DE202004000659U1 - Silencers for motor vehicles with internal combustion engines - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, mindestens umfassend
– ein Gehäuse (1),
– ein Einlassrohr (2),
– ein Auslassrohr (3)
– und gegebenenfalls innere Wände und/oder Rohre,
– das Gehäuse (1) ist mit unregelmäßig angeordneten, mit Hilfe eines FEM-Computerprogramms berechneten Sicken (4, 5, 6, 7, 8) versehen, gekennzeichnet durch die Merkmale:
– die Sicken (4, 5, 6, 7, 8) sind regelmäßig berandete einfache geometrische Figuren,
– die niedrigste Eigenfrequenz des Gehäuses (1) ist größer/gleich der dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors über dessen gesamten Drehzahlbereich.Silencer for motor vehicles with internal combustion engines, at least comprehensively
- a housing (1),
- an inlet pipe (2),
- an outlet pipe (3)
And, if appropriate, inner walls and / or pipes,
- The housing (1) is provided with irregularly arranged beads (4, 5, 6, 7, 8) calculated using an FEM computer program, characterized by the features:
- the beads (4, 5, 6, 7, 8) are regularly bordered simple geometric figures,
- The lowest natural frequency of the housing (1) is greater than / equal to the dominant excitation frequency of the internal combustion engine over its entire speed range.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer gemäß dem Oberbegriffdes Anspruchs 1 fürKraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor.The invention relates to silencers according to the preambleof claim 1 forMotor vehicles with internal combustion engines.

Bei der Auslegung der Geometrie eines Schalldämpfers für Kraftfahrzeuge,gleichgültigob Ansaugschalldämpferoder Nachschalldämpfer,müssendie akustischen Anforderungen mit den räumlichen Gegebenheiten im Motorraumbzw. unter dem Chassis in Übereinstimmunggebracht werden. Insbesondere die räumlichen Gegebenheiten führen zu Schalldämpfergehäusen mitovalem bis kubisch flachem Querschnitt. Um zu verhindern, dass diegroßflächigen Blechteiledes Gehäusesfrei schwingen und ungehindert Schall, insbesondere tieffrequenten Schallabstrahlen, wurden die Gehäuseblechemit Einprägungenversehen. Man vergleiche z. B.When designing the geometry of a silencer for motor vehicles,indifferentwhether intake silenceror rear silencer,have tothe acoustic requirements with the spatial conditions in the engine compartmentor under the chassis in accordanceto be brought. The spatial conditions in particular lead to silencer housingsoval to cubic flat cross section. To prevent thelarge sheet metal partsof the housingvibrate freely and unhindered sound, especially low-frequency soundradiate, the housing sheetswith impressionsMistake. Compare e.g. B.

DE 197 46 553 A,EP 0 324 891 A,BE 653 635 A,JP 49129034 A,JP 07259531A oder auchUS 2,835,336. Die in diesenSchriften beschriebenen Prägungender Gehäuseblechewurden im Wesentlichen empirisch ermittelt. Damit konnte zwar einegewisse Reduzierung der Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche erreichtwerden; optimal waren die Ergebnisse jedoch nicht. DE 197 46 553 A . EP 0 324 891 A . BE 653 635 A . JP 49129034 A . JP 07259531A or US 2,835,336 , The embossments of the housing sheets described in these documents were essentially determined empirically. A certain reduction of the sound radiation from the housing surface could be achieved with this; however, the results were not optimal.

In der DE-Zeitschrift "ATZ und MTZ", Sonderausgabe Oktober2003, ist auf den Seiten 39 und 40 eine Topographieoptimierung für den Nachschalldämpfer einerAbgasanlage fürVerbrennungsmotoren beschrieben, die unter Verwendung des von der US-FirmaAltair Engineering vertriebenen Computerprogramms "Optistruct" durchgeführt wurde.Dieses Computerprogramm, welches auf der Methode der finiten Elementeberuht, ist in der Lage, eine Blechoberfläche selbsttätig so zu optimieren, dassdie niedrigste Eigenfrequenz möglichsthoch wird. Je höher dieEigenfrequenz, desto geringer der subjektiv und objektiv empfundeneLärm.In the DE magazine "ATZ and MTZ", special edition October2003, on pages 39 and 40, a topography optimization for the rear silencer is oneExhaust system forInternal combustion engines are described using the by the US companyAltair Engineering distributed computer program "Optistruct" was carried out.This computer program, which is based on the finite element methodis able to automatically optimize a sheet surface in such a way thatthe lowest natural frequency if possiblegets high. The higher theNatural frequency, the lower the subjective and objective perceivedNoise.

Das Computerprogramm "Optistruct" berechnet ausgehendvon der vorgegebenen Form und Größe des Schalldämpfergehäuses dieEinprägungenin der Gehäuseoberfläche, diezu der höchstmöglichenEigenfrequenz führen.Die so berechneten Einprägungenin der Gehäuseoberfläche kann manals unregelmäßig berandete,unregelmäßig positionierteund unregelmäßig getiefteSicken bezeichnen. Wegen seiner Ähnlichkeitmit den Flecken auf dem Fell einer Kuh wird dieses Sickenbild auch "Kuhflecken-Design" genannt. Auch dieBezeichnung "SickeKassel" wird verwendet.The computer program "Optistruct" calculates on the basisof the specified shape and size of the silencer housingindentationsin the case surface thatto the highest possibleLead natural frequency.The impressions calculated in this wayin the housing surface you canas irregularly borderedirregularly positionedand irregularly deepDenote beads. Because of its similaritywith the spots on the fur of a cow, this beading is also called "cow spot design". Also theDescription "beadKassel "is used.

So hervorragend die akustischen Ergebnisse dermit solchen Computer-Optimierungsprogrammen ermitteltenSickenbilder sind, so kompliziert und teuer sind die zu ihrer RealisierungbenötigtenTiefziehwerkzeuge, da bei der Herstellung der unregelmäßig berandetenund unregelmäßig getieftenMatrizen und Patrizen keine einfachen Bearbeitungsverfahren eingesetztwerden können.Das ist unbefriedigend.The acoustic results of thedetermined with such computer optimization programsBeading pictures are so complicated and expensive to realizerequiredThermoforming tools, since the edges are irregular in the manufactureand irregularly deepMatrices and patrices used no simple machining processescan be.It is unsatisfactory.

Der vorliegenden Erfindung liegtdie Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genanntenArt anzugeben, dessen Reduzierung der Schallabstrahlung von derGehäuseoberfläche minimiertist, sich jedoch mit erheblich einfacheren und preiswerteren Werkzeugenherstellen lässt.The present invention liesbased on the task of a silencer of the aforementionedSpecify the type whose reduction in sound radiation from theHousing surface minimizedis, however, with considerably simpler and cheaper toolscan be made.

Diese Aufgabe wird gelöst durcheinen Schalldämpfermit den Merkmalen des Anspruchs 1.This task is solved bya silencerwith the features of claim 1.

Die vorliegende Erfindung beruhtauf der Vorgabe, die Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche mitHilfe eines Computer-Optimierungsprogramms zu minimieren, wobeidas Sickenbild jedoch auf einfache geometrische Formen, die im wesentlichendurch die Metallbearbeitungsverfahren Drehen und Fräsen herstellbarsind, beschränktwird.The present invention is basedon the requirement of using the sound radiation from the housing surfaceHelp minimize a computer optimizer, wherethe beading, however, is based on simple geometric shapes that are essentiallycan be manufactured using the metalworking processes of turning and millingare limitedbecomes.

Vorzugsweise sind dies Kreise undKreisringe sowie Segmente von Kreisen und Kreisringen, ebenso Vielecke,insbesondere Rechtecke. Diese werden vom Computer-Optimierungsprogrammso dimensioniert und positioniert, dass die niedrigste Eigenfrequenz über dengesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors möglichst über dessendominanter Anregungsfrequenz liegt, wodurch die Schallabstrahlungder Gehäuseoberfläche minimal wird.These are preferably circles andCircular rings and segments of circles and circular rings, as well as polygons,especially rectangles. These are from the computer optimizerdimensioned and positioned so that the lowest natural frequency over theentire speed range of the internal combustion engine, if possible, above itsdominant excitation frequency lies, whereby the sound radiationthe housing surface becomes minimal.

Vergleiche zwischen erfindungsgemäßen Schalldämpfern undSchalldämpfernmit dem sogenannten Kuhflecken-Design haben überraschenderweise ergeben,dass die akustischen Unterschiede kaum messbar sind. Deutlich unterschiedlichsind jedoch die Herstellkosten.Comparisons between silencers according to the invention andsilencerswith the so-called cow spot design have surprisingly shownthat the acoustic differences are hardly measurable. Significantly differenthowever, are the manufacturing costs.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildungder Erfindung könnendie Sicken sich auch gegenseitig durchdringen.According to an advantageous developmentof the inventionthe beads also penetrate each other.

Auch ist es möglich, die Sicken in Seriezu positionieren.It is also possible to have the beads in seriesto position.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindungin Form eines Ausführungsbeispielsnäher erläutert werden.Es zeigenThe invention is based on the drawingin the form of an embodimentare explained in more detail.Show it

1 einenersten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer, 1 a first silencer optimized for minimal sound radiation,

2 Messwerteeines Vorher-Nachher-Vergleichs für einen optimierten Schalldämpfer und 2 Measured values of a before-after comparison for an optimized silencer and

3 einenzweiten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer. 3 a second silencer optimized for minimal sound radiation.

1 zeigteinen ersten Abgasschalldämpferfür einKraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor. Das Gehäuse1 besitzt einenextrem flachen, kubischen Querschnitt. Die Abgase treten durch einEinlassrohr2 in das Gehäuse1 ein und verlassenes überein Auslassrohr3. Im Inneren des Gehäuses1 sind wie ansich bekannt Innenwändeund Innenrohre vorgesehen, deren Position und Steifigkeit Auswirkungen aufdie Eigenfrequenzen des Gehäuses1 haben. 1 shows a first exhaust silencer for a motor vehicle with an internal combustion engine. The housing 1 has an extremely flat, cubic cross-section. The exhaust gases pass through an inlet pipe 2 in the housing 1 and leave it through an outlet pipe 3 , Inside the case 1 As is known, inner walls and inner tubes are provided, the position and rigidity of which affect the natural frequencies of the housing 1 to have.

Um die aufgrund der großen undwenig gekrümmtenBlechflächenhohe Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche zu reduzieren, ist in dieGehäuseoberfläche einoptimiertes Sickenbild eingeprägt.Dieses Sickenbild besteht aus regelmäßig berandeten einfachen geometrischenFiguren. Man erkennt Kreiseringe4, Kreisringsegmente5,Rechtecke6 und Trapez7. Die beiden rechteckigenSicken6 durchdringen sich teilweise, so dass ein T-förmiges Gebildeentsteht.In order to reduce the high sound radiation from the housing surface due to the large and less curved sheet metal surfaces, an optimized corrugation pattern is embossed in the housing surface. This beading picture consists of regularly bordered simple geometric figures. Man he knows circular rings 4 , Circular ring segments 5 , Rectangles 6 and trapeze 7 , The two rectangular beads 6 partially penetrate each other so that a T-shaped structure is created.

2 zeigtin einem Vorher-Nachher-Vergleich das Ergebnis der akustischen Optimierungsmaßnahmen.Die optimierte Kurve (b) liegt um bis zu 10 db unter der Ausgangskurve(a). 2 shows the result of the acoustic optimization measures in a before-after comparison. The optimized curve (b) is up to 10 db below the starting curve (a).

3 zeigteinen weiteren dank Verschiebung der Eigenfrequenzen zu höheren Wertenauf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer. AlsSicken sind ausschließlichKreise8 gleicher Größe vorhanden,wodurch die Tiefzieh- bzw. Prägewerkzeugebesonders einfach werden. Die parallelen Sicken9 habendie Aufgabe, Trennwändeim Inneren des Gehäuses1 zuhalten. 3 shows another muffler optimized thanks to shifting the natural frequencies to higher values for minimal sound radiation. The only beads are circles 8th of the same size, which makes the deep-drawing or embossing tools particularly easy. The parallel beads 9 have the task of dividing walls inside the housing 1 to keep.

Claims (9)

Translated fromGerman

Schalldämpferfür Kraftfahrzeugemit Verbrennungsmotor, mindestens umfassend – ein Gehäuse (1), – ein Einlassrohr(2), – einAuslassrohr (3) – undgegebenenfalls innere Wändeund/oder Rohre, – dasGehäuse(1) ist mit unregelmäßig angeordneten,mit Hilfe eines FEM-Computerprogrammsberechneten Sicken (4,5,6,7,8)versehen, gekennzeichnet durch die Merkmale: – die Sicken(4,5,6,7,8) sindregelmäßig berandete einfachegeometrische Figuren, – dieniedrigste Eigenfrequenz des Gehäuses(1) ist größer/gleichder dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors über dessengesamten Drehzahlbereich.Silencer for motor vehicles with an internal combustion engine, at least comprising - a housing ( 1 ), - an inlet pipe ( 2 ), - an outlet pipe ( 3 ) - and if necessary inner walls and / or pipes, - the housing ( 1 ) with irregularly arranged beads, calculated with the help of an FEM computer program ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ), characterized by the features: - the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) are regularly bordered simple geometric figures, - the lowest natural frequency of the housing ( 1 ) is greater than / equal to the dominant excitation frequency of the internal combustion engine over its entire speed range.Schalldämpfernach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken(4,5,6,7,8) sind einheitlichgetieft.Silencer according to claim 1, characterized by the feature: - the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) are deepened uniformly.Schalldämpfernach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sickensind als Kreis (8) ausgebildet.Silencer according to claim 1 or 2, characterized by the feature: - the beads are a circle ( 8th ) educated.Schalldämpfernach einem der Ansprüche1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind alsKreissegment ausgebildet.silenceraccording to one of the claims1 to 3, characterized by the feature: - The beads are asCircle segment formed.Schalldämpfernach einem der Ansprüche1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind alsKreisring (4) ausgebildet.Silencer according to one of claims 1 to 4, characterized by the feature: - the beads are a circular ring ( 4 ) educated.Schalldämpfernach einem der Ansprüche1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind alsKreisringsegment (5) ausgebildet.Silencer according to one of claims 1 to 5, characterized by the feature: - the beads are a circular ring segment ( 5 ) educated.Schalldämpfernach einem der Ansprüche1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Sicken sind alsVieleck, insbesondere Rechteck (6) ausgebildet.Silencer according to one of claims 1 to 6, characterized by the feature: the beads are polygons, in particular rectangles ( 6 ) educated.Schalldämpfernach einem der Ansprüche1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: - zwei oder mehr derSicken (4,5,6,7,8)durchdringen sich.Silencer according to one of claims 1 to 7, characterized by the feature: - two or more of the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) penetrate each other.Schalldämpfernach einem der Ansprüche1 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal: - zwei oder mehr derSicken (4,5,6,7,8)sind in Serie angeordnet.Silencer according to one of claims 1 to 8, characterized by the feature: - two or more of the beads ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) are arranged in series.