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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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In
der Druckschrift
DE
102 12 257 A1 wird eine Vorrichtung zur Geräuschgestaltung
bei einem Kraftfahrzeug beschrieben, welche dazu dient, das Geräuschniveau
und die Geräuschcharakteristik
im Fahrzeuginnenraum in Abhängigkeit
des aktuellen Zustandes der Brennkraftmaschine zu gestalten. Hierdurch
sollen dem Fahrer trotz der Dämmung
des Fahrgastinnenraumes akustische Eindrücke vom Motor des Fahrzeuges übermittelt
werden, was insbesondere bei Sportwägen als wichtige sensorische Wahrnehmung
angesehen wird.
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Die
in der
DE 102 12 257
A1 beschriebene Vorrichtung zur Geräuschübertragung umfasst ein Gehäuse, welches über eine
Trennwand zweigeteilt ist, wobei ein erster Raum mit dem Ansaugtrakt
der Brennkraftmaschine verbunden und mit dem im Ansaugtrakt herrschenden
Druck beaufschlagt ist und der zweite, durch die Trennwand separierte
Raum über
eine Verbindungsleitung mit der Fahrgastzelle verbunden ist. Zur
Druckübertragung
zwischen den beiden durch die Trennwand separierten Räumen ist ein
sich in beide Räume
erstreckendes Schwingungselement vorgesehen, wel ches als eine um
eine Achse schwenkbar gelagerte Klappe ausgeführt ist, deren einer Teil in
dem mit dem Ansaugtrakt kommunizierenden Raum und deren anderer
Teil in dem mit der Fahrgastzelle kommunizierenden Raum verschwenkbar
ist. Der mit dem Ansaugtrakt verbundene Raum wird mit dem Druck
der Ansaugluft beaufschlagt, wobei dynamische Druckschwankungen
im Ansaugtrakt auf diesen Klappenteil übertragen werden. Aufgrund
der schwenkbeweglichen Lagerung der Klappe werden die Klappenbewegungen
auf den separaten Raum übertragen,
der jedoch aufgrund der Trennwand nicht mit dem Überdruck des Ansaugtraktes
beaufschlagt wird, so dass lediglich die dynamischen Druckschwankungen
wirksam werden, die in die Fahrgastzelle weitergeleitet werden und
dort das gewünscht
Geräusch
erzeugen.
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Es
handelt sich bei der beschriebenen Vorrichtung um ein passives System,
welches eine Geräuschbeeinflussung
nur in eng gesteckten Grenzen im Rahmen konstruktiver Anpassungen
ermöglicht. Weiterführende Geräuschanpassungen
erfordern dagegen sehr aufwändige
elektronische Verstärkungen
und Modulationen.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine konstruktiv einfach aufgebaute
Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine zu schaffen, die im
laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine eine Anpassung des zu übertragenden
Geräusches
ermöglicht.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine umfasst in einem
Gehäuse
eine Trennwand, wodurch der Gehäuseinnenraum
in zwei Teilräume
unterteilt wird, bei denen es sich um einen Schall eintrittsraum
und einen Schallaustrittsraum handelt. Der Schalleintrittsraum ist
mit einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Aggregat verbunden – bei dem
es sich in einer vorteilhaften Ausführung um den Ansaugtrakt der
Brennkraftmaschine handelt -, wohingegen an den Schallaustrittsraum
ein Schallübertragungskanal
angeschlossen ist, der im Fahrgastraum oder in einer für die Übertragung
in den Fahrgastraum günstigen
Position mündet.
Zwischen dem Schalleintrittsraum und dem Schallaustrittsraum erstreckt
sich ein Schwingungselement, welches durch die Druckschwankungen
im Schalleintrittsraum zu Schwingungen angeregt wird und diese Schwingungen
auf den Schallaustrittsraum überträgt, welche
sich dann in den Fahrgastraum ausbreiten können. Die Trennwand zwischen
Schalleintrittsraum und Schallaustrittsraum hat eine Druckentkopplung zwischen
diesen beiden Teilräumen
in Bezug auf den Basisdruck zur Folge, was den Vorteil hat, dass
ein eventuell im Schalleintrittsraum herrschendes Überdruckniveau
nicht auf den Schallaustrittsraum übertragen wird, in welchem üblicherweise
Normal-Druckverhältnisse
vorherrschen.
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Zur
Beeinflussung der Geräuschcharakteristik
ist ein einstellbarer Aktuator vorgesehen, welcher ein Bauteil der
Vorrichtung zur Geräuschübertragung im
laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit mindestens einer Zustands-
oder einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
beeinflusst. Auf diese Weise kann im laufenden Betrieb das Schwingungsverhalten
des Schwingungselementes verändert
werden, was einer direkten oder indirekten Beeinflussung der Federsteifigkeit
des Schwingungselementes entspricht. Beispielsweise kann mithilfe des
Aktuators das Volumen des Gehäuseinnenraumes,
insbesondere des Schallaustrittsraumes verändert werden. Das veränderte Gasvolumen
im Schallaustrittsraum wirkt sich unmittelbar auf das Schwingungsverhalten
des Schwingungselementes aus, wobei ein kleineres Gasvolumen einer
erhöhten Federsteifigkeit
mit höhe rer
Eigenfrequenz und ein größeres Gasvolumen
einer verringerten Federsteifigkeit mit kleinerer Eigenfrequenz
entspricht. Die veränderte
Federsteifigkeit führt
zu einer veränderten Geräuschcharakteristik
des zu übertragenden
Geräusches.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens besteht darin, die Drehsteifigkeit
der zweckmäßig schwenkbar
gelagerten Schwingungsklappe unmittelbar zu beeinflussen, beispielsweise
durch Beaufschlagung der Schwenkachse des Schwingungselementes.
Dies kann beispielhaft durch eine Veränderung der Schwingungsmasse über eine
Betätigung
eines Aktuators erfolgen. Möglich
ist auch eine Änderung
in der Dämpfung
des Schwingungselementes, wodurch ebenfalls das Schwingungsverhalten
beeinflussbar ist.
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Als
Zustands- oder Betriebsgröße der Brennkraftmaschine,
die der veränderlichen
Einstellung des Schwingungsverhaltens des Schwingungselementes zugrunde
gelegt wird, kommt zweckmäßig die
Motordrehzahl der Brennkraftmaschine in Frage. Durch die Anpassung
des Schwingungsverhaltens als Funktion der Motordrehzahl kann im
Vergleich zu bisher üblichen,
ausschließlich
passiv agierenden Systemen eine Geräuschverstärkung bzw. geänderte Soundcharakteristik
erzeugt werden. Zusätzlich
oder alternativ zur Motordrehzahl können auch sonstige Zustands-
oder Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine berücksichtigt
werden, beispielsweise die Motorlast.
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Der
oder die Aktuatoren zur veränderlichen Einstellung
des Schwingungsverhaltens kann bzw. können hydraulisch, pneumatisch,
elektrisch, mechanisch oder in sonstiger Weise veränderlich
einzustellen sein. Möglich
ist insbesondere eine unmittelbare Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine
und dem Aktuator, beispielsweise durch eine Druckbeaufschlagung
des Aktuators mit dem Druck aus dem Ansaugtrakt oder aus dem Abgasstrang.
Auf diese Weise bezieht der Aktuator seine Stellenergie unmittelbar
von der Brennkraftmaschine bzw. einem der Brennkraftmaschine zugeordneten
Aggregat. Grundsätzlich
ist aber auch eine von der Brennkraftmaschine separate Antriebsquelle
für den
Aktuator möglich.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der eine
Vorrichtung zur Geräuschübertragung
in einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine schematisch dargestellt
ist.
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Die
Vorrichtung 1 dient zur Geräuschübertragung der modulierten
Motorgeräusche
einer Brennkraftmaschine 2 in einen Fahrgastraum 4 eines
Kraftfahrzeuges. Mithilfe der Vorrichtung 1 soll im Fahrgastraum 4 ein
charakteristischer Motorsound erzeugt werden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Vorrichtung 1 über
eine Druckübertragungsleitung 5 mit
dem Ansaugtrakt 3 der Brennkraftmaschine 2 verbunden, über den
in Pfeilrichtung 7 Verbrennungsluft den Zylindern der Brennkraftmaschine 2 zuzuführen ist.
Aufgrund der Kopplung zwischen der Vorrichtung 1 und dem
Ansaugtrakt 3 werden die im Ansaugtrakt herrschenden Druckverhältnisse
auch auf einen Teilraum im Gehäuseinneren
der Vorrichtung 1 übertragen.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung
ist es auch möglich,
den Druck aus dem Abgasstrang 8 der Brennkraftmaschine
zur Geräuschübertragung
der Vorrichtung 1 zuzuführen.
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Auf
der Ausgangsseite der Vorrichtung 1 ist diese über einen
Schallübertragungskanal 6 mit
dem Fahrgastraum 4 verbunden. Ü ber den Schallübertragungskanal 6 werden
Schallwellen in den Fahrgastraum 4 eingeleitet.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 9, dessen Gehäuseinnenraum über eine
Trennwand 10 in einen Schalleintrittsraum 11,
der über
die Druckübertragungsleitung 5 mit
dem Ansaugtrakt 3 verbunden ist, und einen Schallaustrittsraum 12 unterteilt
ist, der über
den Schallübertragungskanal 6 mit
dem Fahrgastraum 4 verbunden ist. Die Trennwand 10 bewirkt
eine druckdichte Entkopplung zwischen dem Schalleintrittsraum 11 und
dem Schallaustrittsraum 12.
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Zwischen
dem Schalleintrittsraum 11 und dem Schallaustrittsraum 12 erstreckt
sich ein Schwingungselement 13, das in Höhe der Trennwand 10 um
eine gedachte oder tatsächliche Schwenkachse 14 schwenkbar
gelagert ist, so dass das Schwingungselement 13 in Pfeilrichtung 15 hin und
her verschwenken kann. Zur Realisierung der Druckentkopplung zwischen
den Räumen 11 und 12 ist
im Bereich der Schwenkachse 14 ein Dichtungselement 16 angeordnet,
wodurch der Spalt zwischen der Schwenkachse 14 und den
angrenzenden Wandbereichen der Trennwand 10 abgedichtet
wird. Des Weiteren ist ein Dichtungsteil 17 zwischen der
radialen Außenkante
des Schwingungselementes 13 und der angrenzenden Innenwand
des Gehäuses 9 sowohl
im Bereich des Schalleintrittsraumes 11 als auch im Bereich
des Schallaustrittsraumes 12 vorgesehen, welches insbesondere
als umlaufender Dichtring ausgebildet ist.
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Das
als Schwingungsklappe ausgeführte Schwingungselement 13 unterteilt
gemeinsam mit dem Dichtungsteil 17 sowohl den Schalleintrittsraum 11 als
auch den Schallaustrittsraum 12 in jeweils zwei Teilbereiche.
In den in den Schalleintrittsraum 11 einragenden Abschnitt
des Schwingungselementes 13 ist eine Ausgleichsöffnung 18 eingebracht, über die ein
zumindest teilweiser Druckausgleich zwischen den beiden Teilräumen des Schalleintrittsraumes 11 ermöglicht ist.
Der unmittelbar über
die Druckübertragungsleitung 5 mit
dem Ansaugtrakt 3 verbundene Abschnitt des Schalleintrittsraumes 11 wird
mit dem identischen Druck beaufschlagt, der auch im Ansaugtrakt 3 herrscht.
Dieser Druck setzt sich zusammen aus einem ein Basisniveau kennzeichnenden Druckanteil
und einen dem Basisdruck überlagerten, dynamischen
Anteil, wobei der dynamische Anteil durch die Ansaugvorgänge der
einzelnen Zylinder verursacht wird und somit mit der Motorfrequenz
korreliert. Auch der Basisanteil ändert sich im laufenden Betrieb
der Brennkraftmaschine, besitzt jedoch nicht die hochfrequenten
Schwingungsanteile des dynamischen Anteils.
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Eine
korrespondierende Öffnung
ermöglicht die
Ausbreitung des Basisdrucks in den der Druckübertragungsleitung 5 abgewandten
Teil des Schalleintrittsraums 11. Ein Ausgleich der dynamischen Druckanteile
zwischen den beiden Bereichen des Schalleintrittsraums 11 wird
durch die Festlegung des Öffnungsquerschnittsverhindert.
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Da
zu beiden Seiten des Schwingungselementes 13 im Schalleintrittsraum 11 der
gleiche Basisdruck herrscht, wird das Schwingungselement nur durch
die Druckschwankungen im dynamischen Anteil zu Schwingungen angeregt
und beginnt in Pfeilrichtung 15 um seine Schwenkachse 14 zu
verschwenken. Im Schallaustrittsraum 12 führt dies ebenfalls
zu Druckschwankungen, die über
den Schallübertragungskanal 6 in
den Fahrgastraum 4 geleitet werden und dort als charakteristisches
Geräusch
wahrgenommen werden.
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Zur
Beeinflussung des charakteristischen Geräusches sind Aktuatoren 19 und 20 vorgesehen, über die
das Schwingungsverhalten des Schwingungselementes 13 als
Funktion einer charakteristischen Zustands- oder Betriebsgröße der Brennkraftmaschine,
insbesondere der Motordrehzahl variiert werden kann. Der Aktuator 19 beeinflusst
unmittelbar die Schwenkachse 14 des Schwingungselementes und
ist in der Lage, die Federsteifigkeit und/oder die Dämpfungscharakteristik
des Schwingungselementes 13 zu verändern. So wird insbesondere
mit ansteigender Motordrehzahl eine höhere Federsteifigkeit und/oder
eine geringere Dämpfung
eingestellt.
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Über einen
weiteren Aktuator 20 kann eine Wandung 21 des
Gehäuses 9 der
Vorrichtung in Pfeilrichtung 22 verschoben werden. Die
Wandung 21 begrenzt den Schallaustrittsraum 12 auf
der dem Schallübertragungskanal 6 abgewandten
Seite des Schwingungselementes. Bei einer Verschiebung der Wandung 21 wird
das Volumen des Schallaustrittsraumes 12 verändert, wodurch
ebenfalls das Schwingungsverhalten des Schwingungselementes beeinflusst
werden kann. Bei einer Volumenverringerung wird die Eigenfrequenz
des Schwingungselementes 13 erhöht, bei einer Volumenvergrößerung wird
dagegen die Eigenfrequenz herabgesetzt.
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Die
Aktuatoren werden direkt oder indirekt als Funktion einer Zustands-
und Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
verstellt. Bei einer direkten Kopplung ist es möglich, die Stellenergie, welche
für die
Einstellung eines Aktuators erforderlich ist, unmittelbar von der
Brennkraftmaschine bzw. einem der Brennkraftmaschine zugeordneten
Aggregats zu beziehen. Im Ausführungsbeispiel
ist dies über
eine Verbindungsleitung 23 symbolisch dargestellt, welche
den Aktuator 20, der die Wandung 21 verschiebt, mit
dem Ansaugtrakt 3 verbindet. Der Druck im Ansaugtrakt 3 wird
in diesem Ausführungsbeispiel
für die
Verstellung des Aktuators herangezogen.