DE2924153A1

DE2924153A1 - Zweitluft-zufuehreinrichtung

Info

Publication number: DE2924153A1
Application number: DE19792924153
Authority: DE
Inventors: Fumio Sanezawa; Yasuo Takagi; Yuji Ushijima; Kenji Yoneda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1979-12-20
Also published as: JPS54163217A; JPS6038531B2; US4441468A; US4319549A; DE2924153C2

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf eine Einrichtung zum Zuführen von Neben- oder Zweitluft in die Auspuffanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung eines Systems, bei dem die Zweitluft durch den in der Auspuffanlage erzeugten pulsierenden Abgasdruck in die Auspuffanlage eingeführt wird.

Bei Verbrennungsmaschinen, die Auspuffanlagen besitzen, bei denen nicht verbrannte Rückstände der Abgase verbrannt werden, um die in die Umgebungsluft abgegebene Abgase zu reinigen, ist es bekannt, lieben- oder Zweitluft in die Auspuffanlage einzugeben, um den Verbrennungsvorgang der nichtverbrannten Rückstände der Abgase zu unterstützen. Diese zusätzliche Luft wird im allgemeinen als "Zweitluft" oder auch als Hebenluft bezeichnet. Beide Ausdrücke sollen im folgenden verwendet werden. Es ist im Stand der Technik weiterhin bekannt, daß die Umgebungsluft als Zweitluft intermittierend in die Auspuffanlage eingegeben wird, indem ein Zungen-Drosselventil - oder ein Zungenventil verwendet wird, welches durch den in der Auspuffanlage erzeugten pulsierenden Abgasdruck betrieben wird.

Jedoch sind bei solchen Zweitluft-Versorgungseinrichtungen, die derartige Zungenventile verwendeten, Schwierigkeiten aufgetreten, da Auspuffgeräusche durch einen Zweitluft-Zuführungsdurchlaß zu dem Zungenventil zurückgeführt wurden und die Auspuff geräusche dann in den Motorraum abgestrahlt wurden, was einen unangenehmen Lärm verursacht.

Die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfirding durchgeführten Experimente haben gezeigt, daß in einer 4·-Zylinder-Maschine Auspuffgerausehe im Bereich von 60 bis 120 Hz

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vorherrschen, während bei 6-Zylinder-Maschinen Auspuffgeräusche im Frequenzbereich zwischen 100 und 175 BEz dominieren. Es versteht sich, daß der Hauptanteil der Auspuffgeräusche innerhalb eines relativ niedrigen Frequenzbereichs liegt.

In diesem Zusammenhang war es üblich, ein Zungenventil auf dem Gehäusekörper eines Maschinen-Luftfilters zu montieren und ein Auspuffrohr des Drosselventils entlang der inneren Oberfläche des Luftfiltergehäuses zu legen, um die Auspuffgeräusche zu vermindern.

Ein derartiges als Lufteinlaß dienendes Auspuffrohr ist jedoch längenmäßig und hinsichtlich der Querschnittsfläche beschränkt, da im Innenraum des Luftfilters nur beschränkt Platz verfügbar ist und eine bestimmte Menge von Zweitluft erforderlich ist. Folglich kann das Auspuffgeräusch innerhalb des unteren Frequenzbereichs nicht hinreichend abgeleitet werden, obschon die Auspuffgeräusche im mittleren und hohen Frequenzbereich beträchtlich gedämpft werden können.

Um die Auspuffgeräusche zu vermindern, wurde weiterhin vorgeschlagen, die Querschnittsfläche eines Teils eines Zweitluft-Einlasses zu vergrößern,um eine sogenannte Expansionskammer zum Ableiten der Auspuffgeräusche zu bilden. In einem solchen Fall wird eine beträchtlich lange Expansionskammer benötigt, um Geräusche niedriger Frequenz zu dämpfen. Es ist jedoch /schwierig, eine derartig lange Expansionskammer zu bilden, da im Motorraum nur beschränkt Platz ist.

In diesem Zusammenhang wurde weiterhin vorgeschlagen, die Querschnittsfläche eines Teils des Lufteinlasses zu vermindern, um den Geräusch-Dämpfungseffekt zu steigern. Durch eine solche Maßnahme wird jedoch der Strömungswiderstand für die eingeführte Luft erhöht, wodurch sich die in die

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Auspuffanlage eingegebene Zweitluftmenge vermindert, wodurch unvermeidbar der Reinigungseffekt bezüglich unverbrannter Rückstände der Abgase beeinträchtigt wird.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die den verschiedenen herkömmlichen Zweitluft-Zufuhreinrichtungen anhaftenden Probleme. Hierbei wird der Tatsache besondere Beachtung geschenkt, daß der Geräuschpegel der Auspuffgeräusche innerhalb eines speziellen Frequenzbereichs ziemlich hoch ist, und es werden Maßnahmen getroffen, um den Auspufflärm in diesem speziellen Frequenzbereich zu dämpfen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Webenluft-Zufuhrsystem mit einem Zungenventil für eine Verbrennungskraf tmasda ine anzugeben, bei demdxrch das Zungenventil in den Motorraum abgestrahlte Auspuffgeräusche wirksam gedämpft werden, wobei jedoch eine ausreichende Menge von Zweit- oder Hebenluft in die Auspuffanlage des Motors geleitet wird.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Mebenluft-Zuführsystem mit einem Zungenventil für eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, bei dem die Auspuffgeräusche im mittleren und hohen Frequenzbereich durch einen relativ langen, an das Zungenventil angeschlossenen Luftdurchlaß gedämpft werden, während die Auspuffgerausehe im unteren Frequenzbereich durch eine mit dem Luftdurchlaß in Verbindung stehende Resonanzkammer gedämpft werden.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes Nebenluft-Zuführsystem mit einem Zungenventil für eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, bei dem ein Luftdurchlaß und eine Resonanzkammer als Einheit gebildet sind,

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welche abnehmbar im Inneren des Gehäuses eines Luftfilters der Maschine angeordnet ist, so daß das Kebenluft-Zuführsystem sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, der eine leichte Herstellung ermöglicht.

Nach einem bevorzugten Gedanken der Erfindung ist auf der äußeren Oberfläche des Gehäuses eines Maschinen-Luftfilters ein Zungenventil befestigt, um der Auspuffanlage des Motors Zweitluft zuzuführen. Das Zungenventil ist mit einem im Inneren des Luftfiltergehäuses ausgebildeten Lufteinlaß strömungsverbunden. Weiterhin ist im Inneren des Gehäuses eine Resonanzkammer ausgebildet, die über einen Verbindungsdurchlaß mit dem Lufteinlaß in Verbindung steht, um einen relativ niedrigfrequenten Anteil der durch das Zungenventil übertragenen Auspuffgeräusche zu dämpfen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispielfe der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Febenluft-Zuführsystems in Zusammenwirken mit einem Verbrennungsmotor ,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils ef.nes Kebenluft-Zuführsystems, wobei als Beispiel eiiB in dem Luftfilter angeordnete Dämpfungsanordnung gezeigt ist,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie H-II in Fig. 2,

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Pig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der linie III-III gemäß Pig. 2,

Pig. 6 eine perspektivische AnsL cht eines weiteren Beispiels der in einem Luftfilter angeordneten Gerausch.-Dampfungseinrich.tung,

Fig. 7 A eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer Geräuschdämpfungseinrichtung, die an der Innenwandung eines Motor-Luftfilters befestigbar ist,

I¹Xg. 7 B eine Querschnittsansicht der in Pig. 7A gezeigten Anordnung,

Pig.8A eine perspektivische Ansicht eines Gegenstücks zu der in Pig. 7-A- gezeigten Schalldämpferanordnung,

Pig. 8 B einen Querschnitt des in Pig. 8A gezeigten Gegenstücks ,

Pig. 9 A eine perspektivische Ansicht eines weiteren Gegenstücks des in Pig. 7A gezeigten Schalldämpfers,

Pig. 9 B eine Querschnittsansicht des in Pig. 9A gezeigten weiteren Gegenstücks,

Pig.10 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Schalldruckpegel und der Prequenz bei einer Motordrehzahl von 2800 Umdrehungen/min zeigt, wobei einmal eine Luftzufuhreinrichtung (AID) verwendet wird und einmal auf das AID verzichtet wird,

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Pig. 11 eine graphische Darstellung ähnlich wie in Pig.10, Jedoch bei einer Drehzahl von 2400 Umdrehungen/min wiederum für den FaIl mit und ohne AID,

Pig. 12 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Schalldruckpegel und der Motordrehzahl für den Pail mit AID und ohne AID veranschaulicht,

Pig. 13 eine graphische Darstellung ähnlich wie Pig. 12, Jedoch mit Gegenüberstellung der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Methode,

Pig. 14 eine graphische Darstellung, welche den optimalen Bereich der Querschnittsfläche des Lufteinlasses für das Zweitluft-Zuführsystem nach der Erfindung zeigt,

Pig. 15 eine Skizze, welche die Dimensionen der Schalldämpferanordnung nach der Erfindung zeigt, und

Pig. 16 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (fr) und dem Volumen 00 einer Resonanzkammer der erfindungsgemäßen Schalldämpferanordnung verdeutlicht.

Die Pig. 1 bis 5 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zweitluft-Zuführsystems in Kombination mit einem Verbrennungsmotor, bei dem es sich hier um einen Automotor handelt. Der Motor 1 besitzt einen Einlaßkrümmer 2, der an die Zylinder (nicht gekennzeichnet) des Motors 1 angeschlossen ist, um die Zylinder mit Ansaugluft zu versorgen. Ein Auspuffkrümmer 3 ist mit den Motorzylindern strömungsverbunden, um die Abgase

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aus dem Motor 1 zu entfernen. Ein Luftfilter 4 ist mit dem Einlaßkrümmer 2 strömungsverbunden, um die in den Einlaßkrümmer 2 gegebene ITmgebungsluft zu filtern.

Ein Blatt- oder Zungen-Drosselventil 6 ist an dem Gehäuse 4a des Luftfilters 4 befestigt. Das Zungenventil (reed valve) 6 umfaßt zwei Zungenventile 6a und 6b, von denen jedes mit einem flexiblen Ventilblatt (ohne Bezugszeichen versehen ist. Das Zungenventil 6 ist mit dem Auspuffkrümmer 3 über zwei Nebenluft-Zuführrohre 5a und 5b strömungsverbunden.

Im Inneren des Gehäuses 4a des Luftfilters 4 ist eine Schalldämpferanordnung 7 angebracht. Die Schalldämpferanordnung befindet sich stromaufwärts bezüglich der Zungenventile 6a und 6b. Es sei bemerkt, daß die Schalldämpferanordnung 7 zv/isehen der Innenwandung des Luftfiltergehäuses 4a und einem ringförmigen Filterelement 4b oder einem Filtereinsatz angeordnet ist. In diesem Fall ist die Schalldämpferanordnung 7 eine aus Kunststoff geformte einstückige Konstruktion, die an der Innenwandung des Luftfiltergehäuses mit Befestigungselementen 8a, 8b und 8c befestigt ist, wie man aus den Fig. 3 bis 5 ersehen kann. Der Schalldämpfer 7 kann in einfacher Weise abgenommen werden. Der Schalldämpfer 7 ist in seinem Inneren mit einem Luftansaugkanal 10 in Form eines Saugrohres ausgestattet, um die Auspuffgeräusche im mittleren und hoher» Frequenzbereich abzuleiten. Der Luftansaugkanal 10 ist mit einem Lufteinlaß 10a ausgestattet, der zum Inneren des Luftfiltergehäuses 4a hin geöffnet ist. Weiterhin enthält der Ansaugkanal einen Auslaß 10b, der in der Wandung des Luftfilters 4a ausgebildet ist und in das Innere des Zungenventils 6 führt, wie man in Fig. 2 erkennt. Der Luftansaugkanal 10 steht über einen Verbindungskanal oder eine Kammer 11 mit einer Resonanzkammer 12 in Verbindung, um die Auspuffgeräusche im unteren Frequenzbereich zu dämpfen und diese Anordnung kann man

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gut in Fig. 4- erkennen.

Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, wird der Luftansaugkanal 10 gebildet durch eine Wandung 13, eine Trennwandung 14 und die Innenfläche des Luftfiltergehäuses 4a.

Folglich ist der Ansaugkanal 10 im oberen Abschnitt des Schalldämpfers 7 und in Kontakt mit der inneren Oberfläche des Luftfiltergehäuses 4a angeordnet. Die Unterteilungswandung 14 trennt das Innere des Schalldämpfers 7 in den Luftansaugkanal 10 und die Resonanzkammer 12 auf. Die Verbindungskammer ist, wie man in Fig. 4 erkennt, unter dem Luftansaugkanal 10 angeordnet und steht mit dem Luftansaugkanal 10 durch eine in der Trennwandung ausgebildete Öffnung in Verbindung. Die Verbindungskammer 11 steht weiterhin mit der Resonanzkammer 12 durch eine in einem Unterteilungselement 17 ausgebildeten Öffnung 16 in Verbindung. Das Unterteilungselement 17 ist mittels einesBefestigungselementes 8d an der Innenfläche des Filtergehäuses 4a befestigt. Die Verbindungskammer 11 wird zwischen den zwei Unterteilungswandungen 11a und 11b gebildet, wie man aus Fig. 2 ersieht. Es sei bemerkt, daß der Luftansaugkanal 10 über die Verbindungskammer mit der Resonanzkammer 12 in Verbindung steht, wodurch eine Art Helmholtz-Resonator gebildet wird.

Werden bei einem derart aufgebauten Zweitluft-Zuführsystem die Zungenelemente der Zungenventile 6a und 6b derart betätigt, daß sie durch die Wirkung des pulsierenden Auspuff drucks, der in dem Auspuffkrümmer 3 erzeugt wird, geöffnet und geschlossen werden, so wird Luft durch den Luftansaugkanal 10 und die Zungenventile 6a und 6b in die Luftansaugrohre 5a und 5b angesaugt. Die in die Luftansaugrohre 5a und 5b eintretende Luft wird dann dem Auspuffkrümmer 3 zugeführt, um die nicht verbrannten Rückstände des durch den Auspuffkrümmer 3

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strömenden Abgases zu verbrennen.

Obschon das Auspuffgerausch durch die Zungenventile 6a und 6b zurück zu der Schalldämpferanordnung 7 übertragen wird, werden die mittel- und hochfrequenzten Anteile der Auspuffgeräusche durch den Luftansaugkanal 10 und die niedrigfrequenten Anteile der Auspuffgeräusche durch den Resonanzeffekt der Resonanzkammer 12 gedämpft.

i"ig. 6 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die dem anhand der Pig. 2 bis 5 erläuterten Ausführungsbeispiel ähnelt mit der Ausnahme, daß die Resonanzkammer 12' unter dem Luftansaugkanal 10' und der Verbindungskammer .11' ausgebildet ist. Wie man aus der Zeichnung ersieht, öffnet sich der Lufteinlaß 10a¹ des Luftansaugkanals 10' nach oben. Die Verbindungskammer 11' ist parallel zu dem Luftansaugkanal 10' angeordnet und steht über die Öffnung 15' mit dem Luftansaugkanal 10'sowie durch die öffnung 16' mit der Resonanzkammer 12' in Verbindung. Es ist klar, daß der Luftansaugkanal 10' mit dem Zungenventil 6 in Strömungsverbindung steht .

Die I¹Xg. 7A und 7B zeigen ein weiteres Beispiel der Schalldämpferanordnung und dieses Beispie ähnelt der in den Pig. 2 bis 5 dargestellten Anordnung, mit der Ausnahme, daß der Schalldämpfer 7 fest im Inneren des Luftfiltergehäuses 4a derart angeordnet ist, daß die Planschteile 18a und 18b an der inneren Wandung des Luftfiltergehäuses 4a mittels kleinen Schrauben (nicht gezeigt) befestigt sind; diese Schrauben werdendrcch in den Planschteilen 18a und 18b vorgesehene öffnungen (ohne Bezugs zeichen) geführt.

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In diesem ITaIl besteht die SciLalldämpferanordnung 7 aus der Kombination eines ersten einstückigen Elements A, weleh.es in den Pig. 8A und 8B dargestellt ist und eines zweiten einstückigen Bauteils B, welches in den Fig. 9A und 9B skizziert ist. Das erste einstückige Bauelement A ist derart ausgebildet, daß es einen Luftansaugkanal 10 und die Verbindungskammer 11 bildet. Das zweite einstückige Bauelement B ist derart ausgebildet, daß äs die Resonanzkammer 12 in sich bildet. Man sieht, daß die kombinierten ersten und zweiten einstückigen Bauelemente A und B eine geschlossene Schalldämpferanordnung 7 ergeben , die beispielsweise durch Kleben miteinander verbunden sind. Es sei hervorgehoben, daß es ausreicht, zwischen der Zungenventilanordnung 6 und einem Teil des Bauelements A in dichter Nachbarschaft bezüglich des Luftauslasses 10b eine gasdichte Abdichtung zu erreichen.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die S¹Ig. 10 bis 16 die durch das Zungenventil 6 abgegebenen Auspuffgeräusche im einzelnen diskutiert werden.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die maximalen Geräuschpegel bei einer Motordrehzahl zwischen 1100 Upm sowie in einem Drehzahlbereich zwischen 2300 und 3000 Upm auftreten. Man sieht, daß diese Auspuffgeräusche mit den maximalen Geräuschpegeln im. unteren Frequenzbereich liegen. Da durch die Zungenventile 6a und 6b derartige niedrigfrequente Auspuffgeräusche an die Umgebung abgegeben werden, herrschen Auspuffgeräusche vor, deren Frequenz im Verhältnis steht zu den öffnungs- und Schließzeiten der Zungenventile 6a und 6b.

Die öffnungs- und Schließzeiten des Zungenventils 6a,6b entspricht der Frequenz des pulsierenden Abgasdrucks und

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wird durch folgende Gleichung wiedergegeben.

60x2

wobei ν = die Frequenz des pulsierenden Abgasdrucks, M = die Anzahl der Motorzylinder N = Drehzahl (Upm).

Im Fall eines 4-Zylinder-Motors ergibt die Gleichung (1) also ν = 2·N/60 und es ergibt sich ein Schalldruckpegel eines Geräuschanteils (als zweiter Anteil bezeichnet) mit einer Frequenz, deren Zahl dem zweifachen der Motordrehzahl entspricht. In den Fig. 10 und 11 ist durch eine ausgezogene Kurve der Schalldruckpegel (gemessener Wert) für den Fall aufgezeichnet, daß eine Luftzufuhreinrichtung (AID) zum Zuführen von Zweitluft in das Auspuffsystem durch ein Zungenventil vorgesehen ist, während eine gestrichelte Linie denselben Pegel für den Fall anzeigt, daß diese Luftzuführeinrichtung nicht verwendet wird. Die Versuche haben gezeigt, daß der Schalldruckpegel eines Geräuschanteils (als vierter Anteil oder vierte Komponente bezeichnet),dessen Frequenz dem vierfachen der Motordrehzahl (Momentanwert) entspricht, ebenso wie bei dem oben erwähnten zweiten Anteil oder der zweiten Komponente vorliegt. Wie man aus Fig. 12 erkennt, in der ausgezogene Linien die Fälle anzeigen, in denen die Luftzuführvorrichtung (AID) verwendet wird und in denen gepunktete Linien die Fälle anzeigen, in denen ohne die Luftzufuhreinrichtung gearbeitet wurde, ist die zweite Komponente in einen Drehzahl-bereich oberhalb von 1800 Upm vorherrschend, wohingegen die vierte Komponente bei einer Motordrehzahl unterhalb von 1800 Upm vorherrscht. Es wurde herausgefunden, daß die Spitze des Schalldmckpegels der vierten Komponente in einem Drehzahlbereich

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zwischen 1100 und 15OO Upm liegt und daß die Spitze des Schalldruckpegels der zweiten Komponente bei einer Motordrehzahl zwischen 2300 und 3000 Upm in etwa demselben Frequenzbereich liegt. Tatsächlich ergibt sich aus Gleichung (1) die Frequenz (v) der vierten Komponente zu 75 bis 100 Hz, und die Frequenz (v) der zweiten Komponente zu 75 bis 100 Hz.

Man sieht nun, daß die zweite und dritte Komponente des Auspuffgeräuschs gleichzeitig vermindert werden können, indem die Frequenzen zwischen 75 und 100 Hz im Fall der 4-Zylinder-Maschine reduziert werden. Im allgemeinen reicht es aus, die Frequenz im Bereich zwischen 18,75 M und 25 M (Hz) zu reduzieren, wenn die Anzahl der Zylinder M ist.

Im Hinblick auf die obigen Ausführungen zielt die Erfindung darauf ab, den erwähnten speziellen Frequenzbereich der Auspuffgeräusche durch den Resonanzeffekt einer Art Helmholtz-Resonator zu reduzieren bzw. zu dämpfen. Ein solcher Resonator ist in Fig. I5 skizziert. Die Resonanzfrequenz fr und ein reduzierter Schallpegel Z werden durch folgende Gleichungen gegeben.

Z -

(3)

-^4So ⁽f?

wobei C = Schallgeschwxndigkeit

S = Querschnittsfläche eines Halsteils

1 = Länge des Halsteils

V = Volumen der Resonanzkammer

f = Geräuschfrequenz

S = Querschnittsfläche eines Luftansaugkanals.

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ORlGiNALlNSPECTED'

Nach. Maßgabe der oben angegebenen Gleichungen (2) und (3) werden die verschiedenen Spezifikationen des Resonators im Verhältnis zu dem speziell zu reduzierenden Frequenzbereich festgelegt.

Was die Querschnittsfläche S des Luftansaugkanals 10 anbelangt, wird, um die erforderliche Menge an Zweitluft in die Auspuffanlage führen zu können, die Querschnittsfläche innerhalb eines Bereiches aus den in 14 dargestellten Ergebnissen gewählt:

= 5 (cm²) . (4-)

In Fig. 14 bezeichnet "AID EIU" den Fall, bei dem die oben erläuterte Luftzufuhrvorrichtung betätigt wird, um Luft in die Auspuffanaige des Motors zu geben, und "AID AUS" kennzeichnet den Fall, bei dem die Luftzufuhrvorrichtung nicht betrieben wird, damit in die Auspuffanlage keine Luft eingegeben wird. Folglich ist die Ansauggeschwindigkeit der Zweitluft (X) die Summe der Konzentration von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (COg), in den Abgasen, wenn die AID betätigt wird / die Konzentration der Summe von CO und GO^ in den Abgasen, wenn die AID nicht betätigt wird.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, verschlechtert sich, der Schalldämpfungseffekt in mittleren und höheren Frequenzbereichen für den Bereich S₀ 7 5 .

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Was die Querschnittsfläche S des Halsteils anbelangt, so ist die minimale Querschnittsfläche des Verbindungskanals 11 genauso groß oder kleiner als die Querschnitts flache S des Luftansaugkanals, wie durch folgende Gleichung angegeben wird: . ·

S < S < 5 (cm²) ⁽⁵⁾

läun ändert sich die Gleichung (3) wie folgt:

(6)

Zusätzlich viird die Gleichung (2) durch Substituieren der numerischen Werte wie für die Schallgeschwindigkeit neu geschrieben:

—- =1.848 χ 10 ⁴ fr ' ..... (7)

Aus den Gleichungen (6) und (7) läßt sich folgende Gleichung ableiten:

ΐϋ*

V = 1.082 χ ΙΟ⁴

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Hun ist für den EaIl der ^—Zylinder-Maschine der zu dämpf ende Frequenzbereich 75 = f - 100 (Hz), wie oben erwähnt wurde und folglich sollte die Resonanzfrequenz 75 = fr = 100 (Hz) sein.

Aufgrund dieser Tatsache wird der reduzierte oder gedämpfte Schallpegel Z bei beiden Endwerten des Frequenzbereichs ein Minimum und folglich sollten die reduzierten Schallpegel Z bei ν = 75 (Hz) und f = 100 (Hz) betrachtet werden. Nimmt man an, daß V bei f = 75 (Hz) V^ ist und der verminderte Schallpegel Z (dB) ist, und daß V bei f = 100 (Hz) V2 und der verminderte Schallpegel Z (dB) ist, so erhält man folgende Gleichungen:

/ z_

V, = 1.082 x 10⁴S

/_nnr , lioo _ _i_

: /10 - 1- —2" - ₁₀₀ ° Jfr

Die maximalen Pegel von V^ und V^ liegen bei fr = 100 (Hz) und fr = 75 (Hz) und es ergeben sich folgende Werte:

.1 S /θ¹⁰ - 1

= 63.1 S_Q/l0^xu - 1 (11)

/o¹⁰ - ι

V₂max = 84.2 S₀ZlO^" - 1 (12)

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Der Wert von fr für V₁ = ^ergibt sich zu 86,6 (Hz) Folglich gilt:

0 S

-, (13)

- 1

Der reduzierte Schaltpegel ergibt sich zu 8 bis 12 (dB), und aus den Gleichungen (11), (12) und (13) ergibt sich für Z = 8 (dB)!folgendes:

V- max = 145.4 S_Q

= 193.7 S_Q

; V₂
I V₁ = V₂ = 82.9 S

für Z = 12 (dB) ergeben sich folgende Werte:

= 243.1 S_o

V max = 324.4 S_Q V₁= V₂ = 138.9 S

Mt den so erhaltenen Werten fällt der Wert für V bei dem reduzierten Schallpegel von 8 bis 12 dB in den in Fig. 16 schräg schraffierten Bereich. Folglich gilt:

82.9 S_o i V £.324.4 S₀ ^{14)

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Die Gleichung (14-) ändert sich unter Berücksichtigung der Zylinderzahl M des Motors wie folgt:

331.6 _<v< 1297.6 _s

M ο ⁼ ~ M ο

Die Gleichung(i5) wird durch Rurdung zu:

S < V < MOOS (15·)

Mo== Mo ^l '

Nun ergibt sich durch Eliminieren von V aus den Gleichungen (6) und (7) ein Bereich für 1. Der Bereich für 1 kann ähnlich wie der Bereich für V erhalten werden.

Aus den Gleichungen (6) und (7) ergibt sich:

ι / /10

3.696 χ 10 * χ S₀ /10 - 1

f -

fr

(16)

Man sieht, daß im Falle der 4-Zylinder-Maschine gilt: 75 έ f 4 100 (Hz) und 75 = fr έ 1OO (Hz).

CJ

Nimmt man an, daß für f = 75 der Wert für^= γ nun fr* ist und der verminderte Schallpegel ζ (dB) ist, und für f = 100 (Hz) der Wert für CC«= j- nun OC₂ ist und der verminderte Schallpegel Z (dB) , so ergeben sich folgende Gleichungen:

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	.696	χ	ίο"⁴	-21-	ζ Γο	- 1	75 -	fr² 75	2924153
^αι = ³	.696	χ	ίο"⁴	*χ S 4θ**			100	fr²	-.- (17)
			χ s_o/c				100	j ... (18)

Die Maximalwerte für φ^ und 0O₂ liegen bei fr = 100 (Hz) und fr 75 (Hz), und ihre Werte sind wie folgt gegeben:

max = 2.156 χ 10

Ο"² χ S₀ /θ" - 1

max = 1.617 χ 10

~² χ s„ /ο^ίο - ι

(19)

(20)

Kir pc^ = Oc₂ ergibt sich fr zu 86,6 (hZ, und es gilt die Beziehung:

α = α = 9.238 χ 10 x S_Q

Λο¹^ - ι

(21)

Da der reduzierte Schaltpegel innerhalb des Bereiches zwischen 8 und 12 (dB) liegt, ergeben sich aus den Gleichungen (19), (20) und (21) bei Z = 8 (dB) folgende Werte:

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α,max = 4.968 χ ίο" S_Q

^ = 3.726 χ ίο"² S_Q α_Ί = α_ο = 2.129 χ ΙΟ"² S^

Dieselben Werte für Z = 12 ergeben sich zu:

_2 max = 8.303 χ 10 S_Q

-2 max = 6.231 χ 10 S_q

α = α₂ = 3.560 χ 10~² S_Q

2.129 χ 10~² S₀ ± ά ^ 8.308 χ 10~ S_Q 2.129 χ ΙΟ"² S₀ < I < 8.308 χ 1θ"² S_Q

12.04 ■&- < I <·46.97 ^- ' .--.. (22)

Die Gleichung (22) ändert sich unter Berücksichtigung der Zylinder?ahl M wie folgt:

M^li. A < _£ < _MLi_

₍₂₃₎

Werden die Zahlenangaben in Gleichung (25) gerundet, so ergibt sich

Λ1.Λ. < ι

M S₀ - - M

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Im Hinblick auf die oben erläuterten Ergebnisse ist es günstig, 1 der Verbindungskammer innerhalb des durch die Gleichung (23') gegebenen Bereichs zu wählen

Man erkennt zu, daß im Fall der 6-Zylinder-Maschine eine derartige Berechnung auf der Basis von M = 6 durchgeführt wird, um Schalldruckpegel eines Geräuschanteils (als dritte Komponente bezeichnet) abzuleiten, deren Frequenz dem dreifachen der Motordrehzahl (Momentanwert) entspricht sowie einer Geräuschkomponente (als sechste Komponente bezeichnet), deren Frequenz dem sechsfachen der Motordrehzahl (Momentanwert entspricht.

Es ergibt sich also, daß die Auspuffgeräusche in einem relativ niedrigen Frequenzbereich, die durch das Zungenventil übertragen werden, durch die Verbindungskammer 11 in die Resonanzkammer 12 geleitet werden, und daher wird die Vibrationsenergie des Auspuffgeräusches durch den Resonanzeffekt der Resonanzkammer 12 abgeleitet, um die aus dem Schalldämpfer austretenden Auspuffgerausche spürbar zu dämpfen.

Wie man aus Fig. 13 erkennt, ist die Dämpfung des Zweitluft-Zuführsystems nach der Erfindung bezüglich der zweiten und vierten Komponenten der Auspuffgerausche hervorragend im Vergleich zu einem herkömmlichen Zweitluft-Zuführsystem ohne eine Art von Helmholtz-Resonator, der an den Luftansaugkanal des Zweitluft-Zuführsystems angeschlossen ist.

In Fig. 13 bezeichnen die Linien a und a' die Fälle für das erfindungsgemäße Zweitluft-Zuführsystem, während die Linien b und b¹ die Fälle eines herkömmlichen Zweitluft-Zuführsystems repräsentieren.

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Darüberhinaus können Auspuffgerausehe im mittleren und hohen Frequenzbereich wirksam in dem Luftansaugkanal gedämpft werden, wobei der Luftansaugkanal den Dämpfungseffekt der Geräusche in diesen Bereichen verstärkt, indem er als eine Art Auspuffrohr für das Zungenventil dient.

Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, wird durch die Erfindung erreicht, daß Auspuffgeräusche, die durch das als Zungenventil ausgebildete Drosselventil geleitet werden, wirksam gedämpft werden, ohne daß die Menge der in die Auspuffanlage des Motors eingeführten Zweitluft vermindert wird. Darüberhinaus kann die Schalldämpferanordnung 7 einfach im Inneren des Luftfiltergehauses befestigt werden, und die Herstellungskosten der Schalldämpferanordnung 7 können vermindert werden.

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Claims

PATE N TA N WA LT Ξ

P 15 94-5

A. GRÜNECKER

OPU-ING.

H. KINKELDEY

DR-IMG.

W. STOCKMAIR

DR-ING- AtE ICALTECHf

K. SCHUMANN

DR RER NAT - CX PU-PHYS

P. H. JAKOB

D(PU-ING

6. BEZOLD

Cn RSl MST- OFl-CHEM

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSS 43

- Juni 1979

Nissan Motor Company, Limited
Fo. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku
Yokohama City, Japan

Zweitluft-Zufuhreinrichtung

Patentansprüche

rl Λ Zweitluft-Zuführeinrichtung zum Zuführen von Zweitluft in die Auspuffanlage eines mit einem Luftfilter

versehenen Verbrennungsmotors, net durch

gekennzeich-

ein Zungenventil (6), das in Abhängigkeit des in der
Auspuffanlage erzeugten pulsierenden Abgasdrucks arbeitet,

einen im Inneren des Luftfiltergehäuses (4a) vorgesehenen Luftansaugkanal (10), der mit dem Zungenventil (6) in
Verbindung steht, so daß nach öffnen des Zungenventils
durch den Luftansaugkanal Luft in die Auspuffanlage (3) strömt,

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OO

TELEFON (QOS)

TELEX Or,-28 3BO

MONAPAT

TELEKOPiERER

wobei der Luftansaugkanal als erster Schalldämpfer zum Dämpfen von Auspuffgeräuschen im mittleren und h.oh.en Frequenzbereich dient,

eine im Inneren des Luftfiltergehäuses (4a) ausgebildete Resonanzkammer (12), die als zweiter Schalldämpfer zum Dämpfen der Auspuffgeräusche im unteren Frequenzbereich, dient, und

einen Verbindungskanal (11), durch, den die Eesonanzkammer mit dem Luftansaugkanal in Verbindung steht.

2. Zweitluftzuführeinrichtung nach Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet , daß die Größen des Luftansaugkanals (10), der Eesonanzkammer (12) und des Verbindungskanals durch folgende Beziehung gegeben sind:

2 < s_o < 5, s < s_o < 5, ψ s_o <r v <

48 S ^_Ί ^188 S

ir S₀" <^1<ir

wobei S„ = Querschnittsfläche (cm ) des Luftansaugkanals,

S = Quersciinittsflache (cm ) des Verbindungskanals,

1 = Länge (cm) des Verbindungskanals

V = Volumen (cnr) der Eesonanzkammer,

M = Anzahl der Motorzylinder.

3· Zweitluftzuführeinrichtung nach Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet , daß das Zungenventil an dem Gehäuse des Luftfilters befestigt ist und in der Lage ist, eine Verbindung zwischen der Auspuffanlage des Motors und dem Luftansaugkanal (10) herzustellen.

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4·. Zweitluft-Zuführeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftansaugkanal, die Resonanzkammer und der Verbindungskanal aus einem einstückig gebildeten Bauteil geformt sind, welches im Inneren des Luftfiltergehäuses an dessen Innenwandung abnehmbar angebracht ist, und daß das einstückig ausgebildete Bauteil mit einem Luftauslaß (10b) ausgestattet ist» der zu dem Zungenventil hin geöffnet ist,damit in den Luftansaugkanal eingetretene Luft durch das Zungenventil (6) in die Auspuffanlage des Motors eintreten kann.

5· Zweitluft-Zuführeinrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß das einstückig ausgebildete Bauteil aus Kunststoff gefertigt ist.

6. Zweitluft-Zuführeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das einstückig ausgebildete Bauteil zwischen der Innenwandung des Luftfiltergehäuses und einem Luftfilterelement (4b) angeordnet ist.

7. Zweitluft-Zuführeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Resonanzkammer ein erstes einstückig ausgebildetes Bauelement (B) umfaßt, daß der Luftansaugkanal und der Verbindungskanal ein zweites einstückig ausgebildetes Bauteil (A) umfassen, daß das erste und zweite einstückig ausgebildete Bauteil miteinander abgedichtet verbindbar sind, um eine Schalldämpferanordnung (7) zu bilden, die im Inneren des Luftfiltergehäuses entlang dessen Innenwandung abnehmbar angeordnet werden kann, und daß das zweite einstückig ausgebildete Bauteil mit einem Luftauslaß (10b) ausgestattet ist, der zu dem Zungenventil hin geöffnet ist, so daß in den Luftansaugkanal eingetretene Luft durch das Zungenventil in die Auspuffanlage des Motors gelangen kann.

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