CN102146861A - 内燃发动机的进气系统和用于操作所述类型的系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于具有至少两个汽缸(2)的内燃发动机的进气系统(1)，每个汽缸(2)具有用来供应新鲜空气的至少一个进气口，每个进气口通过进气管(3)而被邻接，至少两个汽缸(2)的进气管(3)在上游合并以形成总进气管(5)，从而形成进气歧管(4)，以及提供附加管路(6)，噪声传递装置(7)被布置在附加管路(6)中。在距离总进气管(5)一定距离处，附加管路(6)从进气歧管(4)分出。本发明还涉及用于操作所述类型的进气系统(1)的方法。本发明的进气系统(1)可在乘客舱中提供动感的发动机运转噪声。

Description

内燃发动机的进气系统和用于操作所述类型的系统的方法

技术领域

本发明涉及用于具有至少两个汽缸的机动车辆内燃发动机的进气系统，

每个汽缸具有用来供应新鲜空气的至少一个进气口，

每个进气口通过进气管邻接，

至少两个汽缸的进气管在上游合并以形成总进气管，从而形成进

气歧管，以及

提供附加管路，噪声传递装置被布置在附加管路中。

本发明还涉及用于操作所述类型的进气系统的方法。

背景技术

在现有技术中，机动车辆内燃发动机具有至少两个汽缸和进气系统。每个汽缸具有用来供应新鲜空气的至少一个进气口，每个进气口通过进气管邻接，至少两个汽缸的进气管在上游合并以形成总进气管，从而形成进气歧管，以及提供附加管路，噪声传递装置被布置在附加管路中。上述类型的进气系统或所述进气系统所装备的噪声传递装置与附加管路一起用来将内燃发动机的运转噪音可听见地传递到机动车辆的内部空间。

最初，车辆声学背景中的开发工作仅集中在减少噪音上面。此处，焦点最初在作为机动车辆主要噪声源的内燃发动机上，随后还在作为产生总噪声排放中的很大一部分的噪声源的辅助单元上。

逐渐地寻求不仅减少由机动车辆产生的噪音，还要以目标方式来影响或利用所述噪音，目标方式一般也被称作噪声设计或声音设计。由于意识到在购买车辆时潜在消费者的购买决定很大程度上受到内燃发动机和车辆的噪声的影响，因此该开发工作受到激励。因此，运动型汽车的驾驶员更喜欢其噪声着重于车辆的动感特征的车辆或发动机。

作为机动车辆中的噪声源，能够在以下之间进行基本的区别：

-空气传播噪声源

-实体传播(Body-borne)噪声源

空气传播噪声源包括例如进气噪声、排气口噪声以及冷却器的风扇噪声，而实体传播噪声源具体包括动力传动系统和滚动轮胎，动力传动系统经由发动机支座被连接到车体。

关于减少发动机噪声的开发工作已经引起发动机的噪声分量(noise component)(即发动机实际噪声)的稳步减少。现代机动车辆一般装备具有高水平运行平顺性的内燃发动机，在车辆内部空间几乎感觉不到内燃发动机的运转噪声，或内燃发动机的运转噪声在一些情况下甚至被其它噪声所淹没，例如滚动轮胎的噪声、换气的噪声或类似噪声。

考虑到驾驶员更喜欢并且还希望感受到动感的发动机(sportyengine)运转噪声的事实，将内燃发动机的运转噪声可听见地传递到机动车辆的内部空间是有利的，出于此目的(如在说明书中已经提及的)，可以利用噪声传递装置。

例如，在欧洲专利EP1630789B1中描述了机动车辆中的这样的噪声传递装置。EP1630789B1的装置包括外壳，在该外壳中隔板(partition)给相互分离的两个部分室划分了界限并将其相互隔开。隔板具有一个孔，可枢转的舌板以压力密闭的方式被布置在该孔中。第一部分室被连接到内燃发动机的进气系统，第二部分室经由管路通向车辆的车壁或直接通向内部空间。由进气系统中的进气交换引起的声压振荡(sound pressure oscillation)作用在第一部分室中并且因此作用在可枢转的舌板上，致使其执行枢转运动。在第二部分室中，运动，即振荡传递舌板进而导致声压振荡，声压振荡从此处被(直接地或间接地)传导(即被传递)到车辆内部空间，并且由此明显地共同决定了车辆内部噪声。

所述类型的装置的特征在于噪声仅被传递，而噪声图本身基本没有改变，在现有情况下噪声图摘自进气系统并被使用。

根据现有技术，噪声传递装置(107)被布置在附加管路(106)中，附加管路(106)从进气歧管(104)的总进气管(105)分出，如从图1也能看到的。

图1图示了具有直列式布置的四个汽缸(102)的内燃发动机的常规进气系统1。每个汽缸(102)具有用来供应新鲜空气的两个进气口，进气口通过进气管(103)而被邻接，进气管(103)在上游合并以形成总进气管(105)，从而形成进气歧管(104)。用于负荷控制的节流元件(111)被布置在总进气管(105)中。

从以恒定转速和恒定载荷为特征的内燃发动机的准备状态运转开始，能够通过傅里叶分析将附加管路中的声压振荡分解成其谐波分量。

此处，声压振荡由恒定压力和具有不同压力振幅(即声压级)和频率(即振动数量)的多个调和的变化压力组成。每个谐波的振动数量ni与曲轴或发动机的转速n的比例被称作是谐波的阶(order)i。

图1所示的进气系统(101)的缺点在于，在总进气管(105)中且因此在附加管路(106)的入口处，整数阶发动机点火次数(integerengine orders)的压力振荡占主要地位，即具有明显地更大的声压级；而由于其声压级低，半阶点火次数(half-orders)的压力振荡是次要的。因为噪声图基本没有改变，所以在附加管路(106)的开口点(110)处，整数阶发动机点火次数的压力振荡同样占主要地位。

在图1所示的进气系统中整数阶发动机点火次数的压力振荡占主要地位的事实也基于进气歧管是对称设计的事实，并且因此在汽缸的进气口与一般总进气管之间的进气管以成对的形式具有相同的长度，并且在从汽缸到总进气管的通道上，半阶点火次数压力振荡被重叠，这样所述半阶点火次数压力振荡将另一个减弱或完全消除。

然而，试验显示半阶点火次数压力振荡对于动感发动机(sportyengine)运转噪声很重要。

发明内容

在这个背景下，本发明的目的是提供根据权利要求1前序部分的进气系统，通过该进气系统克服根据现有技术的已知缺点，并且该进气系统特别可能在乘客舱提供动感发动机运转噪声。

本发明的进一步的部分目的是提供用于操作所述类型的进气系统的方法。

第一部分目的是通过具有至少两个汽缸的内燃发动机的进气系统实现的，

-每个汽缸具有用来供应新鲜空气的至少一个进气口，

-每个进气口通过进气管而被邻接，

-至少两个汽缸的进气管在上游合并以形成总进气管，从而形成

进气歧管，以及

-提供附加管路，噪声传递装置被布置在附加管路中，

其中，进气系统的特征在于

-在距离总进气管一定距离处，附加管路从进气歧管分出。

相比于现有技术，附加管路的分支已经从总进气管迁至进气歧管，这个事实具有的效果为：在附加管路的进气口处，在通过傅里叶分析而被分解成其谐波分量的声压振荡中，整数阶发动机点火次数的压力振荡不占主要地位，而半阶点火次数的压力振荡具有更大的振幅并且对管路中的噪声压力贡献显著的比例。

在根据本发明的进气系统中，整数阶发动机点火次数的压力振荡的声压级和半阶点火次数压力振荡的声压级与现有技术的差异没有达到与已知的进气系统相同的程度。因此，动感发动机运转噪声所需的半阶点火次数压力振荡组成声压振荡的总压级的更大比例。

被布置在进气歧管中距离总进气管一定距离处的附加管路的分支导致有利于运转噪声的这种效果，因为来自与各汽缸有关的进气系统的附加管路或其分支的不规则布置所具有的效果为：由于从汽缸到分支的通道的不同路径长度，半阶发动机点火次数(half-engine-order)的压力振荡没有将另一个减弱或完全消除。

本发明所基于的第一目的由此实现，特别是提供可能在乘客舱中提供动感发动机运转噪声的类属型的进气系统的目的。

附加管路或者直接通入车辆内部空间或被导入邻接内部空间的腔或被导向限定内部空间的车壁，以使得离开管路开口端的声压振荡或者被直接传递到内部空间并在其中传播，或者激励车壁执行实体传播的噪声振荡，之后车壁经由其表面再次辐射实体传播噪声，并由此间接向前传递所述声音，如空气传播噪声。

下面将也联系从属权利要求描述进气系统的进一步有利实施例。

进气系统的实施例是有利的，其中附加管路与总进气管之间的距离大于汽缸的进气口的直径，优选大于汽缸直径的一半，或优选大于汽缸直径，该距离由总进气管的中心轴与附加管路的中心轴之间的空间限定。

毫无例外地涉及附加管路与总进气管之间的距离大小的上述说明的三个实施例及其等级基于以下假设：随着距离的增加，半阶发动机点火次数的压力振荡被减弱到更少的程度。据此可以得出结论：距离越大，越有利于噪声设计。然而，这不能无限制地应用于进气系统的所有可能的实施例。

在从汽缸到分支的通道上半阶发动机点火次数的压力振荡是否减弱或完全消除了另一个，取决于除了附加管路与总进气管之间的距离之外的多个其它因素，特别是汽缸的数量、所述汽缸的点火顺序、进气歧管的设计(即特别是是否使用对称的或非对称的歧管)、进气歧管的数量以及进气管合并形成歧管的方式。

进气系统的实施例是有利的，其中进气歧管是对称的设计。如已连同对现有技术的描述所述，在具有对称设计的进气歧管的进气系统中，整数阶发动机点火次数的地位问题被特别地提出。

由于这个原因，根据本发明的进气系统被应用于对称设计的进气歧管是特别有利的，即以根据本发明的方式设计具有对称的进气歧管的进气系统是特别有利的，特别是以下方式：在距离总进气管一定距离处，附加管路从对称的进气歧管分出。

然而，本发明根本上还包括进气歧管为非对称设计的实施例。

其中降噪元件被设置在附加管路中的进气系统实施例是有利的。

即使驾驶员，特别是运动型汽车的驾驶员，基本上更喜欢强调车辆动感特征或表明动感特征的噪声，驾驶员尤其不希望在一些选择的运转点在车辆内部空间内感受到噪声，例如在怠速或在超速运转中。在这些运转模式中，当车辆通过发动机制动被减速或在红灯处停车时，驾驶员认为与动力学相关的动感噪声是不合适并且因此是令人不愉快的。

由于所述原因，提供降噪元件是有利的，在需要时能够通过降噪元件衰减附加管路中的压力振荡，并借此衰减噪声。

就此而论，其中降噪元件被布置在噪声传递装置下游的进气系统实施例是有利的。

就此而论，其中降噪元件被布置在噪声传递装置上游的进气系统实施例是有利的。

上述两个实施例的差别在于，在元件被布置在噪声传递装置上游的情况下，来自进气歧管的激励振动(excitervibration)被衰减，而在元件被布置在噪声传递装置下游的情况下，被传递的振动被衰减且强迫振动(forced vibration)由此被衰减。

使用(即实现)两个变体中的哪一个取决于当前的各种情形，特别是取决于空间可用性(即封装)、发动机控制器的预期反应以及用于噪声传递的元件类型，该元件类型基本上可以是主动元件或被动元件。

就此而论，其中降噪元件是主动可控制元件的进气系统实施例是特别有利的。该元件可以是电动、液压、气动、机械或磁力可控的，优选通过发动机控制器可控。

当需要时主动可控元件可以被致动，即在任何时间并以任何期望的方式，优选通过发动机控制器，特别地不管附加管路中在安装位置处的当前压力或流动状况，并且一般独立于内燃发动机的运转参数，而被动元件对应于固定的特性曲线是自控的或者完全被控的，例如通过附加管路中变化并由此调节元件的压力。

例如，如果被动元件被布置在噪声传递装置下游，则必须提供控制管路，该控制管路借助装置上游的管路压力作用在元件上。

其中降噪元件被设计为以两级、多级或连续方式可切换的(即可调的)实施例是有利的。然而，元件的调节可能性的范围越广，则元件和相关控制器越昂贵。然而，另一方面，压力振荡的衰减度的调节带宽也是增加的，并且噪声设计(即优选的车辆内部噪声的产生)的可能性通过特别有利的连续可调的元件变宽了。

根据以上所述，其显示出其中降噪元件被设计为以两级的方式可切换的进气系统实施例是有利的。以两级的方式可切换的元件的特征在于它仅能够在两个切换位置或状态之间变化。

例如，以两级的方式可切换的元件的一个变体通过在第一切换位置打开附加管路并在第二切换位置关闭或阻塞所述管路的元件形成。虽然之后压力振荡经由在第一切换位置的管路被不受阻碍地(即不衰减的)传递，但在第二切换位置，压力振荡被防止且噪声的传递因此被防止了，即基本被衰减了。

其中降噪元件被设计成连续可调的进气系统实施例是有利的。通过连续可调的衰减元件，有可能改变并相应地调节附加管路中的压力振荡到最宽的可能程度，并因此改变并相应地塑造被传递到车辆内部空间的噪声到最宽的可能程度。

其中降噪元件是主动可调的舌板的进气系统实施例是有利的。

在以两级的方式可切换的变体中，所述舌板能够在打开位置与关闭位置之间被切换，该舌板还能够打开或关闭附加管路。如果舌板是连续可调的，附加管路的更大或更小的横截面作为舌板的当前位置的函数而被打开。

其中降噪元件和噪声传递装置形成一个共同的整体组件的进气系统实施例是有利的。

能够通过使用合适的材料形成这一整体组件。例如，在EP1630789B1中描述的噪声传递装置的隔膜(diaphragm)，通过该隔膜，在传递舌板上的间隙以压力紧闭的方式被关闭，该隔膜可由通过激活(例如通过电流)而(优选以连续变化的方式)改变其硬度的材料制造成。固定的隔膜将防止舌板的枢转运动，并且以此方式，将防止压力振荡的传递，而挠性的柔软隔膜则允许传递。

然而，其中噪声传递装置被设计从而放大噪声的进气系统实施例仍然是有利的。

其中节气门被布置在总进气管中的进气系统实施例是有利的。

所述节气门舌板用来控制负载。通过调节节气门舌板，节气门舌板下游的进气压力能够被减小到更大或更小的程度。节气门舌板越被关闭，即舌板阻塞进气部分越多，节气门舌板两侧的进气压力损失就越大，并且节气门舌板下游(即燃烧室的进气口上游)的进气压力越低。对于恒定的燃烧室容积，有可能以这种方式通过进气压力来设置空气的质量，即数量。量化调节的缺点在于低负载要求进气系统中高度的节流和巨大的压力减少，这在热力学上是不适宜的。

这样的进气系统实施例是有利的，即其中总进气管已经将增压器(即压缩机)布置在进气系统中，新鲜进气通过增压器而被压缩。可以用机械增压器或排气涡轮增压器来执行增压。

对于增压，现代内燃发动机一般用排气涡轮增压器，在排气涡轮增压器中，压缩机和涡轮被布置在相同的曲轴上，热的排气流被供应到涡轮并在所述涡轮中膨胀释放能量，由此曲轴开始旋转。由排气流供应到涡轮并最终供应到曲轴的能量被用来驱动同样被布置在曲轴上的压缩机。压缩机提供并压缩被供应给它的增压空气，由此实现汽缸的增压。

增压过程极大地衰减了涡轮上游的进气系统中的声波次序图(acoustic order pattern)，其阻止动感驾驶噪声的形成。然而，特别是增压的内燃发动机，驾驶员期待突出车辆的动感特征的运转噪声。

第二部分目的通过用于操作上述类型的具有降噪元件的内燃发动机的方法实现，降噪元件被布置在附加管路中并且是主动可控的，该方法的特征在于降噪元件通过发动机控制器被致动以调节在附加管路中传播的声压振荡的阻尼。

以上与根据本发明的与进气系统有关的陈述也适用于根据本发明的方法，由于这个原因，参考各实施例的描述。

如果在打开位置与关闭位置之间能以连续方式调节的主动可调舌板用作降噪元件，则方法变体是有利的，其中为了更强烈地衰减在附加管路中传播的声压振荡，则沿关闭位置方向调节该舌板，而如果为了较不强烈地衰减在附加管路中传播的声压振荡，则沿打开位置方向调节该舌板。

这样的方法变体是有利的，即其中用来衰减传播的声压振荡的降噪元件是主动式的并且仅在内燃发动机的选定的预定运转点被致动，预定运转点可能是内燃发动机的怠速运转、超速运转和/或较低的部分负荷运转。

附图说明

下面将根据图2的示例性实施例更详细地描述本发明。附图中：

图1示意性地示出了根据现有技术的进气系统；以及

图2示意性地示出了进气系统的第一实施例。

具体实施方式

已经联系对现有技术的说明解释过图1。

图2示意性地示出了具有直列式布置的四个汽缸2的内燃发动机的进气系统1的第一实施例。

每个汽缸2具有用来供应新鲜空气的两个进气口，每个进气口通过进气管3而被邻接，并且四个汽缸2的进气管3在上游合并以形成总进气管5，从而形成进气歧管4。

提供附加管路6，噪声传递装置7被布置在附加管路6中。附加管路6的开口端(即开口点10)被导入车辆内部空间中或被引导进入与内部空间相邻的腔中或朝向限定内部空间的车壁，以使得离开开口点10的声压振荡或被直接传递到内部空间中并在其中传播，或激励车壁执行实体传播声音振荡，之后车壁经由其表面再次辐射实体传播声音，并由此间接地向前传递所述声音，如空气传播噪声。

在图2所示的进气系统1中，附加管路6从进气歧管4分出，具体在距离总排气管5一定距离处。附加管路6相对于各汽缸2的所述不规则布置具有如下效果：在从汽缸2到附加管路6的分支的通道上，半阶发动机点火次数的压力振荡没有将另一个减弱或消除。所述类型的进气系统1可能在乘客舱中提供动感的发动机运转噪声。

此外，图2所示的进气系统1配备了呈连续可调的舌板9形式的降噪元件8。舌板9被布置在噪声传递装置7的下游，并且舌板9在打开位置与关闭位置之间连续可调。沿关闭位置的方向调节舌板9产生声压振荡的强烈衰减，声压振荡之前被传递并在附加管路中被传播。相反，如果沿打开位置的方向调节舌板9，则传播的声压振荡较不强烈地衰减。

参考编号

1进气系统

2汽缸

3进气管

4进气歧管

5总进气管

6附加管路

7噪声传递装置

8降噪装置

9舌板

10附加管路的开口点

101进气系统

102汽缸

103进气管

104进气歧管

105总进气管

106附加管路

107噪声传递装置

110附加管路的开口点

111节流元件

Claims (16)

1.一种用于具有至少两个汽缸(2)的内燃发动机的进气系统(1)，

每个汽缸(2)具有用来供应新鲜空气的至少一个进气口，

每个进气口通过进气管(3)而被邻接，

至少两个汽缸(2)的所述进气管(3)在上游合并以形成总进气管(5)，从而形成进气歧管(4)，以及

提供附加管路(6)，噪声传递装置(7)被布置在所述附加管路(6)中，

其特征在于

所述附加管路(6)在距离所述总进气管(5)一定距离处从所述进气歧管(4)分出。

2.根据权利要求1所述的进气系统(1)，其中所述附加管路(6)与所述总进气管(5)之间的所述距离大于汽缸(2)的直径的一半。

3.根据权利要求1或2所述的进气系统(1)，其中所述进气歧管(4)是对称设计。

4.根据前述权利要求中的一项所述的进气系统(1)，其中降噪元件(8)设置在所述附加管路(6)中。

5.根据权利要求4所述的进气系统(1)，其中所述降噪元件(8)被布置在所述噪声传递装置(7)的下游。

6.根据权利要求4所述的进气系统(1)，其中所述降噪元件(8)被布置在所述噪声传递装置(7)的上游。

7.根据权利要求4-6中的一项所述的进气系统(1)，其中所述降噪元件(8)是主动可控的元件。

8.根据权利要求7所述的进气系统(1)，其中所述降噪元件(8)被设计为以两级的方式可切换。

9.根据权利要求7所述的进气系统(1)，其中所述降噪元件(8)被设计为连续可调。

10.根据权利要求7-9中的一项所述的进气系统(1)，其中所述降噪元件(8)是主动可调的舌板(9)。

11.根据前述权利要求中的一项所述的进气系统(1)，其中所述噪声传递装置(7)被设计为放大噪声。

12.根据前述权利要求中的一项所述的进气系统(1)，其中节气门被布置在所述总进气管(5)中。

13.一种用于操作根据前述权利要求中的一项所述的进气系统(1)的方法，所述进气系统(1)具有被布置在附加管路(6)中并且是主动可控的降噪元件(8)，其中所述降噪元件(8)通过发动机控制器被致动从而调节在所述附加管路(6)中传播的声压振荡的衰减。

14.根据权利要求13所述的用于操作进气系统(1)的方法，所述进气系统(1)具有作为降噪元件(8)的主动可调的舌板(9)，所述舌板(9)在打开位置与关闭位置之间可调，其中沿着所述关闭位置的方向调节所述舌板(9)从而更强烈地衰减在所述附加管路(6)中传播的所述声压振荡，并且沿所述打开位置的方向调节所述舌板(9)从而较不强烈地衰减在所述附加管路(6)中传播的所述声压振荡。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中用来衰减传播的所述声压振荡的所述降噪元件(8)是主动的并且仅在内燃发动机的选定的预定运转点被致动，所述选定的预定运转点可能是所述内燃发动机的怠速运转、超速运转和/或较低的部分负载运转。

16.一种用于具有至少两个汽缸的内燃发动机的进气系统，

包含：

进气歧管，所述进气歧管包括用于所述至少两个汽缸中的每一个的至少一个进气口，所述至少一个进气口中的每一个都邻接进气管，所述进气管邻接室，所述室合并入总进气管中；

附加管路，所述附加管路在距所述总进气管大于所述至少一个进气管的直径的距离处从所述室分出，所述附加管路设置有噪声传递装置；以及

控制器，所述控制器包括用于减弱来自所述噪声传递装置的噪音的指令。

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