EP0649982B1 - Nebenschluss-Resonator - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Nebenschluß-Resonator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Ein solcher Resonator ist aus JP-A-04246221 bekannt. Dort ist eine an sich übliche starr ausgebildete Resonanzkammer vorgesehen, die lediglich über ein verformbares Verbindungsrohr mit der Hauptstromleitung verbunden ist. Resonanzveränderungen können dort lediglich durch eine Verformung des elastischen Verbindungsstückes erreicht werden, wodurch der zu beeinflussende Gesamtfrequenzbereich relativ gering bleibt, da das elastische Verbindungsrohr nicht beliebig groß ausgebildet werden kann.
• Ferner ist aus AT-PS 216292 ein Ansaugschalldämpfer für Brennkraftmaschinen bekannt, der im Bereich der Zuleitung zum Vergaser einen Nebenschluß-Resonator aufweist.
• Die Dämpfungswirkung dieses Nebenschluß-Resonators ist am höchsten im Bereich seiner Eigenfrequenz und nimmt bei Über- bzw. Unterschreitung der Eigenfrequenz ab. Nachteil dieses Standes der Technik ist es also, daß eine optimale Dämpfung nur bei einem bestimmten Motorbetriebszustand bzw. bei einer bestimmten Anregungsfrequenz, die der Eigenfrequenz des Nebenschluß-Resonators entspricht, erreicht wird.
• Weiterhin ist aus JP-OS 58-93955 ein noch vor dem Luftfilter sitzender Resonator bekannt, dessen Volumen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors unter Zuhilfenahme eines Stellmotors, der einen den Resonatorraum begrenzenden Kolben verfährt, verändert wird. Hierdurch kann die Eigenfrequenz des Resonators der jeweiligen Anregungsfrequenz angepaßt werden, um eine optimale Dämpfung zu erhalten. Nachteil dieser Lösung ist es jedoch, daß eine kostenintensive Meß- und Steuertechnik installiert werden muß. Aus diesem Grund hat sich die vorgeschlagene Lösung in der Praxis bisher nicht durchgesetzt.
• Die Erfindung beschäftigt sich, insbesondere ausgehend von JP-A-04246221, mit dem Problem, einen Nebenschluß-Resonator bereitzustellen, dessen Dämpfungsverhalten durch relativ große Volumenveränderbarkeit an unterschiedliche Anregungsfrequenzen angepaßt ist und der kostengünstig zu produzieren ist. Des weiteren soll die Einrichtung möglichst klein bauen, das heißt nur geringen Einbauraum erfordern.
• Dieses Problem wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Durch die selbsttätige Anpassung der Eigenfrequenz des Resonators an die Anregungsfrequenz kann auf teure Meß- und Steuereinrichtungen verzichtet werden. Die selbsttätige Anpassung der Eigenfrequenz erfolgt dadurch, daß der Resonator aus einem elastischen Faltenbalg besteht, dessen Volumen sich bei steigender Drehzahl infolge des ebenfalls steigenden Ansaugunterdrucks - unter Aufbau einer Rückstellkraft - verringert und dessen Federkernlinie so verläuft, daß die Volumenveränderung infolge der Drehzahlerhöhung zu einer Anpassung der Eigenfrequenz des Resonators an die gestiegene Anregungsfrequenz führt.
• Nach der Helmholz'schen Resonator-Gleichung ist die Eigenfrequenz eines Ansaugschalldämpfers abhängig von der Länge 1 des Ansaugrohres, dem Volumen V des Resonators und dem Querschnitt A des Ansaugrohres.
• Die Gleichung lautet: $${\text{f}}_{\text{o}}{\text{= (c/2k) x (A : (1 x V))}}^{\text{1/2}}$$

  
• Es bedeuten:

f_o

= Eigenfrequenz

c

= Schallgeschwindigkeit

k

= konstanter Faktor, ca. 3,1416

A

= Querschnitt des Verbindungsrohres

l

= Länge des Verbindungsrohres

V

= Volumen des Resonators

• In der Praxis beschreibt die Helmholtz'sche Resonator-Gleichung nicht exakt die Eigenfrequenz. Durch Hinzufügen von Anpassungsfaktoren zur Länge des Verbindungsrohres, die vom Rohrquerschnitt und von der Länge des Verbindungsrohres abhängen, beschreibt die Gleichung exakt die Eigenfrequenz.
• Durch gezielte Variation einer oder mehrerer der genannten Größen läßt sich die Eigenfrequenz des Resonators so an die Anregungsfrequenz anpassen, daß in einem breiten Frequenzband eine optimale Dämpfung erreicht wird.
• Häufig genügt es in der Praxis auch, die Ansauggeräuschkennlinie nur bei bestimmten, hohe Geräuschpegel erzeugenden Frequenzen zu glätten. Bisher wurden z.B. im Falle von zwei besonders zu dämpfenden Frequenzen zwei Nebenschluß-Resonatoren mit entsprechenden Eigenfrequenzen vorgesehen. Erfindungsgemäß genügt in Zukunft ein Nebenschluß-Resonator, dessen Eigenfrequenz zumindest an die beiden störenden Frequenzen durch kontinuierliche oder auch diskontinuierliche Änderung des Resonator-Volumens angepaßt wird.
• Die Änderung des Resonator-Volumens bzw. der weiteren obengenannten, die Eigenfrequenz beeinflussenden Größen erfolgt erfindungsgemäß selbsttätig ohne Zwischenschaltung einer Steuerung.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1

einen als einseitig geschlossener Faltenbalg ausgeführten Nebenschluß-resonator.

• Zwischen einem Hubkolbenmotor 1 und einem Luftfilter 2 ist an die Saugrohrleitung 3 ein Nebenschluß-Resonator in Form eines elastischen Faltenbalges 4 angeschlossen.
• Die für die Anpassung der Eigenfrequenz an die Anregungsfrequenz erforderlichen Änderungen des Resonatorvolumens werden durch den im Saugrohr 3 abhängig von der jeweiligen Drehzahl entstehenden Unterdruck herbeigeführt. Bei einer Drehzahlerhöhung des Motors entsteht ein höherer Unterdruck, so daß sich der Faltenbalg 4 unter Aufbau einer von seiner Federkennlinie abhängigen Rückstellkraft zusammenzieht. Bei nachlassender Drehzahl sinkt der Unterdruck und die Rückstellkraft bewirkt eine Vergrößerung des Resonator-volumens.
• Die Bauteile Wegbegrenzer 5 und Anschlag 6 sind optional nur für den Fall vorgesehen, daß nur zwei Frequenzen besonders gedämpft werden müssen. Dann genügt es, das Resonatorvolumen und die Federkennlinie auf die niedrigere zu dämpfende Frequenz auszulegen und gleichzeitig die Federkennlinie so auszuwählen, daß spätestens bei der höheren zu dämpfenden Frequenz der Resonator sein durch Wegbegrenzer 5 und Anschlag 6 definiertes kleinstes Volumen erreicht.
• Diese Bauweise hat also den Vorteil, daß die Federkennlinie nur durch einen bestimmten Punkt verlaufen muß und eine bestimmte Maximalsteigung haben darf, also nicht exakt definiert werden muß.

Claims (2)

1. Nebenschluß-Resonator zur Schalldämpfung im Luftansaugtrakt eines Verbrennungsmotors oder eines Verdichters mit einer von der Schwingungsfrequenz der Luftmasse im Ansaugtrakt bestimmten Anregungsfrequenz, bei dem sich die Eigenfrequenz während des Motorbetriebs der jeweiligen Anregungsfrequenz selbsttätig und ohne Zwischenschaltung einer Steuerung anpaßt, um bei allen Betriebszuständen eine optimale Dämpfung zu erzielen,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß der Resonator insgesamt aus einem Faltenbalg (4) besteht, der bei einem dem Atmosphärendruck entsprechenden Innendruck ein definiertes Volumen oder eine definierte Länge aufweist und der sich bei Anliegen eines Unterdrucks im Ansaugtrakt (3) unter Aufbau einer Rückstellkraft volumenverkleinernd bzw. längenverkürzend zusammenzieht.
2. Nebenschluß-Resonator nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Federkennlinie des Faltenbalges (4) bzw. der wegabhängige Aufbau der Rückstellkraft so verläuft, daß sich das Volumen des Resonators (4) bei Änderung der Anregungsfrequenz um einen bestimmten Faktor umgekehrt proportional zum Quadrat dieses Faktors verändert.

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