DE102013005147A1

DE102013005147A1 - Aktive Schalldämpfereinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013005147A1
Application number: DE201310005147
Authority: DE
Inventors: Andreas Graefenstein
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-02

Abstract

Eine aktive Schalldämpfereinrichtung für eine Brennkraftmaschine weist einen Aktuator auf, der mit einer der Brennkraftmaschine zugeordneten, gasführenden Leitung kommuniziert. Der Aktuator ist ringförmig ausgebildet und umgreift die gasführende Leitung.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Schalldämpfereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der US 5 446 790 ist eine aktive Schalldämpfereinrichtung im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Schalldämpfereinrichtung weist in einem Resonatorgehäuse einen Lautsprecher auf, wobei das Resonatorgehäuse über einen Verbindungskanal mit dem Ansaugtrakt verbunden ist, so dass die vom Lautsprecher erzeugten Schallwellen in den Ansaugtrakt geleitet werden und dort durch Auslöschung zu einer Reduzierung des Geräuschverhaltens führen. Der Lautsprecher wird über eine Steuerungselektronik in Abhängigkeit des aktuellen Schalldrucks angesteuert.
In der EP 0 542 749 B1 wird eine aktive Schalldämpfereinrichtung für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Schalldämpfereinrichtung weist in einem die Abgasleitung umgreifenden Gehäuse zwei diametral gegenüberliegende, radial zur Längsachse der Abgasleitung ausgerichtete Lautsprecher auf.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine wirkungsvolle, aktive Schalldämpfereinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die aktive Schalldämpfereinrichtung wird in Brennkraftmaschinen eingesetzt, um Geräusche in einer gasführenden Leitung der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Die aktive Schalldämpfereinrichtung umfasst zumindest einen Aktuator wie zum Beispiel einen Lautsprecher, der eine gegenüber den Schallwellen in der Leitung der Brennkraftmaschine phasenverschobene Schallwelle erzeugt, so dass in definierten Frequenzbereichen eine Auslöschung erzielt wird. Der Lautsprecher ist vorzugsweise als ein elektrodynamisch betriebener Tauchspulen-Aktuator ausgeführt. Es kommen aber auch sonstige Aktuatoren in Betracht, die bei elektrischer Ansteuerung Schwingungen erzeugen, beispielsweise Piezoelemente.
Die aktive Schalldämpfereinrichtung kann im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wobei sowohl eine Anordnung auf der Rohluftseite als auch auf der Reinluftseite eines im Ansaugtrakt angeordneten Luftfilters in Betracht kommt. Die Schalldämpfereinrichtung kann zum Beispiel unmittelbar am Eingang des Ansaugrohrs angeordnet werden und ist in dieser Ausführung dem Luftfilter vorgelagert. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Positionierung stromab des Luftfilters.
Des Weiteren kann die aktive Schalldämpfereinrichtung auch im Abgasstrang der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. In diesem Fall handelt es sich bei der gasführenden Leitung um den Abgasstrang, in den über den Aktuator Schallwellen zur Geräuschreduzierung eingeleitet werden.
Die aktive Schalldämpfereinrichtung kann des Weiteren in Fahrzeugen eingesetzt werden, die ausschließlich über eine Brennkraftmaschine angetrieben werden, sowie in Fahrzeugen mit einem Hybridantrieb, der eine Brennkraftmaschine und mindestens einen elektromotorischen Antrieb umfasst. Möglich ist es außerdem, die Schalldämpfereinrichtung durch Betätigen des Aktuators zur Fußgängerwarnung einzusetzen, was insbesondere bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb zweckmäßig ist, soweit sich diese Fahrzeuge im elektromotorischen Antriebsmodus befinden.
Zur Geräuschreduzierung werden die von dem Aktuator erzeugten Schallwellen in das Innere der gasführenden Leitung der Brennkraftmaschine geführt. Die Schallauslöschung erfolgt durch Überlagerung der phasenverschobenen Schallwellen, welche vom Aktuator erzeugt werden, mit den Schallwellen in der gasführenden Leitung. Die Ansteuerung des Aktuators erfolgt vorzugsweise über ein Regel- bzw. Steuergerät in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustands der Brennkraftmaschine bzw. der gasführenden Leitung, insbesondere in Abhängigkeit des in der gasführenden Leitung herrschenden Drucks und/oder des Geräuschpegels. Der Betriebszustand wird über eine entsprechende Sensorik ermittelt, beispielsweise über einen Drucksensor bzw. einen Schallsensor.
Der Aktuator, welcher in der aktiven Schalldämpfereinrichtung eingesetzt wird, ist ringförmig ausgebildet und umgreift die gasführende Leitung, in der die Geräuschreduzierung erfolgen soll. Die Schallerzeugung erfolgt somit parallel zur Längsachse der gasführenden Leitung. Es handelt sich im Unterschied zum Stand der Technik nicht um eine radiale, sondern um eine axiale Schallerzeugung mittels des Aktuators, der eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme der gasführenden Leitung aufweist. Im Falle eines Lautsprechers als Aktuator ist auch die Lautsprechermembran ringförmig ausgeführt und umgreift die gasführende Leitung.
Die Schallübertragung kann über Körperschallanregung erfolgen, indem ein Bauteil des Aktuators unmittelbar an der Wandung der gasführenden Leitung anliegt und diese anregt. Zusätzlich oder alternativ ist auch eine Schalleinleitung der von der Lautsprechermembran abgestrahlten Schallwellen über eine Schallöffnung möglich, welche in die gasführende Leitung eingebracht ist. Die abgestrahlte Schallwelle tritt durch die Öffnung radial in das Innere der gasführenden Leitung ein und kann sich dort in Achsrichtung ausbreiten.
Die Schallöffnung ist im Falle eines Lautsprechers als Aktuator vorzugsweise auf der der Membran zugewandten Seite des Lautsprechers angeordnet und entweder als eine vollständige Durchbrechung der gasführenden Leitung ausgeführt oder, gemäß einer alternativen Ausführung, als eine Ausnehmung, die in die Rohrwandung der gasführenden Leitung eingebracht ist. Es kann zweckmäßig sein, dass der Lautsprecher von einem Gehäuse umschlossen ist, das auch die gasführende Leitung umgreift, wobei das Innere des umgreifenden Gehäuses zweckmäßigerweise druckdicht nach außen abgeschottet ist. Die ausgesandten Schallwellen des Lautsprechers breiten sich innerhalb des Gehäuses aus und treten durch die Schallöffnung in das Innere der gasführenden Leitung, wo die Ausbreitung in Achsrichtung der Leitung erfolgt.
Es kann zweckmäßig sein, die Außenseite eines konusförmigen Lautsprecherkorbs, der Träger der Lautsprechermembrane ist, mit dem umgreifenden Gehäuse zu verbinden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Schalldämpfereinrichtung zwei ringförmige Aktuatoren auf, die jeweils die gasführende Leitung umgreifen. Die beiden ringförmigen Aktuatoren sind axial zueinander beabstandet, wobei zweckmäßigerweise im Falle von Lautsprechern die Lautsprechermembrane einander zugewandt sind. Die beiden Aktuatoren können zur Vermeidung von Impulsanregungen durch die seismischen Massen und Erhöhung der Anregungsamplituden phasengleich betrieben werden. Zweckmäßigerweise befinden sich die beiden Aktuatoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Schallöffnung, über die die Schalleinleitung in das Rohrinnere erfolgt.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist eine die Lautsprechermembran auslenkende Tauchspule, welche über einen bestrombaren, ringförmigen Elektromagneten ausgelenkt wird, in einem Spalt im Lautsprechergehäuse axial verstellbar aufgenommen, wobei der ringförmige Elektromagnet radial benachbart zu dem Spalt, insbesondere auf der radial innen liegenden Seite angeordnet ist. Die Nord-Süd-Ausrichtung des Elektromagneten erfolgt in Achsrichtung.
Der Spalt, in welchem sich die Tauchspule im Lautsprechergehäuse bewegen kann, kann mit einer Flüssigkeit zumindest teilweise aufgefüllt sein, welche magnetisch leitfähige Partikel enthält, beispielsweise Ferrit-Partikel, welche den magnetischen Fluss des Elektromagneten besser leiten.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, am Lautsprechergehäuse auf der der Lautsprechermembran abgewandten Seite eine Bodenplatte vorzusehen, in die Druckausgleichsöffnungen eingebracht sind, welche zweckmäßigerweise mit dem Spalt verbunden sind, in welchem sich die Tauchspule axial bewegen kann. Die Druckausgleichsöffnungen erlauben einen Druckausgleich in dem Spalt, so dass die Tauchspule frei schwingen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine aktive Schalldämpfereinrichtung für eine gasführende Leitung im Schnitt, wobei die Schalldämpfereinrichtung zwei ringförmige Lautsprecher umfasst, die auf die gasführende Leitung aufgeschoben sind,
2 eine Draufsicht auf eine Bodenplatte des Schalldämpfergehäuses mit darin eingebrachten Druckausgleichsöffnungen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine aktive Schalldämpfereinrichtung 1 dargestellt, über die Schallwellen in einer gasführenden Leitung 2 einer Brennkraftmaschine in definierten Frequenzbereichen durch Erzeugung phasenverschobener Schallwellen eliminiert werden können. Bei der gasführenden Leitung 2 handelt es sich insbesondere um die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine, in Betracht kommt aber auch die Abgasleitung. Die Schalldämpfereinrichtung kann einschließlich der dargestellten gasführenden Leitung 2 eine zusammenhängende Baueinheit bilden, die mit der gasführenden Leitung der Brennkraftmaschine verbunden bzw. in diese integriert wird.
Die Leitung 2 wird axial wie mit dem Pfeil angegeben von einem gasförmigen Medium durchströmt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine treten Schallwellen in der gasführenden Leitung 2 auf, welche insbesondere auf Druckschwankungen, die von der Brennkraftmaschine erzeugt werden, zurückgehen. Zur Eliminierung bzw. Reduzierung des Schallpegels weist die Schalldämpfereinrichtung 1 in einem Schalldämpfergehäuse 3, welches die gasführende Leitung 2 umschließt, zwei Aktuatoren 4 in Gestalt jeweils eines Lautsprechers auf. Die beiden Lautsprecher 4 sind jeweils ringförmig ausgebildet und sitzen axial zueinander versetzt auf der gasführenden Leitung 2 auf. Jeder Lautsprecher 4 weist ein Lautsprechergehäuse 5 mit darin aufgenommenem, ringförmigem Elektromagneten 6 auf, der bei Bestromung ein magnetisches Feld erzeugt und eine Tauchspule 7 axial – in Richtung der Längsachse der gasführenden Leitung 2 gesehen – auslenkt. Die Tauchspule 7 bewegt eine Lautsprechermembran 8, die an einem konusförmigen Lautsprecherkorb 9, der mit dem Lautsprechergehäuse 5 verbunden ist, aufgehängt ist. Der Lautsprecherkorb 9 erstreckt sich bis zur Innenwand des umgreifenden Schalldämpfergehäuses 3, die beiden Lautsprecher 4 befinden sich vollständig im Innenraum 10 des Schalldämpfergehäuses 3. Die beiden Lautsprecher 4 sind identisch aufgebaut, jedoch spiegelverkehrt in der Weise zueinander auf der gasführenden Leitung 2 angeordnet, dass die Lautsprechermembrane 8 einander zugewandt sind.
Die Tauchspule 7 ist in einem Spalt 11 im Lautsprechergehäuse 5 axial gemäß angegebenem Doppelpfeil verstellbar angeordnet und wird durch das magnetische Feld des Elektromagneten 6 verstellt, dessen Nord-Süd-Polung in Achsrichtung verläuft. Der Spalt 11 wird radial nach innen von dem ringförmigen Elektromagneten 6 begrenzt. Radial nach außen wird der Spalt 11 von einem Außenring 12 begrenzt, der in das Lautsprechergehäuse 5 integriert ist und magnetisch leitfähiges Material wie zum Beispiel Ferrit enthalten kann. Axial ist der Spalt 11 auf der der Lautsprechermembran 8 abgewandten Seite von einer Bodenplatte 13 verschlossen.
Zur Schallreduzierung werden die Lautsprecher 4 betätigt, so dass die Tauchspulen 7 sowie die Lautsprechermembrane 8 ausgelenkt und Schallwellen abgestrahlt werden. Axial mittig zwischen den beiden Lautsprechern 4 ist in die gasführende Leitung 2 eine Schallöffnung 14 eingebracht, durch die sich die Schallwellen wie mit Bezugszeichen 15 angegeben radial nach innen in das Innere der gasführenden Leitung 2 ausbreiten. Innerhalb der Leitung 2 erfolgt die Schallwellenausbreitung in Achsrichtung, wobei durch eine Phasenverschiebung der von den Lautsprechern 4 abgestrahlten Schallwellen gegenüber den in der gasführenden Leitung 2 durch Druckschwankungen der Brennkraftmaschine entstehenden Schallwellen eine Auslöschung in bestimmten Frequenzbereichen erfolgt.
In 2 ist die Bodenplatte 13, welche Teil des Lautsprechergehäuses ist, in Draufsicht dargestellt. In die Bodenplatte 13 sind über den Umfang verteilt eine Reihe von Druckausgleichsöffnungen 16 eingebracht, die sich radial in Höhe des Spaltes 11 befinden, in welchem sich die Tauchspule 7 bewegt. Die Druckausgleichsöffnungen 16 stellen sicher, dass die Tauchspule 7 in dem Spalt 11 axial frei schwingen kann.
Die Schallöffnung 14 in der gasführenden Leitung 2 kann als vollständige Durchbrechung der Leitung ausgeführt sein. Möglich ist es aber auch, die Schallöffnung 14 in Form einer oder mehrerer Ausnehmungen in der Wandung der gasführenden Leitung auszubilden, ohne die Leitung zu durchbrechen.
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

US 5446790 [0002]
EP 0542749 B1 [0003]

Claims

Aktive Schalldämpfereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Aktuator (4), der mit einer der Brennkraftmaschine zugeordneten, gasführenden Leitung (2) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) ringförmig ausgebildet ist und die gasführende Leitung (2) umgreift.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als ringförmiger Lautsprecher einschließlich einer Lautsprechermembran (8) ausgebildet ist.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als ringförmiges Piezoelement ausgebildet ist.
Schalldämpfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die gasführende Leitung (2) eine Schallöffnung (14) eingebracht ist, über die vom Aktuator (4) erzeugte Schwingungen in das Innere der Leitung (2) übertreten.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausführung des Aktuators (4) als ringförmiger Lautsprecher die Schallöffnung (14) auf der der Lautsprechermembran (8) zugewandten Seite des Lautsprechers (4) angeordnet ist.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallöffnung (8) die gasführende Leitung (2) vollständig unterbricht.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallöffnung (8) in die Rohrwandung der gasführenden Leitung (2) eingebracht ist.
Schalldämpfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) von einem die gasführende Leitung (2) umgreifenden Schalldämpfergehäuse (3) umschlossen ist.
Schalldämpfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausführung des Aktuators (4) als ringförmiger Lautsprecher eine die Lautsprechermembran (8) beaufschlagende Tauchspule (7) in einem Spalt (11) im Lautsprechergehäuse (5) verstellbar aufgenommen und radial benachbart zum Spalt (11) ein ringförmiger Elektromagnet angeordnet ist.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spalt (11) eine Flüssigkeit mit magnetisch leitfähigen Partikeln eingebracht ist.
Schalldämpfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausführung des Aktuators (4) als ringförmiger Lautsprecher am Lautsprechergehäuse (5) auf der der Lautsprechermembran (8) abgewandten Seite eine Bodenplatte (13) angeordnet ist, in die Druckausgleichsöffnungen (16) eingebracht sind.
Schalldämpfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ringförmige Aktuatoren (4) vorgesehen sind, die jeweils die gasführende Leitung (2) umgreifen.
Schalldämpfereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausführung der Aktuatoren (4) als ringförmige Lautsprecher die Lautsprechermembrane (8) einander zugewandt sind.
Ansaugtrakt für eine Brennkraftmaschine mit einer Schalldämpfereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.