DE3234634A1 - Luftfilter fuer verbrennungsmotore - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf den Motorenbau, insbesondere auf Luftfilter fur Verbrennungsmotoren.

Die Erfindung kann vorwiegend in den Luftfiltern von Verbrennungsmotoren von Fahr zeugen, und zwar bei Kfz-, Schiffs-, Diesellok^mot-Dren u.a. sowie in ortsfesten Motoren, beispielsweise bei .

Generatoren, Verdichtern usvs· in den Fallen Anwendung finden, v?o das in die Umgebung abgestrahlte Geräusch vermindert

werden muss« ·

Gegenwärtig sind praktisch alle Kfz-Motoren mit Einrichtungen ausgestattet», die das Ansaugger aus ch vermindern. Im idealen Fall müssen diese Einrichtungen gleiehzeitig auch eine minimale akustische Strahlung gewahrleisten sowie Anforderungen im Sinne der Füllung und einer gleichmassigen quantitativen und qualitativen Verteilung der Luftladung auf die Zylinder erfüllen. . ·

Einer der bekannten flfege besteht im Aufbringen auf die Elemente des Gehäuses des Luftfilters von Verbrennungsmotoren, meist auf den Deckel, eines schallabsorbierenden porösen Überzugs, und zwar einer Schicht von porösem Schallschluckmaterial,beispielsweise Filz, Watte bzw. Kunststoff.

Jedoch sind die schallabsorbierenden Eigenschaften dieses Überzugs gering, und nach der experimentellen Schätzung ' reduzieren sie den Geräuschpegel beim Ansaugen lediglich um 1 - 3 dB (siehe z.B. W.N, £aikanin "Verminderung des Kraftfahr zeuggerausch.es", M., Verlag "Mashin os tr oe nie"-, 1981,' SS. 81-82). . .

Viel bessere Resultate· können erzielt werden, v;enn man als schallabsorbicrende Einrichtung eine Resonanzkaiamer anwende t. Die Resonatoren im Einlafisystem sind dabei meist mit den Luftfiltern verbunden, (siehe z.B« W.N. Lukin "Verminderung des Kraftfahrzeuggerausches", M., Verlag "I/Eashinostroenie", 198I, Fig. j54, S,83). Besonders gute Ergebnissewerden, wie die Praxis zeigt, dann erzielt, vsenn die Resonanzfrequenz mit der Grundfrequenz der Eigenschwingungen des Saugrohrs übereinstimmt. Die Konfiguration der Resonanzkaraoer ist recht kompliziert, und das Volumen derselben ist : beträchtlich.

Ein Nachteil des bekannten Luftfilters besteht darin, dass die Resonaazka'maer nicht an den Luftsaugstutzen angeschlossen ist, der die Luftladuag in die Kammer des • Luftfilters transportiert und den unmittelbaren Schallstrahler in die Umgebung darstellt (in dieser Konstruktion ist der Stutzen in Gestalt eines Ringschiitzes ausgeführt), so dass auf diese Weise die Schwingungsdämpfung nicht eines Schlusselements des Einlaßsyoterns, das den Schall unmittelbar abstrahlt, sondern eines Zwischenelements desselben stattfindet, wobei das Gerauschspektrum und der Gerauschpegel in der Folge sowohl von der Luftfilterkamaer vde auch vom schallabstrahlenden Luftsaugstutzen übertragen werden«

Bekannt ist ein Luftfilter mit einem an dieses angesehlossenen relativ langen glatten Stutzen (siehe z.B. den. SU-Urheberschein Nr, 392264 nach der Klasse F 02M 35/12). Jedoch fuhrt diese Konstruktion des Luftfilters zur Entstehung von zahlreichen.Sigenresonanzen, so

äass dadurch die Schallstrahlung in diesen Resonanzfrequenzen stark zunimmt,

Bekannt ist ein Luftfilter mit einer Resonanzwandler, die unmittelbar an den Luftsaugstutzen angeschlossen ist. Hierbei steht die Resonanzkämmer mit dem Luftsaugstutzen einerseits mittels Bohrungen, andererseits aber mit Hilfe eines Ringspaltes zwischen dem Aussen- und Innenrohr in Verbindung (siehe z.B. die FR-PS Nr. 2163938, Kl, R02M 55/00).

Jedoch kann in diesem Fall die entstehende Resonanz der Luftsaule im Luftsaugstutzen nicht effektiv unterdrückt werden, weil erstens die Bohrungen mit dem Stutzen in der Zone der minimalen Drucke in Verbindung stehen und zweitens zur Erhöhung des Arbeitswirkungsgrades des Resonators als schalld'ainpfende Einrichtung seine gegenseitige Anordnung mit dem Luftsaugstutzen auf eine besondere Weise ausgeführt sein soll, wobei das Volumen der Resonanzkaminer, die Zahl und die Lage der Bohrungen aufeinander abgestimmt sein müssen·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfiltereinrichtung fur Verbrennungsmotoren zu entwickeln,

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die es ermöglichen wurde, das Ansauggerausch, das bei den Resonanzfrequenzen iä Luftsaugstutzen entsteht, durch Veränderung der Konstruktion des Luftsaugstutzens effektiv und sicher zu dampfen·

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, dass im Luftfilter, das ein Gehäuse mit einem sich vom Eintrittsquerrschnitt an verbreiternden LuftsauVstutzen enthalt, der mit radialen Bohrungen und einer ihn umfassenden Resonanzkammer versehen ist, e rf in dungs ge mass die Bohrungen in zv?ei Reüren angebracht sind, von desen die eine in einem Abstand von-(0,1-0,2) Zi, die andere aber in einem Abstamd von (0|4-0,6)L vom Stutzenrand liegt, wobei die Flachen der Bohrungen einer jeden Reihe (0,02-0,1 )S, das Volumen der Resonanzkammer aber (0,25-0»7)V betragt; es bedeute ti L- Lange des Luftsaugstutzens,

S - Flache des Stutzeηquerschnitts an der Ausführungsstelle der Bohrungen,
V - Volumen des Luftsaugstutzens.

Bei dieser Abstimmung der geometrischen Parameter der Bohrungen, des Resonators und des Luftsaugstutzens wird eine effektive Unterdrückung der Resonanzen der Luftsaule im Luftsaugstutzeα erreicht, was eine Verminderung des An» aaug'gerauBöhpegels mit sich bringt. . .

Im folgenden vdrd die Erfindung an Aus f.uhrungs beispielen unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt: · -

Pig. I Luftfilter fur den Verbrennungsmotor; Fig. 2 Verteilungskurven von Druck und Geschwindigkeiten bei den niederen Eigenresonanzschwingungsformen des Luftvolumens im Luftsaugstutzen;

Pig. 5 Gerauschspektrogramm, das den durch die Erfindung erzielbaren Effekt veranschaulicht«

Das erfindungsgemasse Luftfilter des Verbrennungsmotors (Fig. 1) enthalt ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 und einem Filterelement 3· Das Gehäuse 1 ist mit .eiaem Einlaischlitz und einem Ausla/schlitz 5 versehen. Im Einlaßschlitz 4 ist ein Luftsaugstutzen 6 mit zwei Reihen 7 und 8 (Fig. 2) von kalibrierten Bohrungen 9, 10 (Fig. 1 und 2) untergebracht.

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Am Luftsaugstutzen 6 ist ein Mantel angebracht, dessen Innenraum eine Resonanzkammer 11 bildet..

Das in Fig. 1 dargestellte Luftfilter funktioniert folgenderweise.'·

Bei der Arbeit des Motors findet·im Augenblick des O*ffneas der Einlassventile das Ansaugen-der Luft durch den Luftsaugstutzen 6 in das Gehäuse 1 des Luftfilters und yjeiter über ein Rohrleitungssystem in die Motorzylinder statt· Die Wechselkomponente des Luftdurchflussvoluiaens, die durch die Veränderung der Yolurainader Zylinder bei geöffneten Einlassventilen bedingt ist, wird im Gehäuse 1 des Luftfilters geschwächt und erheblich abgeschwlacht

durch das offene Ende des Luftsaugstutzens 6 (Fig. 2) in Schallform in die Umgebung abgestrahlt. Bei den Frequenzen, die durch die Beziehung

^xk - ^A 2L

bestimmt sind' mit

f_v - Schwingungsfrequenz,
O - Schallgeschwindigkeit
L - Lange des Stutzens,

K- 1,2, 5... (Zahlen der natürlichen Reihe), entstehen im Luftsaugstutzen 6 Resonanzschwingungen (bei den Eigenfrequenzen des beiderseits offenen Rohrs), welche die Schallstrahluag verstärkern» die vom offenen .Bade des Luftsaugstutzeas 6 in die TJmgebuBg abgegeben wird. Zur trnterdruckung derselben ist parallel zum Luftsaugstutzen 6 mittels der Bohrungen 9 und 10, die in zwei Querschnitten des Luftsaugstutzens 6 zusammengefasst sind, eine Resonanzkammer 11 angeschlossen, die you eisern Mantel, der den _.. Luftsaugstuzen 6 umfasst, und der

Aussenfiache des Luftsaugstutzens 6 gebildet ist. Bei stationären Resonaazschwingungen auf den Frequenzen f^ entstehen im Luftsaugstutzen 6 Stehwellen mit klar ausgeprägten Wellenb"auchen und Druckknoten über die Lange des Luftsaugstutzens 6. Am intensivsten und von maximaler Druck-

amplitude P sind niedere Resoaenzschwinguagsformen-(Jig· 2-

erste (k = 1), zweite (k = 2) und dritte (k = 3)}. Die Anordnung der Bohrungen 9 und 10 in den Querschnitten über die länge L des Luftsaugstutzens 6 ist solcherweise ge«- wahlt, dass ein effektives Durchdrucken der Luft in die Resonanzkammer 11 gewährleistet ist, wo die Schallenergie zerstreut und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Auf

diese Weise glättet die Resonanzkammer 11 gleichsam die Resonanzschwingungen in den Frequenzen f_v» indem sie ihre Amplitude verringert·

Der Flachenbereich der Bohrungen 9 und IO einer jeden Reihe 7 und 8 (0,02 -0,1) S (S ist die. Querschnittsfiache des Luftsaugstutzens 6 an der Ausfuhrungsstelle der Bohrungen 9 unä 10) umfasst das !Frequenzgebiet des Schällspektrums der Resonanzstrahlung .bei niederen Eigenresonanz-

I^ Schwingungsformen der Luftvoluiaina, die in den Luftsaugstutzen 6 der Luftfilter auftreten ,.welche in den modernen Personenkraftwagen zum Einsatz kommen, wobei dieses Itequenzgebiet mit Hilfe des angemeldeten Luftfilters ziemlich wirksam unterdruckt i^erden kann. In dem Fall, wo die

Flache (F) der Bohrungen kleiner als 0,02 S ist, erfolgt eine schwache Dampfung, es wird kein effektives Durchdrucken der Luft aus dem Luftsaugstutzen 6 in die Resonanz- ' kammer 6 gewährleistet. Wenn die Flache der Bohrungen grosser als 0,1 S ist, so werden die Geschwindigkeiten (7)

der durchgedruckten Luft bei ' gleicher Menge (Q)

der durchgedruckten Luft, die durch das Yolumen der Resonanzkammer 11 und die Schwingungsamplitude der Drucke bestimmt ist, sehr gering, und es nimmt die Energiestreuung proportional dem Geschmndigkeitsquadrat ab, weil

ν =

wo F die Flache der Bohrungen bedeutet*

Zur Unterdrückung der ersten niederfrequenten Resonanzschwingungsformen muss das Volumen der Resonanzkammer 11' einen Anteil von 0,25- 0*7 vom Volumen des Luftsaug-Stutzens 6 betragen. Bei den Verhaltnissen der Volumina V von unter 0,25 erweist sich das in der Resonanzkammer 11

eingeschlossene Luftvolumen als gering und fur die effektive Arbeit des Resonators 8 unzureichend. Bei über 0,7 liegenden uferten stellen bei vorgegebenen optimalen Verhältnissen der Gesamtfläche der Bohrungen 9 unci. IO die Widerstände in den kalibrierten Bohrungen 9 ¹^d IO einen entscheidenden Faktor dar, der die Effektivität der Gerauschverminderung bestimmt. Bei über 0,7 liegenden Werten nehmea ferner der Metallaufwand fur die Resonanzkammer 11 und deren Abmessungen au, die Verbindungsfestigkeit des Luftsaugstutzens 6 mit'dem Gehäuse 1 wird geringer.

Die· Erhöhung der Zuverlässigkeit der Geräuschdämpfung durch die Resonänzkammer 11 wird gegenüber den bekannten Einrichtungen dadurch gewährleistet, dass unabhängig davon, ob der Schttingungsbauch der Drucke Cgutes "Durchdrucken") bzw. der Schwingungsknoten der Drücke in der Zone der kalibrierten Bohrungen 9 un& 10 liegen,

es z-u einem effektiven "Durchdrucken'■ des Schalls

in das Volumen der .Resonanzkammer 11 kommt. Di-as wird dadurch erreicht, dass der Luftsaugstutzen 6 selber konisch ausgebildet ist, wahrend die kalibrierten Bohrungen 9 un<l IO zu zwei Reihen 7 und 8 zusammengefasst sind, die sich in einem Abstand von (0,1 - 0,2) L und (0,4 - 0,6) L jeweils vom Eintrittcquerschnitt'dee Stutzens 6 befinden. In diesem Pail verhalt es sich so, dass wenn beispi^lgweise in der Zone einer der Reihen 7 bzw. 8 dor kalibrierten Bohrungen 9 bzw. 10 kein Druckbauch, sondern ein Druckknoten, d.h. ein Bauch der Schallschnelle (Schwingungsdrucke und Schallschnelle sind um 2%" phasenverschoben) entsteht, so wird infolge der bestehenden Differenz der

JO Aaplitudenwerte der Druckgrossen in den verschiedenen Querschnitten des Resonanzstutzens $ ein "Durchdrucken" der Luft in die Resonanzkammer 11 und eine Zirkulation von . Luftstromen aus dem Luftsaugstutzen 6 in die He.sonanzkammer 11 und aus der Resonanakammer 11 in den Luftsaugstutzen 6 durch die Bohrungen 9 und IO in den Reihen 7 und 8 erfolgen, d.h. die Resonanzkammer 11 ist auch in diesem PaIl in Punktion und gewährleistet eine stabile Gerauschdlampfung, wozu beispielsweise die in Pig. 2 dargestellten

Kurven fur die Mode k » 2 des Drucks P und der Geschwindigkeit Y Aussage liefern» Zugleich liegen, wie die Analyse der Druckverteiluagskurven bei den niederen Eigenresonanzschwingungsformen des Luftvolumens im Luftsaug-

stutzen der bekannten Einrichtung zeigt die "Verbindungsbohrungen" von Stutzen und Innenraum der fiesonanzkammer in der Nahe der Druckknoten (Fullzonen), was die Effektivität des ^ltDurchdruckens" dieser He son an ζ drucke in den Innenraum der Hesonanzkammer verringert» Die Effektivität der Dämpfung des vom Luf-tsabstutzen erzeugten Geräusches mit Hilfe der angemeldeten Einrichtung ist in !Fig. 3 veranschaulicht, In dieser Figur ist das Spektrum des durch den Luftsaugstutzen 6 abgestrahlten Geräusches mit einer sollen Linie (a) fur die bekannte Ausbildun mit einer gestrichelten Linie ( b) fur das angemeldete Luftfilter des Verbrennungsmotors angedeutet.

Wie aus dem gezeigten Gerauschspektrogramm ersichtlich ist, gestattet es die .Anwendung der angemeldeten Einrichtung, bei der Arbeit eines Verbrennungsmotors, der

mit einem Ansaugsystem mit Wärmeregelung der angesaugten

Luft ausgestattet ist, bei den Drehzahlen des maximalen Drehmomentes des Motors die Schallstrahlung im Frequenzbereich von 315 - 500 Hz um bis ν 9 dB (Kurve b) herunterzudrücken. ■ ' · ■

Der tfrecuenzbereich 315-500· Hz charakterisiert die

Sesonanzstrahlung bei niederes Eigenschwingungsformen des Luftvolumens des Luftsaugstutzens des Luftfilters. In dieser Gleise wird das Ziel der Erfindung vollkommen erreicht.

Claims (1)

1. 3234534

   Vo3-shskoe obiedinenie po proizvodstvu legkovykh avtomobilei

   YERBESUFÜNGSMOTOKB PATBHTANSPBBOH

   Luftfilter für Verbrennungsmotor, das enthalt .- ein Gehäuse /1/,
   -einen Luftsaugstutzen /6/, der sich, von Eintrittsquerschnitt an verbreitert und am Gehäuse /1/ angebracht ist,

   - radiale Bohrungen /9j10/, die im Luftsaugstutzen /6/ ausgeführt sind,

   - eine Hesonanzkammer /11/, die den Luftsaugstutzen/6/

   umfasst,
   dadurch ge. kenn ze ich. net, dass

   - die Bohrungen /9,10/ in sv?ei Reihen angeordnet sind, von denen die eine in einem Abstand von /0,1 -0,2/ L, die andere aber in einem Abstand von /0,4 - 0,6/ L vom Sintrittsquersohnitt.des Luftsaugstutzens /6/ liegt,

   - die Piachen der Bohrungen /9,10/ einer ^eden Reihe /7,8/ /0,02-0,1/ S betragen,

   - das "Volumen der Resonanzkamraer /11/ /0,25-0,7/ V betragt,' es bedeutet

   L - Lange des Luftsaugs&utsens /C/ _} S - Querschnittsflache des Luftsaugstutzens /S/ an

   den Ausfuhrungsstellen der Bohrungen /9,10/, Y - Volumen des Luftsaugstutzens /6/.