DE3502698C2

DE3502698C2 - Ansaugluftfilter für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3502698C2
Application number: DE3502698A
Authority: DE
Inventors: Michail Ilii&ccaron; Fesina; Jurij Petrovi&ccaron; Lazarev; Evgenij Vasilievi&ccaron; Lysenko; Rudolf Natanovi&ccaron; Tolyatti Starobinsky
Original assignee: Tol'jattinskij politechni&ccaron;eskij institut, Tol'jatti, Kujby&scaron;evskaja oblast'; Vol&zcaron;skoe ob"edinenie po proizvodstvu legkovych avtomobilej
Priority date: 1985-01-26
Filing date: 1985-01-26
Publication date: 1987-01-29
Also published as: DE3502698A1

Abstract

Es wird ein System zur Sekundärluftzufuhr zum Abgassammler eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, das ein Luftfilter (1) mit einem in Form eines Kreiszylinders ausgebildeten Gehäuse enthält, in dessen Boden (2) eine Auslaßöffnung (3) und eine Bohrung (4) vorgesehen sind, die mit einem Abgassammler (5) in Verbindung steht. In der Wand des Luftfilters (1) ist eine Einlaßöffnung (8) ausgeführt. Erfindungsgemäß ist die Ebene, in der die Auslaßöffnung (3), die Achse (d - d) des Gehäuses des Luftfilters (1) und die Bohrung (4) angeordnet sind, zu der Ebene senkrecht, die durch den Mittelpunkt (C) der Einlaßöffnung (8) und die Achse (d - d) des Gehäuses des Luftfilters (1) geht, während die Mittelpunkte der Bohrung (4) und der Auslaßöffnung (3) diametral entgegengesetzt in bezug auf die Ebene angeordnet sind, die durch den Mittelpunkt (C) der Einlaßöffnung (8) und die Achse (d - d) des Gehäuses des Luftfilters (1) geht. Die Erfindung kann im Verbrennungsmotorenbau zur Verminderung des Geräuschpegels aus dem Auspuffsystem verwendet werden, der bei der zur Verringerung der Abgastoxizität erforderlichen Sekundärluftzufuhr zum Abgassammler eines Verbrennungsmotors entsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ansaugluftfilter für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Ansaugluftfilter ist aus der JP-OS 52-4 920 bekannt.
Luftfilter dieser Art finden vorwiegend Anwendung an Brennkraftmaschinen für Personenkraftwagen, wobei die Sekundärluftzufuhr zum Abgassammler zur Verringerung der Abgastoxizität dient. Durch diese Maßnahme entstehen jedoch zusätzliche Geräusche, die nach außen abgestrahlt werden.
Bei der bekannten Ausbildung liegt die Ansaugluftöffnung zentral, so daß ihr Mittelpunkt mit der Gehäuseachse zusammenfällt. Die Bohrung des Sekundärluftleitungsanschlusses liegt in der Nähe der Lufteinlaßöffnung, ist jedoch überdeckt von einem tunnelartigen Kanal, der auf dem Boden des Filtergehäues längs eines Kreisbogens um die Ansaugluftöffnung herum zu einer von der Lufteinlaßöffnung abgewandten Umfangsstelle führt und dort seine Mündung hat. Dadurch soll der der von einer die Sekundärluft fördernden Pumpe erzeugte Schall gedämpft werden.
Nachteilig ist bei dieser Ausbildung der wegen der komplizierten Blechformteile erhöhte Bau- und Materialaufwand. Auch ergeben sich notwendigerweise größere Abmessungen, was die Unterbringung des Filters schwierig machen kann.
lnsbesondere ist jedoch die bei der bekannten Ausbildung erzielte Geräuschdämpfung nicht optimal. Bekanntlich bewirkt eine Vergrößerung des Volumens einer Luftfilterkammer eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Einlaßsystems im ganzen. So gewährleistet eine Zunahme des Volumens der Luftfilterkammer um 1 dm³ eine Reduzierung des Ansauggeräusches um 3 dB.
Bei dem bekannten Luftfilter dämpft zwar der gebogene Sekundärlufttunnel die Komponente des gesamten Ansauggeräuschpegels, die durch das Eindringen des Schalls aus der Abgasanlage bedingt ist, jedoch macht er auch das Volumen der Luftfilterkammer bedeutend kleiner, was einen erhöhten Ansaugegeräuschpegel ergibt, der für den Gesamtpegel des vom Einlaßsystem abgestrahlten Geräusches bestimmend ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ansaugfilter für eine Brennkraftmaschine mit Sekundärluftzufuhr zum Abgassammler zu schaffen, bei dem der Pegel des abgestrahlten Geräusches minimal ist.
Ausgehend von der gattungsgemäß vorausgesetzten Ausbildung wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Abstimmung der Lage der Lufteinlaßöffnung, der Ansaugluftöffnung sowie der Luftfilterbohrung der Sekundärluftleitung zum Abgassammler ergibt sich ein minimaler Pegel des in die Umgebung abgestrahlten Geräusches. Die Konstruktion ist einfach und der Metallaufwand gering.
Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch den Luftfilter und seinen Anschluß an einem Verbrennungsmotor;
Fig. 2 die Draufsicht des Luftfilters bei abgenommenem Deckel;
Fig. 3 den Druckverlauf bei einer niederen tangentialen Form von Schwingungen im Luftvolumen des Luftfiltergehäuses;
Fig. 4 den Druckverlauf bei einer niederen radialen Form von Schwingungen im Luftvolumen des Luftfiltergehäuses;
Fig. 5 Meßergebnisse des erzeugten Geräusches bei verschiedenen Anordnungen der Bohrungen im Luftfilterboden;
Fig. 6 die Abhängigkeit des Pegels des erzeugten Geräusches von der Anordnungsstelle der Bohrung und der Ansaugluftöffnung im Luftfilterboden;
Fig. 7 die Effektivität der Geräuschunterdrückung beim erfindungsgemäßen Luftfilter gegenüber bekannten Ausbildungen.
Der Luftfilter hat ein in Form eines Kreiszylinders ausgebildetes Gehäuse 1, in dessen Boden 2 einander diametral gegenüberliegend eine Ansaugluftöffnung 3 und eine Bohrung 4 angeordnet sind.
Die Bohrung 4 steht über eine mit einem Rückschlagventil 7 versehene Sekundärluftleitung 6 mit dem Abgassammler 5 in Verbindung. Die Lufteinlaßöffnung 8 befindet sich im Gehäusemantel.
Die Ansaugluftöffnung 3 und der Abgassammler 5 sind unmittelbar mit einer Brennkraftmaschine 9 verbunden. Von der Lufteinlaßöffnung 8 geht ein Ansaugstutzen 10 aus.
Der Mittelpunkt A der Bohrung 4, der Mittelpunkt B der Ansaugluftöffnung 3 und die Gehäuseachse d-d liegen in einer ersten Ebene, die rechtwinklig auf einer zweiten Ebene steht, die durch den Mittelpunkt C der Lufteinlaßöffnung 8 und die Gehäuseachse d-d geht, wobei die jeweiligen Mittepunkte A und B der Bohrung 4 und der Ansaugluftöffnung 3 auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Ebene angeordnet sind und von ihr in einem Abstand r = (0,58 ÷ 0,68) R liegen, wobei R den Halbmesser des Gehäuses 1 bedeutet.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 9 entstehen in dem Abgassammler 5 und in der Sekundärluftleitung 6 Druck- und Unterdruckwellen infolge der Schwingungsvorgänge im Auspuffsystem.
Bei der Entstehung eines Unterdrucks im Abgassammler 5 nimmt der Druck in der Sekudärluftleitung 6 ab, und es öffnet sich das Rückschlagventil 7. Luft wird hierbei aus dem Motorraum des Kraftfahrzeuges durch die Lufteinlaßöffnung 8 angesaugt und strömt durch den Luftfilter 1, die Bohrung 4, die Sekundärluftleitung 6 und das Rückschlagventil 7 in den Abgassammler 5. Die einströmende Luft führt zu einer Nachverbrennung der noch unverbrannten Abgaskomponenten, was die Toxizität der Abgase verringert.
Bei einer Druckzunahme im Abgassammler 5 schließt sich das Rückschlagventil 7, und die Luftzufuhr zum Abgassammler 5 wird unterbrochen. Der pulsierende Luftstrom in der Sekundärluftleitung 6 ruft Druckschwankungen im Gehäuse 1 des Luftfilters hervor, die durch die Lufteinlaßöffnung 8 und den Stutzen 10 in die Umgebung abgestrahlt werden. Außerdem wird über die Sekundärluftleitung 6 und dann über die Bohrung 4 des Luftfilters 1, die Lufteinlaßöffnung 8 und den Stutzen 10 auch das Geräusch abgestrahlt, das im Auspuffsystem selbst entsteht.
Die entstehenden Pulsationen und das auftretende Geräusch werden vom Luftfilter 1 teilweise geschwächt, der als kammerartiger Schalldämpfer wirkt. Dabei kann es jedoch zur Anfachung von Resonanzschwingungen in demselben und zu einer erhöhten Geräuschabstrahlung der Resonanzfreuqenzen kommen. Die Druckverteilung bei niederen Resonanzschwingungsformen ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. In Fig. 3 ist die Verteilung der Drücke in der ersten Tangentialschwingungsform dargestellt, die bei einer Anregung der Luft durch die schwingenden, in den Ansaugluftöffnung 3 und die Bohrung 4 im Wechsel angesaugten Luftmassen angefacht wird. Zur Verminderung der Abstrahlung dieses Geräusches in die Atmosphäre ist der Mittelpunkt C der Einlaßöffnung 8 und die Achse d-d des Gehäuses 1 in einer Ebene angeordnet, die zu der Ebene, die durch die Gehäuseachse d-d und die Mittelpunkte A und B der Ansaugluftöffnung 3 sowie der Bohrung 4 geht, rechtwinklig ist. In dieser Ebene sind die Schwankungen des Drucks P in der tangentialen Resonanzform gleich Null, so daß diese Schwingungen nicht durch die Lufteinlaßöffnung 8 und den Ansaugstutzen 10 abgestrahlt werden.
DieEffektivität der Anordnung der Bohrung 4 ist in Fig. 5 illustriert. Diese zeigt mittels eines Mikrofons 11 gewonnene Meßergebnisse des aus einem Ansaugstutzen 10 abgestrahlten Geräusches. Das Mikrofon war in einem Abstand von 0,06 m vom Eintrittsquerschnitt des Ansaugstutzens 10 angeordnet. Mit 12 bis 19 sind verschiedene Anordnungsstellen der Bohrung 4 gezeigt. Die Brennkraftmaschine lief bei Vollast mit einer Drehzahl von 5600 U/min.
Die Meßergebnisse der Gesamtgeräuschpedel in dBA, die in einem Abstand von 0,06 m vom Eintrittsquerschnitt des Ansaugstutzens 10 bei verschiedenen Lagen der Bohrung 4 mit einem 45°-Schritt auf dem Kreis mit einem Halbmesser von 0,63 R (mit R = Halbmesser des Luftfiltergehäuses) registriert worden sind, ergeben sich aus der nachstehenden Tabellen: Tabelle
Diese auch in Fig. 5 eingezeichneten Werte zeigen, daß der minimale Geräuschpegel bei der Anordnung der Bohrung 4 der Sekundärluftleitung an der Stelle 16, der maximale Geräuschpegel aber an den Stellen 14 und 18 zu verzeichnen ist.
Zur Verringerung der Geräuschübertragung durch die erste radiale Schwingungsform, deren Druckverteilung in Fig. 4 dargestellt ist, werden die Mittelpunkte B und A der Ansaugluftöffnung 3 und der Bohrung 4 in einem Abstand von (0,58 ÷0,68) R von der Achse d-d des Gehäuses 1 angeordnet, wobei R der Halbmesser des Luftfiltergehäuses ist. Diese Anordnung entspricht der Linie der minimalen Druckschwankungen in der ersten radialen Schwingungsform. Die so schwingenden Luftmassen stoßen hierbei in der Ansaugluftöffnung 3 und in der Bohrung 4 auf keinen Widerstand und strahlen keinen Schall in das Luftvolumen des Luftfilters 1 ab.
Daß der Bereich (0,58 ÷ 0,68) R optimal ist, ergibt sich aus Fig. 6, in der die Ergebnisse von Versuchsmessun- gen des Geräusches bei verschiedenen Abständen r der Bohrung 4 und der Ansaugluftöffnung 3 gezeigt sind.
Die Mittelpunkte der Bohrung 4 und der Ansaugluftöffnung 3 wurden in verschiedenen Abständen r von der Achse d-d des Gehäuses vorgesehen. Die erhaltene Kurve zeigt die ermittelte Abhängigkeit des Geräuschpegels, der mit einem Mikrofon 11 gemessen wurde. Es ist zu sehen, daß Abweichungen des Abstandes r vom genannten Bereich nach beiden Seiten zu einem wesentlichen (bis 10 dBA) Anstieg des vom Stutzen 10 abge- strahlten Geräuschpegels führen. Somit ist vom Standpunkt der Akustik die Anordnung der Bohrung 4 und der Ansaugluftöffnung 3 in einem Abstand r = (0,58 ÷ 0,68) R optimal.
Zur Veranschaulichung der Effektivität der beschriebenen Ausbildung sind in Fig. 7 Spektren des abgestrahlten Geräusches im Vergleich zu einer Ausführung angeführt, bei der die Bohrung 4 nicht optimal angeordnet ist. Dieses System wurde zusätzlich mit einem Resonanzschalldämpfer am Stutzen 6 versehen. Im Diagramm ist die Kennlinie der erfindungsgemäßen Ausbildung durch eine durchgehende Linie und die des zum Vergleich genommenen Systems durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben.
Die bessere Dämpfung zeigt sich in einem breiten Schallspektrumbereich von 250 bis 2000 Hz, wo eine Senkung des Geräuschpegels bis um 8 dB erreicht wird. Hierbei ist dieser Effekt von einer bedeutenden Vereinfachung des Zufuhrsystems für die Sekundärluft in den Abgassammler des Verbrennungsmotors begleitet, weil ein Schalldämpfer der abgestrahlten Geräusche entbehrlich wird.

Claims

1. Ansaugluftfilter für eine Brennkraftmaschine mit einem kreiszylinderförmigen Gehäuse, das im Gehäuseboden eine zum Ansaugsystem der Brennkraftmaschine führende Öffnung und eine Bohrung für den Anschluß an eine über ein Rückschlagventil zum Abgassammler der Brennkraftmaschine führende Sekundärluftleitung sowie eine Lufteinlaßöffnung im Gehäusemantel aufweist, wobei der Mittelpunkt der Bohrung, die Gehäuseachse und der Mittelpunkt der Öffnung in einer ersten Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ebene rechtwinklig zu einer zweiten Ebene liegt, die durch den Mittelpunkt (C) der Lufteinlaßöffnung (8) und der Gehäuseachse (d-d) bestimmt ist, und daß die Mittelpunkte (A, B) der Bohrung (4) und der Öffnung (3) auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Ebene liegen.

2. Ansaugluftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte (A, B) der Bohrung (4) und der Öffnung (3) von der zweiten Ebene in einem Abstand (r) von 0,58 bis 0,68. R entfernt liegen, wobei R der Radius des Luftfiltergehäuses (1) ist.