DE69630190T2

DE69630190T2 - Schalldämpfervorrichtung für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69630190T2
Application number: DE69630190T
Authority: DE
Inventors: Alain Ferri
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2016-07-17
Also published as: AU6617796A; DE69630190D1; FR2736966B1; EP0781372A1; ATE251270T1; EP0781372B1; AU722523B2; WO1997004220A1; CA2200078A1; FR2736966A1; US5902970A; ES2208756T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für den Auspuff eines Verbrennungsmotors insbesondere für ein Luftfahrzeug.
Es gibt gegenwärtig mehrere Schalldämpfersysteme mit Umlenkorganen mit Absorption durch Entspannung, die eine Senkung des abgegebenen Schallpegels gestatten, um ihn auf die geltenden Normen zu reduzieren.
Man kennt insbesondere die Schrift FR 1 041 034, die eine Schalldämpfungsvorrichtung für den Auspufftopf eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor beschreibt. Diese Vorrichtung besitzt eine zylindrische Hülle, die kegelstumpfförmige Elemente umfasst, die mit Löchern versehen sind und zur Bildung von Umlenkorganen in dieser Hülle hintereinander angeordnet sind.
Diese Systeme haben den Nachteil, Überhitzungen und störende Gegendrücke zu erzeugen.
Zur Beseitigung dieser Nachteile schlägt die Erfindung eine einfache Vorrichtung vor, die eine besondere Geometrie und außerdem Elemente aus rostfreiem Austenitstahl aufweist. Abgesehen von einer beträchtlichen Reduzierung des abgegebenen Schallpegels gegenüber den bestehenden Systemen, wie dies im Nachstehenden bei einem Anwendungsbeispiel beschrieben wird, ist die vorgeschlagene Vorrichtung leicht zu installieren und abzubauen, ihre Wartung ist einfach und sie besitzt eine erhöhte Lebensdauer.
Es war nicht offenkundig, dass mit der vorgeschlagenen Geometrie und mit der Wahl eines rostfreien Austenitstahls die großen Vorteile der Erfindung erzielt werden können, und zwar insbesondere ein Gewinn von mindestens 5 db gegenüber den Geräuschdämpfern des Stands der Technik. Auch der Verzicht auf Umlenkorgane, die in zahlreichen Schalldämpfertypen in verschiedenen Industriezweigen häufig verwendet werden, war nicht offenkundig.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer wird in Anspruch 1 beschrieben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schalldämpfer aus rostfreiem Austenitstahl hergestellt. Der Raum zwischen der Düse und der Hülle ist mit einer Wolle ebenfalls aus rostfreiem Austenitstahl gefüllt.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verarbeitung eines größeren Gasvolumens mit einer größeren Kontaktfläche möglich wird, wobei diese Einheit den Schall in einem sehr bemerkenswerten Maß reduziert und gleichzeitig, was überrascht, die schnelle Abfuhr dieses größeren Volumens gestattet, ohne den zu erwartenden großen Nachteil von Gegendrücken zu verursachen.
Die erfindungsgemäße Geometrie wird dem Fachmann bei der Betrachtung der beiliegenden Zeichnung verständlich werden, ohne dass diese ausführlicher erläutert zu werden braucht. Der Fachmann kann ferner ohne Schwierigkeit Abwandlungen und Ableitungen dieser Geometrie vornehmen, die deren allgemeines Konzept beibehalten.
Ferner stellt man überraschenderweise fest, dass der unangenehme Ton, der den Fachleuten bei Verwendung von rostfreiem Stahl bekannt ist (verursacht durch Ultraschallfrequenzen), durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht erzeugt wird. Bekanntlich ergibt die Verwendung von Kupfer einen gedämpften Ton, aber Kupfer ist natürlich sehr schwer. Es überrascht, dass man mit einem Werkstoff, der wegen seiner Eigenschaften gewünscht wird, aber auch für sein unangenehmes Geräusch bekannt ist, einen angenehmen Ton erhält.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der folgenden Beschreibung, die als nicht begrenzendes Beispiel dient und in der auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
3 und 4 Längsschnitte durch Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
5 und 6 Querschnitte gemäß A-A von 3 bzw. 4 (die die perforierten Trennwände (6 BIS) zeigen),
7 eine Einzelheit einer in 2 dargestellten Vorrichtung,
8 und 9 Einzelheiten einer in 3 oder 4 dargestellten Vorrichtung.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung besitzt eine Düse (1), die aus einem Kegel und einem Zylinder einstöckig aus perforiertem Blech gebildet ist, wobei die Löcher auf der ganzen Länge des Schalldämpfers von einer Reihe zur anderen abwechselnd angeordnet sind und verschiedene Durchmesser haben. Die äußere Hülle ist von einem zylindrischen oder konischen vorderen Teil (2) und von einem konischen Aufsatz (3) gebildet, der den hinteren Teil bildet und mit einem schräg stehenden Austrittsrohr endet, das die Abfuhr der Gase nach unten gestattet. Der vordere Teil der äußeren Hülle (2) ist im vorliegenden Fall konisch, um das Eindringen in die Luft zu erleichtern. Die Ränder dieser beiden Teile (2) und (3), die dazu bestimmt sind, zusammengefügt zu werden, sind mit Hilfe einer bekannten Technik gesickt, um zwei kreisförmige Nuten zu bilden. Gemäß einem bevorzugten Merkmal bestehen die drei Elemente (1), (2) und (3) aus rostfreiem Austenitstahl (es sei erwähnt, dass Austenit ein Bestandteil von Stahl ist, der aus einer festen Eisen- und Kohlenstofflösung besteht), desgleichen die Wolleinlage (4).
Die Montage des Schalldämpfers geht auf folgende Weise vor sich:

– Verschweißen der Düse mit dem vorderen Teil auf Höhe des Halses (6),
– Füllen des Raums zwischen der Düse und der Hülle mit Wolle aus rostfreiem Austenitstahl (4),
– Ansetzen des hinteren Aufsatzes (3) durch Ineinanderstecken und Verschrauben.

Die Anzahl und die Größe der Perforationen der Düse sind an den Hubraum des Motors angepasst. Der Schalldämpfer ist an den Stutzen des Auspuffs über einen Ausdehnungsbalg angeschlossen, der seinerseits durch zwei Schellen mit gebremsten Schrauben gehalten ist.
2 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung, bei der die Düse verschiedene Gegenkegel (5) aufweist, die je nach den Anwendungen dazu bestimmt sind, die Entspannung der Gase in der Wolle (4) zu verbessern.
7 zeigt den hinteren Teil einer in 1 oder 2 dargestellten Vorrichtung, bei dem das Aufstecken (9) des konischen Aufsatzes (3) auf die Düse (4) dargestellt ist.
Die 3 und 4 zeigen andere Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bei diesen Abwandlungen ist eine scheibenförmige perforierte Trennwand (6 BIS) senkrecht zur Achse der Düse angeordnet, um die Wolle aus rostfreiem Stahl an Platz zu halten und vor allem um die Abfuhr der Gase zu erleichtern, wodurch sich eine Verringerung der Gegendrücke ergibt. Die Wolle ist vorzugsweise im hinteren Teil durch diese perforierte Platte oder Trennwand (6 BIS) gehalten, die an ihrem Umfang und in ihrer Mitte am Austritt der Düse die Gase hindurchtreten lässt.
Bei diesen Abwandlungen ist die Düse mit der hinteren perforierten Trennwand (6 BIS) verschweißt, die ihrerseits mit dem hinteren Teil der äußeren Hülle (2) und mit dem konischen Aufsatz (3) verschraubt ist, und ist in den vorderen Teil der äußeren Hülle (2) am Hals (6) eingesteckt.
8 zeigt den vorderen Teil einer in 3 oder 4 dargestellten Vorrichtung, bei dem das Einstecken (9) der Düse (1) in die äußere Hülle (2) am Hals (6) dargestellt ist.
9 zeigt den hinteren Teil einer in 3 oder 4 dargestellten Vorrichtung, bei dem die Verschweißung (8) der Düse (1) mit der perforierten Trennwand (6 BIS) und die Verschraubung (7) der äußeren Hülle (2), des konischen Aufsatzes (3) und der perforierten Trennwand (6 BIS) dargestellt sind.
Ausführungsbeispiel:

Als Beispiel wurde ein Schalldämpfer der oben beschriebenen Art mit einer Düse mit einer Dicke von 10/10 und einer Hülle mit einer Dicke von 8/10 hergestellt, die Perforationen haben Durchmesser, die von 8 mm bis 10 mm variieren. Das Testprotokoll hat die folgenden Ergebnisse erbracht:

Stillstand – maximale Leistung bei einer angezeigten Drehzahl von 2350 U/min	64 db
Lösen der Bremsen – 2500 U/min bei einer angezeigten Drehzahl bei Lösung von 2300 U/min	74 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min	73 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft–2500 U/min	67 db
Geschwindigkeit bei Abheben 60 kn nach 20 sec Rollen	71 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min bei angezeigter Geschwindigkeit auf der Strecke von 120 kn	70 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft–2500 U/min bei angezeigter Geschwindigkeit auf der Strecke von 112 kn	68 db
Aufstiegsbeginn 80 kn bei einer angezeigten Drehzahl von 2500 U/min	70 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min	70 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft–2500 U/min	65 db
Anfangssteigrate 80 kn bei einer Höhe, die bei einer zurückgelegten Strecke von 500 ft erreicht wird	89 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min	87 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft – 2500 U/min	78 db

Der Pegel beträgt durchschnittlich 72,8 db.

Zum Vergleich ergeben dieselben Messungen, die an einem herkömmlichen Schalldämpfer vorgenommen wurden, Folgendes:

Stillstand – maximale Leistung bei einer angezeigten Drehzahl von 2350 U/min	77 db
Lösen der Bremsen – 2500 U/min bei einer angezeigten Drehzahl bei Lösung von 2300 U/min	74 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min	80 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft–2500 U/min	71 db
Geschwindigkeit bei Abheben 60 kn nach 20 sec Rollen	73 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min bei angezeigter Geschwindigkeit auf der Strecke von 120 kn	75 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft–2500 U/min bei angezeigter Geschwindigkeit auf der Strecke von 112 kn	73 db
Aufstiegsbeginn 80 kn bei einer angezeigten Drehzahl von 2500 U/min	77 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min	73 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft – 2500 U/min	70 db
Anfangssteigrate 80 kn bei einer Höhe, die bei einer zurückgelegten Strecke von 500 ft erreicht wird	92 db
zurückgelegte Strecke 300 ft–2500 U/min	96 db
zurückgelegte Strecke 1000 ft–2500 U/min	86 db

Der Pegel beträgt durchschnittlich 78,2 db.
Anmerkung: kn = Knoten ("knot") 1 ft # 33 cm
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann heute gegenüber den gegenwärtigen herkömmlichen Schalldämpfern ein Gewinn von mindestens 5 db erzielt werden. Diese Vorrichtung ist besonders für die Bestückung von Luftfahrzeugen mit einem Hubraum von 4000 bis 8000 und insbesondere der Piper PA 28 bestimmt.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich klar für den Fachmann und gehören zur Erfindung. Insbesondere können die Form und die Abmessung der Bauelemente angepaßt werden, sofern das allgemeine Konzept der Erfindung gewahrt bleibt, d. h. die Wahl von Formen, die mindestens ein Venturi zur Beschleunigung der Gase auf mindestens einem Teil ihres Wegs schaffen, und Formen, die so wenig Turbulenzen am Ausgang des Venturi wie möglich erzeugen. Insbesondere können die Kegel "abgerundet" werden und das Venturi kann durch eine Beschleunigungsvorrichtung mit derselben Funktion ersetzt werden. Die einzigen Grenzen in diesem Bereich sind die Kosten und die Montage- und Wartungsanforderungen. Ferner kann die Wolle (4) durch jedes Material mit einer Struktur, die eine gleichwertige Funktion erfüllt, ersetzt werden. Schließlich kann der rostfreie Austenitstahl durch jeden Werkstoff ersetzt werden, der dieselbe Funktion erfüllen kann.

Claims

Schalldämpfer für den Auspuff eines Verbrennungsmotors mit einer auf ihrer ganzen Länge perforierten Düse (1), die von einer koaxialen Hülle umgeben ist, die von einem vorderen Teil (2) und einem konischen hinteren Teil (3) gebildet wird, wobei die Düse eine Geometrie mit mehreren Kegeln bildet, die die Funktion haben, ein großes Volumen zu bilden und mindestens ein System zum Beschleunigen des Stroms der Auspuffgase mindestens auf einem Teil ihres Wegs zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Teil (2) der äußeren Hülle zylindrisch oder konisch ist, und dadurch, dass die Düse (1) und die Hülle (2), (3) einen vom Hals (6) bis zu dem hinteren Teil (3) durchgehenden ringförmigen Raum bilden, in dem die Gase hindurchtreten, die über ein Austrittsrohr austreten, das die Abfuhr der Gase gestattet und die Bildung von Gegendrücke erzeugenden Turbulenzen vermeidet.
Schalldämpfer für den Auspuff eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er keine Umlenkorgane aufweist und dass der Raum zwischen der Düse und der Hülle mit einer Wolle (4) gefüllt ist, die im hinteren Teil durch eine perforierte Platte oder Trennwand (6 BIS) gehalten ist, die die Gase an ihrem Umfang durch die Perforationen und in ihrer Mitte am Düsenaustritt hindurchtreten lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse von einem oder mehreren Kegeln, Gegenkegeln (5) und Zylinder in einem Stück gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Beschleunigen des Stroms der Auspuffgase ein System vom Typ "Venturi" ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen der Düse aus abwechselnden Löchern mit von einer Reihe zur anderen verschiedenen Durchmessern bestehen, wobei die Anzahl und die Größe der Perforationen an den Hubraum des Verbrennungsmotors angepasst sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle von einem vorderen Teil, der an der Düse am Hals (6) angeschweißt ist, und von einem abnehmbaren konischen hinteren Teil gebildet ist, wobei die aneinanderstoßenden Ränder dieser beiden Teile mit zwei Nuten gesickt sind, um eine schnelle Demontage und Montage zu gestatten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse in die vordere äußere Hülle (2) am Hals (6) eingesteckt ist und an einer perforierten Querwand (6 BIS) angeschweißt ist, die ihrerseits am vorderen Teil (2) der äußeren Hülle und am hinteren Teil (3) der äußeren Hülle angeschraubt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Teil (3) der koaxialen Hülle mit einem schrägen Austrittsrohr endet, das die Abfuhr der Gase nach unten gestattet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie an dem Auspuff eines Flugzeugmotors oder eines anderen Verbrennungsmotortyps montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit Düse-Hülle aus einem Blech aus rostfreiem Austenitstahl hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen der Düse und der Hülle mit einer Wolle aus rostfreiem Austenitstahl gefüllt ist.