DE10004991A1

DE10004991A1 - Helmholtz resonator with variable resonance frequency

Info

Publication number: DE10004991A1
Application number: DE2000104991
Authority: DE
Inventors: Klaus Schaaf; Hartwig Preckel; Volker Wendt; Dirk Ronneberger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-09

Abstract

The Helmholtz resonator has a resonance chamber (1) and a tubular neck region (2) containing at least 2 openings (4,5) at different relative spacings from the resonance chamber, each exhibiting a variable opening cross-section (d1,d2) under control of a respective stop (8,9), for varying the resonance frequency in dependence on the engine revs.

Description

Die Erfindung betrifft einen Helmholtz-Resonator mit variabler Resonanzfrequenz gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a Helmholtz resonator with a variable resonance frequency according to the preamble of claim 1.

Zur Dämpfung der Ansaug- oder Abgasgeräusche von Verbrennungsmotoren können Helmholtz-Resonatoren verwendet werden, deren Resonanzkammer über einen rohrförmigen Hals an einen zu dämpfenden Gasstrom angeschlossen werden.To dampen the intake or exhaust noise of internal combustion engines Helmholtz resonators are used, the resonance chamber of which tubular neck can be connected to a gas flow to be damped.

Da die Ansaug- und Abgasgeräusche eines Verbrennungsmotors drehzahlabhängig sind, kann eine optimale Dämpfung nur mit einem Helmholtz-Resonator mit variabler Resonanzfrequenz erreicht werden, wobei die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit der Motordrehzahl veränderbar sein sollte.Because the intake and exhaust noise of an internal combustion engine depends on the speed optimal damping can only be achieved with a Helmholtz resonator with variable Resonance frequency can be achieved, the resonance frequency depending on the Engine speed should be changeable.

In der EP 0 724 684 B1 ist ein Verbrennungsmotor beschrieben, an dessen Saugrohr ein Helmholtz-Resonator mit einer Resonanzkammer über einen rohrförmigen Hals angeschlossen ist. Der wirksame Strömungsquerschnitt des Halses wird mittels einer Stellvorrichtung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert. Da die Resonanzfrequenz eines Helmholtz-Resonators mit Verringerung der Querschnittsfläche des Halses ebenfalls abnimmt, kann durch Veränderung der Querschnittsfläche die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verändert werden. Bei dem zur Verringerung der Querschnittsfläche vorgesehenen Schieber dürften jedoch Abdichtungsprobleme auftreten, insbesondere wenn größere Halslängen angewendet werden sollen.EP 0 724 684 B1 describes an internal combustion engine with its intake manifold a Helmholtz resonator with a resonance chamber over a tubular neck connected. The effective flow cross section of the neck is determined by means of a Actuator controlled depending on the engine speed. Since the Resonance frequency of a Helmholtz resonator with a reduction in cross-sectional area of the neck also decreases by changing the cross-sectional area Resonance frequency can be changed depending on the engine speed. In which sliders intended to reduce the cross-sectional area are likely Sealing problems occur, especially when longer neck lengths are applied should be.

Aus der DE 196 18 432 A1 ist eine Ansaugvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei der im Bereich des Ansaugweges ein als Helmholtz-Resonator wirkendes Dämpfungsvolumen angeordnet ist. Die Größe des durchströmten wirksamen Dämpfungsvolumens ist durch umschaltbare Weichen und Klappen variierbar.DE 196 18 432 A1 describes an intake device for an internal combustion engine is known in which in the area of the intake path acts as a Helmholtz resonator Damping volume is arranged. The size of the flowed through effective Damping volume can be varied by switchable switches and flaps.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Dämpfung von Ansaug- und Abgasgeräuschen einen Helmholtz-Resonator zu schaffen, dessen Resonanzfrequenz mit möglichst einfachen Mitteln drehzahlabhängig einstellbar ist. The invention has for its object to dampen intake and Exhaust noise to create a Helmholtz resonator whose resonance frequency can be set as a function of the speed with the simplest possible means.

Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Der erfindungsgemäße Helmholtz-Resonator besitzt an dem zur Resonanzkammer führenden Hals zwei im Abstand voneinander angeordnete seitliche Öffnungen, deren Öffnungsquerschnitt drehzahlabhängig veränderbar ist. Sind beide Öffnungen vollständig geschlossen, so berechnet sich die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators aus der Gleichung
The solution to this problem is obtained by the features specified in claim 1. The Helmholtz resonator according to the invention has at the neck leading to the resonance chamber two spaced-apart side openings, the opening cross-section of which can be changed as a function of speed. If both openings are completely closed, the resonance frequency of the Helmholtz resonator is calculated from the equation

f = (c/2π)√S/(V . I);
f = (c / 2π) √S / (V. I);

wobei c die Schallgeschwindigkeit, V das Hohlraumvolumen der Resonanzkammer, I die Halslänge und S die Querschnittsfläche des Halses sind. Wird eine oder werden beide Öffnungen am Hals geöffnet, so ändert sich die wirksame Halslänge I und damit auch die Resonanzfrequenz f des Helmholtz-Resonators. Wird die von der Resonanzkammer entfernt gelegene Öffnung voll geöffnet und der Öffnungsquerschnitt der anderen Öffnung verändert und umgekehrt, so ändert sich entsprechend die Resonanzfrequenz f. Somit kann durch einfache Veränderung der Öffnungsquerschnitte eine drehzahlabhängige Einstellung der Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators vorgenommen werden.where c is the speed of sound, V the cavity volume of the resonance chamber, I the Neck length and S are the cross-sectional area of the neck. Will be one or both Openings on the neck open, the effective neck length I changes and thus also the resonance frequency f of the Helmholtz resonator. Will that of the resonance chamber distant opening fully opened and the opening cross section of the other Opening changes and vice versa, the resonance frequency changes accordingly f. Thus, by simply changing the opening cross-sections speed-dependent setting of the resonance frequency of the Helmholtz resonator be made.

Die am Hals des Helmholtz-Resonators vorgesehenen Öffnungen sind vorzugsweise beide mit Blenden ausgestattet, die im Bereich zwischen einer geschlossenen Stellung und einer maximal geöffneten Stellung kontinuierlich veränderbar sind. Dadurch ist es möglich jede zwischen einer tiefsten und einer höchsten Resonanzfrequenz liegende Resonanzfrequenz einstellen zu können.The openings provided on the neck of the Helmholtz resonator are preferred both equipped with bezels that range between a closed position and a maximum open position are continuously changeable. That’s it possible any between a lowest and a highest resonance frequency To be able to set resonance frequency.

Zur Einstellung einer möglichst niedrigen Resonanzfrequenz wird eine erste, der Resonanzkammer nahe gelegene Öffnung vollständig geschlossen. Dagegen wird zur Einstellung einer möglichst hohen Resonanzfrequenz die der Resonanzkammer nahe gelegene erste Öffnung vollständig geöffnet und die entfernt gelegene Öffnung vollständig geschlossen (Grenzfall). Entsprechend läßt sich die Resonanzfrequenz dadurch erhöhen, dass die der Resonanzkammer nahe gelegene erste Öffnung im Öffnungsquerschnitt vergrößert wird, wenn die von der Resonanzkammer entfernt gelegene Öffnung zumindest teilweise geöffnet ist. Eine weitere Erhöhung der Resonanzfrequenz läßt sich durch Schließen der der Resonanzkammer entfernt angeordneten zweiten Öffnung erreichen. To set the lowest possible resonance frequency, a first, the Resonance chamber nearby opening completely closed. In contrast, Setting the highest possible resonance frequency close to the resonance chamber located first opening fully open and the opening located away completely closed (borderline case). The resonance frequency can be adjusted accordingly by increasing the first opening in the Opening cross section is enlarged when removed from the resonance chamber located opening is at least partially open. Another increase in Resonance frequency can be removed by closing the resonance chamber reach arranged second opening.

Eine besonders kompakte Anordnung erhält man dadurch, dass die am Hals des Helmholtz-Resonators angeordneten Öffnungen in einen gemeinsamen Gaskanal münden, der sich seitlich am Hals entlang erstreckt und diesen auch umschließen kann. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.A particularly compact arrangement is obtained by the fact that the Helmholtz resonators arranged openings in a common gas channel mouth that extends along the side of the neck and can also enclose it. The invention is illustrated below with reference to the drawing Embodiments explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen an einen Luftfilter eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Helmholtz-Resonator mit zwei an seinem Hals angeordneten Öffnungen, Fig. 1 a connected to an air filter of an internal combustion engine Helmholtz resonator with two openings arranged at its neck,

Fig. 2 einen Helmholtz-Resonator, dessen zwei am Hals angeordnete Öffnungen in eine den Hals umschließende Kammer münden, Fig. 2 is a Helmholtz resonator whose two arranged on the neck openings open into a neck encircling chamber,

Fig. 3 eine Wertetabelle für die Koeffizienten (d1/d2 - 1) und (1 - d2/d1) für unterschiedliche Öffnungsquerschnitte d1 und d2 und Fig. 3 shows a table of values for the coefficients (d1 / d2 - 1) and (1 - d2 / d1) for different opening cross sections d1 and d2 and

Fig. 4 den Verlauf der Resonanzfrequenz als Funktion der Koeffizienten (d1/d2 - 1) und (1 - d2/d1) von Fig. 3. FIG. 4 shows the course of the resonance frequency as a function of the coefficients (d1 / d2 - 1) and (1 - d2 / d1) from FIG. 3.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Helmholtz-Resonators, der eine Resonanzkammer 1 mit einem Hals 2 hat, der an einen Luftfilter 3 eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Am Hals 2 sind in unterschiedlichen Abständen I1 und I2 eine erste seitliche Öffnung 4 und eine zweite, von der Resonanzkammer 1 weiter entfernt angeordnete Öffnung 5, vorgesehen. Die Öffnungen 4, 5 sind über einen Gaskanal 6 verbunden, der eine Austrittsöffnung 7 hat. Fig. 1 shows the basic construction of the Helmholtz resonator according to the invention, which has a resonant chamber 1 with a neck 2, which is connected to an air filter 3, an internal combustion engine. A first lateral opening 4 and a second opening 5 arranged further away from the resonance chamber 1 are provided on the neck 2 at different distances I1 and I2. The openings 4 , 5 are connected via a gas channel 6 , which has an outlet opening 7 .

Die erste Öffnung 4 besitzt eine Blende 8 mit variablem Öffnungsquerschnitt d1, während die zweite Öffnung 5 eine Blende 9 mit ebenfalls variablem Öffnungsquerschnitt d2 hat.The first opening 4 has a diaphragm 8 with a variable opening cross section d1, while the second opening 5 has a diaphragm 9 with a likewise variable opening cross section d2.

Mit Hilfe der Anordnung von Fig. 1 wurden unter anderem die einstellbaren Resonanzfrequenzen f des variablen Helmholtz-Resonators bestimmt. Hierzu wurde der Luftfilter 3 durch einen Lautsprecher 10 mit weißem Rauschen beaufschlagt und der Eingangs- und Ausgangspegel wurde mit jeweils einem Mikrophon 11, 12 gemessen. Die Öffnungsquerschnitte d1 und d2 wurden entsprechend der in Fig. 3 wiedergegebenen Tabelle variiert. Der Abstand I1 der ersten Öffnung 4 betrug 70 mm von der Resonanzkammer 1, der Abstand I2 der zweiten Öffnung 5 betrug 530 mm, das Volumen V der Resonanzkammer 1 hatte 1 Liter und der Innendurchmesser des Halses 2 hatte 36 mm. Durch Veränderung der Öffnungsquerschnitte d1 und d2 entsprechend der Tabelle von Fig. 3 konnte die Resonanzfrequenz zwischen 72,5 Hz und 175 Hz beliebig eingestellt werden, wie dies in dem Diagramm von Fig. 4 aufgetragen ist.With the aid of the arrangement of FIG. 1, the adjustable resonance frequencies f of the variable Helmholtz resonator were determined, among other things. For this purpose, the air filter 3 was exposed to white noise through a loudspeaker 10 and the input and output levels were measured with a microphone 11 , 12 in each case. The opening cross sections d1 and d2 were varied in accordance with the table shown in FIG. 3. The distance I1 of the first opening 4 was 70 mm from the resonance chamber 1 , the distance I2 of the second opening 5 was 530 mm, the volume V of the resonance chamber 1 was 1 liter and the inside diameter of the neck 2 was 36 mm. By changing the opening cross sections d1 and d2 according to the table in FIG. 3, the resonance frequency between 72.5 Hz and 175 Hz could be set as desired, as shown in the diagram in FIG .

Der Helmholtz-Resonator kann auch wie in Fig. 2 als Abgasschalldämpfer 13 ausgebildet sein, bei dem der in Fig. 1 dargestellte Gaskanal 6 eine Kammer 14 bildet, in die die Öffnungen 4, 5 mit den Blenden 8, 9 münden. Auch bei dem in Fig. 2 als Abgasschalldämpfer ausgebildeten Helmholtz-Resonator kann eine wie in Fig. 4 dargestellte Veränderung der Resonanzfrequenz durch entsprechende Einstellungen der Öffnungsquerschnitte d1 und d2 erfolgen. The Helmholtz resonator can also be designed as an exhaust silencer 13 , as in FIG. 2, in which the gas duct 6 shown in FIG. 1 forms a chamber 14 , into which the openings 4 , 5 with the orifices 8 , 9 open. In the Helmholtz resonator designed as an exhaust gas silencer in FIG. 2, the resonance frequency can be changed as shown in FIG. 4 by appropriate settings of the opening cross sections d1 and d2.

REFERENCE SIGN LIST

11

Resonanzkammer
Resonance chamber

22nd

Hals
neck

33rd

Luftfilter
Air filter

44th

, ,

55

Öffnungen
openings

66

Gaskanal
Gas channel

77

Austrittsöffnung
Outlet opening

88th

, ,

99

Blende
cover

1010th

Lautsprecher
speaker

1111

, ,

1212

Mikrophon
microphone

1313

Abgasschalldämpfer
Exhaust silencer

1414

Kammer
d1, d2 Öffnungsquerschnitt
I1, I2 Abstand
V Vollumen
chamber
d1, d2 opening cross-section
I1, I2 distance
V full volume

Claims

1. Helmholtz resonator with variable resonance frequency for speed-dependent damping of the intake or exhaust noise of an internal combustion engine having a resonance chamber ( 1 ) connected to a tubular neck ( 2 ), characterized in that the neck ( 2 ) is at a different distance from the resonance chamber ( 1 ) at least a first opening ( 4 ) close to the resonance chamber ( 1 ) and a second opening ( 5 ) arranged away from the resonance chamber ( 1 ), each with an adjustable cross-section (d1, d2).

2. Helmholtz resonator according to claim 1, characterized in that each of the openings ( 4 , 5 ) has a controllable diaphragm ( 8 , 9 ) which can be changed continuously in the range between a closed position and a maximum open position.

3. Helmholtz resonator according to one of claims 1 or 2, characterized in that in order to set the lowest possible resonance frequency at least the resonance chamber ( 1 ) close to the first opening ( 4 ) is completely closed.

4. Helmholtz resonator according to one of claims 1 or 2, characterized in that in order to set the highest possible resonance frequency, the resonance chamber ( 1 ) close to the first opening ( 4 ) is completely open.

5. Helmholtz resonator according to one of claims 1 or 2, characterized in that, starting from a resonance frequency that is as low as possible, a constant increase in the resonance frequency by continuously increasing the opening cross section (d1) at the first opening ( 4 ) close to the resonance chamber ( 1 ). he follows.

6. Helmholtz resonator according to claim 5, characterized in that, when the first opening ( 4 ) is open, there is a further increase in the resonance frequency by continuously closing the second opening ( 5 ), which is arranged at a distance from the resonance chamber ( 1 ) and is completely open.

7. Helmholtz resonator according to one of the preceding claims, characterized in that the openings ( 4 , 5 ) open into a common gas channel ( 6 ) open to the outside.

8. Helmholtz resonator according to claim 7, characterized in that the Helmholtz resonator forms an exhaust silencer ( 13 ) in which the gas channel ( 6 ) is designed as a chamber ( 14 ) surrounding the neck ( 2 ) with an outlet opening ( 7 ) is.