EP0242797B1 - Ansauggeräuschdämpfer, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Ansauggeräuschdämpfer, insbesondere für Brennkraftmaschinen Download PDFInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
- F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
- F02M35/1205—Flow throttling or guiding
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- F02M35/1227—Flow throttling or guiding by using multiple air intake flow paths, e.g. bypass, honeycomb or pipes opening into an expansion chamber
Definitions
- the invention relates to an intake silencer, especially for internal combustion engines of the type specified in the preamble of the independent claim.
- Such an intake silencer is known for example from FR-A-2,385,906 or the corresponding DE 2714100 C2.
- the air supply comprises two diffusers of different dimensions. It is characteristic here that the two diffusers are connected to one another over their entire length by a gap which is dimensioned for sound absorption by interference.
- a gap has a disadvantageous effect on the diffuser, which, with a small flow cross section and a relatively large length, serves as an oscillating tube for influencing the torque curve in the lower speed range of the internal combustion engine.
- the wall parts delimiting the gap between the diffusers arranged diverging from the intake silencer act as sound sources.
- the invention has for its object to design an intake silencer of the type described in such a way that the measures taken for effective damping of the intake silencer also bring about a torque-increasing effect on the internal combustion engine.
- the core of the invention is the separate arrangement of the diffusers for mutual acoustic decoupling in combination with associated, alternately controllable shut-off elements. This gives the advantage of designing one of the two diffusers for an optimal torque curve in the lower and middle speed range of the machine and the other diffuser for a favorable power curve, with the two shut-off devices of the respective diffusers achieving correspondingly low natural resonances of the intake silencer.
- the natural frequency of the intake silencer when air is supplied through the diffuser which acts as an undisturbed oscillating tube with a relatively small flow cross-section, can be reduced to such an extent that effective acoustic damping is advantageously achieved in a frequently used, fuel-efficient speed range of the internal combustion engine, and thus a pronounced one in a vehicle Acoustic annoyance due to the intake noise stops.
- At least one shut-off device is equipped with a servomotor according to claim 2, which can be controlled via a preferably electronic control device.
- a servomotor according to claim 2, which can be controlled via a preferably electronic control device.
- an actuator it is conceivable to mechanically bring both flaps into drive connection with one another.
- each of the flaps can be equipped with an actuator.
- An air quantity or air mass signal, a signal derived from the intake manifold vacuum or the intake manifold vacuum directly as well as a signal of the speed of the internal combustion engine can serve as manipulated variables.
- shut-off devices for controlling air collectors are known, the separately arranged air collectors being connected to combustion chambers of the internal combustion engine via combustion chambers of different dimensions. In contrast to the alternate control according to the invention, however, these shut-off devices are opened and closed one after the other.
- a schematically and partially sectioned intake silencer 1 comprises a housing 2 which delimits a damping chamber 3.
- An air filter insert 4 is arranged in the damping chamber 3. Downstream of the air filter insert 4, the intake silencer 1 is in an air-conducting connection via an opening 5 in the housing 2 to the remaining intake system, not shown, of an internal combustion engine.
- a flow cross section of the diffusers 6 and 7 is understood to mean an average intake cross section AM.
- the mean flow cross sections A m6 and A M7 are determined from the inflow-side cross sections A 61 and A71 and from the chamber-side cross sections A 62 and A 72 according to the formula
- the sizes of the different flow cross sections A M6 and A M7 are selected so that the natural resonance frequency f 06 of the diffuser 6 is in a low speed range of the internal combustion engine.
- the intake noise damper 1 thus achieves damping of the intake noise in a speed range frequently used because of the relatively high torque curve during operation of the internal combustion engine or the vehicle. With the simultaneous or parallel use of both diffusers 6 and 7 over the entire operating range of the internal combustion engine, an earlier damping of the intake noise is achieved compared to an intake damper with only one diffuser.
- the damping of the intake noise can be shifted to low engine speeds by equipping each diffuser 8, 9 of an intake silencer 10 with a shut-off device 11 or 12, the shut-off devices 11 and 12 being controlled as a function of load and speed.
- Each of the shut-off devices 11, 12 is equipped with a servomotor 13, 14 which is symbolized by dashed lines and which can be controlled via a preferably electronic control device 15.
- controllable flaps 11 and 12 it is possible to supply the intake air for the internal combustion engine via one or the other of the diffusers 8 and 9 of different sizes to the internal combustion engine.
- the flap 11 of the diffuser 8 When the internal combustion engine is operating in the lower speed range, the flap 11 of the diffuser 8 is open, which has a smaller flow cross section relative to the diffuser 9.
- the geometrical dimensions of the diffuser 8 are coordinated for this speed range in such a way that a favorable torque curve is achieved in this speed range at full load.
- the flap 12 of the diffuser 9 having a larger flow cross section is opened, while the flap 11 of the diffuser is closed and this diffuser is thus switched off.
- each of the diffusers 8, 9 can be optimally designed according to its area of use in terms of its geometric dimensions with regard to the torque or with respect to the power. Due to the different geometrical dimensions arising further two different Eigenresonanzfre- Uenzen q f o8 and f oa, where f oa is very small. In this way, a high damping effect is achieved in the intake silencer 10 even at low speeds, and the level of the intake noise is thus kept low.
- 16 denotes part of an intake system of the internal combustion engine, not shown.
- a device 17 of a mixture formation system is operatively connected to the part of the intake system 16.
- the device 17 is an air flow meter, which supplies a signal to the electronic control device 15 via a line 18.
- This air volume signal on line 18 is processed with a speed signal of the internal combustion engine on line 19 in control device 15 to produce an output signal to an amplifier 20 for controlling one or the other servomotor 13, 14.
- the device 17 can be a sensor which emits a signal corresponding to the respective intake manifold vacuum to the control device 15 via the line 18, the further signal processing taking place analogously to the control described above.
- Fig. 3 shows an intake silencer 10 with pneumatic servomotors 21 and 22 for the shut-off devices 11 and 12.
- the servomotors 21 and 22 are actuated via the intake manifold vacuum downstream of the device 17 designed as a carburetor in part 16 of the intake system of the internal combustion engine, not shown.
- a controllable valve 26 is arranged between a suction-side vacuum line 23 and control lines 24 and 25 to the servomotors 21 and 22.
- the valve 26 is controlled by an electronic control device 27, which is supplied with signals about the throttle valve position and the speed of the internal combustion engine.
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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 FR-A-2,385,906 bzw. der entsprechenden DE 2714100 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Ansauggeräuschdämpfer umfaßt die Luftzuführung zwei Diffusoren von unterschiedlicher Dimensionierung. Kennzeichnend hierbei ist, daß die beiden Diffusoren über ihre gesamte Länge durch einen zur Schalldämpfung durch Interferenz bemessenen Spalt miteinander verbunden sind. Bei den miteinander akkustisch gekoppelten Diffusoren wirkt sich jedoch ein derartiger Spalt nachteilig auf den Diffusor aus, der mit geringem Strömungsquerschnitt bei relativ großer Länge als Schwingrohr zur Beeinflussung des Drehmomentverlaufes im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine dient. Weiter wirken die zwischen den Zum Ansauggeräuschdämpfer divergierend angeordneten Diffusoren den Spalt begrenzenden Wandteilen als Schallquellen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ansauggeräuschdämpfer der eingangs beschriebenen Bauart so zu gestalten, daß die für eine wirkungsvolle Dämpfung des Ansauggeräuschdämpfers getroffenen Maßnahmen zugleich eine drehmomentsteigernde Wirkung an der Brennkraftmaschine bewirken.
- Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
- Kern der Erfindung ist die zur gegenseitigen akkustischen Entkoppelung getroffene gesonderte Anordnung der Diffusoren in Kombination mit zugeordneten, wechselweise ansteuerbaren Absperrorganen. Dies ergibt den Vorteil, einen der beiden Diffusoren für einen optimalen Drehmomentverlauf im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Maschine und den anderen Diffusor auf günstigen Leistungsverlauf hin auszubilden, wobei mit den beiden Absperrorganen der jeweiligen Diffusoren entsprechend niedrige Eigenresonanzen des Ansauggeräuschdämpfers erzielt werden. Insbesondere kann die Eigenfrequenz des Ansauggeräuschdämpfers bei Luftzufuhr über den als ungestörtes Schwingrohr von relativ kleinem Strömungsquerschnitt wirkenden Diffusor soweit abgesenkt werden, daß in vorteilhafter Weise eine wirkungsvolle akkustische Dämpfung in einem häufig genutzten, verbrauchsgünstigen Drehzahbereich der Brennkraftmaschine erzielt ist, und somit in einem Fahrzeug eine ausgeprägte akkustische Belästung durch das Ansauggeräusch in Fortfall kommt.
- Zur Erzielung eines raschen Wechsels von einem Diffusor auf den anderen entsprechend einem Lastwechsel der Brennkraftmaschine ist nach Anspruch 2 mindestens ein Absperrorgan mit einem Stellmotor ausgerüstet, der über eine vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung ansteuerbar ist. Bei Verwendung eines Stellmotores ist es denkbar, beide Klappen mechanisch miteinander in Antriebsverbindung zu bringen. Für eine feinfühlig arbeitende Betätigung der Klappen kenn jede der Klappen mit einem Stellmotor ausgerüstet sein. Als Stellgrößen können ein Luftmengen- oder Luftmassensignal, ein vom Saugrohrunterdruck abgeleitetes Signal oder der Saugrohrunterdruck direkt sowie ein Signal der Drehzahl der Brennkraftmaschine dienen.
- Zwar sind aus der DE-A-34 34 476 für eine Ansauganlage einer Brennkraftmaschine über Stellmotore betätigbare Absperrorgane zur Steuerung von Luftsammlern bekannt, wobei die getrennt angeordneten Luftsammler über unterschiedlich dimensionierte Ansaugkanäle mit Brennräumen der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen. Diese Absperrorgane werden jedoch im Gegensatz zur erfindungsgemäßen wechselweisen Steuerung nacheinander auf- und zugesteuert.
- Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 ein principielles Beispiel eines Ansauggeräuschdämfers mit parallelgeschalteten Diffusoren, wobei hier die Absperrorgane nicht gezeigt sind.
- Fig. 2 und 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Ansauggeräuschdämpfers 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 AM verstanden. Die mittleren Strömungsquerschnitte Am6 und AM7 werden aus den einströmseitigen Querschnitten A61 und A71 sowie aus den kammerseitigen Querschnitten A62 und A72 bestimmt nach der Formel
- Allgemein sind bei einem Ausauggeräuschdämpfer mit einem Diffusor dessen Länge und dessen mittlerer Strömungsquerschnitt sowie das Volumen der Dämpfungskammer des Ansauggeräuschdämpfers für die Eigenresonanzfrequenz fo wesentlich bestimmend. Bei Konstanthaltung zweier der vorgenannnten Größen und einer Aufteilung der dritten Größe nach unterschiedlichen Werten können mit der Anzahl der Aufteilungen nach unterschiedlichen Werten ebensoviele Eigenresonanzfrequenzen fo für einen Ansauggeräuschdämpfer erzielt werden. Der Ansauggeräuschdämpfer 1 mit den Diffusoren 6 und 7 von unterschiedlichen, mittleren Strömungsquerschnitten AM6 und AM7 weist demnach zwei Eigenresonanzfrequenzen f06 und f07 auf. Die Größen der unterschiedlichen Strömungsquerschnitte AM6 und AM7 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 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 Absperrorgäne 11 und 12 last- und drehzahlabhängig gesteuert werden. Jedes der Absperrogane 11, 12 ist mit einem durch gestrichelte Linien versinnbildlichten Stellmotor 13, 14 ausgerüstet, der über eine vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung 15 ansteuerbat 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 kleineren 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 Eigenresonanzfre- quenzen fo8 und foa, wobei foa 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 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.
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