförmige
Querschnittsfläche
(Z) zwischen den Außenenden
der Aufteil-Unterteilung 36 und den Zwischen-Unterteilungen 38, 40 und
der Kollektor-Unterteilung 42. Zur Erzielung einer Schalldämpfung und
einer Reduzierung des Gegendrucks wird ferner die Länge der
Zwischenräume 81, 81' und die Beziehung
zwischen den Außenteilen 82 der
Zwischenräume 81, 81' und dem Hauptströmungsweg
der Abgase an den Zwischenräumen 82 vorbei
als wichtiger Faktor angesehen. Generell ist es jedoch vorteilhaft,
dass die Zwischenräume 81, 81' konkav ausgebildet
und den ankommenden Abgasen 60 abgewandt sind.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform
eines Schalldämpfers 410,
der dem in 1 schematisch
dargestellten Schalldämpfer
im wesentlichen gleich ist. Der Schalldämpfer 410 weist Unterteilungen 430, 435 und
ein Strömungsrohr 433 auf,
die nicht funktionsbeteiligte Helmholtz-Kammern 437 bilden.
Der Schalldämpfer 410 weist
ferner ein Unterteilungs-Array 434 auf, das wie das des
in 1 gezeigten Schalldämpfers als
absteigend angeordnetes Array ausgebildet ist, mit der Ausnahme,
dass eine dritte Zwischen-Unterteilung 443 den Unterteilungen 436, 438, 440 hinzugefügt worden
ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass bei dem Schalldämpfer 410 sowie bei
dem in 1 und 2 gezeigten Schalldämpfer die
Distanzen zwischen den Außenenden
der Aufteil- und Zwischen-Unterteilungen und der Kollektor-Unterteilung,
wie durch Bezugszeichen Z gezeigt, ungefähr gleich sind. Dadurch wird
ein Strömungsweg
für die
Abgase durch eine Kammer 446 gebildet, der eine im wesentlichen gleichförmige Querschnittsfläche aufweist.
Folglich wird der Hauptabgasstrom nicht unterbrochen und können die
Zwischenräume
zwischen den Unterteilungswänden
zum Steuern der Schallfrequenzen dienen.
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Bei
dem in 1 gezeigten Schalldämpfer werden
im Vergleich zu einem Schalldämpfer
ohne Zwischen-Unterteilungen 38,40 höhere Frequenzen beträchtlich
reduziert und viele Antriebsbereichs-Resonanzfrequenzen eliminiert,
die bei ungefähr 1700–2500 UpM
auftreten. Oberhalb von 3500 UpM wird das Gesamtschallvolumen um
ungefähr
3–6 dBA
reduziert. Der Luftstrom ist bei dieser Konfiguration des Schalldämpfers 10 mindestens
gleichbleibend, wenn nicht sogar besser. Es wird angenommen, dass
das Vorsehen von drei Unterteilungen für das Unterteilungs-Array die
zum Erzielen einer optimalen Schallleistung wünschenswerte Anzahl ist. Es wird
angenommen, dass das Vorsehen von zwei Unterteilungen für das Unterteilungs-Array
zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führt und das Vorsehen von vier
Unterteilungen, wie in 3 gezeigt,
ebenfalls zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führt; die Schalldämpfer, die
mit drei Unterteilungen in ihrem Unterteilungs-Array getestet wurden,
hatten jedoch subjektiv den besten Klang.
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Obwohl
in den Zeichnungen nicht dargestellt, können die Unterteilungswände der
verschiedenen in den unterschiedlichen Ansichten gezeigten Unterteilungen
mit einer oder mehreren kleinen Entlüftungslöchern oder Öffnungen versehen sein, die ein
Verbrennen von in dem Gehäuse
des Schalldämpfers
befindlichem Kraftstoff ermöglichen.
Solche Öffnungen
sollten klein genug sein, um so wenige Schallschwingungen wie möglich durch
die Öffnungen
durchzulassen.
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4–6 zeigen
die Ergebnisse von Funktionstests für den in 3 gezeigten Schalldämpfer mit absteigend angeordnetem
Array. Jedes in diesen Figuren dargestellte Diagramm zeigt die Lautstärke gemessen
in Dezibel in Abhängigkeit
von der Frequenz gemessen in Hertz für einen Standard-Flowmaster-Schalldämpfer und
für den
in 3 gezeigten Schalldämpfer. Ein
Standard-Flowmaster-Schalldämpfer ist
im Patent '197 anhand
von 1 dieses Patents
beschrieben. 4 und 5 umfassen einen Schallfrequenzbereich
von ungefähr
15,4 Hz bis ungefähr
72,86 Hz. 6 umfasst
einen Schallfrequenzbereich von 183,02 Hz bis 230,41 Hz. Die Frequenzen
zwischen 72,86 Hz und 183,02 Hz sind entweder nicht vollständig getestet
worden oder haben, wenn sie getestet worden sind, zu ungefähr äquivalenten
Dezibelanzeigen geführt.
Der Fahrzeugmotor, in den die Schalldämpfer eingebaut waren, liefen
mit ungefähr
1500 UpM, was einer normalen Reisegeschwindigkeit entspricht.
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Gemäß 4–6 war
der in 3 gezeigte Schalldämpfer mit
einem absteigend angeordneten Unterteilungs-Array in den genannten
Frequenzbereichen deutlich leiser. Bei einer Frequenz von 205,35
Hz war der Unterschied größer als
7 Dezibel. Bei den in 4–6 dargestellten Schallpegeln
handelt es sich im wesentlichen um die Schallpegel, die im Inneren
eines Fahrzeugs zu hören
sind. Da diese Schallpegel von dem in 3 gezeigten
Schalldämpfer
deutlich reduziert werden, sollte dieser Schalldämpfer einen weiten Anwendungsbereich
auf dem Markt finden.
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7 zeigt die Ergebnisse eines
Funktionstests für
den in 3 gezeigten Schalldämpfer und einen
Standard-Flowmaster-Schalldämpfer,
wenn diese in einen mit 3000 UpM laufenden Motor eingebaut sind.
Bei dieser höheren
Motordrehzahl, die Rennbedingungen sowie harten Beschleunigungsbedingungen
näher kommt,
war der in 3 gezeigte Schalldämpfer bei
Schallfrequenzen zwischen 578,76 Hz und 1090,18 Hz deutlich leiser.
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Es
ist für
Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, dass zahlreiche Änderungen,
Modifikationen, Hinzufügungen
und Weglassungen an dem in den Zeichnungen gezeigten und in der
Spezifikation beschriebenen Schalldämpfer vorgenommen werden können, ohne
dass dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Entsprechend darf die vorliegende Erfindung nicht auf die in der Spezifikation
offenbarten spezifischen Ausführungsformen
beschränkt
werden, sondern nur durch die beiliegenden Patentansprüche, die
gemäß anerkannter
rechtlicher Grundsätze
ausgelegt werden, einschließlich
des Äquivalenzgedankens
und des Konzepts der umgekehrten Anordnung von Teilen, eingeschränkt werden.