-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Ansauggeräusches
einer Brennkraftmaschine.
-
Derartige
Vorrichtungen zur Beeinflussung des Ansauggeräusches werden
bei Brennkraftmaschinen dazu eingesetzt, um ein ansprechendes Klangbild
beim Ansaugen des Frischgases durch den Verbrennungsmotor zu erzeugen.
-
Stand der Technik
-
Die
DE 101 14 397 A1 zeigt
eine Schallübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
mit mehreren hohlen Übertragungsleitungen, die eingangsseitig
mit dem Ansaugtrakt kommunizierend verbunden sind, und an die jeweils
eine Resonatorkammer angeschlossen ist, die den Schall zum Fahrgastraum überträgt.
Die Resonatorkammern sind je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine
und/oder Schaltzustand einer Schaltsauganlage durch ein Schaltmittel,
welches als Klappe ausgebildet ist, aktivierbar oder deaktivierbar.
-
Als
Nachteil ist zu nennen, dass der Aufbau mit den vielen hohlen Übertragungsleitungen
und den daran angeschlossenen Resonatorkammern sehr aufwändig
und daher kostenintensiv gestaltet ist, sowie eine nicht unerhebliche
Menge an Bauraum verloren geht. Des Weiteren ist es für
den Schall nicht möglich das Schaltmittel in Klappenform
unverfälscht zu passieren, da es bei einer betriebsbedingten Schrägstellung
der Klappe im aktivierten Zustand für den Schall ein Hindernis
darstellt und somit der Schall an den Flächen und Kanten
gebrochen oder reflektiert wird, was sich negativ auf Amplitude und/oder
Frequenz auswirkt. Dadurch wird es sehr schwierig die Vorrichtung
für einen optimalen Klang einzustellen und das Klangbild
im aktivierten Zustand erreicht nicht die Qualität, die
ohne eine Klappe in der Übertragungsleitung realisiert
werden könnte. Ein weiterer Nachteil ist, dass eine starke
und daher größer dimensionierte Verstellmechanik
für die Klappe bereitgestellt werden muss, so dass diese,
bei offen ausgeführten Resonatorkammern, gegen den Druck der
anströmenden, miteingesaugten Luft bewegt werden kann (siehe
auch 5).
-
Die
DE 103 56 583 A1 zeigt
einen Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, der aus einem
Gehäuse mit einem Luftfilterelement besteht, welches zwischen
einer Rohluftschale mit einem Rohlufteinlass und einer Reinluftschale
mit einem Reinluftauslass angeordnet ist. Auf der Reinluftseite,
innerhalb des Gehäuses, ist ein Resonator vorgesehen, der
mittels eines Absperrelements in Form eines unterdruckgesteuerten
Klappenelements oder eines Ventils oder einer Membran in einem Rohrleitungsabschnitt
zwischen Reinluftschale und einer zum Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
führenden Rohrleitung, an- und abgeschaltet werden kann.
Die Verstellung des Klappenelements erfolgt in Abhängigkeit
von der Drehzahl.
-
Als
Nachteil ist zu nennen, dass durch die Anordnung des Resonators
innerhalb des Gehäuses Luftvolumen verloren geht, was nur
durch eine Vergrößerung des Gehäuses
und damit einhergehendem Verbrauch von Bauraum kompensiert werden kann.
Des Weiteren ist es nicht möglich den Schall am Klappenelement
unverfälscht weiter zu leiten, da es bei einer betriebsbedingten
Schrägstellung der Klappe im aktivierten Zustand für
den Schall ein Hindernis darstellt und somit der Schall an den Flächen und
Kanten gebrochen oder reflektiert wird, was sich negativ auf Amplitude
und/oder Frequenz auswirkt. Dadurch wird es sehr schwierig die Vorrichtung
für einen optimalen Klang einzustellen und das Klangbild im
aktivierten Zustand erreicht nicht die Qualität, die ohne
eine Klappe im Rohrleitungsabschnitt realisiert werden könnte.
Ein weiterer Nachteil ist, dass eine starke und daher größer
dimensionierte Verstellmechanik für die Klappe bereitgestellt
werden muss, so dass diese, gegen den Druck der anströmenden,
miteingesaugten Luft bewegt werden kann (siehe auch 5).
-
Die
DE 102 12 257 B4 zeigt
eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug
mit einer Brennkraftmaschine und mit einem Gehäuse, welches
durch eine akustisch inaktive Wandung in mindestens zwei Räume
geteilt ist, wobei ein Raum mit einem gasführenden Teil
der Brennkraftmaschine verbunden ist und der andere Raum mit einem
Motorraum und/oder einem Innenraum und/oder an einem, das Kraftfahrzeug
umgebenden Raum, akustisch angekoppelt ist und innerhalb des Gehäuses
ein schwingfähiges Element angeordnet ist, welches sich
in beide Räume erstreckt. Vor und nach dem Gehäuse
sind Verschließeinrichtungen angeordnet, die vorzugsweise
als Drosselklappen ausgebildet sind, aber auch als Blenden oder
einfach Klappe ausgebildet sein können.
-
Als
Nachteil ist zu nennen, dass im Kraftfahrzeug, neben dem Behälter,
der den Luftfilter beinhaltet, ein weiterer Behälter mit
daran angeordneten Röhren untergebracht werden muss, der
lediglich der Geräuschgestaltung dient, aber durch seine
Funktion als Resonanzkammer, Bauraum in nicht unerheblichem Maße
einnimmt und zusätzliche Kosten verursacht. Des Weiteren
neigt das schwingfähige Element, durch seine betriebsbedingten
Vibrationen, dazu bei längerem Gebrauch zu ermüden,
was sich negativ auf das Klangbild auswirkt.
-
Aufgabenstellung
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Vorrichtung zur Beeinflussung
des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine bereitzustellen,
die wenig Bauraum einnimmt, geringe Kosten verursacht, nahezu verschleißfrei
arbeitet, den Schall möglichst wenig beeinträchtigt,
sowie mit einer vergleichsweise schwachen Verstellmechanik auskommt.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Eine
Vorrichtung zur Beeinflussung des Ansauggeräusches einer
Brennkraftmaschine hat, einen Behälter mit einer darin
angeordneten Filtereinrichtung, die das Behältervolumen
in zwei Bereiche aufteilt, wobei ein Bereich eine schmutzige Seite
für ungereinigtes Gas und ein weiterer Bereich, auf der anderen
Seite der Filtereinrichtung, eine saubere Seite für gereinigtes
Gas darstellt, eine Ansaugöffnung für Frischgas,
die mit der schmutzigen Seite des Behälters in Verbindung
steht, eine Auslassöffnung, die von der sauberen Seite
des Behälters zur Brennkraftmaschine führt, eine Öffnung
im Behälter, die mit einer Verschlusseinrichtung, deren Öffnungsgrad
von ihrem Mittelpunkt ausgehend, stufenlos radial verstellbar ist,
versehen ist, sowie eine Aktuatorik, mit welcher die Verstellung
des Öffnungsgrads der Verschlusseinrichtung durchführbar
ist.
-
Indem
eine Öffnung im Behälter angeordnet ist, ist es
möglich, dass Schall durch diese Austritt und somit ein
besonders ansprechendes Klangbild für den Hörer
entsteht, welches mit seiner Intensität jenes Klangbild übertrifft,
das mit einem herkömmlichen Behälter erreicht
werden könnte. Durch die Öffnung im Behälter
lassen sich besonders die bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen nur
noch schwach vorhandenen Pulsationen im Ansaugtrakt derart verstärken,
dass auch hier ein besonders ansprechendes Klangbild entsteht. Dadurch,
dass lediglich eine Öffnung im Behälter vorgesehen
ist, wird für die Schallabstrahlung kein zusätzlicher
Bauraum in Anspruch genommen und die Vorrichtung lässt
sich folglich auch sehr kostengünstig ausführen.
Durch den Verzicht auf zusätzlich schwingende Einrichtungen,
wie beispielsweise Membranen, entsteht praktisch kein Verschleiß.
Die Verschlusseinrichtung bietet die Möglichkeit den Öffnungsgrad
der Öffnung stufenlos zu variieren. Dadurch lässt
sich die Schallabstrahlung besonders vorteilhaft regulieren. Indem der Öffnungsgrad
aus der Mitte der Verschlusseinrichtung ausgehend stufenlos radial
verstellt werden kann, ist es ausgeschlossen, dass sich, die Schallabstrahlung
beeinträchtigende Einrichtungen, im Bereich der Öffnung
befinden, wie es beispielsweise bei einer schräg gestellten
Klappe der Fall wäre. Der Schall hat immer die Möglichkeit
durch eine möglichst kreisrunde Öffnung den Behälter
zu verlassen, wobei der Öffnungsgrad und somit der Durchmesser der Öffnung
stufenlos variabel verstellbar ist. Dadurch können sich
die Schallwellen der im Ansaugtrakt vorhandenen Pulsationen nicht
an in der Öffnung befindlichen Einrichtungen, insbesondere
Teilen der Verschlusseinrichtung, reflektieren und/oder brechen,
so dass das Klangbild nicht verfälscht wird. Indem die
Verschlusseinrichtung quer zur Ausbreitung der Schallwellen und/oder
der unbeabsichtigt mit angesaugten Luft radial verstellt wird, ist
sichergestellt, dass nur sehr geringe Stellkräfte auftreten und
daher eine schwach dimensionierte Verstellmechanik ausreichend ist.
Bei herkömmlichen Verschlusseinrichtungen, wie beispielsweise
Klappen, müssen diese gegen den Druck der Schallwellen und/oder
der unbeabsichtigt einströmenden Luft verstellt, insbesondere
geschwenkt werden, was auf Grund der höheren Stellkräfte
eine stärkere Verstellmechanik erfordert.
-
In
einer bevorzugten Ausführung kann die Verschlusseinrichtung
eine Schließstellung, die einen minimalen Öffnungsgrad
aufweist, und eine Durchlassstellung, die einen maximalen Öffnungsgrad
aufweist, einnehmen. In der Schließstellung mit minimalem Öffnungsgrad
verhindert die Verschlusseinrichtung, dass die Schallwellen aus
dem Ansaugtrakt durch die Öffnung im Behälter
austreten können. Die Schallabstrahlung ist auf ein Minimum
reduziert. In der Durchlassstellung mit maximalen Öffnungsgrad
ist es möglich, dass die Schallwellen aus dem Ansaugtrakt
durch die Öffnung im Behälter austreten können.
Die Schallabstrahlung hat ihr Maximum erreicht.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist die Verschlusseinrichtung
als Blende ausgebildet. Dadurch lässt sich die aus der
Mitte ausgehende stufenlose, sowie radiale Verstellung der Verschlusseinrichtung besonders
leicht umsetzen.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist die Blende als Irisblende
ausgebildet. Dadurch ist es möglich eine möglichst
kreisrunde Öffnung in der Verschlusseinrichtung zu erhalten.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist die Blende als Katzenaugenblende
ausgebildet. Dadurch ist es möglich die Verschlusseinrichtung
besonders kostengünstig zu produzieren.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist der Öffnungsgrad
der Verschlusseinrichtung von der Aktuatorik in Abhängigkeit
der Last der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit
einer Eingabe durch einen Fahrgast verstellbar. Dadurch ist es möglich
bestimmte Schalleigenschaften durch verstellen des Öffnungsgrades
der Verschlusseinrichtung durch die Aktuatorik noch weiter hervorzuheben
und/oder zu variieren. Dies kann entweder automatisch erfolgen, insbesondere
in Abhängigkeit von der momentanen Last der Brennkraftmaschine,
und/oder indem der Fahrgast, vorzugsweise über eine Eingabe
an einem Fahrzeugbediensystem, bestimmte Vorgaben bezüglich
der Schallabstrahlung stellt. Dies beinhaltet insbesondere das weitestgehende
abschalten der Vorrichtung oder das Einstellen einer gewissen Schallabstrahlung.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist ein Rohrabschnitt so an
der Öffnung angeordnet, dass der Öffnungsgrad
des Rohrabschnitts von der Verschlusseinrichtung verstellbar ist.
Durch den Rohrabschnitt kann der Schall besser gebündelt
und die Richtung der Schallabstrahlung besser vorbestimmt werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführung weist der Rohrabschnitt in
Richtung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Dadurch werden
die ausgesandten Schalwellen besonders vorteilhaft an den Fahrgast übermittelt.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist die Verschlusseinrichtung
auf der dem Behälter zugewandten Seite des Rohrabschnitts
angeordnet.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist der Rohrabschnitt trichterförmig
ausgebildet. Dadurch lässt sich der Schall besonders gut
verstärken. Bevorzugt ist der Rohrabschnitt als Exponentialtrichter ausgeführt.
-
In
einer bevorzugten Ausführung ist die Öffnung auf
der schmutzigen Seite des Behälters angeordnet. Dadurch
wird sichergestellt, dass durch die Öffnung unbeabsichtigt
miteingesaugte Luft zuerst die Filtereinrichtung durchlaufen muss,
bevor sie zur Brennkraftmaschine gelangt. Dies ist wichtig, um keine
Schäden an der Brennkraftmaschine durch Verunreinigung
der Luft hervorzurufen.
-
In
einer bevorzugten Ausführung können mehrere derartige
Vorrichtungen zur Beeinflussung des Ansauggeräusches am
Behälter angeordnet sein. Indem beispielsweise mehrere
derartige Vorrichtungen mit verschiedenen Öffnungsdurchmessern
und/oder Rohrabschnittsmaßen miteinander kombiniert werden,
ist es möglich ein vielfältigeres Klangspektrum
zu erzeugen. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder
Wunsch des Fahrgastes können die Öffnungsgrade
der jeweiligen Öffnungen im Behälter durch die
zugeordneten Verschlusseinrichtungen verstellt werden. Dies ermöglicht
die Kombination verschiedener Schalleigenschaften aus den einzelnen Öffnungen.
-
Ausführungsbeispiel
-
Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
-
Darin
zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht eines Behälters mit darin angeordneter Vorrichtung
zur Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine.
-
2 eine
als Irisblende ausgeführte Verschlusseinrichtung.
-
3 eine
als Katzenaugenblende ausgeführte Verschlusseinrichtung.
-
4 Schallwellen
beim Passieren einer erfindungsgemäßen Verschlusseinrichtung.
-
5 Schallwellen
beim Passieren einer Verschlusseinrichtung nach dem Stand der Technik.
-
Gemäß 1 hat
eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Ansauggeräusches
einer Brennkraftmaschine einen Behälter 1, der
durch eine Filtereinrichtung 2, insbesondere einem Plattenfilter,
in zwei Bereiche (3, 4) aufgeteilt wird, wobei
der eine Bereich eine saubere Seite 3 für gereinigtes
Gas und der andere Bereich, auf der gegenüberliegende Seite
der Filtereinrichtung 2, eine schmutzige Seite 4 für
ungereinigtes Gas bildet. Ungereinigtes Gas strömt dabei durch
die Ansaugöffnung 5 auf die schmutzige Seite 4 in
den Behälter 1 ein und wird beim Wechsel auf die saubere
Seite 3 von der Filtereinrichtung 2 gereinigt. Durch
die Auslassöffnung 6 gelangt das gereinigte Gas
von der sauberen Seite 3 zur Brennkraftmaschine. Auf der
schmutzigen Seite 4 ist eine Öffnung 7 im Behälter 1 vorgesehen,
die mit einem in Richtung Fahrgastzelle weisenden Rohrabschnitt 7' versehen ist,
der bevorzugt als Trichter und besonders bevorzugt als Exponentialtrichter
ausgebildet ist. Innerhalb des Behälters 1 ist
eine Verschlusseinrichtung 8 derart angeordnet, dass damit
der Öffnungsgrad der Öffnung 7 von ihrer
Mitte aus stufenlos radial verstellbar ist. Die Verstellung der
Verschlusseinrichtung 8 wird durch eine Aktuatorik 9 bewerkstelligt.
Die Aktuatorik 9 kann die Verschlusseinrichtung 8 zumindest
in eine Schließstellung, die einen minimalen Öffnungsgrad der
Verschlusseinrichtung aufweist, und eine Durchlassstellung, die
einen maximalen Öffnungsgrad der Verschlusseinrichtung 8 aufweist,
verstellen, wobei vorzugsweise auch weitere Stellungen zwischen Schließstellung
und Durchlassstellung vorgesehen sind, um den Vorteil der stufenlosen
Verstellbarkeit optimal zu nutzen. Die Aktuatorik 9 nimmt
die Verstellung der Verschlusseinrichtung 8 entweder in
Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit
einer Eingabe durch einen Fahrgast vor. Besonders vorteilhaft lässt
sich die Verstellung der Verschlusseinrichtung 8 in Abhängigkeit
der Last der Brennkraftmaschine dadurch bewerkstelligen, indem ein
Kennfeld hinterlegt wird, auf dessen Basis die Aktuatorik 9 die
Verstellung der Verschlusseinrichtung 8 vornimmt. In dieses
Kennfeld können Daten wie die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder
Gaspedalstellung und/oder Fahrgeschwindigkeit eingehen. Die Verstellung
der Verschlusseinrichtung 8 in Abhängigkeit einer
Eingabe durch einen Fahrgast erfolgt besonders vorteilhaft, indem
der Fahrgast eine Eingabe an einer Armatur, insbesondere einem Bildschirmeingabesystem,
des Kraftfahrzeuges macht, bei dem die gewünschten Schalleigenschaften
ausgewählt werden können. Dabei können
feste Stufen, wie „Aus", „Normal", „Sport"
oder „Race" vorgesehen sein, die verschiedene Schalleigenschaften
bedingen. Die Aktuatorik 9 kann eine solche Eingabe auch
mit dem Kennfeld der Last der Brennkraftmaschine kombinieren und
so ein besonders individuelles und gut abgestimmtes Klangbild erzeugen.
-
Gemäß 2 hat
eine Verschlusseinrichtung 8 eine Irisblende 8a,
deren Öffnungsgrad von ihrem Mittelpunkt 8' aus
stufenlos radial verstellbar ist. Dazu ist ein drehbarer Ring 10 um
die Irisblende 8a angeordnet, der mit einem Zahnrad 11a der
Aktuatorik 9 in Verbindung steht. Dreht sich das Zahnrad 11a, so überträgt
sich die Drehung auf den Ring 10 und führt zu
einer Verstellung des Öffnungsgrades der Irisblende 8a.
-
Gemäß 3 hat
eine Verschlusseinrichtung 8 eine Katzenaugenblende 8b,
deren Öffnungsgrad von ihrem Mittelpunkt 8' aus
stufenlos radial verstellbar ist. Dazu ist zumindest eine, vorzugsweise zwei
Schienen 13 vorgesehen, die an gegenüberliegenden
Seiten der Katzenaugenblende 8b angeordnet eine lineare
Verstellung ermöglichen. Mit einer der Schienen 13 steht
ein Zahnrad 11b in Verbindung, welches an der Aktuatorik 9 angebracht
ist. Dreht sich das Zahnrad 11b, so wird die Schiene 13 derart
verschoben, dass sich die Katzenaugenblende 8b verstellt.
Bevorzugt wird die lineare Bewegung gleichmäßig
auf beide Hälften der Katzenaugenblende 8b verteilt,
so dass der Mittelpunkt 8' stationär bleibt.
-
In 4 ist
der Verlauf der Schallwellen bei einer erfindungsgemäßen
Verschlusseinrichtung 8 gezeigt, die von einer Schallquelle
SQ durch den Rohrabschnitt 7' wandern. Die Verschlusseinrichtung 8 befindet
sich hierbei in einer Mittelstellung zwischen Schließstellung
und Durchlassstellung. Man erkennt, dass die Schallwellen beim Passieren
der Verschlusseinrichtung 8 kaum gestört werden
und fast ungehindert weiter wandern können. Dadurch werden
die Schalleigenschaften so wenig wie möglich negativ beeinflusst.
-
In 5 ist
der Verlauf der Schallwellen bei einer Verschlusseinrichtung 12 nach
dem Stand der Technik gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine Klappe 12,
die um einen Drehpunkt 12' verschwenkt werden kann. Auch
sie kann eine Schließstellung, bei der die Klappe 12 den
Rohrabschnitt 7' maximal versperrt und eine Durchlassstellung,
bei der die Klappe 12 den Rohrabschnitt 7' minimal
versperrt einnehmen. In der Schließstellung steht die Klappe 12 dazu quer
zur Laufrichtung der, von der Schallquelle SQ emittierten Schallwellen
und verhindert ein Passieren der Schallwellen vollständig.
In der Durchlassstellung zeigt die Klappe 12 in Richtung
der Schallwellen und ermöglicht ein Passieren der Schallwellen.
Im konkreten Beispiel ist die Klappe 12 gezeigt, wie sie
sich in einer Mittelstellung zwischen Schließstellung und Durchlassstellung
befindet. Dabei steht die Klappe 12 schräg angewinkelt
zu den auftreffenden Schallwellen der Schallquelle SQ. Durch die
Schrägstellung verändert sich beim Passieren der
Klappe 12 der Abstand zwischen Oberfläche der
Klappe 12 und der Innenwand des Rohrabschnitts 7' kontinuierlich. Das
führt zu einer unregelmäßigen Reflektion
der Schallwellen an der Klappenoberfläche 12 und
damit zu einer Frequenz- und Amplitudenänderung entlang der
Klappenoberfläche 12, was die Schalleigenschaften
stark negativ beeinflusst.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10114397
A1 [0003]
- - DE 10356583 A1 [0005]
- - DE 10212257 B4 [0007]