EP1051562B1 - Schalldämpfer mit einem nebenschlussresonator - Google Patents

Schalldämpfer mit einem nebenschlussresonator Download PDF

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EP1051562B1
EP1051562B1 EP98963457A EP98963457A EP1051562B1 EP 1051562 B1 EP1051562 B1 EP 1051562B1 EP 98963457 A EP98963457 A EP 98963457A EP 98963457 A EP98963457 A EP 98963457A EP 1051562 B1 EP1051562 B1 EP 1051562B1
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EP
European Patent Office
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sound
tubular elements
duct
silencer
resonator
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EP98963457A
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Matthias Alex
Rolf Füsser
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Mann and Hummel GmbH
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Filterwerk Mann and Hummel GmbH
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/003—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using dead chambers communicating with gas flow passages
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    • F01N1/023—Helmholtz resonators
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/15—Plurality of resonance or dead chambers
    • F01N2490/155—Plurality of resonance or dead chambers being disposed one after the other in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/20—Chambers being formed inside the exhaust pipe without enlargement of the cross section of the pipe, e.g. resonance chambers

Definitions

  • the invention relates to a silencer with a shunt resonator according to the genus of the main claim.
  • a resonator is known from DE 1 147 769 which is used for damping Sound frequencies are provided in flowing gases.
  • the resonator a resonator chamber arranged in a shunt around a gas-carrying line on.
  • Pipe elements originate from this gas-carrying line, which protrude into the cavity and the line with the cavity connect.
  • the dimensions of the pipe elements and their number will be determined by the desired resonance frequency.
  • the arrangement of several Pipe elements can be made in a plane perpendicular to the direction of flow. With further training, several rows lying next to each other can also be used be arranged by tubular elements.
  • the invention has for its object a silencer of the beginning mentioned type so that it is easy and inexpensive to manufacture can be.
  • the muffler according to the invention is advantageously suitable starting from of the generic type, the task with the characteristic Features to solve the main claim. Because the acoustically effective openings in the intake duct consist of tubular elements, that extend from the intake duct into the housing volume of the shunt resonator can extend through a suitable dimensioning and arrangement of these Pipe elements have a positive influence on the damping behavior.
  • the silencer according to the invention can be manufactured in that the area with the pipe elements in the sound-conducting duct as an injection molded part is insertable between two ends in the intake duct and that the enclosing Housing volume of the shunt resonator with one each Half of the housing are attached to one end of the channel and the two The halves of the housing, including the injection molded part, can be firmly joined together are.
  • the position of the tubular elements can be used advantageously to the resonance frequency in relation to the center of the shunt resonator in the longitudinal direction so be postponed that damping losses occurring through interaction with other components surrounding the silencer in frequency ranges are relocated, in which this does not interfere; in the best case can in turn lead to a gain in damping.
  • the sound-conducting channel the intake duct for the intake air of an internal combustion engine and the damping sound emissions are caused by the intake impulses of the individual
  • Cylinder especially a diesel engine.
  • the pipe elements are also manufactured separately and individually at the Manufacture of the injection molded part added and overmolded.
  • a growing length L of the tubular elements 6 can thus bring about a reduction in the resonance frequency f res .
  • This has advantages for use in internal combustion engines because the shunt resonator 10 mainly contributes to damping in its resonance range and the high sound energies occur in the intake duct at relatively low frequencies.
  • the length L of the individual tube elements 6 makes them acoustic overall effective length set. With a given housing volume V, one fixed diameter D of the tubular elements 6 and with a corresponding The selected length L of the tubular elements 6 can thus provide an optimal damping range for the silencer.
  • damping losses also occur with this arrangement.
  • the position of the so-called break-in frequencies f A and f B , at which these damping losses occur, can be influenced by the width and position of the area in which the tubular elements 6 are located in the intake duct 1 and thus also within the shunt resonator 10.
  • the dimension a shown in FIG. 1 and the number z of the tubular elements 6 can be changed here in such a way that the undesired damping losses are shifted into frequency ranges in which this is less disturbing. If, for example, the number z of the rows or the diameter D of the tubular elements 6 is increased, the resonance frequency f res becomes larger because of the thus increased acoustically effective area A. However, if the position of the area of the tubular elements 6 is changed from the central position in the shunt resonator 10, then there is no influence to be considered on the resonance frequency f res , but it does affect the position of the break-in frequencies f A and f B. The decisive factor here is dimension a, which indicates the position of the area of the tubular elements 6 relative to the exciter side in the intake duct 1.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer mit einem Nebenschlussresonator nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist aus der DE 1 147 769 ein Resonator bekannt, welcher zur Dämpfung von Schallfrequenzen in strömenden Gasen vorgesehen ist. Hierzu weist der Resonator einen, um eine gasführende Leitung im Nebenschluss angeordneten Resonatorraum auf. Von dieser gasführenden Leitung gehen Rohrelemente aus, welche in den Resonatorraum hineinragen und die Leitung mit dem Resonatorraum verbinden. Die Abmessungen der Rohrelemente und deren Anzahl wird durch die gewünschte Resonanzfrequenz bestimmt. Die Anordnung mehrerer Rohrelemente kann in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung erfolgen. Bei weiteren Ausbildungen können auch mehrere nebeneinanderliegende Reihen von Rohrelementen angeordnet sein.
Diese Rohrelemente sind einzeln mit der Leitung verbunden, was in der Herstellung des Resonators aufwendig und teuer ist.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallddämpfer der eingangs genannten Art so auszubilden, dass dieser einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist in vorteilhafter Weise geeignet, ausgehend von der gattungsgemäßen Art, die gestellte Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen den Hauptanspruchs zu lösen. Dadurch, dass die akustisch wirksamen Öffnungen im Ansaugkanal aus Rohrelementen bestehen, die sich vom Ansaugkanal in das Gehäusevolumen des Nebenschlussresonators erstrecken, kann durch eine geeignete Bemessung und Anordnung dieser Rohrelemente das Dämpfungsverhalten positiv beeinflusst werden.
Die veränderbaren Rohrelemente als Öffnungen im Ansaugkanal sind vor allem deswegen vorteilhaft, weil damit der Nebenschlussresonator, auch Helmholtz-Resonator im Nebenschluß genannt, auf einfache Weise zur Dämpfung auch niederer Frequenzen abgestimmt werden kann.
Hergestellt werden kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer dadurch, dass der Bereich mit den Rohrelementen im schallführenden Kanal als Spritzgussformteil zwischen zwei Enden im Ansaugkanal einfügbar ist und dass das umschließende Gehäusevolumen des Nebenschlussresonators mit jeweils einer Gehäusehälfte an jeweils einem Ende des Kanals angebracht sind und die beiden Gehäusehälften unter Einschluss des Spritzgussformteils fest zusammerifügbar sind.
Das Volumen des Nebenschlussresonators ist durch den Ringraum zwischen dem Ansaugkanal und dem äußeren Gehäuse definiert, wobei die Gestaltung des akustischen Halses durch die Rohrelemente eine vorrangige Stellung einnimmt. Die Anzahl und Lage der Rohrelemente sowie ihre Länge und ihr Durchmesser sind dabei in vorteilhafter Weise so gewählt, dass sich ihre akustischen Dämpfungsgewinne in einem vorgegebenen Frequenzbereich ausbilden.
Um auch sogenannte Einbruchfrequenzen mit Dämpfungsverlusten beiderseits der Resonanzfrequenz vorteilhaft auszunutzen, kann die Lage der Rohrelemente im Verhältnis zur Mitte des Nebenschlussresonators in Längsrichtung so verschoben werden, dass auftretende Dämpfungsverluste durch Zusammenwirkung mit weiteren, den Schalldämpfer umgebenden Bauteilen in Frequenzbereiche verlagert sind, in denen dies nicht störend wirkt; im günstigsten Fall kann dies wiederum zu einem Dämpfungsgewinn führen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der schallführende Kanal der Ansaugkanal für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors und die zu dämpfenden Schallemissionen werden durch die Ansaugimpulse der einzelnen
Zylinder, insbesondere eines Dieselmotors, hervorgerufen.
Um eine einfache Gestaltungsmöglichkeit der Rohrelemente zu erreichen können die Rohrelemente auch separat hergestellt werden und einzeln bei der Herstellung des Spritzgussformteils angefügt und umspritzt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalldämpfers mit einem Nebenschlussresonator wird anhand der Figur der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 einen Schnitt durch einen Ansaugkanal für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors mit Rohrelementen im Nebenschlussresonator;
  • Figur 2 einen Detailschnitt durch den Ansaugkanal im Bereich der Rohrelemente und
  • Figur 3 ein Diagramm des Dämpfungsverlaufs in Abhängigkeit von der Frequenz bei verschiedenen Anordnungen der Rohrelemente.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
    In Figur 1 der Zeichnung ist ein Ansaugkanal 1 als Schallkanal dargestellt, der für die Zuführung von Ansaugluft 2 eines hier nicht näher erläuterten Verbrennungsmotors sorgt. Der Ansaugkanal 1 ist an jeweils einem Ende 3 und 4 unterbrochen und schließt ein Spritzgussformteil 5 ein, das mit Rohrelementen 6 als schallführende Öffnungen versehen ist. Das Spritzgussformteil 5 ist mit Gehäuseteilen 7 und 8 umgeben, die an den Rohrenden 3 und 4 fest angebracht sind und an einer Nahtstelle 9 dicht miteinander verbunden sind. Die Mitte des Bereichs in dem die Rohrelemente 6 angeordnet sind befindet sich hier nicht mittig innerhalb der Gehäuseteile 7 und 8; als Bezugsgröße ist hier das Maß a, als Abstand von der Erregerseite, angegeben.
    Das Gehäusevolumen zwischen den Gehäuseteilen 7 und 8 und dem Spritzgussformteil 5 sowie den anschließenden Bereichen des Ansaugkanals 1 bildet für die Schallschwingungen der pulsierenden Ansaugluft einen Nebenschlussresonator 10. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schalldämpfers soll im Folgenden auch anhand Figur 2, die das Formteil 5 im Schnitt zeigt und anhand Figur 3, die ein Dämpfungsdiagramm der Schallschwingungen zeigt, erläutert werden.
    Das Dämpfungsverhalten der aus der Figur 1 ersichtlichen Anordnung kann durch die Anzahl, die Lage und die Abmessungen der Rohrelemente 6 beeinflusst werden. Die hier zugrundeliegende Formel zur Berechnung der Resonanzfrequenz fres des Schalldämpfers lautet: fres = 340/2π * √A/ L*V,    wobei
  • A die Summe der akustisch wirksamen Fläche der Rohrelemente 6,
  • L die Länge der Rohrelemente 6 und
  • V das Gehäusevolumen den Nebenschlussresonators 10 darstellt.
    • Zusätzlich zu einer Vergrößerung des Gehäusevolumens V kann somit eine wachsende Länge L der Rohrelemente 6 eine Absenkung der Resonanzfrequenz fres bewirken. Das hat für die Anwendung bei Verbrennungsmotoren Vorteile, weil der Nebenschlussresonator 10 vornehmlich in seinem Resonanzbereich zur Dämpfung beiträgt und die hohen Schallenergien im Ansaugkanal bei relativ niedrigen Frequenzen auftreten.
    Aus der Anzahl der Rohrelemente 6 und damit der Öffnungen ergibt sich die Summe aller Öffnungsflächen und damit die akustisch wirksame Fläche A. Durch die Länge L der einzelnen Rohrelemente 6 wird insgesamt die akustisch wirksame Länge festgelegt. Bei einem vorgegebenen Gehäusevolumen V, einem festem Durchmesser D der Rohrelemente 6 und mit einer entsprechend gewählten Länge L der Rohrelemente 6 kann somit ein optimaler Dämpfungsbereich für den Schalldämpfer eingestellt werden.
    Im Diagramm nach der Figur 3 sind beispielhaft unterschiedliche Ausgestaltungen der Anordnung mit den Rohrelementen 6 gezeigt. Die Schalldämpfung in (dB) ist hier über der Frequenz f aufgetragen. in einer Kurve 11 ist der Dämpfungsverlauf für eine Anordnung mit einer Reihe von Rohrelementen 6, in einer Kurve 12 ist eine Anordnung mit zwei Reihen von Rohrelementen 6 und in einer Kurve 13 ist eine Anordnung mit sechs Reihen der Rohrelemente 6 dargestellt. Es ist hieraus ersichtlich, dass mit einer zunehmenden Anzahl von Reihen mit Rohrelementen 6 der Bereich der Dämpfung, entsprechend der oben angegebenen Formel nahezu direkt proportional zur Zahl der Reihen, zu höheren Frequenzen wandert und dabei breiter wird.
    Wie das Diagramm nach der Figur 3 auch zeigt, treten neben Dämpfungsgewinnen bei dieser Anordnung auch Dämpfungsverluste auf. Die Lage der sogenannten Einbruchfrequenzen fA und fB, bei denen diese Dämpfungsverluste auftreten, kann durch die Breite und Lage des Bereichs in dem die Rohrelemente 6 im Ansaugkanal 1 und somit auch innerhalb des Nebenschlussresonators 10 liegen, beeinflusst werden.
    Vor allem das aus der Figur 1 ersichtliche Maß a und die Anzahl z der Rohrelemente 6 können hier derart verändert werden, dass die unerwünschten Dämpfungsverluste in Frequenzbereiche verschoben werden, in denen dies weniger störend ist. Erhöht man beispielsweise die Anzahl z der Reihen oder den Durchmesser D der Rohrelemente 6 wird die Resonanzfrequenz fres größer wegen der somit vergrößerten akustisch wirksamen Fläche A. Ändert man jedoch die Lage des Bereichs der Rohrelemente 6 aus der Mittenlage im Nebenschlussresonator 10 heraus, so hat es zwar keinen zu berücksichtigenden Einfluß auf die Resonanzfrequenz fres, wohl aber auf die Lage der Einbruchfrequenzen fA und fB. Entscheidend ist hier das Maß a, das die Lage des Bereichs der Rohrelemente 6 relativ zu der Erregerseite im Ansaugkanal 1 angibt.
    Anordnungen mit dem erfindungsgemäßen Nebenschlussresonator nach der oben beschriebenen Art finden Anwendung in Ansaugsystemen, die eine Vielzahl von weiteren Bauteilen aufweisen und deren Bauteile sich gegenseitig beeinflussen. In derartig komplexen Systemen kann ein Nebenschlussresonator 10 auch bei bestimmten Frequenzlagen mit Dämpfungsverlusten die überraschende Wirkung einer erwünschten Dämpfung anstatt einer Schallverstärkung haben. Wenn, wie im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, dieser Effekt berechenbar und damit beeinflussbar ist, kann dies in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden.
    Bezugszeichenliste
    1 =
    schallführender Kanal (Ansaugkanal)
    2 =
    Ansaugluft
    3 =
    Ende des Ansaugkanals 1
    4 =
    Ende des Ansaugkanals 1
    5 =
    Spritzgussformteil
    6 =
    Rohrelemente
    7 =
    Gehäusehälfte
    8 =
    Gehäusehälfte
    9 =
    .....
    10 =
    Nebenschlussresonator
    11 =
    Kurve eines Dämpfungsverlaufs
    12 =
    Kurve eines Dämpfungsverlaufs
    13 =
    Kurve eines Dämpfungsverlaufs

    Claims (5)

    1. Schalldämpfer mit einem Nebenschlußresonator, bei dem
      der Nebenschlußresonator (10) durch ein äußeres, den schallführenden Kanal (1) in einem vorgegebenen Bereich umschließendes Gehäusevolumen gebildet ist, und bei dem
      der schallführende Kanal (1) mit dem Nebenschlußresonator (10) über Öffnungen (6) verbunden ist,
      die Öffnungen aus Rohrelementen (6) bestehen, die sich vom schallführenden Kanal (1) in das Gehäusevolumen des Nebenschlußresonators (10) erstrecken,
         dadurch gekennzeichnet, daß
      der Bereich mit den Rohrelementen (6) im schallführenden Kanal (1) als Spritzgußformteil (5) zwischen zwei Enden (3,4) des Kanals (1) einfügbar ist und daß
      das umschließende Gehäusevolumen des Nebenschlußresonators (10) mit jeweils einer Gehäusehälfte (7, 8) an jeweils einem Ende (3,4) des Kanals (1) angebracht sind und die beiden Gehäusehälften (7,8) unter Einschluß des Spritzgußformteils (5) fest zusammenfügbar sind.
    2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Anzahl und Lage der Rohrelemente (6) sowie ihre Länge (L) und ihr Durchmesser (D) so gewählt sind, daß sich ihre akustische Dämpfungsgewinne in einem vorgegebenen Frequenzbereich ausbildet.
    3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Lage der Rohrelemente (6) im Verhältnis zur Mitte des Nebenschlußresonators (10) in Längsrichtung so gewählt ist, daß auftretende Dämpfungsverluste in Frequenzbereichen verlagert sind, die in Zusammenwirkung mit den, den Schalldämpfer umgebenden Bauteilen wiederum zu einem Dämpfungsgewinn führen.
    4. Schalldämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      der schallführende Kanal der Ansaugkanal (1) für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors ist und die zu dämpfenden Schallemissionen durch die Ansaugimpulse der einzelnen Zylinder, insbesondere eines Dieselmotors hervorgerufen werden.
    5. Schalldämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Rohrelemente (6) separat hergestellt sind und einzeln bei der Herstellung des Spritzgußformteils (5) angefügt und umspritzt werden.
    EP98963457A 1997-11-24 1998-11-14 Schalldämpfer mit einem nebenschlussresonator Expired - Lifetime EP1051562B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19751940 1997-11-24
    DE19751940A DE19751940C1 (de) 1997-11-24 1997-11-24 Schalldämpfer mit einem Nebenschlußresonator
    PCT/EP1998/007296 WO1999027237A1 (de) 1997-11-24 1998-11-14 Schalldämpfer mit einem nebenschlussresonator

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1051562A1 EP1051562A1 (de) 2000-11-15
    EP1051562B1 true EP1051562B1 (de) 2002-03-06

    Family

    ID=7849612

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP98963457A Expired - Lifetime EP1051562B1 (de) 1997-11-24 1998-11-14 Schalldämpfer mit einem nebenschlussresonator

    Country Status (8)

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    US (1) US6341663B1 (de)
    EP (1) EP1051562B1 (de)
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    BR (1) BR9815023A (de)
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