-
Die Erfindung betrifft einen Resonator
und insbesondere einen variabel abgestimmten Teleskop-Resonator
zur Regelung des Motorenansauggeräusches bei einem Kraftfahrzeug,
bei dem die Anschlusslänge
und das Volumen des Resonators gleichzeitig variiert werden können.
-
In einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug
ist es wünschenswert,
ein Luftansaugsystem zu haben, bei dem die Erzeugung von Geräuschen minimal
ist. Die Geräuschenergie
wird erzeugt, wenn Frischluft in den Motor gesaugt wird. Vibrationen
werden durch die Ansaugluft im Ansaugtrakt hervorgerufen, was ein
unerwünschtes
Ansauggeräusch
erzeugt. Resonatoren unterschiedlicher Bauart wie beispielsweise
der Helmholtz'sche
Typ sind eingesetzt worden, um das Motorenansauggeräusch zu
reduzieren. Derartige Resonatoren beinhalten üblicherweise eine einzelne,
volumenkonstante Kammer zum Ableiten des Ansauggeräusches. Desweiteren
werden häufig
mehrere Resonatoren benötigt,
um verschiedene Geräuschspitzen
zu dämpfen.
-
Gewünschte Geräuschpegelzielwerte sind für ein Fahrzeugmotoransaugsystem
entwickelt worden. Wenn die Motorabstimmung bezogen auf die Zielwerte
des Einlassöffnungsgeräusches festgelegt wird,
damit dieses in Abhängigkeit
der Motordrehzahl in engen Grenzen liegt, kann die Zielwertlinie
mit einem konventionellen Multi-Resonatorsystem nicht eingehalten
werden. Der typische Grund liegt darin, dass konventionelle Resonatorsysteme
ein Dämpfungsprofil
aufweisen, das nicht zu dem Profil des Geräusches passt und zu einer unerwünschten,
damit einhergehenden Seitenbandverstärkung führt. Dies gilt insbesondere
für eine
Breitbandgeräuschspitze.
Im Ergebnis liegen die Verstärkungen
von benachbarten Drehzahlen über
der Zielwertlinie, wenn ein Spitzenwert bei einer gegebenen Motordrehzahl bis
auf die Zielwertlinie des Geräuschpegels
reduziert wird. Daher sind Resonatoren zur Geräuschdämpfung bei bestimmten Motordrehzahlen
effektiv, jedoch zur Geräuschdämpfung bei
anderen Motordrehzahlen uneffektiv.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, einen Resonator bereitzustellen, der derart variabel ist,
dass Emission von Geräuschenergie,
die durch die Ansaugluft verursacht wird, in einem weiten Bereich
der Motorendrehzahlen entgegen gewirkt werden kann.
-
Die Aufgabe wird durch einen Resonator
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, also einen variabel abgestimmten
Teleskop-Resonator, der der Emission der durch die Ansaugluft verursachte
Geräuschenergie
in einem weiten Bereich der Motordrehzahlen entgegenwirkt.
-
Das variabel abgestimmte Resonatorsystem umfasst:
- – ein
inneres Teleskop-Teil, das ausgelegt ist, eine strömungstechnische
Verbindung mit einer Leitung herzustellen, wobei das innere Teleskop-Teil eine
Resonatoranschlusslänge
definiert; und
- – ein äußeres Teleskop-Teil,
das das innere Teleskop-Teil umschließt, um dazwischen eine Kammer
zu definieren, wobei das innere Teleskop-Teil und das äußere Teleskop-Teil
wahlweise ausfahrbar und einfahrbar sind, um dadurch das Volumen der
Kammer und/oder die Resonatoranschlusslänge zu verändern; wobei das Verändern des
Volumens der Kammer und/oder der Resonatoranschlusslänge die
Dämpfung
einer gewünschten Geräuschfrequenz
erleichtert, die in den Resonator gelangt.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele können zusätzliche
Merkmale gemäß der Ansprüche 2 bis
8 aufweisen.
-
Die obigen sowie andere Ziele, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnungen deutlich.
Es zeigen:
-
1:
eine perspektivische Ansicht eines variabel abgestimmten Teleskop-Resonators,
der in der ausgefahrenen Position gezeigt wird, wobei der Resonator
an einer Leitung angebracht ist und im Schnitt dargestellt ist sowie
die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist;
-
2:
eine perspektivische Ansicht des in der 1 gezeigten, variabel abgestimmten Telekop-Resonotars,
der in der eingefahrenen Position gezeigt wird, wobei der Resonator
im Schnitt dargestellt ist;
-
3:
einen Teilschnitt des in 1 dargestellten,
variabel abgestimmten Teleskop-Resonators mit Schraubenfedern zum
Auseinanderhalten der Teleskop-Segmente;
-
4:
einen Teilschnitt des in 1 dargestellten,
variabel eingestell ten Teleskop-Resonators, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel
zum Auseinanderhalten der Teleskop-Segmente gezeigt ist, das Bandfedern
verwendet;
-
5:
ein schematisches Diagramm des in der 1 gezeigten
Teleskop-Resonators mit einem Regelungssystem zum Regeln des Volumens
und der Anschlusslänge
des Resonators bei verschiedenen Motordrehzahlen;
-
6:
eine Darstellung, die den Graph des Geräuschdruckpegels (SPL) in Dezibel über der
Motordrehzahl in RPM (Umdrehungen pro Minute) für Geräuschemissionen ohne einen Resonator
zeigt, für
Geräuschemission
mit einem 1-Liter-Resonator, für
Geräuschemissionen
mit einem 2-Liter-Resonator und eine Zielwertlinie für die Geräuschemission;
und
-
7:
eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels
der Erfindung, die einen Resonator mit einem inneren Teleskop-Bauteil zeigt,
das in Wirkverbindung mit einem Kolben steht.
-
Bezugnehmend auf die Zeichnungen
und insbesondere auf 1 ist
im Allgemeinen ein variabel abgestimmter Teleskop-Resonator 10 dargestellt, der
in der ausgefahrenen Position für
den Einsatz in einem Luftansaugsystem eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt)
gezeigt ist. Der Resonator 10 ist an einer Leitung 12 angebracht
und ist mit dieser strömungstechnisch
verbunden, wobei die Leitung 12 mit dem Luftansaugsystem
des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Ein Anschluss 14 verbindet
den Resonator 10 mit der Leitung 12. Der Anschluss 14 weist
eine Halslänge 16 und
einen Halsdurchmesser 18 auf.
-
Der Resonator 10 umfasst
ein hohles Hauptgehäuse 20.
In dem Gehäuse 20 sind
ein inneres Teleskop-Teil 22 und ein äußeres Teleskop-Teil 24 angeordnet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
beinhaltet das innere Teleskop-Teil 22 fünf einzelne
innere Teleskop-Segmente 25a und das äußere Teleskop-Teil 24 beinhaltet
fünf einzelne äußere Teleskop-Segmente 25b.
Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder weitere Teleskop-Segmente 25a, 25b verwendet
werden können,
um eine gewünschte
Anschlusslänge
und ein gewünschtes
Volumen zu erhalten, ohne den Bereich und die Lehre der Erfindung
zu verlassen. Des weiteren besteht eine der Aufgaben des Gehäuses 20 darin,
Stops bereitzustellen, um die Bewegung der Teleskop-Segmente 25a, 26b einzugrenzen.
Natürlich
können auch
andere innere oder äußere Stops
verwendet werden, um das Gehäuse 20 zu
ersetzen, ohne den Bereich und die Lehre der Erfindung zu verlassen.
-
Das innere Teleskop-Teil 22 definiert
eine innere Kammer 26, und das äußere Teleskop-Teil 24 wirkt
mit einer äußeren Wand
des inneren Teleskop-Teils 22 zusammen, um eine äußere Kammer 28 zu
definieren. Die innere Kammer 26 und die äußere Kammer 28 definieren
gemeinsam den hohlen Innenraum des Volumens des Resonators 10.
Ein erstes Ende 30 des inneren Teleskop-Teils 22 ist
mit dem Anschluss 14 des Resonators 10 verbunden.
Ein zweites Ende 32 des inneren Teleskop-Teils 22 ist
zu der äußeren Kammer 28 hin
offen. Ein erstes Ende 34 des äußeren Teleskop-Teiles 24 ist
radial vom ersten Ende 30 des inneren Teleskop-Teils 22 beabstandet
und liegt an einer inneren Wand des Gehäuses 20 an. Ein zweites
Ende 36 des äußeren Teleskop-Teils 24 ist
radial und longitudinal von dem zweiten Ende 32 des inneren
Teleskop-Teils 22 beabstandet und liegt an der inneren
Wand des Gehäuses 20 an.
Das zweite Ende 36 des äußeren Teleskop-Teils 24 ist
geschlossen, um die äußere Kammer 28 innerhalb
des äußeren Teleskop-Teils 24 zu
bilden.
-
Mehrere radiale Streben 38 sind
zwischen jedem benachbarten inneren Tele skop-Segment 25a und äußeren Teleskop-Segment 25b angeordnet
und verbinden diese jeweils. Mehrere Schraubenfedern 40 sind,
wie in 3 gezeigt, zwischen
jedem benachbarten äußeren Teleskop-Segment 25b angeordnet.
Alternativ können,
wie in 4 dargestellt, mehrere
Blattfedern 42 angeordnet sein, um das innere Teleskop-Segment 25a und
die radiale Strebe 38 des benachbarten inneren Teleskop-Segments 25a gegeneinander
abzustützen.
Es wird darauf hingewiesen, dass andere Federtypen, -anordnungen und
- positionen verwendet werden können,
ohne den Bereich und die Lehre der Erfindung zu verlassen. Eine
Haltelasche 44 erstreckt sich radial von einer äußeren Fläche jedes äußeren Teleskop-Segments 25b nach
außen.
Drei Laschen 44 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
in Umfangsrichtung im Abstand von 120 Grad angeordnet. Die Lasche 44 ist
in einem Schlitz 45 angeordnet, wie dies deutlich in den 1 und 2 gezeigt wird. Innere O-Ringe 46 sind
zwischen benachbarten inneren Teleskop-Segmenten 25a und äußere O-Ringe 48 sind
zwischen benachbarten äußeren Teleskop-Segmenten 25b angeordnet. 2 zeigt die Teleskop-Teile
in einer eingefahrenen Position, die unter Verwendung eines Antriebs
erreicht wird, der, wie in 5 schematisch gezeigt,
mit einem Gestänge
verbunden ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das Gestänge beispielsweise
von einer Öffnung
in einer Wand des Gehäuses 20 aufgenommen
und geführt
werden kann.
-
Bezugnehmend auf 5 wird ein schematisches Diagramm des
Resonators 10 einschließlich eines Regelungssystems 52 zum
Regeln des Ausfahrens und Einfahrens der Teleskop-Teile 22, 24 gezeigt.
Durch Regeln der Teleskop-Segmente 22, 24 werden
das Resonatorvolumen 54 (Volumen der äußeren Kammer 28) und
die Resonatoranschlusslänge 56 (die
Halslänge 16 des
Anschlusses 14 plus die Länge des inneren Teleskop-Teils 22)
bei verschiedenen Motordrehzahlen des Kraftfahrzeugs geregelt. Ein
programmierbares Steuermodul oder PCM 60 ist elektrisch
mit einem Motor 62 verbunden. Der Motor 62 steht
als Antrieb mit einer Stelleinheit in Form eines Zahnstangengetriebes
in Eingriff. Es können auch
andere Arten von Stell einheiten verwendet werden, ohne den Bereich
und die Lehre der Erfindung zu verlassen. Der Zahnstangenteil der
Zahnstangenstelleinheit 64 ist mit dem Resonator 10 verbunden, sodass
das Resonatorvolumen 54 und die Resonatoranschlusslänge 56 wie
gewünscht
wahlweise variiert werden kann. Ein Positionssensor und -geber 66 liefert
das Positionssignal von dem Resonator 10 an das PCM 60.
Ein Motordrehzahlsensor und -geber 68 nimmt die Motordrehzahl
auf und übergibt
diese an das PCM 60. Das PCM 60 greift auf eine
PCM-Tabelle 70 zu, um basierend auf der Motordrehzahl die
erforderliche Position für
den Resonator 10 einzulesen. Die erforderliche Position
des Resonators wird dann mit dem Positionssignal vom Positionssensor
und - geber 66 verglichen. Wenn das Positionssignal von der
erforderlichen Position abweicht, wird durch das PCM 60 eine
Positionseinstellung vorgenommen, indem der Motor betrieben wird,
um die Zahnstangenstelleinheit wie erforderlich einzustellen. Es
wird darauf hingewiesen, dass andere Konstruktionen wie beispielsweise
ein Schrittmotor verwendet werden können, das Resonatorvolumen 54 und
die Resonatoranschlusslänge 56 zu
variieren.
-
Im Betrieb strömt Luft durch die Leitung 12. Geräusch, das
durch den Fahrzeugmotor erzeugt wird, wird durch die Leitung 12 übertragen
und gelangt in den Resonator 10 durch den Anschluss 14. Eine
durch den Motor erzeugte Geräuschfrequenz nimmt
bei unterschiedlichen Motordrehzahlen unterschiedliche Werte an.
Um die Zielwerte für
den Schalldruckpegel einzuhalten, soll der Resonator 10 einen
weiten Bereich von Frequenzen dämpfen.
Dies wird durch Variieren der Resonatoranschlusslänge 56 und
des Resonatorvolumens 54 erreicht. Das innere Teleskop-Teil 22 fungiert
als eine einstellbare Verlängerung
des Anschlusses 14 und erlaubt dadurch eine Einstellung
der Resonatoranschlusslänge 56.
Die Einstellung der Länge
des äußeren Teleskop-Teils 24 erlaubt
die Einstellung des Resonatorvolumens 54. Eine gleichzeitige
Einstellung des inneren Teleskop-Teils 22 und des äußeren Teleskop-Teils 24 erleichtert
die genaue Abstimmung des Resonators über einen großen Bereich
von Frequenzen. Somit wird die gewünschte Dämpfung des von dem Fahrzeugmotors
emittierten Geräusches über einen
weiten Bereich von Frequenzen erreicht. Es sei darauf hingewiesen,
dass das innere Teleskop-Teil 22 und das äußere Teleskop-Teil 24 unabhängig eingestellt werden
können,
ohne den Bereich und die Lehre der Erfindung zu verlassen.
-
Das Verfahren zum Regeln des Resonators 10 durch
das PCM 60 wird zunächst
durch das Erfassen der Charakteristika des Resonators 10 bei
jeder Motordrehzahl erreicht. Die Resonatorposition in Abhängigkeit
der Motordrehzahl wird in einer PCM-Tabelle festgehalten. Die Resonatorpositionen
werden durch Vergleich des Unterschieds zwischen den Grund- und
Zielcharakteristika bei jeder Motordrehzahl ermittelt, um das Dämpfungsverhalten
des Resonators aufzuzeichnen. Die Resonatorposition, die am besten
das Ziel bei jeder Motordrehzahl trifft, wird in der PCM-Tabelle 70 festgehalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass, um höchste Wirkungsgrade zu erreichen,
der Resonator 10 in dem Luftansaugsystem dort platziert
wird, wo er am effizientesten die interessanten Frequenzen dämpft. Beispielsweise
sollte die gewählte
Lage nicht zu nahe an einem Druckknotenpunkt der interessanten Frequenzen
sein, sondern an einem Ort, wo die stehenden Wellendrücke für die interessanten
Frequenzen Werte darstellen, die eine merkbare Dämpfung liefern.
-
Der Resonator 10 kann durch
Beherrschen der Reproduzierbarkeit der Teleskopbewegung des inneren
Teleskop-Teils 22 und des äußeren Teleskop-Teils 24 genau
geregelt werden. Um reproduzierbar zu sein, muss die Teleskopbewegung
des inneren Teleskop-Teils 22 und des äußeren Teleskop-Teils 24 in
jedem Abschnitt in der gleichen Zeitenfolge geschehen, wenn diese
auseinander- oder zusammengefahren werden. Die Position jedes der Teleskop-Segmente 25a, 25b muss
in dem Einfahrmodus und Ausfahrmodus jeweils die gleiche sein. Die
Reproduzierbarkeit wird durch Verwendung zwei unterschiedliche Ansätze erreicht.
Als erstes wird die axiale Position der Teleskop-Segmente 25a, 25b durch
die radialen Streben 38 gewahrt. Als zwei tes sind in den
Ausführungsbeispielen,
die die Federn 40 und Federn 42 verwenden, die
Federkonstanten der Federn 40 und Federn 42 so
ausgelegt, dass die erforderliche Druckkraft, jedes der Teleskop-Segmente 25a, 25b in
der Nähe
der ersten Ende 30, 34 der entsprechenden Teleskop-Segmente 22, 24 zu
bewegen, um eine Größenordnung
größer ist
als die Reibkräfte,
die durch die O-Ringe 46, 48 der Teleskop-Segmente 25a, 25b in
der Nähe
der zweiten Enden 32, 36 der betreffenden Teleskop-Teile 22, 24 erzeugt
wird. Zusätzlich
wirkt die Lasche 44 einem Ausfahren der Teleskop-Segmente 25a, 25b über eine gewünschte Teleskopposition
hinaus entgegen.
-
6 zeigt
das Dämpfungsverhalten
von Resonatoren mit festem Volumen. Die Kurve A zeigt den Schalldruckpegel
oder SPL in Dezibel ohne einen Resonator. Kurve B zeigt den SPL,
mit einem 1-Liter-Resonator. Kurve C zeigt den SPL mit einem 2-Liter-Resonator.
Die Linie D zeigt den Ziel-SPL. Resonatoren mit einem festen Volumen
liefern eine kerbenförmige
Dämpfung
mit Seitenbandverstärkung,
welche nicht die erforderliche Dämpfung
liefert, um eine Geräuschspitze
auf eine bestimmte Ziellinie zu drücken. Wie durch die Kurve B
in 6 dargestellt, dämpft ein
kleinvolumiger 1-Liter-Resonator den SPL bei 4500 rpm (Umdrehungen
pro Minute) bis knapp auf die Ziellinie D ab, aber der Rest der
Kurve B bleibt oberhalb der Solllinie D. Wenn der Resonator größer wird,
sorgt er für
mehr Dämpfung,
und die Bandbreite der Dämpfung
und die Kerbentiefe steigen an. Für einen 2-Liter-Resonator liegt
die Kurve C auf oder unter der Ziellinie zwischen 4000 und 5000 rpm.
Jedoch ist die Seitenbandverstärkung 80 des 2-Liter-Resonators
im Vergleich zu der Seitenbandverstärkung des 1-Liter-Resonators
erhöht.
Wie 6 zeigt, sorgt eine
kerbenförmige
Dämpfung nicht
für das
Maß an
Regelung, um eine bestimmte Ziellinie zu einzuhalten.
-
Der Resonator 10 minimiert
die Probleme, die mit einem Resonator mit festem Volumen oder kerbenförmiger Dämpfung verbunden
sind, da bei jeder Motordrehzahl der Resonator auf eine gewünschte Teleskopposition
gesetzt werden kann, um die erforderliche Dämpfung zu liefern. Zusätzlich kann,
wo ein Teil der Schallkurve unter der Solllinie D liegt, eine Verstärkung in
dem Bereich der Seitenbandverstärkung
der SPL-Kurve vorgenommen werden, um die Solllinie D wie gewünscht zu
erhalten.
-
Ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 7 dargestellt.
Ein Resonator 90 umfasst ein Hauptgehäuse 91 und ist mit
einer Leitung 92 durch einen Anschluss 94 verbunden.
Ein erstes Ende 96 eines inneren Teleskop-Teils 98 steht
in Verbindung mit dem Anschluss 94. Ein zweites Ende 100 des
inneren Teleskop-Teils 98 ist an einem Kolben 102 gekoppelt,
der mit den Innenwänden
des Gehäuse 91 zusammenwirkt,
eine Resonatorkammer 104 zu bilden. Das innere Teleskop-Teil 98 wirkt
mit dem Anschluss 94 zusammen, um eine Resonatoranschlusslänge zu definieren.
Eine Dichtung 106 ist zwischen einer äußeren Wand des Kolbens 102 und einer
inneren Wand des Gehäuses 91 angeordnet. Eine
Stellanordnung 108 verbindet den Kolben 102 antriebsmäßig mit
einem Motor 110.
-
Im Betrieb wird die Position des
Kolbens 102 variiert, um das Volumen der Resonatorkammer 104 zu
verändern.
Wenn der Kolben 102 in Richtung des Anschlusses 94 bewegt
wird, sinkt das Volumen der Resonatorkammer 104. Wenn der
Kolben von dem Anschluss 94 wegbewegt wird, wird das Volumen
der Resonatorkammer größer. Das
innere Teleskop-Teil 96 wird ebenso mit dem Kolben bewegt.
Wenn der Kolben 102 in Richtung des Anschlusses 94 bewegt wird,
wird das innere Teleskopteil zusammengefahren, wodurch die Resonatoranschlusslänge reduziert wird.
Wenn der Kolben 102 von dem Anschluss 94 wegbewegt
wird, wird das innere Teleskopteil 98 ausgefahren, wodurch
die Resonatoranschlusslänge vergrößert wird.
Durch Regeln des Kolbens 102 und des inneren Teleskop-Teils 98,
um das Volumen der Resonatorkammer 104 und die Resonatoranschlusslänge, wie
für die
anderen Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben, zu verändern, kann somit der Resonator 90 eingesetzt
werden, einen weiten Bereich der Geräuschfrequenzen zu regeln. Es
ist zu beachten, dass der Kolben 102 mit quenzen zu regeln.
Es ist zu beachten, dass der Kolben 102 mit einem Resonator
verwendet werden kann, der eine feste Resonatoranschlusslänge aufweist,
ohne den Bereich und die Lehre der Erfindung zu verlassen.
-
Aus der obigen Beschreibung kann
ein Fachmann ohne weiteres die wesentlichen Merkmale dieser Erfindung
ermitteln und kann, ohne den Bereich und die Lehre der Erfindung
zu verlassen, verschiedene Änderungen
und Modifikationen zur Erfindung vornehmen, um diese an verschiedene
Verwendungen und Bedingungen anzupassen.