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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Antriebsstrang
eines Fahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Geräuschabstrahlung
von Motorkomponenten aus Gussaluminium wie zum Beispiel der Ölwanne zu
reduzieren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Eine
typische Ölwanne
ist unterhalb eines Zylinderblocks und einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors
platziert. Die Ölwanne
ist so ausgebildet, dass sie Öl
empfängt,
das vom Zylinderblock und der Kurbelwelle und/oder Hauptlagern,
die die Kurbelwelle abstützen,
abläuft
oder auf andere Weise entweicht. Das Öl sammelt sich in einem Sumpf
der Ölwanne
und wird dann von einer Aufnahmestelle der Ölwanne in ein mit dem Motor
verbundenes Schmiersystem gepumpt. Die Ölwanne neigt zu lauten Geräuschen und
Vibrationen, die vom Motor ausgehen.
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Herkömmliche
Mittel, um abgestrahlten Schall von Motorkomponenten zu mindern,
beinhalten ein Dämpfen
der Strukturresonanz, eine akustische Absorption von Schall durch
Abdeckungen zur akustischen Absorption und eine Isolierung der Motorkomponente
von der Quelle für
die eingespeiste Vibrationsenergie am Ort der Befestigung.
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Die
geeignete Auswahl der effektivsten Lösung kennt man, nachdem bestimmtist,
ob das abgestrahlte Geräusch
das Ergebnis einer resonanten Reaktion oder erzwungenen Reaktion
ist. Eine resonante Reaktion bezieht sich auf die Tendenz eines Systems,
auf dieses gerichtete Schwingungsenergie bei den Frequenzen, die
mit der Eigenfrequenz des Systems übereinstimmen, mehr als bei
anderen Frequenzen zu verstärken;
das heißt
das System strahlt mehr Geräusch
bei den resonanten Frequenzen des Systems ab. Eine erzwungene Reaktion
bezieht sich auf ein System, das ein Geräusch in einem breiten Frequenzbereich
abstrahlt. Im Gegensatz zur resonanten Reaktion gibt es bei der
erzwungenen Reaktion keine dominierende spezifische Abstrahlungsfrequenz.
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Abdeckungen
zur akustischen Absorption können
bei der Fertigung an Ölwannen
nicht implementiert werden, da die für Abdeckungen zur akustischen
Absorption genutzten Materialien sich unter der Einwirkung von Salz,
Wasser, Steinen, Straßentrümmer aus
der Umgebung unter dem Fahrzeug und wegen der unmittelbaren Nähe zu Komponenten
des Abgassystems mit hohen Temperaturen innerhalb des zur Verfügung stehenden
Einbauraums verschlechtern. Das Verfahren der Befestigungsisolierung
der Motorkomponente kann bei Motorölwannen aus Gussaluminium nicht
genutzt werden, da sie strukturelle Komponenten sind, die auf Biegekräfte des
Antriebsstrangs reagieren müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine verbesserte Ölwanne, die als Produkt zur
Minderung abgestrahlter Geräusche
dient. Insbesondere betrifft die Erfindung den Fall einer Schallabstrahlung
mittels einer erzwungenen Reaktion mit breitem Frequenzbereich für strukturell
steife Motorölwan nen
aus Gussaluminium. Die Erfindung liefert einen einzigartigen Isolierungsmechanismus,
der verhindert, dass die vibrierenden Gussaluminiumplatten an der Ölwanne akustische
Energie in breiten höheren
Frequenzbereichen abstrahlen.
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Die
Vibrationsisolierung erfolgt lokal an den Oberflächen der Ölwanne, nicht an den Befestigungen,
die die Ölwanne
mit dem Motor verbinden. Das Nettoergebnis ist eine signifikante
Reduzierung der Abstrahleffizienz der Ölwanne innerhalb des gewünschten
Frequenzbereichs von 2 kHz und darüber.
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Die
verbesserte Ölwanne
umfasst eine mit der Ölwanne
verbundene bzw. gekoppelte isolierende Schicht und eine äußere Barrierenschicht,
die mit der isolierenden Schicht gekoppelt ist. In einem anderen
Gesichtspunkt der Erfindung weist die Ölwanne Seitenwände auf,
die aus mehreren, verschieden großen flachen Platten bestehen,
und die isolierende Schicht ist mit den flachen Platten der Seitenwände gekoppelt.
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In
einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung hat die Ölwanne einen
unterschiedlich geformten Boden, der Bodenwände definiert, und auf den Seitenwänden und
den Bodenwänden
der Ölwanne sind
strukturelle Rippen vorgesehen. In einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung bestehen die flachen Platten der Ölwanne aus Gussaluminium, besteht
die äußere Barriere
aus Urethan, und die isolierende Schicht besteht aus Schaumgummi.
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In
einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung hat die isolierende Schicht
eine Dicke von ungefähr
2,00 bis 3,00 Millimeter. In einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung
ist die äußere Barriere schmelzbeständig bei
Temperaturen bis mindestens ungefähr 149° Celsius (300° Fahrenheit).
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Ein
Verfahren zum Mindern von von einer Motorölwanne ausgehenden Geräuschen ist
ebenfalls vorgesehen.
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Der
optimale Entwurf der vorliegenden Erfindung ist bestimmt durch die
ausgewählten
Materialeigenschaften, das heißt
Durometer, elastischer Modul etc., und die Dicke der isolierenden
Schaumgummischicht und der äußeren Barriere
aus Urethan.
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Die
obigen Merkmale und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der
besten Verfahren zum Ausführen
der Erfindung ohne weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben,
in dieser zeigt:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer verbesserten Ölwanne mit
einem Gehäuse
zur akustischen Isolierung mittels erzwungener Reaktion;
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2 eine
schematische fragmentarische Querschnittansicht der verbesserten Ölwanne durch eine
Achse A, wie sie in 1 gezeigt ist; und
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3 eine
graphische Darstellung des Frequenzverhaltens der verbesserten Ölwanne,
der den abgestrahlten Schallleistungspegel bei verschiedenen Frequenzen
veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
werden eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen, um abgestrahlte
Geräusche
von strukturell steifen Motorölwannen
aus Gussaluminium zu mindern. In 1 ist eine
perspektivische Ansicht einer Ölwanne 10 mit
einem Gehäuse
zur akustischen Isolierung mittels erzwungener Reaktion veranschaulicht.
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Die Ölwanne 10 hat
eine Innenwand 12 und besteht aus mehreren, verschieden
großen
flachen Platten 14, die deren Seitenwände 16 bilden. Die
flachen Platten 14 vibrieren und strahlen Schall ab. Die flachen
Platten 14 der Ölwanne 10 sind
vorzugsweise aus Gussaluminium hergestellt. Andere für die Funktionsweise
der Ölwanne
geeignete Materialien können
ebenfalls verwendet werden.
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Die Ölwanne 10 weist
einen unterschiedlich geformten Boden 18 auf, der Bodenwände definiert. Der
Boden 18 hat ein höheres
Bodenende 20 und ein tieferes Bodenende, auch bekannt als
der Sumpf 22 der Ölwanne.
Die Ölwanne 10 weist
entlang ihren Seitenwänden 16 sowie
auf dem Boden 18 oder Bodenwänden externe strukturelle Rippen 24 auf.
Die externen strukturellen Rippen 24 verleihen Steifigkeit und
strukturelle Festigkeit, um den Biegekräften des Antriebsstrangs ausreichend
standzuhalten. Die Ölwanne
hat einen Ablaufstecker 26, der erlaubt, das im Sumpf 22 der Ölwanne gesammeltes Öl durch
ihn abläuft.
Ansätze 28 für Querbolzen
des Hauptlagers und Ansätze 30 zur
Befestigung von Halterungen dienen dazu, das Gebilde der Ölwanne 10 zu
befestigen.
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Eine äußere Barriere 32 aus
Urethan, wie durch das gepunktete Muster in 1 angegeben,
ist durch natürliche
Adhäsion
mit dem unteren Teil der Seitenwände 16 und
dem Boden 18 der Ölwanne 10 verbunden.
Die äußere Barriere 32 aus
Urethan kann bei Umgebungstemperaturen auf die Ölwanne 10 gesprüht werden.
Die äußere Barriere 32 aus
Urethan ist beständig
gegen hohe Temperaturen und schmelzbeständig bis zu einer Temperatur
von mindestens ungefähr
149 °Celsius
(300° Fahrenheit). Um
die Masse der Ölwanne 10 nicht
zu erhöhen,
wird eine dünne
Schicht bevorzugt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die äußere Barriere
aus Urethan. Andere, für
die Funktionen der äußeren Barriere
geeignete Materialien können
jedoch ebenfalls verwendet werden.
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2 ist
eine schematische fragmentarische Querschnittansicht der Ölwanne 10 mit
einem Gehäuse
zur akustischen Isolierung mittels erzwungener Reaktion durch eine
Achse A, wie sie in 1 veranschaulicht ist. 2 ist
nicht maßstabsgerecht gezeichnet.
Eine dünne
isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi, die in 2 dargestellt
ist, ist zwischen der äußeren Barriere 32 aus
Urethan und der Innenwand 12 der Ölwanne 10 angeordnet.
Die dünne
isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi kann aus einzelnen
Stücken
bestehen, die mit einem Klebstoff verbunden, aufgetragen, geformt
oder direkt auf die Außenfläche 36 der Ölwanne 10 gesprüht werden.
Die dünne
isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi kann einen wesentlichen
prozentualen Anteil der Außenfläche 36 der Ölwanne 10 bedecken,
wobei sie die flachen Platten 14 aus Gussaluminium bedeckt.
Die dünne
isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi kann auf die externen
strukturellen Rippen 34 oder auch nicht aufgebracht werden.
Die äußere Barriere 32 aus
Urethan ist an der dünnen
isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi sowie den anderen Oberflächen der Ölwanne 10 angebracht,
die durch die dünne
isolierende Schicht 34 aus Schaumgummi nicht bedeckt sein
mögen.
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Die Ölwanne 10 ist
an einen (nicht dargestellten) Motorblockstarr starr angebracht.
Sie neigt zu lauten Geräuschen
und Vibrationen, die vom Motor stammen. Pfeile E bezeichnen die
durch die Befestigungen übertragene
Vibrationseinspeisung des Motors, die die Ölwanne 10 aufnimmt.
Pfeile O bezeichnen den gedämpften
Schall der von der Ölwanne 10 abgestrahlt
wird. Der gedämpfte
Schall ist eine Schallabstrahlung mittels einer erzwungenen Reaktion
mit breitem Frequenzbereich. Die erzwungene Reaktion bezieht sich
auf ein System, das ein Geräusch
in einem breiten Frequenzbereich ohne eine dominierende spezifische
Abstrahlfrequenz abstrahlt. Die Ölwanne 10 ist
aufgrund des Energiepegels, der in sie gepumpt wird, "gezwungen" zu reagieren.
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Die Ölwanne 10 wird
nicht davon abgehalten, zu vibrieren; jedoch wird ein Geräusch, das
von der Ölwanne 10 abgestrahlt
wird, erheblich gedämpft.
Die Vibrationsisolierung erfolgt lokal auf den Oberflächen der Ölwanne,
nicht an den Befestigungen, die die Ölwanne mit dem Motor verbinden.
Das Nettoergebnis ist eine signifikante Reduzierung der Abstrahleffizienz
der Ölwanne
innerhalb des gewünschten
Frequenzbereichs von 2 kHz und darüber.
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Die
dünne isolierende
Schicht 34 aus Schaumgummi und die äußere Barriere 32 aus
Urethan können
jede beliebige Dicke aufweisen, die genutzt werden kann, um die
Seitenwände 16 und
den Boden 18 der Ölwanne
zu koppeln. Die Dicke der dünnen
isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi und der äußeren Barriere 32 aus
Urethan wird vorzugsweise optimiert, um Frequenzen oberhalb 2 Kilohertz
zu dämpfen.
Die Innenwand 12 der Ölwanne 10 hat
eine typische Dicke von 4,50 mm. In der bevorzugten Ausführungsform
hat die äußere Barriere
aus Urethan eine ungefähre
Dicke von 2,00 mm, während die
dünne isolierende
Schicht aus Schaumgummi eine Dicke zwischen 2,00 und 3,00 mm hat.
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Folglich
besteht die Vorrichtung zur Geräuschminderung
aus einer Ölwanne 10,
einer isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi, die mit
der Ölwanne
gekoppelt ist, und einer äußeren Barriere 32 aus
Urethan, die mit der isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi
gekoppelt ist. Ein signifikanter Teil der Vibrationen mit hoher
Frequenz von den Oberflächen
der Ölwanne
aus Gussaluminium wird durch die dünne isolierende Schicht 34 aus
Schaumgummi an bestimmten Plattenstellen wegen der ausgewählten Differenzen
in den Verbindungsmobilitäten,
d.h. der unterschiedlichen Abstrahleffizienzen aufgrund der Materialeigenschaften
jeder Komponente, isoliert.
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Der
optimale Entwurf der vorliegenden Erfindung ist durch die ausgewählten Materialeigenschaften,
das heißt
Durometer, elastischer Modul etc., und die Dicke der isolierenden
Schaumgummischicht 34 und der äußeren Barriere 32 aus
Urethan bestimmt.
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Eine
zweiter Vorteil besteht darin, dass die äußere Barriere 32 aus
Urethan Energien mit hohen Frequenzen nicht effizient abstrahlt,
das heißt
sie hat im Vergleich zu Aluminium eine viel geringere Abstrahleffizienz
bei hohen Frequenzbändern.
Etwaige Energie hoher Frequenz, die durch die Aluminiumölwanne übertragen
wird, wird durch die äußere Barriere
aus Urethan erheblich weniger wahrscheinlich weiter übertragen.
Folglich wird der Schall mit hoher Frequenz, der von der gegen hohe
Temperaturen beständigen äußeren Barriere
aus Urethan abgestrahlt wird, aufgrund des optimierten Frequenzbereichs seiner
Abstrahleffizienz weiter gedämpft.
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In 3 ist
eine graphische Darstellung des Frequenzverhaltens der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Das Frequenzverhalten ist das Maß der Reaktion
eines beliebigen Systems am Ausgang auf ein Signal unter schiedlicher
Frequenz an seinem Eingang. 3 veranschaulicht
die abgestrahlten Schallleistungspegel für die verbesserte Ölwanne 10 bei
verschiedenen Frequenzen. Die x-Achse repräsentiert die Eingangsfrequenz
in Hertz (Hz), die von 230 Hz bis ungefähr 8000 Hz reicht. Die y-Achse
repräsentiert
den abgestrahlten Schallleistungspegel in Dezibel Agewichtet (dBA),
der von 40 bis 80 dBA reicht.
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Eine
Linie U repräsentiert
das Frequenzverhalten für
eine unbehandelte herkömmliche Ölwanne.
Eine Linie I repräsentiert
die Frequenzverhalten für
die verbesserte Ölwanne 10,
wobei eine dünne isolierende
Schicht 34 aus Schaumgummi mit der Ölwanne gekoppelt ist und eine äußere Barriere 32 aus Urethan
mit der isolierenden Schicht 34 aus Schaumgummi gekoppelt
ist. Wie man aus 3 erkennen kann, strahlt die
verbesserte Ölwanne 10 (Linie
I) verglichen mit der unbehandelten herkömmlichen Ölwanne (Linie U) viel weniger
Geräusch
bei Frequenzen jenseits 2000 Hz ab.
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In
den veranschaulichten Ergebnissen hatte die äußere Barriere aus Urethan eine
ungefähre
Dicke von 2,00 mm, während
die dünne
isolierende Schicht aus Schaumgummi eine Dicke zwischen 2,00 und
3,00 mm aufwies. Die Ergebnisse wurden bei Standardbetriebsbedingungen
einer Last ermittelt, wobei der Motor bei 2500 Umdrehungen pro Minute
drehte und das Motorlast/Arbeit bei 124 Nm lag. Die Basislinie von
0 dBA entspricht 1 pW oder 10–12 W.
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Es
wird ein Verfahren zur Geräuschminderung
in einem Verbrennungsmotor mit einer Ölwanne 10 geschaffen,
wobei eine dünne
Schicht 34 aus Schaumgummi mit der Ölwanne 10 gekoppelt
ist und eine äußere Barriere 32 aus
Urethan mit der dünnen Schicht 34 aus
Schaumgummi gekoppelt ist.
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Obgleich
die besten Verfahren zum Ausführen
der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann
für die
Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative
Entwürfe
und Ausführungsformen,
um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche in die
Praxis umzusetzen.