DE102004043335A1

DE102004043335A1 - Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004043335A1
Application number: DE200410043335
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr.-Ing. Hofmann; Roudolf Prof. Dr. Starobinski
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug (2) weist einen Luftfilter (3), welcher ein Gehäuse (4) aufweist, eine sich in das Gehäuse (4) erstreckende Rohluftleitung (6), welche an einem Ende eine gehäuseseitige Austrittsöffnung (11) aufweist, und eine aus dem Luftfilter (3) austretende, zu einer Brennkraftmaschine (7) führende Ansaugleitung (9) auf. Die Rohluftleitung (6) weist in einem Bereich, in dem in der Nähe der Resonanzfrequenz der Rohluftleitung (6) der höchste Schalldruck ansteht, eine Öffnung (12) in das Gehäuse (4) auf, welche mit einem Schallabsorptionsmaterial (13) verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Bei Kraftfahrzeugen ist häufig bei niedrigen Frequenzen, insbesondere im Bereich der zweiten Motorordnung bei vierzylindrigen Brennkraftmaschinen, innerhalb der Ansaugleitung und hier vor allem im Bereich des Luftfilters ein von den Insassen als unangenehm empfundenes Geräusch zu beobachten. Eine Möglichkeit, die zweite Motorordnung zu verringern, besteht darin, die Länge der Ansaugleitung zu vergrößern, wodurch sich die Eigenfrequenz derselben verringert. In dem Fall, in dem sich innerhalb der Ansaugleitung ein Luftfilter befindet, handelt es sich bei der zu verlängernden Leitung um die zu dem Luftfilter führende, sogenannte Rohluftleitung. Allerdings besteht der Nachteil einer solchen Verlängerung der Rohluftleitung darin, dass sich innerhalb derselben stehende Wellen ergeben, welche zu Resonanzen innerhalb der Leitung und auf diese Weise wiederum zu einer unangenehmen Geräuschbildung führen können.

Die DE 101 43 429 A1 beschreibt eine Luftfilter-Ansaugkombination für einen Verbrennungsmotor, bei welcher ein Ansaugrohr zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften mit Löchern von ca. 1,5 mm Durchmesser perforiert ist.

Eine Luftansauggruppe für Nutzfahrzeuge mit einer schalldämpfenden Kammer und einer Filterkammer, die in einem einzigen Außengehäuse integriert sind, ist aus der DE 37 34 338 A1 bekannt. Hierbei weist eine in die schalldämpfende Kammer mündende Leitung mehrere Bohrungen auf.

In der DE 34 29 633 C2 ist ein Luftansaugfilter für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem eine Wand eines Ansaugrohrstücks mehrere Luftdurchtrittsöffnungen aufweist, die zu einer Verwirbelung und Interferenz-Wirkung und somit zur Schalldämpfung der in den Filter eintretenden Luft führen sollen.

Bei einem aus der DE 1 710 306 U1 bekannten Luftfilter-Ansauggeräuschdämpfer ist ein in ein Gehäuse des Dämpfers mündendes Dämpferrohr mit mehreren Bohrungen versehen.

Sämtliche der bekannten Lösungen sind jedoch nicht in der Lage, der oben beschriebenen Problematik entgegen zu treten, da jeweils bei bestimmten Frequenzen unangenehme Geräusche auftreten können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher der Luftfilter während der Ansaugung von Luft keine für die Insassen des Kraftfahrzeugs unangenehmen Geräusche erzeugt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Rohluftleitung also nicht nur eine sich in das Gehäuse des Luftfilters öffnende Öffnung auf, sondern eine zweite, welche in dem Bereich angeordnet ist, in dem in der Nähe der Resonanzfrequenz der Rohluftleitung der höchste Schalldruck entsteht. Dadurch kann gegenüber bekannten Lösungen die Rohluftleitung verlängert werden, wodurch sich im Gesamtsystem bzw. im Gehäuse des Luftfilters eine niedrigere Helmholtz-Eigenfrequenz ergibt, was dazu führt, dass Anregungen im Bereich der zweiten Motorordnung keine negativen Einflüsse auf die Geräuschentwicklung bei der Ansaugung durch die Rohluftleitung haben.

Die Öffnung im Bereich des höchsten Schalldrucks verhindert bei höheren Frequenzen die Bildung von stehenden Wellen, da sich der hohe Schalldruckpegel trotz des Schallabsorptionsmaterials über die zusätzliche Öffnung in der Rohluftleitung abbauen kann. Bei niedrigen Frequenzen wird dieses Austreten von Schall über die zusätzliche Öffnung, was ansonsten zu einer Verkürzung der wirksamen Länge der Rohluftleitung führen würde, durch das sich in der Öffnung befindliche Schallabsorptionsmaterial, welches den Strömungswiderstand der Öffnung erhöht, verhindert. Die zusätzliche Öffnung spielt also bei niedrigen Frequenzen aufgrund des erhöhten Strömungswiderstands des Absorptionsmaterials keine Rolle.

Insgesamt ergibt sich somit eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug, welche in der Lage ist, den Zielkonflikt zwischen einer möglichst niedrigen Helmholtz-Frequenz und den sich dabei ergebenden stehenden Wellen in der Weise zu beseitigen, dass der Luftfilter während der Ansaugung von Luft keine für die Insassen des Kraftfahrzeugs unangenehmen Geräusche erzeugt.

Ein bezüglich des Austretens der stehenden Wellen bei höheren Frequenzen besonders wirksamer Ort für die erfindungsgemäße Öffnung ergibt sich, wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Öffnung in einer Entfernung von der gehäuseseitigen Austrittsöffnung der Rohluftleitung, die dem 0,4- bis 0,6-fachen der Länge der Rohluftleitung entspricht, angeordnet ist. In diesem Bereich hat die erste Schalldruckeigenmode der Luftsäule ihr Maximum. Durchfährt die zweite Motorordnung einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine diesen Frequenzbereich, so treten Resonanzüberhöhungen für die zweite Motorordnung auf. Durch die beschriebenen Anordnung wird dieses Problem gelöst.

Besonders zu bevorzugen ist es, wenn die Öffnung in der Mitte zwischen einer sich außerhalb des Gehäuses befindlichen Eintrittsöffnung und der gehäuseseitigen Austrittsöffnung der Rohluftleitung angeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rohluftleitung in einer Entfernung von der gehäuseseitigen Austrittsöffnung der Rohluftleitung, die dem 0,2 – 0,3-fachen der Länge der Rohluftleitung entspricht, eine weitere, mit einem Schallabsorptionsmaterial versehene Öffnung aufweist. Eine solche zusätzliche Öffnung ist in der Lage, bei Schallanregungen im Bereich einer höheren als der zweiten Motorordnung für ein Abführen der stehenden Wellen aus der Rohluftleitung zu sorgen. Damit werden Anregungen im entsprechenden Frequenzbereich reduziert.

Ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 6 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 ein Diagramm, welches den Schalldruck bei einer Frequenz im Bereich der zweiten Motorordnung darstellt;
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine Ansicht gemäß dem Pfeil IV aus 3; und
5 ein Diagramm, welches den Schalldruck bei einer höheren Motorordnung darstellt.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug 2, welches anhand einer Umrisslinie lediglich äußerst schematisch angedeutet ist. Die Vorrichtung 1 weist einen Luftfilter 3 mit einem Gehäuse 4 und einem in dem Gehäuse 4 angeordneten Filtereinsatz 5, eine sich in das Gehäuse des Luftfilters 3 erstreckende Rohluftleitung 6 und eine aus dem Luftfilter 3 austretende, zu einer Brennkraftmaschine 7, die im vorliegenden Fall vier in Reihe angeordnete Zylinder 8 aufweist, führende Ansaugleitung 9 auf. Selbstverständlich könnte die Brennkraftmaschine 7 auch eine andere Anzahl an Zylindern 8 aufweisen, wobei dann eine entsprechende Anpassung der Vorrichtung 1 erforderlich wäre, da sich dann andere Resonanzfrequenzen ergeben.
Wie zu erkennen ist, weist die Rohluftleitung 6 an ihrem dem Luftfilter 3 abgewandten Ende eine Eintrittsöffnung 10 und an dem der Eintrittsöffnung 10 gegenüberliegenden Ende eine sich in das Gehäuse 4 öffnende, gehäuseseitige Austrittsöffnung 11 auf. Die Rohluftleitung 6 weist eine weitere Öffnung 12 in das Gehäuse 4 auf, welche mit einem den Strömungswiderstand der Öffnung 12 erhöhenden, akustisch wirksamen Schallabsorptionsmaterial 13 verschlossen ist. Bei niedrigen Frequenzen innerhalb der Rohluftleitung 6 kann die darin geführte Luft und somit auch der Schall aufgrund des Schallabsorptionsmaterials 13 in der Öffnung 12 lediglich durch die Austrittsöffnung 11 in das Gehäuse 4 des Luftfilters 3 gelangen. Dadurch kann die Rohluftleitung 6 mit einer größeren Länge als bei bekannten Luftfiltern ausgeführt werden, wodurch die Eigenfrequenz des als Helmholtzresonator wirkenden Gehäuses 4 abgesenkt wird und sich somit von der Frequenz der zweiten Motorordnung entfernt.
Aus der Darstellung gemäß 2, in welcher der Schalldruck P innerhalb der Rohluftleitung 6 über der Länge 1 derselben aufgetragen ist, wird deutlich, dass sich die Öffnung 12 der Rohluftleitung 6 in einem Bereich befindet, in dem in der Nähe der Resonanzfrequenz der Rohluftleitung 6 der höchste Schalldruck P ansteht. Aufgrund dieses hohen Schalldrucks P können die sich im Bereich der Resonanzfrequenz, also bei einer höheren Frequenz, in der Rohluftleitung 6 bildenden stehenden Wellen die Rohluftleitung 6 durch die Öffnung 12 verlassen, so dass die Bildung von stehenden Wellen innerhalb der Rohluftleitung 6 im wesentlichen vermieden wird. Die Öffnung 12 ist vorzugsweise in einer Entfernung von der gehäuseseitigen Austrittsöffnung 11 der Rohluftleitung 6, die dem 0,4- bis 0,6-fachen der Länge der Rohluftleitung 6 entspricht, angeordnet. Insbesondere ist es sinnvoll, die Öffnung 12 in der Mitte zwischen der Eintrittsöffnung 10 und der Austrittsöffnung 11 der Rohluftleitung 6 anzuordnen, um die Öffnung 12 mit dem größtmöglichen Schalldruck P zu beaufschlagen und diesen in das Gehäuse 4 abzuleiten. Als Schallabsorptionsmaterial 13 kann poröses Material, wie beispielsweise das sogenannte Feltmetall, oder auch ein mikroperforiertes Material verwendet werden.
Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Geräuschgestaltung, bei der die Rohluftleitung 6 eine weitere Öffnung 14 in Richtung des Inneren des Gehäuses 4 aufweist, die ebenfalls mit einem Schallabsorptionsmaterial 15 verschlossen ist. In der Draufsicht gemäß 4 ist zu erkennen, dass die Rohluftleitung 6 innerhalb des Gehäuses 4 eine Biegung 16 aufweist, die es ermöglicht, die Rohluftleitung 6 in der gewünschten Länge auszuführen. Die Biegung 16 der Rohluftleitung 6 ist vorzugsweise auch bei der Ausführungsform gemäß 1 vorhanden.
Aus der Darstellung gemäß 5 wird deutlich, dass die weitere Öffnung 14 der Rohluftleitung 6 in einer Entfernung von der gehäuseseitigen Austrittsöffnung 11 angeordnet ist, die dem 0,2- bis 0,3-fachen der Länge der Rohluftleitung 6 entspricht. Besonders zu bevorzugen ist eine Einbringung der Öffnung 14 nach einem Viertel der Länge der Rohluftleitung 6 ausgehend von der Austrittsöffnung 11, um auch bei einer höheren Motorordnung als der zweiten Motorordnung dafür zu sorgen, dass sich die Öffnung 14 dort befindet, wo für die zweite Eigenmode der höchste Schalldruck P ansteht. Gegebenenfalls könnte auch lediglich die Öffnung 14 vorgesehen sein.

Claims

Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug, mit einem Luftfilter, welcher ein Gehäuse aufweist, mit einer sich in das Gehäuse erstreckenden Rohluftleitung, welche an einem Ende eine gehäuseseitige Austrittsöffnung aufweist, und mit einer aus dem Luftfilter austretenden, zu einer Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohluftleitung (6) in einem Bereich, in dem in der Nähe der Resonanzfrequenz der Rohluftleitung (6) der höchste Schalldruck ansteht, eine Öffnung (12) in das Gehäuse (4) aufweist, welche mit einem Schallabsorptionsmaterial (13) verschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (12) in einer Entfernung von der gehäuseseitigen Austrittsöffnung (11) der Rohluftleitung (6), die dem 0,4- bis 0,6-fachen der Länge der Rohluftleitung (6) entspricht, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (12) in der Mitte zwischen einer sich außerhalb des Gehäuses (4) befindlichen Eintrittsöffnung (11) und der gehäuseseitigen Austrittsöffnung (12) der Rohluftleitung (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohluftleitung (6) in einer Entfernung von der gehäuseseitigen Austrittsöffnung (12) der Rohluftleitung (6), die dem 0,2- bis 0,3-fachen der Länge der Rohluftleitung (6) entspricht, eine weitere, mit einem Schallabsorptionsmaterial (13) versehene Öffnung (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohluftleitung (6) innerhalb des Gehäuses (4) eine Biegung (16) aufweist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (7) vier in Reihe angeordnete Zylinder (8) aufweist.