DE19543967B4

DE19543967B4 - Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen sowie Verfahren zur Bemessung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE19543967B4
Application number: DE19543967A
Authority: DE
Inventors: Jiri Fiedler
Original assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Current assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Priority date: 1995-11-25
Filing date: 1995-11-25
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2015-11-26
Also published as: DE19543967A1

Abstract

Verfahren zum Bemessen einer Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen eines pulsierend arbeitenden Verbrennungsmotors mit interner Verbrennung, insbesondere eines Kolbenmotors für Kraftfahrzeuge, mit an einem Ansaugweg oder -rohr (1) angeordnetem Umwegrohr (2), wobei die Längen von Ansaugweg (1) und Umwegrohr (2) für eine weitgehend exakte Auslöschung von Oberwellen einer störenden Geräuschfrequenz durch Interferenz bemessen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen eines pulsierend arbeitenden Verbrennungsmotors mit interner Verbrennung, insbesondere eines Kolbenmotors für Kraftfahrzeuge, mit an einem Ansaugweg oder -rohr angeordnetem Umwegrohr. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Bemessung der vorgenannten Vorrichtung.

Die DE 14 75 701 B zeigt eine Vorrichtung zur Dämpfung von Geräuschen, die von periodischen Druckwellen in strömenden Fluiden verursacht werden. Für die Länge L des Umwegrohres wird als Maß L₁ + λ/2 angegeben, wobei L₁ die Länge eines Hauptrohres zwischen den Anschlüssen des Umwegrohres und λ die Wellenlänge der Druckwellen bezeichnen.

Aus der JP 06 129 319 A ist ein Ansaugdämpfer für Verbrennungsmotoren mit interner Verbrennung bekannt, wobei an einem Ansaugrohr eine Vielzahl seitlicher Anschlußstutzen für ein Umwegrohr angeordnet ist. Diese Anschlußstutzen sind als geschlossene Blindanschlüsse ausgebildet, von denen jeweils zwei an den vorgesehenen Anschlußpositionen des Umwegrohres geöffnet werden. Auf diese Weise kann das gleiche Ansaugrohr für unterschiedliche Motoren verwendet werden.

Aus der DE 34 16 950 C2 ist es bekannt, parallel zu einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors eine Resonatorkammer anzuordnen, die mit der Ansaugleitung über eine ständig offene motorferne Anschlußleitung mit geringem Querschnitt und eine zweite motornahe Anschlußleitung mit großem Queschnitt verbunden ist, wobei die zweite Anschlußleitung mittels eines Ventiles abgesperrt werden kann. Durch Öffnen der motornahen Anschlußleitung kann in einem hinsichtlich der entstehenden Geräusche kritischen Drehzahlbereich des Motors das Ansauggeräusch vermindert werden, wobei allerdings eine Verminderung des volumetrischen Wirkungsgrades des Motors hingenommen werden muß. Außerhalb des vorgenannten Drehzahlbereiches wird das Ventil geöffnet, um den vorgenannten Wirkungsgrad zu verbessern. Für die Bemessung der Resonatorkammer gilt f = (S/lV)^1/2C/2π, wobei f die bezüglich der Geräusche kritische Frequenz darstellt, S den Querschnitt und l die Länge der motorfernen Anschlußleitung bezeichnen und V das Volumen der Resonatorkammer ist.

Die US 5,014,816 A zeigt eine ansaugseitige Luftfilteranordnung für einen Verbrennungsmotor. Dabei sind an der in Strömungsrichtung der Luft vor dem Filter angeordneten Eingangskammer miteinander labyrinthartig verschachtelte Sackleitungen angeordnet, deren Resonanzfrequenz so abgestimmt ist, dass eine Dämpfung des Ansauggeräusches erzielt werden kann.

Die US 5,107,800 A zeigt eine Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors mit in der Ansaugleitung angeordneter Drossel klappe und einer für den Leerlaufbetrieb des Motors vorgesehenen Bypass-Leitung, die die Drosselklappe umgeht. An der Bypassleitung ist eine Sackleitung angeschlossen, die zur Geräuschdämpfung des Ansauggeräusches auf eine geeignete Resonanzfrequenz abgestimmt ist.

Im übrigen ist bekannt, daß Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sowohl auf ihrer Ansaug- als auch ihrer Auspuffseite störende Geräusche verursachen, die regelmäßig Maßnahmen zur Geräuschdämpfung erforderlich machen.

Auf der Auspuffseite steht auch bei kleinen Kraftfahrzeugen vergleichsweise viel Raum zur Verfügung. Insbesondere ist es dabei möglich, räumlich große Interferenzstrecken und/oder große Resonatorkammern vorzusehen.

Auf der Ansaugseite steht regelmäßig kein vergleichbar großer Unterbringungsraum zur Verfügung, um die für die besonders störenden tiefen Frequenzen hinreichenden Wegdifferenzen bei Interferenzstrecken bzw. Resonatorkammern mit hinreichendem Volumen anordnen zu können.

Aus diesem Grunde wird eine Verminderung der Störung der Umgebung von Kraftfahrzeugen durch Ansauggeräusche oftmals dadurch angestrebt, daß die Motoren aufwendig eingekapselt werden.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß die Längen von Ansaugweg und Umwegrohr für eine weitgehend exakte Auslöschung von Oberwellen einer störenden Geräuschfrequenz durch Interferenz bemessen sind bzw. werden.

Mit der Erfindung wird also berücksichtigt, daß Ansauggeräusche typischerweise ein Frequenzgemisch darstellen und insbesondere viele Oberwellen einer störenden Frequenz enthalten. Durch die Auslöschung der Oberwellen wird bereits ein erheblicher Anteil der Störgeräusche deutlich abgemildert.

Darüber hinaus nutzt die Erfindung die Tatsache, daß das Umwegrohr 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 andererseits harmonische Oberwellen mehr oder weniger stark dämpft.

Die erfindungsgemäßen Bemessungen lassen sich auch bei beengten 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 geöffneten Winkel und an seinem anderen Ende stumpfwinklig, insbesondere unter einem etwa rechten Winkel, in den Ansaugweg bzw. ein denselben bildendes Ansaugrohr mündet. An der stumpfwinkligen Verbindung treten verstärkt Schallreflexionen auf.

So entstehen verstärkt Resonanzen wie bei einem sogenannten λ/4-Rohr. Aufgrund der Anordnung des Umwegrohres im Nebenschluß zum Ansaugweg wird im Ergebnis, wie bei einem Nebenschlußresonator eine Dämpfung in einem breiteren Frequenzbereich erzielt.

Die Erfindung beruht also – vereinfacht ausgedrückt – auf dem allgemeinen Gedanken, einen vom Ansaugweg abzweigenden und danach mit dem Ansaugweg wieder zusammengeführten Parallelweg so zu bemessen, daß er bei einer störenden Grundfrequenz nach Art eines (durchströmten) dämpfenden Helmholtz-Resonators arbeiten kann und bei Oberwellen dieser Grundfrequenz 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 Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der vorteilhafte Merkmale der Erfindung beschrieben werden.
Dabei zeigt
1 eine schematisierte Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform und
2 eine entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform.
Gemäß 1 ist an einem Ansaugrohr 1 ein Umwegrohr 2 angeordnet, 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 Abstand L, welcher etwa einem Achtel der Wellenlänge λ einer störenden Geräuschfrequenz entspricht, d.h. L = λ/8. Die Länge des Umwegrohres 2 ist – etwa von Rohrmitte des Ansaugrohres 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 Geräuschfrequenz entspricht, d.h. Δ = λ/8.
Oberwellen dieser Geräuschfrequenz können bei der dargestellten Anordnung unmittelbar durch Interferenz ausgelöscht werden. Wenn also beispielsweise Oberwellen sowohl das Ansaugrohr 1 als auch das Umwegrohr 2 von links nach rechts durchsetzen, so wird an der in 1 rechten Mündung des Umwegrohres 2 eine Auslöschung der Oberwellen durch Interferenz stattfinden, weil die Wegdifferenzen zu einer Phasenverschiebung der beiden Teilwellen um etwa eine halbe Wellenlänge 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 berücksichtigen, daß an der genannten Mündung zwangsläufig auch eine Schallreflexion auftritt, so daß eine reflektierte Schallwelle durch das Umwegrohr 2 von der rechten Mündung zur linken Mündung zurückläuft und das Umwegrohr 2 im Ergebnis einen auch die Grundfrequenz dämpfenden, durchströmten „primitiven" Helmholtz-Resonator bildet.
Die Anordnung der 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach 1 im wesentlichen dadurch, daß das Umwegrohr 2 an einem Ende spitzwinklig in das Ansaugrohr 1 und am anderen 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 1 und 2 dargestellten Anordnungen sind bevorzugt 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 Strömungsrichtung 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 entsprechen. Dadurch kann bei tiefen Frequenzen eine noch verbesserte 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

Verfahren zum Bemessen einer Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen eines pulsierend arbeitenden Verbrennungsmotors mit interner Verbrennung, insbesondere eines Kolbenmotors für Kraftfahrzeuge, mit an einem Ansaugweg oder -rohr (1) angeordnetem Umwegrohr (2), wobei die Längen von Ansaugweg (1) und Umwegrohr (2) für eine weitgehend exakte Auslöschung von Oberwellen einer störenden Geräuschfrequenz durch Interferenz bemessen werden.
Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen eines pulsierend arbeitenden Verbrennungsmotors mit interner Verbrennung, insbesondere eines Kolbenmotors für Kraftfahrzeuge, mit an einem Ansaugweg oder -rohr (1) angeordnetem Umwegrohr (2) dadurch gekennzeichnet, daß die Längen von Ansaugweg oder -rohr (1) und Umwegrohr (2) für eine weitgehend exakte Auslöschung von Oberwellen einer störenden Geräuschfrequenz durch Interferenz bemessen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Umwegrohres (2) einer Oberwelle einer störenden Frequenz (Grundfrequenz) entspricht und etwa doppelt so groß ist wie die Wegstrecke des zum Umwegrohr parallelen Teiles des Ansaugweges oder -rohres.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) an seinem einen Ende unter einem spitzen, in Strömungsrichtung der angesaugten Luft geöffneten Winkel und an seinem anderen Ende stumpfwinklig, insbesondere unter einem rechten Winkel, in den Ansaugweg oder das Ansaugrohr einmündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Umwegrohres (2) zwischen etwa einem Siebtel des Querschnittes des Ansaugweges oder -rohres (1) und etwa dem Querschnitt des Ansaugweges oder -rohres liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) und der Ansaugweg oder das Ansaugrohr (1) etwa gleiche Querschnitte haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen des Umwegrohres (2) längs des Ansaugweges oder -rohres (1) einen Abstand von etwa einem Achtel der Wellenlänge der Grundfrequenz aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Mündungen des Umwegrohres (2) auf einem weg durch das Umwegrohr (2) etwa einem Viertel der Wellenlänge der Grundfrequenz entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen des Umwegrohres (2) längs des Ansaugweges oder -rohres (1) einen Abstand von etwa einem Viertel der Wellenlänge der Grundfrequenz aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und 9, 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.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) sowie der dazu parallele Teil des Ansaugweges (1) oder Ansaugrohres zwischen einem Ansaugluftfilter und der Ansaugseite bzw. einer Ansaugrohrkrümmeranordnung des Verbrennungsmotors angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwegrohr (2) als im Nebenschluß angeordneter Helmholtz-Resonator ausgebildet ist.