SE510530C2 - Anordning för ljuddämpning i ett kanalsystem - Google Patents

Description

51Û 530 2 10 15 20 25 30 35 För ett insugningssystem, eller ett avgassystem uppbyggt enligt ovanstående systembeskrivning, uppstår s k stående ljudvågor i kanalen mellan de båda volymerna. Vid dessa resonansfrekvenser är den s k insättningsdämpningen mycket låg - eller ibland t o m negativ. D v s pulsljud från ventilöppningar går ut genom systemet med mycket ringa ljuddämpning - eller ibland t o m som förstärkt ljud.

Den första stående ljudvågen, (1/2), kanaländarna samt sitt hastighetsmaximum vid respektive Multiplar av l/2 t ex l eller 1.5 1 har 2 resp 3 ljudtrycksmaxima mellan kanalens båda ändar. den s k "lambda halva" har sitt ljudtrycks maximum mitt emellan de båda båda ändar.

Gastemperaturberoendet gör att frekvensen, d v s resonansförstärkningarna, varierar kraftigt mellan ett varmt system och ett kallt, som är fallet t ex vid ett avgassystem.

Teknikens ståndpunkt I Us 3.396.812 och 3.415.338 används s k kvartvågspipor för att reducera stående vågor i ett avgassystem. Dessa lösningsalternativ har den gemensamma nackdelen att temperaturen i kvartvågspiporna normalt skiljer sig kraftigt från temperaturen i avgassystemkanalen vilken kan variera från omgivningstemperatur, vid kall motor, till 600-700°C vid fullast. Detta innebär att kvartvågs- pipornas konstanta längd svarar mot någon av l/2, l, osv i avgaskanalen endast inom ett mycket begränsat avgastemperaturområde.

Eftersom en s k kvartvågspipa av traditionell form har en mycket smalbandig dämpningskaraktäristik uppvisar dessa betydligt lägre. För en 2 liters bensinmotor är flödes- 10 15 20 25 30 35 h) 5íÛ 530 hastigheten i filterkanalen mellan filterhuset och insugningsröret under fullast och 5000 rpm upp till ca 25 m/s. Vid motorbroms, d v s vid stängt gasspjäll är Flödesskillnader mellan ca O och 25 m/s innebär att den s k akustiska flödeshastigheten näst intill 0 m/s. impedansen i området för inloppet till den till system- kanalen kopplade kvartvågspipan varierar kraftigt.

Kvartvågspipans smalbandiga karaktär i kombination med variationer i dess inloppsimpedans innebär att maximal frekvensanpassning måste göras mycket omsorgsfullt och detta till trots, körfall. kan denna ej optimeras mot alla Ytterligare stora nackdelar med traditionella former av kvartvågspipor är deras sidbandseffekter, d v s om optimal anpassning/dämpning uppnåtts t ex för l/2 erhålles oundvikligen störningar såväl över som under frekvensen vilken motsvaras av l/2. Om kvartvågspipans tvärsnittsarea exempelvis är lika med kanalen där l/2 uppstod, erhålles på känt sätt förstärkningarna vid ca 0.7 resp 1.4 ggr ursprungsresonansfrekvensen_ Om därvid, t ex vid 5-cylindriga motorer, ljuddämpning önskas av en stående våg, orsakad av 2:a multipeln av tändfrekvensen, erhålles i stället, till följd av sidbandseffekten, en kraftig förstärkning av 3:e multipeln av tändfrekvensen.

Detta sker vid samma varvtal som ursprungsproblemet.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en ljuddämp- ningsanordning för avgas- och/eller insugningskanaler som på ett effektivt och billigt sätt åstadkommer en till- räcklig bredbandig ljuddämpning av valda frekvensområden.

Ett ytterligare syfte är att minska anordningens beroende av Detta skall ske med minimala sidbandsförstärkningar. de motorlastrelaterade temperatur- och/eller akustiska impedansvariationer som uppstår i avgas- eller insug- ningskanalen. 510 530 4 10 15 20 25 30 35 Ändamålet med uppfinningen åstadkommes genom de i huvudpatentkravet angivna kännetecknen.

Beskrivning av figurer Fig 1 visar schematiskt ett tvärsnitt av ett vanligt förekommande avgassystem eller insugningssystem som försetts med en uppfinningsenlig dämpningsanordning.

Fig 2 visar den schematiska dämpningskaraktäristiken_ Fig 3 visar ett alternativ utföringsexempel enligt uppfinningen.

Beskrivning av föredraget utföringsexempel I figur 1 visas ett avgassystem- eller insugningssystem innefattande en kanal 1, en volym VI samt en ytterligare, mindre, volym V2. Volym V1 utgör, vid ett avgassytem, huvudljuddämparen och vid ett insugningssystem filter- huset. Volym V2 utgör vid avgassystemet en andra ljud- dämpare och vid insugningssystemet insugningsröret.

Mellan de båda volymerna med avståndet L, kan på tidigare beskrivet sätt en eller flera stående ljudvågor uppstår. (1/2) uppstår i områdena L/3 Ljudtrycksmax för den första stående vågen i området kring L/2 samt för den andra (1) resp 2L/3.

En utföringsform av uppfinningen utgöres av en pipa 2.

Dess längd L2 är minst 0.75, företrädesvis minst 0.9 gånger kanalens halva längd L. Pipans 2 inlopp 3 är placerat väsentligen inom det akustiska max trycksområdet vid L=L/2. Pipans 2 ändgavel 4 utgör reflektionselement för den i pipan 2 utbildade stående vågen som har formen av en kvartvågslängd med maximalt tryck vid ändgaveln 4 och maximal partikelhastighet vid inloppet 3. I området för maximal partikelhastighet vid inloppet 3 är ett akustisk filter 5 monterat. Filtret 5 medför att det är en fördel om förhållandet av tvärsnittsareorna A2/A1 göres större än vid traditionella kvartvågspipor. A2 bör därför vara större än 0.1 ggr Al, företrädesvis 10 15 20 25 30 35 UI 510 5?- väsentligt större, exempelvis minst 0.4 ggr Al. Filtrets 5 resistiva förluster, det s k strömningsmotståndet, väljes noggrant utifrån erforderligt ljuddämpningsbehov, utifrån vad som kan accepteras som sidobandförstärk- ningar, utifrån praktiskt tillgängligt förhållande på A2/Al, utifrån tillgänglig längd L2 samt utifrån till- gänglighet på placering utefter kanalens längd L.

Strömningsmotståndet för filtret 5 bör ligga inom inter- vaiiet s-Lsoo Ns/mï- 30-300 Ns/m3. Filtret 5 bör placeras på avståndet minst men företrädesvis inom intervallet 0.6 men företrädesvis minst 0.9 ggr avståndet L från ändgaveln 4.

Med ovanstående beskrivning av uppfinningen erhålles tillräcklig ljuddämpning för vald stående våg, resonans, i kanalen 1. Detta utan nämnvärda sidobandsförstärk- ningar. En s k sidoresonator i form av kvartvågspipan 2 är betydligt enklare att anpassa än traditionella. Inte minst då hänsyn skall tas till tillgänglighet för dess placering, för dess längd L2, för dess A2/A1-förhållande mm. Dagens moderna fordon har kraftiga begränsningar i packningsmöjlighet i ett redan överufllt motorrum.

I syfte att erhålla fler styrparametrar, exempelvis när ett insugningssystem skall användas till flera olika motorversioner, kan inom pipans 2 mantel 6 och/eller ändgavel 4 väl utprovade läckflöden kombineras med filtret 5. Ett sådant läckagefilter 7 ges, oavsett utbredningsarea, en mycket begränsad genomsläpplighet, eller närmare bestämt mindre än 1% av arean A1. Enklaste utförandet på läckagefiltret 7 kan utgöras av ett eller flera mycket små hål. Hålens diameter kan lämpligen vara 2-5 mm.

Fig 2 visar schematiskt syftet med uppfinningen. I kanalen 1 uppstår en stående våg, d v s en resonans.

Denna resonans är mycket lågt dämpad varför förstärkningen Q oftast motsvaras av ca 30 dB, se kurva 510 550 10 15 20 25 30 O\ Kl. Med en kvartvågspipa av traditionell form kan denna resonans mer eller mindre elimineras. För den odämpade kvartvågspipan av traditionell form blir dock sidobands- effekterna tydliga, se kurva K2. Den schematiska för- stärkningen av en kvartvågspipa enligt uppfinningen framgår av kurva K3. Förstärkningsgraden, d v s kurv- formen, är beroende av anpassningsgrad. Prov har utförts med en filterkaraktäristik av ca 100 Ns/m3 och förhåll- andet A2/Al=0.3. Proven visar att mer än 15 dB dämpning av ursprungsresonansen är möjlig utan att sídobandsför- stärkningarna praktiskt framträder. Detta är mycket till- fredsställande.

En ytterligare utföringsform av anordningen enligt uppfinningen framgår av fig 3. Vid denna sidorescnator dimensioneras insättningsdämpningen enligt känd teknik för sidorescnator av typ s k Helmholtzresonator, d v s volymen V3 anpassas efter halsens 8 dimension och efter aktuell temperatur. Med motsvarande syfte som ovan införes med fördel ett filter 5 i halsen 8. Vidare kan Denna utförandeform kan Filtret 5 och/eller läckage- ett läckagefilter 7 anordnas. kombineras med pipan 2. filtret 7 kan utföras av traditionell glasull alternativt sinter- eller glasullsinsatser. Används normala glas- ullsskivor (med specifikt strömningsmotstånd på ca 50 kNs/m4 per tjocklek 50 mm) kan tjockleken för filtret 5 begränsas till 2-3 mm.

Uppfinningen är inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan kan naturligtvis varieras inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan pipan 2 helt eller delvis omsluta kanalen 1, d v s på så sätt utgöra en mantel till kanal 1.

Claims (7)

lO 20 25 30 510 530 PATENTKRAV

1. Anordning för ljuddämpning i ett kanalsystem för strömmande gaser eller luft, i synnerhet avsedd för ett avgassystem eller insugningssystem vid förbränningsmotorer och innefattande minst en kanal (1) som står i förbindelse med två volymer eller öppningar exempelvis i form av en ljuddämpare eller ett filterhus (V1) och ett kanalutlopp eller en mindre ljuddämpare eller ett insugningsrör (V2), på sådant sätt att stående ljudvâgor uppstår i kanalen (1) mellan de båda volymema/öppningama (Vl,V2), och att en pipa (2) och/eller en hals (8) akustiskt kommunicerar med nämnda kanal (1), att pipans (2) andra ände (4) och/eller volym (V3) är helt eller delvis tillsluten mot omgivningen, kännetecknad därav, att pipan (2) eller volymen (V3) är placerad utanför kanalen (1) och, att ett akustiskt genomsläppligt filter (5) är anordnat i området nära pipans (2) inloppsöppning (3) ochfeller i halsen (8), att filtret (5) har ett strömningsmotstånd inom intervallet 5-2000 Ns/mi* _ företrädesvis inom intervallet 30-300 Ns/m3.

2. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att pipans (2) tvärsnittsarea (A2) är större än 0,1 ggr kanalens (l) tvärsnittsarea (Al), företrädesvis minst 0.4 ggr större.

3. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att pipan (2) är försedd med en gavel (4) och/eller mantel (6) som är begränsat gas- och/eller ljudgenomsläpplig.

4. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att pipan (2) och/eller volymen (V3) är försedd med ett läckagefilter (7) ocnleller hål med en begränsad gas- och/eller ljudgenomsläpplighet, att den totala genomsläpplighetsarean är mindre än 1% av kanalens (1) genomströmningsarea (Al). (J) 10 510 550 <4

5. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att pipans (2) längd är 0.75, företrädesvis 0.9 av kanalens (l) halva längd (L).

6. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att det akustiskt genomsläppliga filtret (5) är anordnat inom pipan (2) på ett avstånd av minst 0.6 ggr pipans längd (L2), företrädesvis 0.9 ggr pipans längd (L2),från gaveln (4).

7. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att pipan (2) och/eller halsen (8) är anordnad vid eller nära något av kanalens (1) ljudtrycksmaxomrâden vid 0.5L, 0.3 SL alternativt 0.65L, där L är kanalens (1) längd.