DE112021003745T5

DE112021003745T5 - Fahrzeugluftfiltergehäuse mit integriertem Breitbandtuner

Info

Publication number: DE112021003745T5
Application number: DE112021003745.5T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Lapp; Nicholas Konarski
Original assignee: Toledo Molding and Die Inc
Current assignee: Toledo Molding and Die Inc
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN116670386A; US20220016561A1; WO2022015826A1

Abstract

Ein Fahrzeug-Luftfiltergehäuse mit einem Breitband-Tuner. Das Gehäuse besteht aus einer Schale mit einer Trennwand, die eine Kammer für die Ansaugung ungefilterter Luft und eine Tunerkammer definiert. Eine Abdeckung, die an der Schale befestigt werden kann, umfasst eine zweite Trennwand, die eine Kammer für gefilterte Luft und eine Strömungswegkammer definiert. Ein Filterelement sorgt für eine Dichtung zwischen der Schale und der Abdeckung und hält einen Luftfilter zwischen der Kammer für ungefilterte Luft und der Kammer für gefilterte Luft. Eine Platte, die an der Strömungswegkammer befestigt werden kann, weist eine Vielzahl von Perforationen auf. Die durch den Einlass angesaugte Luft passiert den Luftfilter und strömt mit einer Geschwindigkeit durch die Strömungskammer, wobei die gefilterte Luft über die perforierte Platte strömt und vorbestimmte Frequenzen durch die Perforationen der Platte zur Dämpfung in die Tunerkammer gelangen. Die Tuner in der Tunerkammer können so bemessen sein, dass sie unterschiedliche Frequenzen dämpfen.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeug-Luftführungssysteme und insbesondere auf ein Fahrzeug-Luftfiltergehäuse mit integriertem Breitbandtuner.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren sind dafür bekannt, dass sie durch das Ansaugen von Luft in den Motor ein hohes Geräusch erzeugen. Das Geräusch ist besonders störend, wenn es bei einer hohen Frequenz mitschwingt, wie z. B. bei einem Motor mit Turbolader, der bekanntermaßen ein hochfrequentes Turbogeräusch in Form eines Rauschens von etwa 0,8 bis 20 kHz erzeugt.
Speziell positionierte Isolations- und/oder Geräuschresonatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, doch scheitern diese Techniken unter anderem daran, dass sie viele Frequenzen nicht erfassen. Herkömmliche Resonatoren wie Helmholtz-, Expansionskammer- und Viertelwellen-Tuner sind nicht in der Lage, hohe Frequenzen zu erreichen.
Die Verwendung eines Inline-Schalldämpfers kann zu einer höheren Dämpfung führen, da die reaktiven Schalldämpfungskomponenten direkt im Weg des maximalen Flusses platziert werden müssen. Auch der Bauraum ist unzureichend, wenn ein Inline-Schalldämpfer für mehrere Oktavbänder im Hochfrequenzbereich eingesetzt werden soll, da der verfügbare Platz und die geeigneten Kanallängen dies erschweren. Typische Konstruktionen werden auch durch die Herstellbarkeit begrenzt, wenn sie auf einen Frequenzbereich oberhalb von 12,0 kHz abzielen, da es schwierig ist, eine so große Anzahl von eng beieinander liegenden, kurzen Löchern mit kleinem Durchmesser in feste, geformte Kunststoffteile einzubringen. Der Stand der Technik ist, wie oben erwähnt, in der Regel sehr schwer, komplex und teuer. Dementsprechend werden nur sehr wenige Produktionsbeispiele dieser Technologien in der Praxis eingesetzt, was auf ihr Gewicht und ihre Kosten zurückzuführen ist.
Der Stand der Technik, wie z. B. in der US 6 802 388 , offenbart einen Geräuschdämpfer für Rohrleitungen, die geräuschbeladene Gase für den Einlass oder Auslass eines Verbrennungsmotors befördern. Die Vorrichtung verwendet eine Vielzahl von Membranringen mit einer Außenfläche, die mit der Innenfläche des Außenrohrs in Verbindung steht, und mindestens einen Einsatz mit einer Außenfläche, die entweder mit der Innenfläche des Außenrohrs und/oder einem der Membranringe in Verbindung steht.
Das US-Patent 7 631 726 zielt auf höhere Frequenzen und breitere Bandbreiten ab, wobei ein akustisches Interferenzglied in einer Leitung angeordnet ist. Das schallabsorbierende Element wandelt die Schallenergie in der Leitung in Wärmeenergie um, um die Schallenergie innerhalb der Luftansaugschalldämpferanordnung zu dämpfen.
Was in der Branche fehlt, ist ein Luftfilter mit integriertem Breitbandtuner, der eine Frequenzdämpfung bietet, ohne den Luftstrom zu behindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Luftfiltergehäuse mit einem Breitbandtuner. Das Gehäuse ist aus einer Schale gebildet, die eine durchgehende Seitenwand mit einem Stützrand und eine Trennwand aufweist, wobei die Trennwand eine Ansaugkammer für ungefilterte Luft und eine Tunerkammer definiert, wobei die Ansaugkammer einen Lufteinlass aufweist und wobei die Tunerkammer eine Vielzahl von Tunern aufweist.
An der Schale kann eine Abdeckung befestigt werden, die eine durchgehende Seitenwandstützkante mit einer Trennwand aufweist, die eine Kammer für gefilterte Luft und eine Strömungswegkammer definiert, wobei die Strömungswegkammer einen Luftauslass aufweist, der sich durch die Abdeckung erstreckt.
Ein Filterelement sorgt für eine Dichtung zwischen der Schale und der Abdeckung und hält einen Luftfilter zwischen der Kammer für ungefilterte Luft und der Kammer für gefilterte Luft. An der Strömungswegkammer kann eine Platte befestigt werden, die eine Vielzahl von Perforationen aufweist, wobei die durch den Einlass angesaugte Luft durch den Luftfilter strömt und die Strömungswegkammer mit einer Geschwindigkeit durchströmt, wodurch die gefilterte Luft über die perforierte Platte strömt und die Tunerkammer bestimmte Frequenzen dämpft, die durch die Perforationen gelangt sind. Die Tuner in der Tunerkammer sind jeweils für einen bestimmten Frequenzbereich ausgelegt.
Ziel der Erfindung ist es, einen Fahrzeugluftfilter mit einem integrierten Breitband-Hochfrequenztuner bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Verwendung einer einstückigen, perforierten Platte zu lehren, die einen Luftstromweg bildet, der die Dämpfung bestimmter Frequenzen, die durch die Platte hindurchgehen, und einen ungehinderten Luftstromdurchgang ermöglicht.
Ein weiteres Ziel ist es, die Verwendung eines „D“-förmigen Strömungsweges zu lehren, um die Herstellungskosten zu senken und einen Tuningbereich zu schaffen, der getrennt werden kann, um eine Dämpfung für bestimmte Frequenzen zu erreichen und hilft verschiedene Dämpfungsbänder zu erreichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Luftfiltergehäuse mit integriertem Breitbandtuner bereitzustellen, das kostengünstig herzustellen ist und aus einer Schale, einer Abdeckung, einer perforierten Strömungswegplatte und einem austauschbaren Filterelement besteht.
Weitere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung zur Veranschaulichung und als Beispiel dargestellt sind. Alle hierin enthaltenen Zeichnungen stellen einen Teil dieser Beschreibung dar, enthalten beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und veranschaulichen verschiedene Objekte und Merkmale davon.
Figurenliste

ist eine Explosionsdarstellung des Fahrzeugluftfiltergehäuses mit integriertem Breitbandtuner;
ist eine perspektivische Draufsicht auf die Schale mit Tuningkammer;
ist eine perspektivische Draufsicht auf die Schale mit Filterelement;
ist eine perspektivische Unteransicht der Abdeckung mit abgenommener Platte; und
ist eine bildliche Seitenansicht des Fahrzeugluftfiltergehäuses.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hierin offenbart; es ist jedoch zu verstehen, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind spezifische funktionale und strukturelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als Grundlage für die Ansprüche und als Darstellungsgrundlage, um dem Fachmann zu zeigen, wie er die vorliegende Erfindung in praktisch jeder angemessenen detaillierten Struktur einsetzen kann.
In den Figuren ist allgemein das Luftfiltergehäuse 10 mit einem Breitbandtuner dargestellt. Das Gehäuse ist aus einer Schale 12 gebildet, die eine Bodenwand 14 mit einer oberen Fläche 16 und einer unteren Fläche 18 aufweist; die obere Fläche 16 hat eine erste Endwand 20, eine zweite Endwand 22, eine erste Seitenwand 24 und eine zweite Seitenwand 26, die sich von der Bodenwand 14 nach oben erstrecken und eine erste durchgehende Seitenwandstützkante 30 bilden. Zwischen der ersten Seitenwand 24 und der zweiten Seitenwand 26 erstreckt sich eine untere Trennwand 32, die eine Ansaugkammer 28 für ungefilterte Luft und eine Tuningkammer 31 bildet. Die Ansaugkammer 28 hat einen Lufteinlass 33, der sich durch die Bodenwand 14 erstreckt; die Bodenwand 14 enthält eine Vielzahl von Verstärkungsrippen 36, die die Verwendung einer dünneren Schalenwand ermöglichen. Die Rippen 36 sorgen außerdem für eine gerichtete Strömung der angesaugten Luft. Die Tuningkammer 31 weist eine Reihe von Tunern 40, 42, 44, 46 auf, die jeweils so geformt sind, dass sie einen Frequenzbereich dämpfen. Ein erster Tuner 40 hat beispielsweise eine rechtwinklige Form mit einer flachen Oberkante 41; ein zweiter Tuner 42 hat eine gerade Form mit einer minimal gekrümmten Oberkante 43; ein dritter Tuner 44 hat eine gerade Form mit einer stärker gekrümmten Oberkante 45; und ein vierter Tuner 46 hat eine gerade Form mit einer ausgeprägten gekrümmten Oberkante 47. Der Einbau von Breitbandtunern in das Luftfiltergehäuse bietet ein großes Volumen für mehrere Tuner. Die Tuner 40, 42, 44, 46 können so gestaltet werden, dass ihre kumulative Wirkung größer ist als die jedes einzelnen Tuners. Die Unterbringung dieser Tuner im Luftfiltergehäuse ermöglicht es, dass sie durch eine stehende Wand getrennt sind. Dadurch wird wertvoller Bauraum in mehr Tuningvolumen umgewandelt. Jeder Tuner ist so konstruiert und angeordnet, dass er auf einen bestimmten Frequenzbereich abzielt. Die Tuner arbeiten in Verbindung mit der perforierten Platte, um ein akustisches Tuning zu ermöglichen, und können Oktavbänder anzielen. In dieser Ausführungsform bilden die Tuner fünf Tuningbereiche. Zusätzliche Tuningbereiche oder weniger Tuningbereiche werden im Rahmen dieser Erfindung berücksichtigt.
Eine Abdeckung 50 hat eine obere Wand 52 mit einer Außenfläche 54 und einer Innenfläche 56; die Innenfläche 56 hat eine erste Endwand 58, eine zweite Endwand 60, eine erste Seitenwand 62 und eine zweite Seitenwand 64, die sich davon nach unten erstreckt und eine zweite durchgehende Seitenwandstützkante 66 bildet. Eine obere Trennwand 68 erstreckt sich zwischen der ersten Seitenwand 62 und der zweiten Seitenwand 64 der Abdeckung 50 mit einem Kanal 70, der eine Kammer für gefilterte Luft 72 und eine Strömungswegkammer 74 bildet; die Strömungswegkammer 74 hat einen Luftauslass 76, der sich durch die obere Wand 52 erstreckt.
Ein Filterelementrahmen 80 ist so konstruiert und angeordnet, dass er eine Dichtung zwischen der ersten durchgehenden Seitenwandstützkante 30 und der zweiten durchgehenden Seitenwandstützkante 66 bildet und sich zwischen der oberen Trennwand 68 und der unteren Trennwand 32 erstreckt. Der Filterelementrahmen 80 umfasst einen aus Polyurethan hergestellten Randrahmen 83, der eine flexible Dichtung mit einem daran befestigten Luftfilter 82 bildet. Der Luftfilter 82 ist zwischen der Kammer für die Zufuhr ungefilterter Luft 28 und der Kammer für gefilterte Luft 72 angeordnet.
Eine Platte 90 hat eine obere Fläche 92, die an der Strömungswegkammer 74 befestigt werden kann, und eine untere Fläche 94, die funktionell mit der Tunerkammer 31 verbunden ist; die Form der Platte 90 entspricht den verwendeten Tunern. Die Platte 90 ist mit einer Vielzahl von Perforationen 96 durchsetzt. Die Perforationen 96 haben eine Größe und Form, bei der die Geschwindigkeit der durch die Strömungswegkammer 74 eingeleiteten Luft nicht durch die Perforationen 96 hindurchgeht; vielmehr sind die Perforationen 96 so konstruiert und angeordnet, dass bestimmte Frequenzen, die durch die Perforationen 96 hindurchgehen, von den Tunern gedämpft werden können. Die Platte 90 umfasst eine Vielzahl von Laschen 98, die es der Platte 90 ermöglichen, sicher an der Abdeckung 50 einzurasten.
In der Regel ist das Tuningvolumen konzentrisch mit einem Strömungsweg. Die Verwendung eines „D“-förmigen Strömungswegs durch den Anmelder ermöglicht im Vergleich zu einem konzentrischen Design, dass ein Stück weniger den Strömungsweg bildet, wobei der flache Abschnitt des „D“-Querschnitts auf der sauberen Seite des Filters abdichtet. Dadurch wird die Trennung zwischen der sauberen und der verschmutzten Seite des Gehäuses beibehalten. Zweitens rastet das Einzelteil ein und trennt den Strömungsweg vom Tuningvolumen. Dadurch entfällt der Schweißprozess, der für die Verbindung eines zweiteiligen konzentrischen Designs erforderlich ist. Drittens werden aufgrund der Einfachheit der Konstruktion geringere Kosten durch weniger Werkzeug- und Bearbeitungsaufwand erzielt.
Alle in dieser Beschreibung erwähnten Patente und Veröffentlichungen geben den Stand des Fachwissens wieder, auf den sich die Erfindung bezieht. Es ist zu verstehen, dass während hier eine bestimmte Form der Erfindung dargestellt ist, diese nicht auf die spezifische Form oder Anordnung die hier beschrieben und gezeigt ist begrenzt ist. Dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Anwendungsbereich der Erfindung verlassen wird, und die Erfindung ist nicht als auf das beschränkt anzusehen, was in der Beschreibung und in den hierin enthaltenen Zeichnungen/Figuren gezeigt und beschrieben ist.
Der Fachmann wird leicht erkennen, dass die vorliegende Erfindung gut geeignet ist, um die genannten Ziele zu erreichen und die genannten Zwecke und Vorteile sowie die damit verbundenen Vorteile zu erzielen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, Methoden, Verfahren und Techniken sind gegenwärtig repräsentativ für die bevorzugten Ausführungsformen, sollen beispielhaft sein und sind nicht als Einschränkungen des Anwendungsbereichs gedacht. Änderungen darin und andere Verwendungen werden dem Fachmann einfallen, die vom Geist der Erfindung umfasst sind und durch den Umfang der beigefügten Ansprüche definiert sind. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, dass die beanspruchte Erfindung nicht unangemessen auf solche spezifischen Ausführungsformen beschränkt werden sollte. Vielmehr sollen verschiedene Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, die für den Fachmann offensichtlich sind, in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche fallen.
Die Begriffe „umfassen“ (und jede Form von umfassen, z. B. „umfasst“ und „umfassend“), „haben“ (und jede Form von haben, z. B. „hat“ und „habend“), „einschließen“ (und jede Form von einschließen, z. B. „schließt ein“ und „einschließend“) und „enthalten“ (und jede Form von enthalten, z. B. „enthält“ und „enthaltend“) sind offene verbindende Verben. Folglich besitzt ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die einen oder mehrere Schritte oder Elemente „umfasst“, „hat“, „einschließt“ oder „enthält“, diesen einen oder mehrere Schritte oder Elemente, ist aber nicht darauf beschränkt, nur diesen einen oder mehrere Elemente zu besitzen. Ebenso besitzt ein Verfahrensschritt oder ein Element einer Vorrichtung, das ein oder mehrere Merkmale „umfasst“, „hat“, „einschließt“ oder „enthält“, dieses eine oder mehrere Merkmale, ist aber nicht darauf beschränkt, nur dieses eine oder mehrere Merkmale zu besitzen. Darüber hinaus ist eine Vorrichtung oder Struktur, die auf eine bestimmte Weise konfiguriert ist, zumindest auf diese Weise konfiguriert, kann aber auch auf eine nicht aufgeführte Weise konfiguriert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6802388 [0005]
US 7631726 [0006]

Claims

Ein Luftfiltergehäuse mit einem Breitbandtuner, umfassend: eine Schale, die eine Bodenwand mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche aufweist, wobei die obere Fläche eine erste Endwand, eine zweite Endwand, eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand aufweist, die sich davon nach oben erstrecken und eine erste durchgehende Seitenwandstützkante bilden, wobei eine untere Trennwand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand der Schale erstreckt, eine Ansaugkammer für ungefilterte Luft und eine Tunerkammer definiert, wobei die Ansaugkammer einen Lufteinlass aufweist, der sich durch die Bodenwand erstreckt, wobei die Tunerkammer mindestens einen Tuner aufweist; eine Abdeckung mit einer oberen Wand mit einer Außenfläche und einer Innenfläche, wobei die Innenfläche eine erste Endwand, eine zweite Endwand, eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand aufweist, die sich davon nach unten erstrecken und eine zweite durchgehende Seitenwandstützkante bilden, eine obere Trennwand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand der Abdeckung erstreckt und eine Kammer für gefilterte Luft und eine Strömungswegkammer definiert, wobei die Strömungswegkammer einen Luftauslass aufweist, der sich durch die obere Wand erstreckt; einen Filterelementrahmen, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er eine Dichtung zwischen der ersten durchgehenden Seitenwandstützkante und der zweiten durchgehenden Seitenwandstützkante bildet und sich zwischen der oberen und der unteren Trennwand erstreckt, wobei der Filterelementrahmen einen daran befestigten Luftfilter enthält, der zwischen der Kammer für ungefilterte Luft und der Kammer für gefilterte Luft angeordnet ist; und eine Platte mit einer oberen Fläche, die an der Strömungswegkammer befestigt werden kann, und einer unteren Fläche, die funktionell mit der Tunerkammer verbunden ist, wobei die Platte eine Vielzahl von Perforationen durch sie hindurch aufweist; wobei die durch den Einlass angesaugte Luft durch den Luftfilter strömt und durch die Strömungswegkammer mit einer Geschwindigkeit strömt, wodurch die gefilterte Luft über die perforierte Platte strömt und die Tunerkammer bestimmte Frequenzen dämpft, die durch die Perforationen hindurchgehen.
Luftfiltergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunerkammer eine Vielzahl von Tunern enthält, wobei jeder Tuner so konstruiert und angeordnet ist, dass er auf einen Frequenzbereich abzielt.
Luftfiltergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tuner mit der perforierten Platte zusammenwirken, um eine akustische Abstimmung bereitzustellen.
Luftfiltergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Tuner mit der perforierten Platte zusammenwirken, um eine akustische Abstimmung bereitzustellen.
Luftfiltergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tuner so konstruiert und angeordnet sind, dass sie auf Oktavbänder abzielen.
Luftfiltergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte einen ungehinderten Luftstrom von der Kammer für gefilterte Luft zu dem Luftauslass ermöglicht.
Luftfiltergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Filterelementrahmens aus Polyurethan besteht.