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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Luftansaugsystem für einen Motor und sieht insbesondere eine neue und verbesserte Kanalbaugruppe zur Aufnahme einer relativen Bewegung zwischen dem Motor und dem Luftfilter und zum Dämpfen von Motorgeräusch vor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwenden einen Drosselkörper, um die Motorleistungseinstellungen zu bestimmen. Einige Motoren besitzen zusätzliche Ladeausstattung einschließlich Turbo- und Superlademechanismen, die Eintrittsluft stromaufwärts des Drosselkörpers komprimieren, um die Motorleistungsfähigkeit zu verbessern. Alle Verbrennungsmotoren müssen eine konstante Lieferung von sauberer Luft aufnehmen, um die Verbrennung des Kraftstoffs zu ermöglichen. Das Motoransaugsystem ist stromaufwärts des Motorlufteintritts angeordnet, und seine Primärfunktionen sind Luftfiltration und Geräuschdämpfung.
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Das Ansaugsystem beginnt mit einem Einlasskanal, der kühle trockene Luft in das System zieht. Der Einlasskanal liefert die Luft in ein Luftfiltergehäuse, das einen Innenfilter aufweist, um eintretende Partikel zum Schutz des Motors abzufangen. Das Luftfiltergehäuse besitzt typischerweise auch einen Luftmassenstrom-Dosierdurchlass und einen Sensor stromabwärts des Filters, um die Luft zur Verbrennung zu dosieren. Der Auslasskanal ist zwischen dem Luftfiltergehäuse und dem Motorlufteintritt verbunden. Das Luftfiltergehäuse kann an dem Motor oder an dem Fahrzeugkarosserieaufbau montiert sein. Bei Montage an dem Karosserieaufbau muss der Kanal ein nachgiebiges Merkmal, wie einen flexiblen Faltenbalg, aufweisen, um eine normale Motorbewegung von dem karosseriemontierten Luftfiltergehäuse zu entkoppeln. Das Ansaugsystem sieht einen Pfad vor, um gefilterte trockene kalte Luft an den Motor zu liefern.
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Luftansaugsysteme müssen auch akustisches Geräusch dämpfen, das von dem Motor erzeugt wird. Fahrzeuge müssen gesetzlichen Regulierungen entsprechen, die das Fahrzeugvorbeifahrgeräusch begrenzen. Der Motor setzt Geräusch von dem Drosselkörper frei, das harmonische Komponenten besitzt, die Größenordnungen der Motordrehzahl sind. Es kann auch einen Gehalt mit höherer Frequenz enthalten, der von Komponenten mit hoher U/min erzeugt wird, wie Turbos und Superladern. Ansaugsysteme verwenden die Luftfiltergehäusegröße, -geometrie sowie Abstimmeinrichtungen (Tuner) für hohe und niedrige Frequenz, um definierte Leistung-Geräusch-Ziele für Sub-Systeme zu erfüllen.
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Durch die Regierung sind Fahrzeugemissionsstandards bestimmt worden. Einige Motoren verwenden einen strategisch angeordneten Kohlenwasserstoffadsorber in dem Ansaugsystem, um Kohlenwasserstoffe abzufangen, die von geparkten Motoren entweichen. Der Kohlenwasserstoffadsorber verwendet Kohlenstoff oder andere Materialien, um die Kohlenwasserstoffe abzufangen, bevor sie von dem Ansaugsystem entweichen und in die Umgebung eintreten. Der Adsorber ist typischerweise auf der sauber gefilterten Seite des Ansaugsystems eingebaut und besitzt eine gewisse freiliegende Oberfläche benachbart eintretender Ströme der Luftströmung. Dieser Kontakt erlaubt ein Abfangen von Kohlenwasserstoffen bei Motorabschaltung und dann ein Abziehen von dem Absorbermaterial, wenn der Motor läuft.
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Ein Druckverlust des Ansaugsystems ist sehr wichtig, um Spitzenmotorleistung zu entwickeln. Eine interne Luftströmung in einem Kanal trägt zu einer inkrementellen Einschränkung bei, wenn die Fläche beschränkt ist oder wenn die Grenzbedingungen unregelmäßig oder grob ist. Studien haben gezeigt, dass eine interne Luftströmung in dem Faltenbalggebiet der Luftkanalbaugruppe eine höhere Einschränkung entwickelt, als eine Strömung durch ein glattes Rohr.
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Der Reinluftkanal muss in die Distanz zwischen dem Luftfiltergehäuse und dem Motorlufteinlass passen. Einige Anwendungen können eine sehr kurze Kanallänge aufgrund der engen Nähe des Motoreinlasses und des Luftfiltergehäuses aufweisen. Der Einbau einer Hochfrequenz-Abstimmeinrichtung reduziert die verfügbare Länge für den Faltenbalg. Die kürzere Länge beseitigt Faltungen (von engl.: ”convolutes”), wodurch die Beanspruchung pro Faltung erhöht wird, was die Lebensdauer des Kanals reduziert. Anwendungen mit kurzen längs gerichteten Langen, bei denen die Länge durch den Faltenbalg und die Abstimmeinrichtung verbraucht wird, können einen Kohlenwasserstofffilterraum begrenzen. Es wäre erwünscht, eine neue und verbesserte Luftkanalbaugruppe zum effizienten Kommunizieren von Luft von dem Luftfiltergehäuse zu dem Motorlufteintritt in einem begrenzten Einbauraum bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Luftkanalbaugruppe liefert Luft von einem Luftreinigergehäuse zu einer Motordrossel und weist einen ersten Kanal, der mit dem Luftreinigergehäuse verbunden ist, und einen zweiten Kanal auf, der mit dem Motorlufteintritt verbunden ist. Offene Enden des ersten und zweiten Kanals sind voneinander beabstandet, und der zweite Kanal besitzt eine aufgeweitete Glockenmündung an seinem offenen Ende. Der zweite Kanal weist eine Hülse auf, die eine Dämpfungskammer definiert. Ein flexibler Faltenbalg liegt über dem ersten und zweiten Kanal und der Hülse und erstreckt sich über den Raum zwischen dem ersten und zweiten Kanal, um eine luftdichte Verbindung dazwischen bereitzustellen und sich während einer relativen Bewegung zwischen dem Luftreinigergehäuse und dem Motorlufteintritt zu biegen. Ein Kohlenwasserstoff adsorbierendes Material kann in der Dämpfungskammer untergebracht sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Luftansaugsystems nach dem Stand der Technik und mit einem Faltenbalg und einer geräuschdämpfenden Abstimmeinrichtung ist.
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2 eine Querschnittsansicht durch die Luftkanalbaugruppe der vorliegenden Erfindung ist; und
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3 eine Schnittansicht durch die Luftkanalbaugruppe einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken.
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Bezug nehmend auf 1 liefert ein Luftansaugsystem nach dem Stand der Technik saubere Luft an einen Motorlufteintritt. Das Luftansaugsystem weist ein Luftfiltergehäuse 14 auf, das einen Luftfilter, nicht gezeigt, enthält. Umgebungsluft tritt in das Luftfiltergehäuse 14 durch den Lufteinlasskanal 16 ein. Nach Durchgang durch den Filter, der in dem Gehäuse 14 untergebracht ist, tritt die Luft durch eine Auslasskanalbaugruppe aus, die allgemein mit 20 angegeben ist. Die Luftströmung setzt sich in den Motorlufteinlass fort, der einen Drosselkörper, ein Turbo- oder ein Superladereinlass sein kann. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Kanalbaugruppe 20 ein Luftfiltergehäuse 24, einen flexiblen Faltenbalg 26, eine geräuschdämpfende Abstimmeinrichtung 28 und einen flexiblen Faltenbalg 30 auf. Der Faltenbalg 26 ist an dem Luftfiltergehäuse 24 mit einer Schlauchklemme 34 befestigt. Der Faltenbalg 26 ist an der Abstimmeinrichtung 28 durch eine Schlauchklemme 36 befestigt. Der Faltenbalg 30 ist an der Abstimmeinrichtung 28 durch eine Schlauchklemme 38 befestigt. Der Faltenbalg 30 ist an dem Motorlufteintritt durch eine Schlauchklemme 40 befestigt. Die Abstimmeinrichtung 28 ist ein Kunststoff- oder Metall-Abstimmeinrichtungsgehäuse 44, das einen durchlöcherten Kanalabschnitt 46 umschließt. Der durchlöcherte Kanalabschnitt 46 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 50 durchlöchert. Die Abstimmeinrichtung 28 ist so ausgelegt, dass sie Geräusch, das von dem Motor stammt, dämpft.
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2 zeigt eine neue und verbesserte Luftkanalbaugruppe, die allgemein mit 56 angegeben ist. Der erste Kanal 58 weist eine Kanalwand 60 auf, die einen Luftströmungsdurchgang 61 definiert und mit einem Luftfiltergehäuse, nicht gezeigt, verbunden ist. Der erste Kanal 58 und der Luftströmungsdurchgang 61 besitzen ein offenes Ende 62. Ein zweiter Kanal 66 ist entweder direkt oder durch einen flexiblen Verbinder mit dem Motorlufteintritt verbunden, der entweder ein Drosselkörper, ein Turbolader oder ein Superlader sein kann. Der zweite Kanal 66 besitzt eine Kanalwand 68, die einen Luftströmungsdurchgang 69 mit einem offenen Ende 70 definiert. Die Kanalwand 68 ist an dem offenen Ende 70 nach außen aufgeweitet, um eine Glockenmündung 72 zu erzeugen.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist das offene Ende 62 des ersten Kanals 58 von der Glockenmündung 72 des offenen Endes 70 des zweiten Kanals 66 beabstandet. Wie ebenfalls in 2 zu sehen ist, ist ein Abschnitt der Länge des zweiten Kanals 66, allgemein benachbart zu dem offenen Ende 70, durchlöchert, um eine Mehrzahl von Öffnungen 76 in der Kanalwand 68 des zweiten Kanals 66 bereitzustellen. 2 zeigt die Öffnungen 76 als runde Löcher, wobei die Öffnungen 76 jedoch auch Löcher, Schlitze sein oder eine beliebige Form haben können. Der erste Kanal 58 und der zweite Kanal 66 sind bevorzugt geformter Kunststoff, können jedoch alternativ aus einer Metallkonstruktion bestehen.
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Der zweite Kanal 66 weist eine Hülse 78 auf, die eine ringförmige Geräuschdämpfungskammer 80 erzeugt. Die Hülse 78 umfasst eine konzentrische Wand 82 und Stirnwände 84 und 86. Die Stirnwände 84 und 86 erstrecken sich radial einwärts von der konzentrischen Wand 82 und sind geeignet an der Kanalwand 68 befestigt. Wie in 2 zu sehen ist, befindet sich die Geräuschdämpfungskammer 80 radial auswärts des Luftströmungsdurchgangs 69. Die Größe der Dämpfungskammer 80 wird durch den Durchmesser der konzentrischen Wand 82 der Hülse 78 und auch die Distanz zwischen den Stirnwänden 84 und 86 bestimmt. Insbesondere bestimmt die Distanz zwischen den Stirnwänden 84 und 86 die Länge der Dämpfungskammer 80, und das radiale Ausmaß der Stirnwände 84 und 86 definiert die radiale Tiefe der Dämpfungskammer 80. Das Geräusch, das durch die Luftkanalbaugruppe 56 in der Form von Hochfrequenzstörungen der Luftströmung heraus gelangt, wird durch Durchgang durch die durchlöcherten Öffnungen 76 und in die Dämpfungskammer 80 gedämpft. Die geräuschdämpfenden Charakteristiken der Dämpfungskammer 80 können durch geeignetes Bemessen des Volumens der Dämpfungskammer 80 und auch die Größe, Form und Anzahl der durchlöcherten Öffnungen 76 abgestimmt werden.
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Der erste Kanal 58 und der zweite Kanal 66 sind durch einen flexiblen Faltenbalg 90 miteinander verbunden. Der flexible Faltenbalg 90 befindet sich radial auswärts des zweiten Kanals 66 und seiner Hülse 78 und der Dämpfungskammer 80. Wie in 2 zu sehen ist, ist ein linkes Ende 92 des Faltenbalgs 90 an dem ersten Kanal 58 durch eine Klemme 94 befestigt, und ein rechtes Ende 96 des Faltenbalgs 90 ist mit der Hülse 78 an seiner Stirnwand 86 verbunden und durch eine Klemme 98 befestigt. Die Hülse 78 besitzt eine Trägerrippe 100, die unter der Klemme 98 liegt, so dass die Anbringung der Klemme 98 die Hülse 78 nicht verformt.
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Im Betrieb zieht der Motorlufteintritt Luft durch die Kanalbaugruppe 56 und durch das Luftfiltergehäuse 14. Die Luft strömt durch den Luftströmungsdurchgang 61 des ersten Kanals 58 und dann über den Raum zwischen dem ersten Kanal 58 und in den zweiten Kanal 66. Der Raum zwischen den Enden der Kanäle 58 und 66 erlaubt eine relative Bewegung der beiden Kanäle 58 und 66 zueinander während der Bewegung des Motors. Die Glockenmündung 72 glättet die Luftströmung über den Raum zwischen den Enden der Kanäle 58 und 66 und glättet den Eintritt der Luftströmung in das offene Ende 70 des Kanals 66. Der Faltenbalg 90 ist flexibel und kann sich nach Bedarf dehnen, um die relative Bewegung zwischen dem ersten Kanal 58 und dem zweiten Kanal 66 aufzunehmen. Motorgeräusch, das durch den Kanal 66 in der Form von Hochfrequenzluftvibrationen heraus gelangt, kann durch Entweichen durch die Öffnungen 76 in die Dämpfungskammer 80 gedämpft werden.
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Somit sind, wie in 2 gezeigt ist, die Dämpfungskammer 80 und der Faltenbalg 90 konzentrisch zueinander vorgesehen und sind konzentrisch zu dem Luftströmungsdurchgang 69. Durch Anordnen der Dämpfungskammer 80 und des Faltenbalgs 90 auf diese Weise kann die Flexibilitätsfunktion, die durch den Faltenbalg 90 und die Dämpfungsfunktion, die durch die Dämpfungskammer 80 bereitgestellt wird, vorgesehen wird, innerhalb einer Gesamtlänge ausgeführt werden, die mit 104 bezeichnet ist. Im Gegensatz dazu kann man, wieder Bezug nehmend auf 1, sehen, dass die Luftkanalbaugruppe nach dem Stand der Technik die Faltenbalge 26 und 30 und die Abstimmeinrichtung 28 in Reihe angeordnet hat und eine größere Länge 106 erfordert hat, um die Funktionen der Flexibilität und Geräuschdämpfung auszuführen. Zusätzlich ist beim Vergleich des Standes der Technik von 1 mit der Erfindung von 2 zu sehen, dass bei der Luftkanalbaugruppe von 1 nach dem Stand der Technik die durch die Kanalbaugruppe 20 gelangende Luft direkt den Faltungen an der Innenseite der Faltenbalge 26 und 30 ausgesetzt war, was seinerseits eine inkrementelle Einschränkung erzeugt. Im Gegensatz dazu kann bei dem neuen und verbesserten Luftkanal von 2 die Luftströmung direkt von dem offenen Ende 62 des ersten Kanals 58 und in den zweiten Kanal 66 ohne Kontakt mit der gefalteten Wand des Faltenbalgs 90 gelangen. Zusätzlich unterstützt die Glockenmündung 72 die Beibehaltung einer ausgerichteten Strömung von Luft durch die Kanalbaugruppe 56 sogar während einer relativen Bewegung zwischen den Kanälen 58 und 66, die durch die Motorbewegung bewirkt wird.
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Bezug nehmend auf 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In 3 besitzt ein erster Kanal 158 eine Kanalwand 160, die einen Luftströmungsdurchgang 161 definiert. Ein zweiter Kanal 166 besitzt eine Kanalwand 168, die einen Luftströmungsdurchgang 169 definiert. Die Kanalwand 168 des zweiten Kanals 166 ist an einer Flanschstirnwand 186 nach außen geflanscht, um eine Kanalwand 182 zu bilden, die einteilig mit der zylindrischen Wand 168 ist. Ein Faltenbalg 190 umgibt die Kanalwand 182 und weist ein linkes Ende 192 auf, das mit dem ersten Kanal 158 verbunden und mit einer Klemme 194 befestigt ist. Der Faltenbalg 190 besitzt ein rechtes Ende 196, das an der Kanalwand 182 durch eine Klemme 198 befestigt ist.
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Wie in 3 zu sehen ist, ist eine Ringhülse 200 innerhalb der Kanalwand 182 angebracht. Die Hülse 200 besitzt einen Innendurchgang 202, der mit dem zweiten Kanal 166 ausgerichtet ist und denselben Durchmesser wie die Kanalwand 168 des zweiten Kanals 166 aufweist, so dass die Hülse 200 eine integrale Verlängerung des zweiten Kanals 166 wird. Das rechte Ende der Hülse 200 besitzt einen Flansch 206, der geeignet an dem Flansch 186 befestigt ist. Das linke Ende der Hülse 200 weist eine auswärts aufgeweitete Wand 208 auf, die mit dem Ende der Kanalwand 182 verbunden ist. Innere, sich radial erstreckende Trennwände 210 und 212 sind zwischen dem Kanal 182 und der Hülse 200 vorgesehen, um dadurch separate Kammern 216, 218 und 220 zu definieren. Die Kammer 218 ist eine Dämpfungskammer, und es ist eine Mehrzahl von Öffnungen 176 in der Hülse 200 vorgesehen, um eine Luftströmungskommunikation zwischen dem Kanal 166 und der Dämpfungskammer 218 bereitzustellen. 3 zeigt, dass ein Kohlenwasserstoff adsorbierendes Material 214 in den Kammern 216 und 220 untergebracht ist. Das Kohlenwasserstoff adsorbierende Material kann Aktivkohle oder ein anderes Material sein, das in der Lage ist, Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren. Schlitze 224 sind in der Hülse 200 vorgesehen, um eine Luftströmung von dem Kanal 166 an das in der Kammer 216 untergebrachte Kohlenwasserstoff adsorbierende Material 214 zu kommunizieren. Ähnliche Schlitze 226 sind in der Hülse 200 vorgesehen, um eine Luftströmung an das in der Kammer 220 untergebrachte Kohlenwasserstoff adsorbierende Material 214 zu kommunizieren. Die Anwesenheit des Kohlenwasserstoff adsorbierenden Materials in einer Kammer kann die geräuschdämpfenden Eigenschaften beeinflussen, und demgemäß kann das Kohlenwasserstoff adsorbierende Material nur in einem Teil der Kammern oder in allen Kammern angeordnet sein, wie es geeignet ist, um das erforderliche Niveau an Geräuschdämpfung und Kohlenwasserstoffadsorption zu erreichen.
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Im Normalbetrieb des Motors wird Geräusch durch die Kommunikation der Luftströmungsstörungen in die Dämpfungskammer 218 gedämpft. Bei Abschalten des Motors ist es bekannt, dass ein Teil der Kohlenwasserstoffverbrennungsprodukte zurück durch den Drosselkörper oder Turbolader und in den Kanal 166 eintritt. Diese Kohlenwasserstoffe sind dem Kohlenwasserstoff adsorbierenden Material 214, das in den Kammern 216 und 220 vorhanden ist, ausgesetzt und werden adsorbiert. Später werden beim Neustart des Motors die Kohlenwasserstoffe von dem Kohlenwasserstoff adsorbierenden Material freigesetzt und strömen zurück in den Motor, wo diese verschmutzenden Produkte erneut verbrannt und dann durch das Luftreinhaltesteuersystem des Motors verarbeitet werden können.
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Die vorhergehenden Zeichnungen und die Beschreibung offenbaren typische Ausführungsformen der Erfindung. Der Fachmann kann Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung ausführen. Beispielsweise zeigen in 2 die Zeichnungen, dass das rechte Ende 96 des Faltenbalgs 90 an der Außenfläche der Hülse 78 befestigt ist. Als eine Alternative kann das rechte Ende 96 des Faltenbalgs 90 an der Außenfläche des zweiten Kanals 66 befestigt sein. Obwohl die Zeichnungen hier Schlauchklemmen zur Befestigung des Faltenbalgs zeigen, sei zu verstehen, dass andere mechanische Befestigungseinrichtungen, Klebstoffe, Reibungs- oder Schnappbefestigungen verwendet werden können. Zusätzlich sei zu verstehen, dass die relativen Größen der Geräuschdämpfungskammer und der Kohlenwasserstoff adsorbierenden Kammern nach Bedarf modifiziert werden können, um die Leistungsfähigkeit der Kanalbaugruppe dieser Erfindung zu optimieren, und dass eine beliebige Anzahl von Kammern verwendet werden kann. Diese Kanäle und die Hülsen sind hier als kreisförmige Zylinder gezeigt, jedoch können die Kanäle und Hülsen andere rohrförmige Formen besitzen, wie achteckig, sechseckig, oval oder quadratische Querschnitte.
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Somit bietet die Erfindung ein Verfahren zum längs erfolgenden Zusammenlegen eines Ansaug-Reinluftkanal-Faltenbalgs und einer Hochfrequenzabstimmeinrichtung. Heutzutage sind diese Komponenten in Reihe entlang des Kanals eingebaut. Diese Anordnung legt diese Teile axial zusammen und sieht eine Strömungsauskleidung in dem Faltenbalg vor. Dieses Merkmal reduziert die interne Strömungseinschränkung durch Verbesserung der Grenzform. Alternativ dazu kann der gesamte oder ein Teil des Hohlraums der Hochfrequenzabstimmeinrichtung auch dazu verwendet werden, ein Kohlenwasserstoff adsorbierendes Material aufzunehmen. Der Hohlraum für das Kohlenwasserstoff adsorbierende Material ist gut positioniert, um die Kohlenwasserstoffe abzufangen, und besitzt auch eine Innenfläche benachbart dem Strömungsfeld, um das adsorbierende Material zu regenerieren.
