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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR GENERATING A FREQUENCY SPECTRUM IN A CHANNEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/042213
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for generating a frequency spectrum in a channel (1) of a reciprocating engine comprising a throttle which is arranged in said channel, is used as a flow modulator and is embodied in the form of a plate. The inventive modifications are introduced in the shape of the plate which forms said throttle.

Inventors:
HANSEN JOERG (DE)
HOERMANN KARL (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/011970
Publication Date:
May 21, 2004
Filing Date:
October 29, 2003
Export Citation:
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Assignee:
MONTAN TECH GMBH (DE)
HANSEN JOERG (DE)
HOERMANN KARL (DE)
International Classes:
F02B29/08; F02D9/04; F02D9/06; F02D9/10; F02M35/12; (IPC1-7): F02D9/10; F02M35/12
Foreign References:
EP1243775A22002-09-25
US20030042448A12003-03-06
US5996549A1999-12-07
US5845748A1998-12-08
US6176467B12001-01-23
DE1935798B11970-11-05
US20020005185A12002-01-17
DE19914213A12000-10-05
US6125820A2000-10-03
EP0459964A11991-12-04
EP1101929A22001-05-23
US5655367A1997-08-12
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung (1) einer Hubkolbenmaschine mit einer in der Rohrleitung (1) angeordneten, als Durchfluss modulator fungierenden Drosselklappe, die als schwingende Platte ausgeführt ist, da durch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (3) gegenüber ihrer Plattenform Modi fizierungen aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (7) gebogen ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (3) eine stromlinienförmige Biegung aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (14) eine Profilierung (15,15a) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (16) eine Lochung (17) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Drossel klappe (16) Membranen angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (16) Erhebungen aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Drosselklappe (16) aus absorbierendem Material besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kante (18) der Drosselklappe (16) Rundungen (20) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (21) aus mindestens zwei Platten (22,23) besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (1) mindestens zwei Drosselklappen (7, 8) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (2) der Drosselklappen (9,10, 11 und 12) im Bereich der Rohrwand angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (25) in mindestens zwei Segmente (27 und 28) mit jeweils einer Drosselklappe (29,30) unter teilt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (1) ein Ionisationsgitter (41) und mindestens zwei Spulen (42,42a) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (43) vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1) im Bereich der Drosselklappe (3) als achteckiger Kanal ausgebildet ist.
Description:
Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in einer Rohrleitung einer Hubkolbenmaschine mit einer in der Rohrleitung angeordneten, als Durchflussmodulator fungierenden Drosselklappe.

Aus der EP 0649 494 B1 ist es bekannt, durch eine in der Auspuffrohrleitung als Durch- flussmodulator fungierende Drosselklappe den Schallpegel bzw. die Klangfarbe der durch den Abgasstrom erzeugt wird, zu verhindern. Gemäß der technischen Lehre der EP 0649 494 B 1 ist die Drosselklappe als einfache Platte ausgeführt. Mit dieser Drossel- klappe kann lediglich eine Schallausbreitung bis zur ersten Mode gedämpft werden.

Die zu bewegende Masse der Drosselklappe ist sehr groß. Damit sind schnelle Bewegun- gen bei großen Rohrleitungsdurchmessern nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Fre- quenzspektrums in einer Rohrleitung zur Verfügung zu stellen, bei der sich Ver- besserungen der akustischen Eigenschaften erzielen lassen und durch Verringerung der zu bewegenden Masse eine Bedämpfung höherer akustische Moden sowie eine schnelle Ver- änderung des Durchflusses ermöglicht wird. Außerdem sollen die aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften verbessert und eine zusätzliche Dämpfung im hoch- frequenten Bereich möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Drosselklappen gemäß dem Stand der Technik besitzen eine Anström-und eine Ab- strömplatte, die für eine laminare Luftströmung sorgen. Gemäß der Erfindung wird die Plattenform der Drosselklappe modifiziert. Durch diese Modifikationen bzw. deren Kom- bination werden die akustischen Eigenschaften der Vorrichtung verbessert. Bei der Modi- fizierung der Plattenform wird dies durch eine Oberflächenbehandlung, Formgebung, Pro- filierung, Dicke, das Material der Platte, sowie eine Lochung erreicht.

Die Drosselklappe wird gemäß einer ersten Ausgestaltung gebogen ausgeführt. Durch diese Ausführung werden Auftriebs-und Abtriebskräfte erzeugt, die eine schnellere Bewegung der Platte ermöglichen. Dieser Effekt wird noch erhöht, wenn gemäß einer Weiterbildung die Drosselklappe eine stromlinienförmige Biegung und abgerundete Kanten aufweist.

Zur Verhinderung von Abrisswirbeln an den Kanten der Drosselklappe kann die Drossel- klappe eine Profilierung aufweisen.

Damit der Übergang zwischen der laminaren und der turbulenten Strömung in der Rohr- leitung verbessert wird, wird die Drosselklappe mit einer Lochung versehen. Diese Löcher können sämtliche geometrischen Formen, wie Quadrate, Rechtecke, Ovale, Kreise, Schlitze, aufweisen. Es ist auch möglich, auf der Drosselklappe Membranen anzuordnen.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass die Drosselklappe Erhebungen aufweist.

Eine Ausfertigung der Drosselklappe mit absorbierendem Material an der Oberfläche ergibt zusätzliche Dämpfungseigenschaften bei höheren Frequenzen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Kante der Drosselklappe mit Turbulenz- erzeugern versehen. Dadurch wird eine kohärente Wirbelablösung verhindert.

Die Drosselklappe kann auch derart ausgeführt sein, dass sie aus mindestens zwei Platten besteht. Dadurch wird ein größerer Frequenzbereich abgedeckt und es können höhere Mo- den bedampft werden.

Gemäß der Erfindung wird auch vorgeschlagen, in der Rohrleitung mehrere Drossel- klappen vorzusehen. Dadurch können die einzelnen Platten der Drosselklappe kleiner und somit leichter ausgeführt werden.

Die Achse der Drosselklappe kann auch im Bereich der Rohrwand angeordnet sein. Da- durch werden Strömungsgeräusche vermieden.

Durch Unterteilung der Rohrleitung in mindestens zwei Segmente mit jeweils einer Dros- selklappe ist es möglich, höhere Moden zu bedämpfen. Bei dieser Segmentierung kann durch eine geeignete Wahl der Drosselklappenposition bzw. der Ansteuerung der Drossel- klappen eine destruktive Interferenz am Ende der Segmentierung erreicht werden. Die Be- wegung der Platte kann über eine bzw. mehrere Achsen gesteuert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Querschnittsverengung durch Ionisation der Luft und ein nachgeschaltetes Magnetfeld vorgenommen werden.

Es ist auch möglich, die Rohrleitung im Bereich der Drosselklappe gemäß der technischen Lehre der DE 161760 Cl als achteckigen Kanal auszuführen. Dadurch wird ein Impe- danzsprung erzeugt und ein Bedämpfen der höheren Frequenzen durch den Übergang von einem runden Querschnitt auf den achteckigen Querschnitt erzielt.

Zusammenfassend lassen sich durch die Erfindung folgende Vorteile erzielen : Bessere Umströmung der Kanten Geringeres Gewicht Nutzung der Auf-bzw. Abtriebskräfte - Bedämpfung höherer Moden/Größerer Frequenzbereich Höhere Effektivität durch Doppelklappen Vermeidung größerer Grenzschichten Höherer Dämpfungsgrad Zusätzliche Dämpfung durch Impedanzsprung (rund/eckig/rund) Gezielte Beeinflussung der modalen Schallausbreitung Destruktive Interferenz bei Kanalsegmentierung Vermeidung von mechanischen Teilen in der Strömung.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen erfindungs- gemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Material- auswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in den Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten und Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der-beispielhaft-bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind.

In der Zeichnung zeigen : Figur 1 eine Seitenansicht einer Rohrleitung mit einer Drosselklappe mit stromli- nienförmiger Biegung, Figur 2 eine Seitenansicht einer Rohrleitung, die in zwei Segmente unterteilt ist, Figur 3 eine Seitenansicht einer Rohrleitung mit vier Drosselklappen, deren Achse an der Rohrwand liegt, Figur 4 eine Draufsicht einer rechteckigen Rohrleitung, die in zwei Segmente unter- teilt ist, Figur 5 eine Drosselklappe mit Profilierung, Figur 6 eine Schematische Darstellung der Möglichkeiten der Ausgestaltung einer Drosselklappe mit Lochung und veränderter Kante, Figur 7 eine Drosselklappe, die aus zwei Platten besteht, Figur 8 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einer Rohrleitung mit zwei Segmenten und Figur 9 eine Rohrleitung mit einem Ionisationsgitter und zwei Spulen.

Aus der Figur 1 geht hervor, dass in einer Rohrleitung 1 eine Drosselklappe 3 mit strom- linienförmiger Biegung und einer Achse 2 angeordnet ist.

Die Figur 2 zeigt die Rohrleitung 1, die durch ein Blech 4 in Segmente 5 und 6 geteilt wird. In den Segmenten 5 und 6 sind jeweils eine Drosselklappe 7 und 8 angeordnet, die gebogen ausgeführt sind.

Die Figur 3 zeigt eine Rohrleitung 1, in der vier Drosselklappen 9,10, 11 und 12 angeor. d- net sind. Die Achse 2 der Drosselklappen 9,10, 11 und 12 liegt an der Rohrwand der Rohr- leitung 1.

In der Figur 4 ist eine rechteckige Rohrleitung 1 dargestellt. Die rechteckige Rohrleitung 1 wird durch ein Blech 4 in zwei Segmente geteilt. In diesen Segmenten sind Drosselklappen 13 und 13a mit einer Achse 2 angeordnet.

Die Figur 5 zeigt eine Drosselklappe 14, die eine Profilierung 15 und 15a aufweist.

In der Figur 6 ist eine Drosselklappe 16 mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Lochung und der Kantengestaltung dargestellt. Diese Ausführungsformen können jede für sich aber auch in einer Kombination verwirklicht werden. Die Drosselklappe weist eine eckige Lochung 17 und 17'sowie eine ovale Lochung 17"und eine runde Lochung 17"' auf. Die Kante 18 der Drosselklappe 16 ist mit einer Profilierung 19 ausgeführt. Außerdem sind an der Kante 18 Turbulenzerzeuger 20 vorgesehen.

Aus der Figur 7 geht hervor, dass eine Drosselklappe 21 aus zwei Platten 22 und 23 be- steht, die mit einer Achse 2 verbunden sind.

In der Figur 8 ist ein Mehrkanalsystem (Zweikanalsystem) schematisch dargestellt. Eine Rohrleitung 25 ist durch ein Blech 26 in zwei Segmente 27 und 28 unterteilt. In den Seg- menten 27 und 28 ist jeweils eine Drosselklappe 29 und 30 angeordnet, die mit einer Achse 31 verbunden sind. Die Achse 31 wird von zwei Antrieben 32 und 33 in Schwingung ver- setzt. Die Antriebe 32 und 33 werden durch einen Mehrkanalcontroller 34 gesteuert und geregelt. Der Mehrkanalcontroller 34 ist mit Sensoren 35,36, 37 und 38 verbunden, außer- dem ist der Mehrkanalcontroller mit einer Steuerung 39 zur digitalen Signalgenerierung für ein Sounddesign und externen Sensoren 40 für Drehzahl, Geschwindigkeit, Fahrzeugdaten verbunden.

In der Figur 9 ist eine andere Möglichkeit der Querschnittsverengung dargestellt. In einer Rohrleitung 1 ist ein Ionisationsgitter 41 für die Ionisierung des Luftstromes dargestellt.

Zwei Spulen 42 und 42a erzeugen ein Magnetfeld 43. Durch das Magnetfeld 43 wird der Querschnitt für die ionisierte Luft verengt.

Bezugszeichenliste 1 Rohrleitung 2 Achse 3 Drosselklappe 4 Blech 5 Segment 6 Segment 7 Drosselklappe 8 Drosselklappe 9 Drosselklappe 10 Drosselklappe 11 Drosselklappe 12 Drosselklappe 13 Drosselklappe 13a Drosselklappe 14 Drosselklappe 15 Profilierung 15a Profilierung 16 Drosselklappe 17 Lochung 17'Lochung 17"Lochung 17"'Lochung 18 Kante 19 Profilierung 20 Turbulenzerzeuger 21 Drosselklappe 22 Platte 23 Platte 25 Rohrleitung 26 Blech 27 Segment 28 Segment 29 Drosselklappe 30 Drosselklappe 31 Achse 32 Antrieb 33 Antrieb 34 Mehrkanalcontroller 35 Sensor 36 Sensor 37 Sensor 38 Sensor 39 Steuerung 40 Externe Sensoren 41 Ionisationsgitter 42 Spule 42a Spule 43 Magnetfeld