DE10331139B4

DE10331139B4 - Mehrkammer-Resonator

Info

Publication number: DE10331139B4
Application number: DE10331139A
Authority: DE
Inventors: Mark D. Westland Hellie; John D. Brighton Kostun; Michael J. Belleville Munglo
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: GB0313192D0; GB2391044A; US20040007197A1; GB2391044B; DE10331139A1; US6684842B1

Abstract

Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10), das folgendes umfasst:
– einen Kanal, der einen Einlass und einen Auslass aufweist;
– einen Hauptkörper (24), der zumindest einen Abschnitt des Kanals umschließt;
gekennzeichnet durch
– zumindest drei Resonatoren unterschiedlicher Bauart, die sich in dem Hauptkörper (24) befinden und in Verbindung mit dem Kanal stehen, um Schall, der durch den Kanal übertragen wird, abzuschwächen, wobei die Resonatoren einen Resonator vom perforierten Typ, einen vom Helmholtz-Typ, und einen vom ringförmigen Typ umfassen, die seriell angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Resonator und im Besonderen eine Mehrkammer-Luftresonatosystem für ein Lufteinlasssystem eines Fahrzeugs, wobei Resonatoren des Helmholtz-Typs, des Expansionskammer-Typs, des ringförmigen Typs, sowie des perforierten Typs zur Anwendung kommen.
Es ist wünschenswert, dass in einem internen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs ein Lufteinlasssystem zum Einsatz kommt, das ein Minimum an Schallenergie produziert. Schallenergie wird produziert, wenn Frischluft in den Motor gesaugt wird.
Vibrationen werden durch die zugeführte Luft in der Luftversorgungsleitung hervorgerufen, was unerwünschte Schallemission bei der Luftzufuhr verursacht. Es kommen verschiedene Arten von Resonatoren, beispielsweise der Helmholtz-Typ, zum Einsatz, um den Ansauglärm des Motors zu reduzieren. Solche Resonatoren weisen typischerweise eine einzige Kammer auf, um den Ansauglärm zu zerstreuen.
Aus der JP 10-252442 A ist ein Mehrkammer-Gasresonatorsystem für den Abgasbereich bekannt das Folgendes umfasst: einen Kanal, der einen Ein-lass und einen Auslass aufweist; einen Hauptkörper, der zumindest einen Abschnitt des Kanals umschließt; zwei Resonatoren unterschiedlicher Bauart, die sich in dem Hauptkörper befinden und in Verbindung mit dem Kanal stehen, um den Schall der durch den Kanal übertragen wird, abzuschwächen.
Die US 4 874 062 A offenbart ein Mehrkammer-Luftresonatorsystem, das folgendes umfasst: einen hohlen Wannenabschnitt, der einen Lufteinlass aufweist; einen Innendeckelabschnitt, der dazu vorgesehen ist, in den Wannenabschnitt eingeführt zu werden, wobei der Innendeckelabschnitt eine hohle Röhre umfasst, die einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass der Röhre des Innendeckeabschnitts einen bündigen Kontakt mit dem Lufteinlass des Wannenabschnitts aufweist, und der Innendeckelabschnitt zwei Helmholtz-Resonatoren aufweist, bei in Kontakt stehend mit dem Hohlabschnitt der Röhre des Innendeckelabschnitts und einen Deckelabschnitt, der eine hohle Röhre umfasst die einen Einlass und einen Auslass hat, wobei der Einlass der Röhre des Deckeabschnitts einen bündigen Kontakt mit dem Auslass der Röhre des Innendeckabschnitts hat, und der Deckelabschnitt einen Resonator vom ringförmigen Typ aufweist, der niederfrequenten Schall dämpft, welcher in der Röhre des Deckelabschnitts übertragen wird.
Es ist wünschenswert, ein Mehrkammer-Resonatorsystem zu fertigen, das der Emission von Schallenergie durch die einströmende Luft entgegenwirkt, und den Platzbedarf im Motorraum bei gleichzeitigem Festhalten an der gewünschten Erscheinung des Motorraums minimiert.
Erfindungsgemäß wird dies durch Mehrkammer-Luftresonatorsysteme unter den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 erreicht.
Einhergehend und übereinstimmend mit der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise ein Mehrkammer-Resonatorsystem entdeckt, das der Emission von Schallenergie durch die zugeführte Luft bei Minimierung des Platzbedarfs im Motorraum und bei gleichzeitigem Festhalten an der Erscheinung des Motorraums entgegenwirkt.
Das Mehrkammer-Resonatorsystem weist auf:
einen Kanal, der einen Einlass und einen Auslass aufweist;
einen Hauptkörper, der zumindest einen Abschnitt des Kanals umschließt;
zumindest zwei Resonatoren einer unterschiedlichen Bauart, die sich im Hauptkörper befinden und mit dem Kanal so verbunden sind, dass sie Geräusche, die über den Kanal übertragen werden, reduzieren.
Die oben genannten Gegenstände, Eigenschaften, und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlich werden.
In diesen Zeichnungen zeigen:
1: eine perspektivische Explosionsansicht eines Mehrkammer-Resonators, der die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aufweist; und
2 eine schematische perspektivische Ansicht des Mehrkammer- Resonators, aus 1, hier in eingebautem Zustand und versehen mit einem Luftfilter für Automotoren, der am Resonator befestigt ist.
In den Zeichnungen, im Besonderen in 1, ist ein Mehrkammer-Luftresonatorsystem 10 dargestellt, das die Merkmale der Erfindung aufweist. Das Mehrkammer-Luftresonatorsystem 10 hat einen Wannenabschnitt 12, einen Innendeckelabschnitt 14, einen Deckelabschnitt 16, und einen Auslassabschnitt 18.
Der Wannenabschnitt 12 ist hohl und im Allgemeinen glockenförmig mit zwei offenen Enden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Wannenabschnitt 12 so geformt, dass er einen Lufteinlass 20 mit kleinerem Durchmesser, einen sich aufweitenden Abschnitt 22, und einen Hauptkörper 24 mit größerem Durchmesser aufweist. Der Lufteinlass 20 ist dazu gedacht, Luft aus der Umgebung anzusaugen. Der sich aufweitende Abschnitt 22 verbindet den Lufteinlass 20 mit dem Hauptkörper 24. Ein Montage-Anguss 26 ist an der äußeren Wandung des Hauptkörpers 24 angebracht, um das Mehrkammer-Luftresonatorsystem 10 wie gewünscht anbringen zu können.
Der Innendeckelabschnitt 14 ist dazu ausgelegt, in den Wannenabschnitt 12 eingeführt zu werden. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich zwei Arten von Resonatoren im Innendeckelabschnitt 14. Eine im Wesentlichen zylindrische, hohle Zentralröhre 28 erstreckt sich über die Länge des Innendeckelabschnittes 14. Eine Nase 30 der Zentralröhre 28 ist dazu ausgelegt, in den Lufteinlass 20 des Wannenabschnittes 12 geführt zu werden. Ein luftdichter Anschluss zwischen der Nase 30 der Zentralröhre 28 und dem Lufteinlass 20 ist erwünscht, jedoch nicht zwingend notwendig für den Betrieb des Mehrkammer-Luftresonatorsystems 10.
Eine sich äußerlich in radialer Richtung erstreckende ringförmige Platte 32 ist an dem der Nase 30 gegenüberliegenden Ende der Zentralröhre 28 angebracht. Eine Reihe in radialer Richtung abstehender, hohler, zylindrischer Fortsätze 34 sind an der äußeren Wandung der Zentralröhre 28 angebracht. In der hier abgebildeten Ausführungsform kommen vier Fortsätze 34 zum Einsatz. Es können je nach Wunsch weitere zusätzliche oder weniger Fortsätze 34 verwendet werden. Eine Reihe von Öffnungen 36 sind in die Wandung der Zentralröhre 28 geschnitten, nach denen das hohle Innere der Fortsätze 34 ausgerichtet ist.
Eine Mehrzahl Trennwände 38 sind so angeordnet, dass sie die Fortsätze 34 voneinander trennen und so Resonatorkammern bilden. Jede Kammer beherbergt jeweils einen Fortsatz 34. Die Trennwände 34 verlaufen parallel zur Längsachse der Zentralröhre 28. In der hier abgebildeten Ausführungsform ist die Anzahl der Trennwände 38 gleich der Anzahl der Fortsätze 34. Jede der Trennwände 38 berührt die ringförmige Platte 32. Eine Außenkante 40 der Trennwände 38 hat einen Zuschnitt, der zum Zuschnitt der Innenseite des Hauptkörpers 24 und dem des sich ausweitenden Abschnittes 22 passt. Die Trennwände 38 enden so an der Nase 30 der Zentralröhre 28, dass sie das Einführen der Nase 30 in den Lufteinlass 20 nicht behindern. Die Fortsätze 34, die Öffnungen 36, und die Trennwände 38 sind so angeordnet und bemessen, wie es zur Ausbildung und Abstimmung der korrespondierenden Resonatorkammer für eine gewünschte Frequenz erforderlich ist, die gedämpft oder klanglich verbessert werden soll.
Ein erster kranzförmiger Ring 42 und ein zweiter kranzförmiger Ring 44 sind am Ende der Zentralröhre 28, neben der Nase 30, angebracht. Der erste Ring 42 und der zweite Ring 44 ergänzen sich mit den Trennwänden so, dass kleine Kammern entstehen. Ein erstes ringförmiges Feld von Perforierungen 46 befindet sich an der äußeren Wandung der Zentralröhre 28 zwischen der Nase 30 und dem ersten Ring 42. Ein zweites ringförmiges Feld von Perforierungen 48 befindet sich an der äußeren Wandung der Zentralröhre 28 zwi schen dem ersten Ring 24 und dem zweiten Ring 44. In der hier dargestellten Ausführungsform werden zwei Ringe 42, 44 und zwei Felder von Perforierungen 46, 48 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass mehr oder weniger Ringe und Felder von Perforierungen verwendet werden können, ohne dass vom Gültigkeitsbereich oder vom Sinn der Erfindung abgewichen würde.
Der Deckelabschnitt 16 hat eine im Wesentlichen zylindrische, hohle Zentralröhre 50. Ein Glockenabschnitt 52 ist um die Zentralröhre 50 herum ausgebildet. Der Glockenabschnitt 52 hat eine ringförmige Lippe 54, die dazu vorgesehen ist, mit dem Hauptkörper 24 des Wannenabschnitts 12 verbunden zu werden. Ein Ende der Zentralröhre 50 des Deckelabschnitts 16 ist dazu vorgesehen, das Ende der Zentralröhre 28 des Innendeckelabschnitts 14 zu berühren. Obwohl ein luftdichter Anschluss zwischen der Zentralröhre 50 des Deckelabschnitts 16 und der Zentralröhre 28 des Innendeckelabschnitts 14 erwünscht ist, ist dieser jedoch nicht zwingend notwendig für den Betrieb des Mehrkammer-Luftresonatorsystems 10. Eine Auslassröhre 56 ist an dem Ende des Deckelabschnitts 16 angebracht, das dem Ende der Zentralröhre 50 des Deckelabschnitts 16 gegenüberliegt, welches die Zentralröhre 28 des Innendeckelabschnitts 14 berührt. Die Zentralröhre 50 und der Glockenabschnitt 52 des Deckelabschnitts 16 bilden zusammen ein Resonanzvolumen, das in der hier dargestellten Ausführungsform einen ringförmigen Eingang für den Schall hat.
Der Auslassabschnitt 18 ist ein hohles Rohr, das einen Einlassende 58 und ein Auslassende 60 hat. Das Einlassende 58 ist dazu vorgesehen, die Auslassröhre 56 des Deckelabschnitts 16 aufzunehmen. Obwohl ein luftdichter Anschluss zwischen der Einlassröhre 58 des Auslassabschnitts 18 und der Auslassröhre 56 des Deckelabschnitts 16 erwünscht ist, ist dieser jedoch nicht zwingend notwendig für den Betrieb des Mehrkammer-Luftresonatorsystems 10. Das Auslassende 60 ist dazu vorgesehen, mit einem Luftfilter 62 verbunden zu werden, der, wie in 2 gezeigt, mit dem Motor verbunden ist. 2 zeigt ein Mehrkammer-Luftresonatorsystem 10 in zusammengesetztem und eingebautem Zustand.
In zusammengesetztem Zustand bilden der Lufteinlass 20, die Zentralröhre 28, die Zentralröhre 50, und der Auslassabschnitt 18 zusammen eine Rohrleitung, durch die Luft geführt wird. Zusätzlich wird durch den Zusammenbau eine Reihe von Resonatoren innerhalb des Mehrkammer-Luftresonatorsystems 10 gebildet.
In der dargestellten Ausführungsform bildet der erste ringförmige Kranz 42 zusammen mit der Innenseite des sich ausweitenden Abschnittes 22 und der äußeren Wandung der Zentralröhre 28 eine erste Kammer. Die erste Kammer steht durch die ersten Perforierungen 46 mit dem Hohlabschnitt der Zentralröhre 28 in Kontakt und bildet dadurch einen ersten Hochfrequenz-Resonatorabschnitt 66. Auf ähnliche Weise bildet der zweite ringförmige Kranz 44 zusammen mit dem ersten ringförmigen Kranz 42, dem sich ausweitenden Abschnitt 22, und der äußeren Wandung der Zentralröhre 28 eine zweite Kammer. Die zweite Kammer steht über die zweiten Perforierungen 48 mit dem Hohlabschnitt der Zentralröhre 28 in Kontakt und bildet dadurch einen zweiten Hochfrequenz-Resonatorabschnitt 68. Obwohl zwei Hochfrequenz-Resonatorabschnitte dargestellt sind, können mehr oder weniger Hochfrequenz-Resonatorabschnitte verwendet werden, ohne dass von Geltungsbereich und Geist der Erfindung abgewichen würde.
Vier Resonatoren vom Helmholtz-Typ werden durch die hier dargestellte Ausführungsform gebildet. Die ringförmige Platte 32 bildet zusammen mit zwei Trennwänden 38, der Innenseite des Hauptkörpers 24 des Wannenabschnitts 12, und der äußeren Wandung der Zentralröhre 28 eine erste Helmholtz-Resonatorkammer. Die erste Helmholtz-Resonatorkammer steht über eine der Öffnungen 36 mit dem Hohlabschnitt der Zentralröhre 28 in Kontakt und bildet so einen Helmholtz-Resonator. Drei weitere Helmholtz- Resonatoren entstehen auf ähnliche Weise und bilden zusammen einen Helmholtz-Resonatorabschnitt 70. Mehr oder weniger Helmholtz-Resonatorabschnitte können verwendet werden, ohne dass von Geltungsbereich und Geist der Erfindung abgewichen würde.
Ein ringförmiger Eingangstyp-Resonator 72 wird im Deckelabschnitt 16 gebildet, um niederfrequenten Schall zu dämpfen. Die Zentralröhre 50 erstreckt sich von der Zentralröhre 28 über eine gewünschte Strecke in die Auslassröhre 56. Es besteht ein Abstand zwischen der äußeren Wandung der Zentralröhre 50 und der inneren Wandung der Auslassröhre 56. Der ringförmige Einlass in die Kammer des ringförmigen Eingangstyp-Resonators 72 wird durch diesen Abstand zwischen der äußeren Wandung der Zentralröhre 50 und der inneren Wandung der Auslassröhre 56 gebildet. Der Schall tritt durch den Abstand in die Kammer des ringförmigen Eingangstyps-Resonators 72 ein.
Es sei darauf hingewiesen, dass andere Typen von Resonatoren, beispielsweise solche vom Expansionskammer-Typ, anstelle der oben genannten Verwendung finden können, ohne dass von Geltungsbereich und Geist der Erfindung abgewichen würde.
Während des Betriebs gelangt Luft durch den Lufteinlass 20 in das Mehrkammer-Luftresonatorsystem 10, wie durch den Pfeil 64 angedeutet wird. Die Luft zieht durch die Rohrleitung, die durch den Lufteinlass 20, die Zentralröhre 28, die Zentralröhre 50, und den Auslassabschnitt 18 gebildet wird, und gelangt dann über den Luftfilter 62 in den angeschlossenen Motor 74. Schall, der durch den Motor 74 verursacht wird, breitet sich in einer dem Luftstrom entgegengesetzter Richtung aus und gelangt über den Luftfilter 62, den Auslassabschnitt 18, die Zentralröhre 50, die Zentralröhre 28, und schließlich den Lufteinlass 20 nach außen. Der erste Hochfrequenz-Resonatorabschnitt 66, der zweite Hochfrequenz-Resonatorabschnitt 68, der Helmholtz-Resonatorabschnitt 70, und der ringförmige Eingangstyp-Resonator 72 verarbeiten jeweils verschiedene Frequenzen der Schallwellen und reduzieren so die Amplitude der Schallwellen. Durch die Reduzierung der Amplitude der Schallwellen wird die erstrebte Verbesserung der Klangqualität erreicht.
Da jeder Resonatorabschnitt ein getrenntes Kammervolumen hat, können einzelne Schallfrequenzen abgeschwächt werden. Eine Einstellung oder Abstimmung der einzelnen Resonatorkammern kann durch eine Veränderung des Kammervolumens, des Innendurchmessers der Öffnungen 36 oder der Perforationen 46, 48, oder der Länge der Fortsätze 34 vorgenommen werden. Eine Abstimmung kann außerdem durch eine Veränderung des Rohrzuges erreicht werden, der durch die Zentralröhre 28, die Zentralröhre 50, und den Auslassabschnitt 18 gebildet wird. Um das Volumen der Kammern der Helmholtz-Resonatoren beziehungsweise der Hochfrequenz-Resonatoren zu ändern, kann die Lage der Trennwände 38 und der ringförmigen Kränze 42, 44 verändert werden. Durch die Verwendung einer Mehrkammer-Konstruktion mit verschiedenen Resonatortypen kann eine komplexe Abstimmung vorgenommen werden, um die gewünschte Klangqualität zu erreichen. Zusätzlich erleichtert eine Mehrkammer-Konstruktion eine effiziente Nutzung des Platzes, der unter der Motorhaube eines Automobils zur Verfügung steht.
Aus der vorangegangenen Beschreibung kann ein Fachmann leicht die essentiellen Eigenschaften dieser Erfindung erkennen und, ohne hierbei vom Geist und Geltungsbereich derselben abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen Anwendungen und Bedingungen anzupassen.

Claims

Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10), das folgendes umfasst: – einen Kanal, der einen Einlass und einen Auslass aufweist; – einen Hauptkörper (24), der zumindest einen Abschnitt des Kanals umschließt; gekennzeichnet durch – zumindest drei Resonatoren unterschiedlicher Bauart, die sich in dem Hauptkörper (24) befinden und in Verbindung mit dem Kanal stehen, um Schall, der durch den Kanal übertragen wird, abzuschwächen, wobei die Resonatoren einen Resonator vom perforierten Typ, einen vom Helmholtz-Typ, und einen vom ringförmigen Typ umfassen, die seriell angeordnet sind.
Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren einstellbar sind.
Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10), das folgendes umfasst: einen hohlen Wannenabschnitt (12), der einen Lufteinlass (20) aufweist; – einen Innendeckelabschnitt (14), der dazu vorgesehen ist, in den Wannenabschnitt (12) eingeführt zu werden, wobei der Innendeckelabschnitt (14) eine hohle Röhre umfasst, die einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) einen bündigen Kontakt mit dem Lufteinlass (20) des Wannenabschnitts (12) aufweist, und – einen Deckelabschnitt (16), der eine hohle Röhre umfasst, die einen Einlass und einen Auslass hat, wobei der Einlass der Röhre des Deckelabschnitts (16) einen bündigen Kontakt mit dem Auslass der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) hat, und der Deckelabschnitt (16) einen Resonator vom ringförmigen Typ aufweist, der niederfrequenten Schall dämpft, welcher in der Röhre des Deckelabschnitts (16) übertragen wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Innendeckelabschnitt (14) mindestens einen Helmholtz-Resonator und mindestens einen Resonator vom perforierten Typ aufweist, beide in Kontakt stehend mit dem Hohlabschnitt der Röhre des Innendeckelabschnitts (14); und dass die Resonatoren seriell angeordnet sind.
Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Innendeckelabschnitt (14) befindliche als Helmholtz-Typ ausgeführte Resonator eine Mehrzahl von Trennwänden (38) aufweist, die sich in Längsrichtung entlang einer äußeren Wandung der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) erstrecken und dazu vorgesehen sind, zusammen mit einer Innenseite des Wannenabschnitts (12) und einer ringförmigen Platte (32) eine Mehrzahl von Kammern zu bilden, und wobei ferner die Röhre des Innendeckelabschnitts (14) eine Mehrzahl von Öffnungen (36) aufweist, von denen ausgehend hohle Fortsätze (34) in radialer Richtung nach außen abstehen, die eine bündige Verbindung zwischen jeweils einer der Kammern und dem Hohlabschnitt der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) herstellen.
Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Innendeckelabschnitt (14) befindliche Resonator als perforierten Typ ausgeführt ist, wobei dieser perforierte Resonator zumindest einen ringförmigen Kranz (42, 44) aufweist, der sich in radialer Richtung um eine äußere Wandung der Röhre des Innenabschnitts (14) erstreckt und zusammen mit einer Innenseite des Wannenabschnitts (12) eine Resonatorkammer vom perforierten Typ bildet, und wobei die Röhre des Innendeckelabschnitts (14) eine Vielzahl Perforationen aufweist, die eine bündige Verbindung zwischen der perforierten Resonatorkammer und dem Hohlabschnitt der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) herstellen.
Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) dazu vorgesehen ist, in den Lufteinlass (20) des Wannenabschnitts (12) eingeführt zu werden, und mit diesem eine luftdichte Verbindung zu bilden.
Mehrkammer-Luftresonatorsystem (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Röhre des Deckelabschnitts (16) derart ausgebildet ist, dass er den Auslass der Röhre des Innendeckelabschnitts (14) berührt und mit diesem eine luftdichte Verbindung bildet.