PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3842248C2 04.07.1996
Titel Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung
Anmelder Ford-Werke AG, 50735 Köln, DE
Erfinder Kostun, John D., Brighton, Mich., US
Vertreter Kohler, A., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Schroeder-Kohler, M., Dipl.-Chem., Pat.-Anwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 15.12.1988
DE-Aktenzeichen 3842248
Offenlegungstag 29.06.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.07.1996
IPC-Hauptklasse F02M 35/14
IPC-Nebenklasse F02B 77/13   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere betrifft sie eine derartige kompakte integrierte Einheit.

Es sind andere Anordnungen aus der DE-A 23 45 930 und DE-A 14 76 255 bekannt, die jedoch nicht die baulichen Notwendigkeiten, eine möglichst kleine Anordnung zum erfindungsgemäßen Zweck zu schaffen, erfüllen.

Aus der US-A 47 13 097 von Grawi et al. ist eine "INTEGRATED ENGINE AIR CLEANER AND VENTURI RESONATOR" bekannt geworden, die zwar der Geräuschdämpfung dient, in räumlicher Hinsicht aber noch verbesserungsfähig ist.

Auch aus der US-A 278 3 855 von Kahn et al. sind Kombinationen von Motorluftreinigern und Geräuschdämpfern bekannt, deren Geräuschdämpfung jedoch ebenfalls nicht ausreichend ist.

Aus der US-A 2943883 sind bereits kombinierte Motorluftreiniger/Resonanz- bzw. Geräuschtilgungsanordnungen bekannt. Diese bekannte Anordnung ist insofern nachteilig, als ihre Geräuschdämpfung nicht ausreichend ist und die Baugröße noch zu verringern ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die eine gute Geräuschdämpfung und Luftfilterung bei gleichzeitig geringer Baugröße und leichter Austauschbarkeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung umfaßt also eine Anzahl von in Reihe geschalteten Venturirohren, von denen jedes einen engen Hals und einen Zerstäuber oder Diffusor aufweist, wodurch eine ausgezeichnete Strömungscharakteristik erzielt wird und das vom Motor ausgehende Geräusch gedämpft und aufgelöst bzw. an den Wänden des Diffusors zurück in den Motor selbst reflektiert wird.

Vorteilhafterweise sind sämtliche Bestandteile der Anordnung unter Bildung einer einheitlichen kompakten Struktur (einer Patrone) integriert und durch ein Gehäuse umschlossen, wodurch sich die Handhabung - auch beim Ersatz - stark vereinfacht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Phantomansicht einer Brennkraftmaschine, welche die Erfindung in ausgezogenen Linien darstellt,

Fig. 2 eine vergrößerte, auseinandergezogene Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Kombination von Luftreiniger und Geräuschdämpfer als Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile weggebrochen und im Schnitt gezeigt sind,

Fig. 3 eine weitere, vergrößerte Querschnittsansicht der zusammengebauten Bestandteile des in Fig. 2 gezeigten Luftreinigers, und

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Ebene und gesehen in Richtung der Pfeile IV-IV der Fig. 3.

Bisher waren Luftreiniger im allgemeinen die obersten Bestandteile im Motorabteil eines Kraftfahrzeuges und gewöhnlich über dem Einlaß zu einem Vergaser angeordnet. Offensichtlich erhöhte dies die Gesamthöhe und das Profil der Fahrzeugmotorhaube. In jüngerer Zeit wurden die Luftreiniger an sich abseits von dem Ansaug- oder Induktionssystem des Motors angeordnet und an geeigneteren Stellen des Motorabteils angebracht, wobei ein Schwungrohr (zip tube) oder dergleichen den Luftreiniger einschließlich seines Filterelements mit dem Ansaugsystem in Verbindung brachte.

Wie vorstehend angegeben, machten jedoch die entfernt angeordneten, gewöhnlich aufgewickelten Luftreinigeranlagen mit einer Anzahl sperriger Teile die Anordnung schwieriger und aufwendiger, wobei eine solche Anordnung nicht leicht in flache Motorabteile gepackt werden kann. Beispielsweise erfordern einige Fahrzeuge von 1987 vierundzwanzig Teile für den Luftreinigerzusammenbau.

Die Erfindung liefert eine Anordnung mit lediglich vier Anlageteilen. Das heißt, eine integrierte Filter/Resonanzanordnung, ein Verbindungsstück zu dem Massenluftströmungssensor innerhalb der Luftreinigeranordnung, eine mit dem Auslaß der Luftreinigeranordnung verbundene Leitung und eine zweite mit dem Ansaugverteiler des Motors verbundene Leitung. Der Luftreiniger/Geräuschtilger selbst besteht einfach aus einem Gehäuse, in dem ein Lufteinlaß-Geräuschtilgungsventurirohr, ein Filter, ein Massenluftströmungssensor integriert mit einem zweiten Strömungsregel- und Geräuschtilgungsventurirohr, angeordnet ist, einer durch den gesamten verbleibenden Raum in dem Gehäuse gebildeten Resonanzkammer und einem Lufteinlaß und -auslaß zu dem Gehäuse.

Im speziellen ist in Fig. 1 in Phantomlinien ein 4-Zylinder-Reihenmotor 10 gezeigt, der in diesem speziellen Fall bei einem Winkel von etwa 33° von der Vertikalen geneigt ist, um einer speziellen Installation angepaßt zu sein. Er besitzt einen Ansaugverteiler 12 zur Zufuhr von Luft oder einem Luft/Brennstoffgemisch zu dem Motor. Der Luftreiniger/Geräuschdämpfer der Erfindung ist allgemein in ausgezogenen Linien bei 14 angegeben. Er ist an der am nächsten zum Ansaugverteiler liegenden Seite des Motors untergebracht, was zur Öffnung des Bereiches über der Querachse 16 führt, um gute Kühlleistung zur Herabsetzung der Motortemperaturen unter der Motorhaube herbeizuführen. Wie ersichtlich, liefert die Luftreinigeranordnung 14 das Aussehen einer kompakten patronenartigen Einheit, in der, wie nachfolgend beschrieben, sämtliche notwendigen Bestandteile integriert sind.

Im speziellen, wie sich am besten aus den Fig. 2, 3 und 4 sowie aus Fig. 1 ergibt, umfaßt die Anordnung ein zweiteiliges Kunststoffgehäuse 18, 20, das eine langgestreckte flächenartige Einheit 14 definiert. Das Gehäuse begrenzt einen geschlossenen hohlen Behälter oder eine Hülle, wobei der Hauptkörperteil 20 einen Reinluftauslaß 22 am Vorderteil der Einheit an der Längsachse 23 des Gehäuses und einen Umgebungslufteinlaß oder ein Lufthorn 24 (vgl. Fig. 3) an der Seite angeordnet aufweist.

Der Lufteinlaß 24 ist im wesentlichen der glockenförmige konvergierende Teil eines wirksamen konvergierend-divergierenden Geräuschdämpfungsventurirohres 25. Es besitzt den üblichen Halsabschnitt von minimalem Querschnittsbereich, verbunden mit einem langgestreckten, wirksamen Diffusorabschnitt 26, der idealen Druckrückgewinn liefert. Letzterer erstreckt sich im wesentlichen parallel zu der Gehäuseachse 23 und geht in dem Gehäuseteil 20 von dem einen oder vorderen Ende zu dem anderen oder hinteren Ende der durch den Gehäuseteil 18 definierten Einheit. Dort ist der Luftdurchgang unmittelbar in rechten Winkeln dazu abgeschnitten, der sich über die Rückseite der Einheit und senkrecht, wie in den Fig. 3 und 4 ersichtlich, zwischen dem Ende des Gehäuseteils 18 und der Fläche 27 eines rechtwinkligen Luftfilters 28 erstreckt. Letzterer ist axial in einer aufrechten Stellung auf der Longitudinalachse 23 des Gehäuses montiert und erstreckt sich in rechten Winkeln dazu zur Erzielung einer maximalen axialen Strömung von Umgebungsluft dadurch von einer Seite zu der anderen in Richtung des Auslasses 22.

Die Reinluftseite 29 des Filters 28 gibt Luft in den rechtwinkligen konvergierenden Teil 30 eines zweiten, konvergierenden-divergierenden Venturirohres ab, das als gesamtes bei 32 bezeichnet ist. Ein Teil davon ist als Teil eines Massenluftströmungssensors 34 ausgebildet. Das Venturirohr 32 weist den konvergierenden Teil 30 verbunden mit einem ringförmigen Hals- oder Verengungsabschnitt 36 von minimaler Querschnittsfläche auf, welche die Luftströmung in einen wirksamen konischen Diffusor 38 von fortschreitend zunehmendem, durch Verjüngungswände 40 definiertem Querschnittsbereich abgibt.

Der Massenluftströmungssensor 34 ist so ausgebildet, daß er mit einem geeigneten Anschluß 42 zu einem Teil des elektronischen Motorsteuersystems, nicht gezeigt, verbunden werden kann, welches das Brennstoffzufuhrsystem zu dem Motor in Antwort auf Signale von verschiedenen Sensoren automatisch steuert. Wie sich klar aus den Zeichnungen ergibt, sind die Hals- und Diffusorabschnitte 36 und 38 des Venturirohres axial mit dem konvergierenden Teil 30 und dem von dem Gehäuse ausgehenden Reinluftauslaßrohr 22 ausgerichtet.

Der gesamte ringförmige Raum 44 im Gehäuse 20, der nicht von den beschriebenen Bestandteilen eingenommen wird, d. h. dem Venturirohr 32, den Wänden des Gehäuseteils 20, dem Filter 28 und dem Venturirohr 25, begrenzt eine Resonanzkammer 44 mit toter Luft. Diese Kammer ist geschlossen, d. h. an ihrem Ende angrenzend an den Filter 28 abgedichtet. Sie besitzt einen ringförmigen Einlaß an dem vorderen oder gegenüberliegenden Ende der Kammer, das konzentrisch mit der Auslaßkante 48 des Diffusors ist und davon radial im Abstand angeordnet ist. Der Ringraum und Diffusor sind beide mit dem in Fig. 1 gezeigten Reinluftauslaßrohr 22 verbunden.

Das Venturirohr 25 wirkt in erster Linie als Geräuschdämpfer, während das Venturirohr 32 sowohl als Strömungsregler als auch als Geräuschtilger wirkt. Jedoch wirken deren beide Diffusorteile 26 und 38 auch hinsichtlich der Rückgewinnung von Geschwindigkeitsenergie, wodurch der Druckverlust durch das System verringert wird und dadurch die Betriebswirksamkeit erhöht wird. Die Resonanzkammer 44 absorbiert oder verteilt die Motoransauggeräusch-Rückkopplung, welche in Impulsen oder Wellen von dem Motor zurück durch das Verbindungsrohr 22 in den Ringraum 46 wandert. Die Wellen prallen ab oder werden gegen die Wand der Kammer reflektiert, um aufgebrochen, verteilt und absorbiert zu werden. Ein Teil der Geräusche oder Geräuschwellen wandert in den Diffusor 38 des Venturirohres 32, wo sie auf die schrägen oder sich verjüngenden Wände 40 des Diffusors abprallen oder davon reflektiert werden, um einander zu bombardieren und gedämpft oder verzehrt zu werden, wodurch die Übertragung von Geräusch auf den Motor zurück in das Motorabteil auf ein Minimum herabgesetzt wird. Irgendein weiteres Eindringen von Schallwellen zurück gegen den Einlaß 24 wird weiter durch das Venturirohr 25 eingefangen und von den Wänden des Diffusors 26reflektiert, um gelöscht zu werden.

Es wird angenommen, daß sich der Betriebsvorgang klar aus der vorstehenden Beschreibung und einer Betrachtung der Zeichnungen ergibt, so daß keine Einzelheiten erforderlich sind. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß in den Einlaß 24 des Gehäuses eintretende Umgebungsluft durch den Hals des Venturirohres 25 beschleunigt wird, um zurück durch den Diffusor 26, wo Schalldämpfung und wirksame Druckrückgewinnung auftritt, zu dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuseteils 18 zu wandern. Hier wird sie in rechten Winkeln umgekehrt, um quer durch die gesamte Fläche 27 des Filterelements 28 und durch dieses hindurchzuströmen, um zur Abgabe in den konvergierenden Teil 30 des Venturirohres 32 gereinigt zu werden. Die Geschwindigkeit der Reinluft wird dann wiederum für den Durchgang durch den Halsabschnitt 36 beschleunigt, wo das Strömungsvolumen durch den Massenluftströmungssensor 34 ermittelt wird. Die Luft wird dann durch den Diffusor 38 abgegeben, wo die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird, und der Druck in einer wirksamen Weise zurückgewonnen wird. Die Reinluft strömt dann aus dem Auslaßrohr 22 in den Ansaugverteiler 12 zu dem Motor, wie in Fig. 1 angegeben. Irgendwelche Rückkopplungsgeräusche von dem Ansaugsystem, die in Druckwellen zurück durch das Rohr 22 wandern, gehen zur Absorption und Verteilung in die Resonanzkammer 44, wobei die verbleibenden Wellenteile in den Diffusor 38 wandern, wo sie auch aufgelöst oder wieder zurück gegen den Motor gerichtet werden, und eine Übertragung von Geräuschen oder Schall aus dem Motor zurück in das Motorabteil des Fahrzeuges auf ein Minimum herabgesetzt wird, falls nicht vollständig verhindert wird. Irgendein weiteres Eindringen von Druckwellen vorbei an dem Filter wird in dem Diffusor 26 eingefangen und aufgelöst.

Zur Vervollständigung der Konstruktion werden die beiden Abschnitte 18 und 20 des Gehäuses jeweils mit eingreifenden Kunststoffteilen eines lösbaren, rasch zu verbindenden Einrastverschlusses ausgebildet, so daß sie in einer Weise miteinander verbunden werden können, die raschen und wirksamen einfachen Zusammenbau oder Abbau ermöglichen. Dies beseitigt die Notwendigkeit für starre Verbindungen, wie beispielsweise Bolzen, Schrauben und dergleichen, die normalerweise in Luftreinigeranordnungen vorliegen. Die Anordnung liefert somit ein kompaktes zweiteiliges Gehäuse, das leicht zur Entfernung oder Installation des Filterelements und irgendwelcher anderer Komponenten je nach Notwendigkeit getrennt werden kann.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine relativ einfache Anordnung eines zweiteiligen Gehäuses von kompakter Konfiguration liefert, das ein Filterelement, ein Paar Strömungsregelungs- und geräuschtilgende Venturirohre, einen Massenluftströmungssensor, eine Resonanzkammer und einen Lufteinlaß und -auslaß aufweist, die sämtlich axial oder koaxial und in Reihe angrenzend aneinander im wesentlichen auf oder angrenzend an die Längsachse des Gehäuses ausgerichtet sind, um eine integrierte kompakte Anordnung zu bilden, die nur wenige Bestandteile aufweist, und doch eine solche Anordnung, die sämtliche notwendigen Funktionen von laufend produzierten Luftreinigeranordnungen aufweist, die siebenundzwanzig verschiedene Teile besitzt, welche nicht in eine kompakte Struktur integriert sind.

Es ist auch ersichtlich, daß die Erfindung einen integrierten, kompakten Luftreiniger/Geräuschdämpfer für einen Kraftfahrzeugmotor liefert, der leicht in vielen verschiedenen Stellungen in dem Fahrzeugmotorabteil installiert werden kann, um bessere Motorkühlung sowie Geräuschdämpfung und eine wirksamere Nutzung des Raums für andere Komponenten oder Zubehörteile des Motors zu ermöglichen.

Während die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, ist es dem Fachmann auf dem Gebiet klar, daß viele Veränderungen und Modifikationen dazu durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist der Einlaßdurchgang 26 in Fig. 1 an der Seite des Gehäuses 20 angeordnet wiedergegeben. Alternativ kann er oben oder am Boden angeordnet sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, um eine noch kompaktere und flachere Konstruktion zu ergeben. Auch ist es klar, daß die Anordnung, während sie in Fig. 1 als relativ flach wiedergegeben ist, auch rund sein kann, oder andere kompakte Formen annehmen kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung, die eine Umgebungsluftquelle mit dem Luftansaugsystem eines Motors verbindet, mit einem geschlossenen kompakten, hohlen Gehäuse (18, 20) mit einem Umgebungslufteinlaß (24) in das und einem Reinluftauslaß (22) aus dem Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Einlaß- und Auslaßseiten (27, 29) besitzenden Luftfilter (28) innerhalb des Gehäuses aufweist sowie Luftdurchgangseinrichtungen innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind, welche den Umgebungslufteinlaß mit der Einlaßseite des Luftfilters verbinden sowie ein konvergierendes-divergierendes Venturirohr (25) aufweist, das mit der Auslaßseite des Luftfilters verbunden ist und zwischen der Auslaßseite des Luftfilters und dem Reinluftauslaß angeordnet ist, und eine geschlossene Motorgeräuschdämpfung/Resonanzkammer zwischen dem Venturirohr und dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei die Motorgeräuschdämpfung/Resonanzkammer (44) mit einem Einlaß konzentrisch mit dem Reinluftauslaß und radial davon im Abstand angeordnet ist zur Absorbierung von Motorrückkopplungsgeräuschen und Schallwellen, die vom Motor ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungslufteinlaß (24) und Reinluftauslaß (22) sich an einem Ende des Gehäuses (18, 20) sowie der Luftfilter (28) sich im am entgegengesetzten Ende innerhalb des Gehäuses (18, 20) befinden und der Luftfilter (28), die Venturieinrichtung (32) und der Reinluftauslaß (22) hintereinander angrenzend sowie zusammen mit der Resonanzkammer (44) koaxial angeordnet sind und zusammen mit den Luftdurchgangseinrichtungen längs oder angrenzend an die Längsachse (23) des Gehäuses (18, 20) ausgerichtet sind.
  2. 2. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungslufteinlaß (24) radial von der Achse des Reinluftauslasses (22) im Abstand angeordnet ist, die Durchgangseinrichtungen einen ersten Teil (26), der sich parallel zu der Gehäuseachse (23) erstreckt, und einen zweiten Teil, der sich im rechten Winkel zu dem ersten Teil (26) und quer durch die Fläche der Einlaßseite des Luftfilters (28) erstreckt, aufweisen.
  3. 3. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil der Durchgangseinrichtungen aus einem weiteren konvergierenden-divergierenden geräuschgedämpfenden Venturirohr (25) besteht.
  4. 4. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturirohr (32) mit einem konvergierenden Teil (30) verbunden mit an einem Ende mit dem Luftfilterauslaß (29) und an seinem anderen Ende mit einem Hals (36) von minimalem Querschnittsbereich aufweist, wobei der Hals mit einem Diffusor (38) von allmählich ansteigendem Querschnittsbereich, verbunden mit dem Reinluftauslaß (22) verbunden ist, und der Diffusor (38) sich verjüngende Wände (40) aufweist.
  5. 5. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Massenluftströmungssensor (34) als Teil des Venturihalses (36) und der Diffusorabschnitte (38) integriert ist.
  6. 6. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere konvergierende-divergierende geräuschdämpfende Venturirohr (25) mit der Einlaßseite (27) des Luftfilters (28) verbunden ist.
  7. 7. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18, 22) erste und zweite Gehäuseteile axial angrenzend aneinander aufweist, wobei der erste Gehäuseteil (18) den Luftfilter (28) enthält und den zweiten Teil der Durchgangseinrichtung zwischen dem Filter und dem Gehäuse definiert, wobei der zweite Gehäuseteil (20) die verbleibenden Bestandteile der Anordnung enthält.
  8. 8. Kombinierte Luftfilter- und Geräuschdämpfungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterebene senkrecht zur Gehäuselängsachse (23) ausgerichtet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com