DE3151873A1 - METHOD FOR REDUCTION OR TRANSFORMING THE NOISE EMISSION AND DEVICE FOR REDUCING SOUND, IN PARTICULAR WITH COMBUSTION ENGINES - Google Patents

METHOD FOR REDUCTION OR TRANSFORMING THE NOISE EMISSION AND DEVICE FOR REDUCING SOUND, IN PARTICULAR WITH COMBUSTION ENGINES

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Abstract

Method and device for reducing the noise, particularly at a high frequency, of combustion engines. To this effect, elements (18) are directly inserted after the sits (12) of exhaust valves. The exhaust noise may be decreased by 15 dB and optionally the silencer may be eliminated. Application: combustion engines.

Description

Verfahren zum Vermindern bzw. Transformieren der Schallemission sowie Method for reducing or transforming the sound emission as well as

Vorrichtung zur Verminderung des Schalls, insbesondere bei Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern bzw. Transformieren der Schallemission und hat auch eine Vorrichtung zur Verminderung des Schalls, insbesondere bei Verbrennungsmotoren zum Gegenstand.Device for reducing noise, in particular in internal combustion engines The invention relates to a method for reducing or transforming the sound emission and also has a device for reducing noise, particularly in internal combustion engines to the subject.

Als störend wird bei gleicher Schallemissionsintensität insbesondere der Schallanteil bei tiefen Frequenzen, der auch zu Resonanzen führt, empfunden.When the sound emission intensity remains the same, it is particularly disturbing the sound component at low frequencies, which also leads to resonances, is felt.

Gesetzliche Vorschriften machen beispielsweise bei Verbrennungsmotoren Schalldämpferausbildungen zur Auflage Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die tieffrequenten inneren Gasdruckschwankungen (Pegel) verantwortlich für dielntensitätder Schallweiterleitung, beispielsweise in einem Auspuffsystem sind.Statutory regulations make, for example, internal combustion engines Silencer training for the support The invention is based on the knowledge that the low-frequency internal gas pressure fluctuations (level) are responsible for the intensity of the Sound transmission, for example in an exhaust system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung derart anzugeben, daß beispielsweise auf den Schalldämpfer einer Verbrennungskraftmaschine verzichtet werden kann.The invention is based on the object of a method and a device to indicate that, for example, on the muffler of an internal combustion engine can be dispensed with.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß der Freistrahl unmittelbar nach dem Austritt innerhalb der Länge der Kernzone des Freistrahls zerstört, insbesondere aufgeteilt wird.This is achieved according to the invention in a method of the above mentioned type surprisingly in that the free jet immediately after the exit Destroyed, in particular divided, within the length of the core zone of the free jet will.

Vorzugsweise geht man dabei so vor, daß die Scherspannung zerstört wird, wodurch insbesondere die bei einer Gasexpansion für den maßgebenden Schallanteil verantwortlichen Quadrupolquellen verringert werden und die damit verbundene Wirbelbildung.It is preferable to proceed in such a way that the shear stress is destroyed becomes, whereby in particular that with a gas expansion for the decisive sound component responsible quadrupole sources are reduced and the associated vortex formation.

Anders ausgedrückt: es wird dafür Sorge getragen, daß die entstehenden Schallfrequenzen zu höheren Frequenzen verschoben werden; die leichter dissipieren.In other words: care is taken that the resulting Sound frequencies are shifted to higher frequencies; which dissipate more easily.

Eine vorzugsweise Vorrichtung zur Verminderung des Schalls, entstehend in zur Expansionszone, insbesondere bei Verbrennungsmotoren an Auslaßventilen, ist gekennzeichnet durch Einbauten in der Strahlkernzone des Strömungsfeldes unmittelbar hinter dem Auslaßventil Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird es möglich, die Schallemission eines Abgas- bzw. Gasvolumenstroms aus einem (Auslaß)-Ventil im allgemeinen und insbesondere eines Verbrennungsmotors - frequenzmäßig zu höheren Frequenzen zu transformieren, - in ihrer Intensität L(dB) stark zu vermindern (bis zu 2O dna), - Resonanzerscheinungen tieffrequenter Schwingungen in einem angeschlossenen Rohrleitungssystem, beispielsweise der Schalldämpferanlage, zu verhindern, sowie - den Strömungswiderstand im Austrittskanal in Ventil nähe zu verringern und somit bei einem Verbrennungsmotor zu einer besseren Energieausbeute (Brennstoffeinsparung) beizutragen.A preferably device for reducing the sound is emerging in to the expansion zone, in particular on exhaust valves in internal combustion engines characterized by fixtures in the jet core zone of the flow field directly behind the exhaust valve By the measure according to the invention it is possible, the Sound emission of an exhaust gas or gas volume flow from an (outlet) valve in general and in particular an internal combustion engine - in terms of frequency to higher frequencies to transform, - to greatly reduce its intensity L (dB) (up to 2O dna), - Resonance phenomena of low-frequency vibrations in a connected pipeline system, for example the silencer system, as well as - the flow resistance to reduce in the outlet channel near the valve and thus in an internal combustion engine to contribute to a better energy yield (fuel saving).

Die Kernzone eines Abgasstrahles wird also direkt nach dem Ventil austritt zerstört bzw. aufgelöst. Damit wird eine bessere Strömungsfijhrung dadurch gewährleistet, daß größere Wirbelbildung verhindert wird. Diese tieffrequenten Anteile werden damit zu höheren Schallfrequenzen verschoben. Die Schallemission in Bezug auf die Schallweiterleitung in dem Gas wird dadurch verringert (Mündungsgeräusche), daß in einem Medium hochfrequente Schallanteile schneller dissipieren. Ebenfalls wird die örtliche Schallabstrahlung durch die Verringerung der inneren Gasdruckschwankung verringert.The core zone of an exhaust gas jet is therefore directly after the valve exit destroyed or dissolved. This results in better flow guidance ensures that major vortex formation is prevented. These low-frequency components are thus shifted to higher sound frequencies. The sound emission in relation on the sound transmission in the gas is reduced (muzzle noises), that high-frequency sound components dissipate faster in a medium. Likewise the local sound radiation is reduced by reducing the internal gas pressure fluctuation decreased.

Die unmittelbar hinter dem Auslaßventil angeordneten Einbauten sind insbesondere bei sich anschließenden gekrümmten Leitungen als Strömungsgleichrichter strömungsgünstig ausgebildet.The internals arranged immediately behind the exhaust valve are especially in the case of connected curved lines as a flow straightener Designed to be aerodynamically favorable.

Nach besonderen Ausführungsformen können die Einbauten im Querschnitt aus einem waben-, röhren-, trapez- oder siebförmigen Gitter bestehen, oder aus weiteren geschwindigkeits- und druckausgleichenden Strömungsgleichrichtern.According to special embodiments, the internals in cross section consist of a honeycomb, tubular, trapezoidal or sieve-shaped grid, or more speed and pressure compensating flow straighteners.

Günstig ist es, wenn die Länge 1 der Einbauten 1 = (1 - 4).d und die Teilung t der Waben- oder Röhreneinbauten t = (l/lo - 1/3).d beträgt, wobei d der charakteristische Durchmesser der Düse, Ringdüse oder Mündung ist.It is favorable if the length 1 of the internals 1 = (1 - 4) .d and the Division t of the honeycomb or tube internals t = (l / lo - 1/3) .d, where d is the characteristic diameter of the nozzle, ring nozzle or mouth.

Die Einbauten können eingeschoben, durch einen Sprengring an der Auspuffrohrbefestigung gehalten oder am Ventilschaft befestigt sein.The internals can be pushed in using a snap ring on the exhaust pipe attachment be held or attached to the valve stem.

In Weiterbildung der Erfindung und zur Unterstützung der Maßnahme und des Herabsetzens der Schallemission soll der Raum im Bereich des Strahlaustritts und der hier vorhandenen Kernzone gegenüber der Abgas-Abführleitung erweitert sein.In a further development of the invention and to support the measure and the reduction of the noise emission should be the space in the area of the beam exit and the existing core zone must be expanded compared to the exhaust gas discharge line.

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform nach der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt durch Gestaltungen von Einzelheiten Fig. 3 eine Einzelheit gemäß Fig. 2c; Fig. 4 gibt Betrachtungen bezüglich Freistrahlen; Fig. 5 Betrachtungen von Freistrahlen in Rohrleitungen wieder; und die Figuren 6 und 7 erläutern die Wirkungen beim Anmeldungsgegenstand (Verschiebung gegen niederfrequente Schwingungen).The invention should now be made with reference to the accompanying drawings are explained in more detail. These show in Fig. 1 a section through an embodiment according to the invention; Fig. 2 is a section through designs of details Fig. 3 shows a detail according to FIG. 2c; Fig. 4 gives considerations relating to free jets; 5 again views of free jets in pipelines; and Figures 6 and 7 explain the effects on the subject of the application (shift towards low-frequency Vibrations).

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch den Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Auslaßventil 10, den zugeordneten Auslaßventils chl iezen 12 (der Kolben ist bei 14 angedeutet), der Auspuffleitung 16 und der erfindungsgemäßen Ausbildung der Einbauten 18.Fig. 1 shows the section through the cylinder head of an internal combustion engine with the outlet valve 10, the associated outlet valve 12 (the piston is indicated at 14), the exhaust line 16 and the training according to the invention of the internals 18.

Diese Einbauten, die im Querschnitt gemäß Fig. 2 ausgebildet sind, sind in den Auslaßkrümmer 20 eingeschoben und in nicht dargestellter Weise, beispielsweise durch Anflanschen an die Auspuffleitung 16 oder durch einen ebenfalls nicht dargestellten Seegerring befestigt.These internals, which are formed in cross section according to FIG. 2, are inserted into the exhaust manifold 20 and in a manner not shown, for example by flanging to the exhaust line 16 or by a likewise not shown Seeger ring attached.

Die Einbauten folgen dem Verlauf des Auslaßkrümmers.The internals follow the course of the exhaust manifold.

In der Darstellung nur angedeutet ist die Erweiterung des Auslaßkrümmers unmittelbar hinter dem Auslaßventil.The expansion of the exhaust manifold is only indicated in the illustration immediately after the exhaust valve.

Nach der vorzugsweisen nicht dargestellten Ausführungsform ergibt sich eine merkliche Erweiterung unmittelbar hinter dem Austrittsquerschnitt des Ventils.According to the preferred embodiment, not shown, results there is a noticeable widening immediately behind the exit cross-section of the Valve.

Fig. 2a zeigt im Querschnitt eine rein gitterförmige Ausbildung solcher Einbauten; Fig. 2b zeigt röhrenförmige aneinander feste Einbauten; Fig. 2c läßt wabenartige Einbauten; Fig. 2d trapezförmige Einbauten erkennen.Fig. 2a shows in cross section a purely lattice-shaped design of such Internals; Fig. 2b shows tubular internals fixed to one another; Fig. 2c leaves honeycomb internals; Fig. 2d recognize trapezoidal internals.

Die Einbauten können aber auch siebförmig sein.The internals can also be sieve-shaped.

Sie dienen sämtlich dazu, bereits im Bereich der Kernzone den starken Freistrahl in eine Vielzahl möglichst paralleler Strahlen aufzuteilen, die wesentlich weniger turbulent als der urspuingliche Freistrahl sind. Hierdurch werden die oben erwähnten Effekte (Verschiebung zu höherfrequentiger Schallemission und damit verringerte Weiterleitung des Schalls) erreicht. Quadrupolquellen werden zerstört, die Aufteilung erfolgt in kleinere parktisch parallele Strahlen.They all serve to generate the strong ones in the core zone Split the free jet into a large number of parallel rays that are essential less turbulent than the original free jet are. Through this the above-mentioned effects (shift to higher-frequency sound emission and thus reduced transmission of sound). Are quadrupole sources destroyed, the division is made into smaller, parktisch parallel beams.

Deren örtlicher Geschwindigkeitsgradient ist wesentlich kleiner. Die Einbauten sind nur insofern in ihrem Volumen begrenzt, daß nicht zu hohe Druckverluste in Kauf zu nehmen sind.Their local speed gradient is much smaller. the Internals are only limited in their volume to the extent that pressure losses are not too high are to be accepted.

Durch das Zerteilen des Freistrahls in einzelne kleinere Strahleinheiten,verglichen mit dem ungestörten Freistrahl, verringert sich also erheblich die Wirbelgröße: größere Wirbelballen werden aufgelöst; das schallmäßig entstehende Frequenzspektrum verschiebt sich dadurch zu höheren Frequenzen. Dies erfolgt gemäß der Formel: S = d b f bzw. f = St d c c d (Strouhalzahl = Durchmesser mal Frequenz dividiert durch Strömungsgeschwindigkeit).By dividing the free jet into individual smaller jet units, compared with the undisturbed free jet, the vortex size is significantly reduced: larger vertebral balls are dissolved; the sound-generated frequency spectrum thereby shifts to higher frequencies. This is done according to the formula: S. = d b f or f = St d c c d (Strouhal number = diameter times frequency divided by Flow velocity).

Somit bedingt ein kleinerer Durchmesser d höhere Frequenzen bei konstanter Strouhalzahl, wobei St = cons.t. = ca. 0,2 und bei gleichbleibendem Volumendurchsatz (Strömungsgeschwindigkeit). Rechnerisch und meßtechnisch wird dies durch durchgeführte Untersuchungen nachgewiesen, wie die Figuren 6 und 7 erkennen lassen. Die Frequenzverschiebung erkennt man in den Diagrammen 6 und 7.Thus, a smaller diameter d causes higher frequencies with a constant one Strouhal number, where St = cons.t. = approx. 0.2 and with constant volume throughput (Flow velocity). This is carried out computationally and metrologically Investigations demonstrated, as shown in FIGS. 6 and 7. The frequency shift can be seen in diagrams 6 and 7.

Diagramm 6 gibt den inneren Schalleistungspegel Lti in Abhängigkeit vom Normvolumenstrom Vn an der Meßstelle wieder. Es wurde von 6 bar auf ca 40 mbar Überdruck entspannt.Diagram 6 gives the internal sound power level Lti as a function of from the standard volume flow Vn at the measuring point again. It was from 6 bar to approx. 40 mbar Relieves overpressure.

Bei Diagramm 7 handelt es sich um einen A-bewerteten, äußeren Schalleistungspegel LWaA in Abhängigkeit vom Normvolumengasstrom Vn bei erheblicher Entspannung, wobei die Verschiebung zu niedrigen Frequenzen deutlich wird.Diagram 7 is an A-weighted, external sound power level LWaA as a function of the standard volume gas flow Vn with considerable expansion, whereby the shift to low frequencies becomes clear.

Einer Verschiebung zu einem höheren Frequenzbereich wird also zu einer geringeren Schallweiterleitung und einer Verringerung der örtlichen Schallabstrahlung.A shift to a higher frequency range thus becomes one lower sound transmission and a reduction in local sound radiation.

Dies kann man sich bei Betrachtung der allgemeinen Verhältnisse klarmachen. Die Diagramme 4 und 5 geben Untersuchungen an Ringdüsen und Ventilen wieder.This can be made clear by looking at the general conditions. Diagrams 4 and 5 show tests on ring nozzles and valves.

Diese Diagramme lassen eine Abschätzung der Ergebnisse für ungedämpfte und gemäß der Erfindung gedämpfte Verhältnisse zu.These diagrams allow an estimate of the results for undamped and according to the invention attenuated ratios.

Fig. 5 zeigt mittlere Strömungsgeschwindigkeiten und Ceschwindigkeitsschwankungen von Frei strahlen in l~ohrleitungen und zwar im linken Teil fiir Düsen, im rechten Teil für Ringdüsen.5 shows mean flow velocities and fluctuations in velocity of free jets in pipes, namely in the left part for nozzles, in the right part Part for ring nozzles.

Demgegenüber erläutert Fig. 4 die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten und Geschwindigkeitsschwankungen von ungestörten Freistrahlen und zwar a) für Düsen b) für Ringdüsen.In contrast, FIG. 4 explains the mean flow velocities and speed fluctuations of undisturbed free jets, namely a) for nozzles b) for ring nozzles.

Bei Verwendung der Einbausätze betrug die Schallminderung beispielsweise 20 dB.When using the installation kits, the noise reduction was for example 20 dB.

Durch die Gleichrichter- und Wirbelauflösungswirkung des Einbausatzes werden örtlich hohe Druck- und Geschwindigkeitsfelder eines Gasstrahles in einem angeschlossenen Kanal vermindert (örtlich kleinere Wirbelgeschwindigkeiten) und damit wird der an ein Ventil (Düse) angeschlossener Kanal-Strömungswiderstand kleiner (Druckverlustverminderung). Bei einem Motorprozeß kann damit ein kleinerer Gegendruck am Auslaßventil erreicht werden. Der theoretische Motorprozeß (p,v-Diagramm) liefert damit einen besseren thermischen Wirkungsgrad und würde somit eine Brennstoffeinsparung ermöglichen.Due to the rectifier and eddy dissolving effect of the installation kit are locally high pressure and velocity fields of a gas jet in one connected channel reduced (locally smaller Vortex velocities) and thus the duct flow resistance connected to a valve (nozzle) becomes smaller (pressure loss reduction). In the case of a motor process, a smaller Back pressure can be achieved at the outlet valve. The theoretical engine process (p, v diagram) thus provides a better thermal efficiency and would therefore save fuel enable.

Durch die kombinierte Maßnahme des Erweiterungsraums in der Expansionszone sowie den Einbauten wird der Effekt der Senkung des #Geräuschpegels und der Vermeidung stehender Wellen im Auspuffrohr noch herabgesetzt.By the combined measure of the expansion area in the expansion zone as well as the internals, the effect of lowering the noise level and avoiding it standing waves in the exhaust pipe are still reduced.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung kann auf einen Schalldämpfer in der Auslaßleitung gegebenfalls ganz verzichtet werden.By means of the measure according to the invention, a muffler can be used may be omitted entirely in the outlet line.

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Claims (11)

Verfahren zum Vermindern bzw. Transformieren der Schallemission sowie Vorrichtung zur Verminderung des Schalls, insbesondere bei Verbrennungsmotoren PATENTANSPiZtJCI F Verfahren zum Vermindern bzw. Transformieren der Schallemission, dadurch gekennzeichnet, daß der Freistrahl, der bei einer Gasexpansion aus einer Düse, Erfindung oder Ringdüse cntsteht, innerhalb der Kernzone zerstört bzw. in mehrere Strahlanteile zerlegt wird.Method for reducing or transforming the sound emission as well as Device for reducing noise, especially in internal combustion engines. PATENT APPLICATIONJCI F method for reducing or transforming the sound emission, characterized in that that the free jet, which with a gas expansion from a nozzle, invention or ring nozzle arises, destroyed within the core zone or broken down into several beam parts will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherspannungen in der Strahizone zerstört und damit insbesondere die Schall-Quadrupolquellen Verringert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the shear stresses destroyed in the beam zone and thus in particular reduced the sound quadrupole sources will. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallfrequenzen durch einbauten in der Strnhlzone zu höheren Frequenzen verschoben werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the sound frequencies through built-in in the radiation zone to higher frequencies be moved. 4. Vorrichtung zur Verminderung des Schalls, insbesondere bei Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch Einbauten (18) in der Kernzone (Fig. 5) des Strömungsfeldes unmittelbar hinter dem Auslaß, insbesondere einer Ring- oder Runddüse bzw.4. Device for reducing noise, especially in internal combustion engines, characterized by internals (18) in the core zone (Fig. 5) of the flow field directly behind the outlet, especially a ring or round nozzle or eines Ventils.of a valve. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (18), insbesondere für den austretenden Ringstrahl, als Strömungsgleichrichter zur Verminderung der Reibungs- und Strömungsverluste (Wirbel) ausgebildet sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the internals (18), in particular for the exiting ring jet, as a flow straightener for Reduction of the friction and flow losses (vortices) are formed. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (18) im Querschnitt aus einer waben-, röhren-, trapez-, siebförmigen oder strömungs-und druckausgleichenden Gitteranordnung bestehen.6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that that the internals (18) in cross section consist of a honeycomb, tubular, trapezoidal, sieve-shaped or flow- and pressure-compensating grid arrangement. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1) der Einbauten 1 = (1 - 4)~d (d = charakteristischer Durchmesser der Düse, Ringdüse oder Alündung) und die Teilung (t) der Waben oder Röhreneinbauten t = (1/10 - 1/3)'d in etwa betragen.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that that the length (1) of the internals 1 = (1 - 4) ~ d (d = characteristic diameter the nozzle, ring nozzle or aluminum orifice) and the pitch (t) of the honeycomb or pipe fittings t = (1/10 - 1/3) 'd be approximately. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (18) eingeschoben-und ein-und ausbaubar (auswechselbar) und durch eine Haltevorrichtung, insbesondere einen Sprengring gehalten sind, wobei das Material gegebenenfalls temperaturbeständig ist.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that that the internals (18) can be pushed in and installed and removed (exchangeable) and through a holding device, in particular a snap ring, are held, the material if necessary, is temperature-resistant. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (18) in den Motorblock eingeschoben, über Flanschbefestigung zwischen Motorblock und Auspuffrohr (16) befestigt oder über dem Ventilschaft zusammengefügt sind.9. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that that the internals (18) pushed into the engine block, via flange mounting between Engine block and exhaust pipe (16) attached or assembled over the valve stem are. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum hinter der Strahlaustrittsöffnung gegenüber der Abgasaustrittsleitung erweitert ist.10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that that the space behind the jet outlet opening opposite the exhaust gas outlet line is expanded. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb der Gasexpansionszone anschließende Austrittskrümmer (20) erweitert ist.11. Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that that the adjoining outlet elbow (20) within the gas expansion zone expands is.
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