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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Moderne
Kraftfahrzeuge sind mit umfangreichen Maßnahmen zur Geräuschreduzierung
versehen. Der Antriebsmotor einschließlich seiner Ansaug-
und Abgasanlage weist eine wirkungsvolle Schalldämpfung
auf. Der Motorraum des Fahrzeuges und der Innenraum, in dem der
Fahrer und die Fahrgäste Platz nehmen, weisen geeignete
Dämmeinrichtungen auf. Die Geräuschbelastung der
Umwelt, des Fahrers und der Passagiere ist gegenüber älteren
Kraftfahrzeugen deutlich reduziert. Nachteilig ist hierbei, dass
dem Fahrer eine akustische Rückmeldung über die
vom Antriebsmotor abverlangte Leistung fehlt. Das Fahrgefühl
kann beeinträchtigt sein.
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Zur
Beseitigung dieses Nachteils sind Vorrichtungen zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei denen das Ansauggeräusch der
Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges gezielt in dessen Innenraum übertragen
wird. Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise
aus der
EP 1 507 682
B1 bekannt, demnach vom Ansaugkanal der Brennkraftmaschine
eine Anschlussleitung abzweigt und zu einem Akustikbauteil führt.
Das Akustikbauteil weist ein Gehäuse auf, in dem ein Schalldruckübertragungselement
in Form einer Membran oder einer Schwenkklappe angeordnet ist. Vom
Akustikbauteil führt eine Geräuschleitung zum
Innenraum des Kraftfahrzeuges. Das Schalldruckübertragungselement verhindert
einen statischen Druckausgleich zwischen dem Ansaugkanal und dem
Fahrzeuginnenraum, kann jedoch die Schalldruckpulsationen des Ansauggeräusches
aus dem Ansaugkanal zum Fahrzeuginnenraum übertragen.
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In
der Anschlussleitung ist zwischen dem Ansaugkanal und dem Akustikbauteil
ein Steuerventil angeordnet, welches als Steuergröße
einerseits mit dem Druck in dem Ansaugkanal stromauf der Drosselklappe
und andererseits mit dem Druck in der Anschlussleitung beaufschlagt
ist. Mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe steigt die
Motorlast, während gleichzeitig der Differenzdruck zwischen
den beiden vorgenannten Drücken sinkt. Mit sinkendem Differenzdruck öffnet
das Steuerventil, so dass die Schalldruckübertragung vom
Ansaugkanal über das Akustikelement zum Fahrzeuginnenraum
freigegeben wird. Mit sinkender Motorlast und dabei steigendem Differenzdruck
schließt das Steuerventil sukzessive, so dass die Schalldruckübertragung
zunehmend gedrosselt oder sogar vollständig unterbunden wird.
Insgesamt entsteht eine lastabhängige Schalldruckübertragung
vom Ansaugsystem zum Fahrzeuginnenraum, die dem Fahrer eine wirkungsvolle akustische
Rückmeldung über die abverlangte Motorlast gibt.
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Nachteilig
ist bei der vorgenannten Anordnung, dass zur Ansteuerung des Differenzdruckventils
eine Steuerdruckleitung vorgesehen werden muss, die vom Ansaugkanal
abgezweigt wird. Der Aufbau ist entsprechend aufwändig
und kostenintensiv. Bei Ausführungen der Brennkraftmaschine
ohne Drosselklappe, wie dies beispielsweise bei Dieselmotoren üblich
ist, kann sich der gewünschte Differenzdruck nicht einstellen,
so dass die vorgenannte Vorrichtung nicht einsetzbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung derart weiterzubilden, dass mit verringertem Aufwand
die gewünschte Steuercharakteristik der Geräuschübertragung
erzielbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird eine Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei der ein Betätigungselement
des Steuerventils auf einer Seite mit dem Druck in der Anschlussleitung
und auf der gegenüberliegenden Seite mit atmosphärischem
Druck beaufschlagt ist. Der atmosphärische Druck ist zumindest
näherungsweise konstant, während der Druck in
der Anschlussleitung im Wesentlichen lastabhängig variiert.
Im Betrieb entsteht am Betätigungselement des Steuerventils
eine lastabhängige Druckdifferenz, die ein lastabhängiges Öffnen
und Schließen des Steuerventils ermöglicht, ohne
dass eine separate Steuerleitung für das Steuerventil oder
eine Drosselklappe im Ansaugkanal erforderlich ist. Bei konstruktiv
einfachem, kostensparendem Aufbau der Vorrichtung wird der Fahrer
in gewünschter Weise lastabhängig mit akustischer
Rückmeldung der anliegenden Motorlast versorgt.
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Das
Betätigungselement kann ein dichtend gleitender Kolben
oder dergleichen sein, welches den Ventilkörper des Steuerventils
betätigt. Insbesondere ist das Betätigungselement
durch den Ventilkörper des Steuerventils gebildet, welcher
zur Veränderung des freien Querschnitts der Anschlußleitung
vorgesehen ist. Der anliegende Differenzdruck wirkt hier direkt
ohne mechanische Umleitung auf den Ventilkörper ein und
betätigt diesen. Bei hoher Betriebssicherheit ergibt sich
eine exakte Stellgenauigkeit des Ventilkörpers.
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Der
Ventilkörper des Steuerventils kann ein Drehkolben, eine
Schwenkklappe, eine Membran oder dergleichen sein. In bevorzugter
Weiterbildung ist er gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelementes
linear verschiebbar ausgeführt. Hieraus ergibt sich eine
lineare Steuercharakteristik, wonach der freie, schalldruckübertragende
Querschnitt in der Anschlussleitung in gewünschter Weise
linear mit der am Betätigungselement anliegenden Druckdifferenz vergrößert
bzw. verkleinert wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei nahezu allen
Bauformen von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Bevorzugt weist
die Brennkraftmaschine einen insbesondere als Turbolader ausgebildeten
Lader auf, wobei die Anschlussleitung zwischen dem Lader und der
Brennkraftmaschine vom Ansaugkanal abzweigt. Bei im übrigen
konstantem atmosphärischem Druck wird der Ladedruck des
Laders als Steuergröße für das Steuerventil
herangezogen, woraus sich eine eindeutige Verknüpfung zwischen
Motorlast und Schalldruckübertragung ergibt. Sofern im
Ansaugkanal eine Drosselklappe angeordnet ist, zweigt die Anschlussleitung
vorteilhaft stromauf der Drosselklappe vom Ansaugkanal ab. Auch hier
ergibt sich eine vorteilhafte Steuercharakteristik der Schalldruckübertragung
in Abhängigkeit von der Motorlast.
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Für
das Akustikbauteil kann jede geeignete Bauform in Frage kommen.
Bevorzugt weist das Akustikbauteil ein Gehäuse mit einem
insbesondere schwenkbar darin angeordneten Schalldruckübertragungselement
auf. Diese auch als Symposer bezeichnete Bauausführung
hat sich als besonders wirkungsvoll bewährt und führt
in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Steuerventil
zur gewünschten Steuercharakteristik der Schalldruckübertragung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand
der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug mit einem einseitig mit atmosphärischem Druck
beaufschlagten Steuerventil;
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2 in
schematischer Schnittdarstellung das Steuerventil nach 1 im
geschlossenen Zustand mit Einzelheiten seines konstruktiven Aufbaus.
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3 das
Steuerventil nach 2 im geöffneten Zustand.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug. Das nicht näher dargestellte Kraftfahrzeug weist
eine Brennkraftmaschine 1 für ihren Antrieb auf,
wobei die Brennkraftmaschine 1 als Ottomotor, als Dieselmotor
oder in anderer geeigneter Weise ausgeführt sein kann.
Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Abgasanlage 28 auf,
die einen optional vorgesehenen Lader 18 antreibt. Der
Lader 18 ist als Turbolader ausgebildet. Es kann jedoch
auch ein Kompressor, ein Roots-Gebläse oder dergleichen vorgesehen
sein.
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Die
Brennkraftmaschine 1 wird mittels eines Ansaugkanals 2 mit
frischer Verbrennungsluft versorgt, die durch einen eingangsseitigen
Luftfilter 25 gereinigt, mittels des Laders 18 auf
den gewünschten Ladedruck gebracht und mittels eines Ladeluftkühlers 26 gekühlt
wird. Zwischen dem Ladeluftkühler 26 und der Brennkraftmaschine 1 befindet
sich im Ansaugkanal 2 optional eine Drosselklappe 19 zur
Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine 1. Bei bestimmten
Bauformen wie beispielsweise bei einem Dieselmotor kann auf die
Drosselklappe 19 verzichtet werden.
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Zwischen
dem Lader 18 und der Brennkraftmaschine 1, hier
stromab des Ladeluftkühlers 26 und stromauf der
Drosselklappe 19, zweigt eine Anschlussleitung 3 vom
Ansaugkanal 2 ab und führt zu einem Akustikbauteil 4.
Vom Akustikbauteil 4 führt eine Geräuschleitung 5 zu
einem Innenraum 6 des Kraftfahrzeuges, in dem sich der
Fahrer und ggf. weitere Passagiere befinden. Die Anschlussleitung 3 und
die Geräuschleitung 5 übertragen statischen Luftdruck
und auch Schalldruckwellen. Das Akustikbauteil 4 stellt
jedoch eine Barriere für den auf beiden Seiten anliegenden
statischen Druck dar. Infolge dessen kann der aus den Ansauggeräuschen
der Brennkraftmaschine 1 im Ansaugkanal 2 entstehende
Schalldruck durch die Anschlussleitung 3, über das
Akustikbauteil 4 und durch die Geräuschleitung 5 hindurch
in den Innenraum 6 des Kraftfahrzeuges übertragen
werden, ohne dass ein statischer Druckausgleich und Gasaustausch
zwischen dem Ansaugkanal 2 und der Geräuschleitung 5 bzw.
dem Innenraum 6 stattfindet.
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Hierzu
ist das Akustikbauteil 4 im gezeigten Ausführungsbeispiel
als sogenannter Symposer ausgebildet, der ein Gehäuse 20 mit
einem schwenkbar darin angeordnete, plattenartigen Schalldruckübertragungselement 21 aufweist.
Als Barriere für den statischen Druck ist der Innenraum
des Gehäuses 20 mittels einer Trennwand 22 in
einen ersten Teilraum 23 und in einen zweiten Teilraum 24 aufgeteilt.
Der erste Teilraum 23 ist druckübertragend mit
der Anschlussleitung 3 verbunden, während der
zweite Teilraum 24 druckübertragend mit der Geräuschleitung 5 verbunden
ist. Das plattenförmige Schalldruckübertragungselement 21 ist
mittig in der Trennwand 22 schwenkbar aufgehängt,
wobei je eine Hälfte des Schalldruckübertragungselementes 21 in
den ersten bzw. zweiten Teilraum 23, 24 hineinragt.
Die vom Ansaugkanal 2 über die Anschlussleitung 3 in
den ersten Teilraum 23 eingeleiteten Schalldruckwellen
wirken auf die zugeordnete Hälfte des Schalldruckübertragungselementes 21 ein,
infolge dessen es zu einer schwenkenden Schwingbewegung angeregt
wird. Diese setzt sich infolge der Schwenklagerung im zweiten Teilraum 24 fort,
so dass hier gleichartige Schalldruckwellen entstehen, die als Abbildung
des Ansauggeräusches im Ansaugkanal 2 durch die
Geräuschleitung 5 in den Innenraum 6 des
Kraftfahrzeuges geleitet werden. Anstelle der hier gezeigten Bauform
des Akustikbauteils 4 als Symposer können auch
andere Bauformen beispielsweise mit Schwingmembranen oder dergleichen
zweckmäßig sein.
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In
der Anschlussleitung 3 ist zwischen ihrer Abzweigstelle
vom Ansaugkanal 2 und dem Akustikbauteil 4 ein
Steuerventil 7 angeordnet, mittels dessen der freie, schalldruckübertragende
Querschnitt der Anschlussleitung 3 einstellbar ist. Einzelheiten des
konstruktiven Aufbaus des Steuerventils 7 nach 1 sind
in der schematischen Schnittdarstellung nach 2 dargestellt.
Ein Ventilkörper 10 des Steuerventils 7 ist
gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelementes 11 linear
verschiebbar ausgeführt, wobei er abhängig von
seinem Verschiebeweg den freien Querschnitt der Anschlussleitung 3 verändert. Das
Rückstellelement 11 ist hier als Schraubendruckfeder
ausgeführt. Es können aber auch andere Bauformen
eines Federelementes oder dergleichen zweckmäßig
sein. Der Ventilkörper 10 verschließt den
freien Querschnitt der Anschlussleitung 3 in dem in 2 gezeigten
Ruhezustand dicht. Hierbei tritt zumindest näherungsweise
kein Schalldruck entlang der Anschlussleitung 3 durch das
Steuerventil 7 hindurch, in dessen Folge auch kein Schalldruck
vom Ansaugkanal 2 zum Innenraum 6 des Kraftfahrzeuges übertragen
wird. Mit zunehmendem Hub des Ventilkörpers 10 gegen
die Rückstellkraft des Rückstellelementes 11 wird
der freie, schalldruckübertragende Querschnitt in der Anschlussleitung 3 zunehmend
freigegeben, womit der übertragene Schalldruck ebenfalls
größer wird. Bei maximalem Hub des Ventilkörpers 10 (3)
ist der Querschnitt der Anschlussleitung 3 vollständig
freigegeben, wodurch sich eine maximale Schallübertragung
einstellt.
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Nach
den 2 und 3 ist ein Betätigungselement 8 des
Steuerventils 7 vorgesehen, welches als Membran, Kolben
oder dergleichen ausgeführt sein kann und auf die Stellung
des Ventilkörpers 10 einwirkt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist
das Betätigungselement 8 durch den Ventilkörper 10 selbst
gebildet. Der Ventilkörper 10 umfasst eine zylindrische
Umfangswand, die zumindest näherungsweise druckdicht im
Gehäuse des Steuerventils 7 geführt ist.
Eine der Anschlussleitung 3 zugewandte Kolbenfläche 29 ist
entsprechend der Darstellung nach 1 dem in
der Anschlussleitung 3 herrschenden Druck ausgesetzt. Auf
seiner axial gegenüberliegenden, dem Rückstellelement 11 zugewandten
Seite weist der Ventilkörper 10 eine Druckfläche 14 auf, die über
eine Öffnung im Ventilgehäuse mit atmosphärischem
Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Am Ventilkörper 10 wirkt
demnach insgesamt der Differenzdruck zwischen dem in der Anschlussleitung 3 herrschenden
Druck und dem atmosphärischem Umgebungsdruck. Im Ruhezustand
der Brennkraftmaschine sind beide Drücke gleich, was zumindest
näherungsweise auch für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 1 (1)
gilt. In diesem Fall drückt die Kraft des Rückstellelementes 11 den
Ventilkörper 10 in seine nach 2 geschlossene
Position. Mit steigender Last der Brennkraftmaschine 1 steigt
der Druck im Ansaugkanal 2 und liegt wie vorstehend beschrieben
als solcher an der Kolbenfläche 29 an, während
der atmosphärische Druck an der Druckfläche 14 unverändert
bleibt. Demnach bildet sich mit steigender Motorleistung am Betätigungselement 8 eine
Druckdifferenz aus, die den Ventilkörper 10 gegen
die Kraft des Rückstellelementes 11 anhebt und
damit den freien, schalldruckübertragenden Querschnitt
der Anschlussleitung 3 zunehmend freigibt.
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Über
Federkonstante und Vorspannkraft des Rückstellelementes 11 lässt
sich die Steuercharakteristik des Steuerventils 7 in gewünschter
Weise einstellen, so dass für jeden Lastzustand der Brennkraftmaschine 1 (1)
mit einhergehender Druckdifferenz am Betätigungselement 8 auch
ein gewünschter Öffnungszustand des Steuerventils 7 einhergeht. Ohne
zusätzliche Anschlussleitungen oder dergleichen findet
entsprechend der Darstellung nach 1 eine lastabhängige
Schalldruckübertragung vom Ansaugkanal 2 zum Innenraum 6 des
Kraftfahrzeuges statt. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist jedoch nicht auf die Ausführung entsprechend der Darstellung
nach 1 beschränkt. Eine vergleichbare Funktion
der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich
auch mit abweichenden Anschlussstellen der Anschlussleitung 3 sowie
in Verbindung mit Ausführungen ohne Lader 18 und/oder
ohne Drosselklappe 19 einsetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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