DE3234634C2

DE3234634C2 -

Info

Publication number: DE3234634C2
Application number: DE3234634A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Natanovic Starobinsky; Michail Ilic Fesina; Jurij Petrovic Lazarev; Evgenij Vasilievic Tolyatti Su Lysenko
Original assignee: VOLZSKOE OB"EDINENIE PO PROIZVODSTVU LEGKOVYCH AVTOMOBILEJ TOLJATTI/TOL'JATTI KUJBYSEVSKAJA OBLAST' SU
Current assignee: VOLZSKOE OB"EDINENIE PO PROIZVODSTVU LEGKOVYCH AVTOMOBILEJ TOLJATTI/TOL'JATTI KUJBYSEVSKAJA OBLAST' SU
Priority date: 1981-12-08
Filing date: 1982-09-18
Publication date: 1988-02-04
Also published as: SE8206416D0; FR2517749B1; SE8206416L; GB2111122A; FR2517749A1; JPS58117350A; IT1152880B; IT8223654A0; DE3234634A1; GB2111122B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ansaugschalldämpfer für den Luftfilter eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solcher Ansaugschalldämpfer ist aus der GB-OS 20 70 628 bekannt.

Die den Lufteinlaßstutzen umgebende Resonanzkammer soll das Ansauggeräusch dämpfen. Für die Bemessung der Volumina von Lufteinlaßstutzen und Resonanzkammer sowie die Lage und den Durchmesser der Bohrungen sind keine Regeln angegeben; es sind lediglich Zahlenangaben über einen konkreten Ansaugschalldämpfer für einen Dieselmotor gemacht, der in einer zugehörigen Zeichnung auch unmaßstäblich dargestellt ist. Mit dieser bekannten Ausbildung ist jedoch keine Dämpfung des Ansauggeräuschs in einem weiten Frequenzbereich und insbesondere des bei den Resonanzfrequenzen im Lufteinlaßstutzen entstehenden Ansauggeräuschs zu erzielen.

Ähnliches gilt für einen aus DE-PS 58 09 923 bekannten Auspuff- oder auch Ansaugschalldämpfer, mit dem durch einen bestimmten Abstand der Bohrungen in Längsrichtung voneinander und einen bestimmten Durchmesser derselben im Verhältnis zum Durchmesser des Stutzenrohres bestimmte Frequenzbänder gedämpft werden sollen, wobei diese Frequenzbänder mit denjenigen zusammenfallen sollen, auf denen der Motor die größte Schallenergie abstrahlt.

Auch mit dieser bekannten Ausbildung gelingt jedoch keine wirksame Dämpfung der Ansauggeräusche in allen Betriebszuständen, zumal nichts gesagt ist über den Abstand, den bei der Verwendung in einem Luftfilter die Bohrungsreihen vom Eintrittsquerschnitt des Lufteinlaßstutzens haben müßten.

Aus dem Buch "Verringerung des Kraftfahrzeuggeräusches" von V. N. Lukanin, V. N. Gudcov und N. F. Boarov, Moskau, Verlag Mainostroenie, 1981, Seite 83, ist ein Ansaugschalldämpfer für den Luftfilter eines Verbrennungsmotors bekannt, der eine den Filtertopf umfassende Resonanzkammer aufweist. Diese Ausbildung ist von komplizierter Konfiguration und beträchtlichem Volumen. Außerdem ist die Resonanzkammer nur zwischen den Lufteinlaßstutzen und das Filtergehäuse geschaltet und wirkt nicht unmittelbar auf den Lufteinlaßstutzen, der die Quelle des abgestrahlten Ansauggeräuschs ist. Dies verringert die schalldämpfende Wirksamkeit.

Aus der FR-PS 21 63 938 ist ein Ansaugschalldämpfer für den Luftfilter eines Verbrennungsmotors bekannt, der eine Resonanzkammer darstellt, die mit dem Lufteinlaßstutzen sowohl über Bohrungen als auch einen Ringspalt in Verbindung steht. Hier sind die Bohrungen im Bereich der minimalen Drücke angeordnet und eine effektive Dämpfung der Luftsäulenschwingungen, insbesondere im Bereich von deren Resonanz, wird auch hier nicht erzielt.

Aus der AT-PS 2 45 896 ist noch ein Ansaugschalldämpfer bekannt, der aber nur aus einem mit Bohrungen versehenen Lufteinlaßstutzen ohne Resonanzkammer besteht.

Aus der GB-PS 10 11 190 ist schließlich ein Schalldämpfer mit mehreren hintereinandergeschalteten Resonanzkammern bekannt, wobei es aber um einen Auspuffschalldämpfer geht, der aufgrund der besonderen Anordnung von Bohrungsbereichen zwischen dem Auspuffrohr und dieses umgebenden Resonanzkammern als akustischer Tiefpaß wirken soll. Auch diese Ausbildung wäre nicht zur Dämpfung des Ansauggeräuschs in einem weiten Frequenzspektrum geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ansaugschalldämpfers für den Luftfilter eines Verbrennungsmotors mit einem von einer Resonanzkammer umgebenen Lufteinlaßstutzen, bei dem das Verhältnis der Volumina von Resonanzkammer und Lufteinlaßstutzen sowie die Lage und Größe der in die Resonanzkammer mündenden Bohrungen des Lufteinlaßstutzens so aufeinander abgestimmt sind, daß über den gesamten Bereich der Motorbetriebszustände eine verbesserte mittlere Dämpfung des Ansauggeräuschs, insbesondere des bei den Resonanzfrequenzen im Lufteinlaßstutzen entstehenden Ansauggeräuschs erzielt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale. Mit der hier angegebenen Abstimmung der Volumina von Resonanzkammer und Lufteinlaßstutzen sowie der geometrischen Parameter der diese verbindenden Bohrungen wird eine effektive Unterdrückung der Resonanzen der Luftsäule im Lufteinlaßstutzen erreicht, was eine Verminderung des Ansauggeräuschpegels mit sich bringt.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Luftfilter mit Ansaugschalldämpfer für einen Verbrennungsmotor;

Fig. 2 die Verteilungskurven des Drucks und der Geschwindigkeiten bei den niederen Eigenresonanzschwingungsformen des Luftvolumens im Lufteinlaßstutzen.

Der Luftfilter eines Verbrennungsmotors hat ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 und einem Filterelement 3. Das Gehäuse 1 hat eine Einlaßöffnung 4 und eine Auslaßöffnung 5. Vor der Einlaßöffnung 4 ist ein Ansaugschalldämpfer angeordnet. Dieser besteht aus einem Lufteinlaßstutzen 6, in dem zwei Reihen 7 und 8 von kalibrierten Bohrungen 9, 10 vorgesehen sind. Im Bereich dieser Bohrungen ist der Lufteinlaßstutzen 6 von einem Mantel umgeben, dessen Innenraum eine Resonanzkammer 11 bildet.

Der beschriebene Ansaugschalldämpfer funktioniert folgenderweise:

Bei laufendem Motor findet im Augenblick des Öffnens der Einlaßventile das Ansaugen der Luft durch den Lufteinlaßstutzen 6 in das Gehäuse 1 des Luftfilters und weiter über ein Rohrleitungssystem in die Motorzylinder statt. Die Wechselkomponente des Luftdurchflußvolumens wird im Gehäuse 1 des Luftfilters geschwächt und erheblich abgeschwächt durch das offene Ende des Lufteinlaßstutzens 6 in Schallform in die Umgebung abgestrahlt.

Bei den Frequenzen, die durch die Beziehung

bestimmt sind, mit

f _k - Schwingungsfrequenz, C - Schallgeschwindigkeit, L - Länge des Stutzens, K - 1, 2, 3 . . . (Zahlen der natürlichen Reihe),

entstehen im Lufteinlaßstutzen 6 Resonanzschwingungen (bei den Eigenfrequenzen des beiderseit offenen Rohrs), welche die Schallabstrahlung verstärken, die vom offenen Ende des Lufteinlaßstutzens 6 in die Umgebung abgegeben wird. Zur Unterdrückung derselben dienen die Bohrungen 9 und 10, die in zwei Querschritten des Lufteinlaßstutzens 6 zusammengefaßt sind, in Verbindung mit der Resonanzkammer 11, die begrenzt ist vom den Lufteinlaßstutzen umgebenden Mantel und der Außenfläche des Lufteinlaßstutzens 6.

Bei stationären Resonanzschwingungen mit den Frequenzen f _k kommt es im Lufteinlaßstutzen 6 zu stehenden Wellen mit klar ausgeprägten Wellenbäuchen und Druckknoten über die Länge des Lufteinlaßstutzens 6. Am intensivsten und von maximaler Druckamplitude P sind die niederen Resonanzschwingungsformen, nämlich die in Fig. 2 gezeigte erste (k = 1), zweite (k = 2) und dritte (k = 3) Schwingungsform.

Die Anordnung der Bohrungen 9 und 10 in den Querschnitten über die Länge L des Lufteinlaßstutzens 6 ist so gewählt, daß ein effektiver Durchtritt der Luft in die Resonanzkammer 11 gewährleistet ist, wo die Schallenergie zerstreut und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Auf diese Weise glättet die Resonanzkammer 11 die Resonanzschwingungen der Frequenzen f _k, indem sie ihre Amplitude verringert und ihnen Energie entzieht.

Die Gesamtfläche der Bohrungen 9 und 10 jeder der Reihen 7 und 8 beträgt 0,02 bis 0,1 der Querschnittsfläche des Lufteinlaßstutzens 6 an der Anordnungsstelle der Bohrungen. Dies umfaßt das Frequenzgebiet des Schallspektrums der Resonanzstrahlung bei niederen Eigenresonanzschwingungsformen der Luftvolumina, die in den Lufteinlaßstutzen 6 der Luftfilter auftreten, welche in modernen Personenkraftwagen zum Einsatz kommen, wobei dieses Frequenzgebiet mit Hilfe des vorgeschlagenen Luftfilters ziemlich wirksam unterdrückt werden kann. Wenn die Fläche der Bohrungen kleiner als 0,02 der Stutzenquerschnittsfläche ist, kommt es nur zu einer schwachen Dämpfung, und es wird kein effektiver Durchtritt der Luft aus dem Lufteinlaßstutzen 6 in die Resonanzkammer 11 gewährleistet. Wenn die Fläche der Bohrungen größer als 0,1 der Stutzenquerschnittsfläche ist, so werden die Geschwindigkeiten der durchtretenden Luft bei gleicher Menge der durchtretenden Luft, die durch das Volumen der Resonanzkammer 11 und die Schwingungsamplitude der Drücke bestimmt ist, sehr gering, und es nimmt die Energiestreuung ab, die proportional dem Geschwindigkeitsquadrat ist.

Zur Unterdrückung der ersten niederfrequenten Resonanzschwingungsformen muß das Volumen der Resonanzkammer 11 0,25 bis 0,7 des Volumens des Lufteinlaßstutzens 6 betragen. Bei einem Verhältnis der Volumina V von unter 0,25 erweist sich das in der Resonanzkammer 11 eingeschlossene Luftvolumen als zu gering für eine effektive Dämpfung. Bei über 0,7 liegenden Werten stellen bei vorgegebenen optimalen Verhältnissen der Gesamtfläche der Bohrungen 9 und 10 die Widerstände in den kalibrierten Bohrungen 9 und 10 einen entscheidenden Faktor dar, der die Effektivität der Geräuschverminderung bestimmt. Bei über 0,7 liegenden Werten sind außerdem der Metallaufwand für die Resonanzkammer 11 und deren Abmessungen unnötig groß, und die Befestigung des Lufteinlaßstutzens 6 am Gehäuse 1 wird aufwendiger.

Die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Geräuschdämpfung durch die Resonanzkammer 11 wird gegenüber der bekannten Einrichtungen dadurch gewährleistet, daß unabhängig davon, ob ein Schwingungsbauch der Drücke oder ein Schwingungsknoten der Drücke in der Zone der kalibrierten Bohrungen 9 und 10 liegen, es zu einem effektiven Durchtritt der Schallenergie in das Volumen der Resonanzkammer 11 kommt. Dies wird dadurch erreicht, daß die kalibrierten Bohrungen 9 und 10 in zwei Reihen 7 und 8 zusammengefaßt sind, die sich in einem Abstand von 0,1 bis 0,2 bzw. 0,4 bis 0,6 der Gesamtlänge L des Stutzens jeweils von Eintrittsquerschnitt des Stutzens 6 befinden.

Wenn beispielsweise in der Zone einer der Reihen 7 bzw. 8 der kalibrierten Bohrungen 9 bzw. 10 kein Druckbauch, sondern ein Druckknoten, d. h. ein Bauch der Schallschnelle (Schwingungsdrücke und Schallschnelle sind um ^τ /₂ phasenverschoben) entsteht, so wird infolge der bestehenden Differenz der Amplitudenwerte der Druckgrößen in den verschiedenen Querschnitten des Stutzens 6 ein Durchtritt der Luft in die Resonanzkammer 11 und eine Zirkulation von Luftströmen aus dem Lufteinlaßstutzen 6 in die Resonanzkammer 11 und aus der Resonanzkammer 11 in den Lufteinlaßstutzen 6 durch die Bohrungen der anderen Reihe 8 bzw. 7 erfolgen, d. h. die Resonanzkammer 11 auch in diesem Falle wirksam und gewährleistet eine stabile Geräuschdämpfung, was beispielsweise die in Fig. 2 dargestellten Kurven für die Mode k = 2 des Drucks P und der Geschwindigkeit V zeigen.

Claims

Ansaugschalldämpfer für den Luftfilter eines Verbrennungsmotors mit einem Luftfiltergehäuse und einem von diesem ausgehenden Lufteinlaßstutzen, in dem zwei in Umfangsrichtung verlaufende Reihen radial zur Achse des Lufteinlaßstutzens gerichteter Bohrungen ausgeführt sind, und mit einer den Lufteinlaßstutzen umgebenden und mit dessen Innenraum über die Bohrungen in Verbindung stehenden Resonanzkammer, dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Volumen der Resonanzkammer (11) 0,25 bis 0,7 des Volumens des Lufteinlaßstutzens (6) beträgt,
- - die erste Bohrungsreihe (8) in einem Abstand vom Eintrittsquerschnitt des Lufteinlaßstutzens (6) von 0,1 bis 0,2 der Gesamtlänge des Lufteinlaßstutzens (6) angeordnet ist,
- - dieser Abstand bei der zweiten Bohrungsreihe (7) 0,4 bis 0,6 beträgt,
- - und die Gesamtfläche der Bohrungen (9, 10) jeder der Bohrungsreihen (7, 8) 0,02 bis 0,1 der Querschnittsfläche des Lufteinlaßstutzens (6) an der Anordnungsstelle der Bohrungen beträgt.