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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/641,938, eingereicht am 03. Mai 2012, welche hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin miteingeschlossen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeug-Luftfilteranordnungen.
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HINTERGRUND
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Durch Aufladesysteme wird eine Steigerung des volumetrischen Wirkungsgrades und der Ausgangsleistung von Fahrzeugen ermöglicht, indem eine größere Masse von Luft und Kraftstoff in komprimiertem Zustand in einen Verbrennungszylinder eingeleitet wird, bevor es zur Zündung kommt. Solche Systeme umfassen einen Verdichter, der zwischen einer Luftfilteranordnung und einem Ansaugrohr des Motors positioniert ist. Aufgrund der Dynamik des Verdichters und der Motoreinlassventile neigen Aufladesysteme dazu, ein hochfrequentes Geräusch abzugeben, das sich in eine oberstromiger Richtung von dem Verdichter aus (d. h. durch die Luftfilteranordnung und den Einlass hindurch) ausbreiten können und von den Fahrzeuginsassen und/oder von umstehenden Passanten wahrgenommen werden kann. Unter gewissen Umständen kann dieses hochfrequente Geräusch unerwünscht sein.
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KURZFASSUNG
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Eine Luftfilteranordnung umfasst eine Luftfilterabdeckung und einen Resonator. Die Luftfilterabdeckung umfasst einen Luftauslass mit einem Aufnahmeabschnitt, welcher für die Aufnahme eines Resonators ausgelegt ist. Der Resonator kann in dem Aufnahmeabschnitt des Luftauslasses angeordnet sein und kann eine Mehrzahl von konzentrischen Trennwänden, die einen inneren Strömungspfad definieren, sowie eine Innenhaut, die über den Umfang hinweg um den inneren Strömungspfad herum angeordnet ist und mit der Mehrzahl von konzentrischen Trennwänden in Kontakt ist, umfassen. Die Innenhaut kann zumindest eine Öffnung definieren. Die Innenhaut, die Mehrzahl von konzentrischen Trennwänden und eine Innenfläche des Aufnahmeabschnitts können in Zusammenwirken miteinander zumindest ein rückwärtiges Volumen definieren. Das zumindest eine rückwärtige Volumen kann durch die zumindest eine Öffnung mit dem inneren Strömungspfad in Fluidverbindung stehen. In einer Auslegung kann der Luftauslass durch Spritzgießen einstückig mit der Luftfilterabdeckung ausgebildet sein.
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Das zumindest eine rückwärtige Volumen und die zumindest eine Öffnung dämpfen in Zusammenwirken miteinander die durch den inneren Strömungspfad hindurch übertragene Schallenergie. In einer Auslegung sind die Abmessungen des zumindest einen rückwärtigen Volumens und der zumindest einen Öffnung so ausgelegt, dass sie Schallenergie mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 20 kHz dämpfen. In einer anderen Auslegung sind die Abmessungen des zumindest einen rückwärtigen Volumens und der zumindest einen Öffnung so ausgelegt, dass sie Schallenergie mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 4 kHz dämpfen.
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Die Luftfilteranordnung kann weiterhin ein Rohr mit einem vergrößerten Verbindungsabschnitt umfassen, das so ausgelegt ist, dass es sich um den Umfang des Luftauslasses herum erstreckt und mit diesem gekoppelt werden kann. Das Rohr kann weiterhin ein zweites Ende umfassen, das dem vergrößerten Verbindungsabschnitt entgegengesetzt angeordnet ist und so ausgelegt ist, dass es mit einem Verdichter gekoppelt werden kann. Somit kann das Rohr den inneren Strömungspfad mit dem Verdichter in Fluidverbindung setzen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische, teilweise Querschnittsgrafik eines Fahrzeugmotors.
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2 ist eine schematische, auseinandergezogene Perspektivansicht einer Luftfilteranordnung mit einem einstückig damit ausgebildeten Resonator.
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3 ist eine schematische Perspektivansicht eines Resonators.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In den Zeichnungen, auf welche nun Bezug genommen wird und in denen gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um in den verschiedenen Ansichten gleiche oder identische Bauteile zu identifizieren, veranschaulicht 1 schematisch einen Fahrzeugmotor 10 veranschaulicht, der teilweise eine Verbrennungskammer 12, eine Einlassöffnung 14 und eine Auslassöffnung definiert. Auf in der Technik typische Art und Weise wird über die Einlassöffnung 14 Frischluft (und Kraftstoff) in die Verbrennungskammer 12 eingebracht, wo deren Verbrennung erfolgt, um eine Kurbelwelle 16 in Rotation zu versetzen. Nach der Verbrennung werden die erwärmten Abgase über die Auslassöffnung aus der Verbrennungskammer 12 ausgestoßen. Bei dem Fahrzeugmotor 10 kann es sich um eine Brennkraftmaschine (ICE) handeln, die entweder nach dem Prinzip der Funkenzündung (wie etwa bei einem typischen Benzinmotor) oder nach dem Prinzip der Kompressionszündung (wie etwa bei einem typischen Dieselmotor) betrieben werden kann.
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Der Fahrzeugmotor 10 kann mit einem Luftansaugsystem 20 in Verbindung stehen, das eine Luftfilteranordnung 22, einen Verdichter 24 und ein Ansaugrohr 26 umfasst. Das Ansaugen von Frischluft (hier allgemein durch den Pfeil 28 dargestellt) kann durch die Luftfilteranordnung 22 hindurch erfolgen, wo Feststoffpartikel und/oder Staub entfernt werden können. Die Luftfilteranordnung 22 kann einen oder mehrere poröse Filter umfassen, die zwar luftdurchlässig sind, jedoch so angepasst sind, dass sie den Durchgang anderer schwebender Objekte/Verbindungen beschränken.
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Nach dem Durchgang durch die Luftfilteranordnung 22 kann die Frischluft 28 auf ihrem Weg zu dem Verdichter 24 durch einen Kanal 30 hindurchströmen. Der Verdichter kann den Druck der Frischluft erhöhen, um mehr Luft/Sauerstoff in die Verbrennungskammer 12 einzuleiten. Durch diesen Vorgang kann wiederum eine Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades und der Ausgangsleistung des Motors 10 bewirkt werden. Wie schematisch veranschaulicht, kann es sich bei dem Verdichter 24 um einen Bestandteil eines Abgasturboladers handeln, welcher die Abgasströmung 32 dazu nutzt, den Verdichter zu betreiben. Alternativ dazu kann der Verdichter 24 auch durch die Kurbelwelle angetrieben werden, wie beispielsweise bei einem mechanischen Lader. In 1 ist zwar nur eine einzelne, durch einen Abgasturbolader unterstützte Ansauganordnung schematisch abgebildet, das System kann jedoch auf ähnliche Weise auch so ausgelegt sein, dass mehrere Abgasturbolader/mechanische Lader in verschiedenen Auslegungen zum Einsatz kommen, wie dies in der Technik bekannt ist. Nach dem Passieren des Verdichters 24 kann die Luft durch das Ansaugrohr 26 hindurch und anschließend über die Einlassöffnung 14 in die Verbrennungskammer 12 gelangen.
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Während des Betriebs des Motors 12 kann es durch die Zuführung von Frischluft 28 in das Luftansaugsystem 20 durch ein als ”Einlass-Pulsieren” bekanntes akustisches Phänomen zu einer Geräuschentwicklung kommen. Dieses Geräusch kann durch die Verwendung eines Verdichters 24 zur Erzeugung der entsprechenden Ladedruckerhöhung weiter verstärkt werden. Um der mit dem Einlass-Pulsieren einhergehenden Schallenergie entgegenzuwirken, diese zu dämpfen und/oder zu absorbieren, kann ein Resonator 40 in die Luftfilteranordnung 22 integriert sein, wie dies weiter unten noch eingehender beschrieben ist. Wie festzustellen ist, kann durch Einstellen der Aufladung des Luftansaugsystems 20 nicht nur ein unerwünschtes Geräusch reduziert werden, sondern es kann auch die Luftströmung maximiert werden, indem die Auswirkungen stehender Wellen und anderer akustischer Phänomene, die in dem Luftansaugsystem 20 erzeugt werden, minimiert werden oder diesen entgegengewirkt wird.
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In 2–3 ist eine Auslegung eines Resonators 40, die in eine Luftfilteranordnung 22 integriert sein kann, deutlicher veranschaulicht. In einer Auslegung kann es sich bei dem Resonator 40 um einen sogenannten ”Helmholtz-Resonator” handeln, der das Helmholtzsche Resonanzphänomen dazu nutzt, einem unerwünschten Luftansauggeräusch entgegenzuwirken oder ein solches zu dämpfen. In 3, auf welche nun Bezug genommen wird, kann der Resonator 40 um eine Achse 50 herum angeordnet sein und eine Mehrzahl von konzentrischen Trennwänden 52 umfassen. Die Trennwände 52 können jede beliebige, geeignete Form aufweisen wie etwa, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, kreisrund, rechteckig, fünfeckig, sechseckig und/oder achteckig. Die Mehrzahl konzentrischer Trennwände kann einen inneren Strömungskanal 54 definieren, der mit einer Innenhaut 56 ausgekleidet sein kann. Die Innenhaut 56 kann eine Mehrzahl von Öffnungen 58 oder Durchbrechungen umfassen, welche den beschränkten Durchgang von Luft zwischen dem inneren Strömungskanal 54 und einem oder mehreren rückwärtigen Volumina 60, die teilweise durch die Trennwände 52 und die Innenhaut 56 definiert sind, erlauben können. In einer Auslegung kann der innere Strömungskanal 54 einen Durchmesser von ungefähr 55–75 mm aufweisen.
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In 2, auf welche erneut Bezug genommen wird, kann der Resonator 40 so ausgelegt sein, dass er in eine Luftfilteranordnung 22 einsetzbar ist. Wie gezeigt, kann die Luftfilteranordnung 22 ein Gehäuse 70 und eine Abdeckung 72 umfassen, die in Zusammenwirken miteinander ein Luftfiltervolumen definieren können. Bei der Abdeckung 72 kann es sich um ein Spritzgussbauteil handeln, welches beispielsweise aus einem Polypropylenmaterial geformt sein kann. Die Luftfilteranordnung 22 kann einen Lufteinlass (nicht gezeigt) und einen Luftauslass 74 umfassen, die jeweils in Fluidverbindung mit dem Luftfiltervolumen stehen. Der Lufteinlass kann die Aufnahme von ungefilterter Frischluft durch die Luftfilteranordnung 22 erlauben, während der Luftauslass 74 es erlaubt, dass gefilterte Luft in den Rest des Ansaugsystems 20 und in den Fahrzeugmotor 10 gelangt. Ein Filtermedium (nicht gezeigt) kann in dem Luftfiltervolumen zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass 74 angeordnet sein. Bei dem Filtermedium kann es sich um einen Standard-Fahrzeugluftfilter handeln, der dafür ausgelegt ist, schwebenden Staub, Feststoffe und/oder Partikeln aus der Frischluft auszufiltern. In einer Auslegung, wie allgemein in 2 gezeigt, kann der Luftauslass 74 zur Gänze durch die Abdeckung 72 definiert sein.
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Wie weiterhin in 2 veranschaulicht, kann der Luftauslass 74 einen Aufnahmeabschnitt 76 umfassen, der so bemessen ist, dass er den Resonator 40 innerhalb der einstückig angeformten Wände des Luftauslasses 74 aufnimmt. Wenn der Resonator 40 in dem Aufnahmeabschnitt 76 des Luftauslasses 74 eingebaut ist, kann eine Innenfläche 78 des Luftauslasses 74 der Abdeckung 72 in Zusammenwirken mit der Innenhaut 56 und der Mehrzahl von konzentrischen Trennwänden 52 des Resonators 40 das zumindest eine rückwärtige Volumen 60 definieren. In einer Auslegung kann das durch die Innenfläche 78, die Innenhaut 56 und die Mehrzahl konzentrischer Trennwände 52 definierte rückwärtige Volumen 60 in Fluidverbindung mit nur dem inneren Strömungskanal 54 (über die Mehrzahl von Öffnungen 58) stehen. Zusätzlich dazu kann der innere Strömungskanal 54 des Resonators 50 den einzigen, aus der Luftfilteranordnung 22 herausführenden Strömungspfad darstellen.
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Nach dem Einbau des Resonators 40 in den Aufnahmeabschnitt 76 kann ein Rohr 30, beispielsweise unter Verwendung eines oder mehrerer Clips 80, mit dem Luftauslass 74 gekoppelt werden. In einer Auslegung, wie etwa allgemein in 2 veranschaulicht, kann das Rohr 30 mit einem vergrößerten Verbindungsabschnitt 82 ausgelegt sein, der über den Luftauslass 74 geschoben werden kann. Nachdem es in Position gebracht worden ist, kann das Rohr 30 an Ort und Stelle befestigt werden, und zwar beispielsweise mittels einer oder mehrerer Laschen, Schrauben, C-Clips oder anderer, ähnlicher Befestigungsvorrichtungen. Das Rohr 30 kann eine Reihe von Faltenbälgen 84 umfassen, die es ermöglichen können, dass sich das Rohr 30 in einer Weise biegen, strecken und/oder zusammendrücken lässt, die eine Relativbewegung zwischen der Luftfilteranordnung 22 und dem Verdichter 24 (der mit einem zweiten Ende 86 des Rohrs 30 gekoppelt sein kann) erlaubt.
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Der Resonator 40 kann speziell so eingestellt sein, dass er phasenverschoben mit dem Einlass-Pulsieren, das von dem Verdichter 24 erzeugt/verstärkt wird, schwingt. Wie in der Technik bekannt, kann die Einstellung durch Manipulieren der physischen Abmessungen des einen oder der mehreren rückwärtigen Volumina 60 und durch gleichzeitiges Manipulieren der Größe der Mehrzahl von Öffnungen/Löchern 58 in der Innenhaut 56, die zu den rückwärtigen Volumina 60 führen, erfolgen. In einer Auslegung kann der Resonator 40 so eingestellt sein, dass er hörbare Frequenzen zwischen ungefähr 1 kHz und ungefähr 20 kHz dämpft. In einer anderen Auslegung kann der Resonator 40 so eingestellt sein, dass er hörbare Frequenzen zwischen ungefähr 1,0 kHz und ungefähr 4,0 kHz dämpft.
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Indem der Resonator 40 zur Gänze innerhalb der Luftfilteranordnung 22 angeordnet wird, können Geräusche, die über die Ansauganordnung erzeugt werden, im Wesentlichen gedämpft werden, bevor die Schallwellen in der Lage sind, das System ungehindert zu verlassen. Darüber hinaus kann das Einbeziehen des Resonators als ein Bauteil der Luftfilteranordnung 22 eindeutige Vorteile gegenüber einem System aufweisen, bei dem der Resonator ein Zusatzbauteil und/oder nachgeordnetes Bauteil darstellt. Durch einen solchen Entwurf lässt sich beispielsweise die Packungsgröße der Ansauganordnung reduzieren, lassen sich die Bauteil-Zwischenverbindungen reduzieren und lässt sich die Möglichkeit des Auftretens von Luftaustritten reduzieren.
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Es sind hier zwar die besten Umsetzungsarten der Erfindung im Detail beschrieben, für den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, sind jedoch verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche erkenntlich. Alle in der obigen Beschreibung enthaltenen oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Inhalte sind lediglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
