EP1101929A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors Download PDF

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EP1101929A2
EP1101929A2 EP00124963A EP00124963A EP1101929A2 EP 1101929 A2 EP1101929 A2 EP 1101929A2 EP 00124963 A EP00124963 A EP 00124963A EP 00124963 A EP00124963 A EP 00124963A EP 1101929 A2 EP1101929 A2 EP 1101929A2
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EP
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intake tract
combustion engine
internal combustion
flow
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EP1101929A3 (de
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Rolf Füsser
Olaf Dr. Weber
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Mann and Hummel GmbH
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Filterwerk Mann and Hummel GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1244—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using interference; Masking or reflecting sound
    • F02M35/125—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using interference; Masking or reflecting sound by using active elements, e.g. speakers

Definitions

  • the invention relates to a method and a device to influence the sound in the intake tract Internal combustion engine, especially with regard to noise reduction or prevention, according to the genus of Process and device claim.
  • a device is known from DE 196 10 292 A1, where the sound conditions of the sound-conducting channel, e.g. of the intake tract of an internal combustion engine and targeted in terms of noise reduction be influenced.
  • some engine data such as. the crankshaft position, the amount of air in the intake tract, the position of the throttle valve and a residual sound at the exit of the intake tract with suitable detectors detected.
  • the control unit generates a signal for a loudspeaker in the intake tract, here in the area of the air filter, which is so excited is that the resulting residual noise is reduced becomes.
  • the loudspeaker provides a in the known arrangement vibrating wall with which within certain limits a noise, is in principle extinguished with anti-noise.
  • a noise originating from the noise source Signals a prediction of the sound waves enable.
  • Such active influencing of a Sound event with a loudspeaker membrane as electro-acoustic Converter is disadvantageous in that this membrane is limited in strength and not one impressed, non-reactive vibration is capable, that is not affected by the sound event.
  • the invention has for its object a method and a device for influencing the sound in the intake tract to create an internal combustion engine in which in a simple way a largely non-reactive Sound reduction or cancellation is possible.
  • the air flow is influenced by a at least partial closure of the flow channel in the Intake tract. This happens at predetermined, essentially periodically recurring times when no or a low air mass transport in the flow channel takes place.
  • the area of the flow cross-section is advantageous of the intake tract according to the Adjusted air mass flow drawn by the internal combustion engine.
  • a control program is easy a control signal for amplitude and phase control regarding of closing and opening the flow cross-section of the intake tract at least depending from the speed of the internal combustion engine, however can also be generated depending on other sizes.
  • the closing and opening is done with a suitable one first frequency and the vibration ranges over the half and a quarter flow cross-section of the intake tract are advantageously in multiples selected this first frequency.
  • the control program can continue to easily shift the zero position the vibrations of the air mass flow with the change take into account the speed. Especially in full load operation of the internal combustion engine are also in the trend the pulsation amplitude and the air mass flow with the Motor speed increases monotonically, so that the zero position the swing deflection must be set.
  • the direct form of control of the previously described silent converter would be entering data from a Map that covers all acoustic events. To do this, an abundance of values would have to be stored, one would make electronic storage very expensive. A pure regulation requires the smallest amount of memory data but is time critical.
  • the influencing of the sound can be carried out such that the data of the internal combustion engine and the intake system on the basis of a previously determined acoustic model for the sound-conducting parts are evaluated and thus that Control program is executed.
  • This output signal is available thanks to the high possible computing speed available in time and can either the form of a periodic time signal or the Form a list of complex numbers in the frequency domain to have. In each of these forms it can be used for determination of the cancellation signal are used.
  • the deviation of the microphone signal from the deletion target can be determined by a Refinement and adaptation of the acoustic model slight being held. The advantage here is that the control loop only little is used and the data storage effort low compared to the effort for a map is.
  • control element By means of the control signals in the area of the noise source Internal combustion engine and the connected intake components can be recorded via a corresponding Control program in a control device, the control element lead in such a way that it is swinging on the Combustion engine coming sound wave acts without to significantly hinder the air mass flow.
  • the amplitude and the phase position of the movement of the actuator becomes for the different single tones of the engine noise set so that deletion occurs whenever possible and thus prevented the sound wave from spreading becomes.
  • control elements must the greatest possible adaptability to control of the flow cross-section in the intake tract, accordingly of the current drawn by the internal combustion engine Airflow.
  • vibration wave amplitudes of the actuator in an advantageous manner to reduce of the noise in the intake tract take effect.
  • control element is advantageous Way a single or multi-axis flap that by rotation about at least one axis between one Closure and a release of the flow cross section is controllable.
  • actuating element is moved transversely to the direction of flow Piston, slide or similar device that by moving in the direction of stroke between a closure and a release of the flow cross section is controllable.
  • control element is an iris diaphragm, which is characterized by a appropriate guidance of the blind slats between one Closure and a release of the flow cross section is controllable.
  • An internal combustion engine is shown schematically in block 1 in FIG indicated, for example in the crankshaft position and rotation speed with in conventional Detection means 2 constructed in this way is detected.
  • about an intake tract 3 is used for combustion in engine 1 necessary air with the piston movement of the Internal combustion engine 1 caused suction pulses.
  • the air mass flow caused by this is with a Air mass sensor 4 in particular with regard to the temporal History recorded.
  • an actuator 5 in the embodiment shown is a flap rotating according to arrow 6.
  • the position of the flap 5 can be here with a sensor 7 are detected, in the event that the flap 5 with a stepper motor is driven, this sensor 7 too can be omitted.
  • a control unit 10 is also present, in which the signal of the crankshaft position at an input 11, the output signal at an input 12 of the air mass sensor 4, the signal at an input 13 of the actuator sensor 7 and the control signal at an output 14 for the rotatable flap 5 is present.
  • the flap 5 is in detail shown in different rotational positions in the intake tract 3.
  • the position 5.1 shows a fully open Flap 5, position 5.2 a half-open flap 5 and position 5.3 a closed flap 5.
  • the Air mass flow according to arrows 9 can largely as explained below, pass the flap 5, however become sound waves 15, which from the suction pulses represent engine noise caused on the flap by means of a suitable, time-controlled flap control at least prevented from spreading further.
  • control signals at the output 14 of the control unit 10 is the rotation of the flap 5 via a control program led in such a way that it swings on from the internal combustion engine Coming sound wave 15 acts without the Air mass flow 9 to significantly hinder.
  • the amplitude and the phase position of the movement of the flap 5 is for the different individual tones of the engine noise are set so that deletion occurs whenever possible and thus preventing the sound wave 15 from spreading becomes.
  • FIG. 3 to 4 some diagrams are shown which show the structure of the Show sound waves 15.
  • FIG. 3 shows a time signal 20 in a meaningful way Time signal cycle T, which depends on the engine speed.
  • the dominant vibration contained in the time signal has the frequency of the cylinders of the internal combustion engine 1 outgoing pulsation of the air mass flow 9.
  • the others superimposed vibrations are weaker here, however, they also have an acoustic to consider Importance.
  • Figure 4 are in a complex Vector diagram with the imaginary part on the vertical and the real share on the horizontal the first harmonic harmonic 21, the second harmonic harmonic 22, the third harmonic 23 and the fourth harmonic harmonic 24 shown. It can be seen from this that in particular the fourth harmonic 24 has a significant proportion of engine noise.
  • the pulsation volume flow is in the diagram according to FIG +/- V recorded over the engine speed rpm, in particular the pulsation volume flow, which is caused by the fourth harmonic 24 is between the lines 30 and the pulsation volume flow, who the whole event including the hatched area between lines 31 is shown. It can also be seen here that the Vibrations only at one engine speed have a fixed zero position and that the zero position of the Vibrations increase with increasing speed. It can various, indicated by broken lines 32 Resonances occur that affect the vibration swing at Reach multiple frequencies by reaching certain frequencies can leave.
  • the flap 5 at the output 14 of the control unit 10 deal with a number of boundary conditions, which is taken into account with a suitable control program can be.
  • closing and opening the flap 5 at a suitable first frequency take place and the vibration ranges over half and the quarter cross section of the intake tract 3 with multiples this first frequency.
  • a suitable control at realistic engine speeds can e.g. with a first Frequency of 100 Hz for closing and opening, one second frequency of 200 Hz for the amplitude over the half cross section and a third frequency from 400 to 800 Hz for the vibration range over a quarter of the cross-section respectively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, bei dem die einen Saugpuls verursachenden Betriebszustände im Ansaugtrakt (3) und/oder am Verbrennungsmotor (3) erfasst werden und der Schall durch eine Beeinflussung des Luftstroms (9) im Ansaugtrakt (3) vermindert wird. Die Beeinflussung des Luftstromes (9) wird durch einen zumindest teilweisen Verschluss des Strömungskanals im Ansaugtrakt (3) zu vorgegebenen, periodisch wiederkehrenden Zeiten bewirkt, in denen kein oder ein geringer Luftmassentransport im Strömungskanal stattfindet. Mit einem Steuerprogramm wird ein Steuersignal zur Amplituden- und Phasensteuerung hinsichtlich des Verschließens und Öffnens des Durchströmungsquerschnitts des Ansaugtraktes (3) zumindest in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) erzeugt. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, insbesondere hinsichtlich der Geräuschdämpfung oder -verhinderung, nach der Gattung des Verfahrens- und des Vorrichtungsanspruchs.
Bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren werden üblicherweise einige Maßnahmen ergriffen, mit denen insbesondere die Ansauggeräusche im Luftansaugsystem des Verbrennungsmotors vermindert werden können. In der Regel werden hier starre Systeme angewandt, wie z.B. Nebenschluss-Resonatoren oder Abzweigrohre, die einen hohen mechanischen Aufwand und ein relativ großes Bauvolumen erfordern.
Es ist aus der DE 196 10 292 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei dem die Schallverhältnisse des schallführenden Kanals, z.B. des Ansaugtrakts eines Verbrennungsmotors, erfasst und gezielt im Hinblick auf eine Geräuschdämpfung hin beeinflusst werden. Hierzu werden einige Motordaten, wie z.B. die Kurbelwellenstellung, die Luftmenge im Ansaugtrakt, die Stellung der Drosselklappe und ein Restschall am Ausgang des Ansaugtraktes mit geeigneten Detektoren erfasst. In einer Steuerungseinheit können nun diese Daten ausgewertet werden. Die Steuerungseinheit erzeugt ein Signal für einen Lautsprecher im Ansaugtrakt, hier im Bereich des Luftfilters, der damit derart angeregt wird, dass der resultierende Restschall gemindert wird.
Der Lautsprecher stellt bei der bekannten Anordnung eine schwingende Wand dar, mit der in gewissen Grenzen ein Geräusch, im Prinzip mit Antilärm auslöschbar ist. Hierbei können die zuvor erwähnten, von der Geräuschquelle herrührenden Signale eine Vorausberechnung der Schallwellen ermöglichen. Eine solche aktive Beeinflussung eines Schallereignisses mit einer Lautsprechermembran als elektro-akustischer Wandler ist insofern nachteilig, da diese Membran in ihrer Kraft begrenzt und nicht zu einer eingeprägten, rückwirkungsfreien Schwingung fähig ist, die vom Schallereignis nicht beeinflusst wird.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei dem auf einfache Weise eine weitgehend rückwirkungsfreie Schallverminderung oder -auslöschung möglich ist.
Vorteile der Erfindung
Ausgehend von einer Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors nach der eingangs angegebenen Art, bei dem die einen Saugpuls verursachenden Betriebszustände im Ansaugtrakt und/oder am Verbrennungsmotor erfasst werden und der Schall durch eine Beeinflussung der akustischen Verhältnisse im Ansaugtrakt vermindert ist, wird die gestellte Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Erfindungsgemäß erfolgt die Beeinflussung des Luftstromes durch einen zumindest teilweisen Verschluss des Strömungskanals im Ansaugtrakt. Dies geschieht zu vorgegebenen, im wesentlichen periodisch wiederkehrenden Zeiten, in denen kein oder ein geringer Luftmassentransport im Strömungskanal stattfindet.
In vorteilhafter Weise wird hierbei die Fläche des Durchströmungsquerschnitts des Ansaugtrakts entsprechend des vom Verbrennungsmotor angesaugten Luftmassenstroms angepasst. Mit einem Steuerprogramm ist auf einfache Weise ein Steuersignal zur Amplituden- und Phasensteuerung hinsichtlich des Verschließens und Öffnens des Durchströmungsquerschnitts des Ansaugtraktes zumindest in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, aber auch in Abhängigkeit von weiteren Größen, erzeugbar.
Das Verschließen und Öffnen erfolgt hierbei mit einer geeigneten ersten Frequenz und die Schwingweiten über den halben und den viertel Durchströmungsquerschnitt des Ansaugtraktes werden in vorteilhafter Weise mit Vielfachen dieser ersten Frequenz gewählt. Das Steuerprogramm kann weiterhin auf einfache Weise eine Verschiebung der Nulllage der Schwingungen des Luftmassenstroms mit der Änderung der Drehzahl berücksichtigen. Besonders im Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors sind in der Tendenz auch die Pulsationsamplitude und der Luftmassenstrom mit der Motordrehzahl monoton steigend, so dass auch die Nulllage der Schwingauslenkung eingestellt werden muss.
Die direkte Form der Ansteuerung des zuvor beschriebenen geräuschlosen Wandlers wäre die Eingabe von Daten aus einem Kennfeld, das alle akustischen Ereignisse abdeckt. Dazu müssten eine Fülle von Werten abgelegt sein, die einen elektronischen Speicher sehr aufwendig machen würde. Eine reine Regelung verlangt zwar den geringsten Speicherdatenumfang ist aber zeitkritisch. In vorteilhafter Weise kann erfindungsgemäß die Beeinflussung des Schalls derart durchgeführt werden, dass die Daten des Verbrennungsmotors und des Ansaugtraktes unter Zugrundelegung eines zuvor ermittelten akustischen Modells für die schallführenden Teile auswertet werden und damit das Steuerprogramm ausgeführt wird.
Mit der Erzeugung eines akustischen Modells, wie es für sich gesehen aus der DE 197 52 142 Al bekannt ist, können diese Nachteile für die Gewinnung eines akustischen Löschungssignals im allgemeinen uns somit auch in diesem Fall vermieden werden. Das abgespeicherte Rechenmodell der schallführenden Teile reagiert auf alle erforderlichen Eingaben wie dem Drehpuls des Verbrennungsmotors, der Drosselklappenstellung und der Lufttemperatur im Ansaugtrakt mit einem Ausgangssignal, das der Schallabstrahlung der unbeeinflussten Anlage entspricht.
Dieses Ausgangssignal steht dank der hohen möglichen Rechengeschwindigkeit rechtzeitig zur Verfügung und kann entweder die Form eines periodischen Zeitsignals oder die Form einer Liste der komplexen Zahlen des Frequenzbereiches haben. In jeder dieser Formen kann es zur Bestimmung des Löschungssignales eingesetzt werden. Die Abweichung des Mikrofonsignals vom Löschungsziel kann durch eine Verfeinerung und Anpassung des akustischen Modells gering gehalten werden. Vorteilhaft ist hier, dass der Regelkreis nur wenig beansprucht wird und der Datenspeicheraufwand im Vergleich zum Aufwand für ein Kennfeld gering ist.
Mit einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des zuvor angegebenen Verfahrens wird im Ansaugtrakt ein in Amplitude und Phasenlage steuerbares, rückwirkungsfreies Stellelement angeordnet, mit dem die Schallereignisse beeinflussbar sind. Eine solche Methode der Geräuschverminderung oder auch -verhinderung mit nur einem Bauteil ist im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors durchführbar, da das Geräuschereignis nur längs eines Kanalsystems auftritt und daher auch nur ein Einwirkungsort erforderlich ist.
Mittels der Steuersignale, die im Bereich der Geräuschquelle Verbrennungsmotor und der angeschlossenen Ansaugbauteile erfasst sind, lässt sich über ein entsprechendes Steuerprogramm in einer Steuereinrichtung das Stellelement derart führen, dass es schwingend auf die vom Verbrennungsmotor herkommende Schallwelle einwirkt ohne den Luftmassenstrom wesentlich zu behindern. Die Amplitude und die Phasenlage der Bewegung des Stellgliedes wird für die verschiedenen Einzeltöne des Motorgeräuschs dabei so eingestellt, dass möglichst immer eine Löschung eintritt und somit die Schallwelle an der Ausbreitung gehindert wird.
Die möglichen Gestaltungsformen der Stellelemente müssen dabei eine möglichst große Anpassungsfähigkeit zur Steuerung des Durchströmungsquerschnitts im Ansaugtrakt, entsprechend des aktuellen vom Verbrennungsmotor angesaugten Luftstroms, aufweisen. Somit können die Schwingwellenamplituden des Stellgliedes in vorteilhafter Weise zur Verminderung des Geräuschs im Ansaugtrakt wirksam werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Stellelement in vorteilhafter Weise eine ein- oder mehrachsige Klappe, die durch Rotation um mindestens eine Achse zwischen einem Verschluss und einer Freigabe des Durchströmungsquerschnitts steuerbar ist.
Vorteilhaft kann auch eine Ausführungsform sein. Bei der das Stellelement ein quer zur Strömungsrichtung bewegter Kolben, Schieber oder eine ähnliche Vorrichtung ist, die durch eine Bewegung in Hubrichtung zwischen einem Verschluss und einer Freigabe des Durchströmungsquerschnitts steuerbar ist.
Weiterhin besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, dass das Stellelement eine Irisblende ist, die durch eine entsprechende Führung der Blendlamellen zwischen einem Verschluss und einer Freigabe des Durchströmungsquerschnitts steuerbar ist.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls in einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors wird anhand der Figur der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 eine Prinzipskizze mit einem schematisch dargestelltem Verbrennungsmotor, einem Ansaugtrakt und einer Steuereinheit für ein Stellglied zur Beeinflussung des Schalls;
  • Figur 2 eine Detailskizze des Stellgliedes in Form einer drehbaren Klappe;
  • Figur 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Saugströmung im Ansaugtrakt;
  • Figur 4 eine Vektordarstellung der harmonischen Anteile des Schalls im Ansaugtrakt in einer komplexen Ebene und
  • Figur 5 eine Darstellung der Einhüllenden der Scheitelwerte des Volumenstromes der Saugströmung im Ansaugtrakt.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
    In Figur 1 ist schematisch im Block 1 ein Verbrennungsmotor angedeutet, bei dem beispielsweise die Kurbelwellenstellung und -drehgeschwindigkeit mit in herkömmlicher Weise aufgebauten Detektionsmitteln 2 erfasst wird. Über einen Ansaugtrakt 3 wird die zur Verbrennung im Motor 1 notwendige Luft mit durch die Hubkolbenbewegung des Verbrennungsmotors 1 bewirkten Saugimpulsen angesaugt. Der hierdurch verursachte Luftmassenstrom wird mit einem Luftmassensensor 4 insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs erfasst.
    Im Strömungskanal des Ansaugtraktes 3 nach der Figur 1 ist ein Stellglied 5 vorhanden, das im gezeigten Ausführungsbeispiel eine gemäß Pfeil 6 rotierende Klappe ist. Die Stellung der Klappe 5 kann hier mit einem Sensor 7 erfasst werden, wobei für den Fall, dass die Klappe 5 mit einem Schrittmotor angetrieben wird, dieser Sensor 7 auch entfallen kann. Weiterhin ist eine Steuereinheit 10 vorhanden, bei der an einem Eingang 11 das Signal der Kurbelwellenstellung, an einem Eingang 12 das Ausgangssignal des Luftmassensensors 4, an einem Eingang 13 das Signal des Stellgliedsensors 7 und an einem Ausgang 14 das Steuersignal für die drehbare Klappe 5 anliegt.
    Bei der Darstellung nach Figur 2 ist die Klappe 5 im Detail in verschiedenen Drehstellungen im Ansaugtrakt 3 gezeigt. Die Stellung 5.1 zeigt eine vollständig geöffnete Klappe 5, die Stellung 5.2 eine halb geöffnete Klappe 5 und die Stellung 5.3 eine geschlossenen Klappe 5. Der Luftmassenstrom nach den Pfeilen 9 kann hier weitgehend, wie weiter unten erläutert, die Klappe 5 passieren, jedoch werden Schallwellen 15, die das von den Saugpulsen verursachte Motorgeräusch darstellen, an der Klappe mittels einer geeigneten, zeitlich gesteuerten Klappensteuerung an der weiteren Ausbreitung zumindest gehindert.
    Mittels der Steuersignale am Ausgang 14 der Steuereinheit 10 wird über ein Steuerprogramm die Rotation der Klappe 5 derart geführt, dass es schwingend auf die vom Verbrennungsmotor herkommende Schallwelle 15 einwirkt ohne den Luftmassenstrom 9 wesentlich zu behindern. Die Amplitude und die Phasenlage der Bewegung der Klappe 5 wird für die verschiedenen Einzeltöne des Motorgeräuschs dabei so eingestellt, dass möglichst immer eine Löschung eintritt und somit die Schallwelle 15 an der Ausbreitung gehindert wird.
    Zur Erläuterung der akustischen Bedingungen im Ansaugtrakt und der Einwirkungsmöglichkeiten sind in Figuren 3 bis 4 einige Diagramme gezeigt, die die Struktur der Schallwellen 15 zeigen.
    Die Figur 3 zeigt ein Zeitsignal 20 in einem sinnvollen Zeitsignal-Zyklus T, das von der Motordrehzahl abhängt. Die im Zeitsignal enthaltende dominierende Schwingung hat die Frequenz der von den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 ausgehenden Pulsation des Luftmassenstroms 9. Die anderen überlagerten Schwingungen sind hierbei zwar schwächer, jedoch haben auch sie eine zu berücksichtigende akustische Bedeutung. In der Figur 4 sind in einem komplexen Vektordiagramm mit dem Imaginäranteil auf der Senkrechten und dem Realanteil auf der Waagerechten die erste harmonische Oberwelle 21, die zweite harmonische Oberwelle 22, die dritte harmonische Oberwelle 23 und die vierte harmonische Oberwelle 24 gezeigt. Es ist hieraus erkennbar, dass insbesondere die vierte harmonische Oberwelle 24 einen erheblichen Anteil am Motorgeräusch aufweist.
    Im Diagramm nach der Figur 5 ist der Pulsationsvolumenstrom +/- V über der Motordrehzahl U/min aufgezeichnet, wobei hier insbesondere der Pulsationsvolumenstrom, der durch die vierte harmonische Oberwelle 24 hervorgerufen ist zwischen den Linien 30 und der Pulsationsvolumenstrom, der das Gesamtereignis unter Einschluss des schraffierten Bereichs darstellt, zwischen den Linien 31 gezeigt ist. Es ist hier außerdem erkennbar, dass die Schwingungen jeweils nur bei einer Motordrehzahl eine feste Nulllage aufweisen und dass die Nulllage der Schwingungen mit steigender Drehzahl ansteigt. Es können hierbei diverse, durch gestrichelte Linien 32 angedeutete Resonanzen auftreten, die den Schwingungsausschlag beim Erreichen bestimmter Frequenzen um ein mehrfaches ansteigen lassen können.
    Für das Steuersignal zur Amplituden- und Phasensteuerung der Klappe 5 am Ausgang 14 der Steuereinheit 10 ergeben sich mit dem zuvor gesagten eine Reihe von Randbedingungen, die mit einem geeigneten Steuerprogramm berücksichtigt werden können. Beispielsweise soll das Verschließen und Öffnen der Klappe 5 mit einer geeigneten ersten Frequenz erfolgen und die Schwingweiten über den halben und den viertel Querschnitt des Ansaugtraktes 3 mit Vielfachen dieser ersten Frequenz. Eine geeignete Steuerung bei realistischen Motordrehzahlen kann z.B. mit einer ersten Frequenz von 100 Hz zum Verschließen und Öffnen, einer zweiten Frequenz von 200 Hz für die Schwingweite über den halben Querschnitt und einer dritten Frequenz von 400 bis 800 Hz für die Schwingweite über ein Viertel des Querschnitts erfolgen.
    Die anhand der Figur 5 erwähnte Verschiebung der Nulllage der Schwingungen des Saugpulses kann mit einem entsprechenden Nulllagenversatz mit der Änderung der Motordrehzahl vorgenommen werden. Die erforderliche Kenngrößen zur Bearbeitung im Steuerprogramm der Steuereinheit 10 stehen, wie anhand der Figur 1 beschrieben, zur Verfügung, wobei im Prinzip im Falle der Hinterlegung von Ereignisdaten in Form von Kennfeldern auch nur die Erfassung und Verarbeitung der Motordrehzahl hier zu befriedigenden Ergebnissen führt.

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, bei dem
      die einen Saugpuls verursachenden Betriebszustände im Ansaugtrakt (3) und/oder am Verbrennungsmotor (3) erfasst werden und der Schall durch eine Beeinflussung der akustischen Verhältnisse im Ansaugtrakt (3) vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
      die Beeinflussung des Schalls durch einen zumindest teilweisen Verschluss des Strömungskanals im Ansaugtrakt (3) zu vorgegebenen, periodisch wiederkehrenden Zeiten erfolgt, in denen kein oder ein geringer Luftmassentransport im Strömungskanal stattfindet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
      entsprechend des vom Verbrennungsmotor (1) angesaugten Luftmassenstroms die Fläche des Durchströmungsquerschnitts des Ansaugtrakts (3) angepasst wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
      mit einem Steuerprogramm ein Steuersignal zur Amplituden- und Phasensteuerung hinsichtlich des Verschließens und Öffnens des Durchströmungsquerschnitts des Ansaugtraktes (3) zumindest in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) erzeugt wird, wobei
      das Verschließen und Öffnen mit einer geeigneten ersten Frequenz erfolgt und die Schwingweiten über den halben und den viertel Durchströmungsquerschnitt des Ansaugtraktes (3) mit Vielfachen dieser ersten Frequenz erfolgt.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
      das Steuerprogramm zur Amplituden- und Phasensteuerung hinsichtlich des Verschließens und Öffnens des Durchströmungsquerschnitts eine Verschiebung der Nullage der Schwingungen des Luftmassenstroms mit der Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) berücksichtigt.
    5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
      das Steuerprogramm das Verschließen und Öffnen des Durchströmungsquerschnitts derart steuert, dass eine erste Frequenz von 100 Hz zum Verschließen und Öffnen des Durchströmungsquerschnitts, eine zweite Frequenz von 200 Hz für die Schwingweite über den halben Querschnitt und eine dritte Frequenz von 400 bis 800 Hz für die Schwingweite über ein Viertel des Querschnitts erzeugt wird.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
      die Beeinflussung des Schalls derart durchgeführt wird, dass die Daten des Verbrennungsmotors und des Ansaugtraktes unter Zugrundelegung eines zuvor ermittelten akustischen Modells für die schallführenden Teile auswertet werden und damit das Steuerprogramm ausgeführt wird.
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
      im Ansaugtrakt (3) ein in Amplitude und Phasenlage steuerbares, rückwirkungsfreies Stellelement (5) vorhanden ist, mit dem der Luftmassenstrom (9) beeinflussbar ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
      das Stellelement eine ein- oder mehrachsige Klappe (5) ist, die durch Rotation um mindestens eine Achse zwischen einem Verschluss und einer Freigabe des Durchströmungsquerschnitts steuerbar ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
      das Stellelement ein quer zur Strömungsrichtung bewegter Kolben, Schieber oder ähnliche Vorrichtung ist, die durch eine Bewegung in Hubrichtung zwischen einem Verschluss und einer Freigabe des Durchströmungsquerschnitts steuerbar ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
      das Stellelement eine Irisblende ist, die durch eine entsprechende Führung der Blendlamellen zwischen einem Verschluss und einer Freigabe des Durchströmungsquerschnitts steuerbar ist.
    EP00124963A 1999-11-20 2000-11-16 Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Schalls im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors Expired - Lifetime EP1101929B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19955900 1999-11-20
    DE19955900 1999-11-20

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
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