DE1158760B - Schalldaempfer, insbesondere fuer Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Schalldämpfer, insbesondere für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft ein akustisches Abzweigfilter, dessen Hauptströmungsrohr über wenigstens ein Zweigrohr mit der Kammer in Verbindung steht.
• Die bekannten Schalldämpfer dieser Art besitzen im Bereich der Kammervolumen Zweigstücke in Form von öffnungen oder kurzen Rohrstücken. Bei den bekannten Ausführungen sind diese Zweig'stücke senkrecht zur Abgasströmung angeordnet. Derartige Abzweigfilter werden allgemein als Helmholtzsche Resonatoren bezeichnet. Sie wirken im wesentlichen in einem bestimmten Frequenzbereich. Der Nachteil dieser üblichen Resonatoren besteht vor allem darin, daß sie an Stellen geringerer Druckschwankungen, jedoch um so größerer Gas-Pendelgeschwindigkeiten in der H#auptgasrohrleitung keine nennenswerte Wirksamkeit aufweisen, da nur bei Druckschwankungen an der Mündung des Resonatorzweigstückes das schwingungsfähige Resonatorsystein in ausreichende Bewegung versetzt wird. Die Anwendung der Resonatoren in der bisher üblichen Art ist daher auf bestimmte Stellen im Verlaufe der Haupt-Abgasleitung beschränkt, was ihre Anbringung und Verwendung besonders bei der Dämpfung des Auspuffgerläusches von Kraftfahrzeugmotoren stark einengt.
• Bekannt ist auch ein Schalldämpfer, bei dem die vorgesehenen Kammern über kurze Rohrstückchen sowohl mit dem Hauptströmungsrohr als auch untereinander verbunden sind. Eines der an das Hauptströmungsrohr angesetzten Zweigröhrchen ist dabei schräg angeordnet. Da alle die vorgesehenen Kammern untereinander Querverbindungen aufweisen, ist dieses Zweigrohrstückchen für die Ankopplung der Kammern nicht von der Bedeutung, welche die Erfindung einem einzigen oder vielen gleichgerichteten Zweigrohren zuweist. Es ist nämlich Aufgabe der Erfindung, die -bekannten akustischen Abzweigresonatoren durch eine besonders starke Ankopplung, insbesondere an die dynamischen Abgasimpulse, zu verbessern mit dem Ziel einer besseren Dämpfungsleistung und der Möglichkeit einer Anordnung der Abzweigresonanzdämpfer auch an Stellen des Hauptströmungsrohres mit starken dynamischen und schwachen statischen, Druckkomponenten.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe von zwei gleichgeordneten Lösungsprinzipien.
• Nach dem ersten wird das Zweigrohr in einem Winkel von weniger als 75' zur Gasströmungsrichtung vor der Abzweigung, und zwar in (Druckimpuls) oder entgegengesetzt (Saugimpuls) dieser Strömungsrichtung, geneigt angeordnet.
• Dabei werden die strömenden und schwingenden Abgase infolge ihrer Massenträgheit gezwungen, in das Resonatorvoluinen einzudringen und das Resonatorsystem in heftige Schwingungen zu versetzen. Dieser dynamische Effekt wirkt speziell ün Ausfallbereich der üblichen Resonatoren, nämlich an Rohrstellen minimaler Druckschwankungen und maximaler Pendelung der Abgassäulen. Das dynainische Wirkungsoptim,um tritt hierbei ein, wenn das Zweigstück fluchtend zur ankommenden Abgasrohrleitung, also in einem Winkel von 0' angeordnet ist, weil dann die, Trägheitswirkung die pulsierenden Gasmassen am stärksten in das Resonatorvolumen hineintreibt. Die Resonatorwirkung auf Grund dynamischer Anregung läßt wegen schlechter werdender Ankopplung um so mehr nach, je größer der Winkel des Zweigstückes in bezug auf die Richtung der ankommenden Abgasleitung gewählt wird, und sie erreicht ihr Minimum bei 90'. Dieser Nachteil schlechter dynamischer Ankopplung im Winkelbereich von 75 bis 105' tritt nicht auf, wenn - nach dem zweiten Lösungsprinzip - das Zweigrohr oder die Zweigrohre in einer beliebigen Winkelstellung zur Gasströmungsrichtung angeordnet sind und dann im Hauptströmungsrohr hinter der Abzweigung eine Einschnürung vorgesehen ist. Dadurch wird an Stelle des ungünstig gerichteten dynamischen Druckimpulses ein vorher fehlender statischer Staudruck erzeugt, welcher allseitig wirkt und daher den Resonator kräftig auch im ungünstigen Winkelbereich zum Ansprechen bringt.
• Die erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglichen es, an Stellen minimaler oder sogar fehlender Druckschwankungen des Hauptströmungsrohres die bei stoßartigem Medium immer vorhandenen dynamischen Druckimpulse sowie eben-falls infolge der Hin- und Herbewegung der Abgassäule auftretenden dynamischen Sauginipulse zur Ankopplung der Abzweigresonatoren auszunutzen.
• Eine besonders zweckmäßige Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes sieht vor, die Richtung des Hauptströmungsrohres zu ändern. Dabei kann das Abzweigrohr das Hauptströmungsrohr geradlinig fortsetzen, wodurch das Eintreten der pendeln-den Abgassäule in das Kammervolumen zusätzlich begünstigt wird.
• Eine weitere Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes ist derart denkbar, daß das Abzweigrohr das Hauptströmungsrohr konzentrisch oder exzentrisch umhüllt und mindestens einseitig axial offen ist, wobei,der so gebildete Zwischenraum von ring- oder sichelförinigem Querschnitt durch Öffnungen mit dem Hauptströmiungsrohr verbunden ist.
• Der durch die Strömungseinschnürung an der Mündungsstelle des Resonators bewirkte- Staudruck macht es feTner möglich, das Zweigstück als Überrohr auszubilden, das die Hauptabgasleitung innerhalb des Resonatorvolumens konzentrisch oder exzentrisch umhüllt. Der hierbei gebildete und sich in axialer Richtung erstreckende Ringspalt wird durch öffnungen in der Abgasleitung mit dieser strörnungsverbunden. In Ausgestaltung dieser Aus- führungsform ist es zweckmäßig, die Öffnungen bei beidseitig offenem überrohr so anzuordnen, daß sie in der Mittel des überrohres liegen. Ist der Ringspalt an einer Seite abgeschlossen, so werden die öffnungen in den Bereich des Abschlusses gelegt.
• Die, akustische Abstimmung der beschriebenen Abzweigfilter erfolgt in an sich bekannter Weise durch Bemessung von Länge und Querschnitt der Zweigstücke oder des überrohres sowie durch Wahl des Kammervolumens. Da der erfindungsgemäße Resonator sowohl auf dynamische Druck- und Sangimpulse als auch auf statische Druckschwankungen anspricht, ergibt sich bezüglich der Schalldämpfung eine überraschend große Breitbandigkeit. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Abzweigülter nunmehr an beliebiger Stelle der Ab- gasrohrleitung angeordnet sein können, was im ffinblick auf die Platzverhältnisse an Kraftfahrzeugen einen großen Fortschritt darstellt.
• Die erfindungsgemäß-- Vorrichtung sei an Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele eingehender beschrieben.
• Fig. 1 zeigt einen Resonator mit dem erfindungsgemäßen Zweigstück; Fig. 2 ist ein Resonator mit Überrohr; Fig. 3 stellt einen Resonator mit einer Anzahl von Zweigstücken dar; Fig. 4 ist der Schnitt A -B durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3.
• Fig. 1 zeigt einen Resonator, bei dem die Abgasrohrleiitung im Bereich der Kammer 2 ein fluchtend angeordnetes Zweigstück 3 aufweist. Die Abgasrährleitung ist bei la in Form eines Knies weitergeführt. Das hier aus einem zylindrischen Rohr bestehende Zweigstück 3 ist in bezug -auf die durch das Abgasrohr 1 eintretende- Abgasströmung in einem Winkel von 0' angeordnet. Wenn man sich vorstellt, daß sich das Zweigstück an einer Stelle der Abgasrohrleitung 1 befindet, an der die Abgassäule kaum nennenswerte stationär-- Druckschwankungen aufweist und dafür um so heftiger hin- und herpendelt, dann ist es leicht verständlich, daß die Anordnung des Rohrstückes 3 ein Eintreten der Abgassäule in das Kammervolumen2 begünstigt. Die Trägheit der Gasinassen wird so in natürlichster Weise ausgenutzt, den Resonator anzukoppeln.
• In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Abgasrohrleitung 1 durch öffnungen 3 a mit der Kammer 2 verbunden ist. Nachfolgend an die durch Öffnungen 3 a dargestellte Abzweigung ist in der Abgasrohrleitung 1 eine Ströniungseinschnürung 1 b vorgesehen. Die Abgasrohrleitung 1 ist von einem Überrohr 4 umgeben, das die aus den öffnungen 3 a austretende Abgasströmung zwingt# zuerst in den zwischen Abgasrohrleitung 1 und Überrohr 4 gebildetem konzentrischen, in axialer Richtung fortgesetzten Ringspalt einzutreten. Im Bereich der öffnungen 3 a ist der Ringspalt durch die radiale Wand 4 a abgeschlossen.
• Aus Fig. 3 ist eine Ausführangsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ersehen, bei der das Zweigstück aus einer Anzahl zylindrischer Röhrchen 3 b besteht, die rings um das Hauptabgasrohr 1 versetzt angeordnet sind, wie der Schnitt A-B gemäß Fig. 4 zeigt. Bei der großen Anzahl der Röhrchen lassen sich diese kaum in der in Fig. 1 dargestellten Weise anordnen. Es ist das Verdienst der Erfindung, eine Möglichkeit gefunden zu haben, die Zweigstücke auch in der bisher üblichen Form zu verwenden, wenn das nicht zu umgehen ist. In diesem Falle ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Abgasrohrleitung im Anschluß an die Abzweigstellen einzuschnüren, so daß die Leitung einen Drosselwiderstand mit Staudruck aufweist, der ein Eintreten der Abgasströmung in die Kammer2 beeinflußt. So wird erreicht, daß dieser Resonator auch bei minimalen Druckschwankungen der Abgassäule wirkt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Akustisches Abzweigfilter, dessen Hauptströmungsrohr über wenigstens ein Zweigrohr mit der Kammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichne4 daß das Zweigrohr (3) in einem Winkel von weniger als 75' zur Gasströmungsrichtung vor der Abzweigung, und zwar in oder entgegengesetzt dieser Strömungsrichtung geneigt, angeordnet ist (Fig. 1). 2. Akustisches Abzweigfilter, dessen Hauptströmungsrohr über wenigstens ein Zweigrohr mit der Kammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweigrohr (3 a, 4) oder die Zweigrohre (3 b) in einer beliebigen Winkelstellung zur Gasströmungsrichtung angeordnet ist oder sind und daß im Hauptströmungrohr (1) hinter der Abzweigung eine Einschnürung (1 b) vorgesehen ist (Fig. 2, 3, 4). 3. Akustisches Abzweigfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die, Richtung des Hauptströmungsrohres nach der Abzweigung ändert (Fig. 1). 4. Akustisches Abzweigfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweigrohr (4) das Hauptströmungsrohr (1) konzentrisch oder exzentrisch umhüllt und mindestens einseitig axial offen ist und daß der so gebildete Zwischenraum von ring- oder sichelförmigem Querschnitt durch öffnungem (3 a) mit dem Hauptströmungsrohr (1) verbunden ist (Fig. 2). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschäft Nr. 716 329; deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1755 652, 1755 651; französische Patentschrift Nr. 720 611; USA.-Patentschriften Nr. 2 194 457, 2 124 932, 2 115 113, 2 047 442, 1949 074.