DE3304858A1 - Luftfilter fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Motorenbaus, genauer auf Luftfilter fur Verbrennungsmotoren· Sie Erfindung kann vorwiegend in den Luftfiltern von · Transportaittel-Terbrennungs motoren Anwendung finden: den Kfz-, Schiffs-, Diesellokmotoren sowie ortsfesten Motoren, beispielsweise für Generatoren, Terdichtern uew·, insbesondere wenn das in die Umgebung abgestrahlte Geräusch herabgemin dert werden soll·

Beim Arbeiten des Motors umfasst die Grundfrequenz des Arbeitsprozesses einen Bereich von XOO Hz (fur die linkammer-Rotationakolbenmotoren oder Zweizylinder-Tier takt-Yergasermotoren) und bis 200 Hz fur den Tier- zylinder-Tiertakt-fieihenvergasermotor· Die Herabsetzung des Schalldruckpegels ist in den genannten Frequenzbereichen mit einer Beine von erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da diese Herabsetzung beispielsweise durch akustische Nachstimmung mittels eines verlängerten Luftsangstutzens bei solchen niedrigen Frequenzen eine betrachtliche Terlangerung des erwähnten Stutzens voraussetzt» was eine irhöhung des Metallaufwands und Erschwerung der KonstruktiOB mit sich bringt und die Anordnung von Baugruppen im Motorraum des Kraftfahrzeuges kompliziert macht· Hierbei werden auch, was von besonderer Bedeutung ist, die Motorleistung und das vom Motor erzeugte Drehmoment verringert· Die Terringerung der niederfrequenten Abstrahlung beim Sinlasa durch eine wesentliche Tergrosserung des Tolumens der Luftfilterkammer oder durch Anschalten von parallelen Luftvolumina hangt aber mit den vorgenannten Nachteilen zusammen·

Bekannt ist eine Konstruktion des Luftfilters (siehe ζ·Β· den Sü-Urheberschein Hr. 295135» Klasse ΪΌ2Μ 35/14, νeroffenti. am 15·Ο1·71)« das ein zweiwandiges Gehäuse mit Halbringluftkanalen enthalt« Die Kanäle sind mit gleicher Lange ausgeführt, und ihre Aiastrittsoffaungen liegen auf diametral entgegengesetzten Seiften des Gehausee« Diese Ausfuhrung gestattet, die .Effektivität der Schalldämpfung zu erhohen und Stromungswiderstande etwas zu verringern·

Jedoch zeichnet sich auch diese Konstruktion durch komplizierten Aufbau und hohen Metallaufwand aus.

Sine weitere Quelle der intensiven Schallabstrahlung durch das Luftfilter stellt dessen Deckel dar, und zwar in des Pail, nenn er aus Dünnblech gefertigt ist und somit in bezug auf die Biegesteifigkeit das nachgiebigste JBlement darstellt· Zur Terringerung der Sciiallab strahlung durch strukturelle Biege Vibrationen an den Deckeln der Luftfilter greift man entweder zur qualitategerechten Yibrationsdaapfung des Deckels an dessen Beiestigungsumfang am Gehäuse sowie an den Stellen seiner Befestigung mittels Befestigungselementen oder aber wendet man Terfahren zur Erhöhung der mechanischen Deckelimpedanz durch Aufbringung eines umfangreichen Verrippungsgerustes auf die.Deckeloberflache an. Dies fuhrt zur verwickelten Konstruktion, erhöht den Metallaufwand und macht die Gesamtanorduung komplizierter·

Bekannt ist ein gerauscharmes

Luftfilter (siehe ζ·Β· die FR-PS Nr· 2507975t Klasse FO2M 35/14. veroffentl, am 17.12.76), das fur Terbrennungsmotoren bestimmt ist« Das bekannte Luftfilter besitzt einen Hantel zum Schutz gegen Tibrationen, In dessen Innerem ein Filterelement angeordnet ist. Der Hantel wird zusammen mit dem Filterelement in einem gewöhnlichen Luftfiltergehause untergebracht. Der Schuttfnaoa&l wird sowohl als einzelnes Teil wie auch in einem Stuck mit dem Luftfiltergehause ausgeführt.

Sin Nachteil dieser !Einrichtung ist ihre Kompliziertheit, die vor allem durch hierin notwendige Srhphüag der Zahl von Einzelteilen, ihre Befestigung und Ermittelung einer optimalen konstruktiven Losung fur die jeweilige Bauart des Luftfilters bedingt ist. Ausserdem führt dies zur Irhohung des Metall- und Herstellungsauf wan des.

Bekannt ist ein Luftfilter (siehe

z.B. die Zeitschrift "Dzidosja gidzjuzu", Japan, 1966, Band 2O₉ Nr* 9, SS* 861-865), in dem zur Termin de rung von Stromungswiderstanden, Srhohung von Leistungs- und

Wirtschaf tlichkeitslronniiwrten des Motors in der Luftfilterkammer Bohrungen ausgeführt sind. Die JieiSbrung kalibrierter Bohrungen an einer beliebigen Eaamerstelle lasst erreichen, dass bei "Zug-Druck-Beanspruchung¹* des Iftif tvolumens in der Kammer durch diese Bohrungen zusätzlich, ein Teil der luft vorbei am Ansaugstutzen angesaugt wird· Allerdinge "breitet sich dadurch", wie es in der genannten Quelle he isst, "der Schall vorbei am Ansaugrohr aus ···", was die Schallabstrahlung durch das Einlasssystem erhöht·

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion des !Luftfilters fur Verbrennungsmotoren zu entwickeln, das eine Herabsetzung des Schalldruckpegels nieder- und aittelfrequenter Komponenten des durch das Sinlaßeystem erzeugten Geräusches, eine Xrhohung der Leistungs- und Wirtschaftlichkeitskennwerte des Motors, eine Tereinfachung der Konstruktion und eine Terbesserung der Gedrungenheit derselben durch Teranderung der Bauart des Luftfiltergehauses gewährleistete

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in

Luftfilter für Verbrennungsmotoren, das ein Gehäuse »it Bohrungen enthalt, das in Form eines KreisZylinders ausgebildet, von oben durch einen Deckel, von unten aber von einem Boden abgeschlossen ist und in dessen Innere« gleich achsig zu ihm ein Filtere lesen t angeordnet ist, wobei jeweils im Gehäuse und im Boden Sinlass- und Auslassoffungen ausgeführt sind, erfindungsgemass die Bohrungen zumindest im Deckel bzw· in Boden des Gehäuses ausgeführt und in einer Zone angeordnet sind, die durch zwei Sbenen be grenzt ist, welche in einem Abstand ^O ,1 fi, wo E den Halbmesser des Gehäuses bedeutet, von einer Sbene liegen, die durch die Gehauseachse senkrecht zu einer Sbene geht, die die Gehauseachse und den Mittelpunkt der Auslassöffnung enthält.

Zweckmassigerweise sind die Bohrungen im Deckel und im Boden ausgeführt.

Diese Konstruktion des Luftfilters gestattet, den Pegel der Schallstrahlung, die durch die Druckschwingungsformen in der Luftfilterkaaeer bedingt ist, effektiv herabsuse tzen·

Zweckmassigerweise werden ferner die Bohrungen in

einem Abstand (0,58 ♦ 0,68) fi vom geometrischen Zentrum des Luftfiltergehausee angebracht, wo R den Halbmesser des Luftfiltergehauaes bedeutet, was der Anordnung der Bohrungen in der Iahe der Xhotenlinie der niedrigsten radialen Schwingungsform entspricht·

Dies gestattet, den Pegel der durch radiale Druckschwingungsformen in der Luftfilterkammer bedingten Schallstrahlung effektiv herabzusetzen·

Also wird die Herabsetzimg des Schallstrahlungepegels. infolge der ligenechwingungsfonaen des in der Luftfilterkammer bestehenden Druckes durch Anordnung der Bohrungen in den Knotenpunkten (auf den Null-Linien) der tangentialen und radialen Schwingungsfonsen des Luftvolumens der Luftfilterkammer erreicht·

Ausserdem verringert die Ausfuhrung der Bohrungen

im vibrierenden Deckel des Luftfilters die Strahlung, die von Deckel ausgeht, durch Ausgleich der Druckimpulse , die auf den entgegengesetzten Seiten des Deckels wahrend dessen Schwingungen entstehen·

Die Bohrungen im Deckel und im Boden des Luftfilters

können durch poröse !lernente verdeckt sein·

Dies gestattet, dem Leitvermögen der Bohrungen einen aktiven Charakter zu verleihen und die Effektivität der Unterdrückung der niederfrequenten Komponenten des Ausauggerausches zu erhoben·

Ausser der Tereinderung des Geratisches verringert die Ausführung der Bohrungen im Deckel und im Boden des Luftfilters Stromungewlderstande dee JinlaS*yeterns, was die Leistungß- und Wirtschaftlichkeitskennwerte des Motors erhöht.

Dadurch, dass die vorgenannten JSffekte durch ausschliesslich einfache Mittel erzielt werden, wird die

Konstruktion der Einrichtung vereinfacht und deren Kompaktheit verbessert·

Im folgenden wird die Irfindung an Beispielen ihrer Ausführung unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt:

Fig, 1 - Luftfilter fur Terbrenntmgsaotoren; FIg. 2 - Schnitt nach der Linie U-II von Tig· 1; Fig· 3 - Schnitt nach der Linie HI-III von Fig. 1 (vergrossert);

Pig· 4 - Yerteiluagadiagram* der Schalldrucke in

der Luftfilterkamner, tangentiale Komponente;

Fig. 5 - Yerteilungsdiagraam der Schalldrucke in der Luftfilterkammer, radiale Komponente;

Fig· 6 - 10 - Tergleiohs-Gerauschepektrogramme I^ die den erzielbaren Effekt anschaulich darstellen;

Fig. 11 - aussere Geschwindigkeitskennlinie des Motors;

Fig. 12 - Spektrograf* des durch den Deckel des Luftfilters abgestrahlten Geräusches·

Das erfindungsgeaasse Luftfilter fur Terbrennungs-

motoren (Fig· 1, 2) enthalt ein Gehäuse 1, das in Gestalt eines Kreiessylinders ausgeführt, von oben durch einen Deckel 2 und von unten durch einen Boden 3 (Fig. 1) abgeschlossen ist, wobei in dessen Innerem gleichachsig zu ihm ein Filterelement 4 angeordnet ist· Im Gehäuse 1 ist eine S in las a öffnung 5, im Boden 4 (Fig· 2) aber eine Auslassöffnung 6^(Fig. 1) ausgeführt· Im Boden 3 und im Deckel 2 des Gehäuses 1 sind jeweilige Bohrungen 7 und 7* eingearbeitet, wobei die Bohrungen 7 und 7* t inebesondere die im Innenraum des Filterelemente 4 befindlichen, durch poröse Siemente 8 (Fig· 3) zur Termeidung der Staubein dringung in das Sinlaßsystems des Motors sowie zvtp Terbesserung der akustischen Charakteristiken des Luftfilters überdeckt sind· Die Bohrungen 7 und 7^f im Boden 3 und im Deckel 2 des Gehäuses 1 befinden sich in einer Zone A (Fig· 4), die durch zwei Sbenen begrenzt ist, welche in einem Abstand io,1 E (wo B den Halbmesser des Gehäuses 1 bedeutet) von einer Sbene liegen , die durch

die Achse 9 (^ig· Ό des Gehäuses 1 senkrecht zu einer Ibene geht, die die Achse 9 des Gehausee 1 und den Mittelpunkt IO (Fig· 4) der Auslassöffnung 6 enthält. Die Bohrungen 7 und 7* können gleichzeitig im Deckel 2 und im Boden 5 wie auch getrennt nur im Deckel 2 bzw. nur in Boden 3 des Gehäuses 1 je nach den konstruktiven Besonderheiten des Luftfilters ausgeführt sein· Is empfiehlt eich, dass sich die Bohrungen 7 und (7¹) (Fig. 5) in einem Abstand (0,58 + 0,68) Β vom geometrischen Zentrum 11 des Gehäuses 1 befinden, wo E den Halbmesser des Gehäuses 1 des Luftfilters bedeutet.

Ss sei nun die Funktion des Luftfilters betrachtet. Bei der Grundfrequenz des Arbeitsprozesses schwingt das Luftvolumen la Luftsaugetutzen 12 (Fig. 4) als Masse, und das Luftvolumen des Gehausee 1 (Fig. 1 und 2) des Luftfilters erfüllt die Punktion einer elastischen Feder. Hierbei erfolgt neben dem Luftansaugen durch den Lufta auge tutzen 12 (Fig. 4) auoh das Ansaugen der Luft durch die Bohrungen 7 und 7* im Boden 3 und im Deckel 2 (Fig. 1)· Dies verringert den Strömungswiderstand des Luftfilters insgesamt und erhöht die effektive Motorleistung· Andererseite stellt die !Einführung der Bohrungen 7 und T gleichsam einen Parallelanschluss eines Schwingungsdampfers an das Luftvolumen im Gehäuse 1 dar, weil sie zusatzliche Bnergiever- luste beim Ansaugen einer Luftladung verursachen· Zugleich wird das Abstrahlen der Schallenergie aus dem Gehäuse 1 in die Umgebung erheblich verringert, weil die Bohrungen und 7*. auf der Knoten linie der tangentialen Schwingungen

des Luftvolumens des Gehausee 1 (Fig. 4), d.h. in einer Zone A liegen, wo die pulsierende Resonanzkomponente der Schwingungen des Luftvolumens nahe oder gleich Null ist. Die Breite der Zone A betragt 0,2 B, also 0,1 B auf jeder Seite der Ebene, die zu der Ebene senkrecht ist, die die Achse 9 (Pig· 1) und den Mittelpunkt IO der Auslassoffnung 6 (Fig. 2) enthält. Ia grosseren Abstanden von der erwähnten Ibene sind die Drucke in der tangentialen Form B schon größer und die Schallubertragung durch die Bohrungen 7 und 7^f wird spürbar (Fig. 4).

Die Bohrungen 7 und ψ bedingen eine starke Abnahme des Gutefaktors des Besonanzsystems beim Einlasstakt des Motors sowie der niederfrequenten Resonanssohalletrahlung infolge der Einfuhrung von zusätzlichen aktiven Terlusten und erzeugen keine zusätzliche Strahlung durch di* tangentiale Schwingungsform des Druckes im Gehäuse 1·

Ausserdem verringert die Ausfuhrung der Bohrungen 7* im Deckel 2 die Strahlung, die vom Deckel 2 bei dessen Tibrationen durch Ausgleich von Druckimpulsen erzeugt wird, die auf den entgegengesetzten Seiten des Deckels 2 entstehen·

Zweckmassigerweise sind ferner die Bohrungen 7 und 7* (Fig. 4) im Deckel 2 (Fig. 1) und im Boden 3 in einer Zone D (Fig· 5) in einem Abstand (0,58 h 0,66) B vom Mittelpunkt 11, in der Zone geringer Schalldrucke der

ersten radialen Schwingungsform C des Druckes im Gehäuse angeordnet· Hierbei wird die Übertragung der Energie der Schwingungen der ersten radialen Form durch die Bohrungen 7 und 7* vermieden· Die Ausführung der Bohrungen 7 (7*) naher als 0,58 B zum Mittelpunkt 11 und weiter als 0,68 von demselben erbringt nicht den genannten Effekt weil ausserhalb der Zone D die Drucke in der Schwingungsform δ nicht mehr klein genug sind·

Der zusatzliche gunstige Effekt wird erzielt, wenn die Bohrungen 7 und 7» (Fig. 1) durch poröse Elemente 8 (Fig. 3) verdeckt sind· Die porösen Elemente 8 können beispielsweise aus einer Legierung von Xupferphoephid und Katodenkupfer bzw· aus porösem Polyäthylen ausgeführt sein. Wie die theoretische Analyse und die Tersuche gezeigt haben, ist optimal die Ausfuhrung der pfivosen Elemente 8 mit der Wirkleitfahigkeit

^= (0,5*2,0) yfo (I),

mit: ο

p - Gasdichte (kg/rn^); 0 - Kreisfrequenz der ersten Harmonischen bei Höchst»

lelstungsdrehzahlen (sek ); 1 - Lange (m) des Stutzens 12 (Fig· 4); F^ - Querschnittsflache (m ) des Stutzens 12; V - Wirkteil der Gesamtleitfahigkeit der porösen EIe-Q mente 8.

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- ίο -

Dies gestattet, der leitfähigkeit der Bohrungen einen aktiven Charakter mit einer optimalen, durch dift Formel /1/ bestimmten Grosse zu verleihen, und die Effektivität der Unterdrückung der niederfrequenten Komponenten des Inaauggerausehes erheblich zu erhöhen.

Sin ähnlicher JSffekt wird fur die hochtourigen Motoren bei der Ausführung von Bohrungen 7 (7^f) ohne Abdeckung durch die porösen SIemente 8 mit eiaer Gesamtfläche von V2 erzielt, die durch die folgende Formel bestimmt ist:

J₂-I₁(OeOHOtOe) ·£^ (2),

wo c die Schallgeschwindigkeit (m/sek) bedeutet.

In Pig· 6-10 sind Tergleichs-GerauachspektrograiEiae abgebildet, die den erzielbaren gunstigen Sffekt bei. verschiedenen Motordrehzahlen darstellen· Die ausgezogene Kurve (a) gibt in diesen Figuren die Spektren des Geräusches wieder, das von dem Sinlaßaystem ohne Bohrungen 7 und 7¹ (Pig· 1) erzeugt wird, die gestrichelte Kurve (b) - mit Bohrungen 7 und 7*· Bs ist eine erhebliche (bis zu 10 dB) Terminderung des Geräusches ersichtlich, die durch das angemeldete Luftfilter gewahrleistet wird.

Ih Pig· 11 sind ausere Geschwindigkeitskennlinien des Motors mit einem Luftfilter ohne Bohrungen - ausgezogene Linie (c) - und mit Bohrungen - gestrichelte Linie (d) - angeführt· Die Leistungssteigerung bei hohen Drehzahlen erreicht 3 PS·

In Fig·* 12 sind Spektrogramme dargestellt, die die Terminderung des Geräusches wiedergeben, das durch den vibrierenden Deckel 2 (Fig· 1) des Luftfilters bei in diesem ausgeführten Bohrungen 7* - veranschaulicht durch die gestrichelte Kurve (β) - abgestrahlt wird« Die ausgezogene Kurve (x) gibt das Strahlungsspektrum des Deckels 2 ohne Bohrungen 7* wieder· Die Nutzeffekte erreichen bei einzelnen Frequenzen 4-7 dB.

Auf diese leise gewahrleistet das Luftfilter fur Terbrennungsmotoren eine beträchtliche Terminderung des Ansauggerauschee·

Claims (1)

1. Volzhskoe obiedinenie po proizvodstvu legkovykh Avtomobilei

   LLTFTFILISR FUR TKRBHSMUIiGSMOTOESN

   PAiESNTANSPRUCHS M .j Luftfilter für Yerbrennungsmotoren , das ent-

   - ein Gehäuse (1) mit Bohrungen (7t7·)» auegebildet in Form eines Kreiszylinders;

   - einen Deckel (2) mit einer Einlassöffnung (5), der das Gehäuse (1) von oben abschließet;

   - einen Boden 0) mit einer Auslassoff mang (6), der das Gehäuse (1) fön unten abschliesst;

   - ein Filterelement (4), das im Innern des Gehäuses (1) gleichchsig zu ihm angeordnet ist, dadurch gekennze lehnet, dass

   - die Bohrungen (7 und 7*) zumindest im Deckel (2) bzw. im Boden O) des Gehäuses (1) ausgeführt und in ei» ner Zone angeordnet sind, die von zwei Sbenen begrenzt ist, welche in einem Abstand ±0,1 H, wo B den Halbmesser des Gehäuses (1) bedeutet, von einer JBbene liegen, die durch die Achse (9) des Gehäuses (1) senkrecht zu einer Sbene geht, die die Achse (9) des Gehäuses (1) und den Mittelpunkt der Auslassöffnung (6) enthält.

   2· Luftfilter für Terbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (7 und 7*) im Deckel (2) und

   im Boden (3) ausgeführt sind.

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   5· Luftfilter für Yerbrennungsmotoren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (7 und 7*) in einem Abstand (0,5840,68) H vom geometrischen Zentrum (11) des Gehäuses des Luftfilters liegen, wo H den Halbmesser des Gehäuses (1) des Luftfilters bedeutet.

   4« Luftfilter fur Terbrennungsmotoren nach Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (7 und 7') durch poröse SIe-ID mente (8) verdeckt sind«