DE4013848A1

DE4013848A1 - Einrichtung zur daempfung des ansauggeraeusches bei dieselmotoren

Info

Publication number: DE4013848A1
Application number: DE4013848A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Feldinger
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-04-30
Filing date: 1990-04-30
Publication date: 1991-10-31
Also published as: JPH04228867A; US5161513A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung des Ansauggeräusches bei Dieselmotoren.

Das Ansauggeräusch infolge von Druckpulsationen im Luftansaug trakt wird insbesondere im Leerlauf- und Teillastbetrieb von Brennkraftmaschinen als unangenehm empfunden, während im Vollastbetrieb das Ansauggeräusch von anderen Geräuschquellen dominiert wird. Bei Dieselmotoren ist wegen der fehlenden Drosselklappe und damit des unveränderlichen schallabstrahlenden Querschnittes im Luftansaugtrakt das Ansauggeräusch recht hoch. Zur Dämpfung des Ansauggeräusches werden vielfach externe Schalldämpfer verwendet, die neben zusätzlichen Kosten erhebli chen Raumbedarf erfordern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, mit der das Ansauggeräusch bei Dieselmotoren über einen weiten Betriebsbereich mit einfachen baulichen Mitteln wirksam gedämpft werden kann.

Die Erfindung schlägt hierzu eine Einrichtung zur Dämpfung des Ansauggeräusches bei Brennkraftmaschinen vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im Luftansaugtrakt des Dieselmotors eine konvergent-divergente Düse angeordnet ist, deren Durchtritts querschnitt mittels eines lastabhängig verstellbaren Drosselkör pers regelbar ist. Die Regelung des Düsendurchtrittsquerschnit tes hat dabei so zu erfolgen, daß eine Optimierung der Brenn kraftmaschine hinsichtlich der gegenläufigen Größen des effekti ven Kraftstoffverbrauches b_e und des Lärmverhaltens der Brenn kraftmaschine erfolgt. So führt eine Reduzierung des Düsen durchtrittsquerschnittes zwar zu einer Verringerung der schall abstrahlenden Querschnitte und damit zu einer Lärmreduzierung, bedingt aber eine Erhöhung des effektiven Kraftstoffverbrauches. Von besonderem Vorteil ist in diesem Zusammenhang die Geräusch dämpfung mittels einer konvergent-divergenten Düse, die sicher stellt, daß bei relativ geringem Düsendurchtrittsquerschnitt keine relevante Ablösung und Verwirbelung der Strömung erfolgt und so eine gute Zerstäubungsqualität beim nachfolgenden Einspritzen gewährleistet ist. Im Gegensatz hierzu wird eine einfache Drosselklappe wegen der größeren Druckverluste einen vergrößerten Durchtrittsquerschnitt bedingen bei dadurch verminderter Geräuschdämpfung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Drosselkörper im wesentlichen zusammen mit einem Faltenbalg eine Kammer bildet, deren Volumen kammerdruckabhängig regelbar ist, sowie ein Regler vorgesehen ist, der den Drosselkörper durch den geregelten Druck p_K in der Kammer in eine solche Stellung überführt, daß der Luftdruck p_S im Saugrohr bis 100 mbar, vorzugsweise etwa 60 mbar geringer ist als der Umgebungsdruck p_o. Durch die Regulierung des Kammerdruckes erfolgt die Verstel lung des Drosselkörpers im Düsenkörper und damit die Veränderung des Durchtrittsquerschnittes der Düse, in dem Sinne, daß sich bei hohem Kammerdruck ein geringer Durchtrittsquerschnitt und in der Folge ein niedriger Saugrohrdruck p_S einstellt, während ein niedriger Kammerdruck p_K zu einem großen Durchtrittsquerschnitt und erhöhtem Saugrohrdruck p_S führt. Ein relativ niedrigerer Saugrohrdruck führt wegen des hohen Druckgefälles und damit der hohen Strömungsgeschwindigkeit zu der vergrößerten Dämpfung des Ansauggeräusches bzw. wegen des kleineren schallabstrahlenden Querschnittes zu einer relativ hohen Dämpfung des Ansauggeräu sches, während die Dämpfung bei einem relativ weniger erniedrig ten Saugrohrdruck zwar auch noch eine Dämpfung des Ansauggeräu sches nach sich zieht, die aber geringer ist.

Die Erfindung macht sich somit die Erkenntnis zunutze, daß bei Dieselmotoren der Durchtrittsquerschnitt im Ansaugtrakt über einen weiten Lastbereich reduziert werden kann, ohne daß ein großer Verlust an Liefergrad und des effektiven Kraftstoffver brauchs für die Verbrennung zu verzeichnen ist. Die Verminderung der Dämpfung stellt aber dennoch eine Verbesserung gegenüber bekannten Einrichtungen zur Dämpfung des Ansauggeräusches bei Brennkraftmaschinen dar, weil bei der erfindungsgemäßen Einrich tung die Möglichkeit besteht, den Durchtrittsquerschnitt entsprechend dem Luftbedarf der Brennkraftmaschine zu regeln, so daß immer nur ein solcher Durchtrittsquerschnitt der Düse bereitgestellt wird, der für eine optimale Verbrennung bei gutem effektiven Kraftstoffverbrauch benötigt wird. Bei Vollast schließlich ist der Durchtrittsquerschnitt der Düse maximal, wobei dann aber das ungedämpfte Ansauggeräusch in den Hinter grund tritt, beispielsweise weil sich in einem fahrenden Fahrzeug die Fahrgeräusche lauter bemerkbar machen können als die Ansauggeräusche des Dieselmotors.

Vorteilhaft sollte der Kammerdruck p_K mittels eines Servodruckes p_p einer Unterdruckpumpe erzeugt werden. Hierzu bietet sich insbesondere die bei Diesel-Personenkraftwagen vorhandene Unterdruckpumpe an, die zur Betätigung der Bremsen dient. Im Vollastbereich des Dieselmotors sollte die Regelung des Drossel körpers ausgeschaltet werden, so daß, wie zuvor beschrieben, der Drosselkörper einen maximalen Durchtrittsquerschnitt der Düse freigibt.

Eine besondere konstruktive Ausgestaltung sieht vor, daß die Düse als Radialdüse und der Drosselkörper als Drosselplatte ausgebildet ist. Letztere ist zweckmäßig zu einem stromabwärts im Saugrohr des Ansaugtraktes angeordneten, umströmten Gehäuse verschieblich geführt und es ist zwischen dem Boden des Gehäuses und der Drosselplatte ein Faltenbalg angeordnet, sowie eine Druckleitung vom Regler zur Kammer vorgesehen.

Zur Verbesserung der Dämpfung des Ansauggeräusches sollte zusätzlich ein Luftfilter vorgesehen sein, der die Radialdüse umgibt.

Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, die Einrichtung zur Dämpfung des Ansauggeräusches mit einer Einrichtung zur Steue rung der Abgasrückführung zu kombinieren, derart, daß die Stellung des Drosselkörpers sowie der Druck P_O und die Lufttempe ratur T_O vor der Düse erfaßt werden. Die genannten Größen sind ein Maß für die bei der Abgasrückführung der angesaugten Frischluft beizumischende Restgasmenge.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der einzigen Figur dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsge mäßen Einrichtung zur Dämpfung des Ansauggeräusches bei einem Dieselmotor, die mit einer Einrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung gekoppelt ist.

Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform umschließt ein üblicher Luftfilter 1 einen Düsenkörper 2, der zusammen mit einem als Drosselplatte 3 ausgebildeten Drosselkörper eine konvergent-divergente Radialdüse 4 bildet. Diese mündet über einen erweiterten Bereich 5 des Ansaugtraktes in das eigentliche Saugrohr 6. Im erweiterten Bereich 5 ist stromabwärts der Drosselplatte 3 ein von dieser abgedecktes und von der Ansaug luft umströmtes Gehäuse 7 angeordnet. Mehrere radial sich erstreckende Stege 8 verbinden das Gehäuse 7 mit dem erweiterten Bereich 5 und geben damit die definierte Lage des Gehäuses 7 im erweiterten Bereich 5 vor. Mit dem Boden 9 des Gehäuses ist ein Ende eines Faltenbalges 10 verbunden, dessen anderes Ende mit der Gehäuseseite der Drosselplatte 3 verbunden ist. Aufgrund der Eigenstabilität des Faltenbalges 10 ist die Drosselplatte relativ zum Gehäuse verschieblich geführt, derart, daß sie bei eingeschobener Position und damit großem Durchtrittsquerschnitt im engsten Bereich der Düse an dem als Anschlag fungierenden Gehäuse 7 außen bündig anliegt und in ihrer ausgefahrenen Position bei geringem Durchtrittsquerschnitt bezüglich des Gehäuses 7 vorsteht.

Die Figur verdeutlicht schematisch, daß zur zwischen dem Faltenbalg 10, dem Boden 9 des Gehäuses 7 und der Drosselplatte 3 gebildeten Kammer 1 eine Luftsteuerleitung 12 und zum erwei terten Bereich 5 des Ansaugtraktes auf Höhe der Stege eine weitere Luftsteuerleitung 13 führt. Beide Luftsteuerleitungen 12 und 13 sind mit einem Regler 14 verbunden, der über eine weitere Luftsteuerleitung 15 mit einer nicht gezeigten Unterdruckpumpe verbunden ist. Eine letzte, mit dem Regler 14 verbundene Luftsteuerleitung 16 wirkt mit einem Zweiwegeventil 17 zusammen, das an Umgebungsdruck p_o legbar ist. Das Zweiwegeventil 17 ist mittels eines Gaspedales 18 gegen die Kraft einer Feder 19 ansteuerbar, dahingehend , daß im Leerlauf-/Teillastbetrieb die Luftsteuerleitung 16 an Umgebungsdruck p_o liegt, hingegen bei Vollast die Luftsteuerleitung 16 gesperrt ist.

Die insoweit beschriebene Einrichtung bildet Bestandteil eines Dieselmotors, dessen Unterdruckpumpe, die üblicherweise zur Betätigung der Bremsen Verwendung findet, einen Unterdruck p von etwa 400 mbar bezogen auf Umgebungsdruck p_o liefert. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Dämpfung des Ansauggeräusches wird nun der Druck p_S im erweiterten Bereich 5 des Ansaugtraktes, der nachfolgend der Einfachheit halber als Saugrohrdruck bezeichnet wird, so geregelt, daß er etwa 100 mbar, vorzugsweise etwa 60 mbar geringer ist als der Umgebungsdruck p_o. Dies erfolgt über den Regler 14, derart, daß ein Kammerdruck mit einer relativ geringen Druckabsenkung gegenüber p_o zu einem relativ großen Volumen der Kammer 11 und damit geringem engsten Durch trittsquerschnitt der Düse 4 führt, hingegen ein gegenüber p_o relativ stark abgesenkter Kammerdruck p_K zu einer Vergrößerung des engsten Durchtrittsquerschnittes der Düse 4. Wird schließ lich im Vollastbereich die Luftsteuerleitung 16 mittels des Zweiwegesystems 17 unterbrochen, liegt nur der niedrige Servo druck p_p am Regler 14 an und es wirkt damit ein niedriger Kammerdruck in der Kammer 11, so daß sich ein maximaler engster Durchtrittsquerschnitt in der Düse 4 einstellt.

Nicht näher verdeutlicht, da nicht erfindungswesentlich, ist in der Figur die besondere Ausgestaltung der Meßorgane. So können die Drücke mittels üblicher Meßorgane erfaßt werden, die Erfassung der Stellung x der Drosselplatte 3 zur Regelung der Abgasrückführung kann mittels eines Potentiometers erfolgen, die Ableitung des Potentiometerwertes könnte über das Gehäuse und einen der Stege 8 nach außen zu einer elektronischen Einrichtung erfolgen, entsprechendes gilt für die Ableitung des Druckes p_K über die Luftsteuerleitung 12 zum Regler 14. Die Erfassung von Druck p_o und Temperatur T_O sollte zwischen Luftfilter 1 und Düse 4 erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Luftfilter
2 Düsenkörper
3 Drosselplatte
4 Radialdüse
5 erweiterter Bereich des Ansaugtraktes
6 Saugrohr
7 Gehäuse
8 Steg
9 Boden
10 Faltenbalg
11 Kammer
12 Luftsteuerleitung
13 Luftsteuerleitung
14 Regler
15 Luftsteuerleitung
16 Luftsteuerleitung
17 Zweiwegeventil
18 Gaspedal
19 Feder
20 Anschlag
p₀ Umgebungsdruck
p_S Saugrohrdruck
p_K Kammerdruck
p_p Servodruck
p_L Druck im engsten Querschnitt der Düse
T₀ Umgebungstemperatur
x Stellung des Drosselkörpers

Claims

1. Einrichtung zur Dämpfung des Ansauggeräusches bei Dieselmo toren, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftansaugtrakt (1, 5, 6) des Dieselmotors eine konvergent-divergente Düse (4) angeordnet ist, deren Durchtrittsquerschnitt mittels eines lastabhängig verstellbaren Drosselkörpers (3) regelbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (3) im wesentlichen zusammen mit einem Faltenbalg (10) eine Kammer (11) bildet, deren Volumen kammerdruckabhängig regelbar ist, sowie ein Regler (14) vorgesehen ist, der den Drosselkörper (3) durch den geregel ten Druck p_K in der Kammer (11) in eine solche Stellung überführt, daß der Luftdruck p_S im Saugrohr (5, 6) etwa 100 mbar, vorzugsweise etwa 60 mbar geringer ist als der Umgebungsdruck p_o.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerdruck p_K mittels eines Servodruckes p_p einer Unter druckpumpe erzeugt wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Vollastbereich der Brennkraftmaschine die Regelung des Drosselkörpers (3) ausgeschaltet wird, derart, daß der Drosselkörper (3) in dessen Schaltzustand einen maximalen Durchtrittsquerschnitt der Düse (4) frei gibt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse als Radialdüse (4) und der Drosselkörper als Drosselplatte (3) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselplatte (3) vor einem stromabwärts im Saugrohr (5, 6) des Ansaugtraktes (1, 5) angeordneten, umströmten Gehäuse (7) verschieblich geführt ist und zwischen dem Boden (9) des Gehäuses (7) und der Drosselplatte (3) der Faltenbalg (10) angeordnet, sowie eine Druckleitung (12) vom Regler (14) zur Kammer (11) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) mit einem Anschlag (20) für die Drosselplat te (3) zu deren Anlage bei maximalem Durchtrittsquerschnitt der Düse (4) versehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialdüse (4) von einem radial nach innen durch strömten Luftfilter (1) umschlossen wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Einrichtung für die Ansaugluftmassenmessung vorgesehen ist, derart, daß die Stellung des Drosselkörpers (3) mittels eines Stellungsanzeigers (x) erfaßt wird.