DE102008005085B4

DE102008005085B4 - Verstellbare Helmholtz-Resonatoranordnung

Info

Publication number: DE102008005085B4
Application number: DE102008005085.7A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Prior; Roxann M. Bittner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2028-01-19
Also published as: DE102008005085A1; US20080173271A1; CN101230818A; US7584821B2; CN101230818B

Abstract

Helmholtz-Resonatoranordnung (28), die umfasst: ein Gehäuse (36), das teilweise mindestens ein erste und ein zweites Volumen (38, 40) definiert; ein erstes Hülsenelement (50), das innerhalb des Gehäuses (36) angeordnet ist und ferner das erste und das zweite Volumen (38, 40) definiert; ein zweites Hülsenelement (52), das allgemein koaxial innerhalb des ersten Hülsenelements (50) angeordnet ist und einen Durchgang (56) definiert, durch den ein Gas (14) strömen kann; wobei das zweite Hülsenelement (52) selektiv und variabel in Bezug auf das erste Hülsenelement (50) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist; mindestens eine erste und eine zweite Öffnung (58, 60), die durch das erste Hülsenelement (50) definiert sind; mindestens eine dritte und eine vierte Öffnung (70, 72), die durch das zweite Hülsenelement (52) definiert sind; wobei das zweite Hülsenelement (52) die mindestens eine Öffnung (38, 40) im Wesentlichen blockiert, um eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Volumen (38, 40) und dem Durchgang (56) zu verhindern, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) in der ersten Position befindet; wobei die dritte Öffnung (70) des zweiten Hülsenelements (52) mit der ersten Öffnung (58) ausgerichtet ist, um eine Verbindung zwischen dem ersten Volumen (38) und dem Durchgang (56) zuzulassen, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) in der zweiten Position befindet; wobei die vierte Öffnung (72) des zweiten Hülsenelements (52) mit der zweiten Öffnung (60) ausgerichtet ist, um eine Verbindung zwischen dem zweiten Volumen (40) und dem Durchgang (56) zuzulassen, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) in der zweiten Position befindet; und wobei die erste und zweite Öffnung (58, 60), die dritte und vierte Öffnung (70, 72) und das erste und zweite Volumen (38, 40) zusammenwirken, um zwei Helmholtz-Resonatoren (82, 84) zu bilden, wenn die erste mit der dritten Öffnung (58, 70) und die zweite mit der vierten Öffnung (60, 72) ausgerichtet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (70) derart ausgebildet ist, dass sie sich mit der ersten Öffnung (58) ausrichtet, um eine Verbindung zwischen dem ersten Volumen (38) und dem Durchgang (56) zuzulassen, bevor sich die vierte Öffnung (72) mit der zweiten Öffnung (60) ausrichtet, um eine Verbindung zwischen dem zweiten Volumen (40) und dem Durchgang (56) zuzulassen, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) von der ersten Position in die zweite Position bewegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Helmholtz-Resonatoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie aus der US 3 141 519 A bekannt.
Bezüglich des weiteren Standes der Technik wird auf die Druckschriften JP 2005-207 250 A , US 6 901 752 B2 , JP H01-305 118 A , FR 2 862 339 A1 und US 2005/0 150 718 A1 verwiesen, die sich ebenfalls mit der Schalldämpfung von Motorgeräuschen auseinandersetzen.
Hintergrund der Erfindung
Es können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, um das Ansauggeräusch eines Verbrennungsmotors zu reduzieren. Ein Verfahren ist die Verwendung eines Helmholtz-Resonators an einem Ansaugluftrohr, das ausgebildet ist, um Ansaugluft zu dem Verbrennungsmotor weiterzuleiten. Das Ansaugluftrohr ist typischerweise oberstromig eines Ansaugkrümmers angeordnet und ist ausgebildet, um Ansaugluft zu dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors weiterzuleiten. Ein Helmholtz-Resonator umfasst ein/en Resonanzvolumen oder -raum mit einer kleinen Öffnung, die typischerweise als Hals bezeichnet wird. Der Hals dient dazu, eine Verbindung zwischen dem Resonanzraum und dem Ansaugluftrohr zu ermöglichen. Schallwellen, die durch Komponenten innerhalb des Verbrennungsmotors erzeugt werden, breiten sich entlang des Ansaugluftrohres aus, wobei ihr akustischer Druck auf dem Hals auftrifft und eine Masse von Luft innerhalb des Halses anregt. Der akustische Druck innerhalb des Resonanzraumes reagiert gegen die Luftmasse innerhalb des Halses und erzeugt einen phasenverschobenen akustischen Druck an dem Ansaugluftrohr, um eine Löschung des Ansauggeräusches bei der Resonanzfrequenz zu bewirken. Auf diese Weise wird ein Teil des Motorgeräusches eliminiert, da die phasenverschobenen akustischen Drücke im Ansaugluftrohr einander löschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Helmholtz-Resonatoranordnung anzugeben, die möglichst individuell abstimmbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit einer Helmholtz-Resonatoranordnung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische graphische Veranschaulichung eines Verbrennungsmotors, der ein Ansaugsystem mit einer darin angeordneten verstellbaren Helmholtz-Resonatoranordnung aufweist;
2 ist eine perspektivische Dreiviertel-Schnittansicht der in 1 schematisch abgebildeten verstellbaren Helmholtz-Resonatoranordnung, die die Helmholtz-Resonatoranordnung in einem inaktiven Zustand veranschaulicht; und
3 ist eine perspektivische Dreiviertel-Schnittansicht der verstellbaren Helmholtz-Resonatoranordnung von 2, die die Helmholtz-Resonatoranordnung in einem aktiven Zustand veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren durchgehend gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein Verbrennungsmotor 10 schematisch dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 kann ausgebildet sein, um in einem fremdgezündeten oder einem kompressionsgezündeten Betriebsmodus zu arbeiten. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ein Ansaugsystem 12, das dazu dient, ein Gas wie z. B. Ansaugluft 14 an mehrere Zylinder 16, die durch einen Motorblock 18 des Verbrennungsmotors 10 definiert sind, weiterzuleiten. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner ein Abgassystem 20, das dazu dient, Verbrennungsprodukte 22 aus den Zylindern 16 ausströmen zu lassen oder abzusaugen.
Das Ansaugsystem 12 umfasst einen Luftkasten 24, der ausgebildet ist, um ein Filterelement 26 aufzunehmen, das dazu dient, Partikel aus der Ansaugluft 14 vor dem Einleiten in eine Helmholtz-Resonatoranordnung 28 zu filtern oder zu entfernen. Die Helmholtz-Resonatoranordnung 28 ist ausgebildet, um an einer Laderanordnung 29 befestigt zu werden. Die Laderanordnung 29 dient dazu, das Volumen der zu einem Ansaugkrümmer 30 weitergeleiteten Ansaugluft 14 zu erhöhen und dadurch den volumetrischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 10 zu erhöhen. Der Ansaugkrümmer 30 dient dazu, Ansaugluft 14 zu den Zylindern 16 zu verteilen oder weiterzuleiten.
Die Helmholtz-Resonatoranordnung 28 ist verstellbar, das heißt, sie kann von einem aktiven Zustand, in dem lärmerzeugende Druckschwingungen innerhalb der Ansaugluft 14 im Wesentlichen gedämpft werden, in einen inaktiven Zustand, in dem die lärmerzeugenden Druckschwingungen innerhalb der Ansaugluft 14 nicht gedämpft werden, umgeschaltet werden. Dies ist besonders in Fällen nützlich, in denen der Verbrennungsmotor 10 aufgeladen wird. Der Lader 29 kann ein schrilles „Heulen” erzeugen, das von manchen wahrgenommen werden kann, von anderen jedoch nicht. Die Helmholtz-Resonatoranordnung 28 gestattet die Flexibilität, dieses Heulen selektiv zu dämpfen, falls es für den Fahrer des Fahrzeugs wahrnehmbar ist. Ein Aktuator 32 ist derart ausgebildet, dass er die Helmholtz-Resonatoranordnung 28 in Ansprechen auf von einem Steuergerät 34 empfangene Signale verstellt. Der Aufbau und der Betrieb des Helmholtz-Resonators 28 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 3 in größerem Detail beschrieben.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 2 und 3 ist eine Dreiviertel-Schnittansicht der Helmholtz-Resonatoranordnung 28 gezeigt. Die Helmholtz-Resonatoranordnung 28 umfasst ein Gehäuse 36, das teilweise ein/en ersten/s, zweiten/s, dritten/s, vierten/s, fünften/s und sechsten/s Raum oder Volumen 38, 40, 42, 44, 46 bzw. 48 definiert. Ein erstes allgemein zylindrisches Hülsenelement 50 ist innerhalb des Gehäuses 36 angeordnet und definiert ferner jedes von dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Volumen 38, 40, 42, 44, 46 und 48. Ein zweites allgemein zylindrisches Hülsenelement 52 ist koaxial innerhalb des ersten Hülsenelements 50 angeordnet. Das zweite Hülsenelement 52 ist innerhalb des ersten Hülsenelements 50 drehbar bewegbar, wie durch Pfeile 54 angezeigt. Das zweite Hülsenelement 52 definiert einen Durchgang 56, durch den die Ansaugluft 14 strömt.
Das erste Hülsenelement 50 definiert eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 58, 60, 62, 64, 66 bzw. 68, während das zweite Hülsenelement 52 eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 70, 72, 74, 76, 78 bzw. 80 definiert. Das zweite Hülsenelement 52 ist zwischen einer ersten Position, wie in 2 gezeigt, und einer zweiten Position, wie in 3 gezeigt, bewegbar. Wenn sich das zweite Hülsenelement 52 in der ersten Position befindet, blockiert das zweite Hülsenelement im Wesentlichen das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Volumen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 für eine Verbindung mit dem Durchgang 56 durch die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 58, 60, 62, 64, 66 und 68. Daher befindet sich die Helmholtz-Resonatoranordnung 28, wenn sich das zweite Hülsenelement 52 in der ersten Position befindet, in einem inaktiven Zustand und es erfolgt keine Dämpfung von lärmerzeugenden Druckschwingungen innerhalb der Ansaugluft 14.
Wenn sich das zweite Hülsenelement 52 in der zweiten Position befindet, sind die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 58, 60, 62, 64, 66 und 68 des ersten Hülsenelements 50 mit der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Vielzahl von Öffnungen 70, 72, 74, 76, 78 und 80 des zweiten Hülsenelements 52 ausgerichtet. Daher lässt das zweite Hülsenelement 52 die Verbindung zwischen dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Volumen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 und dem Durchgang 56 zu. Als solches wirken die jeweilige erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 58, 60, 62, 64, 66 und 68; die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 70, 72, 74, 76, 78 und 80; und das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Volumen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 zusammen, um einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Helmholtz-Resonator 82, 84, 86, 88, 90 bzw. 92 zu bilden, wie in 3 gezeigt. Daher befindet sich die Helmholtz-Resonatoranordnung 28, wenn sich das zweite Hülsenelement 52 in der zweiten Position befindet, in einem aktiven Zustand, um zuzulassen, dass die Dämpfung von lärmerzeugenden Druckschwingungen innerhalb der Ansaugluft 14 erfolgt.
Die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 70, 72, 74, 76, 78 und 80, die durch das zweite Hülsenelement 52 definiert sind, können schlitzartige Öffnungen umfassen, um zuzulassen, dass das zweite Hülsenelement 52 die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Vielzahl von Öffnungen 58, 60, 62, 64, 66 und 68 auf eine gestaffelte oder abgestufte Weise freigibt, wenn sich die zweite Hülse von der ersten Position in die zweite Position bewegt und dadurch eine variable Abstimmung der Helmholtz-Resonatoranordnung 28 gestattet. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, besitzen das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Volumen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 verschiedenen Größen; somit können mehrere Frequenzen durch die Helmholtz-Resonatoranordnung 28 gedämpft werden, wenn sie sich im aktiven Zustand befindet. Das Gehäuse 36 und das erste und das zweite Hülsenelement 50 und 52 sind vorzugsweise aus Kunststoff gebildet. Das Gehäuse ist ausgebildet, um durch ein Kopplungselement 94 innerhalb des Ansaugsystems 12 des in 1 schematisch gezeigten Verbrennungsmotor 10 befestigt zu werden. Das Kopplungselement 94 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material wie z. B. Gummi gebildet. Vorzugsweise würde der in 1 gezeigte Aktuator 32 eine Bewegung des zweiten Hülsenelements 52 über das Kopplungselement 94 bewirken. Auf diese Weise wird innerhalb des Ansaugsystems 12 eine Abdichtung aufrechterhalten, um das Eintreten von Umgebungsluft in die Ansaugluft 14 zu verhindern. Eine Betätigung kann bewirkt werden, indem ein nicht gezeigter Hebel, der an dem zweiten Hülsenelement 52 angebracht ist, über das Kopplungselement 94 gedrückt wird. Darüber hinaus kann eine Betätigung über ein nicht gezeigtes Solenoid bewirkt werden, das über einen nicht gezeigten Eisenkolben oder Hebel auf das zweite Hülsenelement 52 wirkt. Wenngleich das zweite Hülsenelement 52 in den 2 und 3 so gezeigt ist, dass es sich innerhalb des ersten Hülsenelements 50 zwischen der ersten und der zweiten Position dreht, ist eine Bewegung des zweiten Hülsenelements 52 in der axialen Position ebenfalls vorstellbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Gehäuse 36 und das erste und das zweite Hülsenelement 50 und 52 aus Kunststoff gebildet; der Fachmann wird jedoch verstehen, dass andere Materialien wie z. B. Aluminium verwendet werden können.

Claims

Helmholtz-Resonatoranordnung (28), die umfasst: ein Gehäuse (36), das teilweise mindestens ein erste und ein zweites Volumen (38, 40) definiert; ein erstes Hülsenelement (50), das innerhalb des Gehäuses (36) angeordnet ist und ferner das erste und das zweite Volumen (38, 40) definiert; ein zweites Hülsenelement (52), das allgemein koaxial innerhalb des ersten Hülsenelements (50) angeordnet ist und einen Durchgang (56) definiert, durch den ein Gas (14) strömen kann; wobei das zweite Hülsenelement (52) selektiv und variabel in Bezug auf das erste Hülsenelement (50) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist; mindestens eine erste und eine zweite Öffnung (58, 60), die durch das erste Hülsenelement (50) definiert sind; mindestens eine dritte und eine vierte Öffnung (70, 72), die durch das zweite Hülsenelement (52) definiert sind; wobei das zweite Hülsenelement (52) die mindestens eine Öffnung (38, 40) im Wesentlichen blockiert, um eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Volumen (38, 40) und dem Durchgang (56) zu verhindern, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) in der ersten Position befindet; wobei die dritte Öffnung (70) des zweiten Hülsenelements (52) mit der ersten Öffnung (58) ausgerichtet ist, um eine Verbindung zwischen dem ersten Volumen (38) und dem Durchgang (56) zuzulassen, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) in der zweiten Position befindet; wobei die vierte Öffnung (72) des zweiten Hülsenelements (52) mit der zweiten Öffnung (60) ausgerichtet ist, um eine Verbindung zwischen dem zweiten Volumen (40) und dem Durchgang (56) zuzulassen, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) in der zweiten Position befindet; und wobei die erste und zweite Öffnung (58, 60), die dritte und vierte Öffnung (70, 72) und das erste und zweite Volumen (38, 40) zusammenwirken, um zwei Helmholtz-Resonatoren (82, 84) zu bilden, wenn die erste mit der dritten Öffnung (58, 70) und die zweite mit der vierten Öffnung (60, 72) ausgerichtet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (70) derart ausgebildet ist, dass sie sich mit der ersten Öffnung (58) ausrichtet, um eine Verbindung zwischen dem ersten Volumen (38) und dem Durchgang (56) zuzulassen, bevor sich die vierte Öffnung (72) mit der zweiten Öffnung (60) ausrichtet, um eine Verbindung zwischen dem zweiten Volumen (40) und dem Durchgang (56) zuzulassen, wenn sich das zweite Hülsenelement (52) von der ersten Position in die zweite Position bewegt.
Helmholtz-Resonatoranordnung nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Hülsenelement (50, 52) eine allgemein zylindrische Form aufweisen.
Helmholtz-Resonatoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (36), das erste Hülsenelement (50) und das zweite Hülsenelement (52) aus Kunststoff gebildet sind.
Helmholtz-Resonatoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (36) ausgebildet ist, um an einem Verbrennungsmotor (10) befestigt zu werden.
Helmholtz-Resonatoranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Aktuator (32), der auf Signale von einem Steuergerät (34) anspricht; und wobei der Aktuator (32) derart ausgebildet ist, dass er das zweite Hülsenelement (52) selektiv und variabel zwischen der ersten Position und der zweiten Position bewegt.