DE69817087T2 - Vorrichtung zur aktiven Geräuschdämpfung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Geräuschminderung für Lufteinlasssysteme wie etwa für Verbrennungsmotoren. Ein Teil des Motorenlärms wird über das Lufteinlasssystem zurückübertragen, und in den letzten Jahren wurden Geräuschdämpfungsvorrichtungen in die Lufteinlasssysteme von Kraftfahrzeugmotoren eingebaut. Solche Vorrichtungen umfassten passive Elemente wie etwa Expansionskammern und Helmholtz-Resonatorkammern, die mit den Luftströmungskanälen im Einlasssystem verbunden sind.
  • Aktive Vorrichtungen, bei denen Geräuschunterdrückungs-Generatoren eine Rolle spielen, wurden ebenfalls vorgeschlagen, wie sie im US-Patent Nr. 5.446.790 beschrieben wurden, das am 29. August 1995 für eine "Ansauggeräuscch-Steuereinrichtung" erteilt wurde. In der PCT-Veröffentlichung WO 97/20307 für ein "System und Verfahren zur Verminderung von Motorenlärm" wird eine kompakte und effiziente Unterbringung eines Lautsprechers in einem Kanal eines Lufteinlasssystems beschrieben, wobei der Lautsprecher von einem verstärkten und phasenverschobenen Signal angesteuert wird, das von einem Mikrofon empfangen wird, welches so angeordnet ist, dass es ein Geräusch in einem Luftströmungsgang erkennt.
  • Die Intensität des Geräusches, das in einem eng begrenzten Raum in einem Luftkanal-Einlasssystem widerhallt, ist jedoch beträchtlich, so dass es im Rahmen der praktischen Beschränkungen für die Leistung, die zur Ansteuerung des Lautsprechers erforderlich ist, schwierig ist, das Geräusch einzudämmen.
  • Dementsprechend besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein aktives Geräuschdämpfungssystem für ein Lufteinlasskanalsystem und insbesondere in einem Lufteinlasssystem eines Kraftfahrzeugmotors bereitzustellen, welches weniger Leistung als die bisher vorgeschlagenen Systeme benötigt und in welchem eine vollständigere Unterdrückung des Lärms von dem realisierten Kanalsystem ausgestrahlt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein aktives Geräuschdämpfungssystem für ein Lufteinlasssystem bereitgestellt, wobei das besagte System umfasst: einen Lufteinlasskanal, der ein offenes Ende aufweist, in welches Luft gesaugt wird; ein Verkleidungsgehäuse, das konzentrisch in dem besagten Lufteinlasskanal angebracht ist, so dass ein ringförmiger Strömungsdurchgang an dem besagten offenen Ende desselben definiert wird; einen Lautsprecher, der so angebracht ist, dass er von dem besagten Lufteinlasskanal nach außen gewandt ist und im Wesentlichen in einer Ebene liegt, die durch das besagte offene Ende des besagten Lufteinlasskanals definiert ist; einen Schalldetektor, der so angeordnet ist, dass er das Geräusch von dem besagten Lufteinlasskanal aufnimmt und ein elektrisches Signal erzeugt, dass diesem entspricht; und Signalsteuerungsmittel, welche das besagte elektrische Signal empfangen und das besagte Signal verstärken und eine Phasenverschiebung desselben bewirken, wobei das besagte verstärkte und phasenverschobene Signal an den besagten Lautsprecher angelegt wird, so dass dieser ein Schallfeld innerhalb eines von dem besagten ringförmigen Strömungsdurchgang ausgestrahlten Geräusch-Schallfeldes aussendet, wodurch das besagte ausgestrahlte Geräusch durch die Wechselwirkung des besagten Schallfeldes des Lautsprechers mit dem besagten Schallfeld des ausgestrahlten Geräuschs gedämpft wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftfilterringelement in den besagten ringförmigen Strömungsdurchgang eingesetzt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Dämpfung des Geräusches, das von der Frischluft-Einlassöffnung eines einen Lufteinlasskanal aufweisenden Lufteinlasssystems ausgesendet wird, bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: konzentrisches Anbringen eines Lautsprechers in einem Lufteinlasskanal, so dass er nach außen gewandt ist und im Wesentlichen in der Ebene der besagten Lufteinlassöffnung liegt; Aufnehmen eines zusammengesetzten Schallfeldes, welches aus der Überlagerung des von dem besagten Lufteinlasskanal ausgehenden Geräusches mit dem von dem Lautsprecher ausgesendeten Geräusch resultiert, um ein entsprechendes Signal zu erzeugen; Verarbeiten der besagten Signale, um ein verstärktes und phasenverschobenes Signal zu erzeugen; und Ansteuern des besagten Lautsprechers mit dem besagten verstärkten und phasenverschobenen Signal, um das besagte ausgestrahlte Geräusch zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Einsetzens eines Luftfilterringelements in den besagten ringförmigen Strömungsdurchgang umfasst.
  • Das ringförmige Luftfilterelement, welches in den ringförmigen Raum eingebaut ist, sorgt für eine laminare Strömung und minimiert ferner die Einschränkung des Luftstroms, die durch das Vorhandensein des Systems bewirkt wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Lautsprecher, der mit einem verstärkten phasenverschobenen Signal angesteuert wird, das von einem Mikrofon im Kanalsystem erzeugt wird, im Wesentlichen in der Ebene der Einlassöffnung des Lufteinlasssystems angeordnet. Der Lautsprecher ist nach außen gewandt, so dass er ein Schallfeld erzeugt, welches mit dem Schallfeld des von der Einlassöffnung ausgesendeten Geräusches in Wechselwirkung tritt, so dass dieser Schall durch einen phasenverschobenen Unterdrückungsvorgang gedämpft oder neutralisiert wird.
  • Da der Schall von dem Motorenlärm zum größten Teil infolge der akustischen Impedanz, die durch die Einlassöffnung gebildet wird, in das Kanalsystem zurückgeworfen wird, muss das Schallfeld des Lautsprechers nur mit dem wesentlich kleineren Anteil des Schalls in Wechselwirkung treten, der von der Einlassöffnung ausgestrahlt wird.
  • Indem der Lautsprecher in unmittelbarer Nähe des ringförmigen Einlasses angeordnet wird, wird die monopolartige Quelle des ringförmigen Einlasses allein in einen zylindrischen akustischen Dipol umgewandelt, wenn die phasenverschobene Lautsprecher-Quelle aktiviert ist. Das Schallfeld des Lautsprechers überlagert sich auf eine zerstörende Weise mit dem von dem ringförmigen Einlass ausgestrahlten Schall, so dass die gekoppelte Impedanz dieser zwei Geräuschquellen eine Verringerung des Gesamt-Schallstrahlungswiderstandes des ringförmigen Einlasses zur Folge hat. Diese Verringerung des Schallstrahlungswiderstandes des ringförmigen Einlasses hat eine Verringerung des Wirkungsgrades der Schallstrahlung und demzufolge eine globale Verringerung der ausgestrahlten Schallleistung zur Folge.
  • Der Lautsprecher ist vorzugsweise in einem Verkleidungsgehäuse angebracht, welches konzentrisch in einem Luftkanal am Einlass des Lufteinlasssystems angeordnet ist. Der Lautsprecher ist nach außen gewandt und befindet sich im Wesentlichen in der Ebene der Einlassöffnung.
  • Vorzugsweise ist über dem Lautsprecher ein erstes parabolisches Verkleidungsteil aus offenzelligem. Schaumstoff befestigt und umschließt ein Fehlererkennungs-Mikrofon, das für die Rückkopplung des ausgestrahlten Gesamt-Schallfeldes verwendet wird. Ein zweites hinteres Verkleidungsteil ist über einem wahlweise vorgesehenen Geräuschaufnahme- oder Detektor-Mikrofon an der Rückseite des Verkleidungsgehäuses angeordnet. Das Verkleidungsgehäuse kann auch wahlweise einen Tonfrequenzverstärker und Phasenverschiebungs-Elektronik enthalten, die zur Ansteuerung des Lautsprechers verwendet werden.
  • Zwischen dem Verkleidungsgehäuse und der Innenseite des Kanals ist ein ringförmiger Raum definiert, durch welchen der Luftstrom fließt, wobei die Drosselwirkung des Systems durch die Stromlinienwirkung der Verkleidungsteile und eine trichtermündungsartige Gestaltung des Kanals in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar vor der Einlassöffnung minimiert wird.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine partielle Schnittansicht in Längsrichtung durch einen Einlasskanalabschnitt eines Motor-Lufteinlasssystems, in den ein aktives Geräuschminderungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, mit einer schematischen Darstellung des zugehörigen Motors.
  • 2 ist eine Seitenansicht des Einlasskanalabschnitts.
  • 3 ist eine schematische Darstellung der Wechselwirkung zwischen den Schallfeldern des ausgestrahlten Motorenlärms und des Lautsprecherschalls.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es wird auf 1 Bezug genommen; sie zeigt einen Einlasskanalabschnitt 10, der einen Teil eines Lufteinlasssystems eines Verbrennungsmotors 12 bildet, der mit einem in dem Motor- Lufteinlasssystem enthaltenen Drosselgehäuse 14 verbunden ist, die beide schematisch dargestellt sind.
  • Der Einlasskanalabschnitt 10 ist nach außen hin aufgeweitet, so dass er ein Verkleidungsgehäuse 16 aufnehmen kann, das mittels angeformter Verstrebungen 18, 19, die im Bereich eines zwischen der Außenseite des Verkleidungsgehäuses und der Innenseite des Kanalabschnittes 10 definierten ringförmigen Durchgangs 20 angeordnet sind, konzentrisch im Inneren des Einlasskanalabschnittes 10 aufgehängt ist.
  • Eine aufgeweitete Trichtermündung 22 erstreckt sich vom offenen Ende des Luftkanalabschnittes 10 aus.
  • Ein ringförmiges Luftfilterelement 36 ist in den ringförmigen Durchgang 20 eingepresst.
  • Das Verkleidungsgehäuse 16 ist hohl und weist im Allgemeinen eine zylindrische Form auf, jedoch mit einem konischen Ende 24, das in Strömungsrichtung gesehen weiter hinten im Lufteinlasskanal 10 angeordnet ist. Ein vorderes parabolisches Verkleidungsteil 26 aus offenzelligem Schaumstoff ist an dem in Strömungsrichtung gesehen vorderen Ende 28 des Verkleidungsgehäuses 16 befestigt, während ein hinteres parabolisches Verkleidungsteil 30, ebenfalls aus offenzelligem Schaumstoff, an dem in Strömungsrichtung gesehen hinteren Ende des Verkleidungsgehäuses 16 befestigt ist. Daher kann ein Luftstrom in den Kanal 10 gesaugt werden, und das Vorhandensein des Verkleidungsgehäuses 16 verursacht dabei nur eine minimale Einschränkung.
  • Ein Lautsprecher 32 ist in der Kammer 34 im Inneren des hohlen Verkleidungsgehäuses 16 angebracht, wobei der Lautsprecher 32 nach außen gewandt ist und die Vorderseite seines Kegels sich in der Ebene A (3) der Einlassöffnung befindet, die dort definiert ist, wo der ringförmige Durchgang 20 mit dem Anfang der Trichtermündung 22 zusammentrifft. Das Verkleidungsteil 26 ist, da es aus offenzelligem Schaumstoff besteht, für das von dem Lautsprecher 32 ausgesendete Schallfeld akustisch durchlässig.
  • Der Lautsprecher 32 wird von dem Ausgangssignal angesteuert, das von dem Signalsteuergerät 37 erzeugt wird. Das Signalsteuergerät 37 umfasst auch einen Tonfrequenzverstärker. Das Signalsteuergerät 37 enthält adaptive Filter, welche Mikrofonsignale als Eingang verwenden, um den erforderlichen Signaleingang für den Lautsprecher zu erzeugen. Das Signalsteuergerät kann ebenfalls in der Kammer 34 untergebracht sein, obwohl es andererseits auch möglich ist, dass es außerhalb derselben angebracht wird, da nur eine Kabelverbindung zwischen ihm und dem Lautsprecher erforderlich ist.
  • Im vorderen Verkleidungsteil 26 ist ein Fehlermikrofon 40 angebracht, welches den zusammengesetzten Schall der Geräusche aufnimmt, die von dem Kanal 10 und dem Lautsprecher 32 ausgestrahlt werden, und elektrische Signale erzeugt, die diesem entsprechen. Wenn eine Rückführungsregelung des Lautsprecherausgangs angewendet wird, ist nur das Signal des Fehlermikrofons als Eingang für das Signalsteuergerät 37 erforderlich.
  • Wahlweise kann auch ein Detektor-Mikrofon 42 vorgesehen sein, das an das Signalsteuergerät 37 angeschlossen ist, so dass eine Vorwärtsregelung des Ausgangs des Lautsprechers 32 verwendet werden kann. Das Signalsteuergerät 37 verarbeitet den Signaleingang vom Mikrofon 42 und gibt ein solches Signal zur Ansteuerung des Lautsprechers 32 aus, dass der von dem Lautsprecher 32 ausgestrahlte Schall ungefähr dieselbe Amplitude wie das vom Kanal 10 ausgesendete Geräusch hat, jedoch bezüglich des vom Kanal 10 ausgesendeten Geräusches um ungefähr 180° phasenverschoben ist, so dass vom Lautsprecher 32 "Unterdrückungs"-Töne erzeugt werden.
  • Die zwei Schallfelder B und C sind in 3 schematisch dargestellt; in ihrer Kombination bilden sie ein Überlagerungsmuster in dem Druckfeld, das mit einer Dipol-Geräuschquelle gekoppelt ist.
  • Dementsprechend wurde ein aktives Geräuschminderungssystem für ein Lufteinlasssystem bereitgestellt, welches höchst wirksam ist und welches nicht zu einer nennenswert erhöhten Einschränkung der Strömung im Bereich des Lufteinlasskanals führt.

Claims (12)

  1. Aktives Geräuschdämpfungssystem für ein Lufteinlasssystem, wobei das besagte System umfasst: einen Lufteinlasskanal (10), der ein offenes Ende aufweist, in welches Luft gesaugt wird; ein Verkleidungsgehäuse (16), das konzentrisch in dem besagten Lufteinlasskanal (10) angebracht ist, so dass ein ringförmiger Strömungsdurchgang (20) an dem besagten offenen Ende desselben definiert wird; einen Lautsprecher (32), der so angebracht ist, dass er von dem besagten Lufteinlasskanal (10) nach außen gewandt ist und im Wesentlichen in einer Ebene (A) liegt, die durch das besagte offene Ende des besagten Lufteinlasskanals (10) definiert ist; einen Schalldetektor (40), der so angeordnet ist, dass er das Geräusch von dem besagten Lufteinlasskanal (10) aufnimmt und ein elektrisches Signal erzeugt, dass diesem entspricht; und Signalsteuerungsmittel (37), welche das besagte elektrische Signal empfangen und das besagte Signal verstärken und eine Phasenverschiebung desselben bewirken, wobei das besagte verstärkte und phasenverschobene Signal an den besagten Lautsprecher (32) angelegt wird, so dass dieser ein Schallfeld innerhalb eines von dem besagten ringförmigen Strömungsdurchgang (20) ausgestrahlten Geräusch-Schallfeldes aussendet, wodurch das besagte ausgestrahlte Geräusch durch, die Wechselwirkung des besagten Schallfeldes des Lautsprechers mit dem besagten Schallfeld des ausgestrahlten Geräuschs gedämpft wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftfilterringelement (36) in den besagten ringförmigen Strömungsdurchgang eingesetzt ist.
  2. System nach Anspruch 1, welches ferner eine Trichtermündung (22) an dem besagten offenen Ende. des besagten Lufteinlasskanals (10) umfasst.
  3. System nach Anspruch 1, wobei das besagte Lufteinlasssystem mit einem Verbrennungsmotor (12) verbunden ist, so dass eine Luftansaugung für den besagten Motor (12) ermöglicht wird, wobei das besagte System den Motorenlärm dämpft, der sonst von dem besagten offenen Ende des Lufteinlasskanals ausgesendet wird.
  4. System nach Anspruch 1, welches ferner ein vorderes Verkleidungsteil (26) aus offenzelligem Schaumstoff umfasst, das an dem besagten Verkleidungsgehäuse (16) angebracht ist und ausgehend von der besagten Ebene (A) des besagten Lufteinlasses (10) vorspringt.
  5. System nach Anspruch 4, welches ferner ein hinteres Verkleidungsteil (30) aus offenzelligem Schaumstoff, das an der Rückseite des besagten Verkleidungsgehäuses (16) angebracht ist und in Strömungsrichtung vorspringt, und ein in dem besagten hinteren Verkleidungsteil (30) angebrachtes Detektor-Mikrofon (42), welches Vorwärtsregelungs-Signale für die besagten Signalsteuerungsmittel (37) erzeugt, umfasst.
  6. System nach Anspruch 5, wobei der besagte Schalldetektor (40) ein Mikrofon umfasst, das in dem besagten vorderen Verkleidungsteil (26) angebracht ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei beide Verkleidungsteile (26, 30) von parabolischer Form sind.
  8. System nach Anspruch 1, wobei der besagte Lufteinlasskanal (10) an der Stelle, wo sich das besagte Verkleidungsgehäuse (16) befindet, nach außen aufgeweitet ist.
  9. Verfahren zur Dämpfung des Geräusches, das von der Frischluft-Einlassöffnung eines einen Lufteinlasskanal aufweisenden Lufteinlasssystems ausgesendet wird, welches die folgenden Schritte umfasst: konzentrisches Anbringen eines Lautsprechers in einem Lufteinlasskanal, so dass er nach außen gewandt ist und im Wesentlichen in der Ebene der besagten Lufteinlassöffnung liegt; Aufnehmen eines zusammengesetzten Schallfeldes, welches aus der Überlagerung des von dem besagten Lufteinlasskanal ausgehenden Geräusches mit dem von dem Lautsprecher ausgesendeten Geräusch resultiert, um ein entsprechendes Signal zu erzeugen; Verarbeiten der besagten Signale, um ein verstärktes und phasenverschobenes Signal zu erzeugen; und Ansteuern des besagten Lautsprechers mit dem besagten verstärkten und phasenverschobenen Signal, um das besagte ausgestrahlte Geräusch zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Einsetzens eines Luftfilterringelements in den besagten ringförmigen Strömungsdurchgang umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner den Schritt des Anordnens des besagten Lautsprechers in einem Verkleidungsgehäuse zur Schaffung eines ringförmigen Strömungsdurchgangs an der besagten Lufteinlassöffnung umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner den Schritt der Anbringung eines akustisch durchlässigen Verkleidungsteils über dem besagten Lautsprecher, so dass es von diesem aus vorspringt, umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner den Schritt der Anbringung des besagten Lufteinlasskanals an einem Verbrennungsmotor umfasst, um zu bewirken, dass durch den Luftstrom durch den besagten Lufteinlasskanal der besagte Motor mit Ansaugluft versorgt wird, wodurch das Geräusch von dem besagten Motor gedämpft wird.
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