DE1601981A1

DE1601981A1 - Luftfilter und Ansaugdaempfer fuer ein gasfoermiges Fluid ansaugende Maschinen

Info

Publication number: DE1601981A1
Application number: DE1968S0114604
Authority: DE
Inventors: Ravenel Raymond A
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1967-04-18
Filing date: 1968-03-18
Publication date: 1970-12-03
Also published as: NL6804230A; DE1601981B2; ES351315A1; BE711902A; FR1527102A; US3530648A; LU55630A1; GB1177726A

Description

DR. D. THOMSEN · Da PL. ING.'H. TIEDTKc ■ DIPjL~G*2ΞM. G. BÜHLING

8000 München 2 · Tal 33 · Telefon 0811 / 226894 * Telegrammadresse: Thopatent

Cs.se 4-7 Q 7

München 18. März 1968

Societe Anonyme Andre Citroen Paris (Frankreich)

Luftfilter und Ansaugdämpfer für ein gasförmiges. Fluid ansaugende Maschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftfilter und Ansaugdämpfer für ein gasförmiges Fuild ansaugende Maschinen, wie z.B. Kompressoren, Verbrennungsmotoren od. dgl.

Es sind bereits Ansaugdämpfer bekannt, die gleichzeitig die Luftfilteraufgabe übernehmen und die zwei in Reihe liegende Kammern und ein Filterelement aufweisen, welches sich am Eingang der in Bewegungsrichtung des LuftStroms stromauf gelegenen Kammer befindet.

Die Dämpfer dieser Art haben einen erheblichen Nachteil, wenn der Dämpfer an die Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Man hat tatsächlich festgestellt, daß in der die Änderung des Brennstoffverbrauchs in Abhängigkeit von der Motordrehzahl darstellenden Kurve Unregelmäßigkeiten im Verbauch in dem Drehzahlbereich des Motors auf-

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treten, bei dein die Kammern des Dämpfers in Resonanz, geraten.

Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil, indem 3iö gleichzeitig das Füllverhältnis una die leistung der* 2-Iaschi/i6 verbessert, · an der der Dämpfer montiert ist und indem sie in wirksamer Weise das Änsauggeräusch dämpft.

Hierfür ist der Luftfilter und Ansaugdämpfer für ein gasförmiges Fluid ansaugende Maschinen, wie Kompressoren^ Verbrennungsmotoren od. dgl., der in Strömungsrichtung der Ansaugluft wenigstens eine erste und eine zweite, untereinander durch, eine Verbindungsleitung gekoppelte Kammern besitzt, dadurch, gekennzeichnet, daß die zweite oder stromabwärts gelegene Kammer eine verhältnismäßig hohe, oberhalb der Resonanzeigenfrequenz der ersten, stromaufwärts gelegenen Kammer liegende Resonanzeigenfrequenz besitzt und daß die Verbindungsleitung zwischen den beiden Kammern so ausgelegt i-st, daß entgegen der normalen Strömungsrichtung der Luft ein stärkerer.Füllungsabfall herbeigeführwird.

Der Filter und der Ansaugdämpfer nach der Erfindung bietet mehrere Vorteile. Sofern er an einen Verbrennungsmotor angeschlossen ist, gestattet er, den quasi linearen Teil der Leistungskurve des Motors in Richtung auf höhere Drehzahlen zu verlängern, wobei gleichzeitig die Füllung bei diesen Drehzahlen verbessert wird. Diese Leistungserhöhung des Motors, die sich durch die Verwendung der zweiten Kammer mit verhältnismäßig höherer Eigenfrequenz ergibt, wird erhalten, indem gleichzeitig die spezifische \x-

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brauchskurve des Motors im Bereich, der Gebrauchsdrehzahlen in der Nähe der idealen. Kurve gehalten wird. Tatsächlich hat -die Anordnung zwei Eigenfrequenzen, die aus dem üblichen Drehzahlgebrauchsbereich'der Maschine verschoben sind.'

Das erfindungsgemäße System spielt gleichzeitig die Rolle eines Ansaugdämpfers, dessen Dämpfungskurve sich für jede der Resonanzeigenfrequenzen des Systems aufhebt. Bei Anwendung bei einem Motor, dessen Geräuschniveau in Abhängigkeit von der Drehzahl steigt, erzeugt er für die hohen Gebrauchsdrehzahlbe-'reiche eine nahezu konstante und maximale Dämpfung. .

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert". Es zeigen:

Pig. 1 in einer Prinzipdarstellung ein System, da/l einen Ansaugdämpfer und einen Filter für einen Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern bildet;

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Yariationskurve des

spezifischen Verbrauchs des Motors als Punktion der Drehzahl zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Geräuschdämpfungskurve

des Dämpfers als Funktion der Drehzahl verdeutlicht;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines ' Luftfilters und Ansaugdämpfers;

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Pig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie .V- :V in

Pig. 4 und
Pig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in

Pig. 4. '

Es wird' zunächst unter Bezugnahme auf Pig. 1 die generelle Auslegung des den erfindungsgemäßen Ansaugdämpfer und Luftfilter bildende! Systems in Anwendung bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern 1und 2 oder einem Motor erläutert, der eine gerade Zylinderzahl für jedes Paar von zwei Zylindern aufweist, bei

ο . dem . der Zyklus jedes Zylinders um 360, gegenüber dem anderen an der Kurbelwelle versetzt ist. Dieses System sitzt in Strömungsrichtung vor dem Vergaser 3 und besitzt nacheinander in Strömungsrichtung der Ansaugluft eirie erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 5, die untereinander durch eine Verbindungs.lei tung 6 verbunden sind. In der ersten Kammer 4 sitzt nahe dem Einlaßrohr oder Ansaugrohr, dieser Kammer ein Filterelement Ί.

Zeichnet man die Leistungskurve eines zweizylindrigen Motors, bei dem der Zyklus jedes Zylinders gegenüber dem anderen um 360° Kurbelwelle versetzt ist und die beiden Zylinder 1 und 2 durch einen einzigen Vergaser gespeist werden, der in der in der Zeichnung dargestellten Weise angeschlossen ist, so stellt man fest, daß man die Leistung des Motors erhöhen kann, wenn man stromaufwärts zum Vergaser eine Resonanzkammer 5 anordnet, die eine verhältnismäßig hohe Eigenfrequenz besitzt. Gleichzeitig stellt man fest, daß es für diese Kammer einen optimalen

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Wert gibt, für den man die maximale Leistung erhält; die optimale Kammer besitzt eine Eigenfrequenz f« in der Größenordnung von 75 Hz,die einer Motordrehzahl von 4500 Umdrehungen pro Minute entspricht.

Ist die Leistung durch die Wahl der optimalen Kammer 5 auf einen Optimalen Wert gebracht, so stellt man fest, daß die Verwendung der einzigen Kammer 5 stromauf vom Vergaser 3 in der Variationskurve (Pig. 2) des spezifischen Verbauehs c als Funktion der Drehzahl η (Umdrehungen/Minute. ) oder der Frequenz f (in Hz) zu einer Unregelmäßigkeit im Verbrauch a., führt, wie es strichpunktiert angedeutet ist; diese Unregelmäßigkeit ist besonders störend, da sie in einer Zone liegt, die sehr stark benutzten Drehzahlen entspricht (sie liegt zwischen der unteren Drehzahlgrenze ÜL und der oberen Drehzahlgrenze Up)·

Zur Vermeidung des \ Nachteils aus. dieser Verbrauchsspitze wird erfindungsgemäß stromauf zur Kammer 5 eine weitere Kammer 4 eingeschaltet, die eine Resonanzeigenfrequenz besitzt, die unterhalb derjenigen der Kammer 5 liegt. So kann beispielsweise die Kammer 4 eine Resonanzfrequenz f. in der Größenordnung von 50 Hz besitzen, die beispielsweise'einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen/Minute entspricht.

Die Resonanzfrequenzen, der Kammern 4 und 5 können experimentell oder durch die Annäherungsformel von'Helmholtz.

OFsIQINAL

■ - β -

oder besser von Rayleigh

^ 2

^g bestimmt werden.

2 yvein- -^ )

2 ■

In den Formeln bedeutet f die Resonanzfrequenz', C die Schallgeschwindigkeit in der Luft, V das Volumen der Kammer, r den Radius des Ansaugrohrs der Kammer und 1 die Länge dieses Ansaugrohrs. Die Größen V₁, r., und 1 für die erste Kammer 4 und V₉, r_p und Ip für die zweite Kammer sind in der Fig. 1 angegeben.

Die Rechnung zeigt, daß die Verbindung der beiden Kammern 4 und 5 die Eigenfrequenzen des Systems modifiziert, die die Wurzel ^cf -ι » 'f ρ ^^er Gl^e:i-^C&^ung werden:

,2 V^V2

*f - und ^₂ sind in Wirklichkeit angenäherte Werte, die experimentell präzisiert werden können.

Die Verbindung der beiden Resonanzkammerη 4 und 5 führt dazu, daß die Eigenfrequenzen auseinander gespreizt werden, so daß das System nunmehr zwei.neue Resonanzeigenfrequenzen γ-i » Y 2 besitzt, wobei <j> ₁;-=cf ₁ <f₂<f₂" ist.

Wie in der Pig. 2 dargestellt ist, ist die untere Resonanzfrequenz von f.j = 50 Hz ( bei 3000 ü/min) nach ^f₁ = 28 Hz (i700lJ;:r?

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z.B. verschoben, während die obere Eigenfrequenz von f₂ = 75 Hz (bei-4-500 U/min) naehf ₂ = 135 Hz (8000 U/min) verschoben ist, ■ d.h. über den maximal benutzbaren Bereich K"₂ hinaus. Man erhält daher eine Kurve des spezifischen Verbrauchs (Pig. 2)i .der über die ganze Skala der üblichen Gebrauchsdrehzahlen vorteilhaft ist. Man sieht aus der Pig. 2, daß die spezifische Verbrauchskurve eine erste Verbrauchsspitae a₂ zeigt (diese entspricht der Frequenz vf₂, d.h. einer Drehzahl n₂ = 8000 IT/min)', die ausserhalb der maximalen Gebrauihsdrehzahl N„ liegt sowie eine Verbrauchsspitze a_, die der Prequenz ^ entspricht, d.h. einer Drehzahl. iLj. = 1700 U/min. Diese letzte Spitze a_ ist mit Rücksicht auf den Übergangs Charakter dieser Drehzahl und sie ist darüber hinaus durch die besondere Auslegung der Verbindungsleitung 6 zwischen den beiden Kammern 4 und 5 gemildert. Diese Verbindungsleitung ist derart ausgelegt, daß sie im umgekehrten Sinn der normalen Bewegung · des Luftstroms einen stärkeren Püllungsabfall erzeugt. Sie kann " · beispielsweise von einer gekrümmten Leitung gebildet sein, die ein Mundstück in Venturiform besitzt oder die auch eine Polge von verschobenen Konen trägt, wie es in der französischen Patentschrift Ho. 1 362 526 beschrieben ist.

Diese Leitung 6 mit höherem Gegenstromfüllungsabfall bewirkt eine Verringerung der Modulationsamplitude bei der Resonanzdrehzahl und dementsprechend eine Verringerung des Überverb.rauchsfaktors.

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Wie man aus" der Pig, 3 ersieht, die die Veränderung der Schalldämpfung A in Dezibel als -Punktion der Motordrehzahl η (oder der Frequenz f) wiedergibt, spielt das System gemäß folgender Beschreibung gleichzeitig die Solle eines Ansaugdämpfers, dessen Dämpfungskurve b sich für jede der Resonanzeigenfrequenten^-i. ₁ undvf^; ₂ aufhebt. Bei Anwendung bei einem Motor, dessen Geräuschniveau in Abhängigkeit von der Drehzahl ansteigt (Kurve c) erzeugt er eine nahezu konstante und maximale Dämpfung für die hohen Gebrauchsdrehzahlen. Die oben angegebenen Ergebnisse können auch-dann erzielt werden, wenn nicht nur zwei, sondern drei oder mehr Kammern in Reihe geschaltet werden. Nan schafft dadurch ein System mit drei' oder· mehr als drei Freiheitsgraden,_t so daß noch besser gleichzeitig optimale Vierte für die Leistung und den Verbrauch erhalten werden können. In jedem Pail -werden die Kosten schnell unerschwinglich*

Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Pig. 4, 5 und 6 eine ^besondere Ausführungsform eines Systems beschrieben, das einen Luftfilter und einen Ansaugdämpfer bildet, der an einen Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern angeschlossen werden kann. Diese Vorrichtung besitzt im wesentlichen ein Gehäuse aus swei durch Bördelung miteinander vereinigten Schalen, d.h. eine Oberschale 11 und eine Unterschale 12. Eine vertikale Trennwand 13 gewährleistet die Trennung des Innenraums des Behälters in zwei Kammern, von denen bei Betrachtung in Strömungsrichtung der Luft die eine.Kammer 14 stromaufwärts und die andere Kammer 15 stromabwärts liegt.. Die stromaufwärts gelegene Kammer 14 ist ihrerseits in eine obere Kammer oder Ansaugkammer 14a und eine untere Kammer 14b unterteilt, und zwar durch eine horizontale Trennwand 16, die in ihrer Xitte ein Loch großen Durchmessers

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■besitzt;» Auf der Trennwand 16 ist mit Hilfe eines Deckels 19 ein das zentrale Loc'a 17 umgebender zylindrischer Filtereinsatz 18 festgelegt. Der Deckel liegt stets unter Zwischenschaltung einer Siehxung 21 auf den 3and eines Loc'üs auf, das in der Oberseite der Oberschale 11 vorgesehen ist. Seine Lage und sein Anprs3druck wird durch eine Schraubenmutter 22 gewährleistet, die auf eine Schraube 23 aufgeschraubt ist; letztere ist an einem fest mit der Trennwand 16 verbundenen Bügel 24 -befestigt.

An die Oberschale ist ein Lufteinlaßanschluß 25 angeschweißt, der in die Ansaugkammer 14a einmündet.

Sine gekrümmte Verbindungsleitung 26 sorgt für die Verbindung zwischen der stromaufwärts gelegenen Kammer 14 und der stromabwärts gelegenen Kammer 15. Diese Verbindungsleitung durchquert ein in der vertikalen Trennwand 13 vorgesehenes Loch 27. - · Die Verbindungsleitung 26 hat bei dieser nicht beschränkend aufzufassenden Ausführungsform eine halbkreisförmige Gestalt und hat ein aufgeweitetes, ' venturibildendes Einlaßende 28.

Dor Weg der Ansaugluft ist durch die Pfeile gezeigt. Die Luft tritt durch den Anschluß 25 in die Ansaugkammer"14a ein, durchquert den Filtereinsatz 18, strömt dann durch das Loch 17 in die untere Kammer 14 b der stromauf gelegenen Kammer 14 und gelangt dann über die Verbindungsleitung 26 in die stromab gelegene Kammer 15, die sie in Richtung zum Motor über den Anschluß 29 verlaufe. Me stromaufwärts gelegene Kammer 14 hat oin größerem Volumen als die stromabwärts gelegene Kammer" 15, so daß.die Eigen-

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frequenz der"Kammer 14 (f- = 50 Hz) schwächer als diejenige der stromab gelegenen Kammer 15 ist (f₂ = 75 Hz), wie es auch in der Fig. 1 verdeutlicht-ist·.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die anhand der Zeichnungen beschriebene ilusführungsform.lediglich erläuternde und keineswegs beschränkende Bedeutung hat und daß zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß der Erfindungsbereich verlassen wird.

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Claims

?at er.t ans tirüc he

1) Luftfilter'und Ansaugdä^pfer für ein gasförmiges Fluid ansaugende Maschinen, wie Kompressoren, Verbrennungsmotoren od-, dgl., der in Strömungsrichtung der Ansaugluft wenigstens eine erste und eine zweite durch eine Verbindungsleitung miteinanderverbundene Kammer besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder stromauf gelegene Kammer (4) eine verhältnismäßig niedrige, unterhalb der Resonanzeigenfrequenz (f₂) der zweiten

. oder stromabwärts gelegenen Kammer (5) liegende Resonanzeigenfrequenz (f.j) besitzt und daß die Verbindungsleitung (6) zwischen den beiden Kammern derart ausgelegt ist j daß im umgekehr-' ten Sinne der Kormalbewegung des Luftstroms ein stärkerer Füllung sabfall erzeugt wird.

2) Filter nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (4) nahe deren Ansaugrohr·· . ein Filterelement (7) eingesetzt ist.

3) Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenzen (f.,, fp) der Kammern (4, 5) derart gewählt sind, daß nach der Verbindung dieser Kammern die obere Resonanzeigenfrequenz ( „) der Anordnung über den maximalen Gebrauchsdrehzahlbereich der Maschine hinaus verschoben ist,-während die untere Resonanzeigenfrequenz Cf₁) nach einer wenig benutzten Gebrauchsdrehzahl abgesenkt ist.

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4) Filter nach. Anspruch 1 "bis 3, gekennzeichnet durch einen Behälter (11, 12), der durch eine erste Trennwand (15) in eine stromauf gelegene Kammer (H), in welcher sich ein-Filtereinsatz (18) befindet und eine stromab gelegene- Kammer 15 unterteilt ist, deren Volumen kleiner als dasjenige der stromauf gelegenen Kammer '(H) ist.

5) Filter nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (26) zwischen der stromauf gelegenen-Kammer (H) und der stromab gelegenen Kammer (15) sich durch ein in der Trennwand (13) befindliches Loch (27) erstreckt.

6) Filter nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, " daiB die Verbindungsleitung (26) gekrümmt ist und eine in der stromaufwärts gelegenen Kammer (H) befindliche erweiterte, einen Trichter bildende Öffnung (28) besitzt«

7) Filter nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daü die stromaufwärts gelegene Kammer (H) durch eine mit einem Loch (17) versehene Trennwand (16) unterteilt ist, wobei um das Loch der Filtereinsatz (18) gesetzt ist und in die Ansaugkammer (Ha), in der sich der Filtereinsatz (18) befindet, der Lufteinlaßanschluß (25) einmündet»

8) Filter nach Anspruch 1 bis 7»' gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Motor mit einer geraden Zylinderzahl für jedes Paar von zwei Zylindern, bei dem der Zyklus jedes Zylinders um 360 ..Kurbelwelle gegenüber dem anderen versetzt ist.

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