DE102005020303A1

DE102005020303A1 - Eine die Geräuschemission vermidernde Leitung sowie ein Verbrennungsmotor mit einer solchen Leitung

Info

Publication number: DE102005020303A1
Application number: DE102005020303A
Authority: DE
Inventors: Alois Puzik; Thomas Meier
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Geräuschemission vermindernde Leitung (1), insbesondere Schlauchleitung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Hüllkörper (2), der einen Schaumkörper (3) umschließt und mit einem inneren Strömungsdurchlass (4) für ein gasförmiges Fluid, sowie einen derart ausgestatteten Verbrennungsmotor. Um zu vermeiden, dass aus dem Schaumkörper herausgelöste Partikel in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors gelangen, ist zwischen dem Strömungsdurchlass (4) und dem Schaumkörper (3) ein Filterelement (6) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine die Geräuschemission vermindernde Leitung, insbesondere Schlauchleitung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Hüllkörper, der einen Schaumkörper umschließt und mit einem inneren Strömungsdurchlass für ein gasförmiges Fluid. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer die Geräuschemission vermindernden Leitung.
Eine solche Leitung wird in der Praxis zur Reduzierung der Geräuschemissionen beispielsweise der Ladeluftgeräusche eines im Ansaugstrang angeordneten Turboladers einer Brennkraftmaschine, einer Lüftungsanlage mit Gebläse oder bei Druckluftkompressoren in der Praxis bereits vielfach eingesetzt und zählt daher zum Stand der Technik.
Die Geräuschentwicklung beim Betrieb eines Verbrennungsmotors tritt insbesondere unter Teillastbedingungen aufgrund des kurzzeitigen Rückströmens des Restgases in den Ansaugkanal und eine anschließende Beschleunigung und Verzögerung der Gassäule durch das Ansaugen auf. Dies spiegeln das Druckwellenspiel im Ansaugsystem und das Ansaug-Mündungsgeräusch wieder. Die Druckwellen werden an der Drosselklappe weitgehend reflektiert.
Insbesondere führen bei aufgeladenen Motoren hochfrequente Druckpulsationen (f > 500 Hz) zu Geräuschen, die von den Oberflächen und/oder von der Ansaugmündung abgestrahlt werden. Diese Druckpulsationen werden von der Einrichtung zur Druckerhöhung beispielsweise einem Turbolader oder einem mechanischen Lader, erzeugt. Die Luftdruckschwankungen haben ihre Ursache in prinzipbedingten diskontinuierlichen (periodischen) Druckaufbauvorgängen. Sie werden sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite dieser Einrichtung wirksam.
Durch die genannten Effekte kann es zu Geräuschentwicklungen kommen, die den Fahrkomfort bezüglich des wahrnehmbaren Innengeräusches beeinträchtigen. Bei den heute geringen mechanischen Geräuschen von Verbrennungsmotoren und dem zunehmend sensibleren Fahrzeugübertragungsverhalten gewinnt daher die Geräuschreduzierung aufgrund solcher insbesondere saugseitiger Druckpulsationen an Bedeutung.
In der Praxis ist es bereits bekannt, die gewünschte Reduzierung der saugseitigen Geräuschanregung durch einen optimierten Ventilhubverlauf, beispielsweise durch ein langsames Ventilöffnen in der Anfangsphase bzw. langsames Schließen in der Endphase, zu realisieren. Weiterhin hat sich zeigt, dass die Wahl der Steuerzeiten einen signifikanten Einfluss auf die ansaugseitige Geräuschanregung hat. Weiterhin reduziert eine ansaugseitige Androsselung aufgrund ihrer Reflexionswirkung signifikant die Geräuschabstrahlung an der Mündung.
Eine gattungsgemäße Schlauchleitung für einen Verbrennungsmotor zur Reduzierung der Geräuschemissionen ist auch durch die JP 07-174054 bekannt. Die darin offenbarte Schlauchleitung hat einen von einem Hüllkörper eingeschlossenen Schalldämpfer, welcher aus Gummi, einem elastischen Schaumkörper oder einem Harz besteht, und welcher insbesondere auch ölresistente Inhaltsstoffe aufweisen kann. Der Schaumkörper ist innenseitig mittels eines Spiralkörpers abgestützt und in seiner vorbestimmten Position fixiert. Der Hüllkörper kann mit einer äußeren Metallfolie, insbesondere Aluminiumfolie zur Reduzierung der Wärmeabstrahlung ausgestattet sein.
Als nachteilig hat es sich beim Stand der Technik herausgestellt, dass sich aus der innseitigen Oberfläche des Schaumkörpers insbesondere aufgrund von Alterungsprozessen Partikel herauslösen können, die dann in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors gelangen und dort unter Umständen zu Ablagerungen in der Reinluftstrecke bzw. in einer Ladedruckeinrichtung führen könnten.

Die DE 295 12 983 U1 beschreibt ferner einen Ansaugfilter für einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugkanal, der Verbrennungsluft von der Reinluftseite des Luftfilters ansaugt. Der Luftfilter ist dabei als ein Schaumstoffblock ausgeführt und hat auf der Reinluftseite des Schaumstoffblocks eine Sperrschicht, die beispielsweise aus Papier besteht. Der Schaumstoffblock und die Sperrschicht sind als getrennte Bauteile ausgeführt, wobei der Schaumstoffblock auf der Sperrschicht aufliegen kann und sich an dieser abstützt. Anstelle des Schaumstoffblockes kann auch ein anderes poröses Material, wie beispielsweise Moosgummi oder Vlies als Luftfilter eingesetzt werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine die Geräuschemission vermindernde Leitung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass Partikel des Schaumkörpers nicht in den Verbrennungsmotor gelangen können. Weiterhin soll ein mit einer solchen Leitung ausgestatteter Verbrennungsmotor geschaffen werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Leitung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 12 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß hat also eine Leitung ein zwischen dem Strömungsdurchlass und dem Schaumkörper angeordnetes Filterelement. Hierdurch wird erfindungsgemäß verhindert, dass aus dem Schaumkörper herausgelöste Partikel in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors gelangen können, indem solche Partikel von dem Filterelement wirkungsvoll zurückgehalten werden. Die schalldämpfenden Eigenschaften des Schaumkörpers werden dabei in keiner Weise beeinträchtigt, weil die offenporige Beschaffenheit des Schaumkörpers unverändert erhalten bleibt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dann erreicht, wenn das Filterelement mit dem Schaumkörper verbunden ist. Hierdurch wird eine einfache Montage und zugleich ein besonders wirkungsvoller Schutz gegenüber herausgelösten Partikeln erreicht, wobei zudem der erforderliche Platzbedarf für das gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche Filterelement äußerst gering ist. Das Filterelement kann dabei beispielsweise auch als eine Beschichtung unmittelbar auf die innere Oberfläche des Schaumkörpers aufgebracht oder in die oberflächennahe Schicht des Schaumkörpers als integraler Bestandteil, beispielsweise netzartig eingebracht werden.

Dabei erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn das Filterelement mittels einer Adhäsionsverbindung mit dem Schaumkörper verbunden ist und dadurch zugleich mit dem Schaumkörper in das Innere des Hüllkörpers eingesetzt wird. Eine fehlerhafte Montage ist dadurch ebenso ausgeschlossen wie das Herauslösen von Partikeln aus dem Schaumkörper oder dem Filterelement.

Eine andere, ebenfalls besonders praxisnahe Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Filterelement mittels eines Stützelementes in seiner gegen den Schaumkörper anliegenden Position festgelegt ist. Mittels des Stützelementes können nahezu beliebige Filtermaterialien problemlos in der vorbestimmten, gegen den Schaumkörper anliegenden Position festgelegt werden, wobei insbesondere auch flexible Gewebe, Gewirke oder Gestricke verwendet werden können. Zudem kann das Filterelement gegebenenfalls ausgetauscht werden, ohne hierzu den Schaumkörper entfernen zu müssen.

Das Stützelement könnte als ein Gitter ausgeführt sein. Besonders zweckmäßig ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei der das Stützelement eine Stützspirale hat, die dabei aufgrund einer Rückstellkraft eine gleichmäßige Anpresskraft des Filterelementes gegenüber dem Schaumkörper ermöglicht, so dass auch bei Druckschwankungen das Filterelement zuverlässig in seiner vorbestimmten Position gehalten und der Innendurchmesser des Strömungsdurchlasses unverändert erhalten wird.

Eine andere besonders einfache Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Filterelement eine Formsteifigkeit aufweist und entgegen seiner Rückstellkraft gegen den Schaumkörper anlegbar ist. Hierdurch kann auf ein zusätzliches Stützelement verzichtet werden, weil die gewünschte Vorspannkraft unmittelbar aufgrund der elastischen Verformungseigenschaften des Filterelementes realisiert ist.

Hierzu kann das Filterelement als ein Formkörper ausgeführt sein, welcher zur Positionierung im Inneren des Schaumkörpers zunächst komprimiert und vor seiner elastischen Rückstellung in die Ausgangsposition in das Innere des Schaumkörpers eingeführt wird.

Besonders zweckmäßig ist dabei eine praktische Ausführungsform, bei der das Filterelement ein Vlies aufweist, welches hierzu mit einer Imprägnierung ausgestattet ist und dadurch den Schaumkörper gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser oder Öl zuverlässig schützt und dadurch das Zusetzen der Poren des Schaumkörpers verhindert. Das Vlies kann dabei eine Stärke bis zu 1 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweisen.

Eine andere, ebenfalls besonders einfache Abwandlung wird dadurch erreicht, dass das Filterelement einen Schaumstoff aufweist, dessen definierte Porengröße Partikel zuverlässig auffängt. Der Schaumstoff des Filterelementes ist dabei insbesondere hinsichtlich seiner dauerelastischen Eigenschaften und seiner alterungsresistenten Oberflächenbeschaffenheit optimiert, so dass ein Herauslösen von Partikeln aus der Schaumstoffoberfläche ausgeschlossen ist.

Gemäß einer anderen, ebenfalls besonders sinnvollen Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung weist das Filterelement ein Filterpapier, insbesondere Luftfilterpapier auf, dessen bewährte Eigenschaften dem gewünschten Zweck in optimaler Weise entsprechen. Zudem sind solche Filterpapiere kostengünstig verfügbar und an den vorgesehenen Anwendungszweck aufgrund ihrer vergleichbaren Bestimmung unmittelbar anpassbar.

Dabei ist es besonders günstig, wenn das Filterelement eine Materialstärke von maximal 1 mm, insbesondere eine Materialstärke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweist und dadurch einerseits die Rückhaltefunktion für Partikel optimal erfüllt, andererseits den Strömungsdurchlass oder Strömungskanal nur geringfügig einschränkt, so dass die äußeren Abmessungen der Leitung nicht oder nur in einem unerheblichen Umfang von den nach dem Stand der Technik bekannten Leitungen abweicht.

Eine andere, ebenfalls besonders praxisgerechte Abwandlung der erfindungsgemäßen Leitung wird dann erreicht, wenn der Hüllkörper zumindest abschnittsweise als ein gasdichtes Kunststoffrohr oder ein gasdichter Kunststoffschlauch ausgeführt ist. Das Kunststoffrohr oder der Kunststoffschlauch dienen dabei im Wesentlichen dem gasdichten Abschluss der Leitung. Zudem erfüllt der so ausgeführte Hüllkörper auch eine Stützfunktion, um so insbesondere auch ein unerwünschtes, den freien Strömungsdurchlass verminderndes Knicken der Leitung zuverlässig ausschließen zu können.

Die zweitgenannte Aufgabe, einen Verbrennungsmotor mit einer die Geräuschemission vermindernden Leitung, insbesondere Ansaugleitung, zu schaffen, wird erfindungsgemäß durch einen Hüllkörper, der einen innenseitig mit einem Filterelement verbundenen, einen inneren Strömungsdurchlass für ein gasförmiges Fluid begrenzenden Schaumkörper umschließt, erreicht. Hierdurch wird der Verbrennungsmotor wirkungsvoll gegenüber Partikeln, die insbesondere alterungsbedingt aus dem Schaumkörper herausfallen, geschützt und zugleich der Aufwand für die Herstellung der Ansaugleitung nur geringfügig erhöht. Insbesondere kann dabei grundsätzlich auf bereits vorhandene Konstruktionen zurückgegriffen werden, wobei auch eine Nachrüstung bereits vorhandener Ansaugleitungen ermöglicht wird. Das Filterelement kann dabei beispielsweise auch als eine Beschichtung unmittelbar auf die innere Oberfläche des Schaumkörpers aufgebracht werden oder in die oberflächennahe Schicht des Schaumkörpers als integraler Bestandteil, beispielsweise netzartig eingebracht sein.

Besonders wirkungsvoll ist der Einsatz bei einer solchen mit dem Filterelement ausgestatteten Ansaugleitung für einen Verbrennungsmotor mit einer Einrichtung zur Erhöhung des Ladungsdruckes, insbesondere Abgasturbolader oder angetriebener Lader, weil aufgrund der dadurch im Betrieb auftretenden erhöhten Druckpulsationen eine hohe, wechselnde Belastung des Schaumkörpers auftritt.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand einer perspektivischen Darstellung einer als Schlauchleitung ausgeführten Leitung 1 mit einem Hüllkörper 2 aus Kunststoffrohr beschrieben. Die Leitung 1 dient der Reduzierung unerwünschter Geräuschemissionen, insbesondere hochfrequenter Schwingungen im Bereich zwischen 600 Hz und 4000 Hz infolge von Druckpulsationen, im Betrieb des nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors und ist hierzu mit einem offenporigen Schaumkörper 3 zur Schwingungsabsorption ausgestattet. Der Schaumkörper 3 hat eine Materialstärke zwischen 10 mm und 30 mm und schließt einen als Strömungskanal ausgeführten Strömungsdurchlass 4 für Reinluft ein. Um das Eindringen von Partikeln, die sich insbesondere verschleißbedingt aus dem Schaumkörper 3 herauslosen können, zusammen mit der Reinluft in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zu vermeiden, ist zwischen dem Strömungsdurchlass 4 und dem Schaumkörper 3 ein mit einem Vlies 5 ausgestattetes Filterelement 6 angeordnet, welches mittels eines als Stützspirale ausgeführten Stützelementes 7 in seiner gegen den Schaumkörper 3 anliegenden Position festgelegt ist. Das Filterelement 6 hat dabei eine Materialstärke von 0,1 bis 0,5 mm, so dass der Strömungsdurchlass 4 nur unwesentlich eingeschränkt wird.

Claims

Eine die Geräuschemission vermindernde Leitung (1), insbesondere Schlauchleitung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Hüllkörper (2), der einen Schaumkörper (3) umschließt und mit einem inneren Strömungsdurchlass (4) für ein gasförmiges Fluid, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Strömungsdurchlass (4) und dem Schaumkörper (3) angeordnetes Filterelement (6).
Leitung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) mit dem Schaumkörper (3) verbunden ist.
Leitung (1) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) mittels einer Adhäsionsverbindung mit dem Schaumkörper (3) verbunden ist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) mittels eines Stützelementes (7) in einer gegen den Schaumkörper (3) anliegenden Position festgelegt ist.
Leitung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (7) eine Stützspirale hat.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) elastisch verformbar ist und entgegen seiner Rückstellkraft gegen den Schaumkörper (3) anlegbar ist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) als ein Formkörper ausgeführt ist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) ein Vlies aufweist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) eine Materialstärke von maximal 1 mm, insbesondere eine Materialstärke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) einen Schaumstoff aufweist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (6) ein Filterpapier, insbesondere Luftfilterpapier aufweist.
Leitung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (2) zumindest abschnittsweise als ein gasdichtes Kunststoffrohr oder ein gasdichter Kunststoffschlauch ausgeführt ist.
Verbrennungsmotor mit einer die Geräuschemission vermindernden Leitung (1), insbesondere Ansaugleitung, gekennzeichnet durch einen Hüllkörper (2), der einen innenseitig mit einem Filterelement (6) verbundenen, einen inneren Strömungsdurchlass (4) für ein gasförmiges Fluid begrenzenden Schaumkörper (3) umschließt.
Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erhöhung des Ladungsdruckes, insbesondere Abgasturbolader oder angetriebener Lader.