Beschreibung

Die Fortschreibung der Grenzwerte für Partikelemissionen aller Arten und Größen von Dieselmotoren wird national und international gefordert. Verfügbare Lösungen beanspruchen jedoch beachtlichen Bauraum, sodass als eine Folge dessen kaum mehr Platz für den ebenfalls unverzichtbaren Abgasschalldämpfer besteht. Da beide Emissionen (Partikel und Lärm) reduziert werden müssen, zielt das Projekt auf die Entwicklung integrierbarer Schalldämpferlösungen speziell für den kritischen tiefen Frequenzbereich. Im Vordergrund stehen reaktive und aktive Systeme, die zusätzlich an die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen anzupassen sind. Messungen im Abgasstrang eines großformatigen Dieselmotors belegen die anspruchsvollen Einsatzbedingungen an die Mikrofone mit hohen Schalldruckpegeln, Temperaturen und Druckpulsationen. Verschiedene am Markt preisgünstig verfügbare Schallaufnehmer wurden bezüglich ihrer Einsatzmöglichkeiten im Abgasstrang und am Aktivsystem untersucht und bewertet. Eine ideale Komponente, die alle Kriterien des Anforderungsprofils erfüllt, konnte nicht ermittelt werden, sodass Schutzmethoden für diese Komponenten untersucht wurden. Die gleiche Problematik stellt sich bei der zweiten Komponente des aktiven Systems, dem Lautsprecher, ein. Für beide Komponenten wurde eine thermische Trennung des Abgasstrangs vom aktiven System untersucht. Dabei wurden Tests mit Trennschichten aus dünnen Edelstahlfolien und einer temperaturbeständigen Kunststofffolie aus PTFE durchgeführt. Messungen an einem Partikelfilter haben gezeigt, dass ab mittleren und hohen Frequenzen zunehmend Einfügungsdämpfung vorhanden ist. Die Integration des Aktivsystems über eine interne Abzweigleitung mit diesem Partikelfilter zeigt, dass die Wirkung des Aktivsystems, ähnlich wie in bekannten Anwendungen, erhalten bleibt und zusätzliche tieffrequente Dämpfung liefert. Mit den aus diesen Versuchen gewonnenen Erkenntnissen wurde ein kompakter Abgasschalldämpfer mit Rußpartikelfilter aufgebaut, bei dem die aktiven Komponenten durch zwei thermische Trennungen aus Membranen geschützt sind. Der Drucksensor wurde zusätzlich mit einem passiven Kühlkörper ausgerüstet. Messungen am Schalldämpferprüfstand des IBP zeigen zunächst, dass eine ausreichende Kopplung an das Schallfeld des Abgasstranges bestehen bleibt. Bei Messungen im Abgasstrang eines großen Dieselmotors konnte die akustische Wirksamkeit, wie sie am IBP Schalldämpferprüfstand gemessen wurde, nicht mehr nachgewiesen werden. Weitere Anpassungen der aktiven Komponenten an die sehr hohen Abgasgeräuschpegel sind daher noch zu leisten. Die thermische Trennung der aktiven Komponenten am Versuchsschalldämpfer war teilweise erfolgreich. Alle aktiven Komponenten waren auch nach dem Ende der Messungen voll funktionsfähig. Nach den Messungen hat sich jedoch gezeigt, dass die nahe am Abgasrohr liegende Sekundärmembran aus Edelstahl gerissen ist. Als Ursache kommen die hohen Druckpulsationen bei hohen Drehzahlen und bei Last in Betracht. Auf der Suche nach Aktuatoren, die bei den hohen Temperaturen im Abgassystem dauerhaft als Lautsprecher fungieren können, wurde ein neuartiges Hubkolbensystem entwickelt und getestet, dessen akustische Wirkungsweise vereinfacht mit dem eines elektrodynamischen Lautsprechers vergleichbar ist, aber höchste Temperaturstabilität mit sich bringt. Es konnte ein Demonstrationsaufbau aus einem Zylinder, Kolben und Tauchspulenaktuator hergestellt und die akustische Eignung als aktive Komponente anschaulich demonstriert werden. Ein geregelter aktiver Aufbau des Hubkolbenaktuators innerhalb eines Feedforward-Systems zeigte hohe Dämpfungswerte bei tiefen Frequenzen.