Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern bzw. Transformieren der Schall emi ss ion und hat auch eine Vorrichtung zur Verminderung des Schalls, ins¬ besondere bei Verbrennungsmotoren zum Gegenstand.

Als störend wird bei gleicher Schallemissionsintensität insbesondere der Schal ^" anteil bei tiefen ^' Frequenzen, der auch zu Resonanzen führt, empfunden. Gesetzliche Vorschriften machen beispielsweise bei Verbrennungsmotoren Schall¬ dämpferausbildungen zur Auflage.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die tieffrequenten inneren Gasdruckschwankungen (Pegel) verantwortlich für die Intensität der Schallweiter¬ leitung, beispielsweise in einem Auspuffsystem sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung derart anzugeben, daß beispielsweise auf den Schalldämpfer einer Verbrennungs¬ kraftmaschine verzichtet werden kann.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß der- Freistrahl unmittelbar nach dem Austritt innerhalb der Länge der Kerπzone des Freistrahls zerstört, insbesondere auf¬ geteilt wird.

Vorzugsweise geht man dabei so vor, daß die Scherspannung zerstört wird, wodurc insbesondere die bei einer Gasexpansion für den maßgebenden Schall anteil er¬ antwortlichen Quadrupolquellen verringert werden und die damit verbundene Wir¬ belbildung.

Anders ausgedrückt: es wird dafür Sorge getragen, daß die entstehenden Schal 1- frequenzen zu höheren Frequenzen verschoben werden; die leichter dissipieren.

Eine vorzugsweise Vorrichtung zur Verminderung des Schall s _s entstehend in der Expansionszone, insbesondere bei Verbrennungsmotoren an Auslaßventilen, ist gekennzeichnet durch Einbauten in der Strah kernzone des Strömuπgsfeldes 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 ve__minde.ni (bis zu 20 άBA) ,

- Resonanzerscheinungen tieffrequenter Schwingungen in einem angeschlossenen Rohrleitungssystem, beispielsweise der Schalldämpferanlage, zu verhindern, sowie

- den Strömungswiderstand im Austrittskanal in Ventilnähe zu verringern und somit bei einem Verbrennungsmotor zu einer besseren Energieausbeute (Brennstoffeinsparung) beizutragen.

Die Kernzone eines Abgasstrahles wird also direkt nach dem Ventilaustritt zerstört bzw. aufgelöst. Damit wird eine bessere Strömungsführung dadurch gewährleistet, daß größere Wirbelbildung verhindert wird. Diese tieffre- quenten Anteile v/erden damit zu höheren Schallfrequenzen verschoben. Die Schallemission in Bezug auf die Schallweiterleitung in dem Gas wird dadurch verringert (Mündungsgeräusche), daß in einem Medium hochfrequente Schall- anteile schneller dissipieren. Ebenfalls wird die örtliche Schallabstrahlung durch die Verringerung der inneren Gasdruckschwankung verringert.

Die unmittelbar hinter dem Auslaßventil angeordneten Einbauten sind insbeson¬ dere bei sich anschließenden gekrümmten Leitungen als Strö ungsgleichrichtεr strömungsgünstig ausgebildet.

Nach besonderen Ausführungsformen können die Einbauten im Querschnitt aus einem waben-, röhren-, trapez- oder siebförmigen Gitter bestehen, oderaus weiteren geschwindigkeits- und druckausgleichenden Strömungsgleichrichtern.

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.

Die Einbauten können eingeschoben, durch einen Sprengring an der Auspuffrohr¬ befestigung gehalten oder am Ventilschaft befestigt sein.

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.

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläu¬ tert 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 An¬ meldungsgegenstand (Verschiebung gegen niederfrequente Schwingungen) . ^•

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch den Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Auslaßventil 10, den zugeordneten Auslaßventilschlitzen 12 (der Kolben ist bei 14 angedeutet), der Auspuffleitung 16 und der erfindungsgemäßen Ausbildung der Einbauten 18. Diese Einbauten, die im Querschnitt gemäß Fig. 2 ausgebildet sind, sind in den Auslaßkrümmer 20 eingescho¬ ben und in nicht dargestellter Weise, beispielsweise durch Anflanschen an die Auspuffleitung 16 oder durch einen ebenfalls nicht dargestellten Seegerring befestigt. Die Einbauten folgen dem Verlauf des Auslaßkrümmers.

In der Darstellung nur angedeutet ist die Erweiterung des Auslaßkrümmers unmittelbar hinter dem Auslaßventil.' Nach der vorzugsweisen nicht dargestellten Ausführungs¬ form ergibt sich eine merkliche Erweiterung unmittelbar hinter dem Austrittsquerschnitt des Ventils.

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. Die Einbauten können aber auch siebförmig sein. Sie dienen sämtlich dazu, bereits im Bereich der Kernzone den starken Freistrahl in eine Vielzahl möglichst paralleler Strahlen aufzuteilen, die wesent¬ lich weniger turbulent als der ursprüngliche Freistrahl

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sind. Hierdurch werden die oben erwähnten Effekte (Verschiebung zu höherfrequentiger Schallemission und damit verringerte Weiterleitung des Schalls) erreicht. Quadrupolquellen werden zerstört, die Auf¬ teilung erfolgt in kleinere parktisch parallele Strahlen, Deren örtlicher Geschwindigkeitsgradient ist ^ _^ ^{^} esen lich kleiner. Die Einbauten sind nur insofern in ihrem Vo¬ lumen begrenzt, daß nicht zu hohe Druckvεrluste in Kauf zu nehmen sind.

Durch das Zerteilen des Freistrahls in einzelne kleinere Strahleinheiten, erglichen mit dem ungestörten Frei¬ strahl, verringert sich also erheblich die Wirbel¬ größe: größere Wirbelballen werden aufgelöst; das schallmäßig entstehende Frequenzspektrum verschiebt sich dadurch zu höheren Frequenzen. Di _. es erfolgt ge¬ mäß der Formel:

S _c t. _= d ^• f ^' ,bzw. f = St j ^• —c ^•

(Strouhalzahl = Durchmesser mal Frequenz dividiert durch Strömungsgeschwindigkeit) .

Somit bedingt ein kleinerer Durchmesser d höhere Fre¬ quenzen bei konstanter Strouhalzahl, wobei

St = cons.t. = ca. 0,2 und bei gleichbleibendem Volumendurchsatz (Strömungs¬ geschwindigkeit) . Rechnerisch und meßtechnisch wird dies durch durchgeführte Untersuchungen nachgewiesen, wie die Figuren 6 und 7 erkennen lassen. Die Frequenz¬ verschiebung erkennt man in den Diagrammen 6 und 7. Diagramm 6 gibt den inneren Schalleistungspegel ^ in Abhängigkeit vom Normvolumenstrom V an der Meß- stelle wieder. Es wurde von 6 bar auf ca 40 mbar Ober¬ druck entspannt. ^'

Bei Diagramm 7 handelt es sich um einen A-bewerteten, äußeren Schalleistungspegel wa ^ ⁿ Abhängigkeit vom Normvolumengasstrom V bei erheblicher Entspannung, wobei die Verschiebung zu niedrigen Frequenzen deutlich wird.

Einer Verschiebung zu einem höheren Frequenzbereich wird also zu einer geringeren Schallweiterleitung und - einer Verringerung der örtlichen Schallabstrahlung. Dies kann man sich bei Betrachtung der allgemeinen Verhältnisse klarmachen. Die Diagramme 4 und 5 geben Untersuchungen an Ringdüsen und Ventilen wieder. Diese Diagramme lassen eine Abschätzung der Ergebnisse für ungedämpfte und gemäß der Erfindung gedämpfte Verhältnisse zu.

Fig. 5 zeigt mittlere Strömungsgeschwindigkeiten und Geschwindigke.itsschwankungen von Freistrahlen in Rohr¬ leitungen und zwar im linken Teil für Düsen, im rechten Teil für Ringdüsen.

Demgegenüber erläutert Fig. 4 die mittleren Strömungs¬ geschwindigkeiten und Geschwindigkeitsschwankungen von ungestörten Freistrahlen und zwar a) für Düsen b) für Ringdüsen.

Bei Verwendung der Einbausätze betrug die Schall¬ minderung beispielsweise 20 dB.

Durch die Gleichrichter- und Wirbelauflösungswirkung des Einbausatzes werden örtlich hohe Druck- und Ge¬ schwindigkeitsfelder eines Gasstrahles in einem an¬ geschlossenen Kanal vermindert (örtlich kleinere

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Wiτbelgeschwindigkeiten) und damit wird der an ein Ventil (Düse) angeschlossener Kanal-Strömungswider¬ stand kleiner (Druckverlustverminderung) . Bei einem Motorprozeß kann damit ein kleinerer Gegendruck am Auslaßventil erreicht werden. Der theoretische Motor¬ prozeß (p,v-Diagramm) liefert damit einen besseren thermischen Wirkungsgrad und würde somit eine Brenn- stoffeinsparung ermöglichen.

Durch die kombinierte Maßnahme des Erweiterungsraums in der Expansionszone sowie den Einbauten wird der Effekt der Senkung des Geräuschpegels und der Vermei¬ dung stehender Wellen im Auspuffrohr noch herabgesetzt Durch die Maßnahme nach der Erfindung kann auf einen Schalldämpfer in der Auslaßleitung gegebenfalls ganz verzichtet werden.