EP0834011A1 - Ansaugschalldämpfer und kraftfahrzeug - Google Patents

Ansaugschalldämpfer und kraftfahrzeug

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EP0834011A1
EP0834011A1 EP97920737A EP97920737A EP0834011A1 EP 0834011 A1 EP0834011 A1 EP 0834011A1 EP 97920737 A EP97920737 A EP 97920737A EP 97920737 A EP97920737 A EP 97920737A EP 0834011 A1 EP0834011 A1 EP 0834011A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
intake
intake pipe
resonator
openings
silencer
Prior art date
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Granted
Application number
EP97920737A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0834011B1 (de
EP0834011B2 (de
Inventor
Franz Josef Wolf
Udo GÄRTNER
Anton Wolf
Nicole Schrieber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Woco Industrietechnik GmbH
Original Assignee
Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7792036&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0834011(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH filed Critical Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Publication of EP0834011A1 publication Critical patent/EP0834011A1/de
Publication of EP0834011B1 publication Critical patent/EP0834011B1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0834011B2 publication Critical patent/EP0834011B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M35/1216—Flow throttling or guiding by using a plurality of holes, slits, protrusions, perforations, ribs or the like; Surface structures; Turbulence generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M35/1255—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1266—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance comprising multiple chambers or compartments

Definitions

  • the invention relates to an intake silencer for an internal combustion engine of the type mentioned in the preamble of claim 1 and a motor vehicle with an internal combustion engine and a supercharger with an intake silencer.
  • FIG. 1 of this document shows a muffler combination arranged directly behind the inlet air filter, in which the intake pipe is provided with wall openings immediately behind the dust filter cartridge and is surrounded by an insulating material.
  • the suction pipe is provided with an axial sequence of rows of holes arranged in a ring. Each of these rows of holes is connected to a chamber surrounding the intake pipe on the outside.
  • Bell-shaped sleeves deflect the sound waves passing through one of the rows of holes from the intake air in such a way that they are directed in the opposite direction to the air flow in the intake pipe into the surrounding chamber and are directed onto the radially oriented bottom.
  • This chamber floor acts as a reflector.
  • German patent DE 743 418 A thus teaches intake noise damping by resonance coupling to a reflection damper.
  • Attenuators of this type are only suitable for low frequencies, for example to attenuate Second-order motor pulsations only have a single defined resonance frequency per chamber, i.e. no frequency band, no matter how narrow, and also require a large installation space, both because of the structure of each individual reflector chamber and because of the large number of reflector chambers are necessary to achieve an at least massive broadband of the intake silencer.
  • an exhaust damper for internal combustion engines which is also known as an intake silencer or projectile baffle damper, is known and is designed as a single-tube resonance damper.
  • the bores defining the resonance wavelength in the exhaust pipe are surrounded by an outer jacket due to the excess pressure in the exhaust pipe. This jacket affects the damping behavior of the exhaust silencer.
  • Another intake silencer is known from US 4,350,223 A.
  • This intake muffler is inserted into a flexible line consisting of a corrugated hose, which connects an opening in the body of the motor vehicle which sucks in the ambient air to the intake port of the air filter.
  • This intake silencer dampens the air noise that arises in the intake area within a narrow frequency band that extends on both sides of the resonance frequency of the resonator.
  • the intake silencers of the prior art exemplified above have the overall disadvantage of only usably damping within a comparatively narrow frequency band.
  • dampers stuffed with insulation material are only suitable for systems that have only moderate overpressure.
  • Silencers damped with insulation materials are unusable for use in a charger intake line.
  • European patent specification EP-242 797 B1 for diffusers and German published patent application DE 41 43 408 A1 for a side-branch resonator can be tuned by flaps and valves Damper systems known that are adjustable according to the engine speed.
  • turbochargers are currently used for this purpose are working to this end with rotor speeds to nearly 200 000 min -1. It is understandable that turbochargers with such a high profile of requirements can only remain economically practical with compromises on manufacturing tolerances.
  • the strong acoustic radiation of such turbochargers namely the typical "turbocharger whistle” in the frequency range of around 2 - 4 kHz, can be attributed to this.
  • the charging processes even in the intake line result in clearly radiating broadband noises lying in the frequency band of 4 - 6 kHz, which are called "hissing".
  • the invention is accordingly based on the object to provide a broadband airborne sound absorber that can certainly also be used elsewhere, but especially an intake silencer for an internal combustion engine which, with the smallest possible and flexibly adaptable structural volume, flexibly and effectively attenuates airborne noise over a wide frequency band in a flexible adaptation to the specific application requirements can
  • an intake silencer should be able to dampen the noise generated in the motor vehicle internal combustion engine by turbochargers and radiated loudly in the frequency band of around 2-6 kHz in such a way that they are practically imperceptible both outside the vehicle and in the vehicle itself.
  • an intake silencer of the type mentioned has the features mentioned in claim 1.
  • an intake silencer achieves the greatest effect when it is switched into the intake duct in accordance with the features of claim 9, in particular the features of claim 10.
  • the intake silencer according to the invention is accordingly constructed in such a way that the intake air flows through the damper, specifically in an intake pipe which is surrounded by a single, preferably two-layer resonator housing over the entire axial length on which the damping is effected.
  • the intake pipe is provided in a manner known per se with openings which pass through the wall of the intake pipe open on both sides and connects the interior of the intake pipe with the interior of the resonator chambers formed in the resonator housing.
  • the intake pipe In contrast to the prior art, there is the intake pipe however, not from a more or less thin steel sheet, but from materials such as aluminum, sintered metals, plastics or hard rubber, which enable the production of the intake pipe with larger wall thicknesses without making it unusably difficult.
  • the wall thickness of the intake pipe is preferably in the range from 0.6 to 5 mm, in particular in the range from 1 to 3 mm inclusive.
  • the wall thickness of the intake pipe or the inner wall height of the opening in the wall of the intake pipe is a question of the coordination between the cross-sectional area of the opening, the volume of the connected resonator chamber and the width and frequency position of the resonance absorption band to be set.
  • the opening and the resonator chamber thus form a HELMHOLTZ resonator that is matched to the frequency band to be damped.
  • the width of the active resonance absorption frequency band that can be set in this way increases with decreasing cross-sectional area of the opening. Since the efficiency of the coupling, ie the degree of damping that can be achieved, also decreases with decreasing cross-sectional area of the opening, the cross-sectional area of the opening must first be optimized between these two limit parameters.
  • the annular space formed by the resonator housing around the perforated intake pipe is divided into a sequence in the axial direction of successive resonator chambers, each with a different volume, by chamber walls oriented transversely to the axial course of the intake pipe.
  • These chamber walls are expediently molded onto the resonator housing itself and enclose an intake pipe designed as an insert.
  • the suction pipe can also be firmly attached to it enclosing chamber walls and be introduced in this form as an insert in the resonator housing.
  • the only decisive factor is that the resonator chambers formed in this way are hermetically delimited from one another.
  • “Hermetically delimited from one another” means that the individual chambers are pneumatically and acoustically delimited from one another in such a way that the air volumes enclosed by them can be coupled in easily and can maintain stable resonance oscillation behavior undisturbed after swinging in, that is to say have a stable spring constant.
  • each individual resonator chamber is ultimately only determined by the oscillating air volume with regard to its resonance frequency, and not by the fact that all camera walls are parallel to one another, the suction pipe runs centrally in the resonator housing or even the chamber walls are arranged parallel to one another.
  • the intake silencer of the invention can be adapted to practically any available installation space with the smallest possible size.
  • the damping resonance band assigned to this can be tuned primarily by dimensioning the chamber volume and by the wall thickness of the intake pipe wall in the region of the openings assigned to the respective chamber.
  • the principle basically applies that the smaller the opening area, the wider the effective frequency band. As the opening area becomes smaller, however, the amount of damping also decreases, so that a compromise must be made between the required damping effect and the achievable broadband damping of each chamber.
  • the adjacent chamber is then tuned such that the upper frequency of the absorption band, for example, overlap one chamber and the lower frequency of the absorption band of the adjacent chamber are sufficiently overlapping.
  • the successive chambers so that their volumes decrease or increase steadily from one cell to the next. This is to mean that the resonator chamber volume of the chambers immediately following one another in the axial sequence increases steadily in a certain direction, continuously from the first to the last chamber, and accordingly decreases continuously in the opposite direction.
  • the increase and decrease in chamber volumes from chamber to chamber are in principle independent of the direction in which the intake air flows through the intake silencer. In both cases, the acoustic damping is largely the same.
  • the intake pipe and the resonator of the intake silencer of the invention can in principle be made from any materials.
  • the intake pipe and the resonator housing can also be made of the same material, since the resonator housing shell has practically no radiation. Also, no additional damping materials need to be used in order to prevent the noise from being emitted from the resonator housing.
  • the intake silencer of the invention is preferably made of heat-resistant, preferably fiber-reinforced plastic, hard rubber or also of porous sintered materials or porous materials, especially of aluminum.
  • the openings connecting the individual resonator chambers to the interior of the intake pipe can be both round, that is to say strictly cylindrical, and also oval, egg-shaped, slit-shaped and polygonal.
  • all openings of the intake pipe are preferably formed with a circular cross section.
  • the intake muffler When used in motor vehicles with superchargers, the intake muffler, which practically has no flow loss, is preferably switched directly into the intake line between the charger and the charge air cooler.
  • the intake silencer of the invention is to be connected as close as possible to the pressure port of the supercharger, in particular to be flange-mounted directly to it or to be connected to it via the shortest possible acoustically insulating connection, or, preferably, to be integrated directly into the pressure port of the turbocharger, for example in the manner known from German patent DE 35 31 353 C2 for the intake manifold of an intercooler.
  • Figure 1 shows an embodiment of the invention in perspective and with the cover of the resonator housing removed.
  • the intake silencer 1 shown in FIG. 1 for an internal combustion engine consists of an intake pipe 2 guiding the intake air in the throughflow and a two-shell resonator housing 4 enclosing this to form a closed annular space 2, only one of the two being shown in FIG. 1 for the sake of clarity housing shells that can be assembled to fit is shown.
  • the intake silencer 1 is provided with an inlet port 5 and an outlet port 6 for switching on in the intake line Internal combustion engine equipped.
  • the inlet connection 5 is shown as being formed in one piece with the intake pipe, while the outlet connection 6 is shown as being connected in one piece with the resonator housing shell shown. In principle, this type of design of the connecting piece is interchangeable.
  • both connecting pieces i.e. both the inlet piece and the outlet piece
  • both connecting pieces are formed in one piece with the resonator housing, and preferably in such a way that one of the two connecting pieces is formed on one of the two resonator housing shells, the other on the other housing shell or otherwise with this are trained.
  • This has the effect that, in the case of a two-shell configuration of the intake pipe as an insert in the resonator housing, a closing pressure which serves to tighten and serves for sealing purposes can be exerted when the resonator housing is closed by welding, screwing or otherwise.
  • Openings 7 are formed in the tube wall of the intake pipe 2, which connect the interior of the intake pipe 2 to the annular space 3 of the resonator housing 4. Each of these openings is circular in cross section, and has a diameter of 3 mm with a wall thickness of the intake pipe 2 in the opening area of 2 mm.
  • resonator chambers 9 are formed in succession in the resonator in axial order each have a different volume from the other.
  • the individual chamber volumes are determined not only by the spacing of the chamber partition walls 8 from one another, but also by the specific design of the resonator housing 4 itself.
  • the openings 7 are arranged in the intake pipe 2 so that each of the resonator chambers 9 is connected to the interior of the intake pipe 2, with the formation of a small oscillatable air mass in the opening, in such a way that none of the camera walls thereby bridges, i.e. is short-circuited with one of the neighboring chambers.
  • all openings 7 of the intake pipe 2 have the same geometric configuration and the same dimensions.
  • both the distribution and the number of openings 7 provided in the intake pipe 2 per chamber 9 should be identical from chamber to chamber. In the manner shown schematically in FIG. 1, however, this will rarely be possible in practice, since the design and dimensions of the intake silencer have to be taken into account.
  • the intake pipe is formed within the resonator housing 4 with an oval cross section, a channel-like region of the intake pipe 2 extending from the inlet connector 5 to the outlet connector 6 having no holes 7.
  • This serves the purpose of not allowing moisture, for example atmospheric moisture or oil dust, to drip with the intake air when condensing in the intake pipe 2 into the resonator chambers 9 through the openings 7, but rather for this condensate to be discharged into the resonator housing from the outlet port 6 of the intake silencer 1 run out to 1 (it should be noted that in the illustration shown in FIG. 1, the spatial position of the muffler 1 does not correspond to its installation position. This is after rotating the intake muffler 1 shown in FIG. 1 by 90 ° clockwise around the longitudinal axis of the intake pipe 2 get around).

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ansaugschalldämpfer, der als Breitband-Luftschallabsorber für die Ansauggeräusche ausgebildet ist, die der von Brennkraftmaschinen angesaugten Verbrennungsluft aufgeprägt sind. Zum Erzielen des Breitbandeffektes ist in einem das Ansaugrohr (2) umgebenden Resonator durch Trennwände (8), die quer zum Ausaugrohr ausgebildet sind, eine axiale Folge von Resonatorkammern (9) mit jeweils voneinander verschiedenen Volumen ausgebildet. Jede einzelne dieser Resonatorkammern (9) steht über Wandöffnungen (7), die in der Wand des Ansaugrohres ausgebildet sind, mit der im Ansaugrohr (2) geführten Ansaugluft in Verbindung. Durch Abstimmung der Öffnungsfläche der Öffnungen (7), der Wandstärke des Ansaugrohres (2) im Öffnungsbereich und des Volumes der Resonatorkammern (9) läßt sich eine durchgehende Breitbanddämpfung auch über einen großen Frequenzbereich, hier praktisch interessierend im Bereich von 1-10 kHz, einstellen. Der Ansaugschalldämpfer wird bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine, einem Auflader und einem Ladeluftkühler vorteilhaft unmittelbar hinter dem oder an dem oder integriert in den Druckstutzen des Laders, in jedem Fall mit Abstand vor dem Ladeluftkühler, angeordnet.

Description

Ansaugschalldämpfer und Kraftfahrzeug
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Ansaugschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie ein Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und Auflader mit einem Ansaugschalldämpfer.
Ein Ansaugschalldämpfer der vorstehend genannten Art ist aus der deutschen Patentschrift DE 743 418 A bekannt. In der Figur 1 dieser Druckschrift ist eine unmittelbar hinter dem Einlassluftfilter angeordnete Schalldämpferkombination gezeigt, bei der das Ansaugrohr unmittelbar hinter der Staubfilterpatrone mit Wandungsöffnungen versehen und mit einem Dämmmaterial umgeben ist. In Strömungsrichtung hinter diesem Abschnitt ist das Ansaugrohr mit einer axialen Folge ringförmig angeordneter Lochreihen versehen. Jede dieser Lochreihen steht mit einer das Ansaugrohr aussen umgebenden Kammer in Verbindung. Durch glockenförmige Hülsen werden die durch jeweils eine der Lochreihen hindurchtretenden Schallwellen aus der Ansaugluft so umgelenkt, dass sie der Luftströmung im Ansaugrohr entgegengesetzt verlaufend in die umgebende Kammer geleitet und auf deren radial ausgerichteten Boden gelenkt werden. Dabei wirkt dieser Kammerboden als Reflektor. Dadurch setzen die zur Eintrittslochreihe zurücklaufenden reflektierten Schallwellen den akustischen Leitwert der im Ansaugrohr ausgebildeten Öffnungen effektiv so weit herab, dass eine wirksam angekoppelte Ansauggeräuschdämpfung auch bei deutlich in den tieferen Frequenzbereich verlegten Frequnzen erzielt wird.
Der aus der deutschen Patentschrift DE 743 418 A bekannte Stand der Technik lehrt also eine Ansauggeräuschdämpfung durch Resonanzankopplung an einen Reflexionsdämpfer. Dämpfer dieser Art sind nur für tiefe Frequenzen geeignet, beispielsweise zur Dämpfung von Motorpulsationen 2. Ordnung, weisen je Kammer nur eine einzige definierte Resonanzfrequenz auf, also kein auch noch so schmales sinnvoll nutzbares Frequenzband, und erfordern zudem einen grossen Bauraum, und zwar sowohl wegen der Struktur jeder einzelnen Reflektorkammer als auch wegen der Vielzahl der Reflektorkammern, die zur Erzielung einer zumindest massigen Breitbandigkeit des Ansauggeräuschdämpfers erforderlich sind.
Aus der deutschen Patentschrift DE 580 923 A ist ein auch als Ansauggeräuschdämpfer oder Geschossknalldämpfer ausgewiesener Abgasdämpfer für Brennkraftmaschinen bekannt, der als Einrohr- Resonanzdämpfer ausgebildet ist. Die die Resonanzwellenlänge im Abgasrohr festlegenden Bohrungen sind aufgrund des Überdrucks im Abgasrohr mit einem Aussenmantel umgeben. Dieser Mantel wirkt sich auf das Dämpfungsverhalten des Abgasgeräuschdämpfers beeinträchtigend aus.
Ein weiterer Ansaugschalldämpfer ist aus der Druckschrift US 4 350 223 A bekannt. Dieser Ansaugschalldämpfer ist in eine flexible, aus einem Wellschlauch bestehende Leitung eingesetzt, die eine die Umgebungsluft ansaugende Öffnung in der Karrosserie des Kraftfahrzeugs mit dem Ansaugstutzen des Luftfilters verbindet. Dieser Ansaugschalldämpfer dämpft die im Einsaugbereich entstehenden Luftgeräusche innerhalb eines schmalen Frequenzbandes, das sich zu beiden Seiten der Resonanzfrequenz des Resonators ausdehnt.
Einen in gleicher Weise aufgebauten Resonator sieht die technische Lehre der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 34 634 A1 vor, der unmittelbar im Ansaugstutzen des Filters integriert ist. Zwei Reihen von Öffnungen verbinden den als Ansaugrohr des Ansaugschalldämpfers dienenden Ansaugstutzen des Filters mit dem Innenraum des umgebenden Resonators. Dabei sind diese beiden Reihen von Öffnungen so angeordnet, daß sie, bezogen auf die spezifische Eigenresonanzfrequenz des Ansaugstutzens eine λ/2- und λ/4-Dämpfung bewirken. Dadurch wird die Effektivität des Dämpfers verbessert, nicht aber seine Frequenzbreite.
Ein mit Dämmaterial „gestopfter" Ansaugschalldämpfer vergleichbarer Bauart integriert in den Ansaustutzen eines Ladeluftkühlers ist aus der deutschen Patentschrift DE 35 31 353 C2 für eine Brennkraftmaschine mit Auflader bekannt.
Die Ansaugschalldämpfer des vorstehend beispielhaft dargestellten Standes der Technik zeigen insgesamt den Nachteil, nur innerhalb eines vergleichsweise schmalen Frequenzbandes brauchbar zu dämpfen. Zudem sind mit Dämmmaterial gestopfte Dämpfer nur für Anlagen geeignet, die einen nur massigen Überdruck aufweisen. Für einen Einsatz in einer Laderansaugleitung sind mit Dämmstoffen gedämpfte Schalldämpfer unbrauchbar.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 92/14922 A1 ist bekannt, einen breitbandig wirkenden Ansaugschalldämpfer durch Parallelschalten unterschiedlich langer gedeckter Seitenrohrresonatoren herzustellen. Obwohl diese Resonatoren zum Teil durch eine labyrinthartige Bauweise raumsparend ausgelegt sind, bleibt dieser Ansaugschalldämpfer doch noch immer so raumgreifend, daß er im Kraftfahrzeugbau praktisch nicht verwendbar ist.
Um für Ansaugschalldämpfer einerseits eine effektive Breitbandigkeit herzustellen, andererseits aber eine ausladende Bauweise zu vermeiden, sind aus der europäischen Patentschrift EP-242 797 B1 für Diffusoren und aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 43 408 A1 für einen Seitenzweigresonator durch Klappen und Ventile abstimmbare Dämpfersysteme bekannt, die nach Maßgabe der Motordrehzahl stellbar sind.
Der Nachteil dieser Systeme besteht darin, daß trotz dem Erfordernis einer mehr oder minder aufwendigen Regelvorrichtung noch immer erheblich mehr Einbauraum benötigt wird als für die eingangs beschriebenen schmalbandigen Durchflußresonatoren.
Diesem Stand der Ansaugschalldämpfung steht der zunehmende Druck des wachsenden öffentlichen Umweltbewußtseins gegenüber, das Kraftfahrzeuge mit einem deutlich geringeren Kraftstoffverbrauch fordert. Zur Verwirklichung dieses Ziels sind Auflader, und zwar hochwirksame Auflader, in Zukunft unvermeidbar.
Die derzeit zu diesem Zweck eingesetzten Turbolader arbeiten zu diesem Zweck mit Rotor-Drehzahlen bis nahezu 200 000 min'1. Es ist verständlich, daß Turbolader mit einem derart hohen Anforderungsprofil nur mit Fertigungstoleranzkompromissen praxisnah wirtschaftlich bleiben können. Hierauf ist die starke akustische Abstrahlung solcher Turbolader, nämlich das typische „Turboladerpfeifen" im Frequenzbereich von rund 2 - 4 kHz, zurückzuführen. Dabei entstehen durch die Ladevorgänge selbst in der Ansaugleitung noch einmal im Frequenzband von 4 - 6 kHz liegende deutlich abstrahlende breitbandige Geräusche, die als „Fauchen" bezeichnet werden.
Dies bedeutet, daß umweltfreundlichere Kraftfahrzeuge in absehbarer Weise nicht ohne Breitband-Luftschallabsorber auskommen werden, die insbesondere zur Ansaugschalldämpfung in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, die von einem Auflader aufgeladen werden, ein Frequenzband im Bereich von 2 - 6 kHz wirksam zu dämpfen vermögen. Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen sicherlich auch anderweitig einsetzbaren Breitband-Luftschallabsorber, speziell jedoch einen Ansaugschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der bei kleinstmöglichem und flexibel anpaßbarem Bauvolumen in flexibler Anpassung an die spezifischen Einsatzerfordernisse Luftschallgeräusche über ein breites Frequenzband gleichmäßig wirksam zu dämpfen vermag. Speziell soll ein solcher Ansaugschalldämpfer in der Lage sein, die bei Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinen durch Turbolader erzeugten und lautstark abgestrahlen Störgeräusche im Frequenzband von rund 2 - 6 kHz so zu dämpfen, daß sie sowohl außerhalb des Fahrzeugs als auch im Fahrzeug selbst praktisch nicht mehr wahrnehmbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Ansaugschalldämpfer der eingangs genannten Art die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale auf.
In einem Kraftfahrzeug mit Aufladung der Brennkraftmaschine erzielt ein Ansaugschalldämpfer dann die größte Wirkung, wenn er entsprechend der Merkmale des Anspruchs 9, insbesondere der Merkmale des Anspruchs 10, in den Ansaugkanal eingeschaltet ist.
Der Ansaugschalldämpfer gemäß der Erfindung ist dementsprechend so aufgebaut, daß die Ansaugluft den Dämpfer durchströmt, und zwar in einem Ansaugrohr, das über die gesamte axiale Länge, auf der die Dämpfung bewirkt wird, von einem einzigen, vorzugsweise zweischaiig ausgebildeten Resonatorgehäuse umgeben ist. Innerhalb dieses Resonatorgehäuses ist das Ansaugrohr in an sich bekannter Weise mit Öffnungen versehen, die die Wand des Ansaugrohres beidseitig offen durchsetzen und den Innenraum des Ansaugrohres mit dem Innenraum der in dem Resonatorgehäuse ausgebildeten Resonatorkammern verbindet. Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht das Ansaugrohr jedoch nicht aus einem lediglich mehr oder minder dünnen Stahlblech, sondern aus Werkstoffen wie beispielsweise Aluminium, Sintermetallen, Kunststoffen oder Hartgummi, die die Herstellung des Ansaugrohres auch mit grösseren Wandstärken ermöglichen, ohne dass dieses dadurch unbrauchbar schwer wird. Vorzugsweise liegt die Wandstärke des Ansaugrohres im Bereich von 0,6 bis 5 mm, insbesondere im Bereich zwischen 1 bis 3 mm einschliesslich. Im einzelnen ist die Wandstärke des Ansaugrohres, bzw. die Innenwandhöhe der Öffnung in der Wand des Ansaugrohres eine Frage der Abstimmung zwischen der Querschnittsfläche der Öffnung, dem Volumen der angeschlossenen Resonatorkammer und der Breite und Frequenzlage des einzustellenden Resonanzabsorbtionsbandes. Die Öffnung und die Resonatorkammer bilden also einen auf das zu dämpfende Frequenzband abgestimmten HELMHOLTZ-Resonator.
Die Breite des so einstellbaren aktiven Resonanzabsorbtions- Frequenzbandes nimmt dabei zu mit abnehmender Querschnittsfläche der Öffnung. Da mit abnehmender Querschnittsfläche der Öffnung aber gleichzeitig auch der Wirkungsgrad der Ankopplung, also der Grad der erzielbaren Dämpfung abnimmt, muss die Querschnittsfläche der Öffnung zunächst zwischen diesen beiden Grenzparametern optimiert werden.
Der durch das Resonatorgehäuse um das gelochte Ansaugrohr herzum gebildete Ringraum ist durch quer zum axialen Verlauf des Ansaugrohres ausgerichtete Kammerwände in eine Folge in axialer Richtung aufeinanderfolgender Resonatorkammem mit jeweils voneinander verschiedenem Volumen unterteilt. Diese Kammerwände sind zweckmäßigerweise am Resonatorgehäuse selbst angeformt und umschließen ein als Einlegeteil ausgebildetes Ansaugrohr. Alternativ kann jedoch ohne weiteres auch das Ansaugrohr fest mit den dieses umschließenden Kammerwänden ausgebildet und in dieser Form als Einlegeteil im Resonatorgehäuse eingebracht sein. Entscheidend ist lediglich, daß die in dieser Weise gebildeten Resonatorkammern hermetisch gegeneinander abgegrenzt sind. Dabei bedeutet „hermetisch gegeneinander abgegrenzt", daß die einzelnen Kammern pneumatisch und akustisch so gegeneinander abgegrenzt sind, daß die von ihnen umschlossenen Luftvolumina in leicht ankoppeln und nach dem Einschwingen ungestört ein stabiles Resonanzschwingverhalten aufrechterhalten können, also eine stabile Federkonstante aufweisen.
Zu beachten ist dabei, daß weder das Ansaugrohr, noch das Resonatorgehäuse eine lineare Längsachse aufzuweisen brauchen, koaxial ausgelegt zu sein brauchen oder gar rotationssymmetrisch ausgelegt sein müssen. Das Resonnanzverhalten jeder einzelnen Resonatorkammer ist letztendlich nur durch das schwingfähige Luftvolumen hinsichtlich seiner Resonanzfrequenz bestimmt, und nicht dadurch, daß alle Kamerwände parallel zueinander stehen, das Ansaugrohr zentral im Resonatorgehäuse verläuft oder gar die Kammerwände parallel zueinander angeordnet sind.
Entscheidend ist weiterhin, daß der im Ansaugluftstrom auftretende Schalldruck durch die Öffnungen hindurch und über die in dem Öffnungsvolumen schwingende (und durch Wandreibung gedämpfte) Luftmasse auf jede der im Resonatorgehäuse ausgebildeten Kammern einwirken kann, und zwar auf jede dieser Kammern separat, ohne daß eine der Kammern durch eine der Öffnungen im Ansaugrohr über die Kammertrennwände hinweg zur Nachbarkammer überbrückt wird.
Aufgrund dieser Gegebenheiten läßt sich der Ansaugschalldämpfer der Erfindung bei kleinstmöglicher Baugröße praktisch jedem verfügbaren Einbauraum anpassen. Für jede der einzelnen Resonatorkammern läßt sich das dieser zugeordnete dämpfende Resonanzband primär durch die Bemessung des Kammervolumens und durch die Wandstärke der Ansaugrohrwand im Bereich der der jeweiligen Kammer zugeordneten Öffnungen abstimmen. Für die dabei pro Kammer einstellbare Bandbreite gilt grundsätzlich, daß das wirksame Frequenzband umso breiter wird, je kleiner die Öffnungsfläche wird. Mit kleiner werdender Öffnungsfläche nimmt jedoch auch der Betrag der Dämpfung ab, so daß ein Kompromiß zwischen der erforderlichen Dämpfungswirkung und der erzielbaren Breitbandigkeit der Dämpfung jeder Kammer eingestellt werden muß.
Um hierbei einen lückenlosen Breitband-Luftschallabsorber zu erhalten, wird dann die Nachbarkammer so abgestimmt, daß sich die beispielsweise obere Frequenz des Absorptionsbandes eine Kammer und die untere Frequenz des Absorptionsbandes der Nachbarkammer ausreichend breit überlappen. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die aufeinanderfolgenden Kammern so auszulegen, daß deren Volumina von einer zur nächsten Zelle stetig abnimmt oder zunimmt. Dies soll bedeuten, daß in einer bestimmten Richtung das Resonatorkammervolumen der in axialer Folge unmittelbar aufeinanderfolgenden Kammern stetig zunimmt, und zwar durchgehend von der ersten bis zu letzten Kammer, und in umgekehrter Richtung dementsprechend stetig abnimmt. Dabei sind Zunahme und Abnahme der Kammervolumina von Kammer zu Kammer prinzipiell unabhängig von der Richtung, in der die Ansaugluft den Ansaugschalldämpfer durchströmt. In beiden Fällen wird eine weitgehend gleiche akustische Dämpfung erzielt.
Auf diese Weise lassen sich beispielsweise auf einer Länge des Resonatorgehäuses von nicht einmal 30 cm und einer Folge von 5 bis 10 Kammern abgestimmte Ansaugschalldämpfer herstellen, die praktisch lückenlos ein Dämpfungsfrequenzband im Bereich von 1 - 10 kHz erfassen.
Das Ansaugrohr und der Resonator des Ansaugschalldämpfers der Erfindung können prinzipiell aus beliebigen Werkstoffen hergestellt werden. Dabei können im Gegensatz zu den bekannten einkammrigen Schmalband-Ansaugschalldämpfern beim Ansaugschalldämpfer der Erfindung die Ansaugleitung und das Resonatorgehäuse auch aus dem gleichen Werkstoff gefertigt werden, da die Resonatorgehäuseschale praktisch keine Abstrahlung aufweist. Auch brauchen keine zusätzlichen Dämpfungswerkstoffe verwendet zu werden, um ein Abstrahlen der Geräusche aus dem Resonatorgehäuse zu unterbinden.
Vorzugsweise wird der Ansaugschalldämpfer der Erfindung aus wärmebeständigem, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, aus Hartgummi oder auch aus porösen Sinterwerkstoffen oder porösen Werkstoffen, vor allem aus Aluminium, hergestellt.
Für die Ankopplung des in jeder einzelnen Resonatorkammer verfügbaren Luftvolumens an den Schalldruck in der Ansaugleitung und für die sich in der jeweiligen Resonatorkammer einstellende dämpfende Eigenfrequenz und der Breite ihres wirksamen Frequenzbandes sind, wie dargestellt, lediglich die Querschnittsfläche der einzelnen Öffnung, die Anzahl der Öffnungen je Kammer und die Wandstärke des Ansaugrohres bestimmend. Die geometrische Form der einzelnen Öffnung dagegen ist grundsätzlich ohne, zumindest ohne nennenswerten Einfluß auf die Kenndaten des Ansaugschalldämpfers der Erfindung. So können die die einzelnen Resonatorkammern mit dem Inneren des Ansaugrohres verbindenden Öffnungen sowohl rund, d.h. genau genommen zylindrisch, sein, als auch oval, eiförmig, schlitzförmig als auch vieleckig ausgebildet sein. Vorzugsweise sind jedoch sämtliche Öffnungen des Ansaugrohres mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung des Ansaugschalldämpfers erleichtert seine Abstimmbarkeit.
Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Aufladern ist der in seiner Wirkung praktisch ström ungsverlustf rei arbeitende Ansaugschalldämpfer vorzugsweise zwischen dem Lader und dem Ladeluftkühler unmittelbar in die Ansaugleitung eingeschaltet. Dabei ist der Ansaugschalldämpfer der Erfindung weiterhin prinzipiell so dicht wie möglich am Druckstutzen des Laders anzuschließen, insbesondere unmittelbar an diesen anzuflanschen oder über eine möglichst kurze akustisch isolierende Verbindung an diesen anzuschließen, oder aber, vorzugsweise, unmittelbar in den Druckstutzen des Turboladers zu integrieren, beispielsweise in der aus der deutschen Patentschrift DE 35 31 353 C2 für den Ansaugstutzen eines Ladeluftkühlers bekannten Art und Weise.
Die Erfindugn ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich die
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung und bei abgenommenem Deckel des Resonatorgehäuses.
Der in Fig. 1 gezeigte Ansaugschalldämpfer 1 für eine Brennkraftmaschine besteht aus einem die Ansaugluft im Durchstrom führenden Ansaugrohr 2 und einem dieses unter Bildung eines geschlossenen Ringraumes 2 umschließenden zweischalig ausgebildeten Resonatorgehäuse 4, wobei in der Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich eine der beiden paßgenau zusammenfügbaren Gehäuseschalen gezeigt ist. Der Ansaugschalldämpfer 1 ist mit einem Einlaßstutzen 5 und einem Auslaßstutzen 6 zum Einschalten in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine ausgerüstet. Dabei ist zum Zwecke der besseren Beschreibung der Erfindung vorliegend der Einlaßstutzen 5 als einteilig mit dem Ansaugrohr ausgebildet dargestellt, während der Auslaßstutzen 6 als einstückig mit der dargestellten Resonatorgehäuseschale verbunden gezeigt ist. Diese Art der Ausgestaltung der Anschlußstutzen ist prinzipiell beliebig austauschbar. Vorzugsweise sind jedoch beide Anschlußstutzen, also sowohl der Einlaßstutzen als auch der Auslaßstutzen, einstückig mit dem Resonatorgehäuse ausgebildet und zwar in vorzugsweise der Weise, daß einer der beiden Anschlußstutzen an einer der beiden Resonatorgehäuseschalen, der andere an der jeweils anderen Gehäuseschale angeformt oder anderweitig mit dieser ausgebildet sind. Dies bewirkt, daß bei einer zweischaligen Ausgestaltung des Ansaugrohres als Einlegteil in das Resonatorgehäuse ein vorspannend schließender und Dichtzwecken dienender Schließdruck beim Verschließen des Resonatorgehäuses durch Schweißen, Verschrauben oder anderweitig ausgeübt werden kann.
In der Rohrwand des Ansaugrohres 2 sind Öffnungen 7 ausgebildet, die das Innere des Ansaugrohres 2 mit dem Ringraum 3 des Resonatorgehäuses 4 verbinden. Jede dieser Öffnungen ist im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, und hat bei einer Wandstärke des Ansaugrohres 2 im Öffnungsbereich von 2 mm einen Durchmesser von 3 mm.
Quer zur Längsachse des Ansaugrohres 2 sind in jeder der beiden Halbschalen des Resonatorgehäuses 4 sich beim aufsetzenden Schließen des Gehäusedeckels schließend ergänzende Kammerwände 8 ausgebildet, die bei geschlossenem Ansaugschalldämpfer die äußere Oberfläche des Ansaugrohresss 2 dichtend umschließend. Auf diese Weise werden bei geschlossenem Resonatorgehäuse im Resonator in axialer Folge aufeinanderfolgend Resonatorkammern 9 gebildet, die jeweils eine von der anderen abweichende Volumina aufweisen. Dabei sind die einzelnen Kammervolumina nicht nur durch die Abstände der Kammertrennwände 8 voneinander, sondern auch durch die spezifische Gestaltung des Resonatorgehäuses 4 selbst bestimmt.
Die Öffnungen 7 sind im Ansaugrohr 2 so angeordnet, daß jede der Resonatorkammern 9 mit dem Inneren des Ansaugrohress 2 verbunden ist, und zwar unter Bildung einer kleinen schwingfähigen Luftmasse in der Öffnung, in der Weise, daß dabei keine der Kamerwände überbrückt, d.h. mit einer der benachbarten Kammern kurzgeschlossen wird.
Wie in der Fig. 1 schematisch dargestellt, weisen alle Öffnungen 7 des Ansaugrohres 2 die gleiche geometrische Konfiguration und die gleichen Dimensionen auf.
Im Idealfall sollten sowohl die Verteilung als auch die Anzahl der im Ansaugrohr 2 pro Kammer 9 vorgesehene Öffnungen 7 von Kammer zu Kammer identisch sein. In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Weise wird sich dies in der Praxis jedoch nur selten verwirklichen lassen, da auf Raumgestaltungen und Baugrößen des Ansaugschalldämpfers in konstruktiver Hinsicht Rücksicht zu nehmen ist.
In der in Fig. 1 dargestellten Weise ist das Ansaugrohr innerhalb des Resonatorgehäuses 4 mit einem ovalen Querschnitt ausgebildet, wobei ein vom Einlaßstutzen 5 bis zum Auslaßstutzen 6 durchgehender rinnenartiger Bereich des Ansaugrohress 2 keine Löcher 7 aufweist. Dies dient dem Zweck, mit der Ansaugluft mitgeführte Feuchtigkeit, beispielsweise Luftfeuchtigkeit oder Ölstaub, beim Kondensieren im Ansaugarohr 2 nicht in die Resonatorkammern 9 durch die Öffnungen 7 hindurch abtropfen zu lassen, sondern dieses Kondensat ohne Austritt in das Resonatorgehäuse aus dem Auslaßstutzen 6 des Ansaugschalldämpfers 1 herauslaufen zu lassen (dabei ist zu beachten, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Darstellung die räumliche Lage des Schalldämpfers 1 nicht seiner Einbaulage entspricht. Diese wird nach einer Drehung des in Fig. 1 gezeigten Ansaugschalldämpfers 1 um 90° im Uhrzeigersinn um die Längsachse des Ansaugrohres 2 herum erhalten).

Claims

Patentansprüche
1. Ansaugschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus ei¬ nem die Ansaugluft führenden Ansaugrohr und einem dieses unter Bildung eines geschlossenen Ringraumes umschiiessenden Resona¬ torgehäuse, mit einem Einlassstutzen und einem Auslassstutzen, mit Öffnungen in der Rohrwand des Ansaugrohres, die den Innenraum des Ansaugrohres mit dem Innenraum des Resonators verbinden, wo¬ bei eine oder eine axiale Folge von mehreren quer zur Längsachse des Ansaugrohres (2) ausgerichteten und dieses umschiiessenden Kammerwänden (8) im Resonatorgehäuse (4) hermetisch gegenein¬ ander abgegrenzte Resonatorkammern (9) unterschiedlichen Volu¬ mens bilden, und mit einer solchen Anordnung der Öffnungen (7) in der Rohrwand des Ansaugrohres (2), dass jede der Resonatorkam¬ mern (9) mit dem Innenraum des Ansaugrohres kommuniziert und da¬ bei keine der Kammerwände (8) überbrückt wird, gekennzeichnet durch eine für jede einzelne Resonatorkammer (9) auf Lage und Breite eines für diese jeweils konstruktiv vorgegebenen Resonanzfrequenzbandes aufeinander abgestimmte Dimensionierung des Resonatorkammervo¬ lumens, der Querschnittfläche der Öffnung (7) und der der Wandhöhe der Öffnung (7) entsprechenden Wandstärke des Ansaugrohres (2) im Bereich der jeweiligen Öffnung (7).
2. Ansaugschalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kreiszylindrische Form der Öffnungen (7) in der Rohrwand des Ansaugrohres (2).
3. Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Öffnungen (7) in der Rohrwand des An¬ saugrohres, dass jede der Resonatorkammern (9) über eine gleiche Anzahl von Öffnungen mit dem Innenraum des Ansaugrohres (2) kommuniziert.
4. Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen ovalen oder abgeflacht ovalen Querschnitt des Ansaugroh¬ res (2).
5. Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen vom Einlassstutzen (5) bis zum Auslassstutzen (6) durchgehend ohne Öffnungen ausgebildeten Wandsektor im Sohlenbereich des An¬ saugrohres (2), bezogen auf die bestimmungsgemässe Einbaulage des Ansaugrohres (2) im Ansaugschalldämpfer (1) und des Ansaug¬ schalldämpfers an der Brennkraftmaschine.
6. Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine zweischalige Ausbildung des Ansaugrohres (2) mit axialer Tren¬ nebene sowie auch durch eine zweischalige Ausbildung des Resona¬ torgehäuses (4) mit axialer Trennebene.
7. Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Ansaugrohres (2) als Einlegteil im Resonatorge¬ häuse (4).
8. Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch am Resonatorgehäuse angeformte Einlassstutzen und Auslassstut¬ zen (6).
9. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Auflader, einem Ladeluftkühler und mit einem Ansaugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Anschluss des Ansaugschalldämpfers (1) zwischen dem Lader und dem Ladeluftkühler.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Anschluss des Ansaugschalldämpfers (1) unmittelbar hinter oder an dem oder integriert mit dem Druckstutzen des Laders.
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