SE531516C2 - Ljuddämpande arrangemang - Google Patents

Description

25 30 35 531 516 re. I styrventilens öppna läge fungerar kammaren som ett expansionsutrymme i ljud- dämparen och i ett stängt läge som en resonanskammare.

US 6,494,29O visar en ljuddämpare som är anordnad i en ledning som leder luft till en forbränningsmotor. Ljuddämparen innefattar en resonanskammare som är ansluten till luftledningen. I en utföringsform utnyttjas en justerbar vägg som kan ge resonanskam- maren en varierbar volym.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett ljuddämpande arrangemang som med relativt ringa dimensioner har hög kapacitet att dämpa lågfrekvent ljud som alstras med en varierbar frekvens.

Detta syfte uppnås med det ljuddämpande arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännctecknande del. Konventionella ljuddämpande behållare har vanligtvis en egenfrekvens som är betydligt högre än det lâgfrekventa ljud som alstras av maskiner som drivs med ett va- rierbart varvtal. Konventionella ljuddämpande behållare har därför normalt inte förmå- gan att dämpa lågfrekvent ljud om de inte görs tillräckligt stora. Att arrangera ett led- ningselement mellan en inloppsledning och en utloppsledning i anslutning till en ljud- dämpande behållare resulterar i att egenfrekvensen hos den ljuddämpande behållaren kan sänkas markant. En relativt liten ljuddämpande behållare kan därmed erhålla en egenfrekvens som motsvarar frekvensen hos det lågfrekventa ljud som alstras av en maskin som drivs med ett varierbart varvtal. Genom att på lämpligt sätt ändra utforrn- ningen av ett sådant ledningselements invändiga passage är det möjligt att variera led- ningselementets akustiska egenskaper och därmed den ljuddämpande behållarens egen- frekvens. Med hjälp av enjusteringsanordning som aktivt och steglöst justerar led- ningselementets egenskaper, som exempelvis geometri och material, kan den ljuddäm- pande behållaren ges en varierbar egenfrekvens som vid varje tillfälle motsvarar fre- kvensen hos det ljud som maskinen alstrar vid olika varvtal. Ett sådant ljuddämpande arrangemang dämpar mycket effektivt det dominanta lågfrekventa ljud som maskinen alstrar oavsett hur maskinens varvtal ändras under drift.

Enligt en foredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar justeringsan- ordningen en styrenhet som är anpassad att väsentligen kontinuerligt mottaga informa- 10 15 20 25 30 35 53% 515 tion om maskinens rådande varvtal och ett ställdon som är anpassat att mottaga styr- signaler från styrenheten och att justera passagens utformning med hjälp av denna in- formation. Styrenheten kan vara en datorenhet med en lämplig programvara. Styrenhe- ten kan innefatta lagrad information om hur ställdonet ska styras för att passagen ska erhålla en utformning så att den ljuddämpande behållaren erhåller en egenfrekvens som motsvarar frekvensen hos det dominerande ljud som maskinen alstrar vid det rådande varvtalet.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är justeringsanordning- en anpassad att justera passagens utformning genom att variera det material som defi- nierar passagens väggar. Passager som definieras av olika material har olika akustiska egenskaper, Passagen kan här ha en utformning så att justeringsanordningen med lämpliga åtgärder kan få två olika material att definiera passagens väggar i varierbara proportioner. Alternativt eller i kombination kan justeringsanordningen vara anpassad att justera passagens utformning genom att variera passagens geometri. Genom att va- riera passagens geometri ändras dess akustiska egenskaper och därmed den ljuddäm- pande behållarens egenfrekvens. Justeringsanordningen kan vara anpassad att variera passagens geometri genom att steglöst justera passagens längd. Om justeringsanord- ningen ökar passagens längd erhåller den ljuddämpande behållaren en högre egenfre- kvens. Om justeringsanordningen istället minskar passagens längd erhåller den ljud- dämpande behållaren en lägre egenfrekvens. Alternativt eller i kombination kan juster- ingsanordningen vara anpassad att steglöst justera passagens tvärsnittsarea i åtminstone ett område. En sådan variation av tvärsnittsarean kan utföras med hjälp av en ventil eller annan strypningsmekanism som steglöst varierar tvärsnittsarean i ett begränsat område av passagen eller i hela passagen. Om justeringsanordningen ökar passagens tvärsnittsarea erhåller den ljuddämpande behållaren en lägre egenfrekvens. Om juster- ingsanordningen istället minskar passagens tvärsnittsarea erhåller den lj uddämpande behållaren en högre egenfrekveiis. Relativt små Förändringar av passagens geometri kan resultera i stora förändringar av den ljuddåmpande behållarens egenfrekvens.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar led- ningselementet åtminstone två ledningspartier som är förskjutbart anordnade i förhål- lande till varandra. Ledningspartiema kan vara utformade av olika material. Därmed kan ledningspartiernas olika material definiera väggytor i passagen med en varierande storlek då ledningspartierna ställs i olika förskjutningspositioner i förhållande till var- andra. Med hjälp av ett flertal förskjutbart anordnade ledningspartier kan även passa- 10 15 20 25 30 35 Sif! 515 gens längd steglöst varieras. Om justeringsanordningen ökar passagens längd erhåller den ljuddämpande behållaren en högre egenfrekvens. Om justeringsanordningen istäl- let minskar passagens längd erhåller den ljuddämpande behållaren en lägre egenfre- kvens.

Enligt en annan föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning har inloppsled- ningen och utloppsledningen öppningar inuti den ljuddämpande behållaren vilka är så orienterade i förhållande till varandra att ljud som leds in i behållaren från inloppsled- ningens öppning inte kan ledas ut genom utloppsledningens öppning utan att först ha reflekteras åtminstone en gång mot en invändig yta i behållaren. Med en sådan ljud- dämpande behållaranordning erhålls även en effektiv dämpning av mer högfrekvent ljud. Lärnpligen är inloppsledningen och utloppsledningen parallellt anordnade i an- slutning till den ljuddämpande behållaren. Därmed underlättas applicerandet av led- ningselementet mellan inloppsledningen och utloppsledningen. En sådan ljuddämpan- de behållare kan benämnas vändkammare.

Enligt en annan föredragen utföringsforin av föreliggande uppfinning innefattas arrangemanget i ett avgassystem för att leda ut avgaser från en förbränningsmotor. Ot- tomotorer och dieselmotorer alstrar under drift ett dominerande lågfrekvent ljud som härrör från motoremas törbränningsprocesser. Frekvensen hos detta ljud varierar såle- des med förbrärmingsmotorernas varvtal. Detta lâgfrekventa ljud som är svårt att däm- pa med konventionella ljuddämpare kan med fördel dämpas med det ljuddämpande arrangemanget enligt uppfinningen. Det ljuddämpande arrangemanget kan användas i ledningssystem för både gasformiga och vätskeformiga fluider där en maskin alstrar ett lågfrekvent ljud med en varierbar frekvens. Arrangemanget kan, exempelvis, innefattas i ett ledningssystem för att leda komprimerad luft från en kompressor. Arrangemanget kan även innefattas i ett ledningssystem för att leda en vätskeforrnig fluid med en ma- skin som under drift alstrar ett dominerande ljud med en frekvens som är relaterad till maskinens varvtal. Arrangemanget kan därvid innefattas i ett hydrauliskt system där en maskin, såsom en oljepump, alstrar ett lågfrekvent ljud med en varierbar frekvens.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN l det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsformer av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: 10 15 20 25 30 35 531 516 F ig. l visar ett ljuddämpande arrangemang enligt en första utföringsforrn av uppfin- ning och Fig. 2 visar ett ljuddämpande arrangemang enligt en andra utföringsform av uppfin- ningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar ett ljuddämpande arrangemang som är anpassat att appliceras i ett avgassy- stem för en förbränningsmotor l. Förbränningsmotorn l kan vara en dieselmotor eller en ottomotor som drivs med ett varierbart varvtal. Förbränningsmotorn kan driva ett fordon som kan vara ett tungt fordon. Avgaserna i avgassystemet leds, via en inlopps- ledning 2, till ett invändigt utrymme 3a i en ljuddämpande behållare 3. inloppsledning- en 2 har en öppning 2a som är belägen på ett avstånd från en inre väggyta i behållaren 3. Avgaserna är anpassade att ledas ut från den ljuddämpande behållaren 3 via en ut- loppsledning 4. Utloppsledningen 4 har en öppning 4a som även är belägen på ett av- stånd från en inre väggyta i behållaren 3. lnloppsledningen 2 och utloppsledningen 4 har en väsentligen parallell sträckning i anslutning till den ljuddämpande behållaren 3. lnloppsledningens öppning 2a och utloppsledningens öppning 4a är så anordnade i förhållande till varandra så att ljud som leds in i den ljuddämpande behållaren 3 måste reflekteras åtminstone en gång mot en invändig yta innan det kan ledas ut genom ut- loppsöppningen 4a. Den ljuddämpande behållaren 3 utgörs här av en s.k. vändkarnma- re. Ett ledningselement 5 som har en invändig passage förbinder inloppsledningen 2 och utloppsledningen 4 i anslutning till den ljuddämpande behållaren 3. Ledningsele- mentets 5 invändiga passage är betydligt smalare än inloppsledningens 2 och utlopps- ledningens invändiga passager.

Ledningselementet 5 innefattar ett första ledningsparti Sa som är fast anordnat i in- loppsledningen 2 och ett andra ledningsparti 5b som är fast anordnat i den andra avgas- ledningen 4. Ett tredje ledningsparti 5c är törskjutbart anordnat i förhållande till det första ledningspartiet 5a och det andra ledningspartiet 5b. Det tredje ledningspartiet 5c är anordnat radiellt utvändigt det första ledningspartiet 5a och radiellt invändigt om det andra ledningspartiet 5b. Det tredje ledningspartiet 5c är tillverkat av ett annat material än de första och andra ledningspartierna Sa, b. Ett första ställdon 6 är anpassat att steg- löst förskjuta det tredje ledningspartiet 5c i förhållande till de första och andra led- ningspartierna Sa, b. Då det tredje ledningspartiet 5c förskjuts nedåt i Fig. l definierar 10 15 20 25 30 35 593! 515 materialet i det tredje ledningspartiet 5c än större del av passagens väggyta än då det förskjuts uppåt till en högre belägen position. Ett schematiskt visat andra ställdon 7 är anpassat att steglöst variera tvärsnittsarean hos passagen i ett område av det andra led- ningspartiet Sb genom att ställa en ventilkropp 8 i en varierbar vridposition. En styren- het 9 är anpassad att väsentligen kontinuerligt mottaga information avseende förbrän- ningsmotoms l varvtal och att styra ställdonen 6, 7 med hjälp av denna information.

Styrenheten 9 kan vara en datorenhet med en lämplig programvara for detta ändamål.

Förbränningsmotorn alstrar under drift ljud som fortplantas med avgasströmmen. Detta ljud är sammansatt av olika frekvenser. Det lågfrekventa ljud som alstras under för- bränningsmotoms l förbränningsprocesser i är dock det klart dominerande ljudet. Det- ta ljud, som har en frekvens som varierar med förbränningsmotorns varvtal, är svårt att dämpa med konventionella ljuddämpare. Alla ljuddämpande behållare har en egenfre- kvens som är relaterad till behållarens utformning avseende material och geometri. För att dämpa ett lågfrekvent ljud på ett effektivt sätt krävs användning av en mycket stor konventionell ljuddämpande behållare. Anordnandet av ledningselementet 5 mellan inloppsledningen 2 och utloppsledningen 4 medför emellertid att en ljuddämpande behållaren 3 med en relativt ringa storlek kan erhålla en egenfrekvens som är i nivå med det dominerande lågfrekventa ljud som en förbränningsmotor 1 alstrar. Det första ställdonets 6 steglösa förskjutningsrörelse av det tredje ledningspartiet Sc till olika po- sitioner medför att passagens invändiga väggyta kan definieras av olika material i vari- erande proportioner. Därmed kan ledningselementets 5 akustiska egenskaper varieras och den ljuddämpande behållarens egenfrekvens. Det andra ställdonets 7 steglösa posi- tionering av ventilen 8 i olika vridvinklar medför att ledningselementets 5 invändiga passage kan erhålla en steglöst varierbar tvärsnittsarea i området där ventilen 8 är an- ordnad. Genom att variera passagens tvärsnittsarea kan ledningselementets 5 akustiska egenskaper även varieras liksom den ljuddämpande behållarens 3 egenfrekvens. En fördel med ett sådant ledningselement 5 är att ganska små förändringar av den invändi- ga passagens utformning resulterar i en relativt stor skillnad i egenfrekvens hos den lj uddärnpande behållaren 3. Det ljuddämpande arrangemanget kan därmed ha relativt små dimensioner.

Under drift av förbränningsmotorn l alstras avgaser som strömmar genom inloppsled- ning 2 till den ljuddämpande behållare 3. Från den ljuddämpande behållaren leds avga- sema till utloppsledningen 4. En mindre del av avgasema leds från inloppsledningen 2 till utloppsledningen 4 via passagen i ledningselementet 5. Styrenheten 9 mottar vä- 10 15 20 25 30 35 SIP! TIG sentligen kontinuerligt information om förbränningsmotorns 1 rådande varvtal. Med hjälp av denna information uppskattar styrenheten 9 väsentligen kontinuerligt frekven- sen hos förbränningsmotorns 1 dominerande ljud. Styrenheten 9 innefattar lagrad in- formation om hur ställdonet 6 ska positionera det tredje ledningspartiet Sc och om hur ställdonet 6 ska positionera ventilen 8 för att den ljuddämpande behållare 3 ska erhålla en egenfrekvens som motsvarar förbränningsmotorns dominerande ljudfrekvens. Så snart som förbränningsmotorns varvtal ändras aktiverar styrenheten 9 ställdonen 6, 7 så att den ljuddämpande behållare 3 kontinuerligt erhåller en egenfrekvens som motsvarar förbränningsmotorns dominerande ljudfrekvens. På detta sätt kan det ljuddämpande arrangemanget dämpa det dominerande lågfrekventa ljudet från en förbränningsmotor mycket effektivt oberoende av förbränningsmotorns varvtal, Fig. 2 visar ett alternativt utförande av ett ljuddämpande arrangemang. I detta fall inne- fattas arrangemanget i ett ledningssystem för att leda komprimerad luft från en kom- pressor ll. En lj uddämpande behållare 3 är här sedd utifrån och en inloppsledning 2 och en utloppsledning 4 visas i ett tvärgående snitt. Den komprimerade luften från kompressorn ll leds via inloppsledningen 2 till ett invändigt utrymme i den ljuddäm- pande behållare 3. Luften är anpassad att ledas ut från den ljuddämpande behållaren 3 via utloppsledningen 4. Inloppsledningen 2 och utloppsledningen 4 har en väsentligen parallell sträckning i anslutning till den ljuddämpande behållaren 3. Ett rörformigt led- ningselement 5 med en invändig passage förbinder de parallella ledningama 2, 4 i an- slutning till den ljuddämpande behållaren 3. Ledningselementet 5 innefattar ett första ledningsparti Sa som är fast anordnat på inloppsledningen 2 och ett andra ledningsparti Sb som är fast anordnat på utloppsledningen 4. Ledningselementet 5 innefattar ett tred- je ledningsparti Sd som förbinder det första ledningspartiet Sa och det andra lednings- partiet 5b. Det tredje ledningspartiet Sd innefattar en första rörforrnig förbindningsdel Sd] som är törskjutbart förbunden med det första ledningspartiet Sa och en andra rör- formi g förbindningsdel Sdg som är förskjutbart förbunden med det andra ledningsparti- et Sb. Det tredje parti Sd innefattar även en basdel Sd; som utgör en tvärgående för- bindning mellan de rörformiga förbindningsdelarna Sdj, Sdz.

Ett ställdon 6, som här är exemplifierad såsom en cylinder, är anpassat att steglöst för- skjuta det tredje ledningspartiet Sd i förhållande till de fast anordnade första och andra ledningspartierna Sa, b. Då det tredje ledningspartiet Sd förskjuts nedåt i Fig. 1 tillhan- dahåller ledningselementets 5 invändiga passage en kortare längd och då det förskjuts uppåt i Fig. l tillhandahåller ledningselementets S passage en utökad längd. Genom 10 15 20 25 šfifi 545 sådana förskj utningsrörelser kan ledningspartiets 5 invändiga passage tillhandahålla en steglös varierbar längd. Passagens akustiska egenskaper kan därmed varieras och den ljuddämpande behållarens 3 egenfrekvens. En styrenhet 9 är anpassad att väsentligen kontinuerligt mottaga information avseende kompressorns ll varvtal och att styra ställdonet 6 med hjälp av denna information. Styrenheten 9 kan vara en datorenhet med en lämplig programvara for detta ändamål.

Under drift av kompressorn ll mottar en styrenhet 9 väsentligen kontinuerligt informa- tion avseende kompressorns ll varvtal och bestämmer den dominanta ljudfrekvens som kompressorn ll avger. Alternativt kan styrenheten 9 erhålla information från en lj udsensor som avkänna det ljud som kompressorn alstrar. Med hjälp av denna infor- mation styr styrenheten ställdonet 6 så att ledningselementet 5 erhåller en längd som ger den ljuddämpande behållaren 3 en egenfrekvens som kontinuerligt motsvarar kom- pressoms ll dominerande lågfrekventa ljud. Därmed kan kompressorns 11 domine- rande lågfrekventa ljud effektivt dämpas i den ljuddämpande anordningen.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsformen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Det ljuddämpande arrangemanget kan arrangeras i ett godtyckligt ledningssystem som leder en fluid från en maskin som till- for ett ljud med en varierbar frekvens. En sådan fluid kan vara gasformig eller vätske- formig. Självfallet kan justeringsanordningen innefatta andra komponenter än de som exemplifieras i utforingsformerna för att variera den ljuddämpande behållarens egen- frekvens. Det är även möjligt anordna olika typer av ljuddärnpande material inuti den lj uddämpande behållaren 3 och/eller inuti ledningselementet 5.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 5231 515 Patentkrav

1. l. Ljuddämpande arrangemang som innefattar en ljuddämpande behållare (3) med ett invändigt utrymme (3 a), en inloppsledning (2) som är anpassad att leda en fluid till be- hållaren (3) från en maskin (1), som under drift alstrar ett dominerande ljud med en fre- kvens som är relaterad till maskinens varvtal, och en utloppsledning (4) som är anpas- sad att leda ut fluiden från behållaren (3), kännetecknat av att arrangemanget innefattar ett ledningselement (5) som har en invändig passage som förbinder inloppsledningen (2) och utloppsledningen (4) i en position utvändigt om och i närheten av den ljuddämpan- de behållaren (3) och en justeringsanordning (Sa-d, 6- 9) som är anpassad att justera nämnda passages utformning och därmed den ljuddämpande behållarens akustiska egen- skaper så att den kontinuerligt erhåller en egenfrekvens som motsvarar den domineran- de ljudfrekvensen som maskinen alstrar vid det rådande varvtalet.

2. Ljuddämpande arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att justeringsanordningen innefattar en styrenhet (9) som är anpassad att väsentligen kontinuerligt mottaga infor- mation om maskinens (l) rådande varvtal och ett ställdon (6, 7) som är anpassat att mottaga styrsignaler från styrenheten (9) och att justera passagens utformning med hjälp av denna information.

3. Ljuddämpande arrangemang enligt krav l eller 2, kännetecknat av att justeringsan- ordningen (Sa-c, 6, 9) är anpassad att justera passagens utformning genom att variera det material (Sa-c) som definierar passagens väggar,

4. Ljuddämpande arrangemang enligt något av föregående krav, att justeringsanordningen (Sa, b, d, 6- 9) är anpassad att justera passagens utformning ge- nom att variera passagens geometri.

5. Ljuddämpande arrangemang enligt krav 4, kännetecknat av att justeringsanordningen (Sa, b, d, 6, 9) är anpassad att variera passagens geometri genom att steglöst justera passagens längd.

6. Ljuddämpande arrangemang enligt något av föregående krav, att justeringsanordningen (7, 8, 9) är anpassad att variera passagens geometri genom att steglöst justera passagens tvärsnittsarea i åtminstone ett område. 10 15 20 25 šïšfl "515 10

7. Ljuddämpande arrangemang enligt något av föregående krav, att ledningselementet (5) innefattar åtminstone två ledningspartier (Sa-d) som är förskjut- bart anordnade i förhållande till varandra.

8. Ljuddämpande arrangemang enligt något av föregående krav, att inloppsledningen (2) och utloppsledningen (4) har öppningar (2a, 4a) inuti den ljud- dampande behållaren (3) vilka är så orienterade i förhållande till varandra att ljud som leds in i behållaren (3) från inloppsledningens öppning (2a) inte kan ledas ut genom ut- loppsledningens öppning (4a) utan att först ha reflekteras åtminstone en gång mot en invändig yta i behållaren (3).

9. Ljuddampande arrangemang enligt något av föregående krav, att arrangemanget innefattas i ett avgassystem för att leda ut avgaser från en förbrännings- motor (1).

10. Ljuddämpande arrangemang enligt något av de föregående kraven 1 till 8, lgínng tecknat av att arrangemanget innefattas i ett ledningssystem för att leda komprimerad luñ från en kompressor (11).

11. ll. Ljuddämpande arrangemang enligt något av föregående krav, att arrangemanget innefattas i ett ledningssystem för att leda en vätskeformig tluid med en maskin som under drifi alstrar ett dominerande ljud med en frekvens som ar relaterad till maskinens varvtal.