DE102010017933B4

DE102010017933B4 - Geräuschdämpfer für variable Frequenzen für rotierende Einrichtungen

Info

Publication number: DE102010017933B4
Application number: DE102010017933.7A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Prior
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: DE102010017933A1; CN101871377B; CN101871377A; US7708113B1

Abstract

Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz, die umfasst: einen zentralen Abschnitt (56, 57; 90), der um eine erste Achse (72, 74; 78) drehbar ist; einen radialen Abschnitt (52, 54; 84), der sich von dem zentralen Abschnitt (56, 57; 90) nach außen erstreckt; eine durch den radialen Abschnitt (52, 54; 84) definierte Kammer (58; 88) mit einem geschlossenen ersten Ende (68; 98) und einem zweiten Ende (60), das nach außerhalb des radialen Abschnitts (52, 54; 84) hin offen ist; eine zweite Achse (62; 91), die durch die Kammer (58; 88) definiert ist und eine dazu radiale Komponente aufweist; einen in der Kammer (58; 88) angeordneten Kolben (64; 94) für eine Bewegung entlang der zweiten Achse (62; 91) in Ansprechen auf eine Zentrifugalkraft, die auf den Kolben (64; 94) durch eine Rotation des zentralen Abschnitts (56, 57; 90) und des radialen Abschnitts (52, 54; 84) um die erste Achse (72, 74; 78) herum ausgeübt wird; ein Vorspannelement (66; 96) mit einem ersten Ende, das in der Kammer (58; 88) befestigt ist, und einem zweiten Ende, das an dem Kolben (64; 94) befestigt ist, um eine Bewegung des Kolbens (64; 94) entlang der zweiten Achse (62; 91) zu begrenzen; und eine Viertelwellenkammer mit variabler Länge (L), die durch die Kammer (58; 88), das zweite offene Ende (60) der Kammer (58; 88) und den Kolben (64; 94) definiert ist und eine variable Länge (L) zur Dämpfung einer Geräuschfrequenz aufweist, die durch die Position des Kolbens (64; 94) entlang der zweiten Achse (62; 91) der Kammer (58; 88) definiert ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Geräuschdämpfung für variable Frequenzen für rotierende Einrichtungen und insbesondere auf ein Viertelwellenrohr mit variabler Länge und variablem Volumen.
HINTERGRUND
Die Verwendung von Verbrennungsmotoren, egal ob stationär oder mobil, erfordert oft einen wesentlichen Entwicklungsaufwand bei Geräusch, Vibration und Rauhigkeit (”NVH”), um natürlich erzeugte Geräuschfrequenzen zu verringern. Rotierende Einrichtungen, die in Verbrennungsmotoren installiert oder damit verbunden sind, tragen häufig zu einem derartigen Geräusch bei. Rotierende Teile, wie etwa Ventilatorflügel oder Ladernocken, können Geräusche erzeugen, die über einen Frequenzbereich primär als eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit der Komponente variieren. Zudem können rotierende Komponenten auch ein Geräusch erzeugen, wenn sie an stationären Objekten vorbeilaufen.
Geräusch unter der Motorhaube und im Ansaugsystem, das mit einem Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor verbunden ist, ist aufgrund des Wunsches zur Bereitstellung eines ruhigen und komfortablen Fahrerlebnisses für den Bediener des Fahrzeugs ein Ziel eines wesentlichen NVH-Schwerpunkts. Ein vom Motor erzeugtes Ansauggeräusch hängt von der jeweiligen Motorkonfiguration ab und kann durch Faktoren, wie etwa die Anzahl der Zylinder und das Volumen und die Gestalt des Ansaugkrümmers, der Luftkammer und der Ansaugkanäle beeinflusst werden. Der Einsatz einer Ansaugkompression durch die Verwendung eines motorgetriebenen Laders oder eines abgasgetriebenen Turboladers kann ebenfalls wesentlich zu dem Geräusch unter der Motorhaube beitragen. Zu weiteren vom Motor unter der Motorhaube erzeugten Geräuschen können rotierende Zubehörantriebe, zugehöriges Zubehör und Ventilatoren zum Kühlen des Motors beitragen.
Viertelwellenrohre erzeugen eine geräuschauslöschende Welle mit einer Frequenz, die auf eine Wellenlänge abgestimmt ist, die viermal so lange wie das Viertelwellenrohr ist. Viertelwellenrohre werden oft verwendet, um ein Geräusch zu verringern, das von Motoransaugsystemen erzeugt wird, sie weisen aber typischerweise eine feste Länge auf und sind daher auf das Ansprechen spezifischer Frequenzen beschränkt. Geräusch mit einer variierenden Frequenz oder Geräusch mit mehreren verschiedenen Ordnungen, wie es etwa von mit variablen Geschwindigkeiten rotierenden Komponenten erzeugt werden kann, kann die Verwendung mehrerer Viertelwellenrohre oder anderer Geräuschdämpfungslösungen erforderlich machen, die kostspielig, schwer einzubauen und von begrenzter Wirkung sein können.
Es ist folglich wünschenswert, einen Geräuschdämpfer, wie etwa ein Viertelwellenrohr, bereitzustellen, der variierende Geräuschfrequenzen dämpfen kann, die von rotierenden Einrichtungen erzeugt werden.
Die Druckschrift US 2 214 894 A offenbart eine Geräuschdämpfungseinrichtung für Ansaug- und Auslasssysteme von Brennkraftmaschinen, deren Dämpfungsfrequenz durch eine manuell verstellbare Vorrichtung justiert werden kann.
In der Druckschrift DE 33 28 519 A1 ist ein Schallschutzschirm für Autoreifen offenbart, um deren Geräuschentwicklung beim Rollen zu dämpfen. Der Schallschutzschirm besteht aus einer Schallschutzscheibe mit einer Vielzahl von in Scheibenumfangsrichtung dicht nebeneinanderliegenden, sich zum Scheibenaußenrand öffnenden Resonatorhohlräumen. Eine Dichtungslippe gibt die Hohlraumöffnungen drehzahlabhängig frei.
Die Druckschrift US 2008/0 060 622 A1 offenbart einen Superlader mit einem geräuschdämpfenden Gehäuse, bei dem eine Gehäuserückwand mit Ausnehmungen versehen und diese durch eine perforierte Abdeckscheibe abgedeckt ist. Die Ausnehmungen in Verbindung mit den Perforierungen bilden Helmholz-Resonatoren, die ausgewählte Frequenzen dämpfen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Geräuschdämpfungseinrichtung für variable Frequenzen bereitgestellt, die einen zentralen Abschnitt, der um eine erste Achse drehbar ist, einen radialen Abschnitt, der sich von dem zentralen Abschnitt nach außen erstreckt, eine Kammer, die durch den radialen Abschnitt definiert ist und ein geschlossenes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, das nach außerhalb des radialen Abschnitts offen ist, und eine zweite Achse umfasst, die durch die Kammer definiert ist und eine radiale Komponente aufweist. Ein Kolben ist in der Kammer angeordnet und kann in Ansprechen auf eine Zentrifugalkraft, die auf den Kolben durch eine Rotation des zentralen Abschnitts und des radialen Abschnitts um die erste Achse herum ausgeübt wird, entlang der zweiten Achse bewegt werden. Ein Vorspannelement mit einem ersten Ende, das in der Kammer befestigt ist, und einem zweiten Ende, das an dem Kolben befestigt ist, ist ausgestaltet, um eine Bewegung des Kolbens entlang der zweiten Achse zu begrenzen. Eine Viertelwellenkammer mit variabler Länge ist durch die Kammer, das zweite offene Ende der Kammer und den Kolben definiert und weist eine Länge zur Dämpfung von Geräusch mit variabler Frequenz auf, die durch die Position des Kolbens entlang der zweiten Achse der Kammer definiert ist.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Ziele, Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur anhand von Beispielen in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
1 eine schematische Draufsicht auf einen Motorraum eines Kraftfahrzeugs ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugladers ist;
3 eine perspektivische Ansicht der verschachtelten Rotoren des Laders von 2 ist;
4 eine vergrößerte Ansicht eines der Rotoren von 3 ist;
5 eine perspektivische Ansicht einer Kühlungsventilatoranordnung ist;
6 eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Kühlungsventilatorschaufel der Kühlungsventilatoranordnung von 5 in einem ersten Betriebsmodus ist; und
7 eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Kühlungsventilatorschaufel der Kühlungsventilatoranordnung von 5 in einem zweiten Betriebsmodus ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht 1 eine Region 10 unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs 12. Ein Verbrennungsmotor 14 kann eine Reihenkonfiguration, eine V-Konfiguration, eine flache/Boxer-Konfiguration oder eine andere bekannte Konfiguration umfassen, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem kann der Verbrennungsmotor 14 eine beliebige Anzahl von Zylindern umfassen, wie etwa 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder 12, wie sie häufig über einen weiten Bereich von Fahrzeuganwendungen hinweg verwendet werden. Ein Verbrennungsluft-Ansaugsystem, das allgemein mit 16 bezeichnet ist, umfasst Luftansaugleitungen 18, einen Luftansaugkrümmer 20 und bei der in 1 gezeigten Konfiguration einen Lader 22 zur Komprimierung von Verbrennungsluft vor der Lieferung an den Ansaugkrümmer 20 und dadurch zur Verbesserung der Leistung des Verbrennungsmotors 14.
Ein Kühlsystem 24 ist ausgestaltet, um ein Kühlmedium, wie etwa eine Mischung aus Glykol und Wasser, durch den Verbrennungsmotor 14 zirkulieren zu lassen, um überschüssige Wärme davon zu entfernen. Das Kühlsystem wird typischerweise Kühlschläuche 26 umfassen, die ein Kühlmittel zu einem Radiator 28 hin und von diesem weg leiten. Der Radiator 28 ist im Allgemeinen mit einem oder mehreren Kühlungsventilatoren 30 verbunden, die motorgetrieben oder elektrisch angetrieben sein können und ausgestaltet sind, um Luft über (nicht gezeigte) Kühlrippen im Radiator 28 zu drücken, um dadurch Wärme aus dem Kühlmedium, das dort hindurch strömt, zu entfernen.
Mit Bezug nun auf 2 und 3 kann der Lader 22 bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Verdränger- oder Rotationslader mit schraubenförmigen Nocken sein, der ein sich axial erstreckendes Gehäuse 32 umfasst, das einen Innenhohlraum 34 aufweist, der durch eine Umgebungswand 36 und stromaufwärts und stromabwärts gelegene Endwände 38 bzw. 40 definiert ist. Ein Einlassdurchgang 42 in der stromaufwärts gelegenen Endwand 38 stellt eine Fluidverbindung des Innenhohlraums 34 mit einer Quelle von Einlassluft von dem Verbrennungsluft-Ansaugsystem 16 her. Ein Auslassdurchgang 44 erstreckt sich benachbart zu der stromabwärts gelegenen Endwand 40 des sich axial erstreckenden Gehäuses 32 durch die Umgebungswand 36 hindurch und verbindet den Innenhohlraum 34 mit einer druckbeaufschlagten Seite 46, 1, des Verbrennungsluft-Ansaugsystems 16. In dem Innenhohlraum 34 ist ein Paar Laderrotoren 48 und 50 drehbar montiert, die jeweils mehrere sich radial erstreckende Abschnitte oder Nocken 52 und 54 mit einander entgegengesetzten Steigungswinkeln aufweisen. Die Rotornocken 52 und 54 sind verschachtelt, wenn sie in den Innenhohlraum 34 des Ladergehäuses 32 eingebaut sind, um mit dem Gehäuse eine Reihe schraubenförmiger Rotorkammern (nicht gezeigt) zu definieren. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform sind die sich radial erstreckenden Rotornocken 52 und 54 mit gleichen und einander entgegengesetzten Steigungswinkeln verdreht. Die Richtung der Verdrehung der Rotornocken 52 von dem Einlassdurchgang 42 zu dem Auslassdurchgang 44 verläuft gegen den Uhrzeigersinn, während die Richtung der Verdrehung oder die Steigungsänderung der Rotornocken 54 im Uhrzeigersinn verläuft. Eine motorgetriebene Welle (nicht gezeigt), die riemen-, ketten- oder zahnradgetrieben sein kann, rotiert die Laderrotoren 48, 50 an sich axial erstreckenden zentralen Abschnitten oder Rotorwellen 56 und 57, die Rotorwellenachsen 72 bzw. 74 definieren. Wenn die Motordrehzahl zunimmt, wird die Rotationsgeschwindigkeit der Laderrotoren 48, 50 ebenfalls zunehmen, wodurch ein zunehmendes Volumen an Verbrennungsansaugluft durch den Einlassdurchgang 42 gezogen wird. Die mit dem Einlassdurchgang 42 verbundene Verbrennungsluft kann als Folge der schnellen Rotation der Rotornocken 52, 54 einem Druckpulsieren unterworfen sein, wenn diese mit dem Einlassdurchgang 42 indizieren.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform, die in 3 und 4 im Detail gezeigt ist, enthalten die sich radial erstreckenden Rotornocken 52 und 54 hohle Abschnitte oder Kammern 58, die sich innerhalb zumindest eines Abschnitts jedes Nocken radial nach innen und axial entlang einer Kammerachse 62 erstrecken. Die Kammern 58 können einem beliebigen geeigneten nach innen gerichteten Axialpfad folgen, der ein Rotationsgleichgewicht der Rotoren 48, 50 fördert. Die Kammern 58 enden durch Durchgänge 60 benachbart zu dem Lufteinlassdurchgang 42, der mit der stromaufwärts gelegenen Endwand 38 des Ladergehäuses 32 verbunden ist. Die hohlen Laderrotoren 48, 50 können unter Verwendung von Verfahren, wie etwa einem Bohren nach dem Gießen, einem Feinguss, einem Druckguss mit schraubenförmigem Ziehen oder einem anderen geeigneten Herstellungsverfahren erzeugt werden und bestehen typischerweise aus einer Metalllegierung, einer Keramik oder einem anderen geeigneten Material, das in der Lage ist, Haltbarkeit bei einer Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck zu zeigen. Die Rotornockenkammern 38 bewirken eine Verringerung der Rotationsträgheit der Rotornocken 52, 54.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die Achsen 62 der Rotornockenkammern 58 in 4 sowohl eine axiale Komponente als auch eine radiale Komponente mit Bezug auf die Rotorwellenachsen 72, 74. Ein Kolben 64 ist in jeder Rotornockenkammer 58 angeordnet und ist für eine Bewegung innerhalb der Kammer entlang der Kammerachse 62 ausgestaltet. Vorspannelemente, wie etwa Federn 66, sind axial innerhalb jedes Kolbens 64 angeordnet. Die Federn sind an den Rotornocken 52 und 54 benachbart zu den geschlossenen inneren Enden 68 der Rotornockenkammern 58 sowie an den Kolben 64 angebracht, um ein Entweichen der Kolben durch die Kammerdurchgänge 60 während eines Betriebs des Laders zu verhindern. Die mehreren sich radial erstreckenden Rotornocken 52, 54, die Rotornockenkammern 58, die in den Durchgängen 60 enden, und die vorgespannten Kolben 64 wirken zusammen, um Geräuschdämpfungseinrichtungen oder Viertelwellenrohre 70 zu definieren.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform drehen die motorgetriebenen zentralen Abschnitte oder Rotorwellen 56, 57 während eines Betriebs des Verbrennungsmotors 14 die Laderrotoren 48 und 50 und die zugehörigen sich radial erstreckenden Rotornocken 52 und 54. Als eine Folge der radialen Komponente in der Achse 62 jeder Rotornockenkammer 58 relativ zu den Achsen 72, 74 der Rotorwellen 56 und 57 wird jeder der Kolben 64 einer nach außen gerichteten Zentrifugalkraft in den Nockenkammern unterworfen sein, wenn sich die Rotoren drehen. Als Folge der radial nach außen gerichteten Kraft werden sich die Kolben 64 in 3 und 4 gegen die Vorspannung der Federn 66 entlang der Nockenkammerachsen 62 zu den Durchlässen 60 der Nockenkammern 58 bewegen.
Die Auswirkung der Kolbenbewegung wird sein, dass die Länge (”L”) der Viertelwellenrohre 70 verkürzt wird, was zu einer variablen Einstellung der Geräuschfrequenz, welche von den Viertelwellenrohren gedämpft wird, auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit des Motors 14 und der damit verbundenen Drehgeschwindigkeit der Laderrotoren 48 und 50 führt. Insbesondere sind die gedämpften Frequenzen, wenn die Drehgeschwindigkeit ansteigt, höher als diejenigen, die bei niedrigeren Drehgeschwindigkeiten gedämpft werden. Eine derartige Variation ermöglicht, dass das Druckpulsieren, das am Einlass des Ladergehäuses 32 vorhanden ist, effektiv verringert werden kann, da es auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit der Laderrotoren 48, 50 variiert. Eine Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Motors 14 und der Laderrotoren 48 und 50 und eine folgende Verringerung der Trägheitskräfte, die auf die Kolben 64 wirken, wird bewirken, dass die Vorspannkraft der Federn 66 die Kolben 64 in die Kammern 58 der Rotornocken 52, 54 zurückzieht, wodurch die Länge ”L” der Viertelwellenrohre 70 erhöht wird; dies führt wiederum zu einer variablen Einstellung der Geräuschfrequenz, die auf der Grundlage der Drehzahl des Motors 14 gedämpft wird. Da die auf den Kolben wirkende Radialkraft proportional zu dem Quadrat der Geschwindigkeit ist, kann es sein, dass eine Feder 66 mit einer nichtlinearen Federkonstante benötigt wird, um gewünschte Abstimmeigenschaften über einen Motordrehzahlbereich zu erreichen. Wenn alternativ nur zwei Geräuschfrequenzen eine Dämpfung benötigen, können die Federn 66 linear sein und ein (nicht gezeigter) Kolbenanschlag, der an einer gewünschten Position entlang der Länge der Kammer 58 angeordnet ist, kann verwendet werden, um die Länge ”L” des Rohrs bei einer Drehzahl zu fixieren.
Bisher wurden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit einer Anwendung auf rotierende Rotornocken eines Laders für einen Verbrennungsmotor beschrieben. Es ist festzustellen, dass die Erfindung andere in Betracht gezogene Ausführungsformen aufweist, um Geräuschfrequenzen, die von rotierenden Einrichtungen erzeugt werden, auf variable Weise zu verringern. Mit Bezug auf 5 ist eine Ventilatorverkleidungsanordnung 73 für eine Kraftfahrzeuganwendung, wie etwa diejenige, die in 1 veranschaulicht ist, gezeigt. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Ventilatorverkleidungsanordnung 73 zwei Ventilatoren 30, die zur Rotation um Ventilatormotorachsen 78 herum montiert sind, wenn sie von den Elektromotoren 82 betrieben werden. Bei vielen Fahrzeugen mit variierenden Lasten und Betriebsumgebungen können die Elektromotoren die Ventilatoren 30 mit variierenden Drehzahlen in Abhängigkeit von der thermischen Energie, die vom Motor 14 entfernt werden muss, drehen.
Wenn wenig oder keine Energie vom Motor 14 entfernt werden muss, können die Ventilatoren mit einer niedrigen Drehzahl laufen oder abgeschaltet werden, um sowohl das von den Ventilatoren erzeugte Geräusch zu verringern als auch Energie zu sparen. Bei Fahrzeugen mit einem motorgetriebenen Kühlventilator kann die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators konstant mit der Drehzahl des Motors 14 variieren.
Im Betrieb können die Ventilatoren 30 eine wesentliche Quelle erzeugter Geräusche sein, speziell wenn die mehreren sich radial erstreckenden Abschnitte oder Ventilatorschaufeln 84 an stationären Komponenten vorbeilaufen, wie etwa den Haltebügeln 86. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 6 und 7 im Detail veranschaulicht ist, definiert ein Abschnitt jeder Ventilatorschaufel 84 (bei dieser beispielhaften Ausführungsform die vordere Kante der Schaufel) eine Kammer 88, die sich von einer Position benachbart zu dem zentralen Abschnitt oder der Ventilatornabe 90 radial nach außen erstreckt, um sich benachbart zu der Ventilatorschaufelspitze 92 zu öffnen. Ein Kolben 94 ist in jeder Kammer 88 angeordnet und ist für eine axiale Bewegung innerhalb der Kammer 88 entlang der Kammerachse 91 ausgestaltet. Vorspannelemente, wie etwa Federn 96, sind in jeder der Kammern 88 axial innerhalb jedes Kolbens 94 angeordnet. Jede Feder 96 ist an ihrer jeweiligen Ventilatorschaufel benachbart zu dem inneren radialen Ende 98 der hohlen Kammer 88 sowie an dem Kolben 94 angebracht, um ein Entweichen des Kolbens aus der hohlen Kammer 88 während einer Rotation der Ventilatoren 30 um die Ventilatormotorachse 78 zu verhindern. Die Feder 96 wird eine Federkonstante aufweisen, die so gewählt ist, dass sie den gewünschten Rückhalt und die gewünschte Ausdehnung des Kolbens 94 bereitstellt, die notwendig ist, um eine Dämpfung der gewünschten Geräuschfrequenzen zu erreichen (d. h. um die gewünschte Viertelwellenabstimmung zu erreichen). Die Ventilatorschaufeln 84, welche hohle Kammern 88 umfassen, die benachbart zu den Ventilatorschaufelspitzen 92 enden und durch Federn vorgespannte Kolben 94 umfassen, definieren Geräuschdämpfungseinrichtungen oder Viertelwellenrohre 100.
Während eines Betriebs der Ventilatoren 30 drehen die Elektromotoren 82 die zentralen Abschnitte oder Ventilatornaben 90 und mehrere zugehörige radiale Abschnitte oder Ventilatorschaufeln 84 um die Ventilatormotorachsen 78 herum. Als Folge der durch die Rotation der Ventilatorschaufeln 84 erzeugten Zentrifugalkraft werden sich die Kolben 94 in 7 gegen die Vorspannung der Federn 96 radial nach außen und zu den Ventilatorschaufelspitzen 92 hin bewegen. Der Effekt der Kolbenbewegung wird darin liegen, dass die Länge (”L”) jedes Viertelwellenrohrs 100 verkürzt wird, was zu einer variablen Einstellung der Geräuschfrequenz führt, die von den Rohren auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit des bzw. der Ventilatoren 30 gedämpft wird. Eine derartige Variation ermöglicht, dass das durch die Rotation der Ventilatoren erzeugte Geräusch effektiv verringert werden kann, da das Geräusch auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit der Ventilatormotoren 82 variiert. Eine Verringerung der Drehgeschwindigkeit des bzw. der Ventilatoren 30 und eine resultierende Verringerung der radial nach außen gerichteten Zentrifugalkraft, die auf die Kolben 94 ausgeübt wird, wird es der Vorspannkraft der Federn 96 ermöglichen, die Kolben 94 in die hohlen Kammern 88 zurückzuziehen, wodurch die Länge (”L”) in 6 der Viertelwellenrohre 100 erhöht wird, was wieder die gedämpfte Geräuschfrequenz variabel einstellt. Da die Radialkraft, die auf die Kolben 64 wirkt, proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist, kann es sein, dass eine Feder mit einer nichtlinearen Federkonstante für spezifische Abstimmeigenschaften über einen Drehgeschwindigkeitsbereich benötigt wird. Wenn alternativ nur zwei Geräuschfrequenzen eine Dämpfung benötigen, können die Federn 66 linear und ein (nicht gezeigter) Kolbenanschlag, der an einer gewünschten Position entlang der Länge der hohlen Kammer 88 angeordnet ist, kann verwendet werden, um die Länge des Rohrs bei einer Drehzahl zu fixieren.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente derselben durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art zum Ausführen dieser Erfindung angesehen werden, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz, die umfasst: einen zentralen Abschnitt (56, 57; 90), der um eine erste Achse (72, 74; 78) drehbar ist; einen radialen Abschnitt (52, 54; 84), der sich von dem zentralen Abschnitt (56, 57; 90) nach außen erstreckt; eine durch den radialen Abschnitt (52, 54; 84) definierte Kammer (58; 88) mit einem geschlossenen ersten Ende (68; 98) und einem zweiten Ende (60), das nach außerhalb des radialen Abschnitts (52, 54; 84) hin offen ist; eine zweite Achse (62; 91), die durch die Kammer (58; 88) definiert ist und eine dazu radiale Komponente aufweist; einen in der Kammer (58; 88) angeordneten Kolben (64; 94) für eine Bewegung entlang der zweiten Achse (62; 91) in Ansprechen auf eine Zentrifugalkraft, die auf den Kolben (64; 94) durch eine Rotation des zentralen Abschnitts (56, 57; 90) und des radialen Abschnitts (52, 54; 84) um die erste Achse (72, 74; 78) herum ausgeübt wird; ein Vorspannelement (66; 96) mit einem ersten Ende, das in der Kammer (58; 88) befestigt ist, und einem zweiten Ende, das an dem Kolben (64; 94) befestigt ist, um eine Bewegung des Kolbens (64; 94) entlang der zweiten Achse (62; 91) zu begrenzen; und eine Viertelwellenkammer mit variabler Länge (L), die durch die Kammer (58; 88), das zweite offene Ende (60) der Kammer (58; 88) und den Kolben (64; 94) definiert ist und eine variable Länge (L) zur Dämpfung einer Geräuschfrequenz aufweist, die durch die Position des Kolbens (64; 94) entlang der zweiten Achse (62; 91) der Kammer (58; 88) definiert ist.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 1, wobei der zentrale Abschnitt (56, 57) einen Rotor (48, 50) für einen Lader (22) umfasst und der radiale Abschnitt (52, 54) einen Rotornocken umfasst.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 2, die ferner umfasst: ein Ladergehäuse (32); einen Durchgang (42) im Ladergehäuse (32) benachbart zu dem zweiten offenen Ende (60) der Kammer (58), wobei sich die Kammer (58) radial nach innen und axial durch den Rotornocken (52, 54) hindurch erstreckt, wobei das zweite offene Ende (60) benachbart zu dem Durchgang (42) in dem Ladergehäuse (32) angeordnet ist, um ein Geräusch benachbart zu dem Durchgang (42) zu dämpfen.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 3, wobei der Durchgang (42) im Ladergehäuse (32) einen Verbrennungslufteinlass umfasst.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 2, wobei das Vorspannelement (66) eine Feder mit einer nichtlinearen Federkonstante umfasst, um die Kolbenbewegung und die Geräuschfrequenzdämpfung der Viertelwellenkammer als eine Funktion der Drehgeschwindigkeit des Rotors (48, 50) und des Rotornockens (52, 54) um die erste Achse (72, 74) herum zu variieren.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 2, wobei das Vorspannelement (66) eine Feder mit einer linearen Federkonstante umfasst, um die Kolbenbewegung und Geräuschfrequenzdämpfung der Viertelwellenkammer bei einer ersten Frequenz, die bei einer ersten Drehgeschwindigkeit erzeugt wird, und bei einer zweiten Frequenz, die bei einer zweiten Drehgeschwindigkeit des Rotors (48, 50) und des Rotornockens (52, 54) um die erste Achse (72, 74) herum erzeugt wird, zu variieren.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 2, wobei der Rotor (48, 50) mehrere Rotornocken (52, 54) umfasst.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 1, wobei der zentrale Abschnitt (90) eine Nabe für einen Ventilator (30) umfasst und der radiale Abschnitt (84) eine Ventilatorschaufel umfasst.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 8, wobei sich die Kammer (88) axial durch die Ventilatorschaufel (84) hindurch erstreckt, wobei sich das zweite Ende benachbart zu einer radial äußeren Spitze (92) der Ventilatorschaufel (84) nach außen öffnet.
Geräuschdämpfungseinrichtung mit variabler Frequenz nach Anspruch 9, wobei das Vorspannelement (96) eine Feder mit einer nichtlinearen Federkonstante umfasst, um die Kolbenbewegung und die Geräuschfrequenzdämpfung der Geräuschdämpfungskammer als eine Funktion der Drehgeschwindigkeit der Nabe (90) und der Ventilatorschaufel (84) um die erste Achse (78) herum zu variieren.