DE4341951A1

DE4341951A1 - Interferenz-Geräuschdämpfer

Info

Publication number: DE4341951A1
Application number: DE4341951A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Juergen Dipl Beiersdorf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 1994-06-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Interferenz-Geräuschdämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise aus der EP-0 279 710-B1 bekannt ist.

Interferenz-Geräuschdämpfer nutzen den Effekt aus, daß Schwin gungen gleicher Wellenlänge λ, die um eine halbe Wellenlänge λ/2 gegeneinander phasenverschoben sind, sich in ihrer Wirkung auf heben.

Um sich diesen Effekt für die Geräuschdämpfung von periodischen Druckwellen in durch eine Leitung geförderten Strömungsmitteln zunutze zu machen, ist es bekannt (z. B. DE-AS 14 75 701, Fig. 1, Fig. 3; DE-GM 74 11 202 oder EP-0 279 710-B1), das Leitungs rohr in mindestens zwei unterschiedlich lange Teilrohre zu ver zweigen und diese Teilrohre dann wieder zu ein gemeinsames Lei tungsrohr zu vereinen. Durch die unterschiedlich großen Teil rohrlängen ergeben sich zwischen den Teilströmungen Phasenver schiebungen, deren Größe von der Längendifferenz der Teilrohre abhängt. Bei entsprechender Bemessung der Teilrohrlängen können so im hinter den Teilrohren liegenden gemeinsamen Leitungsrohr die geräuschmäßig jeweils lästigsten Frequenzen gedämpft bzw. beseitigt werden. Die Dämpfung ist dabei sehr stark von der ge nauen Abstimmung der Teilrohrlängen (Phase) abhängig. Eine exak te Interferenzdämpfung ist daher im Prinzip nur bei solchen Ab gasanlagen möglich, deren Verbrennungsmotoren mit praktisch kon stanter Drehzahl arbeiten und bei denen die Temperatur des Strö mungsmittels in den verschiedenen Teilrohren zumindest annähernd konstant bleibt, da Temperaturschwankungen auch Einfluß auf die Schallgeschwindigkeits-Verhältnisse in den Leitungsrohren hät ten.

Ein bekannter Interferenz-Geräuschdämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs (EP-0 279 710-B1) ist in Form eines sich in ein erstes und ein zweites Teilrohr verschieden großer Rohrlänge verzweigenden und danach wieder vereinenden Leitungsrohrs ausge bildet, welches zwischen dem Auspuffkrümmer des Verbrennungsmo tors und dem üblichen Schalldämpfer des Fahrzeuges zwischenge schaltet ist.

Während das eine Teilrohr dieses Interferenz-Geräuschdämpfers aus einem einfachen durchgehenden Rohr besteht, ist innerhalb das dazu parallel geführten zweiten Teilrohrs ein sogenannter Querschalldämpfer eingefügt.

Dieser bekannte Interferenz-Geräuschdämpfer ist auf eine be stimmte Frequenz abgestimmt, nämlich so, daß gerade die Schwin gungen, die der Oberschwingung mit der Frequenz 1,5 n entspre chen durch Interferenz am Ausgang des Interferenz-Geräuschdämp fers gedämpft werden, wobei n die Normaldrehzahl des Verbren nungsmotors sein soll.

Ein speziell für durch Verbrennungsmotoren angetriebene Hand kreissägen und Rasenmäher konzipierter bekannter Interferenz-Ge räuschdämpfer (DE-OS 28 28 006) besteht aus mehreren hinterein ander geschalteten Dämpferstufen, die jeweils aus sich in zwei Strömungswege verschieden großer Weglänge verzweigenden und an schließend wieder vereinenden Wegen bestehen. Die einzelnen Dämpferstufen sind jeweils auf eine bestimmte als besonders stö rend empfundene Frequenz abgestimmt. In einem Ausführungsbei spiel sind die einzelnen Dämpferstufen jeweils auf verschiedene Frequenzen abgestimmt. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Dämpferstufen dagegen auf die gleiche Wellenlänge abgestimmt bzw. zumindest die ersten beiden Stufen auf eine Wellenlänge, die derjenigen Frequenz entspricht, bei der der Verbrennungsmo tor die größte Geräuschentwicklung erzeugt. Bei der Konzeption und der Erläuterung der Funktionsweise dieses Interferenz-Ge räuschdämpfers wird u. a. auch auf die aus der Akustik bekannten sogenannten "Koenig-Rohre" hingewiesen, die aus einem festen U-förmig gebogenen Rohr mit zwei auf den beiden U-Schenkeln an geordneten Öffnungen sowie einem zweiten U-förmig gebogenen Rohr, das auf dem ersten Rohr verschiebbar angeordnet ist, be stehen und die zur Demonstration des Interferenz-Effektes die nen, d. h. zum Nachweis, daß dann, wenn man vor einer der beiden Öffnungen eine Stimmgabel schwingen läßt, an der anderen Öffnung je nach Stellung des verschiebbaren Rohres auf dem festen Rohr deutlich Minima und Maxima der Hörbarkeit wahrzunehmen sind, wo bei die Minima immer dann plötzlich auftreten, wenn die durch die beiden parallelen Rohre gelaufenen Wellen der Tonschwingun gen vor der Ausgangsöffnung in Gegenphase sind.

Irgendwelche konstruktiven Konsequenzen hieraus sind bei der Konzeption des bekannten Interferenz-Geräuschdämpfers jedoch nicht gezogen worden, abgesehen von der Übertragung der Grund lehre, daß nämlich eine geräuschdämpfende Interferenzwirkung dann auftritt, wenn in Gegenphase befindliche Schwingungen glei cher Wellenlänge einander überlagert werden.

Bei einem für pneumatische Werkzeuge konzipierten anderen be kannten Interferenz-Geräuschdämpfer (DE-GM 74 11 202) in Form eines sich in ein erstes und ein zweites Teilrohr verschieden großer Rohrlänge verzweigenden und danach wieder vereinenden Leitungsrohrs ist in einem Ausführungsbeispiel ohne weitere Er läuterung des Zwecks vorgeschlagen, die Längendifferenz der bei den Zweigleitungen durch Übereinanderschieben von Leitungsteilen variabel zu gestalten. Es ist zu vermuten, daß diese Verschiebe möglichkeit dazu dienen soll, die Längendifferenz der beiden Teilleitungen unmittelbar vor Ort, d. h. am pneumatischen Werk zeug einzujustieren und dann zu fixieren.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit vergleichsweise geringem Aufwand einen besonders wirksamen Interferenz-Geräuschdämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahr zeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannte Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Interferenz-Geräuschdämpfer zeichnet sich dadurch aus, daß die wirksame Rohrlänge zumindest eines der bei den Teilrohre durch ein Stellglied veränderbar ist, so daß die Eigenschaften des Geräuschdämpfers in einfacher Weise und sehr effektiv an die sich während des Fahrbetriebs ändernden Be triebsverhältnisse angepaßt werden können.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in prinzipienhafter Dar stellung den Verbrennungsmotor 1 sowie die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs.

Um die motorbedingte Geräuschentwicklung des Fahrzeugs über das übliche Maß hinaus zu reduzieren, ist in der vom Verbrennungsmo tor 1 zum üblichen Schalldämpfer 2 führenden Abgasleitung 11 zu sätzlich ein regelbarer Interferenz-Geräuschdämpfer 3 in Form eines Leitungsrohres 4 zwischengeschaltet, das sich in einem mit 12 bezifferten Verzweigungspunkt in zwei Teilrohre 5, 6 ver schieden großer Rohrlänge l₁, l₂ verzweigt, die sich dann in ei nem stromabwärts gelegenen Leitungspunkt 13 wieder zum Leitungs rohr 4 vereinen.

Der durch die Abgasleitung 1 zum Schalldämpfer 2 strömende pul sierende Abgasstrom wird somit im Verzweigungspunkt 12 in zwei Teilströme aufgeteilt, die stromabwärts im Leitungspunkt 13 wie der zusammengeführt werden. Wegen der unterschiedlich großen Rohrlängen l₁, l₂ der beiden Teilrohre 5, 6 sind die beiden Teilströme im Leitungspunkt 13 gegeneinander phasenverschoben, was infolge Interferenz mit einer entsprechenden Geräuschdämp fung verbunden ist. Die Größe der Phasenverschiebung und die In terferenzwirkung auf das Frequenzgemisch der Abgasströmung hängt von der Längendifferenz bzw. dem Verhältnis der beiden Teillei tungsrohrlängen ab.

Der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges muß naturgemäß mit sehr unterschiedlichen Drehzahlen arbeiten, so daß auch der die Abgasleitung 11 durchströmende Abgasstrom ein entsprechend brei tes Pulsations- bzw. Frequenzspektrum besitzt.

Um mit dem zusätzlichen Interferenz-Geräuschdämpfer 3 eine sich den betriebsmäßig ändernden Verhältnissen angepaßte wirkungsvol le zusätzliche Geräuschdämpfung zu erzielen, ist der Interfe renz-Geräuschdämpfer nicht als fest einjustiertes Gerät ausge bildet, sondern bezüglich seiner Teilleitungsrohrlängen bzw. de ren Verhältnis variabel, d. h. in Abhängigkeit von einem oder mehreren herrschenden Betriebsparametern veränderbar gestaltet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eines der beiden Teil rohre, nämlich Teilrohr 5 als festes, in seiner Länge unverän derbares Rohrstück ausgebildet, während das zweite Teilrohr 6 mittels eines durch eine Steuer- und Regeleinrichtung 10 gesteu erten Stellgliedes 9 relativ zum ersten Teilrohr 5 verschoben und dadurch in seiner wirksamen Rohrlänge l₂ verstellt werden kann. Dazu sind am Anfang sowie am Ende dieses Teilrohrs teles kopierbare Rohrbereiche 7, 8 vorgesehen, welche parallel zuein ander ausgerichtet sind, so daß dieses zweite Teilrohr 6 wie beim aus der Akustik bekannten Koenig-Rohr oder ähnlich wie bei einer Posaune auf den ihn tragenden festen Rohrstummeln in die eine oder in die andere Richtung verschoben werden kann.

Die Veränderung der wirksamen Rohrlänge 12 kann in Abhängigkeit von einem oder auch mehreren Betriebsparametern des Fahrzeugs erfolgen, z. B. in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n oder aber in Abhängigkeit von durch nicht weiter dargestellte Senso ren erfaßten besonders störenden Frequenzen f des Abgasgeräu sches.

Da die von einer Kfz-Abgasanlage abgestrahlten Geräusche bei hö heren Fahrgeschwindigkeiten im Verhältnis zu Wind- und Reifenge räuschen wesentlich weniger ins Gewicht fallen als bei niedrige ren Fahrgeschwindigkeiten, ist es gegebenenfalls ausreichend oder aber von Vorteil, die Steuerung und Regelung des Interfe renz-Geräuschdämpfers 3 nur unterhalb einer vorgegebenen ver gleichsweise niedrigen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs durch zuführen, z. B. im Stadtverkehr.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eines der beiden Teilrohre längenverstellbar ausgebildet, was in den meisten Fällen durchaus ausreicht, um innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches besonders störende Frequenzen der Ab gasgeräusche wirksam abzubauen.

Die Möglichkeiten zur wirkungsvollen Geräuschdämpfung werden aber noch beträchtlich vergrößert, wenn auch die wirksame Rohr länge des zweiten Teilrohrs durch ein entsprechendes Stellglied verstellt werden kann, weil der Interferenz-Geräuschdämpfer 3 dann noch besser auf die Wellenlängen der als besonders störend empfunden Tonschwingungen des Abgasstroms abgestimmt werden kann.

Bezugsnummernliste

1 Verbrennungsmotor
2 Schalldämpfer
3 Interferenz-Geräuschdämpfer
4 Leitungsrohr
5 erstes Teilrohr
6 zweites Teilrohr
7, 8 teleskopierbare Rohrbereiche
9 Stellglied
10 Steuer- und Regeleinrichtung
11 Abgasleitung
12 Verzweigungspunkt
13 Leitungspunkt

Claims

1. Interferenz-Geräuschdämpfer (3) für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in Form eines sich in ein erstes und ein zwei tes Teilrohr (5, 6) verschieden großer Rohrlänge (l₁, l₂) verzweigenden und danach wieder vereinenden Leitungsrohrs (4), dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Rohrlänge zumindest eines der beiden Teil rohre (5, 6) durch ein Stellglied (7) in Abhängigkeit von ei nem oder mehreren jeweils herrschenden Betriebsparametern, wie z. B. der Motordrehzahl oder der Fahrgeschwindigkeit, veränderbar ist.

2. Interferenz-Geräuschdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Rohrlänge (l₂) nur des einen Teilrohrs (6) veränderbar ist.

3. Interferenz-Geräuschdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in seiner wirksamen Rohrlänge (l₂) veränderbare Teil rohr (6) teleskopierbare Rohrbereiche (7, 8) aufweist.

4. Interferenz-Geräuschdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein erster teleskopierbarer Rohrbereich (7) ein gangs und ein zweiter teleskopierbarer Rohrbereich (8) aus gangs des in seiner wirksamen Rohrlänge veränderbaren Teil rohrs (6) angeordnet ist
und daß beide teleskopierbaren Rohrbereiche (7, 8) parallel zueinander ausgerichtet sind.