排氣噪音的有源設(shè)計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由內(nèi)燃機操作的車輛的排氣噪音的有源設(shè)計。內(nèi)燃機可以是混合驅(qū)動單元的一部分。本發(fā)明具體涉及排氣噪音的總體聲學模式的影響。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機的運行，不考慮它們的具體設(shè)計，比如往復式發(fā)動機、無活塞旋轉(zhuǎn)發(fā)動機或自由活塞發(fā)動機，發(fā)生在重復的沖程中，在每個沖程中執(zhí)行某些過程，比如燃料與空氣混合物的吸入與壓縮、燃燒、以及排出燃燒后的燃料空氣混合物，等等。由此所產(chǎn)生的噪音一部分地作為固體傳聲通過發(fā)動機直接傳播。所產(chǎn)生噪音的另一部分隨著燃氣通過發(fā)動機排氣系統(tǒng)作為空氣傳聲離開。在排氣系統(tǒng)的排氣管道中，該空氣傳聲與燃氣的流動噪聲疊加。這種疊加所產(chǎn)生的噪音被稱為排氣噪音。最后，所產(chǎn)生噪音的其余部分通過發(fā)動機進氣系統(tǒng)離開發(fā)動機。
[0003]作為固體傳聲經(jīng)內(nèi)燃機傳播的噪音基本上能被車輛的發(fā)動機艙內(nèi)的合適的隔音材料所隔離。
[0004]為了減少隨排氣離開的噪音排放，吸音裝置通常被布置在排氣管道內(nèi)。所述吸音裝置被稱為消音器。消音器能按照例如吸收和/或反射的原理運行。另外，已知提供帶有被和諧調(diào)制的諧振腔的消音器以導致相反聲波相互抵消的破壞性干涉。
[0005]上述系統(tǒng)的缺點是增加了排氣系統(tǒng)中排氣流動的背壓，從而降低了燃燒發(fā)動機的效率。該系統(tǒng)的另一個缺點是，尤其是在現(xiàn)代的柴油車輛中以及在具有混合驅(qū)動系統(tǒng)的車輛中，用戶并不在意實際上離開排氣系統(tǒng)的噪音。
[0006]所以，有源噪音系統(tǒng)被研發(fā)出來用于車輛的排氣系統(tǒng)中，通過它能模擬地產(chǎn)生排氣噪音。相應(yīng)的系統(tǒng)具有通過連接器件被連接到內(nèi)燃機排氣管的電-聲變換器，從而在發(fā)動機燃燒過程所產(chǎn)生的聲波或排氣系統(tǒng)中排氣流動所產(chǎn)生的聲波上疊加電-聲變換器生成的聲波。通過這種方式，車輛的排氣噪音被刻意地減輕。變換器的電輸入信號由控制器產(chǎn)生，作為所謂的控制信號，考慮發(fā)動機參數(shù)的當前值，比如發(fā)動機速度或點火順序。電_聲變換器由與排氣管道隔開的殼體收納，所以需要在車輛底盤上的額外空間。
[0007]有源噪音系統(tǒng)被用作抗噪聲系統(tǒng)，例如也作為消音器的替代或補充?？乖胍粝到y(tǒng)在由內(nèi)燃機生成并經(jīng)排氣系統(tǒng)傳播的空氣傳播噪音上疊加電-聲生成抗噪音。各個抗噪音系統(tǒng)使用所謂的濾波-X最小均方(FxLMS)算法通過至少一個揚聲器輸出噪音試圖使經(jīng)排氣系統(tǒng)傳播的空氣傳播噪音下降至零(在噪音抵消的情況下)或者下降到預(yù)設(shè)的閾值(在影響噪音的情況下)?？乖胍粝到y(tǒng)的揚聲器通常與排氣系統(tǒng)流體連通。為了實現(xiàn)經(jīng)排氣系統(tǒng)傳播的空氣傳聲和揚聲器產(chǎn)生的抗噪音的聲波之間的徹底相消干擾(destructiveinterference)，揚聲器產(chǎn)生的聲波必須與經(jīng)排氣系統(tǒng)傳播的聲波在振幅和頻率上匹配且?guī)в?80度的相對相移。如果經(jīng)排氣系統(tǒng)傳播的空氣傳播噪音的聲波與揚聲器產(chǎn)生的抗噪音聲波在頻率上匹配且具有180度的相對相移，但在振幅上不匹配，那么只會導致經(jīng)排氣系統(tǒng)傳播的空氣傳播噪音的聲波衰減?？乖胍艨梢允褂肍xLMS算法通過確定兩個正在關(guān)于彼此漂移90度的正弦振動的正確頻率和相位以及通過計算這些正弦振動所需要的振幅針對經(jīng)排氣管傳播的空氣傳播噪音的每個頻率帶被獨立計算。各個系統(tǒng)例如從以下文獻中被獲知:US4177874，US5229556，US5233137，US5343533，US5336856，US5432857，US5600106，US5619020， EP0373188， EP0674097， EP0755045， EP0916817， EP1055804， EP1627996，DE19751596，DE102006042224，DE102008018085 以及 DE102009031848。
[0008]有源噪音系統(tǒng)的目標是噪音抵消或影響至少在排氣系統(tǒng)外側(cè)是可聽見且可測量的。根據(jù)具體情況，噪音的抵消或影響在排氣系統(tǒng)內(nèi)側(cè)也是可聽見且可測量的。
[0009]這種有源噪音系統(tǒng)的缺點是它們必須是萬無一失的以滿足噪聲保護的法律規(guī)定。所以，它們常被用作已有消聲器的補充。但是，車輛底盤上的空間是非常有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]實施例涉及提供一種特別緊湊從而只需要很小的內(nèi)燃機車輛底盤空間的有源噪音控制系統(tǒng)。
[0011]內(nèi)燃機車輛的有源噪音控制系統(tǒng)的發(fā)聲器的實施例包括第一殼體和至少一個電-聲變換器。第一殼體具有至少一個排氣入口和不同于所述至少一個排氣入口的至少一個排氣出口。至少一個電-聲變換器位于第一殼體內(nèi)或被直接附接到第一殼體且被配置以根據(jù)電控信號產(chǎn)生聲音。在這方面，術(shù)語“直接”表示不提供連接至少一個電-聲變換器和殼體的管件。這不排除提供具有低于40mm縱向延伸的墊圈或隔件，尤其是小于20mm，更尤其是小于5mm。
[0012]所以，發(fā)聲器的所述至少一個電-聲變換器被直接集成到排氣系統(tǒng)，并利用排氣系統(tǒng)的部件。因此，第一殼體被用于引導排氣和支撐和/或容納至少一個電-聲變換器。
[0013]根據(jù)實施例，至少一個電-聲變換器可以被第一殼體完全包圍。因此，第一殼體防止至少一個電_聲變換器受到外部影響，比如濕氣或機械沖擊。
[0014]根據(jù)替換實施例，至少一個電_聲變換器可以被附接到第一殼體的側(cè)壁，以至少一個電_聲變換器覆蓋側(cè)壁上的一個孔或幾個孔的方式。至少一個孔被設(shè)置在至少一個電_聲變換器的前方，以允許至少一個電-聲變換器產(chǎn)生的聲音進入第一殼體。在第一殼體的側(cè)壁上設(shè)置了一個孔的情況下，該孔的直徑比電_聲變換器的直徑稍小。在該方面，“稍小”表示該孔的直徑比覆蓋該孔的電-聲變換器的直徑小不到10%或不到5%。
[0015]根據(jù)實施例，第一殼體氣密到排氣只能通過至少一個排氣入口和至少一個排氣出口進入和離開該殼體的程度。
[0016]根據(jù)實施例，第一殼體包含腔，其中該腔與排氣入口和排氣出口都流體連通，其中該腔填充有吸音材料尤其是玻璃纖維無捻粗紗。因此，第一殼體能夠是根據(jù)消音器和發(fā)聲器的至少一個電_聲變換器通常采用的吸音原理而工作的消音器殼體。
[0017]根據(jù)實施例，第一殼體包含被和諧調(diào)制的諧振腔，從而產(chǎn)生破壞性干涉。因此，第一殼體是根據(jù)消音器和發(fā)聲器的至少一個電-聲變換器通常采用的反射或相消干擾原理而工作的消音器殼體。根據(jù)實施例，該腔是采用亥姆霍茲諧振的諧振腔。因此，第一殼體是根據(jù)消音器和發(fā)聲器的至少一個電_聲變換器通常采用的相消干擾原理而工作的消音器殼體。
[0018]根據(jù)實施例，發(fā)聲器還包括至少一個以氣密的方式聯(lián)接到第一殼體的彈性膜，從而將至少一個電-聲變換器和排氣入口與排氣出口隔開。通過設(shè)置彈性膜，腐蝕性排氣被阻止到達至少一個電-聲變換器，而至少一個電-聲變換器所產(chǎn)生聲波仍然能通過該彈性膜進入第一殼體。例如彈性膜由耐熱硅膠制成，或者是由聚四氟乙烯、丙烯酰族或聚乙烯對苯二酸鹽制成的耐熱薄片。另外，至少一個電-聲變換器上的熱負載被減少，因為至少一個電-聲變換器不直接接觸熱排氣。
[0019]根據(jù)實施例，至少一個電_聲變換器包括聲學隔膜，該聲學隔膜形成第一殼體的部分壁。因此，至少一個電-聲變換器例如是動圈式揚聲器。例如聲學隔膜由已知為凱夫拉的聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)、鈦、鋁或其他耐熱材料制成。聲學隔膜和第一殼體可以由不同的材料制成。
[0020]根據(jù)實施例，第一殼體包含至少一個橋壁，每個橋壁被聯(lián)接到第一殼體，從而由至少一個橋壁限定至少兩個彼此分隔的腔。第一殼體還包含至少一個供氣管，每個供氣管被連接到至少一個排氣入口之一，延伸穿過所述腔之一并與另一個腔流體連通。第一殼體還包含至少一個排氣管，每個排氣管被連接到至少一個排氣出口，延伸穿過所述腔之一并與另一個腔流體連通。因