DE102004007717A1

DE102004007717A1 - Helmholtz-Resonator

Info

Publication number: DE102004007717A1
Application number: DE102004007717A
Authority: DE
Inventors: John D. Brighton Kostun; Lakhi N. Ann Arbor Goenka; David J. Canton Moenssen; Christopher E. Canton Shaw
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: US20040173175A1; GB2399141A; DE102004007717B4; GB0403305D0; US6792907B1

Abstract

Ein Resonator mit variabler Abstimmung hat ein Gehäuse (12, 12', 12'', 12''', 42, 42') mit einer darin ausgebildeten Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') und mit einer Vielzahl von Halsstücken (24, 24', 24'', 24''', 48, 48'), durch die ein Fluid zwischen der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') und einer Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') kommunizieren kann. Jedes der Halsstücke (24, 24', 24'', 24''', 48, 48') hat eine unterschiedliche Hals-Länge und in jedem der Halsstücke (24, 24', 24'', 24''', 48, 48') ist ein Magnetventil (58, 58') angeordnet. Ein Sensor (29, 29', 29'', 29''', 57, 57') erfasst die Geschwindigkeit des Motors. Eine programmierbare Steuerungseinheit (28, 28', 28'', 28''', 56, 56') steuert die Magnetventile (58, 58') in Abhängigkeit von der mit dem Sensor (29, 29', 29'', 29''', 57, 57') erfassten Drehzahl des Motors. Über die Hals-Länge wird die Dämpfung einer gewünschten Frequenz eines Geräuschs in der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') abgestimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Resonator und im Besonderen auf einen abstimmbaren Helmholtz Resonator für das Luft-Einlasssystem eines Fahrzeugs, das (als Eingangsgröße) eine Schwingung auf der Wand des Resonators herstellt, um dynamisch die Auslösch-Frequenz für zeitlich weränderliche akustische Signale einzustellen, und mindestens eines der folgenden Elemente besitzt: Steuerung des mittleren Volumens des Resonators, Steuerung der mittleren Hals-Länge des Resonators und Steuerung des mittleren Hals-Durchmessers des Resonators.
In der internen Verbrennungsmaschine eines Fahrzeugs ist es wünschenswert, ein Lufteinlass System zu entwickeln, in dem die Erzeugung von Geräusch-Energie minimiert ist. Geräusch-Energie wird erzeugt, wenn frische Luft in den Motor eingesaugt wird. Geräusch-Energie entsteht durch die in der Ansaugleitung strömende, angesaugte Luft, die ein unerwünschtes Ansaug-Geräusch erzeugt. Resonatoren verschiedenen Typs, wie zum Beispiel vom Helmholtz-Typ, werden angewandt, um das Geräusch der Luftansaugung des Motors zu reduzieren. Solche Resonatoren weisen typischerweise eine Kammer mit festem Volumen, mit einer vorgegebenen Hals-Länge und einem vorgegebenen Durchmesser des Halses auf, um das Geräusch beim Lufteinlass zu verringern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein variables Resonatorsystem herzustellen, das die Erzeugung nicht erwünschter Geräusch, die von der angesaugten Luft verursacht sind, vermindert und akustische Signale auslöscht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Resonator für einen Lufteinlass mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Es wird ein System mit einem variablen Resonator angegeben, der die Erzeugung und Ausstrahlung von derjenigen Geräusch-Energie bekämpft, die durch die angesaugte Luft erzeugt wird, und das akustische Signale auslöscht.
Das kontinuierlich variable Resonatorsystem weist auf

– ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Kammer und mit einem Halsstück, das für Fluide eine Verbindung zwischen der Kammer und einer Luftführung zur Verfügung stellt;
– einen Sensor für die Geschwindigkeit des Motors, der ausgelegt ist, die Geschwindigkeit des zughörigen Motors sensorisch zu erfassen;
– Einrichtungen zur Steuerung mindestens eines der folgenden Elemente: des Volumens der Kammer, einer Länge des Halsstücks, und eines Durchmessers des Halsstücks, diese Einrichtungen zur Steuerung sind mit dem Sensor verbunden, die Einrichtungen zur Steuerung mindestens eines der folgenden Elemente: des Volumens der Kammer, einer Länge des Halsstücks, und eines Durchmessers des Halsstücks erfassten Geschwindigkeit arbeiten in Abhängigkeit von der vom Sensor erfassten Ge schwindigkeit, und wobei die Steuerung von mindestens einem der Elemente Volumen der Kammer, Länge des Halsstückes und Durchmesser des Halsstückes die Dämpfung mindestens einer ersten gewünschten Frequenz des Geräuschs der Luftführung erleichtert;
– einen Geräuschsensor, der innerhalb der Luftführung angeordnet ist,
– einen Antrieb zur Erzeugung von vibrierenden Bewegungen, der in der Kammer des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Antrieb Schwingungen als eine Eingangsgröße (in die Kammer) in Abhängigkeit von dem vom Geräuschsensor erfassten Schallpegeln erzeugt und wobei diese Eingangsgröße eine zweite gewünschte Frequenz des Geräusches in der Luftführung auslöscht.

Die oben genannten und auch andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden auch aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung verständlich. Dabei wird Bezug auf die begleitende Zeichnung genommen, in dieser zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines Resonators, wobei der Resonator Einrichtungen aufweist, um das mittlere Volumen des Resonators kontinuierlich zu variieren, und Einrichtungen zur Erzeugung einer Eingangsgröße in Form von Schwingungen hat, um dynamisch die Lösch-Frequenz für akustische Signale einzustellen;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung eines Resonators, wobei der Resonator Einrichtungen aufweist, um das mittlere Volumen des Resonators kontinuierlich zu variieren, und weiterhin Einrichtungen hat, um die mittleren Hals-Länge des Resonators kontinuierlich zu variieren, und schließlich Einrichtungen zur Erzeugung einer Eingangsgröße in Form von Schwingungen aufweist, um dynamisch die Lösch-Frequenz für akustische Signale einzustellen;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung eines Resonators, wobei der Resonator Einrichtungen aufweist, um das mittlere Volumen des Resonators kontinuierlich zu variieren, und weiterhin Einrichtungen hat, um den mittleren Hals-Durchmesser des Resonators kontinuierlich zu variieren, und schließlich Einrichtungen zur Erzeugung einer Eingangsgröße in Form von Schwingungen aufweist, um dynamisch die Lösch-Frequenz für akustische Signale einzustellen;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführung eines Resonators, wobei der Resonator Einrichtungen aufweist, um das mittlere Volumen des Resonators kontinuierlich zu variieren, weiterhin Einrichtungen hat, um den mittleren Hals-Durchmesser des Resonators kontinuierlich zu variieren, und zudem Einrichtungen hat, um die mittleren Hals-Länge des Resonators kontinuierlich zu variieren, und schließlich Einrichtungen zur Erzeugung einer Eingangsgröße in Form von Schwingungen aufweist, um dynamisch die Lösch-Frequenz für akustische Signale einzustellen;
5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführung eines Resonators, wobei der Resonator Einrichtungen zur Einstellung aufweist, einschließlich einer Vielzahl von Halsstücken mit unterschiedlichen Längen und Ventilen, die darin angeordnet sind, und Einrichtungen zur Erzeugung einer Eingangsgröße in Form von Schwingungen, um dynamisch die Lösch-Frequenz für akustische Signale einzustellen;
6 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführung eines Resonators, wobei der Resonator Einrichtungen zur Einstellung aufweist, einschließlich einer Vielzahl von Halsstücken mit unterschiedlichen Längen und Ventilen die darin angeordnet sind, zudem Einrichtungen hat, um das mittlere Volumen des Resonators kontinuierlich zu variieren, und schließlich Einrichtungen zur Erzeugung einer Eingangsgröße in Form von Schwingungen aufweist, um dynamisch die Lösch-Frequenz für akustische Signale einzustellen;
Mit Bezug auf die Zeichnung und insbesondere auf 1 wird ganz allgemein mit 10 ein Resonatorsystem für Luft dargestellt, das die Leistungen der Erfindung verkörpert. In der gezeigten Ausführung wird ein Resonator vom Helmholtz-Typ verwendet. Dies ist so zu verstehen, dass auch andere Typen von Resonatoren verwendet werden könnten, ohne den Geltungsumfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Resonatorsystem für Luft 10 weist einen Zylinder oder Gehäuse 12 auf. Ein hin- und hergehender Kolben 14 ist im Gehäuse 12 angeordnet. Er schließt ein Volumen ab. Eine Kolbenstange 16 ist am Kolben 14 befestigt und ist mit einer Lagesteuerung 18 wirkungsverbunden, die es erlaubt, die Position des Kolbens 14 innerhalb des Gehäuses 12 zu variieren. Das Gehäuse 12 und der Kolben 14 arbeiten zusammen und stellen eine Resonatorkammer mit variablem Volumen 20 dar. Die Kammer 20 kommuniziert mit einer Luftführung 22 durch einen halsförmigen Abschnitt 24, im folgenden Halsstück genannt. Die Luftführung 22 steht mit dem Lufteinlasssystem (Luft-Ansaugsystem) des Fahrzeugs (nicht dargestellt) in Verbindung.
Ein erster Geräuschsensor 25 ist fest mit der Luftführung 22 verbunden, in Strömungsrichtung gesehen vor dem Resonatorsystem 10. Ein zweiter Geräuschsensor 26 ist mit der Luftführung 22, in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Resonatorsystem 10, verbunden. Jeder beliebige konventionelle Geräuschsensor 25, 26 kann verwendet werden, wie zum Beispiel ein Mikrofon. Der erste Geräuschsensor 25 und der zweite Geräuschsensor 26 stehen in Verbindung mit einem programmierbaren Steuerungsmodul (PCM) 28. Ein Sensor für die Geschwindigkeit des Motors 29 (der Motor ist nicht dargestellt) steht mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28 in Verbindung. Das programmierbare Steuerungsmodul 28 steht in Verbindung mit der Lagesteuerung 18 und steuert diese. Ein Antrieb 30 zur Erzeugung einer Schwingung (der Luft) ist innerhalb der Kammer 20 angeordnet und steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28 und wird von diesem angesteuert. Als ein solcher Antrieb 30 kann zum Beispiel ein Lautsprecher für Audioanwendungen oder ein keramischer Antrieb mit einer vibrierenden Membran verwendet werden.
Im Betrieb dämpft das Resonatorsystem für Luft 10 Geräusche mit variierenden Frequenzen. Luft fließt in der Luftführung 22 zum Motor, dabei entsteht Geräusch-Energie oder Lärm im Motor und strömt vom Motor entgegen dem Luftstrom in die Atmosphäre. Alternativ kann dies auch so verstanden werden, dass das Resonatorsystem für Luft 10 in einem Abgas-System verwendet wird, und dabei der Luftfluss und der Geräuschfluss in die gleiche Richtung gehen, oder anders gesagt vom Motor weg. Die Geräusche treten in das Resonatorsystem für Luft 10 durch den halsförmigen Abschnitt 24 ein und wandern dann in die Kammer. Das Resonatorsystem 10 kann so eingestellt werden, dass es verschiedene Frequenzen der Geräusche dämpft, indem ein oder mehrere der Parameter Durchmesser des Halses 24, Länge des Halses 24, und Volumen der Kammer 20 variiert werden. Diese sind als die hauptsächlichen bestimmenden Eigenschaften des Resonators bekannt. In der Ausführung, die in 1 gezeigt ist, wird das Resonatorsystem 10 für Luft durch Veränderung des Volumens der Kammer 20 eingestellt, indem die Position des Kolbens 14 innerhalb der Kammer 20 variiert wird Der erste Geräuschsensor 25 erfasst den Geräuschpegel innerhalb der Luftführung 22. Die erfassten Werte werden vom programmierbaren Steuerungsmodul 28 übernommen. Auf Basis der erfassten Werte des Geräuschs veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28 den Antrieb 30, ein Schwingungssignal in der Kammer 20 zu erzeugen, oder eine dynamische Eigenschaft des Resonators einzustellen, und dadurch zu verhindern, dass sich das Geräusch weiter in Richtung des Luft-Einlasses und in die Atmosphäre ausbreitet. Die vom Antrieb 30 abgegebene Luft-Schwingung ist einstellbar und ermöglicht deswegen die dynamische Anpassung der Dämpfungs-Frequenz. Wenn die erfasste Frequenz des Geräuschs sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28, dass der Antrieb 30 eine andere Schwingungs-Frequenz abgibt, entsprechend dem sensorisch erfassten Geräusch. Der zweite Geräuschsensor 26 dient als Sensor für das Fehlersignal in Strömungsrichtung abwärts vom Antrieb 30. Der zweite Geräuschsensor 26 erfasst das Maß des Geräuschs und sendet ein Signal an das programmierbare Steuerungsmodul 28. Das programmierbare Steuerungsmodul 28 misst die Differenz zwischen dem am Ausgang erfassten Geräusch und einem Zielwert und ermöglicht es deswegen, dass die vom Antrieb 30 erzeugte Schwingung verfeinert angepasst wird. Bei der Positionierung des zweiten Geräuschsensors 26 ist Sorgfalt erforderlich, um zu vermeiden, dass dieser sich in einem Knotenpunkt der Schallwellen befindet. Dies würde dazu führen, dass die Messung fälschlicherweise ergibt, dass das Geräusch gedämpft worden ist.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit des Motors (seine Drehzahl) mit Hilfe des Sensors für die Geschwindigkeit des Motors 29 sensorisch erfasst. Das Signal wird vom programmierbaren Steuerungsmodul 28 zugeführt. Die gewünschte Position des Kolbens 14 wird vorgegeben für ansteigende Bereiche (Intervalle) des Messwerts für die Geschwindigkeit des Motors und in einer Tabelle im programmierbaren Steuerungsmodul 28 abgelegt. Auf diese Weise wird bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors die gewünschte Ausgangsgröße durch Zielwertsuche in einer Tabelle des programmierbaren Steuerungsmoduls 28 ermittelt. Abhängig von der sensorisch erfassten Geschwindigkeit des Motors bewegt die Lagesteuerung 18 den Kolben 14 in die gewünschte Position, so dass das Geräusch gedämpft wird. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, bewegt das programmierbare Steuerungsmodul 28 den Kolben 14 in eine neue gewünschte Position, so dass das Geräusch gedämpft wird.
Die Kombination der Variation von sowohl dem Mittelwert als auch den dynamischen Eigenschaften des Resonatorsystems 10 bietet ein breites Spektrum von Möglichkeiten, das Resonatorsystem 10 auf eine gewünschte Frequenz des Geräuschs und auf die Dämpfung der akustische Signale oder Geräusche im Luft-Ansaugsystem des Fahrzeugs anzupassen.
Mit Bezug auf 2 wird ganz allgemein mit 10' ein Resonatorsystem für Luft dargestellt, das eine zweite Ausführung der Erfindung verkörpert. In der gezeigten Ausführung wird ein Resonator vom Helmholtz-Typ verwendet. Dies ist so zu verstehen, dass auch andere Typen von Resonatoren verwendet werden könnten, ohne den Geltungsumfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Resonatorsystem für Luft 10' hat einen Zylinder bzw. ein Gehäuse 12'. Ein Kolben 14' ist im Gehäuse 12' angeordnet und kann sich hin- und herbewegen. Eine Stange 16' ist am Kolben 14' befestigt und operativ verbunden mit einer Lagesteuerung 18', die es erlaubt, die Position des Kolbens 14' innerhalb des Gehäuses 12' zu variieren. Das Gehäuse 12' und der Kolben 14' arbeiten zusammen und stellen eine Resonatorkammer mit variablem Volumen 20' dar. Die Kammer 20' kommuniziert mit einer Luftführung 22' durch einen halsförmigen Abschnitt bzw. Halsstück 24'. Die Länge des Halsstücks 24' ist einstellbar. In der gezeigten Ausfüh rung ist ein flexibles Halsstück 24' dargestellt. Allerdings kann auch ein Halsstück 24', das sich nach Art eines Teleskops verlängern kann, verwendet werden, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Die Luftführung 22' steht in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem (Luft-Ansaugsystem) des Fahrzeugs (nicht dargestellt).
Ein erster Geräuschsensor 25' ist fest verbunden mit der Luftführung 22', in Strömungsrichtung gesehen vor dem Resonatorsystem 10'. Ein zweiter Geräuschsensor 26' ist verbunden mit der Luftführung 22', in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Resonatorsystem 10'. Jeder beliebige konventionelle Geräuschsensor 25', 26' kann verwendet werden, wie zum Beispiel ein Mikrofon. Der erste Geräuschsensor 25' und der zweite Geräuschsensor 26' stehen in Verbindung mit einem programmierbaren Steuerungsmodul (PCM) 28'. Ein Sensor für die Geschwindigkeit des Motors 29' (der Motor ist nicht dargestellt) steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28'. Das programmierbare Steuerungsmodul 28' steht in Verbindung mit der Lagesteuerung 18' und steuert diese. Ein Antrieb 30' zur Erzeugung einer Schwingung (in der Luft) ist innerhalb der Kammer 20' angeordnet, er steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28' und wird von diesem gesteuert. Als ein solcher Antrieb 30' kann zum Beispiel ein Lautsprecher für Audioanwendungen oder ein keramischer Antrieb mit einer vibrierenden Membran verwendet werden. Eine zweite Lagesteuerung 32' ist mit dem Resonatorsystem 10' verbunden. Es variiert die Länge des Halsstückes 24'. Das programmierbare Steuerungsmodul 28' steht in Verbindung mit der zweiten Lagesteuerung 32' und steuert diese.
Im Betrieb dämpft das Resonatorsystem für Luft 10' Geräusche variierender Frequenzen. Luft fließt in der Luftführung 22' zum Motor, dabei entsteht Geräusch-Energie oder Lärm im Motor und fließt vom Motor entgegen dem Luftstrom in die Atmosphäre. Alternativ kann dies auch so verstanden werden, dass das Resonatorsystem für Luft 10' in einem Abgas-System einge setzt wird, dabei gehen dann der Luftfluss und der Geräuschfluss in die gleiche Richtung, oder anders gesagt vom Motor weg. Die Geräusche treten in das Resonatorsystem für Luft 10' ein durch den halsförmigen Abschnitt 24' (Halsstück) und wandern dann in die Kammer 20'. In der Ausführung, die in 2 gezeigt ist, kann das Resonatorsystem 10' dadurch fein abgestimmt werden, dass man das Volumen der Kammer 20' verändert, indem man entweder die Position des Kolbens 14' innerhalb der Kammer 20' verändert oder die Länge des Halsstückes 24' verändert, oder beides von diesen.
Der erste Geräuschsensor 25' erfasst die Stärke des Geräuschs innerhalb der Luftführung 22'. Die erfassten Werte werden vom programmierbaren Steuerungsmodul 28' übernommen. Auf Basis der erfassten Werte des Geräuschs veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28' den Antrieb 30', ein Schwingungssignal in der Kammer 20' zu erzeugen, oder eine dynamische Eigenschaft des Resonators einzustellen, und dadurch zu verhindern, dass sich das Geräusch weiter in Richtung des Luft-Einlasses und in die Atmosphäre ausbreitet. Die vom Antrieb 30' abgegebene Luft-Schwingung ist einstellbar und ermöglicht deswegen die dynamische Anpassung der Dämpfungs-Frequenz. Wenn die erfasste Frequenz des Geräuschs sich ändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28', dass der Antrieb 30' eine andere Schwingungs-Frequenz abgibt, entsprechend dem sensorisch erfassten Geräusch. Der zweite Geräuschsensor 26' dient als Sensor für das Fehlersignal in Strömungsrichtung abwärts vom Antrieb 30'. Der zweite Geräuschsensor 26' erfasst die Größe des Geräuschs und sendet ein Signal an das programmierbare Steuerungsmodul 28'. Das programmierbare Steuerungsmodul 28' misst die Differenz zwischen dem am Ausgang erfassten Geräusch und einem Zielwert und ermöglicht deswegen, dass die vom Antrieb 30' erzeugte Schwingung verfeinert angepasst wird. Bei der Positionierung des zweiten Geräuschsensors 26' ist Sorgfalt erforderlich, um zu vermeiden, dass dieser sich in einem Knotenpunkt der Schallwellen befindet. Dies würde dazu führen, dass die Messung fälschlicherweise anzeigt, dass das Geräusch gedämpft worden ist.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit des Motors sensorisch erfasst mit Hilfe des Sensors für die Geschwindigkeit des Motors 29'. Das Signal wird empfangen vom programmierbaren Steuerungsmodul 28'. Die gewünschte Position des Kolbens 14' und die gewünschte Länge des Halsstückes 24' ist vorgegeben für ansteigende Bereiche (Intervalle) des Messwerts der Geschwindigkeit des Motors und in einer Tabelle im programmierbaren Steuerungsmodul 28' abgelegt. Auf diese Weise wird bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors die gewünschte Ausgangsgröße durch Suche in einer Tabelle des programmierbaren Steuerungsmoduls 28' ermittelt. Abhängig von der sensorisch erfassten Geschwindigkeit des Motors bewegt die Lagesteuerung 18' den Kolben 14' in die gewünschte Position, so dass das Geräusch gedämpft wird. Alternativ wird der zweite Antrieb 32' veranlasst, die Länge des Halses 24' zu verändern, um wie gewünscht das Geräusch zu dämpfen. Wenn es gewünscht ist, können sowohl das Volumen der Kammer 20' als auch die Länge des Halses 24' gleichzeitig verändert werden, um das Resonatorsystem 10' fein einzustellen, so dass es eine gewünschte Frequenz des Geräuschs dämpft. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich ändert, bewegt das programmierbare Steuerungsmodul 28' den Kolben 14' in eine neue gewünschte Position oder es veranlasst, dass die Länge des Halses 24' so verändert wird, dass das Geräusch gedämpft wird.
Die Kombination der Variation von sowohl dem Mittelwert als auch den dynamischen Eigenschaften des Resonatorsystems 10' bietet ein breites Spektrum von Möglichkeiten, das Resonatorsystem 10' auf eine gewünschte Frequenz des Geräuschs und auf die Dämpfung der akustische Signale oder Geräusche im Luft-Ansaugsystem des Fahrzeugs anzupassen.
Mit Bezug auf 3 wird ganz allgemein mit 10'' ein Resonatorsystem für Luft dargestellt, das eine dritte Ausführung der Erfindung verkörpert. In der gezeigten Ausführung wird ein Resonator vom Helmholtz-Typ verwendet. Dieses so zu verstehen, dass auch andere Typen von Resonatoren verwendet werden könnten, ohne den Geltungsumfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Resonatorsystem für Luft 10'' enthält einen Zylinder bzw. ein Gehäuse 12''. Ein Kolben 14'' ist hin- und hergehend im Gehäuse 12'' angeordnet. Eine Stange 16'' ist am Kolben 14'' befestigt und operativ verbunden mit einer Lagesteuerung 18'', die es erlaubt, die Position des Kolbens 14'' innerhalb des Gehäuses 12'' zu variieren. Das Gehäuse 12'' und der Kolben 14'' arbeiten zusammen und stellen eine Resonatorkammer mit variablem Volumen 20'' dar. Die Kammer 20'' kommuniziert mit einer Luftführung 22'' durch ein Halsstück bzw. einen halsförmigen Abschnitt 24''. Der Durchmesser des Halsstücks 24'' ist einstellbar. In der gezeigten Ausführung ist ein Halsstück 24'' dargestellt, bei dem lediglich ein Teil des Hals-Durchmessers einstellbar ist. Allerdings kann auch ein Halsstück 24'' verwendet werden, bei dem sich der Durchmesser über die gesamte Länge variieren lässt, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Um das Resonatorsystem 10'' abzustimmen, ist die Veränderung von lediglich einem Teil des Halsstücks 24'' ausreichend. Die Luftführung 22'' steht in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem (Luft-Ansaugsystem) des Fahrzeugs (nicht dargestellt).
Ein erster Geräuschsensor 25'' ist fest mit der Luftführung 22'' verbunden, in Strömungsrichtung gesehen vor dem Resonatorsystem 10''. Ein zweiter Geräuschsensor 26'' ist mit der Luftführung 22'' verbunden, in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Resonatorsystem 10''. Jeder beliebige konventionelle Geräuschsensor 25'', 26'' kann verwendet werden, wie zum Beispiel ein Mikrofon. Der erste Geräuschsensor 25'' und der zweite Geräuschsensor 26'' stehen in Verbindung mit einem programmierbaren Steuerungsmodul (PCM) 28''. Ein Sensor für die Geschwindigkeit des Motors 29'' (der Motor ist nicht dargestellt) steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28''. Das programmierbare Steuerungsmodul 28'' steht in Ver bindung mit der Lagesteuerung 18'' und steuert diese. Ein Antrieb 30'' zur Erzeugung einer Schwingung (in der Luft) ist innerhalb der Kammer 20'' angeordnet, und er steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28'' und wird von diesem gesteuert. Als ein solcher Antrieb 30'' kann zum Beispiel ein Lautsprecher für Audioanwendungen oder ein keramischer Antrieb mit einer vibrierenden Membran verwendet werden. Eine dritte Lagesteuerung 34'' ist mit dem Hals 24'' des Resonatorsystems 10'' verbunden, so dass er den Durchmesser des Halses 24'' variiert. Das programmierbare Steuerungsmodul 28'' steht in Verbindung mit der dritten Lagesteuerung 34'' und steuert diese.
Im Betrieb dämpft das Resonatorsystem 10'' für Luft Geräusche variierender Frequenzen. Luft fließt in der Luftführung 22'' zum Motor, und dabei entsteht Geräusch-Energie oder Lärm im Motor und fließt vom Motor entgegen dem Luftstrom in die Atmosphäre. Alternativ kann dies auch so verstanden werden, dass das Resonatorsystem für Luft 10'' in einem Abgas-System verwendet wird, und dabei der Luftfluss und der Geräuschfluss in die gleiche Richtung gehen, oder anders gesagt vom Motor weg. Die Geräusche treten in das Resonatorsystem für Luft 10'' ein durch den halsförmigen Abschnitt 24'' und wandern dann in die Kammer 20''. In der Ausführung, die in 3 gezeigt ist, kann das Resonatorsystem 10'' dadurch fein eingestellt werden, dass man das Volumen der Kammer 20'' verändert, indem man entweder die Position des Kolbens 14'' innerhalb der Kammer 20'' verändert oder den Durchmesser des Halses 24'' verändert, oder beides von diesen.
Der erste Geräuschsensor 25'' erfasst die Stärke des Geräuschs innerhalb der Luftführung 22''. Die erfasste Stärke wird vom programmierbaren Steuerungsmodul 28'' übernommen. Auf Basis der erfassten Stärke des Geräuschs veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28'' den Antrieb 30'', ein Schwingungssignal in der Kammer 20'' zu erzeugen, oder eine dynamische Eigenschaft des Resonators einzustellen, und dadurch zu verhin dern, dass sich das Geräusch weiter in Richtung des Luft-Einlasses und in die Atmosphäre ausbreitet. Die vom Antrieb 30'' abgegebene Luft-Schwingung ist einstellbar und ermöglicht deswegen die dynamische Anpassung der Dämpfungs-Frequenz. Wenn die erfasste Frequenz des Geräuschs sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28'', dass der Antrieb 30'' eine andere Schwingungs-Frequenz abgibt, entsprechend dem sensorisch erfassten Geräusch. Der zweite Geräuschsensor 26'' dient als Sensor für das Fehlersignal in Strömungsrichtung abwärts vom Antrieb 30''. Der zweite Geräuschsensor 26'' erfasst die Größe des Geräuschs und sendet ein Signal an das programmierbare Steuerungsmodul 28''. Das programmierbare Steuerungsmodul 28'' misst die Differenz zwischen dem am Ausgang erfassten Geräusch und einem Zielwert und ermöglicht deswegen, dass die vom Antrieb 30'' erzeugte Schwingung verfeinert angepasst wird. Bei der Positionierung des zweiten Geräuschsensors 26'' ist Sorgfalt erforderlich, um zu vermeiden, dass dieser sich in einem Knotenpunkt der Schallwellen befindet. Dies würde dazu führen, dass die Messung fälschlicherweise anzeigt, dass das Geräusch gedämpft worden ist.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit des Motors sensorisch erfasst mit Hilfe des Sensors für die Geschwindigkeit des Motors 29''. Das Signal wird empfangen vom programmierbaren Steuerungsmodul 28''. Die gewünschte Position des Kolbens 14'' und der gewünschte Durchmesser des Halses 24'' ist vorgegeben für ansteigende Bereiche (Intervalle) des Messwerts der Geschwindigkeit des Motors und in einer Tabelle im programmierbaren Steuerungsmodul 28'' abgelegt. Auf diese Weise wird bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors die gewünschte Ausgangsgröße durch Zielwertsuche in einer Tabelle des programmierbaren Steuerungsmoduls 28'' ermittelt. Abhängig von der sensorisch erfassten Geschwindigkeit des Motors bewegt die Lagesteuerung 18'' den Kolben 14'' in die gewünschte Position, so dass das Geräusch gedämpft wird. Alternativ wird der dritte Antrieb 34'' veranlasst, den Durchmesser des Halses 24'' zu verändern, um wie gewünscht das Geräusch zu dämpfen. Wenn es gewünscht ist, können sowohl das Volumen der Kammer 20'' als auch der Durchmesser des Halses 24'' gleichzeitig verändert werden, um das Resonatorsystem 10'' fein einzustellen, so dass es eine gewünschte Frequenz des Geräuschs dämpft. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, bewegt das programmierbare Steuerungsmodul 28'' den Kolben 14'' in eine neue gewünschte Position oder es veranlasst, dass der Durchmesser des Halses 24'' so verändert wird, dass das Geräusch gedämpft wird.
Die Kombination der Variation von sowohl den Mittelwerten als auch den dynamischen Eigenschaften des Resonatorsystems 10'' bietet ein breites Spektrum von Möglichkeiten, das Resonatorsystem 10'' auf eine gewünschte Frequenz des Geräuschs und auf die Dämpfung der akustische Signale oder Geräusche im Luft-Ansaugsystem des Fahrzeugs anzupassen.
Mit Bezug auf 4 wird ganz allgemein mit 10''' ein Resonatorsystem für Luft dargestellt, das eine vierte Ausführung der Erfindung verkörpert. In der gezeigten Ausführung wird ein Resonator vom Helmholtz-Typ verwendet. Dieses so zu verstehen, dass auch andere Typen von Resonatoren verwendet werden könnten, ohne den Geltungsumfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Resonatorsystem für Luft 10''' enthält einen Zylinder oder Gehäuse 12'''. Ein hin- und hergehender Kolben 14''' ist im Gehäuse 12''' angeordnet. Eine Stange 16''' ist am Kolben 14''' befestigt und ist operativ verbunden mit einer Lagesteuerung 18''', sie erlaubt es, die Position des Kolbens 14''' innerhalb des Gehäuses 12''' zu variieren. Das Gehäuse 12''' und der Kolben 14''' arbeiten zusammen und stellen eine Resonatorkammer mit variablem Volumen 20''' dar. Die Kammer 20''' kommuniziert mit einer Luftführung 22''' durch ein Halsstück bzw. einen halsförmigen Abschnitt 24'''. Die Länge und der Durchmesser des Halsstückes 24''' ist einstellbar. In der gezeigten Ausführung ist ein flexibles Halsstück 24''' dargestellt. Allerdings kann auch ein Hals 24''' verwendet werden, der sich nach Art eines Teleskops verändern lässt, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Ebenfalls ist in der gezeigten Ausführung ein Hals 24''' dargestellt, bei dem sich nur ein Teil des Durchmessers variieren lässt, Allerdings kann auch ein Hals 24''' verwendet werden, bei dem sich der Durchmesser über die gesamte Länge variieren lässt, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Um das Resonatorsystem 10''' abzustimmen, ist die Veränderung von lediglich einem Teil des Halses 24''' ausreichend. Allerdings kann bei gleichen Charakteristiken der Abstimmung auch ein Hals 24''' verwendet werden, bei dem sich der Durchmesser über die gesamte Länge variieren lässt. Die Luftführung 22''' steht in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem (Luft-Ansaugsystem) des Fahrzeugs (nicht dargestellt).
Ein erster Geräuschsensor 25''' ist fest verbunden mit der Luftführung 22''', in Strömungsrichtung gesehen vor dem Resonatorsystem 10'''. Ein zweiter Geräuschsensor 26''' ist verbunden mit der Luftführung 22''', in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Resonatorsystem 10'''. Jeder beliebige konventionelle Geräuschsensor 25''', 26''' kann verwendet werden, wie zum Beispiel ein Mikrofon. Der erste Geräuschsensor 25''' und der zweite Geräuschsensor 26''' stehen in Verbindung mit einem programmierbaren Steuerungsmodul (PCM) 28'''. Ein Sensor 29''' für die Geschwindigkeit des Motors (der Motor ist nicht dargestellt) steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28'''. Das programmierbare Steuerungsmodul 28''' steht in Verbindung mit der Lagesteuerung 18''' und steuert diese. Ein Antrieb 30''' zur Erzeugung einer Schwingung (in der Luft) ist innerhalb der Kammer 20''' angeordnet, und er steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 28''' und wird von diesem gesteuert. Als ein solcher Antrieb 30''' kann zum Beispiel ein Lautsprecher für Audioanwendungen oder ein keramischer Antrieb mit einer vibrierenden Membran verwendet werden. Eine zweite Lagesteuerung 32''' ist mit dem Resonatorsystems 10''' verbunden, so dass sie die Länge des Halses 24''' variiert. Das programmierbare Steue rungsmodul 28''' steht in Verbindung mit der zweiten Lagesteuerung 32''' und steuert diese. Eine dritte Lagesteuerung 34''' ist mit dem Hals 24''' des Resonatorsystems 10''' verbunden, so dass sie den Durchmesser des Halses 24''' variiert. Das programmierbare Steuerungsmodul 28''' steht in Verbindung mit der dritten Lagesteuerung 34''' und steuert diese.
Im Betrieb dämpft das Resonatorsystem für Luft 10''' Geräusche variierender Frequenzen. Luft fließt in der Luftführung 22''' zum Motor, und dabei entsteht Geräusch-Energie oder Lärm im Motor und fließt vom Motor entgegen dem Luftstrom in die Atmosphäre. Alternativ kann dies auch so verstanden werden, dass das Resonatorsystem für Luft 10''' in einem Abgas-System verwendet wird, und dabei der Luftfluss und der Geräuschfluss in die gleiche Richtung gehen, oder anders gesagt vom Motor weg. Die Geräusche treten in das Resonatorsystem für Luft 10''' ein durch den halsförmigen Abschnitt 24''' und wandern dann in die Kammer 20'''. In der Ausführung, die in 4 gezeigt ist, kann das Resonatorsystem 10''' dadurch fein eingestellt werden, dass man entweder das Volumen der Kammer 20''' verändert, indem man entweder die Position des Kolbens 14''' innerhalb der Kammer 20''' verändert oder die Länge des Halses 24''' verändert, oder den Durchmesser des Halses 24''' verändert, oder zwei oder drei dieser Einstellungen.
Der erste Geräuschsensor 25''' erfasst die Stärke des Geräuschs innerhalb der Luftführung 22'''. Die erfasste Stärke wird vom programmierbaren Steuerungsmodul 28''' übernommen. Auf Basis der erfassten Stärke des Geräuschs veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28''' den Antrieb 30''', ein Schwingungssignal in der Kammer 20''' zu erzeugen, oder eine dynamische Eigenschaft des Resonators einzustellen, und dadurch zu verhindern, dass sich das Geräusch weiter in Richtung des Luft-Einlasses und in die Atmosphäre ausbreitet. Die vom Antrieb 30''' abgegebene Luft-Schwingung ist einstellbar und ermöglicht deswegen die dynamische Anpassung der Dämpfungs-Frequenz. Wenn die erfasste Frequenz des Geräuschs sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 28''', dass der Antrieb 30''' eine andere Schwingungs-Frequenz abgibt, entsprechend dem sensorisch erfassten Geräusch. Der zweite Geräuschsensor 26''' dient als Sensor für das Fehlersignal in Strömungsrichtung abwärts vom Antrieb 30'''. Der zweite Geräuschsensor 26''' erfasst die Größe des Geräuschs und sendet ein Signal an das programmierbare Steuerungsmodul 28'''. Das programmierbare Steuerungsmodul 28''' misst die Differenz zwischen dem am Ausgang erfassten Geräusch und einem Zielwert und ermöglicht deswegen, dass die vom Antrieb 30''' erzeugte Schwingung verfeinert angepasst wird. Bei der Positionierung des zweiten Geräuschsensors 26''' ist Sorgfalt erforderlich, um zu vermeiden, dass dieser sich in einem Knotenpunkt der Schallwellen befindet. Dies würde dazu führen, dass die Messung fälschlicherweise anzeigt, dass das Geräusch gedämpft worden ist.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit des Motors sensorisch erfasst mit Hilfe des Sensors für die Geschwindigkeit des Motors 29'''. Das Signal wird empfangen vom programmierbaren Steuerungsmodul 28'''. Die gewünschte Position des Kolbens 14''' und die gewünschte Länge des Halses 24''' und der gewünschte Durchmesser des Halses 24''' ist vorgegeben für ansteigende Bereiche (Intervalle) des Messwerts der Geschwindigkeit des Motors und in einer Tabelle im programmierbaren Steuerungsmodul 28''' abgelegt. Auf diese Weise wird bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors die gewünschte Ausgangsgröße durch Zielwertsuche in einer Tabelle des programmierbaren Steuerungsmoduls 28''' ermittelt. Abhängig von der sensorisch erfassten Geschwindigkeit des Motors bewegt die Lagesteuerung 18''' den Kolben 14''' in die gewünschte Position, so dass das Geräusch gedämpft wird. Ebenfalls kann der zweite Antrieb 32''' veranlasst, die Länge des Halses 24''' zu verändern, um wie gewünscht das Geräusch zu dämpfen. Alternativ kann auch der dritte Antrieb 34''' veranlasst werden, den Durchmesser des Halses 24''' zu verändern, um wie gewünscht das Geräusch zu dämpfen. Wenn es gewünscht ist, können sowohl das Volumen der Kammer 20''' als auch die Länge des Halses 24''' und auch der Durchmesser des Halses 24''' gleichzeitig verändert werden, oder auch jede andere Kombination, um das Resonatorsystem 10''' fein einzustellen, so dass es eine gewünschte Frequenz des Geräuschs dämpft. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, bewegt das programmierbare Steuerungsmodul 28''' den Kolben 14''' in eine neue gewünschte Position oder es veranlasst, dass die Länge des Halses 24''' oder der Durchmesser des Halses 24''' so verändert wird, dass das Geräusch gedämpft wird.
Die Kombination der Variation von sowohl den Mittelwerten als auch den dynamischen Eigenschaften des Resonatorsystems 10''' bietet ein breites Spektrum von Möglichkeiten, das Resonatorsystem 10''' auf eine gewünschte Frequenz des Geräuschs und auf die Dämpfung der akustische Signale oder Geräusche im Luft-Ansaugsystem des Fahrzeugs anzupassen.
Mit Bezug auf 5 wird ganz allgemein mit 40 ein Resonatorsystem für Luft dargestellt, das eine fünfte Ausführung der Erfindung verkörpert. In der gezeigten Ausführung wird ein Resonator vom Helmholtz-Typ verwendet. Dieses so zu verstehen, dass auch andere Typen von Resonatoren verwendet werden könnten, ohne den Geltungsumfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Resonatorsystem für Luft 40 enthält ein Gehäuse 42, das eine Resonatorkammer 44 definiert. Die Kammer 44 kommuniziert mit einer Luftführung 46 durch eine Vielzahl von Halsstücken bzw. halsförmigen Abschnitten 48. In der gezeigten Ausführung enthält das Resonatorsystem 40 vier Halsabschnitte 48. Dies ist so zu verstehen, dass auch mehr oder weniger Halsabschnitte 48 verwendet werden können, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Ein Magnetventil 58 befindet sich in jedem der Halsabschnitte 48. Ein Antrieb oder eine Lagesteuerung 60 ist mit jedem der Magnetventile 58 verbunden. Allerdings ist das so zu verstehen, dass auch anderen Typen von Ventilen oder andere Typen von Antrieben verwendet werden können, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Die Luftführung 46 steht in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem (Luft-Ansaugsystem) des Fahrzeugs (nicht dargestellt).
Ein erster Geräuschsensor 53 ist fest verbunden mit der Luftführung 46, in Strömungsrichtung gesehen vor dem Resonatorsystem 40. Ein zweiter Geräuschsensor 54 ist verbunden mit der Luftführung 46, in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Resonatorsystem 40. Jeder beliebige konventionelle Geräuschsensor 53, 54 kann verwendet werden, wie zum Beispiel ein Mikrofon. Der erste Geräuschsensor 53 und der zweite Geräuschsensor 54 stehen in Verbindung mit einem programmierbaren Steuerungsmodul (PCM) 56. Ein Sensor für die Geschwindigkeit des Motors 57 (der Motor ist nicht dargestellt) steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 56. Das programmierbare Steuerungsmodul 56 steht in Verbindung mit jeder der Lagesteuerungen 60 und steuert jede von diesen.
Ein Antrieb 62 zur Erzeugung einer Schwingung (in der Luft) ist innerhalb der Kammer 44 angeordnet, und er steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 56 und wird von diesem gesteuert. Als ein solcher Antrieb 62 kann zum Beispiel ein Lautsprecher für Audioanwendungen oder ein keramischer Antrieb mit einer vibrierenden Membran verwendet werden.
Im Betrieb dämpft das Resonatorsystem für Luft 40 Geräusche variierender Frequenzen. Luft fließt in der Luftführung 46 zum Motor, und dabei entsteht Geräusch-Energie oder Lärm im Motor und fließt vom Motor entgegen dem Luftstrom in die Atmosphäre. Alternativ kann dies auch so verstanden werden, dass das Resonatorsystem für Luft 40 in einem Abgas-System verwendet wird, und dabei der Luftfluss und der Geräuschfluss in die gleiche Richtung gehen, oder anders gesagt vom Motor weg. Die Geräusche treten in das Resonatorsystem für Luft 40 ein durch mindestens einen der halsförmigen Abschnitte 48 und wandern dann in die Kammer 44. Das Resonatorsystem 40 kann zur Dämpfung verschiedener Frequenzen der Geräusche dadurch fein eingestellt werden, dass man entweder das Volumen der Kammer 44 verändert, oder die Hals-Länge verändert, oder den Hals-Durchmesser verändert, oder mehrere dieser Einstellungen. Diese Parameter sind bekannt als die mittleren Eigenschaften des Resonators. In der in 5 gezeigten Ausführung wird das Resonatorsystem 40 abgestimmt für die Dämpfung verschiedener Geräusch-Frequenzen, indem die Magnetventile 58 selektiv geöffnet oder geschlossen werden und damit die Länge des Halsabschnittes 48 variiert wird. Wenn ein Magnetventil 58 mit proportionaler Steuerungscharakteristik verwendet wird, kann der Durchmesser des Halsabschnittes 48 gesteuert werden, indem der Grad der Öffnung des Magnetventils 58 gesteuert wird, und damit zwei der mittleren Eigenschaften des Resonators gesteuert werden. Dies ist so zu verstehen, dass man, falls nur die Steuerung der Länge des Halses gewünscht ist, auch Magnetventile vom Typ ein/aus verwenden können. Es ist auch so zu verstehen, dass durch Öffnen einer bestimmten Kombination von Magnetventilen 58 es möglich ist, die Länge des Halsabschnitts 48 und/oder den Durchmesser des Halsabschnitts 48 zu verändern und damit das Resonatorsystem 40 abzustimmen.
Der erste Geräuschsensor 53 erfasst die Stärke des Geräuschs innerhalb der Luftführung 46. Die erfasste Stärke wird vom programmierbaren Steuerungsmodul 56 übernommen. Auf Basis der erfassten Stärke des Geräuschs veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56 den Antrieb 62, ein Schwingungssignal in der Kammer 44 zu erzeugen, oder eine dynamische Eigenschaft des Resonators in der Kammer 44 einzustellen, und dadurch zu verhindern, dass sich das Geräusch weiter in Richtung des Luft-Einlasses und in die Atmosphäre ausbreitet. Die vom Antrieb 62 abgegebene Luft-Schwingung ist einstellbar und ermöglicht deswegen die dynamische Anpassung der Dämpfungs-Frequenz. Wenn die erfasste Frequenz des Geräuschs sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56, dass der Antrieb 62 eine andere Schwingungs-Frequenz abgibt, entsprechend dem sensorisch erfassten Geräusch. Der zweite Geräuschsensor 54 dient als Sensor für das Fehlersignal in Strömungsrichtung abwärts vom Antrieb 62. Der zweite Geräuschsensor 54 erfasst die Größe des Geräuschs und sendet ein Signal an das programmierbare Steuerungsmodul 56. Das programmierbare Steuerungsmodul 56 misst die Differenz zwischen dem am Ausgang erfassten Geräusch und einem Zielwert und ermöglicht deswegen, dass die vom Antrieb 62 erzeugte Schwingung verfeinert angepasst wird. Bei der Positionierung des zweiten Geräuschsensors 54 ist Sorgfalt erforderlich, um zu vermeiden, dass dieser sich in einem Knotenpunkt der Schallwellen befindet. Dies würde dazu führen, dass die Messung fälschlicherweise anzeigt, dass das Geräusch gedämpft worden ist.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit des Motors sensorisch erfasst mit Hilfe des Sensors für die Geschwindigkeit des Motors 57. Das Signal wird empfangen vom programmierbaren Steuerungsmodul 56. Die gewünschte Position der Magnetventile 58 ist vorgegeben für ansteigende Bereiche (Intervalle) des Messwerts der Geschwindigkeit des Motors und in einer Tabelle im programmierbaren Steuerungsmodul 56 abgelegt. Auf diese Weise werden bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors die gewünschten Ausgangsgrößen durch Zielwertsuche in einer Tabelle des programmierbaren Steuerungsmoduls 56 ermittelt. Abhängig von der sensorisch erfassten Geschwindigkeit des Motors veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56 die Lagesteuerung 60, die gewünschte Anzahl der Magnetventile 58 zu öffnen, die im Halsabschnitt 48 angeordnet sind, so dass die gewünschte Feineinstellung vorgenommen wird, um das Geräusch zu dämpfen. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56, dass eine andere Kombination von Lagesteuerungen 60 eine andere Kombination von Magnetventilen 58, die im Halsabschnitt 48 angeordnet sind, öffnet, um die geeignete Einstellung zur Dämpfung des Geräuschs zu erreichen. Indem die Magnetventile 58 mit proportionaler Steuerungscharakteristik verwendet werden, kann sowohl eine inkrementelle Ver änderung in der Länge des Halses 48 als auch eine inkrementelle Veränderung des Durchmessers des Halses 48 erreicht werden.
Die Kombination der Variation von sowohl den Mittelwerten als auch den dynamischen Eigenschaften des Resonatorsystems 10 (oder hier auch 40) bietet ein breites Spektrum von Möglichkeiten, das Resonatorsystem 10 (oder hier auch 40) auf eine gewünschte Frequenz des Geräuschs und auf die Dämpfung der akustische Signale oder Geräusche im Luft-Ansaugsystem des Fahrzeugs anzupassen.
Mit Bezug auf 6 wird ganz allgemein mit 40' ein Resonatorsystem für Luft dargestellt, das eine sechste Ausführung der Erfindung verkörpert. In der gezeigten Ausführung wird ein Resonator vom Helmholtz-Typ verwendet. Dieses so zu verstehen, dass auch andere Typen von Resonatoren verwendet werden könnten, ohne den Geltungsumfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Resonatorsystem für Luft 40' enthält ein Gehäuse 42', das eine Resonatorkammer 44' definiert. Ein Kolben 64' ist im Gehäuse 42' angeordnet und kann sich hin- und hergehend bewegen. Eine Stange 66' ist am Kolben 64' befestigt und ist operativ verbunden mit einem Antrieb oder einer Lagesteuerung 68', die es erlaubt, die Position des Kolbens 64' innerhalb des Gehäuses 42' zu variieren. Das Gehäuse 42' und der Kolben 64' arbeiten zusammen und stellen so eine Resonatorkammer mit variablem Volumen 44' dar.
Die Kammer 44' kommuniziert mit einer Luftführung 46' durch eine Vielzahl von Halstücken bzw. halsförmigen Abschnitten 48'. In der gezeigten Ausführung hat das Resonatorsystem 40' vier Halsabschnitte 48'. Dies ist so zu verstehen, dass auch mehr oder weniger Halsabschnitte 48', je nach Wunsch, verwendet werden können, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Ein Magnetventil 58' befindet sich in jedem der Halsabschnitte 48'. Ein Antrieb oder eine Lagesteuerung 60' ist mit jedem der Mag netventile 58' verbunden. Allerdings ist das so zu verstehen, dass auch anderen Typen von Ventilen oder andere Typen von Antrieben verwendet werden können, ohne vom Geltungsumfang und Geist der Erfindung abzugehen. Die Luftführung 46' steht in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem (Luft-Ansaugsystem) des Fahrzeugs (nicht dargestellt).
Ein erster Geräuschsensor 53' ist fest verbunden mit der Luftführung 46', in Strömungsrichtung gesehen vor dem Resonatorsystem 40'. Ein zweiter Geräuschsensor 54' ist verbunden mit der Luftführung 46', in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Resonatorsystem 40'. Jeder beliebige konventionelle Geräuschsensor 53', 54' kann verwendet werden, wie zum Beispiel ein Mikrofon. Der erste Geräuschsensor 53' und der zweite Geräuschsensor 54' stehen in Verbindung mit einem programmierbaren Steuerungsmodul (PCM) 56'. Ein Sensor für die Geschwindigkeit des Motors 57' (der Motor ist nicht dargestellt) steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 56'. Das programmierbare Steuerungsmodul 56' steht in Verbindung mit jeder der Lagesteuerungen 60' und steuert jede von diesen.
Ein Antrieb 62' zur Erzeugung einer Schwingung (in der Luft) ist innerhalb der Kammer 44' angeordnet, und er steht in Verbindung mit dem programmierbaren Steuerungsmodul 56' und wird von diesem gesteuert. Als ein solcher Antrieb 62' kann zum Beispiel ein Lautsprecher für Audioanwendungen oder ein keramischer Antrieb mit einer vibrierenden Membran verwendet werden.
Im Betrieb dämpft das Resonatorsystem für Luft 40' Geräusche variierender Frequenzen. Luft fließt in der Luftführung 46' zum Motor, und dabei entsteht Geräusch-Energie oder Lärm im Motor und fließt vom Motor entgegen dem Luftstrom in die Atmosphäre. Alternativ kann dies auch so verstanden werden, dass das Resonatorsystem für Luft 40' in einem Abgas-System verwendet wird, und dabei der Luftfluss und der Geräuschfluss in die gleiche Richtung gehen, oder anders gesagt vom Motor weg. Die Geräusche treten in das Resonatorsystem für Luft 40' ein durch mindestens einen der halsförmigen Abschnitte 48' und wandern dann in die Kammer 44'. Das Resonatorsystem 40' kann zur Dämpfung verschiedener Frequenzen der Geräusche dadurch fein eingestellt werden, dass man entweder das Volumen der Kammer 44' verändert, oder die Hals-Länge verändert, oder den Hals-Durchmesser verändert, oder mehrere dieser Einstellungen. Diese Parameter sind bekannt als die mittleren Eigenschaften des Resonators. In der in 6 gezeigten Ausführung wird das Resonatorsystem 40' abgestimmt für die Dämpfung verschiedener Geräusch-Frequenzen, indem die Magnetventile 58' selektiv geöffnet oder geschlossen werden und damit die Länge des Halsabschnittes 48' variiert wird. Indem ein Magnetventil 58' mit proportionaler Steuerungscharakteristik verwendet wird, kann der Durchmesser des Halsabschnittes 48' gesteuert werden, indem der Grad der Öffnung des Magnetventils 58' gesteuert wird, und damit zwei der mittleren Eigenschaften des Resonators gesteuert werden. Dies ist so zu verstehen, dass man, falls nur die Steuerung der Länge des Halses gewünscht ist, auch Magnetventile vom Typ ein/aus verwenden können.
Der erste Geräuschsensor 53' erfasst die Stärke des Geräuschs innerhalb der Luftführung 46'. Die erfasste Stärke wird vom programmierbaren Steuerungsmodul 56' übernommen. Auf Basis der erfassten Stärke des Geräuschs veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56' den Antrieb 62', ein Schwingungssignal in der Kammer 44' zu erzeugen, oder eine dynamische Eigenschaft des Resonators in der Kammer 44' einzustellen, und dadurch zu verhindern, dass sich das Geräusch weiter in Richtung des Luft-Einlasses und in die Atmosphäre ausbreitet. Die vom Antrieb 62' abgegebene Luft-Schwingung ist einstellbar und ermöglicht deswegen die dynamische Anpassung der Dämpfungs-Frequenz. Wenn die erfasste Frequenz des Geräuschs sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56', dass der Antrieb 62' eine andere Schwingungs-Frequenz abgibt, entsprechend dem sensorisch erfassten Geräusch. Der zweite Geräuschsensor 54' dient als Sensor für das Fehlersignal in Strömungsrichtung abwärts vom Antrieb 62'. Der zweite Geräuschsensor 54' erfasst die Größe des Geräuschs und sendet ein Signal an das programmierbare Steuerungsmodul 56'. Das programmierbare Steuerungsmodul 56' misst die Differenz zwischen dem am Ausgang erfassten Geräusch und einem Zielwert und ermöglicht deswegen, dass die vom Antrieb 62' erzeugte Schwingung verfeinert angepasst wird. Bei der Positionierung des zweiten Geräuschsensors 54' ist Sorgfalt erforderlich, um zu vermeiden, dass dieser sich in einem Knotenpunkt der Schallwellen befindet. Dies würde dazu führen, dass die Messung fälschlicherweise anzeigt, dass das Geräusch gedämpft worden ist.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit des Motors sensorisch erfasst mit Hilfe des Sensors für die Geschwindigkeit des Motors 57'. Das Signal wird empfangen vom programmierbaren Steuerungsmodul 56'. Die gewünschte Position der Magnetventile 58' und die gewünschte Position des Kolbens 64' sind vorgegeben für ansteigende Bereiche (Intervalle) des Messwerts der Geschwindigkeit des Motors und in einer Tabelle im programmierbaren Steuerungsmodul 56' abgelegt. Auf diese Weise werden bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors die gewünschten Ausgangsgrößen durch Zielwertsuche in einer Tabelle des programmierbaren Steuerungsmoduls 56' ermittelt. Abhängig von der sensorisch erfassten Geschwindigkeit des Motors veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56' die Lagesteuerung 60', die gewünschte Anzahl der Magnetventile 58' zu öffnen, die im Halsabschnitt 48' angeordnet sind, so dass so dass mit der gewünschten Länge und/oder der gewünschten Fläche die gewünschte Feineinstellung vorgenommen wird, um das Geräusch zu dämpfen. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56', dass eine andere Lagesteuerung 60' das Magnetventil 58', das im Halsabschnitt 48' angeordnet ist und die gewünschte Länge besitzt, öffnet, um die geeignete Einstellung zur Dämpfung des Geräuschs zu erreichen. Indem ein Magnet ventil 58' mit proportionaler Steuerungscharakteristik verwendet wird, kann das Resonatorsystem 40' sowohl eine inkrementelle Veränderung in der Länge des Halses 48' als auch eine kontinuierliche Veränderung des Durchmessers des Halses 48' erreichen. Das Geräusch kann auch gedämpft werden, indem das Volumen der Kammer 44' variiert wird, indem die Position des Kolbens 64' innerhalb der Kammer 44' variiert wird. Abhängig von der Geschwindigkeit des Motors veranlasst das programmierbare Steuerungsmodul 56' die Lagesteuerung 68', den Kolben 64' in die gewünschte Position zu bewegen, so dass das Geräusch gedämpft wird. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, bewegt das programmierbare Steuerungsmodul 56' den Kolben 64' in eine neue gewünschte Position, so dass das Geräusch gedämpft wird.
Wenn es gewünscht ist, können sowohl das Volumen der Kammer 44' als auch die Länge des Halsstückes 48' und auch der Durchmesser des Halsstückes 48' gleichzeitig verändert werden, oder auch jede andere Kombination daraus, um das Resonatorsystem 40' fein einzustellen, so dass es eine gewünschte Frequenz des Geräuschs dämpft. Wenn die Geschwindigkeit des Motors sich verändert, bewegt das programmierbare Steuerungsmodul 56' den Kolben 64' in eine neue gewünschte Position oder es veranlasst, dass die Länge des Halsstückes 48' oder der Durchmesser des Halsstückes 48' so verändert wird, dass das Geräusch gedämpft wird.
Die Kombination der Variation von sowohl den Mittelwerten als auch den dynamischen Eigenschaften des Resonatorsystems 40' bietet ein breites Spektrum von Möglichkeiten, das Resonatorsystem 40' auf eine gewünschte Frequenz des Geräuschs und auf die Dämpfung der akustische Signale oder Geräusche im Luft-Ansaugsystem des Fahrzeugs anzupassen.
Zwei Strukturen und Einrichtungen zur Steuerung von Geräuschen sind im obigen Dokument diskutiert und in den Zeichnungen dargestellt. Zum ersten ist dies ein System mit einem Resonator variabler Geometrie, worin mindestens eine der Größen Länge des Halses, Durchmesser des Halses, und Volumen des Resonators verändert werden, um ein gewünschtes Geräusch abzudämpfen. Dieser Typ von System kann verwendet werden für Anwendungen, die die Veränderung einer einzelnen Frequenz des Geräuschs bei einer beliebigen Geschwindigkeit des Motors erfordern. Wie in der Erfindung dargestellt, kann das System mit variabler Geometrie Systeme beinhalten, die kontinuierlich variabel oder diskret variabel arbeiten.
Das zweite System ist ein aktives Geräuschunterdrückungs-System mit einem Antrieb, der eine Schwingung in das System eingibt, um Geräusch auszulöschen. Ein System dieses Typs kann verwendet werden für Anwendungen, die die Veränderung von mehreren Frequenzen bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Motors erfordern. Allerdings kann die Verwendung eines aktiven Systems allein zu großen, schweren und teuren Antriebs-Systemen führen. Durch Kombination der zwei Systeme kann ein breiter Bereich von komplexen Geräuschen abgedämpft werden und die Größe, das Gewicht, und die Kosten das Antriebs für das aktive Geräuschunterdrückungs-System können minimiert werden.
Aus der vorangegangenen Beschreibung kann ein Fachmann leicht die wesentlichen Charakteristiken dieser Erfindung herauslesen und, ohne vom Geist und Geltungsumfang dieser Erfindung abzugehen, kann er verschiedene Veränderungen und Modifikationen der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen Anwendungen und Bedingungen anzupassen.

Claims

Ein Resonator mit variabler Abstimmung weist auf: – ein Gehäuse (12, 12', 12'', 12''', 42, 42') mit einer darin ausgebildeten Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') und mit einer Vielzahl von Halsstücken (24, 24', 24'', 24''', 48, 48'), durch die ein Fluid zwischen der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') und einer Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') kommunizieren kann, wobei jedes der Halsstücke (24, 24', 24'', 24'''; 48, 48') eine unterschiedliche Hals-Länge aufweist; – ein in jedem der Halsstücke (24, 24', 24'', 24''', 48, 48') angeordnetes Magnetventil (58, 58'), wobei diese Magnetventile (58, 58') dafür eingerichtet sind, selektiv geöffnet oder geschlossen zu sein, und wobei das Öffnen und Schließen der Magnetventile (58, 58') die Auswahl einer gewünschten Hals-Länge ermöglicht; – einen Sensor (29, 29', 29'', 29''', 57, 57') für die Geschwindigkeit des Motors, der dafür eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Motors zu erfassen; und – eine programmierbare Steuerungseinheit (28, 28', 28'', 28''', 56, 56'), die mit dem Sensor (29, 29', 29'', 29''', 57, 57') verbunden ist, und die dafür eingerichtet ist, das Öffnen und das Schließen der Magnetventile (58, 58') in Abhängigkeit von der mit dem Sensor (29, 29', 29'', 29''', 57, 57') erfassten Geschwindigkeit des Motors zu steuern; – wobei die Wahl einer gewünschten Hals- Länge die Dämpfung einer gewünschten Frequenz des Geräuschs in der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') abstimmt.
Der Resonator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Magnetventil (58, 58'), das in jedem der Halsstücke (24, 24', 24'', 24''', 48, 48') angeordnet ist, eine proportionale Steuerungs-Charakteristik aufweist, wobei der Durchmesser des Halsstücks (24, 24', 24'', 24''', 48, 48') gesteuert wird, indem der Grad der Öffnung des Magnetventils (58, 58') gesteuert wird und die Steuerung des Hals-Durchmessers die Dämpfung einer gewünschten Frequenz des Geräuschs in der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') abstimmt.
Der Resonator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Geräuschsensor (25, 25', 25'', 25''', 53, 53') vorgesehen ist, der das Geräusch innerhalb der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') erfasst, dass ein Antrieb (30, 30', 30'', 30''', 60, 60') zur Erzeugung von Schwingungen in der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') des Gehäuses (12, 12', 12'', 12''', 42, 42') angeordnet ist, der mit der programmierbaren Steuerungseinheit (28, 28'. 28'', 28''', 56, 56') verbunden ist, wobei die programmierbare Steuerungseinheit (28, 28', 28'', 28''', 56, 56') dafür eingerichtet ist, den Antrieb (30, 30', 30'', 30''', 60, 60') zu steuern und in Abhängigkeit von dem Schall, den der erste Geräuschsensor (25, 25', 25'', 25''', 53, 53') erfasst, eine Schwingung als Eingangsgröße in den Resonator zu erzeugen, und dass diese Schwin gung eine gewünschte Frequenz des Geräuschs in der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') dämpft.
Der Resonator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Geräuschsensor (26, 26', 26'', 26''', 54, 54') vorgesehen ist, der das Geräusch in der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') erfasst und in Kommunikation mit der programmierbaren Steuerungseinheit (28, 28', 28'', 28''', 56, 56') ist, und dass dieser zweite Geräuschsensor (26, 26', 26'', 26''', 54, 54') es ermöglicht, die vom Antrieb (30, 30', 30'', 30''', 60, 60') für die Schwingung des Mediums abgegebene Schwingung noch feiner abzustimmen.
Der Resonator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (14, 14', 14'', 14''', 64, 64') vorgesehen ist, der in der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') angeordnet ist, der einen Boden der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') darstellt und der selektiv in seiner Lage einstellbar ist, so dass er das Volumen der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') verändert, und durch die Veränderung des Volumens der Kammer (20, 20', 20'', 20''', 44, 44') die Dämpfung einer gewünschten Frequenz des Geräuschs in der Luftführung (22, 22', 22'', 22''', 46, 46') abgestimmt wird.