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Technisches Gebiet, in
welches die Erfindung fällt
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ansaugkrümmer für eine Brennkraftmaschine,
beispielsweise einen Kraftfahrzeugmotor, und insbesondere die Schallisolierung
bei Luftansaugrohren, die einen Ansaugkrümmer bilden.
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Stand der
Technik
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Ein
Ansaugkrümmer
für eine
Brennkraftmaschine umfasst mehrere Luftansaugrohre, welche mit entsprechenden
Zylindern eines Mehrzylinder-Motors verbunden sind und zu Gruppen
oder einer einzigen Anordnung gebündelt sind, um ein Unterbrechen
der Ansaugluft zu verhindern und die Ansaugluft gleichmäßig zu verteilen,
siehe zum Beispiel
EP 0
251 180 A .
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7 zeigt
einen typischen Ansaugkrümmer für eine Brennkraftmaschine,
auf welchen die vorliegende Erfindung angewendet wird. Wie in 7 gezeigt
umfasst ein Ansaugkrümmer 1' einen Sammler 2,
eine Luftansaugrohrhalterung 4 und mehrere Luftansaugrohre 3'. Der Sammler 2 und
die Luftansaugrohrhalterung 4 sind durch die Luftansaugrohre 3' miteinander
verbunden. Jedes der Luftansaugrohre 3' besteht aus einem Metallrohr,
beispielsweise einem Aluminiumrohr, und ist zu einer vorbestimmten Form
gebogen. Beide Enden jedes Luftansaugrohrs 3' sind fest mit dem Sammler 2 bzw.
der Luftansaugrohrhalterung 4 verbunden.
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Der
vorstehend beschriebene herkömmliche Ansaugkrümmer bringt
folgende Probleme mit sich. Demnach erfährt jedes Luftansaugrohr 3' des Ansaugkrümmers 1' von der Ansaugseite
des Motors Schallübertragung
(die durch das Pulsieren der Ansaugluft oder mechanische Schwingungen
im Motor verursacht werden kann) und der Schall wiederum breitet
sich zur Außenseite
des Luftansaugrohrs 3' aus
bzw. dissipiert dorthin. Zur Dämpfung
dieses ausgebreiteten oder dissipierten Schalls wird ein Verfahren
eingesetzt, bei dem die Luftansaugrohre 3' mit einer schallisolierenden Abdeckung
bedeckt werden, die aus einem Kunstharzmaterial oder aus einem zweischichtigen
Stahl- oder Aluminiumblech besteht.
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Die
schallisolierende Abdeckung kann aber die Kosten in die Höhe treiben,
und in manchen Fällen
ist das Erscheinungsbild der mit der isolierenden Abdeckung abgedeckten
Luftansaugrohre 3' für den Kraftfahrzeugmotor
nicht günstig.
Alternativ können die
Luftansaugrohre 3' vollständig mit
schallisolierenden Materialien bedeckt werden. Aber auch in diesem
Fall werden die Kosten größer. Ferner
wird die Wärmeableitung
erheblich gestört.
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die obigen Gesichtspunkte
und soll einen Ansaugkrümmer
für eine
Brennkraftmaschine an die Hand geben, bei welchem ausgebreiteter
oder dissipierter Schall aus den Luftansaugrohren effektiv gedämpft werden
kann, ohne die Luftansaugrohre mit einer separaten isolierenden
Abdeckung oder einem schallisolierendem Material abzudecken.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Nach
der Erfindung gemäß Anspruch
1 wird ein Ansaugkrümmer
für eine
Brennkraftmaschine an die Hand gegeben, welcher einen Sammler, eine Luftansaugrohrhalterung
sowie mehrere zwischen dem Sammler und der Luftansaugrohrhalterung
verbindende Luftansaugrohre umfasst, wobei jedes Luftansaugrohr
durch Biegen eines im Wesentlichen geraden doppelten Metallrohrs
mit glatten Rohroberflächen
hergestellt wird, welches ein äußeres Rohr und
ein inneres Rohr mit zueinander unterschiedlichen Eigenfrequenzen
und mit einem Abstand dazwischen von gleich oder kleiner 0,2 mm
aufweist, so dass sich das äußere Rohr
und das innere Rohr an einem Zwischenbereich lokal gleitend berühren, und wobei
das äußere Rohr
und das innere Rohr an beiden Enden durch Hartlöten miteinander verbunden sind.
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Nach
der Erfindung gemäß Anspruch
1 berühren
sich zwar das äußere Rohr
und das innere Rohr des Luftansaugrohrs lokal gleitend an dem Zwischenbereich,
doch wird zwischen dem äußeren Rohr
und dem inneren Rohr an Teilen mit Ausnahme des Zwischenbereichs
eine Luftschicht mit einer Dicke von gleich oder kleiner 0,2 mm
ausgebildet.
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Daher
kann zusätzlich
zur Schallisolierungswirkung, die durch die Luftschicht erzielt
werden kann, die Schalldämpfungswirkung
durch die relative Gleitbewegung zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren
Rohr an deren Kontaktpunkt erzielt werden. Da das äußere Rohr
und das innere Rohr zueinander unterschiedliche Eigenfrequenzen
aufweisen, kann somit die relative Gleitbewegung zwischen diesen
am Kontaktpunkt die Schwingungen dämpfen. Dadurch kann verglichen
mit einen herkömmlichen Einzelrohraufbau,
der eine Wanddicke gleich einer Summe der beiden – des äußeren und
inneren – Rohrs
hat, von den Luftansaugrohren hergeleiteter ausgebreiteter oder
dissipierter Schall erheblich gedämpft werden.
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Erfindungsgemäß kann von
den Luftansaugrohren ausgebreiteter oder dissipierter Schall ohne den
Einsatz einer separaten Abdeckung oder eines schallisolierenden
Materials effektiv gedämpft
werden. Dies lässt
eine Verbesserung der Geräuscharmut
der Brennkraftmaschine zu und ist bezüglich Kosten, Erscheinungsbild
und Wärmeableitung
gegenüber
der herkömmlichen
Verwendung einer separaten Abdeckung oder eines schallisolierenden
Materials zum Abschirmen der Luftansaugohre vorteilhaft.
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Da
das äußere Rohr
und das innere Rohr des Luftansaugrohrs ferner an beiden Enden durch Hartlöten miteinander
verbunden sind, können
das äußere Rohr
und das innere Rohr eine mögliche
Belastung, die allgemein an den Enden des Luftansaugrohrs konzentriert
sein kann, gemeinsam tragen, so dass die Festigkeit des Luftansaugrohrs
beträchtlich verbessert
werden kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittansicht eines Zwischenbereichs eines Ansaugkrümmers für eine Brennkraftmaschine
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführung;
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2 ist
eine Längsschnittansicht
des Zwischenbereichs des Ansaugkrümmers für die Brennkraftmaschine nach
der erfindungsgemäßen Ausführung;
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3 ist
eine Querschnittansicht eines Endes des in 1 gezeigten
Luftansaugrohrs;
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4 ist
eine Längsschnittansicht
eines Endes des Luftansaugrohrs;
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5 ist
ein Kurvendiagramm, welches ein Ergebnis eines Experiments zur Beziehung
zwischen der Schalldämpfung
und der Größe eines
Freiraums zwischen einem äußeren Rohr
und einem inneren Rohr der Ausführung
zeigt;
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6 ist
eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren für das Messen
der Schallisolierungswirkung zeigt, das eingesetzt wurde, um das
in 5 gezeigte Ergebnis des Experiments zu erhalten;
und
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7 ist
eine Ansicht eines typischen Ansaugkrümmers für eine Brennkraftmaschine,
bei welchem die vorliegende Erfindung einsetzbar ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführung
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Nun
wird eine erfindungsgemäße Ausführung unter
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1, 2, 3 und 4 zeigten
den Aufbau eines Ansaugkrümmers
für eine
Brennkraftmaschine nach der erfindungsgemäßen Ausführung. 5 und 6 zeigen
das Ergebnis von Experimenten, die für den Nachweis der Wirkung
der Ausführung
ausgeführt
wurden. In der in 1, 2, 3 und 4 gezeigten
Ausführung
sind gleiche Bestandteile mit den gleichen Ziffern des in 7 gezeigten
typischen Ansaugkrümmers
für eine
Brennkraftmaschine bezeichnet und werden daher in Verbindung mit 7 beschrieben.
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Wie
in 7 gezeigt, umfasst ein Ansaugkrümmer 1 einen
Sammler 2, eine Luftansaugrohrhalterung 4 und
mehrere Ansaugrohre 3'.
Der Sammler 2 und die Luftansaugrohrhalterung 4 sind
durch die Luftansaugrohre 3' verbunden.
Der Sammler 2 und die Luftansaugrohrhalterung 4 sind
durch die Luftansaugrohre 3 miteinander verbunden. Jedes Luftansaugrohr 3 ist
zu einer vorbestimmten Form gebogen. Beide Enden des Luftansaugrohrs 3 sind durch
Hartlöten
oder ähnliche
Maßnahmen
fest mit dem Sammler 2 bzw. der Luftansaugrohrhalterung 4 verbunden.
Mit der Ziffer 5 ist in 7 ein Rohr
für vorbeistreichendes
Gas bezeichnet.
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Der
Zwischenbereich jedes Luftansaugrohrs 3 des Ansaugkrümmers 1 dieser
Ausführung
ist wie in 1 und 2 gezeigt
konfiguriert. Beide Enden jedes Luftansaugrohrs 3 sind
wie in 3 und 4 gezeigt konfiguriert. Im Einzelnen
wird das Luftansaugrohr 3 durch Biegen eines im Wesentlichen
geraden Doppelrohrs aus Metall (beispielsweise Aluminium), das ein äußeres Rohr 3a und
ein inneres Rohr 3b mit einem Freiraum 3c dazwischen
aufweist, hergestellt, wobei der Freiraum mit gleich oder kleiner 0,2
mm festgelegt wird, so dass das äußere Rohr 3a und
das innere Rohr 3b sich an dem Zwischenbereich des Luftansaugrohrs 3 lokal
berühren.
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Das äußere Rohr 3a und
das innere Rohr 3b sind insbesondere so gebogen, dass sie
sich an einem Berührungspunkt 3e (1)
berühren
(ohne aneinander befestigt zu sein), während sie eine kurze Strecke
im Verhältnis
zueinander gleiten können. Hier
sind, wie in 4 gezeigt, das äußere Rohr 3a und
das innere Rohr 3b durch Hartlöten an den Punkten 3d an
beiden Enden miteinander verbunden.
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Der
Innendurchmesser des Innenrohrs 3b wird abhängig von
der Strömungsgeschwindigkeit von
Luft im inneren Rohr 3b festgelegt. Sowohl die Wandstärke des äußeren Rohrs 3a als
auch die Wandstärke
des inneren Rohrs 3b werden so festgelegt, dass ihre Eigenfrequenzen
sich ausreichend voneinander unterscheiden und dass die erforderliche
mechanische Festigkeit, die für
die Gesamtheit der Luftansaugrohre 3 benötigt wird,
sichergestellt wird. Das äußere Rohr 3a kann
zum Beispiel eine Wandstärke
von 0,8 mm haben, während
der Innendurchmesser und die Wandstärke des inneren Rohrs 3b 36
mm bzw. 1,2 mm betragen kann. In 1, 2, 3 und 4 sind
das Verhältnis
der Wandstärke;
zum Innendurchmesser und das Verhältnis des Abstands zum Innendurchmesser
zur Veranschaulichung übertrieben
dargestellt.
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Falls
die Rohrgesamtlänge
des im Wesentlichen geraden Doppelrohrs bis zu 500 mm beträgt, kann
es durch folgenden Prozess hergestellt werden: zuerst wird der Außenumfang
des äußeren Rohrs 3a durch
Klemmvorrichtungen festgehalten. Dann wird das innere Rohr 3b mit
einem Außendurchmesser, der
etwas kleiner als die erwünschte
fertige Größe ist,
in das äußere Rohr 3a eingeführt. Ein
Druck, zum Beispiel 10 bis 30 MPa, wird im inneren Rohr 3b induziert,
um dessen Durchmesser zu vergrößern, bis der
Freiraum 3c gebildet ist.
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Nun
werden die Arbeitsweise und die Wirkung der Ausführung mit dem obigen Aufbau
erläutert.
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Nach
dieser Ausführung
berühren
sich das äußere Rohr 3a und
das innere Rohr 3b jedes Luftansaugrohrs 3 am
Zwischenbereich des Luftansaugrohrs 3 lokal. Zusätzlich wird
an Teilen mit Ausnahme des Kontaktpunkts eine Luftschicht mit einer
Dicke gleich oder kleiner als etwa 0,2 mm zwischen dem äußeren Rohr 3a und
dem inneren Rohr 3b gebildet. Dies kann nicht nur die Schallisolierungswirkung
aufgrund des Vorhandenseins der Luftschicht erzeugen, sondern auch
die Schwingungsdämpfungswirkung aufgrund
der relativen Gleitbewegung zwischen dem äußeren Rohr 3a und
dem inneren Rohr 3b am Kontaktpunkt.
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Da
im Einzelnen das äußere Rohr 3a und das
innere Rohr 3b zueinander unterschiedliche Eigenfrequenzen
aufweisen, kann die relative Gleitbewegung am Kontaktpunkt 3e zwischen
den beiden Rohren 3a und 3b Schwingungen dämpfen. Hier kann
die Schwingungsdämpfungswirkung
aufgrund der relativen Gleitbewegung zwischen dem äußeren Rohr 3a und
dem inneren Rohr 3b durch Verändern der Eigenfrequenzen eines
der beiden Rohre 3a und 3b angepasst werden, zum
Beispiel durch geeignetes Festlegen der Wandstärke.
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Zusätzlich zu
dem Eigenfrequenzunterschied besteht auch ein Unterschied darin,
dass das äußere Rohr 3a die Übertragung
hauptsächlich
mechanischer Schwingungen von der Brennkraftmaschine erfährt, während das
innere Rohr 3b unter Schwingungen aufgrund des Pulsierens
der Ansaugluft zusätzlich
zu den mechanischen Schwingungen leidet. Es wird in Betracht gezogen,
dass diese Ereignisse auch durch die Schwingungsdämpfungswirkung
verbessert werden, die durch die relative Gleitbewegung am Kontaktpunkt
zwischen den beiden Rohren 3a und 3b erhalten
wird.
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Dementsprechend
ermöglicht
die erfindungsgemäße Ausführung die
wirksame Dämpfung des
ausgebreiteten und dissipierten Schalls, der aus den Luftansaugrohren 3 stammt,
ohne dass die Luftansaugrohre 3 mit einer separaten Abdeckung oder
einem schallisolierenden Material bedeckt werden müssen. Dies
kann die Geräuscharmut
der Brennkraftmaschine verbessern, und diese Ausführung ist
bezüglich
Kosten, Erscheinungsbild und Wärmeableitungsleistung
gegenüber
der Technik des Abdeckens des Luftansaugrohrs 3 mit einer
separaten Abdeckung oder einem schallisolierenden Material vorteilhaft.
Zum Beispiel kann die Kostensteigerung aufgrund des Integrierens
des Doppelrohraufbaus im Wesentlichen halb so groß wie die Kostensteigerung
aufgrund des Integrierens einer typischen Harzabdeckung sein.
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Da
das äußere Rohr 3a und
das innere Rohr 3b an beiden Enden durch Hartlöten an den
Punkten 3d miteinander verbunden werden, können sie
eine mögliche
Belastung gemeinsam tragen, die dazu neigt, sich an den Enden jedes
Luftansaugrohrs 3 (oder den Befestigungsteilen an dem Sammler 2 und an
der Luftansaugrohrhalterung 4) zu konzentrieren, was somit
die physikalische Festigkeit beträchtlich verbessert.
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[Experiment]
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5 ist
ein Kurvendiagramm, welches das experimentelle Ergebnis der Beziehung
zwischen der Schalldämpfung
(dB) und dem Freiraum 3c (mm) zwischen dem äußeren Rohr 3a und
dem inneren Rohr 3b des Luftansaugrohrs 3 zeigt.
Wie in 6 gezeigt wurde das Experiment mit einem Ansaugkrümmer 1 für einen
Vierzylinder-Benzinmotor
eines Kraftfahrzeugs mit 1.800 ccm durchgeführt, und das Experiment wurde
durch Messen des Schalldruckpegels (A Modus) an einer Position 10
cm entfernt von dem Zwischenbereich des Luftansaugrohrs 3 ausgeführt.
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Die
anderen Bedingungen des Experiments sind wie folgt:
Verschiedene
Maße des
Luftansaugrohrs: Länge
= 400 mm; Biegungsradius = 60 mm; Innendurchmesser des inneren Rohrs
= 36 mm; Wandstärke
des inneren Rohrs = 1,2 mm; Wandstärke des äußeren Rohrs = 0,8 mm.
Betriebsbedingungen
des Motors: 400 U/min. bei voll geöffneter Drosselklappe.
Instrument
für das
Messen des Schalldrucks: Schallpegelmesser mit einem Kondensatormikrofon
(JIS Klasse 1).
Gemessener Frequenzbereich des Schalldrucks:
16 bis 20.000 Hz (für
den Menschen hörbarer
Bereich).
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Bezüglich 5 werden
die Messungen der Schalldämpfung
(dB) (in jedem Fall dreimal) im Verhältnis zu allmählichen Änderungen
des Freiraums 3c um 0,1 mm aufgetragen, unter Bezug auf
den Bezugspegel (0 dB) bei Luftansaugrohren eines Einzelrohraufbaus
mit einer Wandstärke,
die gleich der Summe der Wandstärke
des inneren und äußeren Rohrs
ist (1,2 mm + 0,8 mm = 2,00 mm) ist.
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Nach
den in 5 gezeigten Ergebnissen liegt die Schalldämpfung bei
etwa –2
dB, wenn der Freiraum 3c gleich oder kleiner als 0,2 mm
ist (0,2 mm und 0,1 mm bei dem Experiment), was eindeutig größer als –1,3 dB
ist, wenn der Freiraum 3c 0,2 mm übersteigt. Somit hat das Experiment
die erfindungsgemäße Schalldämpfungswirkung
nachgewiesen.
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Der
Schalldämpfungspegel
wird gesenkt, wenn der Freiraum 3c 0,2 mm übersteigt.
Diese Abnahme kann verursacht werden, weil das äußere Rohr 3a und das
innere Rohr 3b sich nicht länger berühren, selbst nachdem sie gebogen
wurden, was dazu führt,
dass die Schalldämpfungswirkung
durch die relative Gleitbewegung nicht erreicht werden kann. Wenn
der Freiraum 3c 0,5 mm übersteigt,
wird die Schalldämpfung
aufgrund der schallisolierenden Wirkung der Luftschicht, welche
nun an Dicke zunimmt, etwas zurückgeworfen
wird.
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Die
Größen des äußeren Rohrs 3a und
des inneren Rohrs 3b des Luftansaugrohrs 3 sind
nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt. Wenn das äußere Rohr 3a und
das innere Rohr 3b zum Beispiel aus Aluminium bestehen,
kann ihr Außendurchmesser
jeweils bevorzugt etwa 25 bis 50 mm und etwa 20 bis 48 mm sein.
Die Wandstärke
der Rohre 3a und 3b kann bei jeweils 0,5 bis 2,5
mm liegen.