DE60021594T2

DE60021594T2 - Expansionsbehälter mit variablem volumen für eine lufteinlassvorrichtung einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60021594T2
Application number: DE60021594T
Authority: DE
Inventors: F. Stephen BLOOMER
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: US6422192B1; EP1220983B1; EP1220983A1; JP2003514162A; WO2001027460A1; DE60021594D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Anmeldung betrifft ein Ansaugsystem für einen Motor, der einen Expansionsbehälter zur Unterdrückung von Geräuschen aufweist, wobei das Volumen des Behälters verändert werden kann, um unterschiedliche Motorbetriebszustände zu berücksichtigen.
Moderne Motoren für Kraftfahrzeuge sind Gegenstand zahlreicher Konstruktionsaktivitäten. Ein Problem, das Ingenieure heutzutage zu lösen versuchen, ist die Reduzierung des Ansauggeräusches, indem eine Resonanzkammer vorgesehen wird, die in ein zum Motor führendes Ansaugsystem integriert ist. Wie bekannt ist, verursacht das Einströmen von Luft in den Motor Geräusche, die über die Lufteinlassleitungen vom Motor nach außen dringen. Bekannte Resonatoren sind fein abgestimmt, um diese Geräusche zu unterdrücken. Allerdings sind die Geräusche zwischen hohen und niedrigen Motordrehzahlen unterschiedlich. Normalerweise stellt die Konstruktion dieser Resonatoren einen Kompromiss dar, bei dem ein festes Volumen ausgeführt wird, das allerdings weder für die höchste noch die niedrigste Drehzahl so optimal ausgelegt ist, wie es wünschenswert wäre.
Üblicherweise umfassen die Resonatoren einen Luftbehälter mit unveränderlichem Volumen, der über einen Durchgang mit der Luftversorgungsleitung verbunden ist, die zu einem Motor führt. Das unveränderliche Volumen ist letztendlich so ausgelegt, dass es auf eine bestimmte Art von Motorgeräuschen abgestimmt ist. Allerdings verändert sich das Motorgeräusch zwischen hohen und niedrigen Drehzahlen, und deshalb ist dieses Volumen normalerweise für keine der beiden Drehzahlen optimal ausgelegt.
Die japanische Patentanmeldung JPA04019314 beschreibt ein Ansaugsystem wie im einleitenden Teil des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein Ansaugsystem für einen Kraftfahrzeugmotor vorgesehen wie im unabhängigen Vorrichtungsanspruch beschrieben.
Bei der offenbarten Ausführungsform dieser Erfindung bietet ein Resonanzkammersystem veränderbare Volumen und kann mindestens zwischen zwei Modi bei hohen und niedrigen Motordrehzahlen umgeschaltet werden, um eine optimale Geräuschreduzierung bei jeder Drehzahl zu ermöglichen. Diesbezüglich können die Kammervolumen so ausgelegt werden, dass sie Helmholtz-Resonatoren mit einem gewünschten Volumen für sowohl hohe als auch niedrige Motordrehzahlen darstellen.
Zwei Durchgänge sind mit einer Kammer eines Resonanzkörpers und einer beweglichen Klappe verbunden, die nach Bedarf zwei Kammern verbinden oder in zwei Kammern unterteilen kann, um fein abgestimmte Kammervolumen zur Verfügung zu stellen. Dichtflächen sind auf gegenüberliegenden Flächen des Klappenventils vorgesehen. Eine Anschlagfläche wird in einer Innenkontur des Resonanzkammergehäuses gebildet.
Ein Drehpunkt ist vorzugsweise an einer oberen Wandung des Gehäuses angebracht. Anlenkungen sind außerhalb des Gehäuses drehbar an der Drehvorrichtung angebracht. Die Anlenkung ist mit einem Aktuator verbunden, der seinerseits mit einer Motorsteuerung verbunden ist. Die Motorsteuerung betätigt das Klappenventil in Abhängigkeit von Veränderungen der Motordrehzahl.
Das Klappenventil ist an einer ersten Position beweglich, an der es den zweiten Durchgang verschließt und somit die beiden Kammern verbindet, um eine Kammer mit einem großen Volumen zu bilden. Dies ist besonders nützlich bei niedrigen Drehzahlen, die eine niedrigere Frequenz haben, die reduziert werden soll. Die Motorsteuerung bewegt den Aktuator und damit auch das Klappenventil, um die Kammern bei niedrigeren Drehzahlen zu verbinden. Sobald jedoch der Motor mit höherer Drehzahl betrieben wird, wird das Klappenventil in eine Position gebracht, in der es die beiden Kammern abtrennt. Auf diese Weise sind die beiden Durchgänge mit jeweils einer Kammer verbunden. Diese Anordnung ist besser geeignet, um die Geräusche zu unterdrücken bzw. zu reduzieren, die mit höheren Frequenzen und Motordrehzahlen verbunden sind. Die Motorsteuerung bewirkt wiederum, dass das Klappenventil nach Bedarf bewegt wird.
Bei weiteren Ausführungsformen bewegt sich das Klappenventil, um den Luftstrom über einen von zwei Kanälen zum Motor zu führen. Der andere Kanal wird in diesem Fall zur Resonanzkammer. Die beiden Kanäle haben unterschiedliche Volumen und Formen, und somit können die zwei verschiedenen Kanäle so ausgelegt werden, dass sie eine abgestimmte Anordnung bilden, die sich optimal für die beiden Motorbetriebszustände eignet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, das eine variable Geräuschreduzierung in Abhängigkeit vom Betriebszustand eines Kraftfahrzeugmotors vorsieht, wie im unabhängigen Verfahrensanspruch dargelegt.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, wobei zunächst eine Kurzbeschreibung erfolgt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A stellt schematisch eine Zwischenstellung des erfindungsgemäßen Ventils dar.
1B stellt schematisch den Stellmechanismus für das erfindungsgemäße Ventil dar.
2 stellt das Ventil in einer ersten Position bei niedriger Drehzahl dar.
3 stellt das Resonatorsystem in einer Position für eine höhere Motordrehzahl dar.
4 stellt eine Ausführungsform gemäß dem bisherigen Stand der Technik dar.
5 stellt die Ausführungsform aus 4 in einer zweiten Position dar.
6 stellt eine weitere Ausführungsform gemäß dem bisherigen Stand der Technik dar.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1A stellt ein System 20 dar, das einem Motor 22 Luft zuführt und von diesem kommende Geräusche reduziert. Luft von einer Quelle 24 strömt durch einen Kanal 26 zum Motor 22. Ein erster Durchgang 28 steht in Verbindung mit einer Resonanzkammer 30, und ein zweiter Durchgang 32 ist nach Bedarf mit einer Kammer 31 verbunden. Der zweite Durchgang 32 ist mit einer Dichtfläche 34 versehen, damit er nach Bedarf mittels einer Dichtung 36 auf einem Klappenventil 38 verschlossen werden kann. Eine zweite Dichtfläche 40 wird nach Bedarf mit einer Dichtlippe 42 in Kontakt gebracht, die vom Resonanzkörper 43 aus nach innen ragt. Ein Drehpunkt 44 ist direkt unterhalb der oberen Wandung 46 des Resonanzkörpers 43 angeordnet. Eine erste Anlenkung 48 ist bei 49 drehbar mit einer zweiten Anlenkung 50 verbunden.
Wie aus 1B ersichtlich, sind die Anlenkungen 48 und 50 und der Drehpunkt 44 außerhalb des Resonanzkörpers 43 angeordnet. Die Anlenkung 50 ist mit einem Aktuator 52 verbunden, der ein hydraulisch bzw. pneumatisch betätigter Aktuator wie zum Beispiel ein pneumatisch betätigter Aktuator sein kann. Der Aktuator zieht die Anlenkung 50 nach oben oder drückt sie nach unten, damit die Anlenkung 48 im Drehpunkt 44 gedreht und eine Bewegung des Klappenventils 38 bewirkt wird. Eine Motorsteuerung 53 steuert den Aktuator selektiv an.
Wie in 2 dargestellt, wurde das Klappenventil 38 in eine Position gebracht, in der die Dichtung 36 auf dem Ventilsitz 34 aufliegt. Wie zu erkennen ist, wurde die Anlenkung 50 nach unten ausgefahren, und die Anlenkung 48 hat dadurch das Klappenventil in die Position gebracht, die in dieser Abbildung dargestellt ist. Es ist leicht einzusehen, dass es wünschenswert wäre, eine Form von Abdichtung zwischen der Anlenkung 48 und dem Drehpunkt 44 vorzusehen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen der Anlenkung 48 und dem Klappenventil 38 starr, so dass sich beide Teile als Ganzes bewegen.
Durch Verschließen der Verbindung zwischen der Anlenkung 48 und dem Drehpunkt 44 entsteht eine luftdichte Abdichtung innerhalb der Kammern 30 und 31. In der in 2 gezeigten Position sind die Kammern 30 und 31 miteinander verbunden, so dass sie eine einzige, sehr große Kammer bilden. Die sehr große Kammer ist speziell dafür ausgelegt, Geräusche mit niedriger Frequenz zu reduzieren, wie sie beispielsweise auftreten, wenn ein Motor mit niedriger Drehzahl läuft. Somit bewegt die Steuerung 53 bei niedrigen Motordrehzahlen die Anlenkung 50 in die in 2 dargestellte Position, um die Kammern 30 und 31 zu verbinden.
Sobald der Motor höhere Drehzahlen erreicht, wird die Anlenkung 50, wie in 3 dargestellt, in eine Position bewegt, in der die Dichtung 40 an die Fläche 42 gedrückt wird. In dieser Position sind die Kammern 30 und 31 voneinander getrennt. Jede der beiden Kammern stellt somit eine Resonanzkammer mit geringem Volumen bereit. Diese Kammern sind speziell abgestimmt, um das Geräuschniveau bei höheren Frequenzen zu reduzieren, wie sie bei höheren Motordrehzahlen auftreten. Diese einfache Steuerung ermöglicht wiederum, dass das Resonanzkammersystem auf eine spezielle Drehzahl des Motors abgestimmt wird.
4 stellt eine Ausführungsform 100 gemäß dem bisherigen Stand der Technik dar, bei der ein Hauptversorgungskanal 102 Luft durch einen Kanal 118 zu einem Anschluss 103 zum Motor führt. Die beiden Anschlüsse 114 und 104 verbinden eine vergrößerte Sammelkammer 101 nach Bedarf mit dem Kanal 118. Diese Verbindung kann über die Anschlussöffnung 115 oder die Anschlussöffnung 106 hergestellt werden. Wie dargestellt, ist die Sammelkammer 101 über eine Öffnung 108 mit einem Kanal 110 und über die Öffnung 109 mit dem Kanal 104 verbunden. Das Klappenventil 117 wird bei Bedarf von der Stellvorrichtung 110 über ein Verbindungsglied 111 und ein zweites Verbindungsglied 112 betätigt, die bei 113 drehbar miteinander verbunden sind. Das Verbindungsglied 112 ist bei 107 am Klappenventil 117 befestigt. Das Klappenventil 117 dichtet durch den Kontakt an der Außenkontur 116 von Öffnung 106 ab.
In der in 4 dargestellten Position wird das Klappenventil bewegt, um den Kanal 106 zu schließen, und somit passiert der Luftstrom zum Motor den Kanal 118. Die Öffnung 115 wird zu einem Durchgang, der mit einer relativ großen Kammer 101 verbunden ist, um eine Geräuschreduzierung wie vorstehend beschrieben zu erreichen.
Das Klappenventil 117 kann, wie in 5 gezeigt, in die Position bewegt werden, in der es den in Kanal 118 eingeleiteten Strom blockiert und stattdessen den Luftstrom durch die Kammer 101 leitet. Bei dieser Ausführungsform wird der Kanal 118 zur Resonanzkammer. Wie bereits vorstehend erwähnt, wäre ein Fachmann auf diesem Gebiet fähig, eine Steuerung zu konstruieren, die mithilfe von Informationen zum Betriebszustand des Motors in der Lage wäre, eine der beiden Anordnungen zur optimalen Geräuschreduzierung bei jeder Motordrehzahl zu wählen.
6 stellt noch eine weitere Ausführungsform 200 gemäß dem bisherigen Stand der Technik dar. Bei der Ausführungsform 200 entfällt das vergrößerte Volumen 101. Das Klappenventil 217 kann um einen Drehpunkt 207 in eine von zwei Positionen bewegt werden. In der in 6 mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Position des Ventils wird ein Kanal 220 zur Resonanzkammer, und Luft strömt durch den Kanal 219 zum Anschluss 221 zum Motor. Wenn das Ventil 217 in die durch die unterbrochene Linie dargestellte Position gebracht wird, dann strömt die Luft durch den Kanal 220 und der Kanal 219 wird zur Resonanzkammer. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wäre wiederum in der Lage, Form und Volumen der Kanäle 219 und 220 so abzustimmen, dass die gewünschte Geräuschreduzierung erreicht wird.

Claims

Ansaugsystem (20) für einen Fahrzeugmotor (22), das Folgendes umfasst: einen Luftanschluss (24) zum Anschluss an eine Luftversorgung; einen Luftkanal (20), der von der besagten Luftversorgung zum Motor (22) führt; zwei Durchgänge (28, 32), die den besagten Luftkanal (20) mit einem Resonanzkörper (43) verbinden, der die jeweiligen Kammern (30, 31) definiert; eine Vorrichtung (40, 36) zur Veränderung der Anordnung der Kammern, die nach Bedarf in eine erste (34) und eine zweite Position (42) gebracht werden kann in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors (22), der mit der Luftversorgung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sie sich in der ersten Position (34) befindet, mindestens einer der Durchgänge (28, 32) durch die Vorrichtung (40, 36) verschlossen ist, um eine einzige Kammer mit einem größeren Volumen (30 + 31) zu bilden, und wenn sie sich in der zweiten Position (42) befindet, die beiden Durchgänge (28, 32) jeweils mit einer der beiden Kammern (30, 31) verbunden sind, wobei die beiden Kammern (30, 31) durch die Vorrichtung (40, 36) voneinander getrennt sind, um zwei Kammern mit geringerem Volumen (30, 31) zu bilden.
System nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Ventil (38) umfasst, das sich im besagten Resonanzkörper zwischen der ersten (34) und der zweiten (42) Position bewegt.
System nach Anspruch 2, wobei eine Anlenkungsanordnung (48, 49, 50) außerhalb des besagten Resonanzkörpers angebracht ist, um das besagte Ventil zu betätigen.
System nach Anspruch 3, wobei die besagte Anlenkung (48, 49, 50) mit einem hydraulisch/pneumatisch betätigten Aktuator (52) verbunden ist.
System nach Anspruch 4, wobei der besagte hydraulisch/pneumatisch betätigte Aktuator (52) mit einer Steuerung (53) für den Motor kommuniziert, wobei die Steuerung für den Motor das besagte Ventil zwischen den zwei Positionen bewegt.
System nach Anspruch 3, wobei das besagte Ventil (38) Dichtflächen (38, 40 und 36) sowohl auf einer ersten als auch einer zweiten Fläche aufweist, wobei die besagten Dichtflächen nach Bedarf mindestens einen der besagten Durchgänge verschließen oder nach Bedarf die Verbindung zwischen der besagten ersten (30) und zweiten (31) Kammer verschließt.
System nach Anspruch 6, wobei ein Resonanzkörper (43) eine nach innen ragende Lippe (42) hat und die besagte Dichtung (38, 40) auf der besagten Lippe (42) abdichtet, wenn sich das besagte Ventil in einer Position befindet, in der die Verbindung zwischen den beiden besagten Kammern (30, 31) verschlossen wird.
Verfahren zur Bereitstellung einer variablen Geräuschreduzierung in Abhängigkeit vom Betriebszustand eines Kraftfahrzeugmotors, das folgende Schritte umfasst: 1) Bereitstellung eines Luftstromsystems, das zu einem Motor führt, und Bereitstellung eines Luftresonanzsystems im besagten Luftstromsystem, wobei das besagte Luftresonanzsystem mindestens einen Durchgang umfasst, der mit einer Kammer mit veränderbarem Volumen verbunden ist, und Bereitstellung einer Vorrichtung zur Änderung des Volumens der besagten Kammer; und 2) Änderung des Volumens der besagten Kammer in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, wobei zwei der besagten Durchgänge vorhanden sind, die jeweils mit den getrennten Kammerabschnitten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil bewegt wird, um nach Bedarf einen der gesagten Durchgänge zum zugehörigen Kammerabschnitt zu verschließen und die beiden Kammerabschnitte bei niedrigen Motordrehzahlen zu verbinden, und das bewegt wird, um die Verbindung zwischen den beiden Kammerteilen zu verschließen, wenn der Motor mit einer höheren Drehzahl betrieben wird.
Motor für ein Kraftfahrzeug, der ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.