EP0274659B1 - Absorptions-/Reflexions-Abgasschalldämpfer - Google Patents

Absorptions-/Reflexions-Abgasschalldämpfer Download PDF

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EP0274659B1
EP0274659B1 EP87118057A EP87118057A EP0274659B1 EP 0274659 B1 EP0274659 B1 EP 0274659B1 EP 87118057 A EP87118057 A EP 87118057A EP 87118057 A EP87118057 A EP 87118057A EP 0274659 B1 EP0274659 B1 EP 0274659B1
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    • F01N2490/155—Plurality of resonance or dead chambers being disposed one after the other in flow direction

Definitions

  • the invention relates to an absorption / reflection exhaust gas muffler, in particular in a multi-stage exhaust gas muffler system with a main muffler connected upstream of a rear muffler, with a resonator tube tuned to low frequencies, with a resonator tube arranged in the exhaust gas flow counter to the direction of flow of the main gas stream.
  • the invention is therefore based on the object of designing an absorption / reflection exhaust gas silencer of the type mentioned at the outset in such a way that it ensures, with simple expenditure, a high level of decoupling of the sound component to be damped in the reflector and in particular in this way the so-called start-up hum can be eliminated.
  • the resonator tube projects into the exhaust gas stream, the ratio of the cross section to the cross section of the exhaust gas duct surrounding it being approximately 1: 3 in the mouth region of the resonator tube.
  • the direct protrusion of the resonator tube into the exhaust gas flow - which is in contrast to the construction of an exhaust gas silencer as described in DE-PS 28 39 756 - also has a number of consequences with regard to sound attenuation, which do not occur in the arrangement according to this patent specification can.
  • the direct protrusion of the resonator tube 7 into the sound-guiding channel 6 results in a cross-sectional constriction, which results in a reflection attenuation according to the formula leads.
  • a very important special feature of this direct protrusion of the resonator tube which is not present in DE-PS 28 39 756, also results from the special objective of the present invention, namely the damping of low frequencies. If you assume, for example, a frequency of 60 Hz, the wavelength at an exhaust gas temperature of 400 ° C (calculated from the formula therefore approx.8.7 m. A wave of this wavelength can only be coupled into a resonator via a resonator tube if the sound wave runs directly into the resonator tube. If, for example, a cross tube were connected to the side, which runs transversely to the sound-conducting channel, a sound wave with such a large wavelength cannot be coupled in at all.
  • the perforated exhaust pipe passing through the absorber part should be designed as curved as possible, it has also proven to be advantageous if the exhaust pipe has a counter-cone downstream of the mouth of the resonator pipe.
  • absorption exhaust muffler with an additional built-in special resonator can also be used on its own, it has proven to be particularly effective to use it as part of a multi-stage exhaust muffler system, and because of its very favorable damping properties it is sufficient to have a rear muffler connected downstream to be designed as a simple Helmholtz resonator, whereas in the case of previous multi-stage exhaust silencers it was usually necessary to design the rear silencer in a very complex manner in order to achieve the desired damping values. It is up to the particular engine conditions whether a front silencer is used or not, the structure of the front silencer being relatively uncritical with regard to the damping properties of the main silencer.
  • the muffler shown in FIGS. 1 and 2 particularly suitable as a center muffler in multi-stage exhaust gas muffler systems, comprises a preferably made of drawn Half-shell muffler housing 1, in which a first absorber-muffler chamber 2 is arranged, which is penetrated by a curved exhaust pipe 3 provided with gas outlet bores 4, which are only indicated in the illustration. From the inlet pipe 5, which can be coupled, for example, to the outlet of a pre-silencer, the exhaust pipe initially widens to a nominal exhaust duct inlet cross section D.
  • the arrangement is chosen such that the central section 9 of the U-shaped resonator tube runs essentially closely adjacent to one of the narrow sides of the flat muffler housing 1, so that it lies between this narrow side and a corresponding indentation 10 between the absorber section 2 and the Resonator space 8 arranged lid 11 can be inserted.
  • a counter cone 12 is provided downstream of the mouth of the resonator tube 7, the distance of which from the point 6, at which the nominal exhaust gas duct cross section D is reached, should correspond approximately to this diameter D.
  • the frequency F at which the start-up hum occurs is determined by the basic motor frequency at the corresponding speed n and results in (Number of cylinders), which means a frequency of about 50 Hz for a 4-cylinder engine and a frequency of 75 Hz for a 6-cylinder engine.
  • the frequency of the resonator formed by the resonator tube 7 and the resonance chamber 8 is placed on this corresponding frequency value, this frequency resulting where V is the resonator volume, A is the cross-sectional area of the resonator tube and 1 is its length. This is also indicated in the exemplary embodiment according to FIGS.
  • a simple Helmholtz resonator is shown as it can be used in connection with a silencer according to Figures 1 and 2 as a rear silencer. Due to the particularly advantageous damping properties of the resonator according to FIGS. 1 and 2, no complicated rear silencer is required, but a simple rear silencer such as that shown in FIG. 3 is sufficient for practically all applications.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorptions-/Reflexions-Abgasschalldämpfer, insbesondere in einer mehrstufigen Abgasschalldämpferanlage mit einem einem Nachschalldämpfer vorgeschalteten Hauptschalldämpfer, mit einem auf tiefe Frequenzen abgestimmten, direkt beaufschlagten Resonator, mit einem im Abgasstrom entgegen der Strömungsrichtung des Hauptgasstroms angeordneten Resonatorrohr.
  • Neben reinen Absorptions-Schalldämpfern und entsprechend reinen Resonator-Schalldämpfern sind auch bereits Kombinationsanordnungen vorgeschlagen worden (man vergleiche beispielsweise die Deutsche Offenlegungsschrift 30 35 332, sowie FR-A-2131431), bei denen innerhalb eines Schalldämpfergehäuses ein Abgasschalldämpfer mit einem Resonator kombiniert ist, um spezielle Frequenzen selektiv im Resonator zu bedämpfen. Ein wesentliches Problem besteht dabei in der Ankopplung des Resonators, damit er auch wirklich einen nennenswerten Anteil des im Hauptgasstrom geführten Schallfrequenzbereichs auskoppeln und entsprechend bedämpfen kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Absorptions-/Reflexions-Abgasschalldämpfer der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er bei einfachem Aufwand eine hohe Auskopplung des im Reflektor zu bedämpfenden Schallanteils gewährleistet und insbesondere auf diese Weise der sog. Anfahrbrumm beseitigt werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Resonatorrohr in den Abgasstrom hineinragt, wobei das Verhältnis des Querschnitts zum Querschnitt des ihn umgebenden Abgaskanals im Einmündungsbereich des Resonatorrohrs etwa 1 : 3 beträgt.
  • Das direkte Hineinragen des Resonatorrohrs in den Abgasstrom - das im Gegensatz zum Aufbau eines Abgasschalldämpfers steht, wie er in der DE-PS 28 39 756 beschrieben ist - hat auch eine Reihe von Konsequenzen hinsichtlich der Schalldämpfung, die bei der Anordnung nach dieser Patentschrift nicht auftreten können. So ergibt sich durch das direkte Hineinragen des Resonatorrohrs 7 in den schallführenden Kanal 6 eine Querschnittsverengung, die zu einer Reflexionsdämpfung entsprechend der Formel
    Figure imgb0001
     führt.
  • Eine ganz wesentliche Besonderheit dieses direkten Hineinragens des Resonatorrohrs, das bei der DE-PS 28 39 756 nicht vorhanden ist, ergibt sich auch aus der besonderen Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, nämlich der Dämpfung tiefer Frequenzen. Geht man nämlich beispielsweise von einer Frequenz von 60 Hz aus, so ist die Wellenlänge bei einer Abgastemperatur von 400°C (errechnet aus der Formel
    Figure imgb0002
     also ca. 8,7 m. Eine Welle dieser Wellenlänge kann aber überhaupt nur über ein Resonatorrohr in einen Resonator eingekuppelt werden, wenn die Schallwelle unmittelbar in das Resonatorrohr hineinläuft. Würde man beispielsweise seitlich ein Querrohr ankoppeln, das quer zum schallführenden Kanal verläuft, so kann man eine Schallwelle mit einer derart großen Wellenlänge überhaupt nicht einkoppeln. Da nun aber bei der Entgegenhaltung 3 das schallführende Gas nicht wirklich an dem Resonatorrohr R vorbeiströmt, so daß die vorstehend genannte direkte Einlaufkopplung stattfinden kann - der Abgasstrom hat sich ja längst vor Beginn des Resonatorrohrs R bereits links und rechts in die Rohre L verzweigt- , wird auch dort nicht die erfindungsgemäß angestrebte starke Einkopplung tiefer Frequenzen überhaupt stattfinden können.
  • Besonders günstige Bedämpfungen erzielt man dabei in Weiterbildung der Erfindung, wenn der Abstand zwischen dem Resonatorrohr und dem Abgaskanaleintrittsquerschnitt etwa gleich dessen Durchmesser ist.
  • Um eine Durchstrahlung des Absorptions-Schalldämpferteils zu vermeiden, soll das den Absorberteil durchsetzende gelochte Abgasrohr möglichst gekrümmt ausgebildet sein, wobei es sich weiter als vorteilhaft erwiesen hat, wenn das Abgasrohr stromabwärts der Einmündung des Resonatorrohrs einen Gegenkonus aufweist.
  • Sehr günstige Verhältnisse, insbesondere auch was den Aufbau anlangt, da in diesem Fall der Deckel zwischen Resonator und Absorberteil ohne Einfädeln des Resonatorrohrs einfach eingelegt werden kann, ergeben sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß das etwa um 180°C gebogene Resonatorrohr mit seinem Mittelabschnitt unmittelbar der einen schmalen Seitenwand des flach ausgebildeten Schalldämpfergehäuses benachbart verläuft, wobei das Schalldämpfergehäuse in an sich bekannter Weise bevorzugt aus gezogenen Halbschalen aufgebaut sein kann, was eine besonders günstige Anpassung an den Unterboden des Fahrzeugs und damit eine Reduzierung des CW-Werts erlaubt.
  • Obgleich der vorstehend beschriebene Absorptions-Abgasschalldämpfer mit zusätzlich eingebautem speziellem Resonator auch für sich alleine verwendet werden kann, hat es sich als besonders wirksam erwiesen, ihn in als Teil einer mehrstufigen Abgasschalldämpferanlage einzusetzen, wobei es wegen seiner sehr günstigen Dämpfungseigenschaften ausreicht, einen ihm nachgeschalteten Nachschalldämpfer als einfachen Helmholtz-Resonator auszubilden, während es bei bisherigen mehrstufigen Abgasschalldämpfern zur Erzielung der gewünschten Dämpfungswerte meist erforderlich war, auch den Nachschalldämpfer sehr bauaufwendig auszulegen. Dabei bleibt es den jeweiligen speziellen Motorverhältnissen überlassen, ob zusätzlich noch ein Vorschalldämpfer eingesetzt wird oder nicht, wobei der Aufbau des Vorschalldämpfers hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften des Hauptschalldämpfers relativ unkritisch ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Absorptions-Schalldämpfer mit angekoppeltem Resonator,
    Fig. 2
    einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und
    Fig. 3
    einen Längsschnitt durch einen Nachschalldämpfer, wie er bevorzugt in Verbindung mit einem Schalldämpfer nach den Figuren 1 und 2 bei mehrstufigen Abgasschalldämpferanlagen Verwendung finden kann.
  • Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte, insbesondere als Mittelschalldämpfer in mehrstufigen Abgasschalldämpferanlagen geeignete Schalldämpfer umfaßt ein vorzugsweise aus gezogenen Halbschalen aufgebautes Schalldämpfergehäuse 1, in welchem eine erste Absorber-Schalldämpferkammer 2 angeordnet ist, die von einem gekrümmten, mit nur andeutungsweise gezeigten Gasaustrittsbohrungen 4 versehen Abgasrohr 3 durchsetzt ist. Vom Eintrittsrohr 5, das beispielsweise an den Auslaß eines Vorschalldämpfers gekoppelt sein kann, erweitert sich das Abgasrohr zunächst bis zu einem Nenn-Abgaskanaleintrittsquerschnitt D. Etwa in diesem Bereich mündet entgegen der Gasströmrichtung ein Resonatorrohr 7 in den Abgaskanal ein, welches im wesentlichen U-förmig gebogen in eine Resonatorkammer 8 mit dem Volumen V einmündet. Zur Montageerleichterung ist dabei die Anordnung so gewählt, daß der Mittelabschnitt 9 des U-förmigen Resonatorrohrs im wesentlichen eng benachbart an einer der Schmalseiten des flachen Schalldämpfergehäuses 1 verläuft, so daß er zwischen dieser Schmalseite und einer entsprechenden Einbuchtung 10 des zwischen dem Absorberabschnitt 2 und dem Resonatorraum 8 angeordneten Deckels 11 eingelegt werden kann. Stromabwärts von der Mündungsstelle des Resonatorrohrs 7, deren Abstand vom Punkt 6, an dem der Nenn-Abgaskanaleintrittsquerschnitt D erreicht ist, etwa diesem Durchmesser D entsprechen soll, ist ein Gegenkonus 12 vorgesehen.
  • Die Frequenz F, bei der der Anfahrbrumm auftritt, wird bestimmt durch die Motorgrundfrequenz bei der entsprechenden Drehzahl n und ergibt sich zu
    Figure imgb0003
     (Zylinderanzahl), was für einen 4-Zylindermotor eine Frequenz von etwa 50 Hz und für einen 6-Zylindermotor eine Frequenz von 75 Hz bedeutet. Auf diesen entsprechenden Frequenzwert legt man die Frequenz des durch das Resonatorrohr 7 und den Resonanzraum 8 gebildeten Resonators, wobei sich diese Frequenz ergibt zu
    Figure imgb0004
     wobei V das Resonatorvolumen, A die Querschnittsfläche des Resonatorrohrs und 1 dessen Länge ist. Andeutungsweise ist im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 auch das Flächenverhältnis des Resonatorrohrquerschnitts zum Abgaskanaleintrittsquerschnitt D zu etwa 1:3 gewählt, wodurch sich - wie durch umfangreiche Versuche nachgewiesen werden konnte - besonders gute Dämpfungseigenschaften ergeben. In Fig. 3 ist ein einfacher Helmholtzresonator dargestellt, wie er in Verbindung mit einem Schalldämpfer nach den Figuren 1 und 2 als Nachschalldämpfer verwendet werden kann. Durch die besonders vorteilhaften Dämpfungseigenschaften des Resonators nach den Figuren 1 und 2 bedarf es keines komplizierten Nachschalldämpfers, sondern es genügt für praktisch alle Anwendungsfälle ein derart einfacher Nachschalldämpfer, wie er in Fig. 3 gezeigt ist.

Claims (8)

  1. Absorptions-/Reflexions-Abgasschalldämpfer, insbesondere in einer mehrstufigen Abgasschalldämpferanlage mit einem einem Nachschalldämpfer vorgeschalteten Hauptschalldämpfer, mit einem auf tiefe Frequenzen abgestimmten, direkt beaufschlagten Resonator, mit einem im Abgasstrom entgegen der Strömungsrichtung des Hauptgasstroms angeordneten Resonatorrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonatorrohr (7) in den Abgasstrom hineinragt, wobei das Verhältnis des Querschnitts (Ar) des Resonatorrohrs (7) zum Querschnitt (AAK) des ihn umgebenden Abgaskanals im Einmündungsbereich des Resonatorrohrs (7) etwa 1 : 3 beträgt.
  2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz
    Figure imgb0005
     des Resonators auf die Frequenz des Anfahrbrumms
    Figure imgb0006
     abgestimmt ist, wobei V das Volumen des Resonators, 1 die Länge und A den Querschnitt des Resonatorrohrs, n die Drehzahl des Motors und z die Zylinderanzahl bedeutet.
  3. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Resonatorrohr (7) und dem Abgaskanaleintrittsquerschnitt (6) etwa gleich dessen Durchmesser (D) ist.
  4. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Absorberteil durchsetzende gelochte Abgasrohr (3) gekrümmt ist.
  5. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (3) stromabwärts der Einmündung des Resonatorrohrs (7) einen Gegenkonus (12) aufweist.
  6. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das etwa um 180° gebogene Resonatorrohr mit seinem Mittelabschnitt unmittelbar der einen schmalen Seitenwand des flach ausgebildeten Schalldämpfergehäuses (1) benachbart verläuft.
  7. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpfergehäuse (1) aus gezogenen Halbschalen aufgebaut ist.
  8. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihm ein als einfacher Helmholtz-Resonator aufgebauter Nachschalldämpfer nachgeschaltet ist.
EP87118057A 1986-12-09 1987-12-07 Absorptions-/Reflexions-Abgasschalldämpfer Expired - Lifetime EP0274659B1 (de)

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DE3641942 1986-12-09

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Publication Number Publication Date
EP0274659A1 EP0274659A1 (de) 1988-07-20
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