DE102005028369A1 - Sound damping device e.g. resonance muffler, for motor vehicle exhaust gas system, has electro acoustic transducer devices converting pressure fluctuations in exhaust gas into electrical energy, and damping unit provided for damping energy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schalldämpfungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Schalldämpfungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The The invention relates to a sound damping device according to the preamble of claim 1 and a method of operation a sound damping device according to the preamble of claim 8.
Kraftfahrzeuge werden vorwiegend von Verbrennungskraftmaschinen angetrieben. Auf Grund von Lärmschutzverordnungen muss die Schallemission in der Abgasanlage durch Schalldämpfer verringert werden. Heutige Schalldämpferkonzepte basieren entweder auf dem Reflexionsprinzip oder den Absorptionsprinzip oder einer Kombination der beiden Prinzipien. Bei Absorptionsschalldämpfern wird die Schall erzeugende Druckschwingungsenergie des Abgases über Reibung dissipiert, wodurch diese Anlagen prinzipbedingt relativ hohen Abgasgegendruck besitzen. Resonanzschalldämpfer besitzen eine hohe Dämpfung nur in einem engen Frequenzbereich. Leitlinie für die Entwicklung eines Schalldämpfersystems ist eine ausreichend hohe Schalldämpfung zur Einhaltung der Vorschriften bei möglichst geringem Abgasgegendruck und möglichst geringen Kosten. Je nach Art der Verbrennungskraftmaschine besitzen heutige Fahrzeuge ein bis drei Schalldämpfer mit einem Volumen des acht- bis zwölffachen Hubvolumens der Verbrennungskraftmaschine.motor vehicles are mainly powered by internal combustion engines. On Reason of noise regulations the noise emission in the exhaust system must be reduced by silencers become. Today's muffler concepts are based either on the reflection principle or the absorption principle or a combination of the two principles. For absorption silencers is the sound-generating pressure oscillation energy of the exhaust gas via friction dissipates, which these systems have inherently relatively high exhaust back pressure. Resonanzschalldämpfer have a high damping only in a narrow frequency range. Guideline for the development of a silencer system is a sufficiently high sound attenuation to comply with the regulations if possible low exhaust backpressure and possible low cost. Depending on the type of internal combustion engine own Today's vehicles have one to three mufflers with a volume of eight to twelve times the stroke volume the internal combustion engine.
Ein weiteres Schalldämpfungsprinzip ist die aktive Geräuschminderung (Active Noise Reduction). Hierbei wird der Schall zunächst gemessen und an einer zweiten Stelle mit einem entsprechend gewählten Gegenschall zur destruktiven Interferenz gebracht. Da die Schallenergien sehr groß sind, erfordern diese Systeme einen entsprechend großen elektrischen Energieverbrauch und damit bei Fahrzeugen einen hohen Kraftstoffverbrauch.One further noise reduction principle is the active noise reduction (Active Noise Reduction). Here, the sound is measured first and at a second location with a corresponding selected counter sound brought to destructive interference. Because the sound energies are very are big, These systems require a correspondingly large electrical energy consumption and thus with vehicles a high fuel consumption.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Es wird eine Schalldämpfungseinrichtung in einer Abgasanlage vorgeschlagen, bei der mindestens eine Wandlervorrichtung mit einem elektroakustischen Wandler vorgesehen ist, um Druckschwankungen im Abgas in elektrische Energie umzuwandeln. Der Schall kann effizient und mit einfachen Mitteln gedämpft werden. Das Abgasgeräusch kann auf einfache Weise verändert werden. Anders als bei Absorptionsschalldämpfern entsteht durch die Schalldämpfungseinrichtung kein hoher Abgasgegendruck, während im Vergleich zu Resonanzschalldämpfern ein wesentlich breiterer Frequenzbereich des Schalls bedämpft werden kann. Der Wandler arbeitet analog zu einem Mikrofon. Während bei einem üblichen Mikrofon das Schallfeld möglichst wenig durch den Wandler beeinflusst werden soll, soll erfindungsgemäß ein möglichst großer Anteil der Schallenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Dies lässt sich z.B. durch eine entsprechend großflächige, parallel zu den Schallwellenfronten angeordnete Wandlerfläche erreichen oder auch durch eine Mehrzahl von kleineren Wandlerflächen bzw. Wandlervorrichtungen.It becomes a sound damping device proposed in an exhaust system, wherein the at least one converter device provided with an electroacoustic transducer to pressure fluctuations in the exhaust gas into electrical energy to convert. The sound can be efficient and steamed by simple means become. The exhaust noise can be changed easily become. Unlike absorption silencers, noise is generated by the silencer no high exhaust back pressure while in comparison to resonance mufflers be attenuated much wider frequency range of the sound can. The converter works analogous to a microphone. While at a usual one Microphone the sound field as possible should be influenced by the converter little, according to the invention a possible greater Share of sound energy to be converted into electrical energy. This is possible e.g. by a correspondingly large, parallel to the sound wave fronts arranged transducer surface reach or by a plurality of smaller transducer surfaces or Converter devices.
In einer günstigen Ausgestaltung sind Dämpfungsmittel zum Dämpfen der elektrischen Energie vorgesehen. Dadurch, dass die elektrische Energie gedämpft werden, kann der zu bedämpfende Frequenzbereich durch elektronische Bauelemente bestimmt und mit geringem bauteiltechnischem Aufwand auf den gesamten Hörbereich ausgeweitet werden. Die aus dem Schall gewonnene elektrische Energie kann in geeigneter Weise abgeführt werden. Auf einfache Weise kann dies über einen ohmschen Widerstand erfolgen, der die elektrische Energie in Wärme wandelt und somit aus dem elektrischen System abführt.In a cheap one Embodiment are damping means for steaming provided the electrical energy. Because of the electrical Energy subdued be able to be damped Frequency range determined by electronic components and with low component technical effort on the entire hearing be extended. The electrical energy gained from the sound can be removed in a suitable manner become. In a simple way, this can be done via an ohmic resistor take place, which converts the electrical energy into heat and thus from the dissipates electrical system.
In einer günstigen Ausgestaltung ist die Wandlervorrichtung im Abgasstrom angeordnet. Die Schallenergie kann durch eine geeignete Komponentengeometrie, z.B. einen Schalltrichter, auf die Wandlerfläche gebündelt werden. Es kann auch ein Segment des Abgasrohrs so präpariert sein, dass ein oder mehrere Wandbereiche die Wandleroberfläche bilden. Die Wandbereiche werden bei Druckschwankungen im Abgasstrang in radialer Richtung bewegt. Der elektroakustische Wandler kann z.B. elektromagnetisch oder piezoelektrisch ausgebildet sein. In beiden Fällen wird eine Bewegung bzw. ein Druck auf die Oberfläche in elektrische Spannung bzw. einen elektrischen Strom umgewandelt.In a cheap one Embodiment, the converter device is arranged in the exhaust stream. The sound energy can be determined by a suitable component geometry, e.g. a bell, are bundled on the transducer surface. It can also prepared a segment of the exhaust pipe so be one or more wall areas form the transducer surface. The wall areas are at pressure fluctuations in the exhaust system in moved in the radial direction. The electroacoustic transducer may e.g. be formed electromagnetically or piezoelectrically. In both make becomes a movement or a pressure on the surface in electrical tension or converted to an electric current.
In einer alternativen Ausgestaltung oder auch zusätzlich zu der Anordnung im Abgasstrom kann die Wandlervorrichtung in einer separaten, akustisch an den Abgasstrom angekoppelten Kammer angeordnet sein. Dies ermöglicht einen besseren Schutz der Wandler oberfläche vor Verschmutzung oder auch Korrosion durch das Abgas.In an alternative embodiment or in addition to the arrangement in Exhaust gas flow may be the transducer device in a separate, acoustic be arranged coupled to the exhaust gas flow chamber. This allows one better protection of the transducer surface from contamination or also corrosion by the exhaust gas.
In einer günstigen Ausgestaltung umfassen die Dämpfungsmittel einen, bevorzugt gedämpften, Schwingkreis und/oder ein elektrisches Filter oder auch mehrere Schwingkreise oder mehrere Filter und ggf. Schwingkreise in Kombination mit einem oder mehreren Filtern. Es lassen sich dadurch ausgesuchte Frequenzbereiche stärker dämpfen als andere. Die weniger gedämpften Frequenzbereiche koppeln dann wieder über den Wandler zurück auf das Schallfeld. Hierdurch erhält das Schallfeld eine definierte Dämpfungscharakteristik. Der Schall, der dann aus der Abgasanlage dringt, hat damit ein charakteristisches Geräusch, welches z.B. nach Wünschen eines Fahrzeughersteller oder eines Fahrzeugbenutzers einstellbar ist.In a cheap one Embodiment include the damping means a, preferably damped, resonant circuit and / or an electrical filter or even several resonant circuits or several filters and possibly resonant circuits in combination with a or multiple filters. It can thus selected frequency ranges stronger dampen than others. The less muted Frequency ranges then couple back to the converter via the converter Sound field. This preserves the sound field has a defined damping characteristic. The sound that then comes out of the exhaust system, thus has a characteristic Noise, which e.g. according to wishes adjustable by a vehicle manufacturer or a vehicle user is.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist ein Phasenschieber vorgesehen, um eine destruktive Interferenz zwischen einem ursprünglichen Schallsignal und einem gedämpften und rückgekoppelten Schallsignal herzustellen. Die aus den Druckschwankungen des Abgases gewonnene elektrische Energie, insbesondere ein Wechselsignal, kann in ihrer Phasenlage so verändert werden, dass ein entsprechend rückgekoppelter elektrischer Strom im Schallfeld mit den ursprünglichen Schallwellen interferiert. Im Gegensatz zu den bekannten Methoden der aktiven Geräuschunterdrückung wird hier allerdings die elektrische Energie zum Aufbau des Gegenfeldes nicht fremderzeugt, sondern stammt aus dem ursprünglichen Schallfeld.In another cheap Embodiment, a phase shifter is provided to cause destructive interference between an original one Sound signal and a muted sound and feedback sound signal manufacture. The obtained from the pressure fluctuations of the exhaust gas electrical energy, in particular an alternating signal, can in their phase position so changed that will be fed back accordingly electric current in the sound field interferes with the original sound waves. in the Contrary to the known methods of active noise cancellation is here, however, the electrical energy to build the opposing field not foreign-born, but comes from the original sound field.
Mit digitaler elektrischer Signalfilterung ist es darüber hinaus möglich, die elektrische und damit die akustische Dämpfung in noch größerem Umfang zu variieren. Dies eröffnet die Möglichkeit, weitere Einfluss größen auf das Abgasgeräusch zuzulassen als bisher. So ist es z.B. möglich, das Geräusch in Abhängigkeit von Motorbetriebspunkten festzulegen, ohne die Ausgangsgeräusche der Verbrennungskraftmaschine zu berücksichtigen. Dies schafft eine besonders attraktive Möglichkeit des Geräuschdesigns von Fahrzeugherstellern. Dazu kann dem digitalen Filterelement über eine Datenleitung der Motorbetriebspunkt von einem Motorsteuergerät zugeführt werden. Weiterhin ist es mit digitaler Filtertechnik möglich, Betreiber der Abgasanlage, z.B. einem Fahrer, in den gesetzlich zulässigen Grenzen die Änderung des Geräuschbildes zu ermöglichen.With It is beyond digital electrical signal filtering possible, the electrical and thus the acoustic damping to an even greater extent to vary. This opens the possibility, further influence variables the exhaust noise to allow as before. So it is e.g. possible, the noise in dependence of engine operating points, without the output noise of the Internal combustion engine to consider. This creates a particularly attractive possibility of noise design from vehicle manufacturers. For this purpose, the digital filter element via a Data line, the engine operating point are supplied from an engine control unit. Furthermore, it is possible with digital filter technology, operator of the exhaust system, e.g. a driver, within the legally permissible limits the change the sound picture to enable.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Schalldämpfungseinrichtung vorgeschlagen, bei dem Druckschwankungen im Abgas in elektrische Energie umgewandelt werden.It is also a method of operating a sound attenuation device proposed, in which pressure fluctuations in the exhaust gas into electrical energy being transformed.
In einem günstigen Verfahrensschritt kann die elektrische Energie kann gedämpft werden. Dies kann vorteilhaft frequenzselektiv erfolgen.In a cheap one Process step, the electrical energy can be damped. This can advantageously be frequency-selective.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt kann die Phasenlage der elektrischen Energie beeinflusst werden zur Erzeugung einer destruktiven Interferenz zwischen einem ursprünglichen Schallsignal und einem gedämpften und rückgekoppelten Schallsignal.In another cheap Process step may affect the phase position of the electrical energy are used to create a destructive interference between a original Sound signal and a muted sound and feedback sound signal.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt kann die elektrische Energie zur Energieversorgung von Verbrauchern genutzt werden. Die Zuführung der Energie kann direkt erfolgen oder auch indirekt, z.B. durch Speichern in einer Batterie. Die Energieversorgung kann, beim Einsatz in einem Fahrzeug z.B. erfolgen, wenn die Leistung über einen AC/DC-Wandler in das Bordnetz des Fahrzeugs einge koppelt wird. Besonders energiereich sind hierbei niederfrequente Druckstöße, die beim Ausstoß des Abgases aus den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine nach dem Öffnen der Auslassventile entstehen. Hier können Druckamplituden von mehr als 0,1 MPa auftreten. Da sich die Druckamplituden der einzelnen Zylinder überlagern, ist es besonders vorteilhaft, bei mehreren Zylinderbänken einen Wandler pro Zylinderbank einzusetzen oder pro Zylinder eine separate Wandlervorrichtung vorzusehen. Eine Kopplung zur energetischen Nutzung der Schallenergie und eine geräuschrelevante Dämpfung durch frequenzselektive elektrische Filterung ist möglich. Weiterhin ist selbstverständlich auch eine Kopplung zwischen der erfindungsgemäßen akustoelektrischen Dämpfung und konventionellen Schalldämpfungsmaßnahmen möglich.In another cheap Process step can be the electrical energy for energy supply used by consumers. The supply of energy can be direct or indirectly, e.g. by storing in a battery. The power supply may, when used in a vehicle e.g. done when the power over an AC / DC converter in the vehicle electrical system of the vehicle is coupled. Particularly high-energy are low-frequency pressure surges, the during the emission of the exhaust gas from the cylinders of the internal combustion engine after opening the Exhaust valves arise. here we can Pressure amplitudes of more than 0.1 MPa occur. Because the pressure amplitudes overlay the individual cylinder, It is particularly advantageous in a plurality of cylinder banks Use converters per cylinder bank or separate per cylinder To provide converter device. A coupling to the energetic use the sound energy and a noise relevant damping by frequency-selective electrical filtering is possible. Farther is self-evident also a coupling between the inventive acoustoelectric damping and conventional soundproofing measures possible.
Die Schalldämpfungseinrichtung sowie das Verfahren sind bevorzugt bei Verbrennungskraftmaschinen von Fahrzeugen einsetzbar. Vorteilhaft kann diese auch bei anderen Abgasanlagen eingesetzt werden.The Muffler means as well as the method are preferred in internal combustion engines used by vehicles. This can also be beneficial for others Exhaust systems are used.
Zeichnungdrawing
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.Further Embodiments, Aspects and advantages of the invention are also independent of their summary in claims, without restriction the general public from below with reference to a drawing embodiments the invention.
Im Folgenden zeigtin the Following shows
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
Die
Der
Wandler der Wandlervorrichtung
Das
Dämpfungsmittel
An
die Wandlervorrichtung
Claims (13)
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