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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine.
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Derartige Vorrichtungen zur Beeinflussung des Ansauggeräusches werden bei Brennkraftmaschinen dazu eingesetzt, um ein ansprechendes Klangbild beim Ansaugen des Frischgases durch den Verbrennungsmotor zu erzeugen.
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Stand der Technik
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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.
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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).
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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.
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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).
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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.
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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.
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Aufgabenstellung
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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.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Blende als Irisblende ausgebildet. Dadurch ist es möglich eine möglichst kreisrunde Öffnung in der Verschlusseinrichtung zu erhalten.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Blende als Katzenaugenblende ausgebildet. Dadurch ist es möglich die Verschlusseinrichtung besonders kostengünstig zu produzieren.
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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.
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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.
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In einer bevorzugten Ausführung weist der Rohrabschnitt in Richtung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Dadurch werden die ausgesandten Schalwellen besonders vorteilhaft an den Fahrgast übermittelt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Verschlusseinrichtung auf der dem Behälter zugewandten Seite des Rohrabschnitts angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Rohrabschnitt trichterförmig ausgebildet. Dadurch lässt sich der Schall besonders gut verstärken. Bevorzugt ist der Rohrabschnitt als Exponentialtrichter ausgeführt.
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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.
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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 Roh rabschnittsmaßen 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.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Darin zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Behälters mit darin angeordneter Vorrichtung zur Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine.
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2 eine als Irisblende ausgeführte Verschlusseinrichtung.
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3 eine als Katzenaugenblende ausgeführte Verschlusseinrichtung.
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4 Schallwellen beim Passieren einer erfindungsgemäßen Verschlusseinrichtung.
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5 Schallwellen beim Passieren einer Verschlusseinrichtung nach dem Stand der Technik.
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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.
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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.
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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, sodass der Mittelpunkt 8' stationär bleibt.
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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.
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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.