DE112004001021B4

DE112004001021B4 - Vorrichtung zur Reduzierung des Geräusches am Ende einer Auspuffleitung

Info

Publication number: DE112004001021B4
Application number: DE112004001021T
Authority: DE
Inventors: Christian Garabedian
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: KR20060023144A; FR2856107B1; US7711124B2; KR100871480B1; US20070071250A1; WO2004111397A1; DE112004001021T5; FR2856107A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung eines niederfrequenten Geräusches am Ende (18) einer Auspuffleitung (14), umfassend die folgenden Schritte: – Definieren eines Signals des zu reduzierenden Geräusches (Δfb), das repräsentativ ist für das zu reduzierende Geräusch; – Abgeben, in der Reduzierungszone (26) der Auspuffleitung (14), einer ersten akustischen Welle hoher Frequenz (F1) durch einen ersten Wandler (22), welche erste akustische Welle hoher Frequenz (F1) nicht hörbar ist und eine Trägerfrequenz oberhalb von 50 kHz aufweist; – Abgeben, in der Reduzierungszone (26) der Auspuffleitung (14), einer zweiten akustischen Welle hoher Frequenz (F1 + Δfcb) aus einem zweiten Wandler (24), welche Wandler (22, 24) dahingehend betrieben werden, dass sie eine Überlagerung zwischen der ersten und zweiten akustischen Welle in der Reduzierungszone (26) bewirken, welche zweite akustische Welle nicht hörbar ist und als Trägerfrequenz die Trägerfrequenz der ersten akustischen Welle hoher Frequenz (F1) aufweist und ein Signal eines Gegengeräusches niedriger Frequenz (Δfcb) mit...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung des Geräusches, das am Ende einer Auspuffleitung entsteht.
Dokument EP 0 455 375 A1 offenbart ein derartiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit zwei unterschiedlich angesteuerten Schallwandlern, die hintereinander an einer Abgasleitung angeordnet sind. Dokument DE 16 22 069 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterdrücken des Geräusches eines Gasstroms aus einer Düse.
Achtzig Prozent des Geräusches, das durch ein Kraftfahrzeug abgegeben wird, das durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird, gehen auf den Motor zurück. Das Auspuffsystem des Fahrzeugs sollte daher so ausgelegt sein, dass das Geräuschniveau, das in der Nachbarschaft wahrgenommen wird, reduziert ist.
Es ist bekannt, in einer Auspuffleitung eine Einrichtung zur aktiven Geräuschkontrolle vorzusehen. Die Einrichtung gestattet es, das zu reduzierende Geräusch zu neutralisieren, indem eine Interferenz hervorgerufen wird zwischen dem zu reduzierenden Geräusch und einem Gegengeräusch gleicher Frequenz und gleicher Amplitude sowie entgegengesetzter Phase. Das Gegengeräusch wird auf elektronischem Wege abgegeben unter Verwendung des Algorithmus der Behandlung des Signals, damit eine Interferenz entsteht, die das zu reduzierende Geräusch aufhebt.
Die Erzeugung der akustischen Welle, die das Gegengeräusch bildet, wird durch elektromagnetische Lautsprecher gewährleistet. Bei bekannten Lösungen geben die Lautsprecher direkt eine akustische Welle ab, die die Charakteristik des Gegengeräusches aufweist. Um wirksam zu sein, müssen die Lautsprecher eine elektrische Leistung von 100 bis 150 W und eine Masse zwischen 2 und 4 kg aufweisen.
Die aktuellen Lösungen für die aktive Steuerung des Geräusches sind daher relativ schwer und sperrig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Reduzierung der Geräusche eines Brennkraftmotors zu schaffen, die ein reduziertes Gewicht aufweist.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung der Geräusche am Ende einer Auspuffleitung, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:

– Definieren eines Signals des zu reduzierenden Geräusches, das für dieses repräsentativ ist;
– Abgeben einer ersten akustischen Welle hoher Frequenz durch einen ersten Wandler in eine Reduzierungszone der Auspuffleitung, welche erste akustische Welle hoher Frequenz nicht hörbar ist und eine Trägerfrequenz oberhalb von 50 kHz aufweist,
– Abgeben einer zweiten akustischen Welle hoher Frequenz aus einem zweiten Wandler in die Reduzierungszone, welche erste und zweite Wandler betätigt werden zur Erzeugung einer Interferenz zwischen der ersten und zweiten akustischen Welle in der Reduzierungszone, welche zweite akustische Welle nicht hörbar ist und als Trägerfrequenz die Trägerfrequenz der ersten akustischen Welle hoher Frequenz aufweist und ein Signal des Gegengeräusches niedriger Frequenz mit entgegengesetzter Phase zum zu reduzierenden Geräusch aufweist.

Entsprechend bestimmten Ausführungsformen weist das Verfahren zur Reduzierung eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf:

– die Frequenz des Gegengeräuschsignals liegt zwischen 10 und 1000 Hz; und
– die Trägerfrequenz beträgt im wesentlichen 100 kHz.

Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Einrichtung zur Reduzierung des Geräusches am Ende einer Auspuffleitung, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

– Mittel zur Definition eines Signals des zu reduzierenden Geräusches, das für dieses repräsentativ ist;
– Mittel zur Abgabe eines Signals eines niederfrequenten Gegengeräusches mit entgegengesetzter Phase zu dem zu reduzierenden Geräusch;
– einen ersten und einen zweiten Wandler in einer Reduzierungszone der Auspuffleitung die betrieben werden zur Erzeugung einer Interferenz zwischen den akustischen Wellen, die in der Reduzierungszone abgegeben werden;
– Mittel zur Steuerung des ersten Wandlers zur Abgabe einer ersten akustischen Welle hoher Frequenz, welche erste akustische Welle hoher Frequenz nicht hörbar ist und eine Trägerfrequenz oberhalb von 50 kHz aufweist und
– Mittel zur Steuerung des zweiten Wandlers zur Abgabe einer zweiten akustischen Welle hoher Frequenz, welche zweite akustische Welle hoher Frequenz nicht hörbar ist und dass die Trägerfrequenz die Trägerfrequenz der ersten akustischen Welle aufweist und das Signal des Gegengeräusches niedriger Frequenz enthält, mit entgegengesetzter Phase zu dem zu reduzierenden Geräusch.

Entsprechend bestimmten Ausführungsformen umfaßt die Einrichtung eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

– der erste und zweite Wandler sind piezoelektrische Wandler;
– die piezoelektrischen Wandler sind auf der Basis von Zirkontitanat des Blei hergestellt;
– die Mittel zur Definition eines Signals des Geräusches umfassen ein Mikrophon zur Aufnahme des Restgeräusches am Ende der Auspuffleitung und
– die Mittel zur Definition eines Signals des Geräusches umfassen eine Einheit, die der Zündfrequenz des Motors folgt.

Die Erfindung hat schließlich eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, die gekennzeichnet ist durch einen Verbrennungsmotor, eine Auspuffleitung und eine Einrichtung zur Reduzierung des Geräusches, wie sie oben beschrieben wurde, wobei der erste und zweite Wandler in der Auspuffleitung angeordnet sind.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Einrichtung zur Reduzierung des Geräusches gemäß der Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Phänomens der Interferenz, die in der Einrichtung zur Reduzierung des Geräusches gemäß der Erfindung entsteht.
Die in 1 gezeigte Antriebseinrichtung umfaßt im wesentlichen einen Brennkraftmotor 12, dessen Auslaß eine Auspuffleitung 14 angeschlossen ist.
Die Auspuffleitung 14 umfaßt in an sich bekannter Weise einen Schalldämpfer 16. Die Auspuffleitung mündet an einem Ende 18, an dem die Auspuffgase ausgestoßen werden.
Die Antriebseinrichtung ist mit einer Einrichtung zur Reduzierung von Geräuschen 20 versehen. Diese umfaßt zwei Quellen 22, 24 für Akustikwellen, die dazu vorgesehen sind, akustische Wellen in den Schalldämpfer 16 einzutragen, der einen Raum 26 für die Reduzierung der Geräusche bildet.
Die beiden Quellen 22, 24 werden gebildet durch piezoelektrische Wandler. Die Wandler basieren vorteilhafterweise auf Zirkontitanat von Blei oder ”PZT”.
Die beiden Wandler sind mit der Wand des Schalldämpfers 16 verbunden und werden so angetrieben, dass sie eine Interferenz einerseits zwischen den akustischen Wellen, die durch die Wandler eingetragen werden, und anderseits zwischen den Wellen, die durch die Wandler und die akustischen Wellen gebildet werden, durch die Zirkulation der Auspuffgase erzeugt werden.
Vorzugsweise sind die Hauptemissionsachsen der beiden Wandler in einem Winkel von 45° versetzt angeordnet.
Die Vorrichtung umfaßt einen Generator 30, der ein Hochfrequenzsignal F1 zur Erregung des ersten Wandlers 22 mit einer Frequenz und einer Amplitude konstanter Basis erzeugt. Diese Frequenz liegt vorzugsweise über 50 kHz, so dass eine erste nicht hörbare akustische Welle durch den ersten Wandler 22 erzeugt wird.
Diese Frequenz beträgt beispielsweise etwa 100 kHz.
Der Generator 30 besteht vorzugsweise aus einem Oszillator geeigneten Typs.
Die Einrichtung 20 umfaßt im übrigen eine Einheit 32 zur Erzeugung eines Gegengeräusches. Diese Einheit 32 ist mit einer Einheit 34 zur Steuerung des Motors verbunden. Diese Einheit 34 steuert in an sich bekannter Weise die Zündung des Motors mit einer Zündfrequenz. Die Einheit 32 umfaßt Mittel zur Aufnahme eines Signals ΔF, das repräsentativ ist für die Zündfrequenz des Motors.
Im übrigen umfaßt die Einrichtung 20 ein Mikrophon 36, das am Ende der Auspuffleitung angeordnet ist. Dieses Mikrophon ist mit der Einheit 32 verbunden, die das Gegengeräusch erzeugt. Die Einheit nimmt von dem Mikrophon ein Signal entsprechend dem Restgeräusch Δε auf, das dem reduzierten Geräusch entspricht, das am Ende der Auspuffleitung gemessen worden ist.
Auf der Grundlage der Signale ΔF und Δε erzeugt die Einrichtung 32 zur Bildung des Gegengeräusches ein Signal mit niedriger Gegengeräusch-Frequenz Δf_cb. Das Gegensignal Δf_cb weist dieselbe Frequenz und dieselbe Amplitude auf wie das Signal des zu reduzierenden Geräusches, das mit Δf_b bezeichnet wird, jedoch mit entgegengesetzter Phase zu diesem Geräusch. Die Frequenz des Gegengeräuschsignals liegt zwischen 10 und 1000 Hz.
Am Ausgang der Einheit 32 weist die Einrichtung 20 einen Mischer 38 auf, mit dem der Generator 30 verbunden ist. Auf diese Weise ist der Mischer 38 in der Lage, eine Mischung aus den Signalen Δf_cb und F1 herzustellen. Das dadurch erhaltene Signal mit der Bezeichnung F1 + Δf_cb am Ausgang des Mischers 38 weist eine Trägerfrequenz auf, die identisch ist mit der Frequenz der ersten akustischen Welle und das Gegengeräuschsignal Δf_cb enthält, das dem Signal Δf_b des zu reduzierenden Geräusches entspricht, jedoch eine entgegengesetzte Phase zu diesem aufweist.
Der Ausgang des Mischers 38 ist mit dem zweiten Wandler 24 verbunden. Die Einrichtung zur Geräuschreduzierung arbeitet wie folgt.
Ausgehend von dem Signal des Restgeräusches Δε und der Frequenz der Motorfunktion Δf_cb des Motors gibt die Einheit 32 ein Gegengeräuschsignal Δf_cb ab. Ein Hochfrequenzsignal F1 gelangt an den ersten Wandler 22, während ein Hochfrequenzsignal F1 + Δf_cb an den zweiten Wandler 24 abgegeben wird. Die akustischen Wellen, die durch den ersten und zweiten Wandler erzeugt werden, sind nicht hörbar, da sie eine sehr hohe Trägerfrequenz aufweisen.
In dem Raum 26 überlagern sich die akustische Welle, die durch das Auspuffgas entsteht, und die beiden akustischen Wellen, die durch die Wandler 22 und 24 abgegeben werden, gegenseitig. Die akustische Welle, die durch das Auspuffas erzeugt wird, weist dieselbe Frequenz und dieselbe Amplitude auf, wie das Gegengeräusch und eine entgegengesetzte Phase zu diesem Punkt der Wandler 22 gibt eine akustische Hochfrequenzwelle entsprechend dem Signal F1 ab, während der Zeit der Wandler 24 eine Hochfrequenzwelle abgibt, die das Gegengeräuschsignal Δf_cb enthält. Die Interferenz dieser drei akustischen Wellen erzeugt am Ausgang eine akustische Welle, deren eine Komponente resultiert aus der Interferenz der Signale 2F1 + Δf_cb + Δf_b nicht hörbar ist wegen der sehr erhöhten Frequenz, und eine andere Komponente, die aus der Interferenz der Signale F1 – (F1 + Δf_cb) + Δ_fb resultiert, wird fortgesetzt? 2F1 + Δf_cb + Δf_b und F1 – (F1 + Δf_cb) + Δ_fb entspricht der Überlagerung der Wellen.
Auf diese Weise ergibt sich, dass der hörbare Bestandteil des Auspuffgasgeräusches, das durch den Motor erzeugt wird, am Auslaß der Auspuffleitung reduziert wird.
Damit können die Geräuschquellen 22 und 24, die verwendet werden und die gesteuert werden zur Erzeugung einer akustischen Welle hoher Frequenz, sehr klein sein und insbesondere gebildet werden durch piezoelektrische Elemente. Auf diese Weise ist das Gewicht der Einrichtung zur Reduzierung des Geräusches sehr gering.

Claims

Verfahren zur Reduzierung eines niederfrequenten Geräusches am Ende (18) einer Auspuffleitung (14), umfassend die folgenden Schritte: – Definieren eines Signals des zu reduzierenden Geräusches (Δf_b), das repräsentativ ist für das zu reduzierende Geräusch; – Abgeben, in der Reduzierungszone (26) der Auspuffleitung (14), einer ersten akustischen Welle hoher Frequenz (F1) durch einen ersten Wandler (22), welche erste akustische Welle hoher Frequenz (F1) nicht hörbar ist und eine Trägerfrequenz oberhalb von 50 kHz aufweist; – Abgeben, in der Reduzierungszone (26) der Auspuffleitung (14), einer zweiten akustischen Welle hoher Frequenz (F1 + Δf_cb) aus einem zweiten Wandler (24), welche Wandler (22, 24) dahingehend betrieben werden, dass sie eine Überlagerung zwischen der ersten und zweiten akustischen Welle in der Reduzierungszone (26) bewirken, welche zweite akustische Welle nicht hörbar ist und als Trägerfrequenz die Trägerfrequenz der ersten akustischen Welle hoher Frequenz (F1) aufweist und ein Signal eines Gegengeräusches niedriger Frequenz (Δf_cb) mit entgegengesetzer Phase zu dem Signal (Δf_b) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Signals des Gegengeräusches zwischen 10 und 1000 Hz liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz im wesentlichen 100 kHz beträgt.
Vorrichtung zur Reduzierung des Geräusches am Ende (18) einer Auspuffleitung (14), umfassend – Mittel (34, 36) zur Definition eines Signals des zu reduzierenden Geräusches, das repräsentativ ist für das zu reduzierende Geräusch (Δf_b); – Mittel (32) zur Abgabe eines Gegengeräuschsignals mit niedriger Frequenz (Δf_cb) mit dem zu reduzierenden Geräusch entgegengesetzter Phase; – einem ersten und einem zweiten Wandler (22, 24), die in einer Reduzierungszone (26) der Auspuffleitung (14) angeordnet ist, welcher erste und zweite Wandler (22, 24) derart betrieben wird, dass eine Überlagerung zwischen den akustischen Wellen entsteht, die erzeugt werden und in der Reduzierungszone (26) vorhanden sind, gekennzeichnet durch – Mittel (30) zur Steuerung des ersten Wandlers zur Abgabe einer ersten akustischen Welle hoher Frequenz (F1), welche erste Welle wenn die akustische Welle hoher Frequenz (F1) nicht hörbar ist und eine Trägerfrequenz oberhalb von 50 kHz aufweist; – Mittel (30, 32, 38) zur Steuerung des zweiten Wandlers (24) derart, dass eine zweite akustische Welle hoher Frequenz abgegeben wird, welche zweite akustische Welle hoher Frequenz (F1 + Δf_cb) nicht hörbar ist und als Trägerfrequenz die Trägerfrequenz der ersten akustischen Welle hoher Frequenz (F1) aufweist und das niederfrequente Gegengeräuschsignal (Δf_cb) mit entgegengesetzter Phase zum zu reduzierenden Geräusch (Δf_b) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Wandler piezoelektrische Wandler sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Wandler hergestellt sind auf der Basis von Zirkontitanat von Blei.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Definition eines Signals des Geräusches (Δf_b) ein Mikrophon (36) umfassen, das Restgeräusch (Δε) am Ende (18) der Auspuffleitung (14) registriert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Definition eines Geräuschsignals eine Einheit (32) umfassen, die der Zündfrequenz des Motors folgt.
Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Brennkraftmaschine (12), eine Auspuffleitung (14) und eine Einrichtung (20) zur Reduzierung des Geräusches gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8 umfaßt, wobei der erste und zweite Wandler (22, 24) in der Auspuffleitung 14 angeordnet sind.