DE19543967A1 - Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von An­ sauggeräuschen eines pulsierend arbeitenden Verbrennungsmo­ tors mit interner Verbrennung, insbesondere eines Kolbenmo­ tors für Kraftfahrzeuge.

Die Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verursachen so­ wohl auf ihrer Ansaug- als auch ihrer Auspuffseite störende Geräusche, die regelmäßig Maßnahmen zur Geräuschdämpfung er­ forderlich machen.

Auf der Auspuffseite steht, auch bei kleinen Kraftfahrzeu­ gen, vergleichsweise viel Raum zur Verfügung. Insbesondere ist es dabei möglich, sogenannte Interferenzstrecken vorzu­ sehen. Hierbei werden den strömenden Gasen zwischen einer Weggabelung und einer Wegzusammenführung zwei parallele Wege eröffnet, deren Längen unterschiedlich bemessen sind und sich etwa um die halbe Wellenlänge einer störenden Frequenz der Auspuffgeräusche unterscheiden. Damit erfolgt eine weit­ gehende Auslöschung der genannten Störfrequenz, da zwischen den Schallwellen, die die beiden Wege von der Weggabelung zur Wegzusammenführung durchlaufen haben, eine der halben Wellenlänge entsprechende Phasenverschiebung auftritt.

Auf der Ansaugseite wurden entsprechende Anordnungen bisher nicht eingesetzt, da dort regelmäßig kein hinreichender Raum zur Verfügung steht, um die für die besonders störenden tie­ fen Frequenzen hinreichenden Wegdifferenzen anordnen zu kön­ nen.

Aus diesem Grunde wird eine Verminderung der Störung der Um­ gebung von Kraftfahrzeugen durch Ansauggeräusche beispiels­ weise dadurch angestrebt, daß die Motoren aufwendig einge­ kapselt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein neues Konzept für die Dämpfung von Ansauggeräuschen aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Dämpfung von Geräuschen mit einer vorzugebenden störenden Frequenz (Grundfrequenz) an einem Ansaugweg ein Umwegrohr angeordnet ist, dessen Länge der Wellenlänge einer Oberwelle der genannten Frequenz entspricht und etwa doppelt so groß ist wie die Wegstrecke des zum Umwegrohr parallelen Teiles des Ansaugweges ist.

Das Umwegrohr ist nach Art eines Interferenzrohres angeord­ net, dessen Länge jedoch zur Dämpfung bzw. Auslöschung der Grundfrequenz "eigentlich" zu kurz ist.

Dabei beruht die Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken, die Länge des Umwegrohres sowie die Länge des dazu parallelen Teiles des Ansaugweges lediglich so zu bemessen, daß bei Oberwellen einer störenden Geräuschfrequenz eine weitestge­ hend exakte Auslöschung durch Interferenz auftritt. Mit der Erfindung wird hier berücksichtigt, daß Ansauggeräusche ty­ pischerweise ein Frequenzgemisch darstellen und insbesondere viele Oberwellen einer störenden Frequenz enthalten. Durch Auslöschung der Oberwellen wird bereits ein erheblicher An­ teil der Störgeräusche deutlich abgemildert.

Darüber hinaus nutzt die Erfindung die Tatsache, daß das Um­ wegrohr auch nach Art eines Helmholtz-Resonators arbeitet bzw. wie ein am einen Ende geschlossenes und am anderen Ende mit dem Ansaugweg kommunizierendes Rohr, welches aufgrund seiner Bemessung einerseits die Grundfrequenz und anderer­ seits harmonische Oberwellen mehr oder weniger stark dämpft.

Die erfindungsgemäßen Bemessungen lassen sich auch bei be­ engten Raumverhältnissen verwirklichen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dieser "Helmholtz-Effekt" des Umwegrohres dadurch begünstigt werden, daß das Interferenzrohr an seinem einen Ende unter einem spitzen, in Strömungsrichtung der angesaugten Luft ge­ öffneten Winkel und an seinem anderen Ende stumpfwinklig, insbesondere unter einem etwa rechten Winkel, in den Ansaug­ weg bzw. ein denselben bildendes Ansaugrohr mündet. An der stumpfwinkligen Verbindung treten verstärkt Schallreflexio­ nen auf.

So entstehen verstärkt Resonanzen wie bei einem sogenannten λ/4-Rohr. Aufgrund der Anordnung des Umwegrohres im Neben­ schluß zum Ansaugweg wird im Ergebnis, wie bei einem Neben­ schlußresonator eine Dämpfung in einem breiteren Frequenzbe­ reich erzielt.

Die Erfindung beruht also - vereinfacht ausgedrückt - auf dem allgemeinen Gedanken, einen vom Ansaugweg abzweigenden und danach mit dem Ansaugweg wieder zusammengeführten Paral­ lelweg so zu bemessen, daß er bei einer störenden Grundfre­ quenz nach Art eines (durchströmten) dämpfenden Helmholtz- Resonators arbeiten kann und bei Oberwellen dieser Grundfre­ quenz gegenüber dem parallelen Teil des Ansaugweges eine Wegdifferenz aufweist, welche eine Auslöschung zueinander gegenphasiger Wellenzüge durch Interferenz ermöglicht.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der vorteilhafte Merkmale der Erfindung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist an einem Ansaugrohr 1 ein Umwegrohr 2 ange­ ordnet, dessen Durchmesser beispielsweise etwa halb so groß wie der Durchmesser des Ansaugrohres 1 sein kann. Die beiden Mündungen des Umwegrohres 2 am Ansaugrohr 1 haben einen Ab­ stand L, welcher etwa einem Achtel der Wellenlänge Ä einer störenden Geräuschfrequenz entspricht, d. h. L = λ/8. Die Länge des Umwegrohres 2 ist - etwa von Rohrmitte des Ansaug­ rohres 1 zu dessen Rohrmitte gemessen - größenordnungsmäßig etwa 2L = λ/4. Insgesamt ergibt sich damit eine Wegdifferenz Δ, die etwa einem Achtel der Wellenlänge der störenden Ge­ räuschfrequenz entspricht, d. h. Δ = λ/8.

Oberwellen dieser Geräuschfrequenz können bei der darge­ stellten Anordnung unmittelbar durch Interferenz ausgelöscht werden. Wenn also beispielsweise Oberwellen sowohl das An­ saugrohr 1 als auch das Umwegrohr 2 von links nach rechts durchsetzen, so wird an der in Fig. 1 rechten Mündung des Umwegrohres 2 eine Auslöschung der Oberwellen durch Interfe­ renz stattfinden, weil die Wegdifferenzen zu einer Phasen­ verschiebung der beiden Teilwellen um etwa eine halbe Wel­ lenlänge führen.

Für die Grundfrequenz zu den Oberwellen gilt dies nicht, da hier an der rechten Mündung des Umwegrohres 2 lediglich eine Phasenverschiebung in der Größenordnung eines Achtels der zugehörigen Wellenlänge vorliegt. Jedoch ist zu berücksich­ tigen, daß an der genannten Mündung zwangsläufig auch eine Schallreflexion auftritt, so daß eine reflektierte Schall­ welle durch das Umwegrohr 2 von der rechten Mündung zur lin­ ken Mündung zurückläuft und das Umwegrohr 2 im Ergebnis ei­ nen auch die Grundfrequenz dämpfenden, durchströmten "primitiven" Helmholtz-Resonator bildet.

Die Anordnung der Fig. 2 unterscheidet sich von der Anord­ nung nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß das Umwegrohr 2 an einem Ende spitzwinklig in das Ansaugrohr 1 und am an­ deren Ende stumpfwinklig bzw. unter einem rechten Winkel in das Ansaugrohr 1 mündet. Damit können bei Strömungsrichtung von links nach rechts die Schallwellen gut vom Ansaugrohr 1 in das Umwegrohr 2 übertreten. Andererseits erfolgt an der anderen Mündung eine ausgeprägte Schallreflexion.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen sind be­ vorzugt zwischen der Ansaugseite des jeweiligen Verbren­ nungsmotors und einem ansaugseitigen Luftfilter angeordnet. Dies bietet den Vorteil, daß das Gehäuse des Luftfilters nicht bzw. nur geringfügig mit Störgeräuschen beaufschlagt wird und dementsprechend auch nicht zu Resonanzschwingungen angeregt werden kann.

Grundsätzlich ist jedoch auch eine Anordnung in Strömungs­ richtung der Luft vor dem Luftfilter oder auch am Luftfilter möglich.

Falls hinreichend Einbauraum zur Verfügung steht, kann die Länge des Umwegrohres 2 auch der Hälfte der Wellenlänge der Grundfrequenz und der Abstand der Mündungen des Umwegrohres 2 am Ansaugrohr 1 einem Viertel dieser Wellenlänge entspre­ chen. Dadurch kann bei tiefen Frequenzen eine noch verbes­ serte Dämpfung erreicht werden.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen können Ansaugrohr 1 und Umwegrohr 2 gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch etwa gleiche Querschnitte bzw. Durchmesser aufweisen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen eines pul­ sierend arbeitenden Verbrennungsmotors mit interner Verbren­ nung, insbesondere eines Kolbenmotors für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung von Geräuschen mit einer störenden Frequenz (Grundfrequenz) an einem Ansaugweg (1) ein Umwegrohr (2) an­ geordnet ist, dessen Länge der Wellenlänge einer Oberwelle der genannten Grundfrequenz entspricht und etwa doppelt so groß wie die Wegstrecke des zum Umwegrohr parallelen Teiles des Ansaugweges ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) an seinem einen Ende unter einem spit­ zen, in Strömungsrichtung der angesaugten Luft geöffneten Winkel und an seinem anderen Ende stumpfwinklig, insbeson­ dere unter einem rechten Winkel, in den Ansaugweg bzw. ein Ansaugrohr einmündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Umwegrohres (2) zwischen etwa einem Siebtel des Querschnittes des Ansaugweges bzw. -rohres (1) und etwa dem Querschnitt des Ansaugweges bzw. -rohres liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) und der Ansaugweg bzw. das Ansaugrohr (1) etwa gleiche Querschnitte haben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen des Umwegrohres (2) längs des Ansaugweges (1) einen Abstand von etwa einem Achtel der Wellenlänge der Grundfrequenz aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Mündungen des Umwegrohres (2) auf einem Weg durch das Umwegrohr (2) etwa einem Viertel der Wellen­ länge der Grundfrequenz entspricht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen des Umwegrohres (2) längs des Ansaugweges (1) einen Abstand von etwa einem Viertel der Wellenlänge der Grundfrequenz aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Mündungen des Umwegrohres (2) auf einem Weg durch das Umwegrohr (2) etwa der Hälfte der Wellenlänge der Grundfrequenz entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) sowie der dazu parallele Teil des An­ saugweges (1) bzw. Ansaugrohres zwischen einem Ansaugluft­ filter und der Ansaugseite bzw. einer Ansaugrohrkrümmeran­ ordnung des Verbrennungsmotors angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) als im Nebenschluß angeordneter Helm­ holtz-Resonator ausgebildet ist.