CN104131862B - 排气系统的声音发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车（3）内燃机排气系统（2）的声音发生器（1），具有壳体（4）；至少一个设置在壳体（4）内的电声转换器（5），转换器的膜（6）将壳体（4）内的后部容积室（9）与前部容积室（10）分隔开；及连接声音发生器（1）到排气系统（2）的排气‑载气线路（12）的连接管（11）；其中连接管（11）在连接状态时保持前部容积室（10）和排气线路（12）之间流体和声学连通，其中连接管（11）连接时确保前部容积室（10）和排气线路（12）之间流体和声学连通。当壳体（4）被淹没时，为了减少对膜（6）的损坏，例如，可以提供有压力平衡线路（15），其近端（16）连接到壳体（4）的外部，且通过壳体内的孔（18）与后部容积室（9）流体连通，其中压力平衡线路（15）的远端（17）设置为与壳体（4）有一段距离。

Description

排气系统的声音发生器

技术领域

本发明涉及一种用于机动车内燃机的排气系统的声音发生器。本发明进一步涉及一种配备这种声音发生器的机动车。

背景技术

这种声音发生器的壳体内具有电声转换器，优选以扬声器的形式。转换器的膜将壳体内的前部容积室和后部容积室分隔开。该声音发生器可以通过连接管，连接到排气系统的排气载气线路，并且当连接连接管时，前部容积室和排气线路在流体和声学上均连通。

这样的声音发生器可以作为，例如有源排气消声器，以减少作为空气噪声在排气线路中传播的干扰噪声。通过电声转换器产生相应的噪声消除或噪声控制，并且以移相的方式发出，从而声音和有源噪声控制彼此叠加，使得干扰声音的振幅减少。此外，或者作为替代，这样的声音发生器也可以用于放大和/或产生特定发动机噪声。因此，可以通过这样的声音发生器以有针对性的方式来干预排气系统或者内燃机的声音。

封装在声音发生器壳体内的后部容积室具有壳体内部压力，当膜不动时，为了使膜能够设定在中立的中心位置，后部容积室的内部压力必须与前部容积室中的外部压力基本平衡。声音发生器可以以传统方式装配有压力平衡孔，能够使得后部容积室和壳体周围大气之间的静态压力相平衡，因此天气的变化伴随着环境压力的变化，而温度的变化不会造成膜长时间偏离其中立位置，从而导致对膜的破坏。为了确保这样的压力平衡孔仅仅能够使静态压力平衡并且防止动态压力平衡，这样的压力平衡孔通常具有相对小的孔径横截面。通常，静态压力平衡发生在低于1Hz的频率。相比之下，动态压力平衡通常发生在高于10Hz的频率。为了能够保证转换器的运行能力，必须避免动态压力平衡。

在车辆运行期间，为了防止飞溅的水通过压力平衡孔进入壳体，通常会将压力平衡孔装配有相应的飞溅水防护装置。同样可想而知的是，将压力平衡孔装配有不透液体但是可以透气的半透膜。可以选择该半透膜的透气性，从而可以得到所需的静态压力平衡。

此外，在全地形车辆以及其他有越野能力的车辆中，尤其是运动型多功能车(SUVs)中出现了这样的问题，即当开车经过积水时，声音发生器的整个壳体都被水包围。虽然半透膜能够防止水进入壳体，即使这样，它也不能确保后部容积室的压力能够与外界水压相平衡。特别地，周围空气进入后部容积室的流动路径被壳体周围的水阻挡了。相对于车辆的正常运行环境，排气系统的温度显著上升。特别地，声音发生器的壳体也会变热。可以通过使与升高的温度成比例的空气从后部容积室中通过平衡孔逸出到外部，从而使得与后部容积室中升高的温度成比例增加的压力，与周围大气压力永久平衡。如果车辆现在经过足够淹没壳体的积水，壳体在短时间内相当急剧地冷却，同样后部容积室中封闭的空气也急剧冷却。为了压力平衡，现在空气不得不从周围环境进入后部容积室。然而，这条路径被壳体周围的水阻挡了。因此，在这种特殊的情况下是不可能静态压力平衡的。膜的位置明显朝向后部容积室移动，这可能会导致膜的永久性损伤。

此外，当开车经过积水时，水可能会通过排气管进入排气系统，并通过该路径到达声音发生器，结果声音发生器从前部容积室一侧被淹没。水的动态压力也会将膜压向后部容积室。转换器的膜驱动器不能驱动该膜与这样的动态压力相平衡，只能在非常有限的程度上与之平衡。在这种情况下，由于常规电磁膜驱动器的输出不能被转换成膜的运动，可能会出现膜驱动器过热。

发明内容

本发明解决了该问题，提出了一种前言中描述的这种声音发生器的改进的实施方式，以及装配该声音发生器的机动车，所述改进的实施方式的特征在于，降低了开车经过积水时声音发生器被损坏的风险。

根据本发明，通过独立权利要求的主旨解决了这个问题。有利的变型构成了从属权利要求的主旨。

本发明是基于常规想法，即为壳体装配压力平衡线路，将压力平衡线路的近端连接到壳体的外部，其中壳体通过壳体中的孔与后部容积室流体连通，同时将压力平衡线路的远端设置在与壳体具有一段距离处，并朝向相应的周围环境开口。通过使用这样的压力平衡线路，并根据其长度，压力平衡线路的远端可以容易地定位为足够高于壳体，使得即使壳体完全被水包围，由于压力平衡线路的远端仍然高于水线，仍能与周围环境的压力相平衡。压力平衡线路因此作为一种通气管，并使得即使壳体完全被淹没，仍然可以使后部容积室静态压力平衡。

根据有利的实施方式，压力平衡线路的长度可以是壳体与远端之间的距离，该距离可以设定为大于距离壳体最远的管末端处的连接管的直径，或者该距离大于膜的直径，或者该距离大于后部容积室区域中壳体的直径。因此显而易见的是，压力平衡线路显著大于连接分支的尺寸，例如，可以连接到壳体作为传统的压力平衡孔。压力平衡线路的远端通常设置在车辆的里面或者外面的任意位置，这取决于线路的长度。压力平衡线路的远端与压力平衡线路流体连通，从而特别地能够交换空气，并因此使所述周围大气和后部容积室之间压力平衡。

在另一有利的实施方式中，可以在压力平衡线路上设置至少一个节流装置，该节流装置使静态压力平衡并且防止后部容积室的动态压力平衡。通过这种方式，压力平衡线路本身可以配置相对大的开口横截面，特别的使得原则上也可能动态压力平衡。节流装置的使用使得可能设置具体的节流操作，因而压力平衡线路增加了操作可靠性。这样的节流装置可以通过，例如透气体不透液体的半透膜形成。

在另一有利的实施方式中，可以在压力平衡线路上设置至少一个过滤装置，该过滤装置防止污染物进入后部容积室。这样的过滤装置可以通过，例如半透膜形成。可选择地，还可以通过开孔泡沫体来形成过滤装置。

在另一有利的实施方式中，压力平衡线路可以包括两端之间的弹性管或刚性管。使用弹性管装配压力平衡线路，提供了在车辆中安装压力平衡线路的简化的可能性。可以使用刚性管装配压力平衡线路，例如，使壳体紧固到车辆外围。

对应于另一有利的实施方式，也提出了问题的独立解决方案，因为原则上它也可以没有上述压力平衡线路，可以提供装有紧急关闭部件的控制装置，来启动扬声器的膜驱动器。配置该紧急关闭部件，使得如果前部容积室被液体淹没，该紧急关闭部件将减少或者中断对膜驱动器的供电。供电有利地减少或者关闭，直到淹没情况不再存在。例如，控制装置可以监控膜驱动器的电力消耗，并基于电力消耗的显著变化识别前部容积室的淹没情况。也可以提供相应的传感系统来识别排气系统的淹没情况。这样的传感系统可能已经存在于车辆中。然后，声音发生器的控制装置通过合适装置连接到车辆的控制装置，例如，使它可以检测前面间隔的淹水情况

对应于另一有利的实施方式，声音发生器的至少一个电气组件的电源和/或电力驱动的电缆线设置在后部容积室，如膜驱动器中，电缆线可以通过整个压力平衡线路，或者至少通过包括近端的压力平衡线路的近端部分布置。压力平衡线路也可以用于这种方式，以通过壳体壁传递电缆线，从而可以省去用于穿透电缆线的单独的壁。至少在电缆线穿过整个压力平衡线路的情况中，可以省去电缆穿过的单独密封，这对于穿过单独的壁的例子绝对是必不可少的。

在此提出的声音发生器可以设计成有源消音器，从而通过对应的转换器发出声音，以减少排气系统中伴随相应的相移传播的声音的干扰频率的振幅。此外，或者可选择地，声音发生器也可以用作以特定方式来放大或者产生特定频率的声音发生器。结合使用尤其有利，其中声音发生器利用有源噪声控制来减少特定频率的振幅，同时放大或者产生特定的其它频率的振幅。

根据本发明的车辆，包括驱动车辆的内燃机，和从内燃机去除废气的排气系统。车辆还具有底盘，配置在车辆的底面，该底面面向车辆停放或者行驶的地面。至少距离内燃机最远的排气系统的末端部分设置在底盘的底面，朝向地面。排气系统的末端部分包括至少一个前述类型的声音发生器。排气系统的末端部分具有装载废气的排气线路，声音发生器的连接管与该排气线路相连。此外，规定了设置声音发生器的压力平衡线路，使其远端高于车辆上声音发生器的壳体。

根据有利的实施方式，压力平衡线路的末端可能会安排在底盘的底面，其中包括压力平衡线路的远端的远端部分，以远端部分向下开口的方式弯曲或变弯。这种设置为防止飞溅的水提供了更好的保护。

根据有利的变型，远端部分可以具有弯曲部件，其限定了至少90°的弯曲，并且特别是不超过180°的弯曲。

如果压力平衡线路的远端设置在底盘的底面，那么可以将远端定位在例如车轮壳体的区域中，并且优选是在相应的车轮壳体的上部区域。此外，压力平衡线路的远端方便地定位为高于预计最大涉水深度、，针对各自的车辆。例如，可能需要至少高于地面500mm的涉水深度。

在另一实施方式中，压力平衡线路可以以封闭的方式穿过底盘，使得远端设置在底盘的上面，背向地面。例如远端可以通向车辆的后部行李舱，或车辆的内部车厢。这样，水几乎完全不可能进入压力平衡线路。

在另一有利的实施方式中，带有排气线路和声音发生器的壳体的排气系统的末端部分可以设置为低于车辆的预计最大涉水深度。排气管同样也可以设置为低于涉水深度。另一方面，压力平衡线路的远端设置为高于涉水深度。

对应于有利的变型，可以通向排气系统的排气管的排气线路，向周围环境开口，或者它可能是由排气尾管形成，排气线路也是在最大涉水深度以下开口。在这种情况下，可能的是，当开车经过积水时排气系统的末端部分被淹没，在这样的方式下，水到达声音发生器的前部间隔。

最后，本发明还涉及一种操作前述类型的车辆的方法。这个操作方法的特征在于，一旦壳体前部容积室通过排气管被淹没，对电声转换器膜驱动器的供电就会减少或中断。通过这种方式，可以有效地避免膜驱动器过热。

本发明的进一步的重要特点和优势将通过从属权利要求、附图和结合附图的相关说明而变得显而易见。

当然，前述的特征以及将在下面说明的特征，不仅仅用于描述的每个案例的组合，也可以与其它组合使用或者单独使用，而不超出本发明的范围。

附图说明

附图中示出了本发明的优选实施方式，并在下面的说明中将进行更详细的描述，其中相同的附图标记表示相同或者相似或者功能上相同的组件。

在附图中，其中所有图都是以图示的形式：

图1是声音发生器的高度简化的截面图，

图2是不同实施方式的声音发生器的等距视图，

图3是配备这种声音发生器的车辆尾部的高度简化的侧视图。

具体实施方式

如图1-3所示，用于车辆(该车辆只在图3中是明显的)内燃机(未示出)的排气系统2(该排气系统2的一部分在图3中示出)的声音发生器1，包括壳体4，其中设置至少一个电声转换器5，例如以扬声器的形式。转换器5具有膜6，膜驱动器7和笼8。壳体4中的膜6将前部容积室10和后部容积室9分隔开。膜驱动器7电磁操作，例如，用于驱动膜6。笼8使得膜6处于张力状态并支撑膜驱动器7。

声音发生器1还具有连接管11，通过该连接管，声音发生器1可以连接到排气系统2的排气-载废气线路12。连接时，连接管11保持前部容积室10与排气线路12，或者排气线路12的内部，流体和声学耦合。通过膜6产生的声波，因此能够通过前部容积室10和连接管11进入到排气线路12，并且改变在其中传输的声音。

根据图1，壳体4可以具有壶形壳体部件13以及盖形壳体部件14，所述盖形壳体部件14牢固地固定在壶形壳体部件13上，以封闭所述壶形壳体部件13的开口。在该实施例中，连接管11连接到盖形壳体部件14上，通过它的笼8连接到转换器5。盖形壳体部件14同样限定了前部容积室10。另一方面，壶形壳体部件13限定了后部容积室9。

这里表示的声音发生器1还具有压力平衡线路15，其包括相对于壳体4的近端16和远端17。压力平衡线路15通过其近端16连接到壳体4的外部，并还通过壳体中的孔18与后部容积室9流体连通。另一方面，远端17设置在与壳体4相隔一段距离。

如图2中所示的，压力平衡线路15具有相对于直径20较大的线长度19。特别地，线长度19是线直径20的至少十倍。由于这样大的线长度19，远端17和壳体4之间的距离21大于连接管11的直径22，连接管11设定在与壳体4距离最远的管端23，如图1所示。如图2和3的实施方式所示，所述距离21还可以大于图1中标注的膜6的直径24。所述的距离21还可以大于图2中指出的后部容积室9区域中壳体4的直径25。因此，向周围环境26开口的远端17，可以设置在距离壳体4相对较远的距离。

根据图2，压力平衡线路15可以具有至少一个节流装置27。设计节流装置27，使得它能够使后部容积室9和周围环境26之间的静态压力平衡，并且防止后部容积室9和周围环境26之间的动态平衡，但是它能够透气。

根据图2，压力平衡线路15还可以有过滤装置28，设计该过滤装置28使得能够防止液体和/或固体污染物进入后部容积室9，但是它能够透气。

如图2所示，压力平衡线路15可以在其两端16和17之间具有刚性管29。可选择地，如图1所示，在两端16和17之间具有弹性管30。

根据图1，声音发生器1还可以配备控制装置31，其用于启动膜驱动器7。控制装置31方便地设置在壳体4的外部，例如在车辆3的合适外围上。可以通过壳体壁以合适的方式布线的电缆线32提供用于将控制装置31和膜驱动器7相耦合。电缆线32用于供电以及用于电启动膜驱动器7，并且任选用于转换器5和/或声音发生器1的其它电气和/或电子元件。

控制装置31具有紧急关闭部件34，其被设计和编程，使得如果前部容积室10被液体淹没，则减少或者优选中断对膜驱动器7的供电，优选直到淹水情况结束。例如，为此目的控制装置31可以通过相应的信号线35与传感系统(在此未示出)相耦合。控制装置31也可以基于膜驱动器7的电力消耗情况判断前部容积室10是否被淹没。

根据图2，上述电缆线32可以通过壳体壁33以传统的密封方式借助电缆穿透管36来布线。可选择地，按照图1中所示的优选解决方案，可以通过穿过压力平衡线路15的壁对电缆线32布线，使得电缆线32不需要单独的电缆穿透管36。在图1中，电缆线32穿过整个压力平衡线路15。一般来说，可以想到的是电缆线32仅穿过压力平衡线路15的一部分，优选至少通过压力平衡线路15的近端部分37，该近端部分37包括近端16。

如图3所示的车辆3，以通常的方式装配有内燃机(在此未示出)以驱动车辆3。图3显示的是车辆3的尾部区域38。然而内燃机优选位于前部区域(在此未示出)。如前文所述的，车辆3装配有排气系统2，然而仅在尾部区域38显示了一部分。排气系统2以通常的方式从内燃机中排出废气。

车辆3进一步具有底盘39，其以通常的方式位于车辆的底面40，并且朝向车辆3停放或者行驶的地面41。至少在与距离内燃机有一段距离的末端部分42中，排气系统2设置在底盘的底面43，朝向地面41。在该末端部分42，排气系统2具有声音发生器1和排气线路12。在目前情况下，排气线路12是排气管44，其出口端45朝向周围环境4开口。压力平衡线路15以这样的方式设置在车辆3上，即其远端17设置在壳体4上方。在图3的实施例中，远端17设置在底盘的底面43上。

根据图1-3，包括远端17的压力平衡线路15的远端部分47以这样的方式弯曲，即远端17向下开口。在该实施例中，为此目的，远端部分47具有弯曲部件48，其限定了约为180°的弯曲。在图3的实施例中，将远端部分47定位在车轮壳体49中。在所有情况下，将远端17设置为高于预计的最大涉水深度50，在图3中以点划线表示。例如，该最大涉水深度50可以是距离地面41具有500mm的距离。

在可选择的实施方式(在此未示出)中，压力平衡线路15以充分封闭的方式穿过底盘39，使得远端17设置在底盘的上面51上，背向地面41。例如，然后远端17可以开口，而不在行李舱或者尾部形成阻塞，或者在车辆的室内隔间中。

从图3显而易见的是，前述的排气系统2的末端部分42至少在排气线路21的区域中设置为低于最大涉水深度50，并且因而在排气管44及在声音发生器1的壳体4的区域中也如此布置。特别地，排气管44的出口端45同样设置为低于所述涉水深度50。

开车经过积水时，如图3所示，可能发生的是，在末端部分42的区域中从外面将排气系统2淹没。在图3中以附图标记52表示一种可能的水位。或者，所述末端部分42通过排气管44从里面被淹没。从外面淹没将导致壳体4迅速冷却，从而降低后部容积室9中的压力。压力损失可以通过压力平衡线路15静态补偿，从而可能避免转换器5的膜6被损坏。排气系统2的末端部分42的淹没，同样导致前部容积室10从里面被淹没，这同样导致膜6朝向后部容积室9的不良偏移。然而，在这样的情况下，更多考虑的是，当前部容积室10被淹没时，膜驱动器7不能再驱动膜6，而且这反过来会使得膜驱动器7过热。如前所述，控制装置31能够识别前部容积室10的淹没，并响应为适当减少或中断对膜驱动器7的供电，从而防止膜驱动器7过热。

Claims (13)

1.一种用于机动车（3）内燃机的排气系统（2）的声音发生器，

具有壳体（4），

具有至少一个设置在壳体（4）内的电声转换器（5），转换器的膜（6）将壳体（4）内的后部容积室（9）与前部容积室（10）分隔开，

具有连接管（11），用于连接声音发生器（1）到排气系统（2）的排气线路（12），

其中所述连接管（11）在连接状态下保持前部容积室（10）和排气线路（12）之间的流体和声学连通，

其特征在于，压力平衡线路（15），所述压力平衡线路（15）的近端（16）连接到壳体（4）的外部，其中壳体（4）与后部容积室（9）通过壳体中的孔（18）流体连通，其中所述压力平衡线路（15）的远端（17）与壳体（4）相隔一段距离设置，至少一个节流装置（27）设置在所述压力平衡线路（15）中，允许发生静态压力平衡并且防止后部容积室（9）内的动态压力平衡。

2.根据权利要求1所述的声音发生器，

其特征在于，

所述压力平衡线路（15）的线长度（19）很大，使得从壳体（4）到远端（17）的距离（21）大于所述连接管（11）的直径（22），所述连接管（11）位于距离壳体（4）最远的管端（23），或大于膜（6）的直径（24），或者大于后部容积室（9）的区域中壳体（4）的直径（25）。

3.根据权利要求1或2所述的声音发生器，

其特征在于，

至少一个过滤装置（28）设置在压力平衡线路（15）中，并防止污染物进入后部容积室（9）。

4.根据权利要求1或2所述的声音发生器，

其特征在于，

所述压力平衡线路（15）包括两端（16，17）之间的弹性管（30）或刚性管（29）。

5.根据权利要求1或2所述的声音发生器，

其特征在于，

控制装置（31），用于启动电声转换器（5）的膜驱动器（7），具有紧急关闭部件（34），在前部容积室（10）发生淹水情况时，紧急关闭部件（34）减少或中断对膜驱动器（7）的供电，直到淹水情况结束。

6.根据权利要求1或2所述的声音发生器，

其特征在于，

电缆线（32），用于确保声音发生器（1）的至少一个电气组件（7）的电源和/或电力驱动，设置在后部容积室（9）中，所述电缆线（32）穿过整个压力平衡线路（15），或至少穿过包括近端（16）的压力平衡线路（15）的近端部分（37）。

7.一种机动车，

具有排气系统（2），用于从车辆（3）内燃机中排放废气，

具有底盘（39），配置在车辆的底面（40），所述底面（40）朝向车辆（3）停放或者行驶的地面（41），

其中所述排气系统（2）设置在底盘的底面（43），朝向地面（41），至少在与内燃机有一段距离的末端部分（42）中，

其中所述排气系统（2）在其末端部分（42）具有至少一个根据权利要求1-6任一项所述的声音发生器（1），

其中所述排气系统（2）在其末端部分（42）有排气线路（12），声音发生器（1）的连接管（11）与所述排气线路（12）连接，

其中将压力平衡线路（15）设置为，其远端（17）位于声音发生器（1）的壳体（4）上方。

8.根据权利要求7所述的机动车，

其特征在于，

所述压力平衡线路（15）的远端（17）设置在底盘的底面（43），

包括远端（17）的压力平衡线路（15）的远端部分（47）弯曲，使得远端（17）向下开口。

9.根据权利要求8所述的机动车，

其特征在于，

所述远端部分（47）具有弯曲部件（48），其限定了至少90°的弯曲。

10.根据权利要求7所述的机动车，

其特征在于，

所述压力平衡线路（15）通过所述底盘（39），使得其远端（17）设置在底盘的上面（51），背向地面（41）。

11.根据权利要求7-10任一项所述的机动车，

其特征在于，

所述排气系统（2）的末端部分（42）与排气线路（12）和声音发生器（1）的壳体（4）设置为低于车辆（3）的预计最大涉水深度（50），而所述压力平衡线路（15）的远端（17）设置为高于涉水深度（50）。

12.根据权利要求11所述的机动车，

其特征在于，

所述排气线路（12）通向所述排气系统（2）的排气管（44），排气线路（12）朝向周围环境（46）开口，或者排气线路（12）具体为排气管（44），所述排气管（44）的开口同样低于最大涉水深度（50）。

13.一种如权利要求12所述的机动车（3）的操作方法，其中当壳体（4）的前部容积室（10）通过所述排气管（44）被淹没时，立即减少或中断对电声转换器（5）的膜驱动器（7）的供电。