EP1314336A2 - Elektromechanischer wandler, insbesondere für den einbau in den ansaugtrakt einer brennkraftmaschine - Google Patents

Elektromechanischer wandler, insbesondere für den einbau in den ansaugtrakt einer brennkraftmaschine

Info

Publication number
EP1314336A2
EP1314336A2 EP01965233A EP01965233A EP1314336A2 EP 1314336 A2 EP1314336 A2 EP 1314336A2 EP 01965233 A EP01965233 A EP 01965233A EP 01965233 A EP01965233 A EP 01965233A EP 1314336 A2 EP1314336 A2 EP 1314336A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mass
pressure
loudspeaker
spring
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01965233A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franc Pricken
Stephan Wild
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH, Filterwerk Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Publication of EP1314336A2 publication Critical patent/EP1314336A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17857—Geometric disposition, e.g. placement of microphones
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787—General system configurations
    • G10K11/17879—General system configurations using both a reference signal and an error signal
    • G10K11/17883—General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being derived from a machine operating condition, e.g. engine RPM or vehicle speed
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/18—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/112—Ducts
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3212—Actuator details, e.g. composition or microstructure

Definitions

  • Electro-mechanical converter in particular for installation in the intake tract of an internal combustion engine
  • the invention relates to an electromechanical transducer, which is provided in particular for influencing the intake noise of an internal combustion engine, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to an intake system for an internal combustion engine, in which the electromechanical transducer is installed, according to the preamble of the patent claim 6th
  • the active influencing of the intake noise of an internal combustion engine e.g. B. through a speaker is known.
  • a possible arrangement is shown in US Pat. No. 5,321,759.
  • the intake tract 12, from which an intake noise 20 is emitted, is of interest in this context.
  • the controller receives at least one speed signal 44 from the internal combustion engine 10, which is processed electronically.
  • other sizes such as. B. the position 18 of the throttle valve 16, are included in the computing process of the electronic control.
  • the intake noise of the internal combustion engine can be actively influenced.
  • a reduction in the intake noise or a change in the noise characteristic can be achieved.
  • the degree to which the intake noise is influenced is limited by the dimensioning of the loudspeaker.
  • the achievable loudspeaker performance is frequency-dependent, since the loudspeaker as such represents a spring-mass system consisting of the loudspeaker membrane and the iron core for excitation by an electrical coil.
  • the electromechanical transducer according to the invention is characterized in that the mass of the loudspeaker is additionally connected to a gas spring which is supported in a stationary manner with respect to the mass.
  • the gas spring can of course also be operated with any other gas. So when we speak of an air spring in the following, we mean a gas spring according to the general usage in the technical sense.
  • the stiffness of the air spring is variable in relation to the distance the mass travels. This enables the speaker to be detuned in a targeted manner, which shifts its resonant frequency.
  • the electromechanical converter shows a particularly high efficiency. Therefore, by shifting the resonance frequency with limited speaker power or dimensions, an optimal effect with regard to the imitated vibrations can be achieved.
  • the electromechanical transducer in the intake tract of an internal combustion engine, the most disruptive frequency ranges, which are variable in frequency depending on the speed, can be changed or reduced.
  • a loudspeaker can be regarded as a spring-mass oscillator, in which the voice coil, the oscillating mass and the membrane of the loudspeaker represent a mechanical spring.
  • a second spring is added to this system, which is designed as a gas spring.
  • the enclosed volume acts as a spring when the mass is deflected, and its effect can be added to the mechanical spring.
  • a total spring constant c tot results as the sum of the individual spring constants
  • V - ⁇ - d • p 1 1 c lake ⁇ 4 ⁇ V - ⁇ / 4 - d - h V + ⁇ / 4 - d - h with the enclosed volume V at rest, the filling pressure p, the piston diameter d and the deflection h.
  • the loudspeaker can be detuned by varying the filling pressure.
  • the intake manifold vacuum can be used for applications in motor vehicles.
  • the hardness of the gas spring can be influenced by a factor> 2.
  • the resonance frequency of the loudspeaker can thus be changed in accordance with the equations shown and adapted to the engine speed. Additional poten
  • the gas spring is designed such that the enclosed volume V is distributed over both sides of the piston.
  • This has the advantage that, regardless of the pressure that prevails in the partial volumes, the rest position of the mass, determined by the resilient element, is established.
  • the arrangement of the enclosed volume on one side of the piston is also conceivable, a change in the pressure in this case leading to a shift in the rest position of the electromechanical transducer.
  • the design of the gas spring as a double-acting piston has the advantage that the electromechanical transducer can be deflected in both directions with the same amplitude regardless of the operating pressure of the gas spring.
  • a further embodiment of the invention provides that at least one further air spring is attached to the mass, which is also supported in a stationary manner. In effect, it is connected in parallel to the first air spring.
  • the additional air spring can be switched on and off, whereby the overall spring stiffness of the two air springs can be changed. This makes it possible to detune the speaker in the form already described. If the electromechanical converter is used in the intake tract of the internal combustion engine, an abrupt change in the spring stiffness can be brought about even with limited pressure fluctuations.
  • the electromechanical converter can advantageously be integrated into the intake system for an internal combustion engine.
  • the electromechanical converter can also be used in the exhaust tract of an internal combustion engine. This measure aims to actively influence the intake noise. This can be used to reduce their amplitudes when frequencies with high noise levels occur. Another possibility is to change the intake noise in order to achieve a noise characteristic that is more pleasant in human perception.
  • the suction system itself can be used to generate a vacuum in the gas spring.
  • the intake manifold of the intake system in particular, there is a negative pressure in operating conditions with the throttle valve fully or partially closed, which can be used to change the pressure in the volume of the gas spring. Additional pressure sources for changing the pressure in the gas spring are therefore not necessary, which advantageously makes it possible to save on components which would impair the economy of the design of the electromechanical transducer according to the invention.
  • the air spring is connected to a connection that leads to a pressure source.
  • this pressure source can be designed as either a vacuum or an overpressure store.
  • various pressure sources are available in the motor vehicle.
  • the brake booster can be used as a vacuum source.
  • the use of a compressor for generating an overpressure is conceivable. In trucks or buses, compressed air systems are almost always provided, for example for the brakes, which can be used as a pressure source for detuning the electromechanical converter.
  • a separate pressure source for the gas spring can also be provided.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of an electromechanical transducer with gas spring designed as a loudspeaker
  • FIG. 2 schematically shows the arrangement of a loudspeaker in the intake tract of an internal combustion engine
  • Figure 3 shows a loudspeaker having a gear for changing the spring stiffness of the gas spring
  • FIG. 4 shows a loudspeaker with two gas springs, one gas spring being connected to the pressure accumulator of a compressed air system.
  • a loudspeaker 10 according to FIG. 1 consists of a membrane 11 as a resilient element, to which a mass 12 is attached, which together with a coil 13 forms the drive of the loudspeaker.
  • the coil can be excited with the aid of an electrical energy source 14, which leads to an oscillation of the mass 12 in the direction of the indicated double pelpfeiles leads.
  • the membrane 11 is clamped in place, which is indicated by hatching 15. Such hatching is used in FIG. 1 and in the following figures to indicate that components are fixed in place.
  • the mass 12 is coupled to an air spring 16, which is also supported in a stationary manner.
  • the vibrations carried out by the mass 12 lead to a relative movement of a piston 17 in a cylinder 18 of the air spring.
  • the piston 17 moves, the two partial volumes 19 change, which creates a restoring force of the air spring.
  • the partial volumes 19 have pressure connections 20, via which the pressure in the partial volumes can be changed. If a three-way valve 21 is opened, the pressure in the air spring can be changed via a feed line 22 and a compensating line 23. After the three-way valve 21 has been closed, pressure equalization between the partial volumes 19 can be brought about via the equalizing line 23. So that the air spring can develop its effect, a check valve 24 must be closed in the compensating line. If the loudspeaker 10 is not actuated, a pressure equalization between the partial volumes 19 can be set via the compensating line with the shut-off valve open, this pressure equilibrium then being exactly in the rest position of the loudspeaker 10.
  • Pressure lines 25 lead from the three-way valve 21 to various pressure sources, with the aid of which a change in the pressure present in the air spring can be brought about.
  • the environment can also be viewed as a pressure source, the atmospheric pressure being established in the air spring when this pressure line is connected.
  • An internal combustion engine 26 is shown schematically in FIG. This has an intake tract 27 with a throttle valve 28 and an exhaust system 29. The direction of the intake air and the exhaust gas is indicated by arrows.
  • the loudspeaker 10 is also arranged in the intake tract.
  • a microphone 31 is attached to an intake port 30.
  • a controller 32 is provided, to which an actual sound signal I picked up by the microphone 31 and a speed signal D taken from the internal combustion engine 26 are fed.
  • a speed sensor 33 is provided for this purpose. It is also possible to measure the throttle valve angle with the aid of a position sensor 34. This generates a further parameter P, which can also be processed by the controller 32.
  • the controller 32 generates a control signal A tot which is converted into a correction sound 35 by the loudspeaker 10. This is superimposed on the intake noise 36, which results in an actual noise 37. This can be checked by the microphone 31 and corresponds to the desired intake noise of the internal combustion engine.
  • the exact function of the intake tract described can be found in the German application with the file number 199 49 685.
  • the air pressure in the air spring 16 is determined with the aid of a pressure sensor 38.
  • the air pressure signal L thus generated is also processed by the controller.
  • the loudspeaker 10 can be controlled as a function of its detuning by the air spring 16.
  • the control can z. B. determine an approximation for the overall spring stiffness of the loudspeaker according to the formula already given. Another possibility is to store a suitable map in the control system as a function of the measured air pressure in the air spring 16.
  • the air spring 16 which is used in the intake tract according to FIG. 2, is formed by a cylinder acting on one side. As a result, it only has the feed line 22 and no compensating line. If the air pressure in the air spring changes, the loudspeaker 's zero position is accepted.
  • the pressure lines 25 lead on the one hand into the environment, on the other hand into a collecting space 39 of a suction pipe 40.
  • the closing elements 41 allow the pressure in the air spring to be set between the atmospheric pressure and the negative pressure currently present in the suction pipe.
  • Monitoring of the air spring 16 by the pressure sensor 38 is not absolutely necessary.
  • a self-regulating system is also conceivable, since the detuning of the loudspeaker, due to the pressure conditions, corresponds at least when the internal combustion engine is idling and at high speeds to the necessary adaptation of the resonance frequency of the loudspeaker. These two speed ranges of the internal combustion engine are particularly suitable for correcting the intake noise.
  • the controller 32 is designed as a digital computer.
  • the loudspeaker 10 must therefore be controlled via a digital / analog converter 42 and an amplifier 43.
  • FIG. 3 shows the possibility of a mechanical adjustment of the spring stiffness of the air spring 16.
  • a lever rod 44 is articulated to the mass 12 of the loudspeaker 10 at one end. The other end is fixed.
  • the air spring which is also supported on one side in a stationary manner, has an axially displaceable suspension 45 on the lever rod 44 on the other side. By changing the lever ratios on the lever rod 44, the effective spring stiffness of the air spring in relation to the path of the mass 12 also changes.
  • FIG. 4 a loudspeaker 10 is shown in FIG. 4, the mass 12 of which is equipped with two air springs 16 and 16a.
  • the air spring 16 corresponds to the air spring already described in FIG. 1. It is provided with the corresponding valves and lines, an assignment according to FIG. 1 being possible using the corresponding reference numerals.
  • the three-way valve 21 is replaced by several closure members 41a.
  • Two of the pressure lines are connected to a pressure source 46, which in the exemplary embodiment is designed as a pressure accumulator.
  • the pressure source forms part of a compressed air system to which a further consumer 47 is connected.
  • the further air spring 16a only has a connection 48 with a closure member 41, with the aid of which the volume enclosed by the air filter can be connected to the surroundings.
  • a closure member 41 When the closure member 41 is open, the action of the air spring 16a is thus overridden. This results in the possibility of connecting the air filters 16a to the air spring 16.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

Lautsprecher, insbesondere zu aktiven Beeinflussung des Ausauggeräusches einer Brennkraftmaschine. Der Lautsprecher (10) besitzt eine Masse (12), die durch einen Antrieb (13) in Bewegung versetzt wird. Die Membran des Lautsprechers wirkt dabei als Feder. Zusätzlich ist an der Masse (12) eine Luftfeder (16) angebracht, die sich ortsfest abstützt. Durch Veränderung des Druckes in den Teilvolumina (19) kann die Federsteifigkeit der Luftfeder (16) beeinflusst werden. Hierdurch ist eine Verstimmung des Lautsprechers möglich. Im Anwendungsfall im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine kann bei der Auslegung des Laustprechers eine geringere Dimensionierung gewählt werden, da durch die Verstimmung des Lautsprechers seine Resonanzfrequenz verschoben werden kann.

Description

Elektromec anischer Wandler, insbesondere für den Einbau in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler, der insbesondere zur Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, nach der Gattung des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, in das der elektromechanische Wandler eingebaut ist, nach der Gat- tung des Patentanspruches 6.
Die aktive Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine, z. B. durch einen Lautsprecher, ist bekannt. Eine mögliche Anordnung zeigt die US 5 321 759. Bei der Anordnung gemäß Figur 1 dieses Dokumentes interessiert in diesem Zusammenhang der Ansaugtrakt 12, von dem ein Ansauggeräusch 20 abgestrahlt wird. Die Steuerung erhält zumindest ein Drehzahlsignal 44 von der Brennkraftmaschine 10, welches elektronisch verarbeitet wird. Zusätzlich können weitere Größen, wie z. B. die Stellung 18 der Drosselklappe 16, mit in den Rechenprozess der elektronischen Steuerung einbezogen werden.
Auf diese Weise lässt sich das Ansauggeräusch der Brennkraftmaschine aktiv beeinflussen. Es kann eine Verringerung des Ansauggeräusches bzw. eine Veränderung der Ge- räuschcharakteristik erreicht werden. Allerdings ist das Maß der Beeinflussung des Ansauggeräusches begrenzt durch die Dimensionierung des Lautsprechers. Dabei ist die erreichbare Lautsprecherleistung frequenzabhängig, da der Lautsprecher als solcher ein Feder-Massesystem, bestehend aus der Lautsprechermembran und dem Eisenkern zur Anregung durch eine elektrische Spule, darstellt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektromechanischen Wandler zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist, begrenzte Baumaße aufweist und über einen großen Frequenzbereich wirkungsvoll eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße elektromechanische Wandler ist dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Lautsprechers zusätzlich mit einer Gasfeder verbunden ist, die sich bezogen auf die Masse ortsfest abstützt. Die Gasfeder kann außer mit Luft selbstverständlich auch mit jedem anderen Gas betrieben werden. Wenn also im Folgenden von einer Luftfeder die Rede ist, so ist entsprechend des allgemeinen Sprachgebrauches im technischen Sinne eine Gasfeder gemeint. Die Steifigkeit der Luftfeder ist bezogen auf den Weg, den die Masse zurücklegt, veränderlich. Hierdurch kann eine gezielte Verstimmung des Lautsprechers erfolgen, wodurch sich dessen Resonanzfrequenz verschiebt. Im Bereich der Reso- nanzfrequenz zeigt der elektromechanische Wandler einen besonders hohen Wirkungsgrad. Daher kann durch Verschiebung der Resonanzfrequenz bei begrenzter Lautsprecherleistung bzw. -abmessungen eine optimale Wirkung hinsichtlich der imitierten Schwingungen erreicht werden. Bei einer Verwendung des elektromechanischen Wandlers im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine können auf diese Weise die am stärksten störenden Frequenzbereiche, die drehzahlabhängig in ihrer Frequenz variabel sind, verändert oder vermindert werden.
Das Prinzip der Verstimmung des Lautsprechers kann durch ein einfaches mechanisches Modell beschrieben werden.
Ein Lautsprecher kann im Prinzip als Feder-Masse-Schwinger angesehen werden, bei dem die Schwingspule die oszillierende Masse und die Membran des Lautsprechers eine mechanische Feder darstellt. Diesem System wird zum Beispiel bei Verwendung im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur verbesserten Anpassung des Lautsprechers an die Motordrehzahl eine zweite Feder hinzugefügt, die als Gasfeder ausgebildet ist.
Bei einer Gasfeder wirkt das eingeschlossene Volumen bei Auslenkung der Masse als Feder, die in Ihrer Wirkung zur mechanischen Feder addiert werden kann. Für die resultierende Feder ergibt sich eine gesamte Federkonstante cges als Summe der Einzelfederkonstanten mit
Cges ~ Cfnech + Cgas-
Für die Federkonstante einer als isotherm angesehenen Gasfeder gilt die Formel:
V - π - d • p 1 1 c„„„ = ~4 ~ V - π/4 - d - h V + π/4 - d - h mit dem eingeschlossenen Volumen V im Ruhezustand, dem Fülldruck p, dem Kolbendurchmesser d und der Auslenkung h.
Bei vorgegebener Geometrie kann der Lautsprecher durch Variation des Fülldrucks verstimmt werden. Für Anwendungen in Kfz kann hierzu beispielsweise der Saugrohrunter- druck genutzt werden. Bei typischen Saugrohrunterdrücken <500 mbar lässt sich die Härte der Gasfeder um einen Faktor >2 beeinflussen.
Für die Resonanzfrequenz eines Feder-Masse-Schwingers der Masse m, der das mechanische Modell für den elektromechanischen Wandler darstellt, gilt:
Die Resonanzfrequenz des Lautsprechers kann somit entsprechend der dargestellten Gleichungen verändert und an die Motordrehzahl angepasst werden. Zusätzliches Poten
zial verspricht die Variation der geometrischen Variablen V, d und h, so dass bei Bedarf eine Beeinflussung der Resonanzfrequenz zwischen einer halben und einer Größenordnung erreichbar ist.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Gasfeder derart ausgeführt, dass das eingeschlossene Volumen V auf beide Seiten des Kolbens verteilt ist. Dies hat den Vorteil, dass sich unabhängig vom Druck, der in den Teilvolumina vorherrscht, die Ruhelage der Masse, bestimmt durch das federnde Element, einstellt. Denkbar ist jedoch auch die Anordnung des eingeschlossenen Volumens auf einer Seite des Kolbens, wobei eine Veränderung des Druckes in diesem Fall zu einer Verschiebung der Ruhelage des elektromechanischen Wandlers führt. Die Ausführung der Gasfeder als zweiseitig wirkender Kolben hat jedoch den Vorteil, dass der elektromechanische Wandler unabhängig vom Betriebsdruck der Gasfeder in beide Richtungen mit der gleichen Amplitude ausgelenkt werden kann.
Es ist vorteilhaft, die beiden genannten Teilvolumina der Gasfeder durch eine Ausgleichsleitung zu verbinden, welche verschließbar ist. Bei Öffnen der Ausgleichsleitung stellt sich automatisch ein Druckgleichgewicht zwischen den beiden Teilvolumina her, während die Masse in die Ruhelage schwingt. Nach Verschluss der Ausgleichsleitung wirkt die Gasfeder in ihrer Eigenschaft als Verstimmung des elektromechanischen Wandlers. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Veränderung der Federstei- figkeit der Gasfeder über ein Getriebe erfolgt, welches die Verstellung der Verhältnisse der Auslenkung der Masse zur Auslenkung des Kolbens bewirkt. Die Wegverhältnisse sind ausschlaggebend für die Federsteifigkeit der Gasfeder bezogen auf die Auslenkung der Masse, da diese einerseits von der wirkenden Federkraft und andererseits von der Auslenkung, die durch die Hebelverhältnisse beeinflusst wird, abhängig ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine weitere Luftfeder an der Masse angebracht ist, die sich ebenfalls ortsfest abstützt. In ihrer Wirkung ist sie damit parallel geschaltet zu der ersten Luftfeder. Zum Beispiel durch einen entspre- chenden Ventilmechanismus lässt sich die weitere Luftfeder zu- und abschalten, wodurch die Gesamtfedersteifigkeit der beiden Luftfedern veränderbar ist. Hierdurch lässt sich also eine Verstimmung des Lautsprechers in der bereits beschriebenen Form erreichen. Im Falle der Verwendung des elektromechanischen Wandlers im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine kann so auch bei begrenzten Druckschwankungen ein sprunghafter Wech- sei der Federsteifigkeit bewirkt werden.
Wie schon erwähnt, kann der elektromechanische Wandler vorteilhaft in das Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine integriert werden. Eine Verwendung des elektromechanischen Wandlers im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ist allerdings genauso möglich. Diese Maßnahme zielt auf eine aktive Beeinflussung des Ansauggeräusches. Dieses kann bei Auftreten von Frequenzen mit hohem Geräuschpegel zur Verminderung von deren Amplituden verwendet werden. Eine andere Möglichkeit ist die Veränderung des Ansauggeräusches, um eine in der menschlichen Wahrnehmung angenehmere Geräuschcharakteristik zu erzielen.
Gemäß einer besonders günstigen Variante der Erfindung kann zur Erzeugung eines Un- terdrucks in der Gasfeder das Saugsystem selbst verwandt werden. Insbesondere im Saugrohr des Saugsystems liegt bei Betriebszuständen mit ganz oder teilweise geschlossener Drosselklappe ein Unterdruck vor, der zur Veränderung des Druckes in dem Volumen der Gasfeder verwendet werden kann. Weitere Druckquellen zur Veränderung des Druckes in der Gasfeder sind daher nicht notwendig, wodurch vorteilhafterweise Kompo- nenten eingespart werden können, die die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des elektromechanischen Wandlers beeinträchtigen würden.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass die Luftfeder mit einem Anschluss verbunden ist, der zu einer Druckquelle führt. Diese Druckquelle kann im Verhältnis zum Atmosphärendruck sowohl als Unterdruck- oder als Überdruckspeicher ausgeführt sein. Bei der Verwendung des elektromechanischen Wandlers in einer Brennkraftmaschine stehen im Kraftfahrzeug verschiedene Druckquellen zur Verfügung. Zum Beispiel kann als Unterdruckquelle der Bremskraftverstärker genutzt werden. Weiterhin ist die Nutzung eines Kompressors zur Erzeugung eines Überdrucks denkbar. Bei LKW oder Bussen sind fast immer Druckluftsysteme z.B. für die Bremsen vorgesehen, welche als Druckquelle für eine Verstimmung des elektromechanischen Wandlers genutzt werden können. Selbstverständlich kann auch eine gesonderte Druckquelle für die Gasfeder vorgesehen werden.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung 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
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen
Figur 1 den schematischen Aufbau eines als Lautsprecher ausgeführten elektromechanischen Wandlers mit Gasfeder,
Figur 2 schematisch die Anordnung eines Lautsprechers im Ansaugtrakt einer Brenn- kraftmaschine,
Figur 3 einen Lautsprecher, der ein Getriebe zur Veränderung der Federsteifigkeit der Gasfeder aufweist und
Figur 4 einen Lautsprecher mit zwei Gasfedern, wobei die eine Gasfeder an den Druckspeicher eines Druckluftsystems angeschlossen ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Lautsprecher 10 gemäß Figur 1 besteht aus einer Membran 11 als federndes Element, an der eine Masse 12 befestigt ist, die zusammen mit einer Spule 13 den Antrieb des Lautsprechers bildet. Die Spule kann mit Hilfe einer elektrischen Energiequelle 14 angeregt werden, was zu einer Schwingung der Masse 12 in Richtung des angedeuteten Dop- pelpfeiles führt. Die Membran 11 ist ortsfest eingespannt, was durch Schraffuren 15 angedeutet ist. Derartige Schraffuren sind in Figur 1 sowie in den folgenden Figuren zur Andeutung von ortsfester Befestigung von Bauteilen verwendet.
Die Masse 12 ist mit einer Luftfeder 16 gekoppelt, welche sich ebenfalls ortsfest abstützt. Dadurch führen die durch die Masse 12 ausgeführten Schwingungen zu einer Relativbewegung eines Kolbens 17 in einem Zylinder 18 der Luftfeder. Bei der Bewegung des Kolbens 17 verändern sich die beiden Teilvolumina 19, wodurch eine Rückstellkraft der Luftfeder entsteht.
Die Teilvolumina 19 besitzen Druckanschlüsse 20, über die der in den Teilvolumina herr- sehende Druck verändert werden kann. Wird ein Dreiwegeventil 21 geöffnet, so kann eine Veränderung des in der Luftfeder vorliegenden Druckes über eine Speiseleitung 22 und eine Ausgleichsleitung 23 erfolgen. Nach Verschluss des Dreiwegeventils 21 kann ein Druckausgleich zwischen den Teilvolumina 19 über die Ausgleichsleitung 23 herbeigeführt werden. Damit die Luftfeder ihre Wirkung entfalten kann, muss in der Ausgleichsleitung ein Sperrventil 24 geschlossen werden. Sofern der Lautsprecher 10 nicht betätigt wird, kann über die Ausgleichsleitung bei geöffnetem Sperrventil ein Druckausgleich zwischen den Teilvolumina 19 eingestellt werden, wobei sich dieses Druckgleichgewicht dann genau in der Ruhelage des Lautsprechers 10 befindet.
Druckleitungen 25 führen von dem Dreiwegeventil 21 zu verschiedenen Druckquellen, mit deren Hilfe eine Veränderung des in der Luftfeder vorliegenden Druckes herbei geführt werden kann. Dabei kann auch die Umgebung als Druckquelle angesehen werden, wobei sich bei Anschluss dieser Druckleitung in der Luftfeder der atmosphärische Druck einstellt.
In Figur 2 ist eine Brennkraftmaschine 26 schematisch dargestellt. Diese besitzt einen Ansaugtrakt 27 mit einer Drosselklappe 28 und einer Abgasanlage 29. Die Richtung der An- saugluft sowie des Abgases ist durch Pfeile angedeutet.
Im Ansaugtrakt ist weiterhin der Lautsprecher 10 angeordnet. An einem Ansaugstutzen 30 ist ein Mikrofon 31 angebracht. Weiterhin ist eine Steuerung 32 vorgesehen, der ein durch das Mikrofon 31 aufgenommenes Istgeräuschsignal I sowie ein der Brennkraftmaschine 26 abgenommenes Drehzahlsignal D zugeführt wird. Hierzu ist ein Drehzahlsensor 33 vorge- sehen. Auch ist die Messung des Drosselklappenwinkels mit Hilfe eines Lagesensors 34 möglich. Diese erzeugt einen weiteren Parameter P, der ebenfalls durch die Steuerung 32 verarbeitet werden kann. Die Steuerung 32 erzeugt ein Steuersignal Ages, welches von dem Lautsprecher 10 in ein Korrekturgeräusch 35 umgesetzt wird. Dieses wird dem Ansauggeräusch 36 überlagert, woraus sich ein Istgeräusch 37 ergibt. Dieses kann durch das Mikrofon 31 überprüft werden und entspricht dem gewünschten Ansauggeräusch der Brennkraftmaschine. Die ge- naue Funktion des beschriebenen Ansaugtraktes ist der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 199 49 685 zu entnehmen.
Der Luftdruck in der Luftfeder 16 wird mit Hilfe eines Drucksensors 38 ermittelt. Das so erzeugte Luftdrucksignal L wird ebenfalls durch die Steuerung verarbeitet. Auf diese Weise kann die Ansteuerung des Lautsprechers 10 in Abhängigkeit von dessen Verstimmung durch die Luftfeder 16 erfolgen. Die Steuerung kann dabei z. B. eine Näherung für die Ge- samtfedersteifigkeit des Lautsprechers entsprechend der bereits angegebenen Formel ermitteln. Eine andere Möglichkeit ist die Hinterlegung eines geeigneten Kennfeldes in der Steuerung in Abhängigkeit vom gemessenen Luftdruck in der Luftfeder 16.
Die Luftfeder 16, die im Ansaugtrakt gemäß Figur 2 zum Einsatz kommt, ist durch einen einseitig wirkenden Zylinder gebildet. Dadurch besitzt diese nur die Speiseleitung 22 und keine Ausgleichsleitung. Bei Veränderung des Luftdrucks in der Luftfeder wird eine Verschiebung der Nulllage des Lautsprechers hingenommen.
Die Druckleitungen 25 führen einerseits in die Umgebung, andererseits in einen Sammelraum 39 eines Saugrohrs 40. Durch Verschlussorgane 41 kann der Druck, der in der Luft- feder vorliegt, zwischen dem Atmosphärendrück und dem aktuell im Saugrohr anliegenden Unterdruck eingestellt werden. Eine Überwachung der Luftfeder 16 durch den Drucksensor 38 ist dabei nicht unbedingt erforderlich. Grundsätzlich ist auch ein selbst regelendes System denkbar, da die Verstimmung des Lautsprechers auf Grund der Druckverhältnisse zumindest im Leerlauf der Brennkraftmaschine und bei hohen Drehzahlen der erforderlich Anpassung der Resonanzfrequenz des Lautsprechers entspricht. Diese beiden Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine sind besonders geeignet, um eine Korrektur des Ansauggeräusches vorzunehmen. Im Leerlauf sind auch sonstige Geräusche der Brennkraftmaschine gering, so dass eine Verminderung des Ansauggeräusches sofort wahrgenommen wird. In hohen Drehzahlbereich steigt das Ansauggeräusch der Brennkraftma- schine stark an, weswegen eine Verminderung durch den Lautsprecher gewünscht ist.
Die Steuerung 32 ist als Digitalrechner ausgelegt. Daher muss die Ansteuerung des Lautsprechers 10 über einen Digital-Analogwandler 42 und einen Verstärker 43 erfolgen. In Figur 3 ist die Möglichkeit einer mechanischen Verstellung der Federsteifigkeit der Luftfeder 16 gezeigt. An die Masse 12 des Lautsprechers 10 ist eine Hebelstange 44 mit einem Ende gelenkig gelagert. Das andere Ende ist ortsfest gelagert. Die Luftfeder, die sich ebenfalls einseitig ortsfest abstützt, weist auf der anderen Seite eine axial verschiebbare Aufhängung 45 an der Hebelstange 44 auf. Durch Änderung der Hebelverhältnisse an der Hebelstange 44 ändert sich gleichzeitig die effektive Federsteifigkeit der Luftfeder bezogen auf den Weg der Masse 12.
Zuletzt ist in Figur 4 ein Lautsprecher 10 dargestellt, dessen Masse 12 mit zwei Luftfedern 16 und 16a ausgestattet ist. Die Luftfeder 16 entspricht der bereits beschriebenen Luftfe- der in Figur 1. Sie ist mit den entsprechenden Ventilen und Leitungen versehen, wobei eine Zuordnung gemäß Figur 1 durch die entsprechenden Bezugszeichen möglich ist. Allerdings ist das Dreiwegeventil 21 durch mehrere Verschlussorgane 41a ersetzt. Zwei der Druckleitungen sind an eine Druckquelle 46, die im Ausführungsbeispiel als Druckspeicher ausgeführt ist, angeschlossen. Die Druckquelle bildet einen Teil eines Druckluftsystems, an das ein weiterer Verbraucher 47 angeschlossen ist.
Die weitere Luftfeder 16a weist lediglich einen Anschluss 48 mit einem Verschlussorgan 41 auf, mit dessen Hilfe das durch den Luftfilter eingeschlossene Volumen mit der Umgebung verbunden werden kann. Bei geöffnetem Verschlussorgan 41 ist somit die Wirkung der Luftfeder 16a außer Kraft gesetzt. Hierdurch ergibt sich eine Zuschaltungsmöglichkeit der Luftfilter 16a zur Luftfeder 16.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Wandler, insbesondere Lautsprecher (10) zur aktiven Beeinflussung des Ansauggeräusches einer Brennkraftmaschine, enthaltend ein federndes E- lement, insbesondere eine Membran (11), eine schwingfähig am federnden Element befestigte Masse (12) und einen Antrieb, insbesondere eine elektrische Spule (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (12) mit einer Luftfeder (16, 16a) mit veränderbarer Steifigkeit verbunden ist, die sich bezogen auf die Masse ortsfest abstützt.
2. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfeder einen Kolben (17) aufweist, der beidseitig mit je einem Teilvolumen (19) versehen ist, wobei die Volumina je einen Druckanschluss (20) aufweisen.
3. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Duckanschlüsse (20) mit einer verschließbaren Ausgleichsleitung (23) verbunden sind.
4. Elektromechanischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe zur Verstellung des Verhältnisses der Auslenkung der Masse (12) zur Auslenkung des Kolbens (17) vorgesehen ist.
5. Elektromechanischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Luftfeder (16a) an der Masse (12) angebracht ist, die sich ebenfalls ortsfest abstützt und zu der ersten Luftfeder (16) zu- und abschaltbar ausgeführt ist.
6. Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein e- lektromechanischer Wandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche zur aktiven Beeinflussung des Ansauggeräusches eingebaut ist.
7. Ansaugsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder (16, 16a) mit einem Anschluss zur Erzeugung eines Unterdruckes verbunden ist, der zu einem Leitungsabschnitt des Saugsystems, insbesondere eines im Saugsystem enthaltenen Saugrohres (40) führt.
8. Ansaugsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder (16, 16a) mit einem Anschluss verbunden ist, der zu einer Druckquelle (46) führt.
9. Ansaugsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (46) gleichzeitig mindestens einen weiteren Verbraucher (47) versorgt.
EP01965233A 2000-09-02 2001-08-30 Elektromechanischer wandler, insbesondere für den einbau in den ansaugtrakt einer brennkraftmaschine Withdrawn EP1314336A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10043294 2000-09-02
DE10043294A DE10043294A1 (de) 2000-09-02 2000-09-02 Elektromechanischer Wandler, insbesondere für den Einbau in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine
PCT/EP2001/009990 WO2002019758A2 (de) 2000-09-02 2001-08-30 Elektromechanischer wandler, insbesondere für den einbau in den ansaugtrakt einer brennkraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1314336A2 true EP1314336A2 (de) 2003-05-28

Family

ID=7654762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01965233A Withdrawn EP1314336A2 (de) 2000-09-02 2001-08-30 Elektromechanischer wandler, insbesondere für den einbau in den ansaugtrakt einer brennkraftmaschine

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1314336A2 (de)
DE (1) DE10043294A1 (de)
WO (1) WO2002019758A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005019459B3 (de) * 2005-04-25 2006-07-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh Aktiver Ansaugschalldämpfer
DE102018113500A1 (de) 2018-06-06 2019-12-12 Technische Universität Kaiserslautern Elektrodynamischer Lautsprecher

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0559927A (ja) * 1991-08-30 1993-03-09 Toyota Motor Corp 騒音低減装置
US5321759A (en) * 1992-04-29 1994-06-14 General Motors Corporation Active noise control system for attenuating engine generated noise
JPH09105321A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Shinko Electric Co Ltd 消音装置
DE19648986C1 (de) * 1996-11-26 1998-04-09 Raida Hans Joachim Gerichteter Stabstrahler

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0219758A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002019758A2 (de) 2002-03-07
WO2002019758A3 (de) 2003-03-06
DE10043294A1 (de) 2002-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3705579C2 (de) Verstellbares Motorlager
DE3416950C2 (de)
EP1508136B1 (de) Vorrichtung zur geräuschgestaltung bei einem kraftfahrzeug
DE10212257A1 (de) Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug
DE10042012B4 (de) Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug
EP4121682B1 (de) Vorrichtung zur beeinflussung, insbesondere reduktion, von schwingungen in einem fluidsystem und verfahren zur beeinflussung, insbesondere reduktion, von schwingungen in einem fluidsystem
DE4041011C2 (de)
DE102011051690A1 (de) Steuerungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs
EP1221158A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aktiven beeinflussung des ansauggeräusches einer brennkraftmaschine
EP3487718A1 (de) Feder- und dämpfungsanordnung für ein motorrad
DE102008050142A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung einer Dämpfersollkraft für ein einstellbares Dämpferelement
EP1152132B1 (de) Leitungssystem mit elektromechanischem Wandler zur Erzeugung eines Korrekturgeräusches
DE1951201B2 (de) Einrichtung zum Umsetzen einer mechanischen Verschiebung bzw. Stellung in eine elektrische Spannung
EP0992976A2 (de) Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuschrückführung
DE102015222587A1 (de) Adaptiver Schwingungsdämpfer
WO2002019758A2 (de) Elektromechanischer wandler, insbesondere für den einbau in den ansaugtrakt einer brennkraftmaschine
DE102022208211A1 (de) Luftfeder mit integrierten Drucklufterzeuger sowie Kabinenlagerungssystem und Fahrzeug mit der Luftfeder
DE102006020785A1 (de) Schwingungstilger mit veränderbarer Resonanzfrequenz, Verwendung eines derartigen Schwingungstilgers sowie Schwingungsdämpfungssystem
DE10222507A1 (de) Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug
WO2003031798A2 (de) Aktoreinheit mit wenigstens zwei aktorelementen
DE102008009534A1 (de) Vorrichtung zur Geräuschgestaltung bei einem Kraftfahrzeug
DE10237937A1 (de) Dynamische elektronische Optimalwertregelung zur Drosselklappenpositionierung
DE102005048048B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102015106000A1 (de) Schallgenerator für ein Kraftfahrzeug
EP0338329B1 (de) Verstelleinrichtung der Drosselklappe einer Gemischbildungseinrichtung für Brennkraftmaschinen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

17P Request for examination filed

Effective date: 20030122

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: WILD, STEPHAN

Inventor name: PRICKEN, FRANC

R17P Request for examination filed (corrected)

Effective date: 20030407

R17P Request for examination filed (corrected)

Effective date: 20030122

R17P Request for examination filed (corrected)

Effective date: 20030407

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: MANN + HUMMEL GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20050301

R17P Request for examination filed (corrected)

Effective date: 20030122