Leitungssystem mit elektromechanischem Wandler zur Erzeugung eines Korrekturgeräusches

Abstract

 Leitungssystem zur Durchleitung eines Gases, insbesondere Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, enthaltend einen Leitungsabschnitt 25 mit einer Ansaugöffnung, einen elektromagnetischen Wandler 14 zur Erzeugung eines den Gasstrom im Leitungsabschnitt beeinflussenden Geräusches zur Korrektur des Ansauggeräusches der Brennkraftmaschine, welches über die Ansaugöffnung abstrahlbar ist, wobei der elektromechanische Wandler mit einem Aktuator 26 zur Geräuscherzeugung, insbesondere einer Membran, und einem Antrieb 27 für den Aktuator, insbesondere einer elektrischen Spule 32, ausgestattet ist, wobei zusätzlich ein Luftfilter vorgesehen sein kann. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb derart im Leitungssystem angebracht ist, dass dieser dem im Leitungssystem geförderten Gasstrom ausgesetzt ist und/oder dass der Antrieb derart im Leitungssystem untergebracht ist, dass dieser mit einer durch den Filter 32 gebildeten Reinseite 33 des Leitungsabschnitts kommuniziert. Dadurch kann vorteilhaft Einbauraum und Bauteilgewicht eingespart werden, was letztendlich auch zu wirtschaftlicheren Lösungen führt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Leitungssystem zur Durchleitung eines Gases, insbesondere einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, der einen elektromagnetischen Wandler zur Erzeugung eines den Gasstrom im Leitungsabschnitt beeinflussenden Geräusches enthält, nach der Gattung des Patentanspruches 1.

[0002] Elektromechanische Wandler der eingangs beschriebenen Art sind gewöhnlich als Lautsprecher ausgeführt und werden zum Beispiel im Ansaugbereich von Brennkraftmaschinen zur Erzeugung eines Korrekturgeräusches genutzt, welches dem Ansauggeräusch überlagert ist. Damit kann der Pegel des Ansauggeräusches verringert oder auch verändert werden, wobei dies als Korrektur des Ansauggeräusches aufgefasst wird. Als Beispiel für eine solche Vorrichtung, die im Ansaugtrakt oder in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, ist die US 5 119 902 zu nennen.

[0003] Nachteilig an der Verwendung der beschriebenen Lautsprecher ist deren Empfindlichkeit gegen Schmutz. Daher muss der Antrieb dieser elektromagnetischen Wandler gekapselt werden, wodurch ein zusätzlicher Aufwand anfällt. Außerdem muss der Aktuator in Form der Lautsprechermembran akustisch vom Motorraum abgeschirmt werden, da nur eine akustische Beeinflussung innerhalb der Systemgrenzen z. B. des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine gewünscht ist. Auch die Abschirmung stellt einen zusätzlichen Aufwand dar und erfordert Bauraum, der nicht in allen Fallen zur Verfügung steht.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungssystem mit elektromechanischem Wandler zur Erzeugung eines Geräusches zu schaffen, der kostengünstig in der Herstellung ist und wenig Bauraum erfordert. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2 und 7 gelöst.

Vorteile der Erfindung

[0005] Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des elektromechanischen Wandlers derart im Leitungssystem angebracht ist, dass dieser dem im Leitungssystem geförderten Gasstrom ausgesetzt ist. Durch den geförderten Gasstrom findet eine Kühlung des Antriebs statt, die eine übermäßige Aufheizung verhindert. Der elektromechanische Wandler ist üblicherweise ein Lautsprecher, wobei der Aktuator die Lautsprechermembran ist und der Antrieb durch eine elektrische Spule erfolgt, in die ein Spulenkörper eingebracht ist. Die Kühlung der genannten Bauteile ermöglicht die Wahl eines kleineren Antriebs für den Lautsprecher, da einer Überhitzung und dem daraus folgenden Versagen des Wandlers bei einer Dauerbeanspruchung entgegengewirkt werden kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise nicht nur Einbauraum und Gewicht gespart werden. Ein weiterer positiver Effekt ist die Möglichkeit, kostengünstigere Lautsprecher einsetzen zu körnen.

[0006] Alternativ kann vorgesehen werden, dass der Antrieb derart im Leitungssystem untergebracht ist, dass dieser mit einer durch den Filter gebildeten Reinseitedes Leitungsabschnitts kommuniziert. Der Antrieb kann auf diese Weise vor einer Verschmutzung geschützt werden, wenn er derart im Leitungssystem angebracht wird, dass er direkt mit dem geförderten Gas kommuniziert. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Antrieb direkt dem Gasstrom ausgesetzt ist. Der Vorteil bei der reinseitigen Anordnung ist der Wegfall einer Kapselung, die den empfindlichen Antrieb vor einer Verschmutzung bewahrt. Somit können auch durch diese Maßnahme Bauraum, Bauteilteilgewicht und Kosten eingespart werden.

[0007] Selbstverständlich können die Ausführungsformen der eingangs beschriebenen Ansprüche auch miteinander kombiniert werden, was zu einer Kombination der Vorteile führt. Der Hauptvorteil bei den beschriebenen Anordnungskonzepten ergibt sich aus dem Wegfall eines gesonderten Volumens zur Unterbringung des Antriebs für den elektromechanischen Wandler. Vorteilhaft können dabei beide Seiten der verwendeten Membran, die z. B. einen Lautsprecher bilden kann, mit dem Leitungsabschnitt des Systems kommunizieren und so die Geräuschemission beeinflussen. Dadurch lässt sich bei unveränderter Baugröße des Wandlers ein weitaus größerer Einfluss auf die Geräuschemission erzielen. Dieser Optimierungsschritt führt zu einer weiteren Verringerung des benötigten Einbauraumes.

[0008] Wenn beide Seiten der Membran zur Beeinflussung des Ansauggeräusches genutzt werden, kann eine akustische Abstimmung gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens durch zusätzliche Kanäle und/oder Volumina erfolgen. Dabei wird gezielt die Überlagerung der durch beide Seiten der Membran erzeugten Luftschwingungen genutzt. Vorteilhaft kann in Frequenzbereichen, die eine starke Korrektur durch den Lautsprecher oder anderen Wandler benötigen, durch Überlagerung eine Verstärkung der emittierten Schwingungen, in anderen Bereichen eine Abschwächung erreicht werden.

[0009] Bei der Verwendung des Leitungssystems im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine werden zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Aufgabe Mittel einerseits zur Kontrolle der Geräuscherzeugung andererseits zur Anpassung des Ansauggeräusches an das Wunschgeräusch vorgesehen. Das Wunschgeräusch muss nicht notwendig zu einer Verminderung des Ansauggeräusches führen. Mit der beschriebenen Vorrichtung lässt sich das Geräusch im Rahmen der Leistung des elektromechanischen Wandlers an beliebige Geräuschcharakteristiken annähren. Dieser Prozess wird als Sound Design bezeichnet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der subjektive Eindruck des Ansauggeräusches von der Geräuschcharakteristik ebenso abhängt, wie vom absoluten Lärmpegel. Eine gezielte Veränderung des Ansauggeräusches mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung lässt sich in vielen Fällen jedoch leichter durchführen, als eine Verminderung oder Auslöschung. Der Bauraum für aufwendige herkömmliche akustische Maßnahmen wie Resonatoren oder Viertelwellenrohre kann zumindest teilweise eingespart werden. Der mögliche Aufbau der Mittel zur Kontrolle und Anpassung lässt sich beispielsweise der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 199 49 685.4 entnehmen.

[0010] Um eine optimale Anpassung des Ansauggeräusches zu erzielen, können die Mittel zur Kontrolle und Anpassung, die zum Beispiel durch eine elektronische Steuerung realisiert sein können, mit einem Speicher für typische Fahrzustände ausgestattet sein. Diese Fahrzustände können zusammen mit weiteren Kennfeldern in der Steuerung abgelegt werden und so die Kenngrößen für das zu erreichende Wunschgeräusch bilden. Durch den Speicher kann weiterhin eine Änderung der Geräuschcharakteristik der Brennkraftmaschine oder des Ansaugtraktes ausgeglichen werden, die durch Verschmutzung oder Alterung bewirkt wird. Die Steuerung bildet damit ein selbstlernendes System, wodurch vorteilhaft die Funktion über die Betriebszeit der Brennkraftmaschine uneingeschränkt aufrechterhalten werden kann.

[0011] Insbesondere bei der Verwendung des Leitungssystems als Ansaugtrakt für eine Brennkraftmaschine ergeben sich besonders vorteilhafte Einbauorte für den Antrieb des elektromechanischen Wandlers im Luftfiltergehäuse oder im Saugrohr. Dabei kann der Einbau sowohl auf der Reinseite des Filters, als auch im Ansaugluftstrom erfolgen, mit den bereits diskutierten Vorteilen der Vermeidung von Verschmutzungen und der Kühlung des Antriebs.

[0012] 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

[0013] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zegen

Figur 1

das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Leitungssystems als Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine

Figur 2

schematisch den Einbau eines Lautsprechers als elektromechanischen Wandler in der Reinseite eines Luftfilters und

Figur 3

schematisch den Einbau eines Lautsprechers als elektromechanischen Wandler zwischen den Sammelräumen eines Resonanzsaugrohres.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0014] In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 schematisch dargestellt. Diese besitzt einen Ansaugtrakt 11 mit einer Drosselklappe 12 und eine Abgasanlage 13. Die Richtung der Ansaugluft sowie des Abgases ist durch Pfeile angedeutet.

[0015] Im Ansaugtrakt ist im Bereich eines Leitungsabschnittes 25 ein elektromechanischer Wandler 14, der hier als Lautsprecher ausgeführt ist, angeordnet. An einem Ansaugstutzen 15 ist ein Sensor 16, hier als Mikrofon ausgeführt, angebracht. Weiterhin ist als Mittel 17 zur Kontrolle der Geräuscherzeugung durch einen Aktuator 26 des Wandlers 14 und zur Anpassung des Ansauggeräusches an mindestens ein Wunschgeräusch eine Steuerung vorgesehen, der ein durch den Sensor 16 aufgenommeneslstgeräuschsignal I sowie ein von der Brennkraftmaschine 10 abgenommenes Drehzahlsignal D zugeführt wird. Das Drehzahlsignal kann z. B. durch einen Drehzahlsensor 18 gemessen werden. Auch ist die Messung des Drosselklappenwinkels mit Hilfe eines Lagesensors 19 möglich. Dieser erzeugt einen weiteren Parameter P, der ebenfalls durch die Steuerung verarbeitet werden kann.

[0016] Die Steuerung 17 erzeugt ein Steuersignal A_ges, welches von dem elektromechanischen Wandler 14 in ein Korrekturgeräusch 20, 20' umgesetzt wird. Dieses wird dem Ansauggeräusch 21 der Brennkraftmaschine, welches sich durch den Ansaugtrakt 11 ausbreitet, überlagert. Hieraus ergibt sich ein Istgeräusch 22, welches z. B. am Ansaugstutzen 15 durch den Sensor 16 gemessen werden kann. Daraus resultiert das Istgeräuschsignal I.

[0017] Der elektromechanische Wandler 14 besteht aus dem Aktuator 26, im Ausführungsbeispiel als Lautsprechermembran ausgeführt, und einem Antrieb 27, der durch eine Spule mit einem Kern gebildet ist. Der Antrieb 27 ragt in den Leitungsabschnitt 25 hinein und wird so zur Kühlung von der Ansaugluft beaufschlagt. Die mit dem Antrieb 27 verbundene Membranseite des Aktuators 26 bildet einen Teil der Wandung des Leitungsabschnitts 25, wodurch die Membranschwingungen als Korrekturgeräusch 20 direkt auf die Ansaugluftübertragen wird.

[0018] Weiter ist die dem Antrieb abgekehrte Membranseite mit einem Zusatzvolumen 28 verbunden, welches über eine Zusatzleitung 29 mit dem Leitungsabschnitt 25 kommuniziert. Durch den Abstand einer Leitungszuführung 30 von dem elektromechanischen Wandler 20, die Länge der Zusatzleitung 29 und der Größe des Zusatzvolumens 28 kann eineakustische Abstimmung erfolgen, so dass eine gezielte Überlagerung des durch die Zusatzleitung 29 dem Leitungsabschnitt 25 zugeführten Korrekturgeräusches 20' und dem Korrekturgeräusch 20 erreicht wird.

[0019] Die Steuerung 17 ist als digitaler Rechner aufgebaut. Das SteuersignalA_ges muss daher durch einen Digital-Analogwandler 24 in ein analoges Signal umgewandelt werden, mit dessen Hilfe der elektromechanische Wandler 14 angesteuert werden kann. Diese Ausführungsform stellt die günstigste Variante hinsichtlich des Komponentenaufwands, der Fertigungskosten und der Zuverlässigkeit der Vorrichtung dar. Genauso denkbar ist jedoch der Aufbau der Steuerung 17 als Analogrechner. Die Signale werden entsprechend analog verarbeitet und müssen evtl. vorher in Analogsignale gewandelt werden (je nachdem, ob die Sensoren digitale oder analoge Signale liefern). Das SteuersignalA_ges, welches eine analoge Steuerung 17 zur Verfügung stellt, muß dann nicht mehr gewandelt werden. Evtl. ist noch eine Verstärkung des SteuersignalsA_ges notwendig. Dies geschieht gegebenenfalls durch einen Verstärker 23.

[0020] Der Steuerung ist ein Speicher 31 zugeordnet. Dieser dient zur Abspeicherung von betriebsabhängigen Wunschgeräuschen, die ein Kennfeld zur Erzeugung des Korrekturgeräusches 20, 20' ergeben. Weiterhin können im Speicher Kennwerte abgelegt werden, die zu einer selbstlernenden Funktion der Steuerung genutzt werden. Damit werden ein schnelleres Ansprechen der Steuerung bei Änderungen der Betriebszustände und eine Anpassung der Arbeitsweise der Vorrichtung an alterungsbedingte Veränderungen der Brennkraftmaschine 10 und des Ansaugtraktes 11 möglich.

[0021] In Figur 2 ist ein Filter 32 dargestellt, auf dessen Reinseite 33 im Filtergehäuse 34 der elektromechanische Wandler 14 im Luftstrom und geschützt vor Verschmutzungen angebracht ist. Das Filtergehäuse ist als Teil des Ansaugtraktes 11 ausgeführt. Die Luft strömt entsprechend der angedeuteten Pfeile vom Ansaugstutzen 15 durch den Filter 32 zu einem nicht dargestellten Saugrohr. Der elektromechanische Wandler ist in der Trennwand zwischen Ansaugstutzen und Filtergehäuse untergebracht, so dass beide Seiten der Membran das erzeugte Geräusch in den Ansaugtrakt abstrahlen. Einerseits findet eine Abstrahlung direkt in den Ansaugstutzen statt wobei eine Überlagerung mit dem Mündungsgeräusch direkt möglich ist. Andererseits wird das Geräusch in das reinseitige Gehäusevolumen des Luftfilters abgestrahlt. Um zum Ansaugstutzen zu kommen, müssen diese Luftschwingungen zunächst den Luftfilter durchtreten, wobei der Dämpfungseffekt des Filtermediums gezielt genutzt werden kann.

[0022] In Figur 3 ist ein Saugrohr 35 mit Resonanzaufladung dargestellt. Saugkanäle 36 gehen von zwei durch eine Zwischenwand 37 getrennte Resonanzkammern 38 ab. In der Zwischenwand ist eine Resonanzklappe 39 angeordnet, die abhängig vom Betriebszustand der nicht dargestellten Brennkraftmaschine geöffnet und geschlossen werden kann. Weiterhin ist in der Zwischenwand 37 der elektromechanische Wandler 14 untergebracht, wobei je eine Seite des Aktuators 26 auf je eine Resonanzkammer 38 wirkt.

Ansprüche

1. Leitungssystem zur Durchleitung eines Gases, insbesondere Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, enthaltend

- einen Leitungsabschnitt (25) mit einer Ansaugöffnung,

- einen elektromagnetischen Wandler (14) zur Erzeugung eines den Gasstrom im Leitungsabschnitt beeinflussenden Geräusches, insbesondere zur Korrektur des Ansauggeräusches der Brennkraftmaschine, welches über die Ansaugöffnungabstrahlbar ist, wobei der elektromechanische Wandler mit einem Aktuator (26) zur Geräuscherzeugung, insbesondere einer Membran, und einem Antrieb (27) für den Aktuator, insbesondere einer elektrischen Spule (32), ausgestattet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb derart im Leitungssystem angebracht ist, dass dieser dem im Leitungssystem geförderten Gasstrom ausgesetzt ist.

2. Leitungssystem zur Durchleitung eines Gases, insbesondere Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, enthaltend

- einen Leitungsabschnitt (25) mit einer Ansaugöffnung,

- einen im Leitungsabschnitt (25) untergebrachten Filter (32) zur Reinigung des durch den Leitungsabschnitt geförderten Gases

- einen elektromagnetischen Wandler (14) zur Erzeugung eines den Gasstrom im Leitungsabschnitt beeinflussenden Geräusches, insbesondere zur Korrektur des Ansauggeräusches der Brennkraftmaschine, welches über die Ansaugöffnung abstrahlbar ist, wobei der elektromechanische Wandler mit einem Aktuator (26) zur Geräuscherzeugung, insbesondere einer Membran, und einem Antrieb (27) für den Aktuator, insbesondere einer elektrischen Spde (32), ausgestattet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb derart im Leitungssystem untergebracht ist, dass dieser mit einer durch den Filter (32) gebildeten Reinseite (33) des Leitungsabschnitts kommuniziert.

3. Leitungssystem nach einem oder beiden der vorherigen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb in einem Filtergehäuse (34) für den besagten Filter (32) untergebracht ist.

4. Leitungssystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb in einem Saugrohr (35) einer Brennkraftmaschine untergebacht ist.

5. Leitungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aktuator aus der Membran besteht, dadurch gekennzeichnet, dass beide Seiten der Membran mit dem Leitungsabschnitt kommunizieren.

6. Leitungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler über eine akustisch abgestimmte Zusatzleitung (29) und/oder Zusatzvolumen (28) mit dem Leitungsabschnitt kommunizieren.

7. Verwendung des Leitungssystems gemäß einem der vorherigen Ansprüche im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17) zur Kontrolle der Geräuscherzeugung durch den Aktuator (26) und zur Anpassung des Ansauggeräusches an mindestens ein Wunschgeräusch vorgesehen sind.

8. Verwendung des Leitungssystem gemäß Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (17) zur Kontrolle und Anpassung einen Speicher für im Betrieb ermittelteBetiebszustände des elektromechanischen Wandlers enthalten.

Zeichnung