DE102005022824B4

DE102005022824B4 - Elektronisch gesteuerter variabler Zweikammer-Resonator

Info

Publication number: DE102005022824B4
Application number: DE102005022824.0A
Authority: DE
Inventors: David J. Moenssen; John D. Kostun; Christopher E. Shaw; Lakhi N. Goenka
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: US7117974B2; US20050252716A1; DE102005022824A1

Abstract

Ein in Linie angeordneter Resonator (10, 60, 62, 68) für ein Lufteinlass-System einer internen Verbrennungsmaschine, der aufweist – ein Gehäuse (12) des Resonators, dass eine Kammer (13) definiert mit einem festen Volumen und das eine Achse (14) hat; – einen stromaufwärtigen Luftkanal (16), der mit dem Gehäuse (12) verbunden ist und der von diesem ausgehend verläuft; – einen stromabwärtigen Luftkanal (18), der mit dem Gehäuse (12) auf der dem stromaufwärtigen Luftkanal (16) gegenüber liegenden Seite verbunden ist und von diesem ausgehend verläuft; – eine Trennwand (24), die innerhalb des Gehäuses (12) lokalisiert ist, und die die Kammer (13) unterteilt in eine stromaufwärtige Kammer (26), die benachbart ist zum stromaufwärtigen Luftkanal (16), und in eine stromabwärtige Kammer (28), die benachbart ist zu dem stromabwärtigen Luftkanal (18), wobei die Trennwand (24) axial beweglich ist und dadurch die Volumina der stromaufwärtigen Kammer (26) und der stromabwärtigen Kammer (28) verändert; – eine Rohrhülse (30, 31) mit einer stromaufwärtigen Rohrhülse (31) und einer stromabwärtigen Rohrhülse (30), die axial um die Rohrleitung (20) herum positioniert sind, wobei die stromabwärtige Rohrhülse (30) innere und äußere Abschnitte (46) aufweist, die radial einen Abstand voneinander haben, die mit der Rohrleitung (20) zusammenwirken, so dass sie einen verbindenden Durchgang (48) definieren, der den stromabwärtigen Luftkanal (18) und die stromabwärtige Kammer (28) verbinden, wobei der verbindende Durchgang (48) eine Länge (36) hat, die definiert ist zwischen dem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung (20) und dem stromaufwärtigen Ende (32) der äußeren stromabwärtigen Rohrhülse (46), und wobei der Durchgang (48) eine Querschnitts-Fläche besitzt, die definiert ist durch den kreisförmigen Zwischenraum zwischen der inneren stromabwärtigen Rohrhülse (30) und der äußeren stromabwärtigen Rohrhülse (46); – die stromabwärtige Kammer (28), die Rohrleitung (20), und die inneren und äußeren stromabwärtigen Rohrhülsen (30, 46) wirken zusammen und definieren einen stromabwärtigen Helmholtz- Resonator (38), der in (auf die Strömung bezogener) Kommunikation steht mit dem stromabwärtigen Luftkanal (18) durch dem verbindenden Durchgang (48), und wobei weiterhin der Helmholtz- Resonator (38) charakterisiert ist durch das Volumen der stromabwärtigen Kammer (28), die Querschnitts-Fläche des Durchgangs (48) und die Länge (36) des Durchgangs (48); – eine verschiebbare Einheit, die die Trennwand (24), die stromaufwärtige Rohrhülse (31) und die stromabwärtigen Rohrhülse (30) aufweist; und ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf einen in der Linie angeordneten Resonator für ein Lufteinlass-System.
US 2003/0 145 584 A1 , US 6 698 390 B1 und GB 398 359 A beschreiben Resonatoren für Lufteinlasssysteme interner Verbrennungsmaschinen.
Resonatoren, die in Anwendungen für Automobile die Schwingungen des akustischen Druckes dämpfen, sind gut bekannt. Die Lufteinlasssysteme von internen Verbrennungsmaschinen erzeugen nicht erwünschte Geräusche in der Form von Schwingungen des akustischen Druckes. Dieses Einlassgeräusch variiert mit der Konfiguration und der Geschwindigkeit des Motors. Das Einlassgeräusch wird verursacht durch eine Druckwelle, die vom Einlassventil hin zum Einlass des Luftzuführungssystems wandert. In diesem Zusammenhang kann das Einlassgeräusch reduziert werden, indem eine Welle mit 180 Grad Phasenverschiebung zur Welle des Geräusches zum Einlassventil hin reflektiert wird. Für diesen Zweck werden Resonatoren vom Helmholtz- Typ verwendet, um die störende Druckwelle zu dämpfen, die vom Vorgang des Öffnens des Einlassventils herrührt. Zusätzlich sind in jüngster Zeit Resonatoren entwickelt worden, die das Volumen des Resonators verändern, so dass sie sich auf variierende Frequenzen der Geräuschwellen einstellen, und zwar in dem Masse wie sich die Drehzahl des Motors verändert. Frühere Entwicklungen haben bisher allerdings keine Steuerung für mehrfache Frequenzen bei der gleichen Drehzahl des Motors vorgesehen, was für einige Anwendungen aber erforderlich ist.
Um die Zielgrößen einer Dämpfung für die auf die Zündfolge des Motors bezogene Geräuschentwicklung von Lufteinlassventilen einzuhalten, ist es ganz allgemein erforderlich, ein Abstimmungs- Element, wie zum Beispiel einen Resonator, in das Lufteinlasssystem einzubauen. Traditionelle statische Resonatoren sind auf eine feste Frequenz eingestellt, die sich nicht mit der Zündfolge des Motors verändert. Diese Resonatoren bieten eine schmalbandige Dämpfung, also mit einer nadelförmigen Absorptionskurve, bei ihrer Soll-Frequenz bzw. Resonanz- Frequenz, sie weisen aber unerwünschte Seitenband- Resonanzen bei höheren und tieferen Frequenzen auf. Trotz der Hinzunahme von mehrfachen statischen Elementen wird es immer noch nicht möglich sein, die gewünschten, auf die Drehzahl des Motors bezogenen Ziele für die Dämpfung zu erreichen. Der Grund dafür sind die schmalbandigen Dämpfungseigenschaften und die Verstärkungen in den Seitenbändern, die bei solchen Einrichtungen auftreten. Deshalb sind Resonatoren entwickelt worden, die das Volumen des Resonators verändern, so dass sie sich auf die variierenden Frequenzen der Geräuschwellen einstellen, die mit den Zündfolgeänderungen des Motors einhergehen. Allerdings können die Schwingungen des akustischen Druckes aus verschiedenen Frequenzen mit signifikanten Amplituden zusammengesetzt sein, die bei jeder beliebigen gegebenen Geschwindigkeit des Motors gleichzeitig auftreten.
Im Hinblick auf die oben genannten Überlegungen ist es offensichtlich, dass ein Bedarf für einen verbesserten Resonator besteht, der eine breitere und größere Flexibilität besitzt, um die verschiedenen Geräusch-Frequenzen des Motors zu dämpfen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen in der Linie angeordneten Resonator anzugeben, der eine breitere und größere Flexibilität besitzt, so dass er die verschiedenen Geräusch-Frequenzen des Motors wirksamer als bekannte Anordnungen dämpft. Diese Aufgabe wird gelöst durch den Resonator nach Anspruch 1.
Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen und auch die Nachteile und andere Einschränkung der heute gebräuchlichen Einrichtungen zu überwinden, verwendet die vorliegende Erfindung einen in Linie bzw. linear angeordneten Resonator mit mehreren Kammern für das Lufteinlasssystem eines internen
Das System weist ein Gehäuse des Resonators auf, einen stromaufwärtigen Luftkanal, einen stromabwärtigen Luftkanal, eine Rohrleitung, eine Trennwand, eine stromaufwärtige Rohrhülse, und eine stromabwärtige Rohrhülse. Der stromaufwärtige Luftkanal und der stromabwärtige Luftkanal sind an entgegengesetzten Enden des Gehäuses angebracht. Der stromaufwärtige Luftkanal verbindet den Resonator mit dem Lufteinlass, und der stromabwärtige Luftkanal verbindet den Resonator mit der internen Verbrennungsmaschine. Die Rohrleitung verläuft durch das Gehäuse des Resonators und ermöglicht einen Flussweg für die Luft zwischen dem stromaufwärtigen Luftkanal und dem stromabwärtigen Luftkanal. Die Trennwand teilt das Gehäuse in eine stromaufwärtige Kammer und eine stromabwärtige Kammer. Zusätzlich sind die Trennwand, die stromabwärtige Rohrhülse und die stromaufwärtige Rohrhülse fest miteinander verbunden, so dass diese Komponenten immer dieselbe relative Position zueinander besitzen. Die Trennwand, die stromabwärtige Rohrhülse und die stromaufwärtige Rohrhülse werden zusammengenommen als die bewegliche Einheit der Resonator- Baugruppe bezeichnet. Die stromabwärtige und stromaufwärtige Rohrhülse gleitet auf der Außenseite der Rohrleitung, wobei der Luftfluss von dem stromaufwärtigen Luftkanal zum stromabwärtigen Luftkanal durch die innere Oberfläche der Rohrleitung begrenzt ist. Die stromabwärtige Kammer, die Rohrleitung und die stromabwärtige Rohrhülse bilden gemeinsam den stromabwärtigen Helmholtz- Resonator aus, der (auf die Strömung bezogen) in Verbindung steht mit dem stromabwärtigen Luftkanal. Die Eigenschaften des Helmholtz-Resonators sind charakterisiert durch das Volumen der stromabwärtigen Kammer und die Länge und die Querschnittsfläche des Durchgangs, der den stromabwärtigen Luftkanal mit der stromabwärtigen Kammer verbindet.
In einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die Rohrleitung und die stromaufwärtige Rohrhülse überlappende Öffnungen enthalten, die einen (auf die Strömung bezogenen) Verbindungsweg vom Inneren der Rohrleitung zur stromaufwärtigen Kammer herstellen. Die stromaufwärtige Kammer und die überlappenden Öffnungen der stromaufwärtigen Rohrhülse und der Rohrleitung formen einen stromaufwärtigen Helmholtz- Resonator. Die überlappenden Öffnungen der Rohrleitung und die stromaufwärtige Rohrhülse können eine Vielzahl von Umrissen aufweisen, wodurch die Frequenz des Helmholtz- Resonators als eine Funktion der relativen Positionen zwischen stromaufwärtigen Luftkanal und der Rohrleitung variiert werden kann.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die stromabwärtige Rohrhülse zusammengesetzt sein aus einer äußeren stromabwärtigen Rohrhülse und einer inneren stromabwärtigen Rohrhülse. Die äußere stromabwärtige Rohrhülse hat einen Abstand zur inneren stromabwärtigen Rohrhülse. Die innere stromabwärtige Rohrhülse gleitet auf der Rohrleitung, und die äußere stromabwärtige Rohrhülse gleitet innerhalb des stromabwärtigen Luftkanals. Der Zwischenraum zwischen den inneren und äußeren stromabwärtigen Rohrhülsen definiert den Durchgangsbereich, der den stromabwärtigen Luftkanal und die stromabwärtige Kammer miteinander verbindet.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat die äußere stromabwärtige Rohrhülse ein Ende, das in die stromabwärtige Kammer hinein reicht. Der Abstand vom Ende der Rohrleitung, die in den stromabwärtigen Luftkanals hinein reicht, zum Ende der äußeren stromabwärtigen Rohrhülse, die in die stromabwärtige Kammer hinein reicht, definiert die Länge des Durchgangs zwischen dem stromabwärtigen Luftkanal und der stromabwärtigen Kammer.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weisen die Einrichtungen zur axialen Bewegung der beweglichen Einheit einen Motor auf, der am Gehäuse des Resonators montiert ist, und einen Antrieb, der den Motor mit der bewegliche Einheit verbindet.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Rohrleitung eine Vielzahl von Perforationen aufweisen. Als Funktion der Position der stromaufwärtigen Rohrhülse wirkt die stromaufwärtige Rohrhülse so, dass sie einen Teil der durch die Perforationen gegebenen Öffnungen abdeckt oder öffnet. Die geöffneten Perforationen bilden einen (auf die Strömung bezogenen) Verbindungsweg zur stromaufwärtigen Kammer. Die stromaufwärtige. Kammer und die geöffneten Perforationen in der Rohrleitung formen einen stromaufwärtigen Helmholtz- Resonator.
Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden Fachleuten nach einem Studium der nachfolgenden Beschreibung schnell einsichtig, insbesondere mit Bezug auf die Zeichnungen und Patentansprüche, die dieser Spezifikation beigefügt sind und Teil davon sind. In der Zeichnung zeigen
1 eine Ansicht eines Längs-Schnittes eines linear angeordneten Resonators, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;
2 eine Darstellung, die verschiedene Loch-Konfigurationen darstellt, die verwendet werden um die Frequenzdämpfung der stromaufwärtigen Kammer zu variieren;
3 ein Diagramm, das die Frequenzdämpfung durch die stromaufwärtige Kammer für verschiedene Loch-Konfigurationen in der Rohrleitung darstellt, wobei die Loch-Konfigurationen dadurch variiert werden, dass die Trennwand im Resonator verschoben wird;
4 eine seitliche Schnitt-Ansicht einer anderen Ausführung des linear angeordneten Resonators, der Perforationen in der Rohrleitung besitzt;
5 eine seitliche Schnitt-Ansicht einer anderen Ausführung des linear angeordneten Resonators, der eine Verlängerung des stromabwärtigen Luftkanals besitzt, die in die stromabwärtige Kammer hinein reicht; und
6 eine seitliche Schnitt-Ansicht einer weiteren Ausführung des linear angeordneten Resonators, wobei die stromaufwärtigen und die stromabwärtigen Luftkanäle Verlängerungen besitzen, die in die stromaufwärtige und die stromabwärtige Kammer hinein reichen.
Mit Bezug auf 1 wird dort ein linear bzw. in der Linie angeordneter Resonator dargestellt, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert und darin als 10 bezeichnet wird. Als seine primären Komponenten weist der linear angeordnete Resonator 10 ein Gehäuse des Resonators 12, eine Rohrleitung 20, eine Trennwand 24, eine stromabwärtige Rohrhülse 30 und eine stromaufwärtige Rohrhülse 31 auf.
Das Gehäuse 12 des linear angeordneten Resonators 10 bildet eine Kammer 13 mit einem festen Volumen aus. An den seitlichen Enden des Gehäuses 12 treten ein stromabwärtiger Luftkanal 16 und ein stromaufwärtiger Luftkanal 18 heraus. Die Rohrleitung 20 ist axial innerhalb des linear angeordneten Resonators 10 angeordnet. Sie bietet einen Durchgang für den Luftfluss von dem stromaufwärtigen Luftkanal 16 zum stromabwärtigen Luftkanal 18. Die Rohrleitung 20 ist auf der Achse 14 des Resonator Gehäuses 12 zentriert, und die Luft fließt ganz allgemein in den stromaufwärtigen Luftkanal 16, durch die Rohrleitung 20, in den stromabwärtigen Luftkanal 18 und von da aus in die interne Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt). Akustische Druckwellen, die durch den Lufteinlass- Prozess erzeugt werden, wandern vom Motor in den stromabwärtigen Luftkanal 18.
Eine stromabwärtige Rohrhülse 30 und eine stromaufwärtige Rohrhülse 31 sind axial gesehen um die Rohrleitung 20 herum lokalisiert und mit der Trennwand 24 verbunden, so dass sie mit ihr zusammen (auf der Rohrleitung 20) gleiten. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die stromaufwärtige Rohrhülse 31, die Trennwand 24 und das Gehäuse des Resonators 12 wirken in der Art und Weise zusammen, dass sie eine erste oder stromabwärtige Kammer 28 und eine zweite oder stromaufwärtige Kammer 26 ausbilden. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 ist verbunden mit einer äußeren stromabwärtigen Rohrhülse 46, die von der Rohrleitung 20 in einen Abstand angeordnet ist und die ein Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 definiert, das sich in den stromabwärtigen Luftkanal 18 hinein erstreckt, und sie definiert eine stromabwärtige Kammer 28. Das Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 definiert zusammen mit dem Ende der Rohrleitung 22 einen Durchgang durch die kranzförmige Verbindung 48. Weiterhin wird eine Länge 36 definiert, die von dem Ende der Rohrleitung 22 zu dem Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 reicht.
Um die akustischen Druckschwankungen bzw. Druckwellen abzudämpfen, formen die erste Kammer 28 und der Durchgang durch die kranzförmige Verbindung 48 einen ersten oder stromabwärtigen Helmholtz- Resonator 38. Wenn die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Resonator 38 eintreten, werden durch den Antrieb 40 die Position der Trennwand 24, die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die äußere stromabwärtige Hülse 46 innerhalb des Gehäuses 12 so eingestellt, dass sie die notwendigen internen Abmessungen schaffen, die die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Luftkanal mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bei der gewünschten Frequenz zurück reflektieren, so dass die akustischen Druckwellen gedämpft werden.
Um die akustischen Druckwellen noch weiter zu dämpfen, formen die zweite Kammer 26, die Öffnung 42 in der Rohrleitung und die Öffnung 44 in der stromaufwärtigen Rohrhülse zusammen einen zweiten oder stromaufwärtigen Helmholtz- Resonator 39. Wenn die akustischen Druckwellen durch die Rohrleitung 20 wandern, treten sie in die zweite Kammer 26 durch die überlappenden Bereiche der Öffnung im Rohr 42 und der Öffnung in der stromaufwärtigen Rohrhülse 44 ein. Sowohl die Öffnungen 42 als auch die Öffnungen 44 sind in größerem Detail weiter unten definiert. Die durch den stromaufwärtigen Resonator 39 gedämpfte Frequenz wird bestimmt durch die Position der Trennwand 24, die Größe und Form der Öffnung, die ausgeformt wird durch die überlappenden oder relativen Positionen der Rohröffnung 42 und der Öffnung der Rohrhülse 44 und die Wanddicke der Rohrleitung 20 und der stromaufwärtigen Rohrhülse 31.
Der stromaufwärtige Resonator 39 bietet eine größere Flexibilität, um zusätzliche Frequenzen zu behandeln, für die eine Dämpfung benötigt wird, während der erste Resonator 38 für eine einzelne dominante Ordnung vorgesehen ist. Wenn der Einlasskrümmer akustisch symmetrisch ist, wird eine Signatur der akustischen Druckwellen das Lufteinlass-Geräusch dominieren, die zusammengesetzt ist aus der Zündfolge des Motors und ihren harmonischen Ordnungen. Als Folge davon kann der stromabwärtige Resonator 38 die dominierende Zündfolge des Motors ansprechen und die der stromaufwärtige Resonator 39 kann so ausgelegt werden, dass er zusätzliche problematische Frequenzen anspricht, wie sie in den nachfolgenden Paragraphen beschrieben sind.
Die Steuerung 41 misst und verfolgt die Parameter des Motors, wie zum Beispiel die Drehzahl des Motors, die Beschleunigung des Motors, die Position der Drosselklappe und die Position des Pedals. Die Steuerung 41 berechnet die optimale Position der Trennwand 24 auf Basis der Parameter des Motors. Um dies durchzuführen, kann die Steuerung 41 eine Wertetabelle für die Position der Trennwand verwenden, die sowohl die Drehzahl des Motors als auch Leistungs- Charakteristiken verwendet. Die Wertetabelle kann beispielsweise entwickelt werden aus einer Serie von Tests des Lufteinlass- Geräusches, um die optimale Position für die Trennwand bei jeder Drehzahl des Motors zu ermitteln. Zusätzlich kann ein Sensor für die Position 49 verwendet werden, um die Position der Trennwand 24 zu ermitteln und eine Rückkopplung für die Steuerung 41 herzustellen. Auf Basis der Rückkopplungen vom Sensor für die Position 49 und der Betriebszustände des Motors weist die Steuerung den Antrieb 40 an, die Trennwand 24 in die vorbestimmte optimale Position zu bewegen.
Mit Bezug auf die 2 und 3 werden nun Beispiele von verschiedenartig geformten Öffnungen in der Rohrleitung vorgestellt, zusammen mit Graphen, die die resultierende Frequenz der Dämpfung darstellen, die durch jede der Typen von Öffnungen in der Rohrleitung erreicht wird, wenn die stromaufwärtige Rohrhülse 31 ihre Position relativ zur Rohrleitung 20 verändert. Zur Referenz wird die Dämpfung, die durch den stromabwärtigen Resonator erzeugt wird, durch die Referenz- Ziffer 51 gekennzeichnet. Weiterhin ist zu bemerken, dass die Öffnung, die ausgeformt wird durch das Zusammenwirken der Öffnung im Rohr 42 und der Öffnung in der stromaufwärtigen Rohrhülse 44, signifikant die Frequenz variiert, die durch den zweiten Resonator 39 gedämpft wird. Dementsprechend kann entweder die Öffnung in der Rohrleitung 42, oder die Öffnung in der stromaufwärtigen Rohrhülse 44 oder beide in Größe und Form entlang der Länge der Öffnung verändert werden, um die gewünschte Charakteristik der Dämpfung zu erreichen. In Verbindung mit einer ovalen Form der Öffnung in der stromaufwärtigen Rohrhülse 44, wie es in 1 dargestellt ist, erlaubt eine erste keilförmig gestaltete Öffnung in der Rohrleitung 52 mit der Spitze des Keils in Richtung des stromabwärtigen Luftkanals 18, dass die gedämpfte Frequenz abnimmt, wenn das Volumen der zweiten Kammer 26 ansteigt, wobei dieses Volumen definiert ist durch die Position der Trennwand 24. Der Winkel, mit der sich über die Länge der erste keilförmige Umriss 52 öffnet, kann verändert werden, um die Rate zu verändern, mit der die Dämpfungs-Frequenz abnimmt, wenn das Volumen der zweiten Kammer 26 vergrößert wird.
Bei Verwendung eines zweiten keilförmigen Umrisses 54, wobei die Spitze des Keils in Richtung des stromaufwärtigen Luftkanals 16 zeigt, kann der Winkel der Spitze so gewählt werden, dass er eine konstante Frequenz dämpft, wenn die stromabwärtige Rohrhülse 30 entlang der Rohrleitung 20 bewegt wird. Der zweite keilförmig Umriss 54 kompensiert im Wesentlichen das Anwachsen des Volumens der zweiten Kammer 26, indem die Größe und die Öffnung in der Rohrleitung verändert wird, wie es dargestellt ist durch den zweiten keilförmigen Umriss 54 und den damit verbundenen Graphen.
Zusätzlich können nichtlineare Abhängigkeiten zwischen der Position der Trennwand 24 und der gedämpften Frequenz erreicht werden, indem der Winkel der Öffnung und der Umriss der Seiten in einer nichtlinearen Art und Weise variiert wird. Ein Beispiel dafür ist dargestellt durch den violinförmigen Umriss 56.
Im Gegensatz zu dem ersten keilförmigen Umriss 52 kann die Frequenz erhöht werden, indem ein dritter keilförmiger Umriss 58 verwendet wird, wenn die stromabwärtige Rohrhülse 30 sich entlang der Rohrleitung 32 bewegt. Der dritte keilförmige Umriss 58 hat eine Spitze, die in Richtung des stromaufwärtigen Luftkanals 16 ausgerichtet ist, allerdings ist der Winkel der Spitze breiter als der des zweiten keilförmigen Umrisses 54.
Mit Bezug auf 4 wird eine weitere Ausführung des linear angeordneten Resonators entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt. Er ist mit 60 bezeichnet. Dabei ist zu bemerken, dass mit dem vorhergehenden beschriebenen Resonator gemeinsame Komponenten mit gemeinsamen Referenz-Ziffern für die einzelnen Elemente bezeichnet sind.
Als primäre Komponenten enthält der linear angeordnete Resonator 60 ein Gehäuse des Resonators 12, eine Rohrleitung 20, eine Trennwand 24, eine stromabwärtige Rohrhülse 30, und eine stromaufwärtige Rohrhülse 65. Das Gehäuse 12 des linear angeordneten Resonators 60 bildet eine Kammer 13 mit einem fixen Volumen aus. Ausgehend von den Enden des Gehäuses 12 erstrecken sich ein stromaufwärtiger Luftkanal 16 und ein stromabwärtiger Luftkanal 18. Positioniert axial innerhalb des linear angeordneten Resonators 60 ist die Rohrleitung 20. Diese Rohrleitung 20 stellt einen Durchgang vom stromaufwärtigen Luftkanal 16 zum stromabwärtigen Luftkanal 18 her. Ganz allgemein fließt die Luft in den stromaufwärtigen Luftkanal 16, durch die Rohrleitung 20 und aus dem stromabwärtigen Luftkanal 18 zu der internen Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt). Die akustischen Druckwellen, die durch den Lufteinlass- Prozess entstehen, wandern vom Motor in den stromabwärtigen Luftkanal 18.
Eine stromabwärtige Rohrhülse 30 und eine stromaufwärtige Rohrhülse 65 sind axial gesehen um die Rohrleitung 20 herum lokalisiert und mit der Trennwand 24 verbunden, so dass sie mit ihr zusammen (auf der Rohrleitung 20) gleiten. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die stromaufwärtige Rohrhülse 65, die Trennwand 24 und das Gehäuse des Resonators 12 wirken in der Art und Weise zusammen, dass sie eine erste oder stromabwärtige Kammer 28 und eine zweite oder stromaufwärtige Kammer 26 ausbilden. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 ist verbunden mit einer äußeren stromabwärtigen Rohrhülse 46, die von der Rohrleitung 20 in einen Abstand angeordnet ist und die ein Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 definiert, das sich in den stromabwärtigen Luftkanal 18 hinein erstreckt, und sie definiert eine stromabwärtige Kammer 28. Das Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 definiert zusammen mit dem Ende der Rohrleitung 22 einen Durchgang durch die kranzförmige Verbindung 48. Weiterhin wird eine Länge 36 definiert, die von dem Ende der Rohrleitung 22 zu dem Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 reicht.
Um die akustischen Druckwellen abzudämpfen, formen die erste Kammer 28 und der Durchgang durch die kranzförmige Verbindung 48 einen ersten oder stromabwärtigen Helmholtz- Resonator 38. Wenn die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Resonator 38 eintreten, werden durch den Antrieb 40 die Position der Trennwand 24, die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die äußere stromabwärtige Hülse 46 innerhalb des Gehäuses 12 so eingestellt, dass sie die notwendigen internen Abmessungen schaffen, um die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Luftkanal mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bei der gewünschten Frequenz zurück zu reflektieren, so dass die akustischen Druckwellen gedämpft werden.
Um die akustischen Druckwellen noch weiter zu dämpfen, formen die zweite Kammer 26, die perforierten Öffnungen 61 in der Rohrleitung 20 und die Position der stromaufwärtigen Rohrhülse 65 zusammen einen zweiten oder stromaufwärtigen Helmholtz- Resonator 39. Wenn die akustischen Druckwellen durch die Rohrleitung 20 wandern, erlauben es die Perforationen 61 in der Rohrleitung 20, dass die akustischen Druckwellen in die zweite Kammer 26 eintreten. Die durch den stromaufwärtigen Resonator 39 gedämpfte Frequenz wird gesteuert durch die Position der Trennwand 24, die Wanddicke der Rohrleitung 20 und die Menge der Perforationen 61, die nicht bedeckt sind durch die stromabwärtige Rohrhülse 30, entsprechend der Position der stromaufwärtigen Rohrhülse 30.
Die Steuerung 41 misst und verfolgt die Parameter des Motors, wie zum Beispiel die Drehzahl des Motors, die Beschleunigung des Motors, die Position der Drosselklappe und die Position des Pedals. Die Steuerung 41 berechnet die optimale Position der Trennwand 24 auf Basis der Parameter des Motors. Um dies durchzuführen, kann die Steuerung 41 eine Wertetabelle für die Position der Trennwand verwenden, die sowohl die Drehzahl des Motors als auch Leistungs- Charakteristiken verwendet. Die Wertetabelle kann beispielsweise entwickelt werden aus einer Serie von Tests des Lufteinlass- Geräusches, um die optimale Position für die Trennwand bei jeder Drehzahl des Motors zu ermitteln. Zusätzlich kann ein Sensor für die Position 49 verwendet werden, um die Position der Trennwand 24 zu ermitteln und eine Rückkopplung für die Steuerung 41 herzustellen. Auf Basis der Rückkopplungen vom Sensor für die Position 49 und der Betriebszustände des Motors weist die Steuerung den Antrieb 40 an, die Trennwand 24 in die vorbestimmte optimale Position zu bewegen.
Mit Bezug auf 5 wird eine weitere Ausführung des linear angeordneten Resonators entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt. Er ist mit 62 bezeichnet. Dabei ist zu bemerken, dass mit dem vorhergehenden beschriebenen Resonator gemeinsame Komponenten mit gemeinsamen Referenz- Ziffern für die einzelnen Elemente bezeichnet sind. Als primäre Komponenten enthält der linear angeordnete Resonator 62 ein Gehäuse des Resonators 12, eine Rohrleitung 20, eine Trennwand 24, eine stromabwärtige Rohrhülse 30, und eine stromaufwärtige Rohrhülse 65.
Das Gehäuse 12 des linear angeordneten Resonators 62 bildet eine Kammer 13 mit einem fixen Volumen aus. Ausgehend von den Enden des Gehäuses 12 erstrecken sich ein stromaufwärtiger Luftkanal 16 und ein stromabwärtiger Luftkanal 18. Positioniert axial innerhalb des linear angeordneten Resonators 62 ist die Rohrleitung 20. Diese Rohrleitung 20 stellt einen Durchgang her vom stromaufwärtigen Luftkanal 16 zum stromabwärtigen Luftkanal 18. Ganz allgemein fließt die Luft in den stromaufwärtigen Luftkanal 16, durch die Rohrleitung 20 und aus dem stromabwärtigen Luftkanal 18 zu der internen Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt). Die akustischen Druckwellen, die durch den Lufteinlass- Prozess entstehen, wandern vom Motor in den stromabwärtigen Luftkanal 18.
Eine stromabwärtige Rohrhülse 30 und eine stromaufwärtige Rohrhülse 65 (im Text steht 31, dies ist aber aus den Zusammenhang her gesehen fehlerhaft) sind axial gesehen um die Rohrleitung 20 herum lokalisiert und mit der Trennwand 24 verbunden, so dass sie mit ihr zusammen (auf der Rohrleitung 20) gleiten. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die stromaufwärtige Rohrhülse 65, die Trennwand 24 und das Gehäuse des Resonators 12 wirken in der Art und Weise zusammen, dass sie eine erste oder stromabwärtige Kammer 28 und eine zweite oder stromaufwärtige Kammer 26 ausbilden. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 ist mit einer äußeren stromabwärtigen Rohrhülse 64 verbunden, die von der Rohrleitung 20 in einen Abstand angeordnet ist und die ein Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 definiert, das sich in die stromabwärtige Kammer 28 hinein erstreckt. Zusätzlich hat der stromabwärtige Luftkanal 18 ein Ansatzstück 63, das in die stromabwärtige Kammer 28 hinein reicht, auf dem (rund herum aufgesetzt) die äußere stromabwärtige Rohrhülse 64 gleitet. Das Ende der Rohrleitung 22, das stromabwärtige Ansatzstück 63 und die äußere stromabwärtige Rohrhülse 64 definieren zusammen einen kranzförmigen Durchgang 66. Weiterhin wird eine Länge 36 definiert, die von dem Ende der Rohrleitung 22 zu dem Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 reicht.
Um die akustischen Druckwellen abzudämpfen, formen die erste Kammer 28 und der kranzförmige Durchgang 66 zusammen einen ersten oder stromabwärtigen Helmholtz- Resonator 38. Wenn die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Resonator 38 eintreten, werden durch den Antrieb 40 die Position der Trennwand 24, die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die äußere stromabwärtige Hülse 46 innerhalb des Gehäuses 12 so eingestellt, dass sie die notwendigen internen Abmessungen schaffen, um die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Luftkanal mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bei der gewünschten Frequenz zurück zu reflektieren, so dass die akustischen Druckwellen gedämpft werden.
Um die akustischen Druckwellen noch weiter zu dämpfen, formen die zweite Kammer 26, die perforierten Öffnungen 61 in der Rohrleitung 20 und die Position der stromaufwärtigen Rohrhülse 65 zusammen einen zweiten oder stromaufwärtigen Helmholtz- Resonator 39. Wenn die akustischen Druckwellen durch die Rohrleitung 20 wandern, erlauben es die Perforationen 61 in der Rohrleitung 20, dass die akustischen Druckwellen in die zweite Kammer 26 eintreten. Die durch den stromaufwärtigen Resonator 39 gedämpfte Frequenz wird gesteuert durch die Position der Trennwand 24, die Wanddicke der Rohrleitung 20 und die Menge der Perforationen 61, die nicht durch die stromabwärtige Rohrhülse 30 bedeckt sind, entsprechend der Position der stromaufwärtigen Rohrhülse 30.
Die Steuerung 41 misst und verfolgt die Parameter des Motors, wie zum Beispiel die Drehzahl des Motors, die Beschleunigung des Motors, die Position der Drosselklappe und die Position des Pedals. Die Steuerung 41 berechnet die optimale Position der Trennwand 24 auf Basis der Parameter des Motors. Um dies durchzuführen, kann die Steuerung 41 eine Wertetabelle für die Position der Trennwand verwenden, die sowohl die Drehzahl des Motors als auch Leistungs- Charakteristiken verwendet. Die Wertetabelle kann beispielsweise entwickelt werden aus einer Serie von Tests des Lufteinlass- Geräusches, um die optimale Position für die Trennwand bei jeder Drehzahl des Motors zu ermitteln. Zusätzlich kann ein Sensor für die Position 49 verwendet werden, um die Position der Trennwand 24 zu ermitteln und eine Rückkopplung für die Steuerung 41 herzustellen. Auf Basis der Rückkopplungen vom Sensor für die Position 49 und der Betriebszustände des Motors weist die Steuerung den Antrieb 40 an, die Trennwand 24 in die vorbestimmte optimale Position zu bewegen.
Mit Bezug auf 6 wird nun eine weitere Ausführung des linear angeordneten Resonators entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt. Er ist mit 68 bezeichnet. Dabei ist wieder zu bemerken, dass mit dem vorhergehenden beschriebenen Resonator gemeinsame Komponenten mit gemeinsamen Referenz- Ziffern für die einzelnen Elemente bezeichnet sind. Als primäre Komponenten enthält der linear angeordnete Resonator 68 ein Gehäuse des Resonators 12, eine Rohrleitung 20, eine Trennwand 24, eine stromabwärtige Rohrhülse 30, und eine stromaufwärtige Rohrhülse 71.
Das Gehäuse 12 des linear angeordneten Resonators 68 bildet eine Kammer 13 mit einem fixen Volumen aus. Ausgehend von den Enden des Gehäuses 12 erstrecken sich ein stromaufwärtiger Luftkanal 16 und ein stromabwärtiger Luftkanal 18. Positioniert axial innerhalb des linear angeordneten Resonators 68 ist die Rohrleitung 20. Diese Rohrleitung 20 stellt einen Durchgang her vom stromaufwärtigen Luftkanal 16 zum stromabwärtigen Luftkanal 18. Ganz allgemein fließt die Luft in den stromaufwärtigen Luftkanal 16, durch die Rohrleitung 20 und aus dem stromabwärtigen Luftkanal 18 zu der internen Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt). Die akustischen Druckwellen, die durch den Lufteinlass- Prozess entstehen, wandern vom Motor in den stromabwärtigen Luftkanal 18.
Eine stromabwärtige Rohrhülse 30 und eine stromaufwärtige Rohrhülse 71 sind axial gesehen um die Rohrleitung 20 herum lokalisiert und mit der Trennwand 24 verbunden, so dass sie mit ihr zusammen (auf der Rohrleitung 20) gleiten. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die stromaufwärtige Rohrhülse 71, die Trennwand 24 und das Gehäuse des Resonators 12 wirken in der Art und Weise zusammen, dass sie eine erste oder stromabwärtige Kammer 28 und eine zweite oder stromaufwärtige Kammer 26 ausbilden. Die stromabwärtige Rohrhülse 30 ist verbunden mit einer äußeren stromabwärtigen Rohrhülse 64, die von der Rohrleitung 20 in einen Abstand angeordnet ist und die ein Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 definiert, das sich in die stromabwärtige Kammer 28 hinein erstreckt. Zusätzlich hat der stromabwärtige Luftkanal ein Ansatzstück 63, das in die stromabwärtige Kammer 28 hinein reicht, auf dem (rund herum aufgesetzt) die äußere stromabwärtige Rohrhülse 64 gleitet. Das Ende der Rohrleitung 22, das stromabwärtige Ansatzstück 63 und die äußere stromabwärtige Rohrhülse 64 definieren zusammen einen kranzförmigen Durchgang 66. Weiterhin wird eine Länge 36 definiert, die von dem Ende der Rohrleitung 22 zu dem Ende der äußeren stromabwärtigen Hülse 32 reicht.
Zusätzlich ist die stromaufwärtige Rohrhülse 71 mit einer äußeren stromaufwärtigen Rohrhülse 70 verbunden, die im Abstand von der Rohrleitung 20 angeordnet ist und die ein äußeres Ende der stromaufwärtigen Rohrhülse 74 definiert, das in die stromaufwärtige Kammer 26 hinein reicht. Der stromabwärtige Luftkanal besitzt eine stromaufwärtige Verlängerung des Luftkanals 69, die in die stromaufwärtige Kammer 26 hinein reicht, auf der (kreisförmig angeordnet) die äußere stromaufwärtige Rohrhülse 70 gleitet. Das Rohrende 76, die stromaufwärtige Verlängerung des Luftkanals 69, und die äußere stromaufwärtige Rohrhülse 70 definieren gemeinsam einen kranzförmigen Durchgang 72. Weiterhin ist eine Länge 78 definiert, die sich vom Rohrende 76 zum äußeren Ende der stromaufwärtigen Rohrhülse 74 erstreckt.
Um die akustischen Druckwellen abzudämpfen formen die erste Kammer 28 und der kranzförmige Durchgang 66 zusammen einen ersten oder stromabwärtigen Helmholtz- Resonator 38. Wenn die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Resonator 38 eintreten, werden durch den Antrieb 40 die Position der Trennwand 24, die stromabwärtige Rohrhülse 30 und die äußere stromabwärtige Hülse 46 innerhalb des Gehäuses 12 so eingestellt, dass sie die notwendigen internen Abmessungen schaffen, um die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Luftkanal mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bei der gewünschten Frequenz zurück zu reflektieren, so dass die akustischen Druckwellen gedämpft werden.
Um die akustischen Druckwellen noch weiter zu dämpfen, formen die zweite stromaufwärtige Kammer 26 und der kranzförmige Durchgang 72 zusammen einen zweiten oder stromaufwärtigen Helmholtz- Resonator 39. Wenn die akustischen Druckwellen in den stromaufwärtigen Resonator 39 eintreten, werden durch den Antrieb 40 die Position der Trennwand 24, die stromaufwärtige Rohrhülse 71 und die äußere stromaufwärtige Hülse 70 innerhalb des Gehäuses 12 so eingestellt, dass sie die notwendigen internen Abmessungen schaffen, um die akustischen Druckwellen in den stromabwärtigen Luftkanal mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bei der gewünschten Frequenz zurück zu reflektieren, so dass die akustischen Druckwellen gedämpft werden
Die Steuerung 41 misst und verfolgt die Parameter des Motors, wie zum Beispiel die Drehzahl des Motors, die Beschleunigung des Motors, die Position der Drosselklappe und die Position des Pedals. Die Steuerung 41 berechnet die optimale Position der Trennwand 24 auf Basis der Parameter des Motors. Um dies durchzuführen, kann die Steuerung 41 eine Wertetabelle für die Position der Trennwand verwenden, die sowohl die Drehzahl des Motors als auch Leistungs-Charakteristiken verwendet. Die Wertetabelle kann beispielsweise entwickelt werden aus einer Serie von Tests des Lufteinlass- Geräusches, um die optimale Position für die Trennwand bei jeder Drehzahl des Motors zu ermitteln. Zusätzlich kann ein Sensor für die Position 49 verwendet werden, um die Position der Trennwand 24 zu ermitteln und eine Rückkopplung für die Steuerung 41 herzustellen. Auf Basis der Rückkopplungen vom Sensor für die Position 49 und der Betriebszustände des Motors weist die Steuerung den Antrieb 40 an, die Trennwand 24 in die vorbestimmte optimale Position zu bewegen.
Ein Fachmann wird unschwer erkennen, dass die oben gegebene Beschreibung zu sehen ist als eine Illustration der Prinzipien dieser Erfindung. Diese Beschreibung soll nicht den Geltungsumfang oder die Anwendung dieser Erfindung einschränken, da die Erfindung modifiziert, variiert oder abgeändert werden kann, ohne vom Geist der Erfindung abzugehen, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist. In Linie ist auch zu verstehen als linear bzw. in der Linie.

Claims

Ein in Linie angeordneter Resonator (10, 60, 62, 68) für ein Lufteinlass-System einer internen Verbrennungsmaschine, der aufweist – ein Gehäuse (12) des Resonators, dass eine Kammer (13) definiert mit einem festen Volumen und das eine Achse (14) hat; – einen stromaufwärtigen Luftkanal (16), der mit dem Gehäuse (12) verbunden ist und der von diesem ausgehend verläuft; – einen stromabwärtigen Luftkanal (18), der mit dem Gehäuse (12) auf der dem stromaufwärtigen Luftkanal (16) gegenüber liegenden Seite verbunden ist und von diesem ausgehend verläuft; – eine Trennwand (24), die innerhalb des Gehäuses (12) lokalisiert ist, und die die Kammer (13) unterteilt in eine stromaufwärtige Kammer (26), die benachbart ist zum stromaufwärtigen Luftkanal (16), und in eine stromabwärtige Kammer (28), die benachbart ist zu dem stromabwärtigen Luftkanal (18), wobei die Trennwand (24) axial beweglich ist und dadurch die Volumina der stromaufwärtigen Kammer (26) und der stromabwärtigen Kammer (28) verändert; – eine Rohrhülse (30, 31) mit einer stromaufwärtigen Rohrhülse (31) und einer stromabwärtigen Rohrhülse (30), die axial um die Rohrleitung (20) herum positioniert sind, wobei die stromabwärtige Rohrhülse (30) innere und äußere Abschnitte (46) aufweist, die radial einen Abstand voneinander haben, die mit der Rohrleitung (20) zusammenwirken, so dass sie einen verbindenden Durchgang (48) definieren, der den stromabwärtigen Luftkanal (18) und die stromabwärtige Kammer (28) verbinden, wobei der verbindende Durchgang (48) eine Länge (36) hat, die definiert ist zwischen dem stromabwärtigen Ende der Rohrleitung (20) und dem stromaufwärtigen Ende (32) der äußeren stromabwärtigen Rohrhülse (46), und wobei der Durchgang (48) eine Querschnitts-Fläche besitzt, die definiert ist durch den kreisförmigen Zwischenraum zwischen der inneren stromabwärtigen Rohrhülse (30) und der äußeren stromabwärtigen Rohrhülse (46); – die stromabwärtige Kammer (28), die Rohrleitung (20), und die inneren und äußeren stromabwärtigen Rohrhülsen (30, 46) wirken zusammen und definieren einen stromabwärtigen Helmholtz- Resonator (38), der in (auf die Strömung bezogener) Kommunikation steht mit dem stromabwärtigen Luftkanal (18) durch dem verbindenden Durchgang (48), und wobei weiterhin der Helmholtz- Resonator (38) charakterisiert ist durch das Volumen der stromabwärtigen Kammer (28), die Querschnitts-Fläche des Durchgangs (48) und die Länge (36) des Durchgangs (48); – eine verschiebbare Einheit, die die Trennwand (24), die stromaufwärtige Rohrhülse (31) und die stromabwärtigen Rohrhülse (30) aufweist; und – einen Antrieb (40), der mit der verschiebbaren Einheit verbunden ist und dafür eingerichtet ist, die Trennwand (24) zu bewegen, so dass das Volumen der stromabwärtigen Kammer (28) variiert und gleichzeitig die Länge (36) des verbindenden Durchgangs (48) variiert wird.
Der in Linie angeordnete Resonator (10, 60, 62, 68) entsprechend Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (20) mindestens eine Öffnung (42) in der Rohrleitung (20) aufweist, die mit der stromaufwärtigen Kammer (26) in Verbindung steht.
Der in Linie angeordnete Resonator (10, 60, 62, 68) entsprechend Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärtige Rohrhülse verschiebbar gelagert ist auf der Rohrleitung (20) und gekoppelt ist mit der Trennwand (24) und der stromabwärtigen Rohrhülse so dass sie sich mit dieser bewegt, wobei die besagte stromaufwärtige Rohrhülse beweglich ist, so dass sie mindestens teilweise die besagte mindestens eine Öffnung in der Rohrleitung abdeckt.
Der in Linie angeordnete Resonator (10, 60, 62, 68) entsprechend Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärtige Rohrhülse (31) mindestens eine Öffnung (44) besitzt, die dafür eingerichtet ist, dass sie die mindestens eine Öffnung (42) in der Rohrleitung (20) überlappt und eine auf die Strömung bezogene Kommunikation zwischen der stromaufwärtigen (26) und dem Inneren der Rohrleitung (20) herstellt.
Der in Linie angeordnete Resonator (68) entsprechend Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige Luftkanal (18) mindestens ein erstes Ansatzstück (63) besitzt, das innerhalb der stromabwärtigen Kammer (28) lokalisiert ist und sich im Abstand von der Rohrleitung (20) befindet, und dass die äußere stromabwärtige Rohrhülse (64) auf dem ersten Ansatzstück (63) verschiebbar ist.