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Luftfilter für Verbrennungsmotoren - Dokument DE3328442C2
 
PatentDe  



Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftfilter für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Luftfilter ist aus dem DE-GM 18 86 343 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung ragt der Eintrittsstutzen nicht in das Gehäuse hinein, sondern mündet in der Ebene der Gehäusewand, und der Austrittsstutzen hat seinen Endquerschnitt in einem Abstand von der zur Gehäuseachse rechtwinkligen Mittenebene, der mehr als die Hälfte seines Innendurchmessers beträgt.

Mit der bekannten Ausbildung ist keine optimale Dämpfung des Ansauggeräusches zu erzielen. Es geht in dieser Druckschrift auch gar nicht um eine Verbesserung der Ansauggeräuschdämpfung durch geeignete Wahl der genannten konstruktiven Daten, sondern um die kompakte und materialsparende Gestaltung eines Filters, der gute Dämpfungseigenschaften durch die Anordnung von zwei Dämpferkammern haben soll, die das an einer Stelle U-förmig gekrümmte und sich zum Vergaser hin diffusorartig erweiternde Reinluftrohr umgeben.

Ähnliches gilt für ein aus dem DE-GM 18 76 292 bekanntes Luftfilter, bei dem der Austrittsstutzen bis zur Mittenebene des Gehäuses ragt. Hier werden die Schwingungsverhältnisse im Austrittsstutzen betrachtet, der ähnlich einem Schwingrohr geräuschdämpfend wirken soll, nicht die Schwingungsverhältnisse im Gehäuse. Die Schalldämpfung soll vor allem durch mehrfache Luftstromumlenkungen unter Querschnittsveränderungen innerhalb des Gehäuses eintreten.

Aus der AT-PS 1 51 208 ist schließlich bekannt, den Eintrittsstutzen verschieblich in der Gehäusewand zu halten, so daß er auf verschiedene Längen in dieses hineinragen kann, was allerdings vorwiegend den Einbau erleichtern soll. Eine besonders gute Wirkung auf die Schalldämpfung soll dadurch erzielt werden, daß der Eintrittsstutzen winklig zur Mittellinie des Filtergehäuses verläuft.

Die nichtoptimale Lage der Endquerschnitte des Eintritts- sowie des Austrittsstutzens bei den bekannten Ausbildungen wirkt sich auf den Pegel der Komponenten des Geräuschspektrums nachteilig aus, die den eigenen Resonanzfrequenzen der Längs- und Querschwingungsformen des Luftvolumens in der Luftkammer entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfilter für Verbrennungsmotoren mit verbesserter Dämpfung des Ausganggeräusches zu schaffen. Insbesondere soll der Pegel der Geräuschspektrumkomponenten vermindert werden, die den Resonanzfrequenzen der Längs- und Querschwingungsformen des Luftvolumens im Luftfiltergehäuse entsprechen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird der Pegel der Schallabstrahlung durch das Einlaßsystem bei niedrigen Eigenfrequenzen der Längs- und Querschwingungsformen des Luftvolumens im Luftfiltergehäuse beträchtlich gesenkt.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Luftfilters für Verbrennungsmotoren, Seitenansicht;

Fig. 2 Druckverteilungskurven im Luftfiltergehäuse bei niedrigen Eigenfrequenzen der Längs- und Querschwingungsformen.

Das Luftfilter für Verbrennungsmotoren besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, in dessen Seitenfläche ein Eintrittsstutzen 2 angeordnet ist, einem Stirndeckel 3, in dem gleichachsig zum Gehäuse 1 ein Austrittsstutzen 4 angeordnet ist, sowie einem Filterelement 5. Unten hat das zylindrische Gehäuse 1 einen Boden 6.

Die Achse des Eintrittsstutzens 2 hat vom Boden 6 des zylindrischen Gehäuses 1 einen Abstand H gleich (0,1-0,3) L, wobei L die Höhe des Gehäuses 1 bedeutet. Der Endquerschnitt des Eintrittsstutzens 2 befindet sich im Inneren des Gehäuses 1 und hat von der Gehäuseachse einen Abstand von (0,58-0,68) R, wobei R den Innenhalbmesser des Gehäuses 1 bedeutet. Der Endquerschnitt des Austrittsstutzens 4 befindet sich im Innern des Gehäuses 1 in unmittelbarer Nähe von der zu dessen Achse senkrechten Mittenebene, und zwar in einem Abstand von 0,2-0,4) d, wobei d den Innendurchmesser des Austrittstutzens 4 bedeutet.

Die Wirkung des beschriebenen Luftfilters für Verbrennungsmotoren ist folgende:

Durch das intermittierende Ansaugen der Zylinder des Verbrennungsmotors entsteht eine veränderliche Komponente des Luftvolumenstroms, was zur Anregung der Luftvolumina, die in den einzelnen Rohrelementen eingeschlossen sind, sowie der anderen Volumina des Einlaßsystems des Verbrennungsmotors führt. Die Luftvolumina in den einzelnen Elementen des Einlaßsystems besitzen bestimmte Frequenzcharakteristiken, d. h. Eigenschwingungsfrequenzen, von denen die Schallenergie und deren Frequenzcharakteristiken abhängen, die unmittelbar vom Eintrittsstutzen 2 abgestrahlt wird. Das Volumen der im zylindrischen Gehäuse 1 eingeschlossenen Luftsäule kann als eine verteilte Masse betrachtet werden, die eine bestimmte Trägheit und bestimmte elastische und dissipative Eigenschaften besitzen. Die Anregung dieser Masse erfolgt vom Austrittsstutzen 4 her.

Infolge dieser Anregung fängt das das zylindrische Gehäuse 1 füllende Luftvolumen an, Schwingungen mit seinen Eigenfrequenzen auszuführen, was das Aufschaukeln der im Eintrittsstutzen 2 eingeschlossenen Luftsäule mit diesen Frequenzen verstärkt und die Intensität der Schallabstrahlung vom Eintrittsstutzen 2 in die Umgebung erhöht. Wie die durchgeführten Versuche ergaben, ist die intensivste Schallfortpflanzung aus dem Gehäuse 1 des Luftfilters in den Eintrittsstutzen 2 und weiter in die Umgebung nur im Resonanzzustand möglich, wenn im Luftvolumen des Gehäuses 1 auf seinen Eigenfrequenzen intensive Längs- bzw. Querschwingungen der im Gehäuse 1 eingeschlossenen Luftsäule entfacht werden. Die Verteilung der Schalldrücke (Schwingungsform) bei den Längs- und Querschwingungen der Luftsäule für verschiedene Eigenfrequenzen ist in Fig. 2 dargestellt.

Um die Schallfortpflanzung durch diese Resonanzschwingungen zu vermeiden, sind der Eintrittsstutzen 2 und der Austrittsstutzen 4 im Gehäuse 1 des Luftfilters 1 derart angeordnet, daß die Endquerschnitte der Stutzen 2 und 4 in den Zonen liegen, wo die Schalldrücke gleich Null sind oder ziemlich nahe bei Null liegen. Es findet dann sogar bei der Resonanzerregung keine Schallenergieausstrahlung statt.

Die Anordnung der Endquerschnitte der Stutzen 2 und 4 ist in Fig. 2 veranschaulicht. Diese Anordnung der Stutzen 2 und 4 bezüglich der Längs- und Querebene des Gehäuses 1 ist so gewählt, daß jeweils geradzahlige bzw. ungeradzahlige Schwingungsformen unterdrückt werden. Demnach soll, wenn sich der Eintrittsstutzen 2 in den Knoten der geradzahligen Längs- und Querschwingungsformen befindet, zur Verhinderung der Schallabstrahlung durch den Stutzen 2 bei den ungeradzahligen Schwingungsformen der Endquerschnitt des Austrittsstutzens 4 im Knotenpunkt der ungeradzahligen Schwingungsformen liegen.

Ein ähnlicher Effekt kann durch die Anordnung des Endquerschnitts des Austrittsstutzens 4 in den Knoten der geradzahligen Schwingungsformen erzielt werden, wobei der Endquerschnitt des Eintrittsstutzens 2 in den Knoten der ungeradzahligen Schwingungsformen angeordnet werden muß. Immer schließt die gleichzeitige Anordnung des Endquerschnitts des einen Stutzens in den Knoten der geradzahligen Schwingungsformen und des Endquerschnitts des anderen Stutzens in den Knoten der ungeradzahligen Schwingungsformen des Luftvolumens im Gehäuse 1 des Luftfilters die Fortpflanzung der Resonanzschallstrahlung in die Umgebung aus.

Die Verteilung der Druckfelder im Gehäuse 1 des Luftfilters wurde rechnerisch und experimentell untersucht und dabei festgestellt, daß die Knotenzonen am Kreisumfang mit dem Mittelpunkt im geometrischen Zentrum des Gehäuses 1 des Luftfilters und einem Halbmesser r = 0,63 R liegen, wobei R den Innenhalbmesser des Gehäuses 1 des Luftfilters bedeutet. Die Verteilung der Druckfelder im Gehäuse 1 des Luftfilters erfolgt bei dieser Schwingungsform nach der Besselschen Funktion der 1. Art



In diesem Fall ergeben sich Nullwerte I = 0 bei den Werten von r = 0,63 R (d. h. die Knotenlinien entstehen bei r = 0,63 R).

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden ausreichend kleine Werte der Drücke bei r = (0,58÷0,68) R erhalten, was eine gewisse Verzerrung der Druckkurve wegen der unsymmetrischen Lage der Endöffnung des Eintrittsstutzens 2 berücksichtigen und kompensieren läßt.

Wesentlich ist ferner, daß in den Knotenpunkten nicht die realen Endquerschnitte der Stutzen 2 und 4, sondern die wirksamen Querschnitte anzuordnen sind, d. h. die tatsächliche Stutzenverlängerung infolge der Kontraktion des Grenzschwingungsfeldes neben dem Endquerschnitt des jeweiligen Stutzens 2 und 4 zu beachten ist.


Anspruch[de]
  1. Luftfilter für Verbrennungsmotoren mit einem zylindrischen Gehäuse (1) mit einem Boden (6),

    einem Eintrittsstutzen (2) des Gehäuses (1), dessen Achse rechtwinklig zur Achse des Gehäuses (1) in einem Abstand (H) von dessen Boden (6) verläuft, welcher das 0,1- bis 0,3fache der Höhe (L) des Gehäuses (1) beträgt,

    einem Stirndeckel (3) des Gehäuses (1) mit einem Austrittsstutzen (4), der gleichachsig zum Gehäuse (1) angeordnet ist und in dieses hineinragt, wobei sein Endquerschnitt in einem Abstand (h) von der zur Gehäuseachse rechtwinkligen Mittenebene liegt, und zwar versetzt zur Seite des Stirndeckels (3),

    und einem Filterelement (5), das gleichachsig zum Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h) des Endquerschnitts des Austrittsstutzens (4) das 0,2- bis 0,4fache des Innendurchmessers (d) des Austrittsstutzens (4) beträgt, und daß auch der Eintrittsstutzen (2) ins Innere des Gehäuses (1) ragt, und sich sein Endquerschnitt in einem Abstand (r) von der Achse des Gehäuses (1) befindet, welcher gleich dem 0,58- bis 0,68fachen des Halbmessers (R) des Gehäuses (1) ist.






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