DE102004015331B4

DE102004015331B4 - Luftfiltersystem

Info

Publication number: DE102004015331B4
Application number: DE102004015331.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Howe Thomas; Dipl.-Ing. Lewerenz Wolfgang; Dipl.-Ing. Schütz Berndt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: DE102004015331A1

Abstract

Luftfiltersystem (1) für Brennkraftmaschinen der Hubkolbenbauart, umfassend eine Rohluftleitung (2) mit Lufteintritt, ein Filtergehäuse (3) mit oberer (12) und unterer Gehäusehälfte, ein Filterelement (4), eine Reinluftausgangsöffnung (7) mit daran anschließender Reinluftleitung (8), die in ein Ansaugsystem (9) der Brennkraftmaschine der Hubkolbenbauart mündet, und ein Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen,dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (13) zu einer Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass zum einen eine Absorption des Ansauggeräusches durch Fügestellendämpfung und zum anderen eine Dämmung des Ansauggeräusches durch eine Impedanzänderung auftritt,wobei das Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung an einer der Reinluftaustrittsöffnung (7) gegenüberliegenden Seite der oberen Filtergehäusehälfte (12) angeordnet ist,wobei eine geometrische Form des Mittels (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung an die geometrische Form der oberen Filtergehäusehälfte (12)angepasst ist,wobei das Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung aus Metall ist,wobei das Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung aus einer Platte mit einer Dicke kleiner 5 mm besteht,wobei eine Fläche der Platte größer oder gleich der Fläche der Reinluftaustrittsöffnung (7) ist und die Platte mittels eines Strömungsgleichrichters (15) gegeneine Wand der oberen Filtergehäusehälfte (12) verspannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfiltersystem für Brennkraftmaschinen der Hubkolbenbauart nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 23 42 154 A1 ist ein Dämpferluftfilterelement zur Minderung des Ansauggeräusches, insbesondere für Kompressoren und luftansaugende Maschinen, bekannt, bei welchem das zweiteilige Gehäuse im Längsschnitt eine Ellipse bildet und bei dem beide Gehäusehälften jeweils über den Brennpunkt der Ellipse hinaus mit offenzelligem PUR-Schaum ausgeschäumt und dichtend verbunden sind.
Die DE 103 22 168 A1 zeigt eine Lufteinlassvorrichtung zum Zuführen von Luft zu einem Motor, die es ermöglichen soll, Luftansauggeräusche zu vermeiden.
Die US 6 550 440 B1 zeigt eine Anordnung zur Unterdrückung hörbarer Geräusche.
Ferner zeigt die US 5 106 397 A einen Luftfilter, der ein glockenförmigen Luftfiltergehäuse und einen kegelstumpfförmigen Filter umfasst.
Schließlich zeigt die DE 196 47 284 A1 ein Kunststoffbehälter im Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil.
Das Gesamtgeräusch eines Kraftfahrzeuges setzt sich hauptsächlich aus den Geräuschquellen Ansaugung, Motor, Auspuff, Kraftübertragung, Chassis, Lüfter und Reifen zusammen. Neben einer Verringerung der Geräuschemissionen aller übrigen Geräuschquellen eines Kraftfahrzeuges wird auch der Dämpfungswirkung der Luftfilteranlage an der Motorsaugseite verstärkt Beachtung geschenkt. Die in den Verbrennungsmotoren erzeugten Geräusche resultieren im wesentlichen aus Motorvibrationen, internen Druckpulsationen und der Verbrennung. Die Ansauggeräusche, wie z.B. interne Druckpulsationen, dringen aus dem Motor durch Saugrohr, Heißfilmluftmassenmesser (HFM) und Luftführungsleitungen ins Luftfilter. Hier werden sie üblicherweise durch Resonatoren und durch ein entsprechendes Luftfiltervolumen gedämpft. Diese Bedämpfung reicht jedoch nicht aus und die Wand des Luftfilters strahlt trotzdem Geräusche ab, die ihren Eingang in den Fahrgastraum finden. Um diese Geräuschabstrahlung zu vermindern oder zu beseitigen, finden häufig sogenannte großflächige, voluminöse Dämmstoffmatten in den Luftfiltern Einsatz. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie eine relativ große Fläche bedecken müssen und teuer sind.
Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereitstellung eines Luftfiltersystems der eingangs genannten Art zugrunde, das mit vergleichsweise geringem Aufwand realisierbar ist und dabei nur geringe Kosten verursacht.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Luftfiltersystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Luftfiltersystem ist das Mittel zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen derart ausgestaltet und angeordnet, dass zum einen eine Absorption des Ansauggeräusches durch Fügestellendämpfung und zum anderen eine Dämmung des Ansauggeräusches durch eine Impedanzänderung, insbesondere durch einen Impedanzsprung, auftritt.
Erfindungsgemäß ist das Mittel zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung an der der Reinluftaustrittsöffnung gegenüberliegenden Seite der oberen Filtergehäusehälfte angeordnet.
Erfindungsgemäß ist eine geometrische Form des Mittels zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung an die geometrische Form der oberen Filtergehäusehälfte anpassbar.
Erfindungsgemäß ist das Mittel zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung aus Metall.
Erfindungsgemäß besteht das Mittel zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung aus einer Platte mit einer Dicke kleiner 5 mm.
Erfindungsgemäß ist eine Fläche der Platte größer oder, insbesondere annähernd, gleich der Fläche der Reinluftaustrittsöffnung.
Erfindungsgemäß ist die Platte mittels eines Strömungsgleichrichters gegen eine Wand der oberen Filtergehäusehälfte verspannbar.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel derart ausgestallt, dass die Dämmung des Ansauggeräusches mittels der Impedanzänderung durch einen Impedanzsprung auftritt.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen beispielhaft in

1 auf stark schematisierte Weise ein erfindungsgemäßes Luftfiltersystem,
2 eine perspektivische Ansicht eines Luftfilteroberteils mit erfindungsgemäßer Platte zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung,
3 eine weitere perspektivische Ansicht eines Luftfilteroberteils mit erfindungsgemäßer größerer Platte zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung,
4 einen Querschnitt durch einen Luftfilter mit erfindungsgemäßer Platte zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung,
5a schematisierter Querschnitt durch einen Luftfilter ohne Beanspruchung des Bauteils,
5b schematisierter Querschnitt durch einen Luftfilter mit Beanspruchung (Verformung) des Bauteils.

In 1 ist in stark vereinfachender Darstellung ein erfindungsgemäßes Luftfiltersystem 1 für Brennkraftmaschinen der Hubkolbenbauart gezeigt. Das Luftfiltersystem 1 umfasst mindestens eine Rohluftleitung 2 mit Lufteintritt, bevorzugt zwei solcher Leitungen, ein Filtergehäuse 3 mit oberer Gehäusehälfte 12, wie in 2 und 3 dargestellt, und unterer Gehäusehälfte (nicht gezeigt) und mindestens ein Filterelement 4, vorzugsweise zwei Filterelemente, die die angesaugte Rohluft von Verunreinigungen und Partikeln befreien, um einen ungestörten Motorbetrieb zu gewährleisten. Die so vorgereinigte Luft, im weiteren als Reinluft bezeichnet, strömt über Reinluftkanäle 5 im Filtergehäuse 3 in ein sogenanntes Gleichrichter-Sammelvolumen 6, indem sich ein erfindungsgemäßes Mittel zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen (nicht gesondert dargestellt) befindet. Im Anschluss daran strömt die Reinluft über mindestens eine Reinluftausgangsöffnung 7 des Luftfilters 3 in eine daran anschließende Reinluftleitung 8, die in ein Ansaugsystem 9 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mündet. Vorzugsweise ist hier noch zwischen Reinluftausgangsöffnung 7 und Ansaugsystem 9 der Brennkraftmaschine ein Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) 10 und ein E-Gas Steller 11 angeordnet.
In 2 und 3 ist eine perspektivische Ansicht einer oberen Gehäusehälfte 12 eines Luftfilters 3 gezeigt. Der Übersichtlichkeit halber sind für funktionell gleiche oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. Insoweit kann auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen werden. Erfindungsgemäß ist das Mittel 13 zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen an der der Reinluftaustrittsöffnung (nicht gezeigt) gegenüberliegenden Seite der oberen Filtergehäusehälfte 12 angeordnet und befindet sich in dem sogenannten Gleichrichter-Sammelvolumen 6. Das Mittel 13 ist vorzugsweise aus Metall. Besonders bevorzugt besteht das Mittel 13 aus einer Metallplatte mit einer Dicke kleiner 5 mm, bevorzugt kleiner 2 mm, besonders bevorzugt kleiner 1 mm. In den genannten Figuren ist die Dicke der Platte 13 bevorzugt < 0,6 mm. Die Fläche einer solchen Metallplatte kann, wie in 2 und 3 dargestellt, größer oder annähernd gleich der der Platte 13 gegenüberliegenden Reinluftaustrittsöffnung sein.
Die geometrische Form der Platte 13 ist, wie in 2 und 3 gezeigt, an die geometrische Form der oberen Filtergehäusehälfte 12 anpassbar. Rechts und links neben dem Gleichrichter-Sammelvolumen 6 befinden sich vorzugsweise zwei Luftfilterpatronenkästen 14, in dem sich die eigentlichen Luftfilterelemente (nicht dargestellt) zur Reinigung der Rohluft befinden.
In 4 ist ein Querschnitt durch einen Luftfilter 3 mit erfindungsgemäß ausgestaltetem und angeordnetem Mittel 13 zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung dargestellt. Die üblicherweise verwendete großflächige und voluminöse Dämmstoffplatte ist hier in vorteilhafter Weise durch eine kleine Metallplatte 13 ersetzt, die sich zwischen der Wand der oberen Gehäusehälfte 12 des Luftfilters 3 und einem Strömungsgleichrichter 15 gegenüber der Luftaustrittsöffnung 7 befindet. Die Metallplatte 13 wird durch den Strömungsgleichrichter 15, bevorzugt aus Kunststoff, der in DE 103 14 020 A1 näher beschrieben ist, gehalten, derart, dass die Metallplatte 13 oder das Metallblech mittels dieses Strömungsgleichrichters 15 gegen die Wand der oberen Filtergehäusehälfte 12 verspannt ist, wobei der Gleichrichter 15 lediglich an einzelnen Stellen mit der Filterwand 12 verschweißt ist. Wie in 5a dargestellt, bedeutet dies, dass sich das dämpfende Element 13 sandwichartig zwischen Filterwand 12 und Gleichrichter 15 befindet und lediglich durch die Verspannung gehalten wird. Bei einer Schwingungsanregung (Vibrationen) der Filterwand 12, z.B. durch Druckpulsationen, und der damit zwangsläufig auftretenden Verformung des Bauteils, wie in 5b gezeigt, kommt es aufgrund dieses „losen“ Kontakts zu Relativbewegungen oder -verschiebungen des dämpfenden Elementes 13 in Tangentialrichtung zwischen Filterwand 12 und Gleichrichter 15. Die Energiedissipation, d. h. Schwingungsdämpfung, ist somit auf Reibkräfte F_R im Reibkontakt zurückzuführen. Diese Art der Dämpfung wird auch als Fügestellendämpfung bezeichnet.
Des Weiteren führt die sandwichartige Anordnung von schallhärterem und schallweicherem Material, d.h. von Dämpfelement 13 und Filterwand 12 bzw. Gleichrichter 15, an denen eine Impedanzänderung Δ_I, insbesondere ein Impedanzsprung, auftritt, ebenfalls in vorteilhafterweise zu einer Senkung des während des Motorbetriebes entstehenden Geräuschpegels infolge z.B. Druckpulsationen. Eine solche Anordnung zeigt ebenfalls hohe schallreduzierende Eigenschaften. Das Prinzip der Schalldämpfung durch Impedanzsprung Δ_I ist ebenfalls in 5b verdeutlicht.
Beide physikalischen Effekte in Verbindung mit Form und Gewicht des Dämpfungselementes 13 führen somit in vorteilhafter Weise zu einer hohen, optimalen schalldämpfenden Wirkung bei den durch Ansauggeräusche, insbesondere durch Druckpulsationen, verursachten Geräuschpegeln. Neben einem geringen Zusatzgewicht und einer geringen Bauraumbeanspruchung verursacht die als Dämpfelement verwendeten Metallplatte 13 außerdem günstigerweise bei Anschaffung und Einbau in den Luftfilter nur geringe Kosten.

Claims

Luftfiltersystem (1) für Brennkraftmaschinen der Hubkolbenbauart, umfassend eine Rohluftleitung (2) mit Lufteintritt, ein Filtergehäuse (3) mit oberer (12) und unterer Gehäusehälfte, ein Filterelement (4), eine Reinluftausgangsöffnung (7) mit daran anschließender Reinluftleitung (8), die in ein Ansaugsystem (9) der Brennkraftmaschine der Hubkolbenbauart mündet, und ein Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (13) zu einer Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung von Ansauggeräuschen derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass zum einen eine Absorption des Ansauggeräusches durch Fügestellendämpfung und zum anderen eine Dämmung des Ansauggeräusches durch eine Impedanzänderung auftritt, wobei das Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung an einer der Reinluftaustrittsöffnung (7) gegenüberliegenden Seite der oberen Filtergehäusehälfte (12) angeordnet ist, wobei eine geometrische Form des Mittels (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung an die geometrische Form der oberen Filtergehäusehälfte (12) angepasst ist, wobei das Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung aus Metall ist, wobei das Mittel (13) zur Geräuschdämpfung oder Geräuschminderung aus einer Platte mit einer Dicke kleiner 5 mm besteht, wobei eine Fläche der Platte größer oder gleich der Fläche der Reinluftaustrittsöffnung (7) ist und die Platte mittels eines Strömungsgleichrichters (15) gegen eine Wand der oberen Filtergehäusehälfte (12) verspannt ist.
Luftfiltersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmung des Ansauggeräusches durch die Impedanzänderung durch einen Impedanzsprung auftritt.