DE3613828A1

DE3613828A1 - Ansauggeraeuschdaempfer, insbesondere fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3613828A1
Application number: DE19863613828
Authority: DE
Inventors: Quang-Hue Vo; Peter-Josef Esser; Georg Gaede
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1986-04-24
Filing date: 1986-04-24
Publication date: 1987-10-29
Also published as: DE3766743D1; EP0242797A1; EP0242797B1; ES2019320B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ansauggeräuschdämpfer, insbesondere für Brennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches angegebenen Bauart.

Ein derartiger Ansauggeräuschdämpfer ist beispielsweise aus der DE-AS 10 27 464 bekannt. Bei dieser bekannten Bauart strömt die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft über einen einzigen Diffusor der Dämpfungskammer des Ansauggeräuschdämpfers zu. Einen wesentlichen Einfluß auf die geometrischen Abmessungen des Ansauggeräuschdämpfers und insbesondere des Diffusors ergeben sich aus dem Luftaufwand der Brennkraftmaschine bei Vollastbetrieb. Ferner wird für einen derartigen Ansauggeräuschdämpfer auch angestrebt, daß dieser mit dem übrigen Ansaugsystem der Brennkraftmaschine einen günstigen Drehmomentverlauf im unteren und mittleren Drehzahlbereich bewirkt. Aus dem Bestreben, einerseits den Strömungswiderstand des Ansauggeräuschdämpfers für den Vollastbetrieb möglich niedrig zu halten und andererseits den Einfluß des Ansaugdämpfers auf die Dynamik im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zur Erzielung eines günstigen Drehmomentenverlaufes möglichst hoch anzusetzen, ist in der Gestaltung des Ansauggeräuschdämpfers ein Kompromiß einzugehen, mit dem Nachteil, daß dieser eine relativ hohe Eigenfrequenz aufweist. Diese mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine über deren Ansaugtakte in funktioneller Beziehung stehende Eigenfrequenz des Ansauggeräuschdämpfers liegt im allgemeinen in einem jenseits der Drehmomentenspitze liegenden Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine. Da eine akustisch wirksame Dämpfung erst jenseits der Eigenfrequenz einsetzt, fällt die akustische Wirkung des Ansauggeräuschdämpfers in einen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem diese einen deutlich über dem Ansauggeräusch liegenden Geräuschpegel aufweist. Dies bedeutet andererseits, daß das Ansauggeräusch beim Betrieb der Brennkraftmaschine in niedrigen Drehzahlen und insbesondere im Bereich der Drehmomentspitze wahrnehmbar ist. Da Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, in diesem verbrauchsgünstigen Drehzahlbereich bevorzugt betrieben werden, ist hiermit eine ausgeprägte akustische Belästigung durch das Ansauggeräusch gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ansauggeräuschdämpfer der eingangs beschriebenen Bauart so zu verbessern, daß ohne Leistungs- und Drehmoment-Einbuße der Brennkraftmaschine die akustische Wirkung des Ansauggeräuschdämpfers auch bei niederen und mittleren Drehzahlen deutlich verbessert ist.

Die Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß mehrere und unterschiedlich große Diffusoren am Ansauggeräuschdämpfer angeordnet sind. Ein Ansauggeräuschdämpfer mit mehreren und im Hinblick auf verschieden große Durchmesser unterschiedlich große Diffusoren weist dementsprechend viele und unterschiedliche Eigenresonanzen auf, wobei die kleinste Eigenresonanz durch den Diffusor mit den kleinsten Abmessungen bestimmt wird. Mit der Erfindung kann in vorteilhafter Weise eine im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine liegende Eigenresonanzfrequenz des Ansauggeräuschdämpfers erzielt werden, so daß mit der damit verbundenen, früher einsetzenden Dämpfung mit dem Ansauggeräuschdämpfer das Ansauggeräusch in wünschenswerter Weise gedämpft werden kann, ohne daß dabei ein Verlust an Drehmoment oder Leistung der Brennkraftmaschine hingenommen werden muß.

Zur Erzielung eines Ansauggeräuschdämpfers mit einer bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine liegenden Eigenresonanzfrequenz genügt es bereits, den Ansauggeräuschdämpfer mit zwei Diffusoren auszubilden, die bei etwa gleicher Länge verschieden große Strömungsquerschnitte aufweisen. Damit kann zum einen der Bauaufwand für den Ansauggeräuschdämpfer kleingehalten werden, und zum anderen eine niedrige Eigenfrequenz durch deutlich unterschiedliche Strömungsquerschnitte der beiden Diffusoren in Bezug zueinander erzielt werden.

Die bei parallel betriebenen Diffusoren des Ansauggeräuschdämpfers erfindungsgemäß erreichte Dämpfung des Ansauggeräusches kann weiter dadurch gesteigert werden, daß mindestens ein Diffusor mit einem last- und drehzahlabhängig steuerbaren Absperrorgan ausgerüstet ist. Vorzugsweise ist jeder Diffusor mit einem Absperrorgan ausgerüstet, wobei einer der beiden Diffusoren einen relativ kleinen Strömungsquerschnitt zur Erzielung eines günstigen Drehmomentverlaufes aufweist.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung der Erfindung bietet neben einer vorteilhaft wirkungsvollen Dämpfung des Ansauggeräusches den weiteren Vorteil einer drehmomentsteigernden Wirkung an der Brennkraftmaschine. Mit der Erfindung bietet sich somit der zusätzliche Vorteil, einen der beiden Diffusoren für einen optimalen Drehmomentverlauf im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Maschine auszubilden, wobei der andere Diffusor auf Leistung ausgelegt werden kann, ohne Hinnahme akustischer Nachteile im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine.

Zur Erzielung eines raschen Wechsels von einem Diffusor auf den anderen entsprechend einem Lastwechsel der Brennkraftmaschine ist mindestens ein Absperrorgan mit einem Stellmotor ausgerüstet, der über eine vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung ansteuerbar ist. Bei Verwendung eines Stellmotors ist es denkbar, beide Klappen mechanisch miteinander in Antriebsverbindung zu bringen. Für eine feinfühlig arbeitende Betätigung der Klappen kann jede der Klappen mit einem Stellmotor ausgerüstet sein. Als Stellgrößen können ein Luftmengen- oder Luftmassen-Signal, ein vom Saugrohrunterdruck abgeleitetes Signal oder der Saugrohrunterdruck direkt sowie ein Signal der Drehzahl der Brennkraftmaschine dienen.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ansauggeräuschdämpfers mit parallelgeschalteten Diffusoren,

Fig. 2, 3 jeweils einen Ansauggeräuschdämpfer mit abschaltbaren Diffusoren und einer der jeweiligen Gemischbildungseinrichtung entsprechenden Steuereinrichtung für die Absperrorgane der Diffusoren.

Ein schematisch und teilweise geschnitten dargestellter Ansauggeräuschdämpfer 1 umfaßt ein Gehäuse 2, das eine Dämpfungskammer 3 begrenzt. In der Dämpfungskammer 3 ist ein Luftfiltereinsatz 4 angeordnet. Stromab des Luftfiltereinsatzes 4 steht der Ansauggeräuschdämpfer 1 über eine Öffnung 5 im Gehäuse 2 mit dem übrigen, nicht dargestellten Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine in luftführender Verbindung.

Stromauf des Luftfiltereinsatzes 4 wird die Ansaugluft aus der freien Umgebung über unterschiedlich große Diffusoren 6 und 7 der Dämpfungskammer 3 zugeführt. Die Diffusoren 6 und 7 sind etwa von gleicher Länge und weisen, relativ zueinander, verschieden große Strömungsquerschnitte auf. Als Strömungsquerschnitt der Diffusoren 6 und 7 wird ein mittlerer Ansaugquerschnitt A _M verstanden. Die mittleren Strömungsquerschnitte A _{M 6} und A _{M 7} werden aus den einströmseitigen Querschnitten A₆₁ und A₇₁ sowie aus den kammerseitigen Querschnitten A₆₂ und A₇₂ bestimmt nach der Formel

Allgemein sind bei einem Ansauggeräuschdämpfer mit einem Diffusor dessen Länge und dessen mittlerer Strömungsquerschnitt sowie das Volumen der Dämpfungskammer des Ansauggeräuschdämpfers für die Eigenresonanzfrequenz f₀ wesentlich bestimmend. Bei Konstanthaltung zweier der vorgenannten Größen und einer Aufteilung der dritten Größe nach unterschiedlichen Werten können mit der Anzahl der Aufteilungen nach unterschiedlichen Werten ebensoviele Eigenresonanzfrequenzen f₀ für einen Ansauggeräuschdämpfer erzielt werden. Der Ansauggeräuschdämpfer 1 mit den Diffusoren 6 und 7 von unterschiedlichen, mittleren Strömungsquerschnitten A _{M 6} und A _{M 7} weist demnach zwei Eigenresonanzfrequenzen f₀₆ und f₀₇ auf. Die Größen der unterschiedlichen Strömungsquerschnitte A _{M 6} und A _{M 7} sind so gewählt, daß die Eigenresonanzfrequenz f₀₆ des Diffusors 6 in einem niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine liegt. Damit wird mit dem Ansauggeräuschdämpfer 1 eine Dämpfung des Ansauggeräusches in einem wegen des relativ hohen Drehmomentverlaufes beim Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeuges häufig benutzten Drehzahlbereich erzielt. Mit der gleichzeitigen bzw. parallelen Benutzung beider Diffusoren 6 und 7 über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine wird gegenüber einem Ansaugdämpfer mit nur einem Diffusor damit eine früher einsetzende Dämpfung des Ansauggeräusches erreicht.

Die Dämpfung des Ansauggeräusches kann weiter zusätzlich nach niederen Drehzahlen der Brennkraftmaschine dadurch verschoben werden, daß jeder Diffusor 8, 9 eines Ansauggeräuschdämpfers 10 jeweils mit einem Absperrorgan 11 bzw. 12 ausgerüstet ist, wobei die Absperrorgane 11 und 12 last- und drehzahlabhängig gesteuert werden. Jedes der Absperrorgane 11, 12 ist mit einem durch gestrichelte Linien versinnbildlichten Stellmotor 13, 14 ausgerüstet, der über eine vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung 15 ansteuerbar ist.

Mit den steuerbaren Klappen 11 und 12 ist es möglich, die Ansaugluft für die Brennkraftmaschine über den einen oder den anderen der unterschiedlich großen Diffusoren 8 und 9 der Brennkraftmaschine zuzuführen. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich ist die Klappe 11 des Diffusors 8 geöffnet, der relativ zum Diffusor 9 einen kleinen Strömungsquerschnitt aufweist. Der Diffusor 8 ist für diesen Drehzahlbereich in seinen geometrischen Abmessungen so abgestimmt, daß in diesem Drehzahlbereich bei Vollast ein günstiger Drehmomentverlauf erzielt wird. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine im oberen Drehzahlbereich wird die Klappe 12 des einen größeren Strömungsquerschnitt aufweisenden Diffusors 9 geöffnet, während die Klappe 11 des Diffusors geschlossen wird und somit dieser Diffusor abgeschaltet ist. Durch den getrennten Betrieb der Diffusoren 8 und 9 kann jeder der Diffusoren 8, 9 entsprechend seinem Einsatzbereich in seinen geometrischen Abmessungen bezüglich des Drehmomentes bzw. bezüglich der Leistung optimal ausgebildet werden. Durch die unterschiedlichen geometrischen Abmessungen ergeben sich ferner zwei unterschiedliche Eigenresonanzfrequenzen f₀₈ und f₀₉, wobei f₀₈ sehr klein ist. Damit wird bei dem Ansauggeräuschdämpfer 10 schon ab kleinen Drehzahlen eine hohe Dämpfungswirkung erreicht, und damit der Pegel des Ansauggeräusches niedrig gehalten.

In Fig. 2 ist weiter mit 16 ein Teil einer Ansauganlage der nicht gezeigten Brennkraftmaschine bezeichnet. Mit dem Teil der Ansauganlage 16 in Wirkverbindung steht ein Gerät 17 einer Gemischbildungsanlage. Bei einer Brennkraftmaschine mit elektronischer Einspritzung ist das Gerät 17 ein Luftmengenmesser, der über eine Leitung 18 ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung 15 liefert. Dieses Luftmengensignal auf der Leitung 18 wird mit einem Drehzahl-Signal der Brennkraftmaschine auf einer Leitung 19 in der Steuereinrichtung 15 verarbeitet zu einem Ausgangssignal an einen Verstärker 20, zur Ansteuerung des einen oder anderen Stellmotors 13, 14.

Erfolgt bei einer Brennkraftmaschine die Gemischbildung über einen Vergaser, so kann das Gerät 17 ein Sensor sein, der ein dem jeweiligen Saugrohrunterdruck entsprechendes Signal über die Leitung 18 an die Steuereinrichtung 15 abgibt, wobei die weitere Signalverarbeitung analog zur vorbeschriebenen Steuerung abläuft.

Fig. 3 zeigt einen Ansauggeräuschdämpfer 10 mit pneumatischen Stellmotoren 21 und 22 für die Absperrorgane 11 und 12. Die Stellmotore 21 und 22 werden über den Saugrohrunterdruck stromab des als Vergaser ausgebildeten Gerätes 17 in dem Teil 16 der nicht weiter gezeigten Ansauganlage der Brennkraftmaschine betätigt. Zwischen einer ansaugseitigen Unterdruckleitung 23 und Steuerleitungen 24 und 25 zu den Stellmotoren 21 und 22 ist ein steuerbares Ventil 26 angeordnet. Das Ventil 26 wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 27 angesteuert, die mit Signalen über die Drosselklappenstellung und die Drehzahl der Brennkraftmaschine versorgt wird.

Claims

1. Ansauggeräuschdämpfer, insbesondere für Brennkraftmaschinen,

- mit einem eine Dämpfungskammer (3) begrenzenden Gehäuse (2) und
- einem die Ansaugluft aus der freien Umgebung der Dämpfungskammer zuführenden Diffusor,

dadurch gekennzeichnet,

- daß mehrere und unterschiedlich große Diffusoren (6, 7; 8, 9) angeordnet sind.

2. Ansauggeräuschdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Diffusoren (6, 9; 8, 9) von etwa gleicher Länge und verschieden großen Strömungsquerschnitten (A _{M 6}, A _{M 7}) angeordnet sind.

3. Ansauggeräuschdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Diffusor (8, 9) mit einem last- und drehzahlabhängig steuerbaren Absperrorgan (11, 12) ausgerüstet ist.

4. Ansauggeräuschdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß jeder Diffusor (8, 9) mit einem Absperrorgan (11, 12) ausgerüstet ist, wobei
- einer der beiden Diffusoren (8) einen relativ kleinen Strömungsquerschnitt für einen günstigen Drehmomentverlauf der Brennkraftmaschine aufweist.

5. Ansauggeräuschdämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß mindestens ein Absperrorgan (11, 12) mit einem Stellmotor (13, 14; 21, 22) in Antriebsverbindung steht,
- der über eine elektronische und/oder pneumatische Steuereinrichtung (15; 26, 27) ansteuerbar ist.