SE430352B

SE430352B - Insugningsljuddempare for forbrenningsmotorer

Info

Publication number: SE430352B
Application number: SE7806153A
Authority: SE
Inventors: S Chiba; K Konuma; H Ishizaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1977-05-30
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1983-11-07
Also published as: DE2823393A1; FR2393163B1; FR2393163A1; DE2823393C2; US4254746A; SE7806153L

Description

15 20 25 30 35 40 på avgasröret. öppningen 1c står i förbindelse med en insugningskanal lf som ansluts till utloppsdelen av en förgasare S för bränslemat- ning. Förgasaren 5 inbegriper ett venturirör Sa, ett munstycke 8a i venturiröret Sa för att mata in bränsle från en flottörkammare 8, ett förgasarspjäll 6 i kanalen efter venturiröret Sa för att reglera mängden av bränsleluftblandningen och ett chokespjäll 7a före venturiröret Sa för att reglera luftflödet. En luftrenare är ansluten till förgasarens 5 inlopp för att rena insugnings- luften.

I insuget inklusive förgasaren genereras insugníngsbuller när bränsleluftblandníngen sugs in. Genom att inte bara dämpa av- gasbullret utan också insugningsbullret kan den totala 1judnivån_g från motorn begränsas för att uppnå en tyst motor. Insugningsbullret har försummats i jämförelse med åtgärderna mot_avgasbullret. In- sugningsbuller alstras av följande orsaker.

För det första bildas ett insugningsljud under insugnings- takten, och detta ljud låter som från en momentan återströmníng av avgas- och kompressionstrycket på grund av tídsföljden av insug- ningsventilens öppnande och stängande, och luftströmmar.

För det andra bildas ett resonansljud när insugningsljudet kommer i resonans inuti insuget. Insuget har en bestämd längd på grund av dess inverkan på insugningsförmågan och motorns gång och uppför sig som en resonanslåda. Insugningsljudet utgör 20-25% av insugningsbullret, och resonanserna utgör 75-80%.

I en bil är i huvudsak alla delar av inte bara luftrenare och förgasare utan också insugnings- och bränslematníngsanordningar placerade i ett motorrum täckt av en huv.

På en motorcykel är inte endast_motorn utan även insugnings- och bränslematningssystemen oskärmade. Om många olika anordningar används för att dämpa insugningsbullret kommer insuget att bli för stort och försämra motorcykeln konstruktions- och utseende- mässigt.

Behov finns därför av en anordning som effektivt dämpar in- sugningsbuller, som är så liten och lätt att den kan placeras in i det begränsade utrymmet på en motorcykel utan att därför för- sämra denna i konstruktivt avseende eller vad utseendet beträffar.

Uppfínningen tillhandahåller en sådan anordning mot insug- ningsbuller från en förbränningsmotor. Anordningen innefattar åtminstone ett insug med insugningsventil, insugningskanal och 10 15 20 25 30 35 40 delar av ett bränslematningssystem. Anordningen innefattar också åtminstone ett insugningsrör med i huvudsak konstant tvärsnitts- area vars ena ände står i förbindelse med atmosfären. Anordningen innefattar vidare en expansionskammare placerad mellan och i för- bindelse med både insuget och insugningsröret. Expansionskammaren har större tvärsníttsarea än insuget och har en väsentlig volym.

Kvoten mellan insugningsrörets och insugets längder ligger mellan 0,7 och 1,4.

Enligt uppfinningen är vid en anordning som dämpar insug- ningsbuller från förbränníngsmotorer ett insug anordnat genom att placera en bränslematningsanordning i en kanal som förenar en expansionskammare med förbränningsrummet, varvid insugets längd och insugningsrörets längd som förenar expansionskammaren med atmosfären är på förhand bestämda och varvid expansionskammarens volym är så vald att resonansljudet reduceras och insugnings- bullret dämpas. , Enligt ett annat kännetecken ligger om insugets längd är L och insugningsrörets längd är 1 kvoten l/L mellan 0,7 och 1,4, företrädesvis 0,9-1,2. Enligt ännu ett kännetecken är om kvoten l/L ligger mellan 0,7 och 1,4 i relationen mellan expansions- kammarens volym V och ínsugningsrörets tvärsníttsarea S uttrycket Lcs/vpåšoßz satisfierat.

Enligt en ytterligare utföringsform är insuget anslutet separat till varje cylinder hos en flercylindrig motor och står i förbindelse med expansionskammaren varvid insugets och insug- níngsrörets längder uppfyller villkoren ovan.

Enligt uppfinningen kan vidare om insuget ansluts separat till varje cylinder i en flercylindrig motor insugen förenas till ett enda rör, vilket ansluts till expansionskammaren, kan resonans- trycken från de olika takterna från insugen blandas i ett enda rör under högt tryck/ljudnivå så att tryckkällorna från resp. insug kan interferera med varandra så att resonanserna dämpas och regleras.

Medelst uppfinningen kan en ljuddämpare realiseras där insug- ningsbullret reduceras utan att lägga till någon specialanordning eller någon stor modifiering av insugningssystemet, konstruktionen är enkel och kostnaden låg. .

Enligt ännu ett kännetecken kan insugningsröret ha sitt ut lopp i expansionskammaren på ett avstånd som är större än rörets diameter från någon innervägg,-så att reflexer som orsakas av ljud- 10 15 20 25 30 35 40 trycksvariationerna förhindras från att direkt stråla ut ur kam- maren genom insugningsröret. Vidare kan enligt uppfinningen in-8 sugningsröret kläs in med ljudabsorberande material, och rela- tionen mellan dettas läge och längd och insugningsrörets tvärsnitts- area vara på förhand så bestämd att insugningsbullret dämpas.

Pig. 1 visar en vy av ett insugningssystem; fig. Z visar dämpning som funktion av kvoten mellan insugningsrörets och in- sugets längder; fig. 3 visar ett diagram över dämpning av resonans- ljud som funktion av L(S/Vl)i; fig. 4 visar ett diagram över dämp- ning som funktion av kvoten mellan rörresonansfrekvensen och den naturliga egensvängningsfrekvensen; fig. 5 visar ett utförings- exempel applicerat på en flercylindrig motor; fig. 6 visar.ett känt insugningssystem; fig. 7 visar ett diagram över resonans- ljudens karaktär; fig. 8 visar en sidovy av ett annat utförings- exempel; fig. 9 visar en vy av en ljuddämpare med förenade insug hos en flercylindrig motor; fig. 10 och 11 visar diagram över experimentellt framtagna värden för anordningen i fig. 9; fig. 12 visar en sidovy av motor och insugningssystem hos ett annat ut- föringsexempel; fig. 13 visar ett vertikalsnitt i större skala av fig. 12:s luftrenarhus innefattande ett samlíngsrör; fig. 14 visar endast ena halvan av ett snitt utefter linjen 14-14 i fig. 13; fig. 15visar en vy från nedströmssidan av fig. 12:s luftrenarhus; fig. 16 visar en halvskuren bottenvy av fig. 15; fig. 17 visar en vy av ett utföringsexempel som illustrerar relationen mellan ex ansionskammaren och insu nin sröret' fi . 18 visar ett alterna- , P E 8 , __g____ tiv till fig. 17; fig. 19 visar ett diagram över ljudnivåför- bättringen med anordningen i fig. 17 eller 18; fig. 20 visar dämpningskaraktäristiken hos anordningen i fig. 17 eller 18; fig. 21 visar en vy av ett utföringsexempel där insugningsröret är inklätt med ljudabsorberande material; fig. 22-24 visar dämp- ningskaraktäristiken hos exemplet i fig. 21; fig. 25 visar en vy av ett utföringsexempel där insuget är försett med en resonator; fig. 26-28 visar ett diagram som förklarar exemplet i fig. 25; fig. 29 visar ett vertikalsnitt av ett speciellt utförande av resonatorn; fig. 30 visar en vy av ett utföringsexempel applicerat på en flercylindríg motor; fig. 31 visar en vy av ett utförings- exempel där insugningsröret är försett med en resonator; fig. 3 - §4_visar diagram som förklarar exemplet i fig, 31; fig. 35 visar en vy av luftrenarhuset längs pilen 35 i fig. 8; fig. 36 visar en vy längs pilen 36 i fig. 35; fig. 37 visar en vy längs pilen 37 10 15 20 25 30 35 i fig. 36; fig. 38 visar endast en del av ett snitt längs linjen 38-38 i fig. 36; fig. 39 visar en del av fig. 38 i större skala; fig. 40 visar en vy av ett elastiskt membran; fig. 41 visar ett snitt längs linjen 41-41 i fig. 40; fig. 42 visar en vy bakifrån av membranet; fig. 43 visar en anordning för att klä in insugnings- röret med ljudabsorberande material isärtagen och vertikalt skuren; fig. 44 visar en vy av anordningen i fig. 43 monterad; fig. 45 visar ett snitt längs linjen 45-45 i fig. 43; fig. 46 visar en variant till fig. 45; fig. 47 slutligen visar ytterligare en variant till fig. 45. _ Den slutna rörresonansen som genereras i insuget utgör huvud- delen av insugningsbullret. Insugningsbullret består i huvudsak av insugningsljud och resonansljud från insuget. Insugningsljudet har en huvudkomponent med en låg frekvens av 100-200 Hz under insug- ningstakten, och ljuden från återströmningen av avgastrycket har en huvudkomponent med ett frekvensband på över 1 kHz. Återström- ningen av kompressionstrycket och luftströmmar kommer att genereras när insugningsventilen.öppnas något i förtid på grund av motorns ínsugning, och avgaserna strömmar tillbaka när förbränningen av- slutas och avgaserna släpps ut. Det primära insugningsljudet ut- gör 20-25% av insugningsbullret.

Rörresonanser från insuget är ljud som uppstår när motorns insugningstakt slutat och insugningsventilen är stängd tills in- sugningstakten börjar omigen, dvs. när ingen insugning sker, och har en huvuddel med en låg frekvens runt 300-400 Hz. Resonansljuden utgör 75-80% av det totala insugningsbullret.

Det är nödvändigt att anpassa dämpningskaraktären hos en ' ljuddämpare av expansionstyp till resonansljudets frekvens Fo, egentligen styra Fo så att den motsvarar frekvensen med maximal dämpning. Om den naturliga egensvängningsfrekvensen hos ljud- dämparen är F(Hz) och insugníngssystemets resonansfrekvens är f(Hz); så kommer dämpningen att få ett minimum för frekvenserna F och f enligt fig. 7 och får ett maximum för frekvensen approximativt mittemellan dessa frekvenser. Resonansfrekvensen Fo som kan styras till att motsvara frekvensen för maximal dämpning kan då sättas till: P0 Uefa/z _ m 10 15 20 25 30 I fig. 7 representerar abskissan frekvens och ordinatan dämpning.

Egensvängningsfrekvensen F och resonansfrekvensen f uttrycks med formlerna; F - ccs/vlaå/zfnf _ (23 f = C/Zl (3) Frär proportionell mot kvadratroten ur tvärsnittsarean S, men är omvänt proportionell mot kvadratroten ur expansionskammarens volym V och insugningsrörets längd 1. Frekvensen f är proportionell mot ljudhastigheten C, men är omvänt proportionel1;mot insug- ningsrörets längd 1. Frekvenserna som ska ljuddämpas består mest av låga frekvenser, lägre än 400 Hz. Ju lägre frekvens F desto större ljuddämpning. ' Antag att F = 0 Hz som är det lägsta möjliga, då blir: FO = (F+f)/z = f/z _ (4) Om insugets längd är L: Fo = C/4L (4'] Om denna formel och formel (3) sätts in i formel (4) får man: C/4L = C/41 >~L = l (5) Teoretiskt är detta villkoret för den största ljuddämpníngen.

Som resultat av experiment för att bekräfta förhållandet mellan insugets 10 längd och insugningsrörets 17 längd 1_visade i fig. 1 erhölls en dämpningskaraktär enligt fíg. 2.

Pig. 1 visar en schematisk vy av insugnings- och bränsle- matningssystem innefattande en insugningsventil 11 hos en motor 18, en insugningskanal 12 och en förgasare 13 ansluten till kanalen 12 så att ett insug 10 bildas. Insuget 10 står i för- bindelse med ett förbränningsrum 19 i'motorn 18 via ventilen 11, och den andra änden står i förbindelse med en expansionskammare. 14 som består av ett luftrenarhus 15 med ett luftfilter inuti.

Expansionskammaren 14 står i förbindelse med atmosfären via ett insugningsrör 17 som sitter på~motsatta sidan av insuget 10 för 10 15 20 25 30 35 att suga in luften. Kammaren 14 har större tvärsnittsarea än in- suget 10. Rörets 17 tvärsnittsarea är i huvudsak lika stor ut- efter hela dess längd. Insugningsrörets 17 utlopp och insugets 10 inlopp i kammaren 14 anordnas så att de inte mynnar mittför varandra utan hinder emellan. Luftfiltret 16 placeras mellan dessa så att resonansljuden inte kan stråla direkt ut till om- givningen via insugningsröret 17 utan kan dämpas inuti kammaren 14.

Dämpningskaraktären vid olika kvoter 1/L visas i fig. 2.

Experiment utfördes med utgångspunkt från detta urval, och värdena visassom en kurva. Abskissan representerar kvoten l/L och ordinatan dämpning i dB. Enligt diagrammet är dämpningen störst för kvoter mellan 0,9 och 1,2.

Det är emellertid omöjligt att reducera den naturliga egen- svängningsfrekvensen till 0. När man närmar sig 0 Hz kommer dämpningseffekten att upphöra. Genom att välja en låg frekvens nära 0 Hz kan en i praktiken tillräcklig verkan åstadkommas.

Om kvoten mellan insugningsrörets längd 1 och insugets längd L ligger mellan 0,7 och 1,4 är ljuddämpningen i praktiken lika stor som i diagrammet. Genom att anordna så att insugets och insugningsrörets längder faller inom detta intervall erhålles den mest effektiva ljuddämpningen.

Experimentella mätningar för att mäta dämpningens beroende av kvoten K(F/Fo) där F är den naturliga egensvängningsfrekvensen och Fo är insugets 10 resonansfrekvens, visas i fig. 4.

I fíg. 4 representerar abskissan K(F/Fo) och ordinatan dämpning i dB, och den utrítade kurvan visar experimentella värden. Enligt diagrammet varierar dämpníngen kraftigt för olika kvoter med i huvudsak 0,2 som ett gränsvärde. Under 0,16 är dämpningen gynnsam men tenderar att plana ut och bli mättad, och över 0,2 uppträder en anmärkningsvärd försämring av dämpningen.

K är en konstant som har samband med frekvensen.

Eftersom insugets frekvens är: Po = c/41 (4') och om denna formel och formel (Z) sätts in i K(F/Fo) får man: k(F/FO) = (C/2«f) (S/vl)¿/c/4L = zL(s/v1)¿/ff (6) 10 15 20 25 30 35 och ytterligare omskrivning ger: »rrMP/FOJ/z = Lcs/vl 1* - . m Kvoten mellan resp. frekvenser står i beroende till volymen V hos kammaren 14, rörets 17 tvärsnittsarea i förhållande till insugets 10 längd L och rörets 17 längd l enligt formel (7). Enligt fig. 3 uppträder en stor variation hos dämpningen som funktion av L(S/V1) med cza 0,3 som ett gränsvärde.

Abskissan i fig. 5 representerar L(S/Vllš och ordinatan: dämpning av FO i dB. Värdena omkring, över och under L(S/Vl)i =0,32 är verkligt erhållen dämpning. Genom att samtidigt uppfylla vill- koren att L(S/Vl)%§ 0,32 och att kvoten 1/L ligger mellan 0,7 ü och 1,4 kan en effektiv ljuddämpare åstadkommas. Antalet cylindrar är inte medtaget.ovan men villkoren gäller också för flercylindríga IIIOÉOIGI' .

I fig. 5 visas en flercylindrig motor, nämligen fyrcylindrig.

Insugningsventilen 111 till varje cylinder 118 är oberoende av de andra försedd med ett insug 110 innefattande en förgasare 113, som står i förbindelse med en expansíonskammare 114 bestående av ett luftrenarhus 115 med ett luftfilter 116 inuti. Ett flertal insugningsrör 117 förenar kammaren 114 med atmosfären. I det visade utföringsexemplet finns två ínsugningsrör. Även för en flercylindrig motor kan en effektiv ljuddämpare åstadkommas genom att vid insugningsrörets 117 längd 1 och insugets 110 längd L kvoten 1/L ligger mellan 0,7 och 1,4 för att dämpa ínsugnings- bullret.

Fig. 8 visar ett typiskt utförande av uppfinningen applicerat på en motorcykel. En fyrtaktsmotor 20 har en insugningskanal anordnad så att den öppnas och stängs av en insugningsventil (ej visad), vilken är ansluten till den främre änden av ett rör 21 tillverkat av ett slitstarkt och icke-korroderande gummi eller liknande. Rörets 21 bakre ände är ansluten till en utlopps- del ZZb hos en förgasare 22, och röret 21 är försett med en resonator 23 ovanför dess centrala del. Resonatorn 23 består av en tät kammare 23a och ett rör 23b som står i förbindelse med en del av kammaren 23a, så att röret 21 och kammaren 23a kommunicerar med varandra via röret 23b. Röret 23b är instucket i en cylindrisk del 21a som sticker upp från mittdelen av röret 21. Ett ringspår Z1b i innerväggen av delen 21a och en ringvulst 23c formad på 10 15 20 25 30 35 40 ytterväggen av röret 23b är i ingrepp med varandra för att för- hindra att röret 23b dras ut. Delen 21a tillverkas av gummi för att täta mot röret Z3b genom sin böjlighet och elasticitet.

Ljuddämpníngen förbättras av en sådan resonator.

Förgasarens 22 inloppsdel 22a ansluts till ett skarvrör 24.

Röret 24 anbringas mot periferin till en öppning 60b i bakväggen 60a hos ett luftrenarhus 60 med hjälp av ett ringformigt spår 24a. Den bakre öppna delen av röret 24 belägen i öppningen 60b ansluts till en utloppsdel 61a hos ett luftfilter 61 insatt i luftrenarhuset 60. Huset 60 har en i huvudsak tillräcklig volym och en expansionskammare 214. Ett insug 210 bildas av röret 21, förgasaren 22 och röret 24.

Ett insugningsrör 80 är anordnat díagonalt och vertikalt inuti luftrenarhuset 60. Den större delen av röret 80 är beläget inuti huset 60, och dess utloppsdel 80b är åtskild med mer än sin diameter från husets 60 framvägg 60c. Rörets 80 inlopp 80a sticker ut en lämplig bit utanför öppningen 60e i husets övre vägg 60d. Ljudabsorberande material 81 omger en lämplig längd av röret 80c inklusive den utstickande delen av röret 80. Materialet 81 omger ytterperiferin av en cylindrisk hållare 82 i toppen av röret 80 och fixeras mellan ytterperiferin av hållaren 82 och innerperiferin av delen 80c. Hållarens 82 periferi har många små hål 82a. En fläns 80d på röret 8&:går in i ett invändigt spår 83b hos en gummipackning 83 och fixeras av ett spår 83a i öpp- ningen 60e för att tätande fästa röret 80 till huset 60. En resonator 84 är anordnad på röret 80 och står genom ett cylindriskt hål 80e i förbindelse med det inre av röret. Resonatorn 84 har vid sin ytterperiferi en vägg 80f vars ändkant tillsluts av ett lock 84a, så att ett utrymme 84b bildas. Ljuddämpningen ökar däri- genom och en inloppsväg 217 skapas. Även i insugningssystemet ovan är insugets och insugnings- rörets längder och luftrenarhusets volym på förhand bestämda.

Förhållandet mellan insugningsröret och luftrenarhuset och resonatorns placering väljes enligt nedan.

Ett utföringsexempel i vilket insugen hos den ovannämnda flercylindriga motorn är ihopkopplade beskrives nedan.

I fig. 5 är insuget till varje cylinder separat anordnat, och vart för sig anslutet till luftrenarhuset. Rörresonanser 1 kommer att bildas separat i varje insug, och om de ska ljud- dämpas i expansionskammaren, även om de ovanstående villkoren är 10 15 20 ZS 30 35 40 10 uppfyllda, kommer trycket från rörresonanserna från varje insug att frigöras och reduceras inuti expansionskammaren, men till- räcklig interferens blir svårt att åstadkomma.

Därför samlas insugen till alla cylindrarna ihop uppströms, och resonanstryckvågorna från de olika faserna hos_cylindrarna förenas i ett enda samlingsrör, där trycket blir så stort att tryckvâgorna från resp. insug kan interferera.

Fig. 9 visar ett insug 310 anslutet till varje cylinder.

Eftersom utföringsexemplet gäller en fyrcylindríg motor anordnas .fyra insug. Varje insug 310 är separat anslutet till insugnings- ventilen 311 och förgasaren 313.

Insugen 310 är krökta i delen 310a på förgasarens uppströms- sida och anslutna till ett samlingsrör 310b. Röret 310b är med sin inloppsdel 310c anslutet till en expansionskammare 314 i ett luftrenarhus 315 med ett luftfilter 316, så att insugen 310 står i förbindelse med kammaren 314 via röret 310b. Expansions- kammaren 314 står i förbindelse med atmosfären via två insug- rör 317.

I insugen 310 bildas ett resonansljud. På grund av de olika takterna hos kolvarna och att inte ventilernas 311 öppnande och stängande sammanfaller är inte resonansljuden i fas med var- andra. Resonanstryckvågorna från resp. insug med olika fas samlas i röret 310b i vilket vågorna interfererar med varandra och dämpas av denna inteferens. Denna interferens sker inuti röret 310b där trycket är högt och innan det reduceras av tryck- vågorna som strålar in i kammaren 314.

Det ovannämnda förloppet i röret 310b kan effektivt åstad- kommas genom ett riktigt val av tvärsnittsarea och längd hos _ röret 310b, och kan också utnyttjas som ett medel till att öka effekten på samma sätt som den vanliga pulsatoreffekten.

Pig. 10 visar ett diagram över den uppmätta inverkan av tvärsnittsarean S hos röret 310b och tvärsnittsarean S0 hos in- suget 310 på resonansljuden. Abskissan representerar kvoten S/SO och vänster ordinata dämpning. Den högra ordinatan representerar minskningen av motorns uteffekt i procent.

Kurva A visar dämpningen av resonansljuden, och kurvan B visar motorns minskning av uteffekt. Ju mindre kvot S/So desto större ljuddämpning, och ju större kvot S/So desto mindre dämp- ning. Ju mindre kvot S/SO, desto högre tryck under vilket resonanstryckvågorna interfererar med varandra och desto större 4. 10 15 20 25 30 40 11 dämpning. Luftmotståndet kommer att öka, och motorns uteffekt kommer att minska, vilket visas med kurvan B. Vid en kvot på c:a 3 där kurvorna korsar varandra finns ett tillfredsställande värde på både ljuddämpning och motoreffekt.

Fíg. 11 visar ett diagram över resultaten av verkliga mät- ningar av inverkan av kvoten mellan rörlängden 1 och tvärsnitts- arean So hos samlingsröret 310b på resonansljuden. Abskissan representerar 1/SO och ordinatan dämpning och uteffektens minsk- ning som i fig. 10. Kurva A är ljuddämpningen och kurva B är motorns minskning av uteffekt. Om 1/S0 ökar, ökar dämpningen, men motorns uteffekt minskar enligt kurva B. Vid en kvot på c:a 1,0 där kurvorna skär varandra erhålles ett tillfredsställande värde på både dämpningen och uteffekten.

Pig. 12 visar en fyrcylindrig motorcykelmotor 30. För- gasaren 33 står i förbindelse med inloppsöppningen 31a i topp- locket 31 via förbindelseröret 32, och fyra separata insug är anordnade. Röret 32 och förgasaren 33 anordnas separat till vardera av de fyra cylindrarna. Inloppsdelen 33a hos varje för- gasare 33 ansluts till en avgrenad utloppsdel 38a (fig. 13) på grenröret 38 via ett förbindelserör 35, såsom ett gummirör.

Röret 35 ansluts till en öppning 36b anordnad i framväggen 36a av ett luftrenarhus 36. Delen 38 är övervägande belägen inuti en övre kammare_414a avdelad av ett filter 37 i huset 36. Huset 36 har en expansionskammare 414 med en väsentlig volym.

Grenröret 38 (fig. 14-16) har ett samlingsrör 38b i vilket delarna 38a förenas. Delen 38b har en öppning 38c som står i för- bindelse med kammaren 414a.

Undre kammaren 414b avdelad av filtret 37 står i förbindelse med atmosfären via ett insugningsrör 39 som är U-formigt och av gummi eller liknande och vars utloppsdel 39b passar i ett hål 36c i väggen 36a. Röret 39 fixeras och stöds av en klack 39c och ett ingreppshål 36e (fig. 13) i bottenväggen 36d hos huset 36. Inloppsdelen 39a befinner sig under huset 36 och är öppen bakåt. Rörets 39 utsträckning begränsas framåt och bakåt av huset 36 samtidigt som det har en bestämd rörlängd. Huset 36 är delat vid den tvärgâende delen av luftfiltret 37, och dess undre och övre del förenas av ett spänndon. _ Resonanserna från rören inbegripande förgasarna möts i delen 38b vari vågorna interfererar med varandra så att de dämpas. Därefter strålar vågorna in i kammaren 414 och dämpas 10 15 20 25 30 35 40 12 ytterligare av expansionsverkan. _ Rörresonanserna och äterströmningen av avgastrycket dämpas av kammaren 414. Tryckvariationerna inuti kammaren 414 blir maximala när vågorna träffar.och reflekteras mot innerväggarna i huset 36. Ju närmare en vägg den öppna änden av röret 39 är desto högre märkbar utstrålning av ljud genom röret 39.

För att förbättra ljuddämpningen är det lämpligt att välja följande arrangemang med insugningsrör och att samtidigt upp- fylla ovanstående.

Pig. 17 och 18 visar två exempel pä hur man kan ansluta ett insugningsrör 517 till en expansíonskammare 514. Kammaren 514 består av ett luftrenarhus S15 med ett ej visat luftfilter.

Kammaren 514 står i förbindelse med ett insug innefattande en förgasare och en insugningsventil. Röret 517 har en i huvudsak konstant tvärsnittsarea och har sin utloppsöppning 517a väl in- förd i kammaren 514. I fig. 17 är röret 517 horisontalt anordnat.

I fig. 18 är röret S17 vertikalt anordnat, med den större delen, utom inloppsdelen 517b, belägen inuti kammaren 514.

I de båda ovanstående fallen väljs förhållandet mellan delen 517a och inre väggytan hos kammaren 514 enligt nedan. Om avståndet mellan delen 517a och de närmaste innerytorna är 11 och 12, och rörets S17 innerdiameter är d1 så ska om d1 är konstant, t.ex. 35 mm, kvoten 11(1Z)/d1 vara 1 eller större.

I fig. 19 är d1 35 mm, och 11 varieras. Abskissan represen- terar frekvens i Hz och ordinatan ljudnivå i dB. Vid en konstruk- tion i vilken 11 och 12 är 0, dvs. när röret 517 berör en vägg- yta, kommer den utstrålande ljudnivån att vara så stor som visas av den streckade arean B nära en bestämd frekvens i det lägre området hos dalindikerade kurvan A. Å andra sidan,om 11 och 12 är t.ex. 35 mm kommer ljudet nära den frekvensen att dämpas mycket effektivt.

Om 1¿ eller 12 ökas, och dess förhållande till ovannämnda innerdiameter dï varieras erhålles dämpningskurvan enligt fig. 20.

Abskissan representerar dämpning i dB. En önskvärd ljuddämpning uppnås i närheten av 11(12)/d1 = 1, och över 1 upp till 2,5 mättas ljuddämpningen, och förbättringen avstannar. När kvoten 11(1Z)/d1 g 1 regleras och reduceras utstrålningen av buller genom insugningsröret på grund av tryckvariationerna inuti expansionskammaren, och ljuddämpningen ökar.

Genom att klä in insugningsröret med ljudabsorberande material 10 15 20 25 30 35 40 13 uppnås en ytterligare ljuddämpning, och genom att välja lämplig placering av det ljudabsorberande materialet ökar ljuddämpningen ännu mera.

Pig. 21-24 visar detta. Fig. 21 visar ett luftrenarhus 615 med en expansionskammare 614 och ett luftfilterelement (ej visat).

Kammaren 614 står i förbindelse med ett insug enligt ovan. Ett insugningsrör 617 har sin utloppsdel 617a vid kammarens 614 upp- strömsände. Röret 617 har en i huvudsak konstant tvärsnittsarea.

Kammaren 614 står i förbindelse med atmosfären via inloppsdelen 617b av röret 617. Många små hål 617c finns i rörets 617 mantel.

Runtom rördelen med hålen 617c är lindat ett ljudabsorberande material 617d, såsom glasull. En hållare 617e anbringad med båda ändar mot rörets 617 mantel håller materialet 617d i dess läge.

Tryckvariationerna på grund av rörresonanserna på nedströms- sidan och insugningsljuden strålar och läcker ut från kammaren 614 genom röret 617. Ljudet som passerar röret 617 kommer i kontakt med materialet 617d och absorberas, och så erhålles en ytter- ligare ljuddämpning.

Placeringen av materialet 617d i rörets 617 längdriktning är viktigt. Genom att välja denna placering kan insugnings- bullret effektivt regleras och dämpas. Om avståndet mellan delen 617b och uppströmsänden av materialet är lo och rörets 617 inner- diameter är d ska lo/d § 0,5 för att åstadkomma en förbättrad ljuddämpning.

Pig. 22 visar för relationen ovan ljuddämpningen bekräftad _av experiment. Abskissan representerar lo/d, och ordinatan representerar dämpning i dB. Om kvoten lo/d är lika med eller mindre än 0,5 blir ljuddämpningen mycket bra, men om lo/d över- skrider 0,5 reduceras ljuddämpningen. ' Längden av materialet 617d längs röret 617 för att upp- fylla ovanstående villkor är också viktigt för att effektivt kunna reglera och reducera insugningsbullret. Om längden av det ljudabsorberande materialet 617d från dess uppströmsände till dess nedströmsände är 11 och rörets 617 tvärsnittsarea är S och villkoret att kvoten 11/S å 1 är uppfyllt så dämpas insugningsbullret effektivt enligt diagrammet i fig. 23.

I fig. 23 representerar abskissan 11/S och ordinatan dämpning i dB. Om 11/S är lägre än 1 reduceras ljuddämpningen, och om 11/S är över 1 dämpas insugningsbullret effektivt. Till- räckligt och ekonomiskt sett bör-kvoten 11/S sättas till ett 10 15 20 25 30 35 40 14 värde som är något större än 1. * e Genom att uppfylla villkoren 11/S å 1 och lo/d § 0,5 kan en optimal reglering och dämpning uppnås. Detta visas i fig. 24 där abskíssan representerar frekvensen i Hz och ordinatan dämp- ning i dB. Enligt kurvan A kommer det för en frekvens inom den streckade arean B, om det ljudabsdrberande materialet inte är anordnat enligt ovan, att uppträda mycket buller. Uppfínningen möjliggör enligt kurvan A att sådana frekvenser dämpas effektivt.

Ett utföringsexempel i vilket en resonator används för att ytterligare dämpa rörresonanserna från insuget beskrives nedan._ Om insugets och insugningsrörets längder och expansionskammarens volym valts enligt ovan erhålles en avsevärd ljuddämpníng. Om en resonator ansluts förbättras ljuddämpningen ytterligare. Det är känt att en resonator effektivt dämpar och reducerar ljud med en speciell frekvens. Uppfinningen väljer placeringen av resonatorn och dess volym för att reglera och dämpa insugningsbullret.

Pig. 25 visar ett utföringsexempel där ett insug är för- sett med en resonator. Ett topplock 718 har en ínsugningsöpp- ning 718a med en insugningsventil 711. Uppningen 718a står i förbindelse med en insugningskanal 718b ansluten till ett rör 710a och en förgasare 713, så att ett insug 710 skapas. Inlopps- delen till förgasaren 713 vid uppströmsänden av insuget 710 står i förbindelse med en expansionskammare 714 inuti ett luft- renarhus 715. Kammaren 714 står i förbindelse med atmosfären via ínsugningsrören och periodiskt med förbränningsrummet 719.

Insuget 710 har en resonator 710b vilken är en sluten låd- formig kropp helt formad av syntetmaterial för att få en riktig volym, och en förbíndelsedel 710c genom vilken det inre av en kammare 710d i resonatorn kommunicerar med insuget 710. Kammaren 710d är belägen ovanför insuget 710 för att förhindra att bränsle kommer in i resonatorn och stannar kvar där.

Resonansljud som orsakas av ínsugningsljuden alstras i insuget 710. För att dämpa dessa anbringas resonatorn 710b nära den slutna änden av insuget 710, dvs. nära insugningsventilens ände, så att resonanserna eller tryckvariationerna dämpas nära uppkomststället. t C Om längden hos insuget 710 från ventilen 711 till inlopps- delen hos förgasaren 713 är L0'och längden från ventilen 711 till delen 710c är LT bestäms den optimala placeringen genom att variera Lr, och resultatet visas i fig. 26. 10 15 20 25 30 35 40 15 I fig. 26 representerar abskíssan kvoten Lr/Lo och ordinatan dämpning i dB, och dämpningskurvan som erhålls genom att variera resonatorns 7l0b placering utgörs av den utritade linjen. Om LT/Lo är större än 0,4 minskar dämpningen markant och om den är under 0,4 erhålles en önskvärd dämpning. När resonatorns 710b placering ligger inom intervallet Lr/LO § 0,4 erhålles därför den önskade dämpningen. Under detta värde är det svårt att anbringa en resonator på grund av topplocket. Därför sätts resonatorn inom ovanstående intervall på insuget 710 med bortseende från insug- ningskanalen i topplocket 718. ' I fig. 28 representerar abskissan frekvens i Hz och ordinatan ljudnivå i dB. Nära en bestämd frekvens i det undre området som markeras av den streckade arean B är ljudnivån hög. Genom att anbringa resonatorn enligt ovan reduceras ljudnivån inom området B effektivt.

Dämpningen av resonansljuden beror också på resonatorns 710b volym. Om volymen hos resonatorn är Vr och slagvolymen per cylinder är V0, och om kvoten Vr/V0 varieras, erhålles ett resultat enligt fig. 27. I fig. 27 representerar abskissan kvoten Vr/V0 och vänster ordinata dämpning i dB, och den högra ordinatan representerar motorns avgivna effekt. Kurvan A visar att om kvoten Vr/V0 är större än 0,15 minskar dämpningen markant.

Alltså är det önskvärt att resonatorns volym är större än 15% av motorns slagvolym per cylinder, dvs. att kvoten Vr/V0 g 0,15.

-Placeringen av resonatorn är direkt beroende av motorns uteffekt. Vanligtvis används det pulserande trycket i en hög- effektsmotor till att öka motorns avgivna effekt. Men.vrid- momentet kommer att minska och förbränningsförhållandena kommer att försämras vid mellanhöga och låga varvtal.

Linjen B i fig. 27 visar att om resonatorns volym ökas så kommer motorns uteffekt att minska och om volymen minskar ökar det pulserande trycket. Därför ska resonatorns volym med hänsyn till motorns uteffekt och ljuddämpning uppfylla villkoret Vr/V0 å 0,15 enligt ovan.

Genom att placera resonatorn enligt ovan kan inte resonansernas tryckvariationer längre utnyttjas effektivt. Genom att beräkna resonatorn riktigt i förhållande till dess placering och volym kan emellertid ett stabilt förbränningsförlopp och vridmoment erhållas över ett brett varvtalsområde och även ljuddämpning.

Pig. 29 visar ett utföringsexempel på enbart en speciell 10 15 20 25 30 ss' 40 16 resonator som används till konstruktionen i fig. 8. En resonator 723 är försedd med en resonanskammare 723a som har en bestämd volym. En cylindrisk del 723b sträcker sig ner från kammaren 723a och bildar förbindelse med ett insug. En ringvulst anordnas på den övre delen av den cylindriska delens 723b periferi, formad i plasten. _ 7 Pig. 30 visar en flercylindrig motor där varje insug 810 har en förgasare 813 och en insugningsventil 811 till varje cylinder och står i förbindelse med ett luftrenarhus 815, som bildar en expansionskammare 814. Varje insug 810 är försett med en resonator 810b.

Om insugningsrörets längd ökas för att öka ljuddämpningen kommer resonansljud att alstras i insugningsröret som begränsas av ljuddämpningseffekten. Men om resonansljuden blir så starka att den totala ljudnivån inte reduceras kommer detta att lösas av resonatorerna.

Pig. 31 visar en expansionskammare 914 bestående av ett luftrenarhus 915 som står i förbindelse med atmosfären via ett insugningsrör 917. Röret 917 har sitt utlopp 917a inuti kammaren 914 och dess inlopp 917b kommunicerar med atmosfären. Röret 917 är försett med en resoﬁator 917c som har en resonanskammare 917d i förbindelse med det inre av röret 917. Resonatorn 917c är belägen ovanför röret 917. Kammaren 917d står i förbindelse med röret 917 via en förbindelsedel 917e.

Antag att rörets 917 totallängd är lo och att längden från den öppna änden av inloppsdelen 917b till centrum av resonatorn är lr, så visar experiment att dämpningen av insugningsbullret blir enligt diagrammet i fig. 32. _ I fig. 32 representerar abskissan kvoten lr/10 och ordinatan dämpning i dB. Dämpningskurvan visar att om kvoten lr/lo är 5, dvs.ligger i området 3/8 till 5/8, så erhålles den högsta dämp- ningen. Om kvoten ligger utanför detta område minskar dämpningen markant. Placeringen av resonatorn 917c på röret 917 bör alltså ske inom intervallet 3/8 § lr/lo § 5/8.

Antag att kammarens 917d volym är Vr och att rörets 917 volym är VS då blir ljuddämpningen enligt diagrammet i fig. 33.

I området Vr/V0 ¿ 0,1 är ljuddämpningen störst. Alltså är det önskvärt att kammarens 917d volym är större än 10% av rörets 917 volym. Om resonatorns 917c volym Vr ökas till mer än 30% av rörets 917 volym Vs kommer dämpningsökningen att upphöra. Den 10 15 20 25 30 35 40 17 övre gränsen av Vr/VS ska alltså övervägas noga.

Om kvoten mellan frekvenserna F = C(S1/Vr11)š/ZWT, där F är egensvängningsfrekvensen, S1 är tvärsnittsarean hos delen 917e och 11 är längden hos delen 917e, och f = C/210, där f är luftpelarens frekvens, C är ljudhastighetenoch lo är insug- ningsrörets längd, väljes så att den ligger inom intervallet 0,7 dämpning av insugningsbullret.

Frekvensen hos luftpelarens vibration består också av övertoner med högre frekvens än grundtonen, men dessas ljudnivå är i jämförelse så låg att man vanligtvis kan bortse fråm dem.

Alltefter önskan kan man vidta åtgärder mot en sådan högre frekvens.

I avsikt att konstruktionen i fig. 8 ska fungera bra som expansionskammare förses luftrenaren med en anordning för att dämpa och reglera bullret enligt nedan.

Expansionskammaren utsätts för en tryckvariation som orsakas av de periodiska tryckvariationerna i insuget och måste därför utföra en in- och utpumpning. Därför anordnas en mellanvägg, ett membran av ett eftergivligt elastiskt material, t.ex. gummi, i en del inuti expansionskammaren för att följa med tryckvaria- tionerna inuti kammaren. Om membranet täcks på utsidan av en perforerad plåt kommer en vibration på grund av pumpningseffekten av membranet och en ljudstrålning av passerande ljud inuti att uppstå, och detta skapar en ny källa av buller.

Pig. 8 och 35-42 visar hur ovanstående problem löses av ett luftrenarhus 60 som har en lådformig kropp som i huvudsak ser ut som en upp-och-nervänd triangel från sidan. En sida av plåten 60f är försedd med en öppning 62 som i huvudsak sträcker sig längs hela sidan i framåt-bakåt riktningen. En utåtböjd och utstickande fläns 62a anordnas runt hela periferin av öpp- ningen 62. En lagringsdel 62b anordnas inåt från ytterkanten av flänsen 6Za och runt hela omkretsen. öppningen 62 är belägen på en sida av ett luftfilter 61 som är demonterbart anordnat inuti huset 60, och öppningen 62 är mycket större än filtret 61.

Uppningen 62 tíllsluts av ett elastiskt membran 63 av gummi eller liknande. Enligt fig. 40-42 har membranet 63 en form- bunden och storleksberoende infästning av sin yttre kant mot änd- ytan av delen 62b. Huvuddelen 63a av membranet 63 är tunn och membranet har en tjockare kant 63b runtom. En tätande läpp 63c anordnas i form av en vulst som~sticker ut från den främre ytan 10 15 20 25 30 35 40 18 av delen 63b och som omger hela membranets 63 periferí. På andra sidan av kanten 63b är anordnad en smal bandformig förstärknings- del 63d runtom huvuddelen 63a. Delen 63d består av metall eller hârdplast helt inbäddad i delen 63b vid tillverkningen av membranet 63, eller anbringad jämte bindemedel i ett i förväg anordnat spår. A Ett lock 64 har en inåtböjd fläns 64a som ska tätt an- bringas mot delen 62a, och en ansats 64b är anordnad på dess inre del. Locket 64 har ett hål 64c till vilket ett rör 65 är anslutet. 7 Membranet 63 anbringas mot delen 62b med läppen 63c i rikt- ning mot öppningen 62. Locket skruvas fast med bultar 66 och vingmuttrar 67 så att locket helt fixeras till sidoplåten 60f på huset 60. Genom denna fastskruvning pressas delen 63b mot 64b (fig. 39), och läppen 63c pressas mot delen 62b så att öpp- ningen 62 blir säkert tätad.

Sålunda bildas en expansionskammare 214 som har en tätt tillsluten öppning 62 och delas upp av det elastiska membranet 63 inuti huset 60. Membranet 63 täcks av locket 64. Mellan- rummet 68 som står i förbindelse med atmosfären endast via röret 65 är anordnat närgränsande till kammaren 214. L Efter tryckvariationen som alstras i kammaren 214 av den intermittenta ínsugningen deformeras membranet 63 och bromsar upp den snabba tryckstöten, förbättrar insugningen och ökar uteffekten. Vibratíonsljudet från membranet 63 och det förbi- passerande ljudet från insugningsbullret strålar ut till mellan- rummet 68. Mellanrummet 68 uppför sig som en expansionskammare med liten volym för att dämpa, reglera och reducera sådana ljud, och står i förbindelse med atmosfären endast via röret 65, som har en bestämd längd och tvärsnittsarea. Ljudet dämpas av röret 65 och mellanrummet 68.

Fig. 43-47 visar en anordning som använder ett insugnings- rör såsom ovan beskrivits med ljudabsorberande material som en variant till utförandena i fig. 8 och 21.

Ett insugningsrör 80 består av ett ytterrör 84 och ett innerrör 82, vilka bär ett ljudabsorberande material 81. Ytter- röret 84 har en bestämd liten diameter och längd. En vidgad_ rördel 85 med större diameter utgör en hållare för det ljud- absorberande materialet. Tvärsnittet hos insugningsröret kan vara ellíptiskt. Rördelen 85 är\koncentrisk till ytterröret 84 10 15 20 19 och är öppen vid dess ände. Rördelen 85 har en ansats 85a och fortsätter och förenas med ytterröret 84; Ett fäste 84b är anordnat inuti en föreningsdel 84a vid ansatsen 85a och har ett ring- formigt spår 84c för fästingrepp.

Röret 82 har ett flertal hål 82a, en vulst 82c för ingrepp med spåret 84c, och en fläns 82b för tätt ingrepp med rördelens 85 innervägg.

Enligt fig. 45 har röret 82 ljudabsorberande material 81 runtom sin ytterperiferi, och är sedan instucket i rördelen 85 genom dess öppna ände. Röret 82 pressas in så att vulsten 82c går i ingrepp med spåret 84c och fixeras i fästet 84b. Det ljud- absorberande materialet 81 fixeras mellan rördelen 85 och inner- röret 82.

Vulsten 8Zc är anordnad runtom hela periferin. Ett avse- värt tryck behövs för att ingreppet ska erhållas. Därför kan enligt fig. 46 en vulst 182c anordnas uppdelad i ett flertal delar. Eller enligt fig. 47 där vulsten 282c är anordnad som små korta delar utefter dess omkrets. Vid båda utförandena, fíg. 46 eller 47, kan ingrepp lätt åstadkommas.

Genom denna anordning kan det ljudabsorberande materialet och hållaren anbringas på insugningsröret utan skruvar och svetsar, antalet komponenter är litet och monteringen lätt.

Claims

20 Patentkrav

1. Anordning för att dämpa insugningsbuller från en förbrän- ningsmotor med åtminstone en insugningsventil (711) via ett in- sugningsrör (21, 710, 810) förbunden med en bränslematningsanord- ning (22), samt åtminstone ett denna med atmosfären förbindande luftintagsrör med i huvudsak konstant tvärsnittsarea, k ä n n e- t e c k n a d av att en expansionskammare (214, 714, 814) är anordnad i luftintagsröret och att en resonanskammare (23, 710b, 810b) är anordnad i insugningsröret mellan insugningsventilen och bränslematningsanordningen.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att expansionskammaren (214, 714, 814) består av ett luftrenarhus med luftfilterelement. 7

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att varje förbränningsrum i en flercylindrig motor står i för- bindelse med expansionskammaren via var sitt separat insugnings- rör (810) och att kvoten L1/Lz är vald så att den ligger mellan 0,7 och 1,4;

4. Anordning enligt krav 3, k ä nnn e t e c k n a d av att insugningsrörets (810) och luftíntagsrörets öppna ändar i expansionskammaren (814) är anordnade med sina mynningar för- ställda framför varandra utan mellanliggande konstruktions- element.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att bränslematningsanordningen är en förgasare (ZZ, 713, 813) med en venturidel, som utgör en del av insugningsröret (710, 810).

6. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kvoten L1/Lz ligger mellan 0,9 och 1,2.

7. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att insugningsrörets längd är Lz, luftintagsrörets längd är L1, expansionskammarens volym är V, luftintagsrörets tvärsnitts- area är S och att villkoren nedan satisfieras: ll/\ S 0,7 L1/Lz 1,4 å 5 - 1,2(s/vL,) _ 0,32.

8. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att luftintagsrörets mynning inuti expansionskammaren är belägen på ett avstånd, som är större än luftintagsrörets diameter, från någon inneryta hos expansionskammaren (214, 714, 814). 21

9. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att resonanskammaren (23, 710b, 810b) är anbringad ovanför insugningsrörets (21, 710, 810) horisontal- sektion. '

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att insugningsrörets(710) längd är Lo, avståndet från insugnings- ventilen till insugningsrörets förbindelse med resonanskammaren (710b) är L; och att denna är anbringad så att kvoten Lr/Lo É 0,4.

11. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att slagvolymen per cylinder hos motorn är V0, resonanskammarens volym är Vr och att kvoten Vr/V0 är vald med värdet vr/vo š 0,15.

12. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att resonanskammaren (23, 710b, 810b) är ansluten till insugningsröret (21, 710, 810) på 3/8-5/8 av rörets längd räknat från dess ena ände.

13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att resonanskammarens volym är större än 10% av luftintagarrörets volym.

14. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att luftintagsröret (80, 617) är försett med ett flertal små hål (82a) nära rörets inloppsände och omgívet av ljudabsorberande material (81) runtom den del, som är försedd med hålen, och att längden från luftintagsrörets (617) inloppsände till uppströms- änden av det ljudabsorberande materialet (617d) är L10, insug- ningsrörets diameter är d och att kvoten L10/d är vald att vara 20,5.

15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att det omgivande, ljudabsorberande materialets (617d) längd är L11, luftintagsrörets tvärsnittsarea är S och att kvoten L11/S är vald att vara å 1.

16. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att expansionskammaren består av ett luftrenar- hus (60), att ett mellanrum (68) är anordnat i en del av luft- renarhuset, varvid mellanrummet och expansíonskammaren är tätade och avdelade från varandra av ett elastiskt membran (63) anordnat däremellan, och att mellanrummet står i förbindelse med atmosfären via ett rör (05).

17. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att kvoten L1/Lz mellan luftintagsrörets längd L, och insugningsrörets längd Lz ligger mellan 0,7 och 1,4.