DE2310849C3 - Vorrichtung zur Schalldämpfung an Verbrennungsmotoren mit Vergaser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schalldämpfung an Verbrennungsmotoren mit Vergaser, in der ein die akustischen Schwingungen des Motors dämpfender akustischer Resonator mit der zwischen den Ventilen und dem Vergaser befindlichen Ansaugleitung des Motors durch eine Rohrleitung verbunden ist, wobei der Resonator einen im wesentlichen abgeschlossenen Resonatorraum aufweist.

Es hat sich gezeigt, daß die wichtigsten Mangel der Gemischaufbereitung (Vergasungsfehler), denen man bei niedrigen Drehzahlen (1200 bis 1300 U/min) an den üblichen Vergasern begegnet, durch das Auftreten von akustischen Schwingungen im Ansaugweg durch den Vergaser verursacht werden.

Da das Ausmaß dieser Schwingungen sich in weitem Umfang plötzlich ändert, wenn die Drehzahl »ich verändert, schwankt der Kohlenmonoxidgehalt der Auspuffgase in derartigen Grenzen, daß es unmöglich ist, den Motor hinsichtlich der Einhaltung der Schadstoffbestimmungen in befriedigender Weise arbeiten zu lassen.

Diese Erscheinung läßt sich dadurch erklären, daß die Luftstrommenge im Bereich des Vergasers als die Summe zweier Strömungsmengen aufgefaßt werden kann: einer konstanten Strömungsmenge und einer auf akustischen Wirkungen beruhenden wechselnden Strömungsmenge, wobei Frequenz und Amplitude mit der jeweiligen Drehzahl des Motors in Zusammenhang stehen.

Wenn der Betrag dieser Amplitude denjenigen der konstanten Strömungsmenge übersteigt, so ergibt sich in den Phasen, in denen die Wechselströmung der konstanten Strömung entgegengesetzt gerichtet ist, eine vorübergehende Richtungsumkehr der Strömung und entsprechend ein Stau des Kraftstoff-Luft-Gemisches des Vergasers, wobei dieses bereits gebildete Gemisch durch den wieuerholten Durchgang dann erneut angereichert wird, was zu Ungleichmäßigkeiten der Motorversorgung und zu erhöhter Schadstoffabgabe des Motors führt.

Eine Vorrichtung zur Schalldämpfung an Verbrennungsmotoren mit Vergaser der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 721571 bekannt und dient dazu, die Drehzahl des Motors zu begrenzen. Der dort eingesetzte Schalldämpfer dient nicht dazu, eine gleichmäßigere Versorgung des Motors mit Brennstoff zu ermöglichen. Da der mit der unter Unterdruck stehenden Ansaugleitung verbundene Resonator im wesentlichen abgeschlossen ist, dringen aufgrund des herrschenden Unterdruckes Dämpfe von der Ansaugleitung her in den Resonator ein. Dies ist unerwünscht, da es die Wirkungsweise des Schalldämpfers und die Lebensdauer von gegebenenfalls vorhandenen dämpfenden Materialien beeinträchtigen kann, darüber hinaus kann eine derartige Dampfansammlung auch zu einer Explosionsgefahr führen.

Gemäß der DE-PS zu 266 091 ist ein Ausgleichsbehälter angeordnet, der beim Schließen des Einlaßventils die zurückgestaute Gassäule aufnehmen soll, um infolge einer gleichmäßigeren Versorgung des Motors eine Brennstoffersparnis zu bewirken. Das Eindringen der Kraftstoffdämpfe wird durch eine derartige Anordnung jedoch nicht verhindert. Ein Ansaugschalldämpfer ist auch aus der FR-PS 716 823 bekannt, wobei der Schalldämpfer durch eine Vielzahl von gleichen Anschlußrohren mit dem Ansaugrohr des Motors verbunden und der Schalldämpfer mit einer dämpfenden Masse gefüllt ist, so daß sich keine Resonanzschwingungen bilden sollen. Auch in der US-PS 2322895 ist ein Schalldämpfer beschrieben, der durch eine Leitung mit dem Lufteintrittsstutzen des Primärteils eines Doppelvergasers verbunden ist. Dabei haben der Schalldämpfer und das Ansaug-Luftfilter einen gemeinsamen Deckelteil. Das Aufsteigen von Dampf in das dämpfende Material der Schalldämpfer kann durch beide Anordnungen nicht verhindert werden.

In der US-PS 2906370 ist ein Schalldämpfer beschrieben, der in das Luftfilter integriert ist. Dieser Schalldämpfer ist somit in Strömungsrichtung vor dem Vergaser angeordnet. Diese Anordnung löst nicht die Probleme, die durch das Auftreten von akustischen Schwingungen im Ansaugluftbereich des Vergasers verursacht werden. Ähnliches gilt für die Anordnung gemäß der US-PS 3 530648, bei der zur Verringerung des Benzinverbauchs zwischen Luftfilter und Vergaser unmittelbar ein Resonator eingeschaltet ist. Eine Möglichkeit, die Länge und den Durchmesser des Verbindungsrohres zwischen Resonator und Ansaugrohr abzustimmen, entfällt und damit eine genaue Abstimmung der Dämpfung. Wegen der Einschaltung des Resonators stromaufwärts vom Vergaser können die am Vergaserausgang entstandenen Schallwellen nicht wirksam unterdrückt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Schalldämpfung an Verbrennungsmotoren mit Vergaser der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei voller Wirksamkeit der Schalldämpfung ein Eindringen der Kraftstoffdämpfe in den Resonatorraum verhindert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Resonatorraum über kleine öffnungen mit der Atmosphäre verbunden ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Resonatorraum als Verlängerung am zylindrischen Gehäuse eines Ansaugluftfilters angeordnet. Dadurch wird auch eine sehr kompakte Bauweise des Schalldämpfers erzielt.

Durch das Vorsehen von sehr kleinen öffnungen in der Wand des Resonatorraumes entsteht durch die Verbindung mit der Außenluft ein etwas höherer absoluter Druck als in dem unter dem vollen Unterdruck stehenden Ansaugrohr. Dadurch wird ein Aufsteigen der Kraftstoffdämpfe vom Ansaugrohr in den Reso-

natorraum über die Verbindungs-Rohrleitungen verhindert. Die im Bereich des Motors erzeugten akustischen Schwingungen, die sich längs der Leitung in Richtung auf den Vergaser fortpfl.uizen, werden großenteils von dem Resonator aufgefangen und gelangen nur sehr abgeschwächt bis zum Vergaser. Die Wirkungsweise des Vergasers wird damit nicht beeinträchtigt

Der Resonator wird durch eine Verbinüungs-Rohrleitung zur Ansaugleitung so zwischen Ansaugventil und Vergaser angeschlossen, daß im Hinblick auf die Kupplung mit dem Ansaugkanal seine maximale Wirkungsmöglichkeit in dem Drehzahlbereich liegt, in dem man Gemischbildungsmängel entdeckt. Durch die Wahl der Anzahl, der Durchmesser und der Längen der Verbindungsrohrleitungen läßt sich die Wirkungsweise des Resonators abändern. Das Resonatorvolumen wird je nach der verlangten Wirksamkeit gewählt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung dargestellt Es zeigt

Fig. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Ansaugleitung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonators,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Strömungsumkehr zeigt, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung beseitigt wird.

Nach Fig. 1 besteht die Vorrichtung zur Schalldämpfung aus einem Resonatorraum 1, in den bei 16 mindestens eine Rohrleitung mündet (ζ. Β 2„ gestrichelt gezeichnet), für die Länge und Durchmesser vorgegeben sind. Die anderen Enden dieser Rohrleitungen, z. B. 2₂, 2₃, münden in Zweigleitungen 3 des Ansaugrohrs, z. B. an Stellen 4, die zwischen den Ventilen des Motors 5 und dem Vergaser 6 liegen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung zur Schalldämpfung durch einen abgeschlossenen Resonatorraum 1 vorgegebenen Volumens gebildet, in den bei 16 zwei Rohrleitungen I₁ und 2₃ von vorgegebenen Längen und Durchmessern münden. Die beiden anderen Enden der Rohrleitungen 2₂ und 2₃ sind zu zwei Stellen des Ansaugrohres geführt, die zwischen den Zylindern und dem Vergaser liegen.

An der Außenwand des Resonatorraumes 1 sind sehr kleine öffnungen 14 angebracht, um eine Verbindung mit der Außenluft herzustellen. Dadurch wird im Resonatorraum in bezug auf das unter Unterdruck stehende Ansaugrohr ein etwas höherer Druck hergestellt. Dadurch wird verhindert, daß Kraftstoffdämpfe längs der Rohrleitungen I₁ und 2, zum Resonatorraum aufsteigen können.

Die Wirkung des Resonators läßt sich abändern, indem man die jeweiligen Abmessungen der beiden Rohrleitungen variiert:

- durch die Wahl zweier unterschiedlicher Rohrleitungen wird der Frequenzbereich mittlerer Wirksamkeit erweitert;

- durch Anbringung zweier übereinstimmender Rohrleitungen ist eine besonders gute Wirksamkeit, jedoch in einem engeren Frequenzbereich, zu erzielen.

Man kann zur Regulierung auch Drosseln oder Blenden vorsehen, welche die Resonanzwirkung abschwächen und an beliebigen Stellen der Verbindungs-Rohrleitungen angeordnet werden können. Die Erfindung ist bei jeder Art von Resonator (pneumatischem oder Membranresonator) anwendbar, der in eine Verbindungs-Rohrleitung zum Ansaugrohr zwischen den Zylindern und dem Vergaser geschaltet ist, um die akustischen Schwingungen im to Inneren des Vergasers herabzusetzen.

In Fig. 2 ist perspektivisch ein Schnitt eines zylinderförmigen Luftfilters 7 üblicher Bauart dargestellt, an das ein Resonatorraum 1 angebaut ist. Das Luftfilter weist ein zylindrisches Gehäuse mit einem axial verlaufenden Eintrittskanal 8 und einem seitlichen Austritt 9 auf und enthält einen Filtereinsatz 10 sowie einen akustischen Abstimmraum 11 mit einem zentralen Abstimmrohr 12.

Der Resonatorraum 1 ist von dem Abstimm raum 11 durch eine Trennwand 13 akustisch getrennt. Durch den Resonatorraum 1 führt der Luft-Eintrittskanal 8 der aber ebenfalls ihm gegenüber abgetrennt ist.

Der Resonatorraum 1 ist bei 16 an die Rohrleitungen I₁ und 2₃ angeschlossen. Die Baueinheit erhält auf diese Weise eine zusätzliche Funktion als Schwächungselement für Schallwellen in Strömungsrichtung unterhalb des Vergasers; diese Bauweise erfordert nur ganz geringe Kosten und den geringsten zusätzlichen Raum.

Man kann, um einige zahlenmäßige Angaben zu machen, für einen Vier-Zylinder-Reihenmotor mittleren Hubraumes ein Resonatorvolumen von etwa 0,6 Liter vorsehen, während die Rohrleitungen 20 cm Länge und 1,8 cm Durchmesser haben.

Fig. 3 erläutert die Erscheinung der Strömungsumkehr, die die Gemischbildungsstörungen verursacht. Bei bestimmten Motordrehzahlen übersteigt die akustisch bedingte Wechselströmung Q₂ mengenmäßig die konstante Strömung Q₁, und die resultierende Strömungsmengenkurve für Q₁ + Q₁ nimmt während des Zeitabschnittes AB negative Werte an, was einer Richtungsumkehr der Strömung entspricht.

Die Dämpfung der Wechselströmung Q₂ mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Resonators beseitigt diesen Strömungsumkehrbereich AB, die konstante Stre mung Q₁ bleibt mengenmäßig immer größer als die maximalen Amplituden der Wechselströmung Q₂, und der Fehler in der Gemischbildung wird auf diese Weise beseitigt.

Der Resonator korrigiert (in seinem Wirkungsbereich (alle Gemischbildungsfehler, die auf das Auftreten von Ansaugluftschwingungen im Bereich des Vergasers zurückzuführen sind, insbesondere Anomalien der Gemischanreicherung, die auf die Wirkung dieser Ausgangsluftschwingungen zurückzuführen sind.

Da der Resonator die Amplitude der Schallwellen in seinem Wirkungsbereich erheblich herabsetzt, stellt er auch einen ausgezeichneten Schalldämpfer für den Ansaugweg, insbesondere bei Drehzahlen im Bereich von etwa 2500 bis 3000 U/min dar, wodurch der Geräuschkomfort der Fahrgäste erheblich verbessert wird, denn diese Drehzahlen werden beim Fahren am meisten benutzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Schalldämpfung an Verbrennungsmotoren mit Vergaser, in der ein die akustischen Schwingungen des Motors dämpfender akustischer Resonator mit der zwischen den Ventilen und dem Vergaser befindlichen Ansaugleitung des Motors durch mindestens eine Rohrleitung verbunden ist, wobei der Resonator einen im wesentlichen abgeschlossenen Resonatorraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonatorraum (1) über kleine öffnungen (14) mit der Atmosphäre verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonatorraum (1) als Verlängerung (7) angeordnet ist.