排气噪音的有源设计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及由内燃机操作的车辆的排气噪音的有源设计。内燃机可以是混合驱动单元的一部分。本发明具体涉及排气噪音的总体声学模式的影响。
【背景技术】
[0002]内燃机的运行，不考虑它们的具体设计，比如往复式发动机、无活塞旋转发动机或自由活塞发动机，发生在重复的冲程中，在每个冲程中执行某些过程，比如燃料与空气混合物的吸入与压缩、燃烧、以及排出燃烧后的燃料空气混合物，等等。由此所产生的噪音一部分地作为固体传声通过发动机直接传播。所产生噪音的另一部分随着燃气通过发动机排气系统作为空气传声离开。在排气系统的排气管道中，该空气传声与燃气的流动噪声叠加。这种叠加所产生的噪音被称为排气噪音。最后，所产生噪音的其余部分通过发动机进气系统离开发动机。
[0003]作为固体传声经内燃机传播的噪音基本上能被车辆的发动机舱内的合适的隔音材料所隔离。
[0004]为了减少随排气离开的噪音排放，吸音装置通常被布置在排气管道内。所述吸音装置被称为消音器。消音器能按照例如吸收和/或反射的原理运行。另外，已知提供带有被和谐调制的谐振腔的消音器以导致相反声波相互抵消的破坏性干涉。
[0005]上述系统的缺点是增加了排气系统中排气流动的背压，从而降低了燃烧发动机的效率。该系统的另一个缺点是，尤其是在现代的柴油车辆中以及在具有混合驱动系统的车辆中，用户并不在意实际上离开排气系统的噪音。
[0006]所以，有源噪音系统被研发出来用于车辆的排气系统中，通过它能模拟地产生排气噪音。相应的系统具有通过连接器件被连接到内燃机排气管的电-声变换器，从而在发动机燃烧过程所产生的声波或排气系统中排气流动所产生的声波上叠加电-声变换器生成的声波。通过这种方式，车辆的排气噪音被刻意地减轻。变换器的电输入信号由控制器产生，作为所谓的控制信号，考虑发动机参数的当前值，比如发动机速度或点火顺序。电_声变换器由与排气管道隔开的壳体收纳，所以需要在车辆底盘上的额外空间。
[0007]有源噪音系统被用作抗噪声系统，例如也作为消音器的替代或补充。抗噪音系统在由内燃机生成并经排气系统传播的空气传播噪音上叠加电-声生成抗噪音。各个抗噪音系统使用所谓的滤波-X最小均方(FxLMS)算法通过至少一个扬声器输出噪音试图使经排气系统传播的空气传播噪音下降至零(在噪音抵消的情况下)或者下降到预设的阈值(在影响噪音的情况下)。抗噪音系统的扬声器通常与排气系统流体连通。为了实现经排气系统传播的空气传声和扬声器产生的抗噪音的声波之间的彻底相消干扰(destructiveinterference)，扬声器产生的声波必须与经排气系统传播的声波在振幅和频率上匹配且带有180度的相对相移。如果经排气系统传播的空气传播噪音的声波与扬声器产生的抗噪音声波在频率上匹配且具有180度的相对相移，但在振幅上不匹配，那么只会导致经排气系统传播的空气传播噪音的声波衰减。抗噪音可以使用FxLMS算法通过确定两个正在关于彼此漂移90度的正弦振动的正确频率和相位以及通过计算这些正弦振动所需要的振幅针对经排气管传播的空气传播噪音的每个频率带被独立计算。各个系统例如从以下文献中被获知:US4177874，US5229556，US5233137，US5343533，US5336856，US5432857，US5600106，US5619020， EP0373188， EP0674097， EP0755045， EP0916817， EP1055804， EP1627996，DE19751596，DE102006042224，DE102008018085 以及 DE102009031848。
[0008]有源噪音系统的目标是噪音抵消或影响至少在排气系统外侧是可听见且可测量的。根据具体情况，噪音的抵消或影响在排气系统内侧也是可听见且可测量的。
[0009]这种有源噪音系统的缺点是它们必须是万无一失的以满足噪声保护的法律规定。所以，它们常被用作已有消声器的补充。但是，车辆底盘上的空间是非常有限的。
【发明内容】
[0010]实施例涉及提供一种特别紧凑从而只需要很小的内燃机车辆底盘空间的有源噪音控制系统。
[0011]内燃机车辆的有源噪音控制系统的发声器的实施例包括第一壳体和至少一个电-声变换器。第一壳体具有至少一个排气入口和不同于所述至少一个排气入口的至少一个排气出口。至少一个电-声变换器位于第一壳体内或被直接附接到第一壳体且被配置以根据电控信号产生声音。在这方面，术语“直接”表示不提供连接至少一个电-声变换器和壳体的管件。这不排除提供具有低于40mm纵向延伸的垫圈或隔件，尤其是小于20mm，更尤其是小于5mm。
[0012]所以，发声器的所述至少一个电-声变换器被直接集成到排气系统，并利用排气系统的部件。因此，第一壳体被用于引导排气和支撑和/或容纳至少一个电-声变换器。
[0013]根据实施例，至少一个电-声变换器可以被第一壳体完全包围。因此，第一壳体防止至少一个电_声变换器受到外部影响，比如湿气或机械冲击。
[0014]根据替换实施例，至少一个电_声变换器可以被附接到第一壳体的侧壁，以至少一个电_声变换器覆盖侧壁上的一个孔或几个孔的方式。至少一个孔被设置在至少一个电_声变换器的前方，以允许至少一个电-声变换器产生的声音进入第一壳体。在第一壳体的侧壁上设置了一个孔的情况下，该孔的直径比电_声变换器的直径稍小。在该方面，“稍小”表示该孔的直径比覆盖该孔的电-声变换器的直径小不到10%或不到5%。
[0015]根据实施例，第一壳体气密到排气只能通过至少一个排气入口和至少一个排气出口进入和离开该壳体的程度。
[0016]根据实施例，第一壳体包含腔，其中该腔与排气入口和排气出口都流体连通，其中该腔填充有吸音材料尤其是玻璃纤维无捻粗纱。因此，第一壳体能够是根据消音器和发声器的至少一个电_声变换器通常采用的吸音原理而工作的消音器壳体。
[0017]根据实施例，第一壳体包含被和谐调制的谐振腔，从而产生破坏性干涉。因此，第一壳体是根据消音器和发声器的至少一个电-声变换器通常采用的反射或相消干扰原理而工作的消音器壳体。根据实施例，该腔是采用亥姆霍兹谐振的谐振腔。因此，第一壳体是根据消音器和发声器的至少一个电_声变换器通常采用的相消干扰原理而工作的消音器壳体。
[0018]根据实施例，发声器还包括至少一个以气密的方式联接到第一壳体的弹性膜，从而将至少一个电-声变换器和排气入口与排气出口隔开。通过设置弹性膜，腐蚀性排气被阻止到达至少一个电-声变换器，而至少一个电-声变换器所产生声波仍然能通过该弹性膜进入第一壳体。例如弹性膜由耐热硅胶制成，或者是由聚四氟乙烯、丙烯酰族或聚乙烯对苯二酸盐制成的耐热薄片。另外，至少一个电-声变换器上的热负载被减少，因为至少一个电-声变换器不直接接触热排气。
[0019]根据实施例，至少一个电_声变换器包括声学隔膜，该声学隔膜形成第一壳体的部分壁。因此，至少一个电-声变换器例如是动圈式扬声器。例如声学隔膜由已知为凯夫拉的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、钛、铝或其他耐热材料制成。声学隔膜和第一壳体可以由不同的材料制成。
[0020]根据实施例，第一壳体包含至少一个桥壁，每个桥壁被联接到第一壳体，从而由至少一个桥壁限定至少两个彼此分隔的腔。第一壳体还包含至少一个供气管，每个供气管被连接到至少一个排气入口之一，延伸穿过所述腔之一并与另一个腔流体连通。第一壳体还包含至少一个排气管，每个排气管被连接到至少一个排气出口，延伸穿过所述腔之一并与另一个腔流体连通。因