排气噪音的有源设计的制作方法
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 此，第一壳体是根据反射或相消干扰原理而工作的消音器。根据替换实施例，第一壳体包含彼此分开的至少两个桥壁，每个桥壁被联接到第一壳体，从而限定至少三个腔，其中相邻的腔通过桥壁之一彼此隔开。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之一，延伸穿过所述腔之一并与另一个腔流体连通。因此，第一壳体是根据反射或相消干扰原理而工作的消音器。
[0021]根据实施例，第一壳体包含被联接到第一壳体的一个桥壁，从而限定通过桥壁彼此隔开的第一和第二腔。第一壳体还包括至少一个供气管，每个供气管被连接到至少一个排气入口之一，延伸穿过第一腔并与第二腔流体连通。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之一，延伸穿过第一腔并与第二腔流体连通。至少一个电-声变换器被布置在供气管和排气管中至少一个的开口端的对面。因此，第一壳体是根据反射或相消干扰原理而工作的消音器。
[0022]在本文中，术语“至少一个电_声变换器被布置在供气管和排气管中至少一个的开口端的对面”意味着至少一个电_声变换器所发散出的声音的主方向是指向供气管和排气管中至少一个的开口端。
[0023]根据实施例，第一壳体包含两个被联接到第一壳体的桥壁，从而限定通过桥壁彼此隔开的第一、第二和第三腔。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，延伸穿过第一和第二腔并与第三腔流体连通。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之一，延伸穿过第三和第二腔并与第一腔流体连通。至少一个电-声变换器被布置在供气管和排气管中至少一个的开口端的对面。
[0024]根据实施例，每个供气管和排气管包含供气管和排气管被彼此平行引导的部段。在所述部段中，排气在供气管和排气管内沿相同或相反方向被引导。
[0025]根据实施例，发声器包含两个或多个排气入口，两个或多个排气出口以及两个或多个电_声变换器。电_声变换器之一被布置在连接到排气入口之一的供气管的开口端的对面，另一个电-声变换器被布置在连接到另一个排气入口的另一个供气管的开口端的对面。
[0026]根据替换实施例，发声器包含两个或多个排气入口，两个或多个排气出口以及两个或多个电_声变换器。电_声变换器之一被布置在连接到排气出口之一的排气管的开口端的对面，另一个电-声变换器被布置在连接到另一个排气出口的另一个排气管的开口端的对面。
[0027]根据实施例，至少一个桥壁是开孔的或者所有桥壁都是开孔的。根据另一个实施例，至少一个管道是开孔的或者所有管道都是开孔的。根据另一个实施例，至少一个桥壁是无孔的或者所有桥壁都是无孔的。根据再一个实施例，至少一个管道是无孔的或者所有管道都是无孔的。所以，部分或所有桥壁以及部分或所有管道可以是开孔的或无孔的，或者部分或所有桥壁可是开孔而部分或所有管道可以无孔，又或者部分或所有桥壁可以无孔而部分或所有管道可以开孔。要强调的是，桥壁和管道都不必须在其全长上开孔。例如，管道可能仅在一段上开孔，或者无孔。桥壁和/或管道的开孔有利于产生亥姆霍兹谐振。
[0028]根据实施例，吸音材料例如玻璃纤维无捻粗纱被设置在至少一个腔内。
[0029]根据实施例，发声器还包括不同于第一壳体的至少一个第二壳体，第二壳体被附接到第一壳体或者被第一壳体容纳并支撑，其中第二壳体容纳至少一个电-声变换器。第二壳体保护至少一个电_声变换器不受外部影响，比如水或机械冲击。使用第二壳体有利于至少一个电_声变换器在第一壳体内的安装或到第一壳体的安装。
[0030]根据实施例，发声器还包括不同于第一壳体的至少一个第二壳体。第二壳体容纳至少一个电-声变换器。至少一个电-声变换器包括声学隔膜。声学隔膜密封在第二壳体上。因此，第二壳体和声学隔膜限定电-声变换器的内部体积。该内部体积作为声学隔膜的空气悬挂。因此，例如至少一个电-声变换器是具有独立壳体的动圈式扬声器。声学隔膜例如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。
[0031]根据实施例，第一壳体和/或第二壳体由金属制成，特别是不锈钢。根据实施例，第一壳体和第二壳体之间设置垫圈。
[0032]根据实施例，电-声变换器是动圈式扬声器。根据替换实施例，电-声变换器不同于动圈式扬声器。
[0033]根据实施例，第一壳体以可拆卸方式被安装到第二壳体，例如通过螺钉。根据替换实施例，第一壳体以不可拆卸方式被安装到第二壳体，例如通过焊接。
[0034]有源噪音控制系统的实施例包括以上描述的发声器和控制单元。控制单元被配置以产生电控信号并将其提供给发声器的电-声变换器。电控信号适合于以一种部分地尤其是完全地抵消在车辆排气系统中被引导的排气声波的方式驱动电-声变换器。
[0035]车辆的实施例包括燃烧发动机和之前描述的有源噪音控制系统。有源噪音控制系统的发声器的排气入口被连接到燃烧发动机，有源噪音控制系统的发声器的排气出口被连接到排气管。从燃烧发动机流到排气管的排气在到达排气管之前通过有源噪音控制系统的发声器的壳体的排气入口和排气出口被引导。自然地，车辆包括其他部件比如车体和车轮，但是这些部件与本发明无关。所以，关于它们的描述被省略。
[0036]本发明的前述的和其他的有利特征通过下面参考附图的对本发明示范实施例的详细描述将更加明显。应当注意到，不是本发明的所有的可能实施例都必须表现出本文中所明示的每一个或任何一个优点。
【附图说明】
[0037]本发明的其他特征将通过下面接合权利要求和附图对示范实施例的描述显现出来。要指出的是，本发明不限于所描述的样本实施例，而是由所附专利权利要求的范围所确定。具体地，本发明实施例中的单个特征以不同于下面所给出的范例中的数量和组合被实现。在下面的本发明实施例的描述中，参考了附图，其中
[0038]图1A示出了根据第一实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图，
[0039]图1B示出了根据第二实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图，
[0040]图1C示出了根据第三实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图，
[0041]图2示出了可用于图1A，1B或1C的发声器中的电-声变换器的示意截面图，
[0042]图3示出了用于图1A，1B或1C的发声器中的有源噪音控制系统的框图；
[0043]图4示意性示出了使用图3的有源噪音控制系统的车辆。
【具体实施方式】
[0044]在下面所描述的示范实施例中，功能和结构相同的部件尽可能用相同的数字表示。所以，为了理解具体实施例的单个部件的特征，还应当参考其他实施例的描述和本发明的综述。
[0045]为了清晰的目的，附图仅示出了那些理解本发明所必要的元件、部件和功能。但是，本发明的实施例不限于所阐述的这些元件、部件或功能，而是也包含了被认为是它们的具体用途或者功能范围所必需的其他的元件、部件和功能。
[0046]根据第一实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图在图1A中被示出。
[0047]整体上用数字1表示的发声器包括由不锈钢制成的大致圆柱形壳体10。被连接到供气管道3的排气入口 11和被连接到排气管道4的排气出口 12设置在壳体10的基础平面处。供气管道3与车辆的燃烧发动机流体连通，且排气管道4与尾气管流体连通。不锈钢制成的开孔桥壁15被连接到壳体10，从而在壳体10内限定两个腔A，Bo腔A， B通过桥壁15彼此分开。连接到排气入口 11的供气管道3在壳体10内作为无孔的供气管17继续延伸，连接到排气出口 12的排气管道4在壳体10内作为无孔的排气管18继续延伸。在壳体10内，供气管17和排气管18被平行地布置。在供气管17中流动的排气被引导到与排气管18中流动的排气相反的方向。供气管17和排气管18都延伸穿过在排气入口 11和排气出口 12附近的腔A，并与通过桥壁15与排气入口 11和排出口 12隔开的腔B流体连通。通过供气管17提供给壳体10的腔B的噪音和排气通过桥壁15上的孔进入腔A。桥壁15上的孔和腔A的直径被选择以使得在腔A中发生噪音的破坏性干涉。被用作电-声变换器的动圈式扬声器20通过安装件13在相对于排气入口 11和排气出口 12的壳体10的基础平面处被安装在壳体10内。由聚对苯二甲酰对苯二胺制成的声学隔膜被朝着供气管17和排气管18的开口端定向。因此，扬声器20的噪音发散的主要方向是朝着供气管17和排气管18的开口端。扬声器20独立于电控信号产生噪音。耐热硅胶制成的弹性膜14被连接到壳体10，在扬声器20与供气管17和排气管18的开口端之间，从而隔离扬声器20与供气管17和排气管18以及排气入口 11和排气出口 12。在第一实施例中，电-声变换器被完全地包含在发声器的壳体10内，且不具有独立的壳体。
[0048]下面，发声器1'的第二实施例参考图1B被描述。图1B示出了发声器1'的示意截面图。
[0049]整体上用数字1'表示的发声器包括由镀锌锡板制成的(第一)大致方形壳体10'。连接到供气管道3的排气入口 11和连接到排气管道4的排气出口 12被设置在壳体10'的相反侧。镀锌锡板制成的两个平行的无孔桥壁15，15'被彼此独立地连接到壳体10'，从而在壳体1(V内限定三个腔A，B'，C。连接到排气入口 11的供气管道3作为供气管17在壳体10'内延伸，连接到排气出口 12的排气管道4作为排气管18在壳体10'内延伸。在壳体10'内，供气管17和排气管18在D部段内被平行布置。在供气管17内流动的排气被引导到与排气管18内流动的排气相同的方向；但是，供气管17和排气管18之间存在偏移。供气管17延伸穿过靠近排气入口 11的腔A以及中间腔B'，并与靠近排气出口 12的腔C流体连通。供气管17在穿过腔A和B'的区域开孔。排气管18延伸穿过靠近排气出口 12的腔C和中间腔B'，并与靠近排气入口 11的腔A流体连通。排气管18在穿过腔C和B'的区域开孔。在供气管17和排气管18上的孔以及腔A，B'，C的直径被选择以实现亥姆霍兹谐振。被用作电-声变换器的动圈式扬声器20被安装到与排气入口 11和供气管17的开口端相对的壳体10的壁。在动圈式扬声器20的位置，壳体10的壁包括孔。壳体上该孔的直径与动圈式扬声器20的隔膜的直径相同。动圈式扬声器20的隔膜由钛制成，因此与壳体10的壁的材料不同。该隔膜覆盖壳体10的壁上的孔。由镀锌锡板制成并容纳扬声器20的(第二)扬声器壳体5以气密的方式被焊接到壳体10'，因此额外地密封壳体10'上的孔。动圈式扬声器20的隔膜被密封在扬声器壳体5上。因此，扬声器壳体5和隔膜限定了动圈式扬声器20的封闭的内部容积。
[0050]下面，发声器1"的第三实施例参考附图1C被描述。图1C示出了发声器1"的示意截面图。
[0051]整体上用数字1"表示的发声器包括由不锈钢制成的大致圆柱形壳体10"。各自连接到供气管道的两个排气入口 11，11'以及各自连接到排气管道的两个排气出口 12，12'被设置在壳体10"的相反侧。不锈钢制成的两个平行的开孔桥壁15，15'彼此独立地被连接到壳体10"，从而在壳体10'内限定三个腔A，B'，C。连接到排气入口 11，11'的供气管道各自作为供气管17，17'在壳体10"内延伸，连接到排气出口 12，12'的排气管道各自作为排气管18，18'在壳体10"内延伸。供气管17，17'被弯曲从而使它们在壳体10"内在E部段内被平行布置。在供气管17，17'内流动的排气在E部段内被引导到相反的方向。供气管17延伸穿过靠近排气入口 11的腔A以及中间腔B'，并与靠近另一个排气入口 11'的腔C流体连通。供气管17'延伸穿过靠近排气入口 11'的腔C以及中间腔B'，并与靠近另一个排气入口 11的腔A流体连通。供气管17，17'在穿过中间腔B'的区域开孔。未开孔的排气管18，18'仅分别穿过腔A和C，不穿过腔B'。玻璃纤维无捻粗纱被包含在中间腔B'内作为吸音材料。被用作电-声变换器的两个动圈式扬声器20，20'被安装到相对的壳体10的壁上。在动圈式扬声器20，20'的位置处，壳体10的壁包括孔。壳体上该孔的直径比动圈式扬声器20，20'的隔膜的直径大10%。动圈式扬声器20，20'的隔膜由铝制成，因此与壳体10的壁的材料不同。该隔膜覆盖壳体10的壁上的孔的大部分。扬声器20的隔膜被朝着供气管17'的开口端定向，扬声器20'的隔膜被朝着供气管17的开口端定向。由聚对苯二甲酰对苯二胺制成的弹性膜14，14'被连接到壳体10"，在扬声器20，20'与供气管17，17'和排气管18，18'的开口端之间，从而使扬声器20，20'与腐蚀性排气隔离。扬声器20，20'的声学隔膜以气密的方式密封壳体10"内的孔。不锈钢制成的两个扬声器壳体5，5'以可拆卸的方式被附接到壳体10"。每个扬声器壳体5，5'容纳扬声器20，20'之一。每个扬声器壳体5，5'与相应扬声器的隔膜一起限定了每个动圈式扬声器20，20'的内部容积。
[0052]被用作图1A，1B，1C中的发声器的电-声变换器的动圈式扬声器的示意截面图在图2中示出。
[0053]整体用数字20表示的扬声器包括板金属筐21，它承载永磁体22。所述筐21整体上是截头锥形。所述筐21通过弹性塑料制成的围件24承载声学隔膜23。钛被用于隔膜23，耐热硅胶被用于围件24以保证足够的耐热性和耐腐性。隔膜23整体上是截头锥形。防尘帽28和绕线筒25被固定到隔膜23所形成的截头锥形的顶面。避开隔膜23的绕线筒25的末端被布置在永磁体22的环形空隙内，并承载声音线圈26。所以，该线圈26位于由永磁体22所产生的恒定磁场内。应当注意到，图中环形空隙的宽度被明显夸大。绕线筒25通过心轴27相对于环形空隙居中。心轴27由在绕线筒25和筐21之间径向拉伸的弹簧构成。在所示实施例中，筐21，围件24，隔膜23，防尘帽28，绕线筒25以及永磁体22都是关于相同对称轴线的旋转对称体。对声音线圈26施加电控信号引起绕线筒25和隔膜23的运动，从而通过洛伦兹力产生噪音。
[0054]图3示出了使用图1A，1B和1C的发声器和图2的动圈式扬声器的有源噪音控制系统的框图。以下将仅聚焦在有源噪音控制系统的具体特征上。整体上用数字9表示的有源噪音控制系统被用于主动地消除或干扰内燃机驱动车辆的排气系统中的声波。发声器1的壳体的排气入口 11通过供气管道3被连接到内燃机6的排气出口。发声器1的壳体的排气出口 12通过排气管道4被连接到尾气管91。有源噪音控制系统9包括通过总线(CAN-bus)与内燃机6的发动机控制器61电连接的用于交换控制或测量信号的控制器90。控制器61还与排气系统的管道4内的报错麦克风7以及发声器1的扬声器20电连接。
[0055]当内燃机6的发动机控制器61获取了内燃机6的运行状态时，控制器90计算供给扬声器20的电控信号，从而产生能至少部分地消除在供气管道3和排气管道4内传播的空气传播噪音的声音。电控信号通过报错麦克风7的信号输出被调节，从而使空气传播噪音在排气系统的尾气管91处在被降低的声压下被消除。
[0056]图4示意地示出使用前述图3的有源 噪音控制系统9的车辆8。有源噪音控制系统被安装到车辆6的底盘。车辆8包括燃烧发动机6和终止在尾气管91内的排气管道4，以及其他特征。
[0057]明显，上述发声器可以独立于至少一个电_声变换器的控制信号作为吸声装置工作。
[0058]虽然本发明已经参考部分示范实施例被描述，但是显然很多替代、改动和变化对于本领域技术人员是清楚的。所以，这里所给出的本发明的示范实施例意在展示而不是限制。在不脱离后附权利要求所限定的本发明范围和精神的情况下可以做出多种改变。
【主权项】
1.用于具有内燃机(6)的车辆(8)的有源噪音控制系统(9)的发声器(I;1' ;1")，其中发声器(I ;1' ;1")包括: -第一壳体(10)，其具有至少一个排气入口(11)和不同于所述至少一个排气入口(11)的至少一个排气出口(12)； -至少一个电-声变换器(20)，其被配置成根据电控信号产生声音； 其中，所述至少一个电-声变换器(20) -位于第一壳体(10)内，或 -被直接附接至第一壳体(10)。2.根据权利要求1所述的发声器(I;1' ;1")，其中至少一个电-声变换器(20)是 -完全位于第一壳体(10)内的动圈式扬声器，或 -被直接附接至第一壳体(10)，其中第一壳体(10)包括在至少一个电-声变换器的位置处的一个孔或多个孔，电-声变换器覆盖第一壳体(10)上的所述一个孔或者多个孔。3.根据权利要求1或2所述的发声器(I;1' ;1")，其中第一壳体(10)包含以下至少之一: -腔(18)，其中腔(18)与排气入口和排气出口两者流体连通，并且其中腔(18)填充有吸音材料(16)、尤其是玻璃纤维无捻粗纱； -谐振腔(18')，其被谐振调制以引起相消干扰，尤其是利用亥姆霍兹谐振的空腔谐振器。4.根据权利要求1、2或3所述的发声器(I;1")，还包括连接至第一壳体(10)的至少一个弹性膜(14 ;14，lf )，从而将至少一个电-声变换器(20)与排气入口(11)和排气出口 (12)隔开。5.根据权利要求1、2、3或4所述的发声器(I';1")，其中至少一个电-声变换器(20)包括声学隔膜(23)。6.权利要求5所述的发声器(I';1")，其中声学隔膜(23)形成第一壳体(10)的壁的一部分并由不同于第一壳体(10)的壁的材料构成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的发声器(I;1' ;1")，其中第一壳体(10)包括: -连接至第一壳体(10)的至少一个桥壁(15，15')，从而由至少一个桥壁(15，15^ )限定至少两个彼此独立的腔(A，B，C); -至少一个供气管(17)，每个供气管(17)被连接到至少一个排气入口(11 ;1广)之一，延伸穿过一个腔(A)并与另一个腔(B ；C)流体连通， -至少一个排气管(18)，每个排气管(18)被连接到至少一个排气出口(12 ; 12 ^ )之一，延伸穿过一个腔(A ；C)并与另一个腔(B ；A)流体连通。8.根据权利要求1-6中任一项所述的发声器(I)，其中第一壳体(10)包括: -连接到第一壳体(10)的一个桥壁(15)，从而由桥壁(15)限定彼此独立的第一腔(A)和第二腔⑶； -至少一个供气管(17)，每个供气管(17)被连接到至少一个排气入口(11)之一，延伸穿过第一腔(A)并与第二腔(B)流体连通； -至少一个排气管(18)，每个排气管(18)被连接到至少一个排气出口(12)之一，延伸穿过第一腔(A)并与第二腔(B)流体连通； 其中至少一个电-声变换器(20)被布置在供气管和排气管(17，18)的至少一个的开口端的对面。9.根据权利要求1-6中任一项所述的发声器(I';1")，其中，第一壳体(10)包含: -连接到第一壳体(10)的两个桥壁(15 ; 15')，从而由两个桥壁(15 ;15')限定彼此独立的第一、第二和第三腔(A，B'，C)； -至少一个供气管(17)，每个供气管(17)被连接到至少一个排气入口(11)之一，延伸穿过第一腔(A)和第二腔(B ^ )并与第三腔(C)流体连通； -至少一个排气管(18)，每个排气管(18)被连接到至少一个排气出口(12)之一，延伸穿过第三腔(C)和第二腔(B ^ )并与第一腔(A)流体连通； 其中至少一个电-声变换器(20)被布置在供气管和排气管(17，18)的至少一个的开口端的对面。10.根据权利要求7、8或9所述的发声器(I';1")，其中每个供气管和排气管(17，18)包括部段(D)，供气管和排气管(17，18)在该部段内被彼此平行地引导。11.根据权利要求7-10中任一项所述的发声器(I")，所述发声器包括两个或多个排气入口(11;1广)，两个或多个排气出口(12，12^ )以及两个或多个电-声变换器(20); 其中电-声变换器(20)之一被布置在供气管(17)的开口端的对面，供气管(17)连接到一个排气入口(11)，另一个电-声变换器(20)被布置在另一个供气管(17^ )的开口端的对面，另一个供气管(17^ )连接到另一个排气入口(11);或者，其中电-声变换器(20)之一被布置在排气管(18)的开口端的对面，排气管(18)连接到一个排气出口(12)，另一个电-声变换器(20)被布置在另一个排气管(18')的开口端的对面，另一个排气管(18')连接到另一个排气出口(12 ^ )。12.根据权利要求7-11中任一项所述的发声器(I;1' ;1")，其中至少一个桥壁(15，15')是开孔的；和/或其中至少一个管(17，18)是开孔的。13.根据权利要求1-12中任一项所述的发声器(I';1")，还包括不同于第一壳体(10)的至少一个第二壳体(5)，第二壳体(5)被附接至第一壳体(10)，其中第二壳体(5)容纳至少一个电-声变换器(20)。14.有源噪音控制系统(9)，包括: -根据权利要求1-13中任一项的发声器(I ;1' ;1"); -控制单元(90)，所述控制单元被配置成产生电控信号并将电控信号提供给发声器(I ；lr -Λ")的电-声变换器(10)，其中电控信号适合驱动电-声变换器(10)以部分地尤其是完全地抵消在车辆(8)的排气系统中被引导的排气声波。15.车辆(8)，包括: -内燃机(6)； -根据权利要求14的有源噪音控制系统(9); 其中有源噪音控制系统(9)的排气入口(11，IP )被连接至内燃机(6)，有源噪音控制系统(9)的排气出口(12)被连接到排气管道的端部，其中从内燃机(6)流到尾气管(91)的排气在到达尾气管(91)之前被引导通过有源噪音控制系统(9)的发声器(I ;1' ;1")的壳体(10)的排气入口(11)和排气出口(12)。
【专利摘要】用于具有内燃机(6)的车辆(8)的有源噪音控制系统(9)的发声器(1)被公开。发声器(1)包括第一壳体(10)，其具有至少一个排气入口(11)和不同于所述至少一个排气入口(11)的至少一个排气出口(12)；以及根据电控信号产生噪音的至少一个电-声变换器(20)。至少一个电-声变换器(20)位于第一壳体(10)内或被直接附接到第一壳体(10)。另外，包括上述发声器(1)的有源噪音控制系统(9)和包括该有源噪音控制系统的车辆也被公开。
【IPC分类】F01N1/06, F01N1/04
【公开号】CN104895648
【申请号】CN201510172181
【发明人】M·凯克, M·罗姆泽克
【申请人】埃贝施佩歇尔排气技术有限及两合公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月4日
【公告号】EP2915967A1, US20150255054
【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 此，第一壳体是根据反射或相消干扰原理而工作的消音器。根据替换实施例，第一壳体包含彼此分开的至少两个桥壁，每个桥壁被联接到第一壳体，从而限定至少三个腔，其中相邻的腔通过桥壁之一彼此隔开。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之一，延伸穿过所述腔之一并与另一个腔流体连通。因此，第一壳体是根据反射或相消干扰原理而工作的消音器。
[0021]根据实施例，第一壳体包含被联接到第一壳体的一个桥壁，从而限定通过桥壁彼此隔开的第一和第二腔。第一壳体还包括至少一个供气管，每个供气管被连接到至少一个排气入口之一，延伸穿过第一腔并与第二腔流体连通。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之一，延伸穿过第一腔并与第二腔流体连通。至少一个电-声变换器被布置在供气管和排气管中至少一个的开口端的对面。因此，第一壳体是根据反射或相消干扰原理而工作的消音器。
[0022]在本文中，术语“至少一个电_声变换器被布置在供气管和排气管中至少一个的开口端的对面”意味着至少一个电_声变换器所发散出的声音的主方向是指向供气管和排气管中至少一个的开口端。
[0023]根据实施例，第一壳体包含两个被联接到第一壳体的桥壁，从而限定通过桥壁彼此隔开的第一、第二和第三腔。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，延伸穿过第一和第二腔并与第三腔流体连通。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之一，延伸穿过第三和第二腔并与第一腔流体连通。至少一个电-声变换器被布置在供气管和排气管中至少一个的开口端的对面。
[0024]根据实施例，每个供气管和排气管包含供气管和排气管被彼此平行引导的部段。在所述部段中，排气在供气管和排气管内沿相同或相反方向被引导。
[0025]根据实施例，发声器包含两个或多个排气入口，两个或多个排气出口以及两个或多个电_声变换器。电_声变换器之一被布置在连接到排气入口之一的供气管的开口端的对面，另一个电-声变换器被布置在连接到另一个排气入口的另一个供气管的开口端的对面。
[0026]根据替换实施例，发声器包含两个或多个排气入口，两个或多个排气出口以及两个或多个电_声变换器。电_声变换器之一被布置在连接到排气出口之一的排气管的开口端的对面，另一个电-声变换器被布置在连接到另一个排气出口的另一个排气管的开口端的对面。
[0027]根据实施例，至少一个桥壁是开孔的或者所有桥壁都是开孔的。根据另一个实施例，至少一个管道是开孔的或者所有管道都是开孔的。根据另一个实施例，至少一个桥壁是无孔的或者所有桥壁都是无孔的。根据再一个实施例，至少一个管道是无孔的或者所有管道都是无孔的。所以，部分或所有桥壁以及部分或所有管道可以是开孔的或无孔的，或者部分或所有桥壁可是开孔而部分或所有管道可以无孔，又或者部分或所有桥壁可以无孔而部分或所有管道可以开孔。要强调的是，桥壁和管道都不必须在其全长上开孔。例如，管道可能仅在一段上开孔，或者无孔。桥壁和/或管道的开孔有利于产生亥姆霍兹谐振。
[0028]根据实施例，吸音材料例如玻璃纤维无捻粗纱被设置在至少一个腔内。
[0029]根据实施例，发声器还包括不同于第一壳体的至少一个第二壳体，第二壳体被附接到第一壳体或者被第一壳体容纳并支撑，其中第二壳体容纳至少一个电-声变换器。第二壳体保护至少一个电_声变换器不受外部影响，比如水或机械冲击。使用第二壳体有利于至少一个电_声变换器在第一壳体内的安装或到第一壳体的安装。
[0030]根据实施例，发声器还包括不同于第一壳体的至少一个第二壳体。第二壳体容纳至少一个电-声变换器。至少一个电-声变换器包括声学隔膜。声学隔膜密封在第二壳体上。因此，第二壳体和声学隔膜限定电-声变换器的内部体积。该内部体积作为声学隔膜的空气悬挂。因此，例如至少一个电-声变换器是具有独立壳体的动圈式扬声器。声学隔膜例如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。
[0031]根据实施例，第一壳体和/或第二壳体由金属制成，特别是不锈钢。根据实施例，第一壳体和第二壳体之间设置垫圈。
[0032]根据实施例，电-声变换器是动圈式扬声器。根据替换实施例，电-声变换器不同于动圈式扬声器。
[0033]根据实施例，第一壳体以可拆卸方式被安装到第二壳体，例如通过螺钉。根据替换实施例，第一壳体以不可拆卸方式被安装到第二壳体，例如通过焊接。
[0034]有源噪音控制系统的实施例包括以上描述的发声器和控制单元。控制单元被配置以产生电控信号并将其提供给发声器的电-声变换器。电控信号适合于以一种部分地尤其是完全地抵消在车辆排气系统中被引导的排气声波的方式驱动电-声变换器。
[0035]车辆的实施例包括燃烧发动机和之前描述的有源噪音控制系统。有源噪音控制系统的发声器的排气入口被连接到燃烧发动机，有源噪音控制系统的发声器的排气出口被连接到排气管。从燃烧发动机流到排气管的排气在到达排气管之前通过有源噪音控制系统的发声器的壳体的排气入口和排气出口被引导。自然地，车辆包括其他部件比如车体和车轮，但是这些部件与本发明无关。所以，关于它们的描述被省略。
[0036]本发明的前述的和其他的有利特征通过下面参考附图的对本发明示范实施例的详细描述将更加明显。应当注意到，不是本发明的所有的可能实施例都必须表现出本文中所明示的每一个或任何一个优点。
【附图说明】
[0037]本发明的其他特征将通过下面接合权利要求和附图对示范实施例的描述显现出来。要指出的是，本发明不限于所描述的样本实施例，而是由所附专利权利要求的范围所确定。具体地，本发明实施例中的单个特征以不同于下面所给出的范例中的数量和组合被实现。在下面的本发明实施例的描述中，参考了附图，其中
[0038]图1A示出了根据第一实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图，
[0039]图1B示出了根据第二实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图，
[0040]图1C示出了根据第三实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图，
[0041]图2示出了可用于图1A，1B或1C的发声器中的电-声变换器的示意截面图，
[0042]图3示出了用于图1A，1B或1C的发声器中的有源噪音控制系统的框图；
[0043]图4示意性示出了使用图3的有源噪音控制系统的车辆。
【具体实施方式】
[0044]在下面所描述的示范实施例中，功能和结构相同的部件尽可能用相同的数字表示。所以，为了理解具体实施例的单个部件的特征，还应当参考其他实施例的描述和本发明的综述。
[0045]为了清晰的目的，附图仅示出了那些理解本发明所必要的元件、部件和功能。但是，本发明的实施例不限于所阐述的这些元件、部件或功能，而是也包含了被认为是它们的具体用途或者功能范围所必需的其他的元件、部件和功能。
[0046]根据第一实施例的有源噪音控制系统的发声器的示意截面图在图1A中被示出。
[0047]整体上用数字1表示的发声器包括由不锈钢制成的大致圆柱形壳体10。被连接到供气管道3的排气入口 11和被连接到排气管道4的排气出口 12设置在壳体10的基础平面处。供气管道3与车辆的燃烧发动机流体连通，且排气管道4与尾气管流体连通。不锈钢制成的开孔桥壁15被连接到壳体10，从而在壳体10内限定两个腔A，Bo腔A， B通过桥壁15彼此分开。连接到排气入口 11的供气管道3在壳体10内作为无孔的供气管17继续延伸，连接到排气出口 12的排气管道4在壳体10内作为无孔的排气管18继续延伸。在壳体10内，供气管17和排气管18被平行地布置。在供气管17中流动的排气被引导到与排气管18中流动的排气相反的方向。供气管17和排气管18都延伸穿过在排气入口 11和排气出口 12附近的腔A，并与通过桥壁15与排气入口 11和排出口 12隔开的腔B流体连通。通过供气管17提供给壳体10的腔B的噪音和排气通过桥壁15上的孔进入腔A。桥壁15上的孔和腔A的直径被选择以使得在腔A中发生噪音的破坏性干涉。被用作电-声变换器的动圈式扬声器20通过安装件13在相对于排气入口 11和排气出口 12的壳体10的基础平面处被安装在壳体10内。由聚对苯二甲酰对苯二胺制成的声学隔膜被朝着供气管17和排气管18的开口端定向。因此，扬声器20的噪音发散的主要方向是朝着供气管17和排气管18的开口端。扬声器20独立于电控信号产生噪音。耐热硅胶制成的弹性膜14被连接到壳体10，在扬声器20与供气管17和排气管18的开口端之间，从而隔离扬声器20与供气管17和排气管18以及排气入口 11和排气出口 12。在第一实施例中，电-声变换器被完全地包含在发声器的壳体10内，且不具有独立的壳体。
[0048]下面，发声器1'的第二实施例参考图1B被描述。图1B示出了发声器1'的示意截面图。
[0049]整体上用数字1'表示的发声器包括由镀锌锡板制成的(第一)大致方形壳体10'。连接到供气管道3的排气入口 11和连接到排气管道4的排气出口 12被设置在壳体10'的相反侧。镀锌锡板制成的两个平行的无孔桥壁15，15'被彼此独立地连接到壳体10'，从而在壳体1(V内限定三个腔A，B'，C。连接到排气入口 11的供气管道3作为供气管17在壳体10'内延伸，连接到排气出口 12的排气管道4作为排气管18在壳体10'内延伸。在壳体10'内，供气管17和排气管18在D部段内被平行布置。在供气管17内流动的排气被引导到与排气管18内流动的排气相同的方向；但是，供气管17和排气管18之间存在偏移。供气管17延伸穿过靠近排气入口 11的腔A以及中间腔B'，并与靠近排气出口 12的腔C流体连通。供气管17在穿过腔A和B'的区域开孔。排气管18延伸穿过靠近排气出口 12的腔C和中间腔B'，并与靠近排气入口 11的腔A流体连通。排气管18在穿过腔C和B'的区域开孔。在供气管17和排气管18上的孔以及腔A，B'，C的直径被选择以实现亥姆霍兹谐振。被用作电-声变换器的动圈式扬声器20被安装到与排气入口 11和供气管17的开口端相对的壳体10的壁。在动圈式扬声器20的位置，壳体10的壁包括孔。壳体上该孔的直径与动圈式扬声器20的隔膜的直径相同。动圈式扬声器20的隔膜由钛制成，因此与壳体10的壁的材料不同。该隔膜覆盖壳体10的壁上的孔。由镀锌锡板制成并容纳扬声器20的(第二)扬声器壳体5以气密的方式被焊接到壳体10'，因此额外地密封壳体10'上的孔。动圈式扬声器20的隔膜被密封在扬声器壳体5上。因此，扬声器壳体5和隔膜限定了动圈式扬声器20的封闭的内部容积。
[0050]下面，发声器1"的第三实施例参考附图1C被描述。图1C示出了发声器1"的示意截面图。
[0051]整体上用数字1"表示的发声器包括由不锈钢制成的大致圆柱形壳体10"。各自连接到供气管道的两个排气入口 11，11'以及各自连接到排气管道的两个排气出口 12，12'被设置在壳体10"的相反侧。不锈钢制成的两个平行的开孔桥壁15，15'彼此独立地被连接到壳体10"，从而在壳体10'内限定三个腔A，B'，C。连接到排气入口 11，11'的供气管道各自作为供气管17，17'在壳体10"内延伸，连接到排气出口 12，12'的排气管道各自作为排气管18，18'在壳体10"内延伸。供气管17，17'被弯曲从而使它们在壳体10"内在E部段内被平行布置。在供气管17，17'内流动的排气在E部段内被引导到相反的方向。供气管17延伸穿过靠近排气入口 11的腔A以及中间腔B'，并与靠近另一个排气入口 11'的腔C流体连通。供气管17'延伸穿过靠近排气入口 11'的腔C以及中间腔B'，并与靠近另一个排气入口 11的腔A流体连通。供气管17，17'在穿过中间腔B'的区域开孔。未开孔的排气管18，18'仅分别穿过腔A和C，不穿过腔B'。玻璃纤维无捻粗纱被包含在中间腔B'内作为吸音材料。被用作电-声变换器的两个动圈式扬声器20，20'被安装到相对的壳体10的壁上。在动圈式扬声器20，20'的位置处，壳体10的壁包括孔。壳体上该孔的直径比动圈式扬声器20，20'的隔膜的直径大10%。动圈式扬声器20，20'的隔膜由铝制成，因此与壳体10的壁的材料不同。该隔膜覆盖壳体10的壁上的孔的大部分。扬声器20的隔膜被朝着供气管17'的开口端定向，扬声器20'的隔膜被朝着供气管17的开口端定向。由聚对苯二甲酰对苯二胺制成的弹性膜14，14'被连接到壳体10"，在扬声器20，20'与供气管17，17'和排气管18，18'的开口端之间，从而使扬声器20，20'与腐蚀性排气隔离。扬声器20，20'的声学隔膜以气密的方式密封壳体10"内的孔。不锈钢制成的两个扬声器壳体5，5'以可拆卸的方式被附接到壳体10"。每个扬声器壳体5，5'容纳扬声器20，20'之一。每个扬声器壳体5，5'与相应扬声器的隔膜一起限定了每个动圈式扬声器20，20'的内部容积。
[0052]被用作图1A，1B，1C中的发声器的电-声变换器的动圈式扬声器的示意截面图在图2中示出。
[0053]整体用数字20表示的扬声器包括板金属筐21，它承载永磁体22。所述筐21整体上是截头锥形。所述筐21通过弹性塑料制成的围件24承载声学隔膜23。钛被用于隔膜23，耐热硅胶被用于围件24以保证足够的耐热性和耐腐性。隔膜23整体上是截头锥形。防尘帽28和绕线筒25被固定到隔膜23所形成的截头锥形的顶面。避开隔膜23的绕线筒25的末端被布置在永磁体22的环形空隙内，并承载声音线圈26。所以，该线圈26位于由永磁体22所产生的恒定磁场内。应当注意到，图中环形空隙的宽度被明显夸大。绕线筒25通过心轴27相对于环形空隙居中。心轴27由在绕线筒25和筐21之间径向拉伸的弹簧构成。在所示实施例中，筐21，围件24，隔膜23，防尘帽28，绕线筒25以及永磁体22都是关于相同对称轴线的旋转对称体。对声音线圈26施加电控信号引起绕线筒25和隔膜23的运动，从而通过洛伦兹力产生噪音。
[0054]图3示出了使用图1A，1B和1C的发声器和图2的动圈式扬声器的有源噪音控制系统的框图。以下将仅聚焦在有源噪音控制系统的具体特征上。整体上用数字9表示的有源噪音控制系统被用于主动地消除或干扰内燃机驱动车辆的排气系统中的声波。发声器1的壳体的排气入口 11通过供气管道3被连接到内燃机6的排气出口。发声器1的壳体的排气出口 12通过排气管道4被连接到尾气管91。有源噪音控制系统9包括通过总线(CAN-bus)与内燃机6的发动机控制器61电连接的用于交换控制或测量信号的控制器90。控制器61还与排气系统的管道4内的报错麦克风7以及发声器1的扬声器20电连接。
[0055]当内燃机6的发动机控制器61获取了内燃机6的运行状态时，控制器90计算供给扬声器20的电控信号，从而产生能至少部分地消除在供气管道3和排气管道4内传播的空气传播噪音的声音。电控信号通过报错麦克风7的信号输出被调节，从而使空气传播噪音在排气系统的尾气管91处在被降低的声压下被消除。
[0056]图4示意地示出使用前述图3的有源 噪音控制系统9的车辆8。有源噪音控制系统被安装到车辆6的底盘。车辆8包括燃烧发动机6和终止在尾气管91内的排气管道4，以及其他特征。
[0057]明显，上述发声器可以独立于至少一个电_声变换器的控制信号作为吸声装置工作。
[0058]虽然本发明已经参考部分示范实施例被描述，但是显然很多替代、改动和变化对于本领域技术人员是清楚的。所以，这里所给出的本发明的示范实施例意在展示而不是限制。在不脱离后附权利要求所限定的本发明范围和精神的情况下可以做出多种改变。
【主权项】
1.用于具有内燃机(6)的车辆(8)的有源噪音控制系统(9)的发声器(I;1' ;1")，其中发声器(I ;1' ;1")包括: -第一壳体(10)，其具有至少一个排气入口(11)和不同于所述至少一个排气入口(11)的至少一个排气出口(12)； -至少一个电-声变换器(20)，其被配置成根据电控信号产生声音； 其中，所述至少一个电-声变换器(20) -位于第一壳体(10)内，或 -被直接附接至第一壳体(10)。2.根据权利要求1所述的发声器(I;1' ;1")，其中至少一个电-声变换器(20)是 -完全位于第一壳体(10)内的动圈式扬声器，或 -被直接附接至第一壳体(10)，其中第一壳体(10)包括在至少一个电-声变换器的位置处的一个孔或多个孔，电-声变换器覆盖第一壳体(10)上的所述一个孔或者多个孔。3.根据权利要求1或2所述的发声器(I;1' ;1")，其中第一壳体(10)包含以下至少之一: -腔(18)，其中腔(18)与排气入口和排气出口两者流体连通，并且其中腔(18)填充有吸音材料(16)、尤其是玻璃纤维无捻粗纱； -谐振腔(18')，其被谐振调制以引起相消干扰，尤其是利用亥姆霍兹谐振的空腔谐振器。4.根据权利要求1、2或3所述的发声器(I;1")，还包括连接至第一壳体(10)的至少一个弹性膜(14 ;14，lf )，从而将至少一个电-声变换器(20)与排气入口(11)和排气出口 (12)隔开。5.根据权利要求1、2、3或4所述的发声器(I';1")，其中至少一个电-声变换器(20)包括声学隔膜(23)。6.权利要求5所述的发声器(I';1")，其中声学隔膜(23)形成第一壳体(10)的壁的一部分并由不同于第一壳体(10)的壁的材料构成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的发声器(I;1' ;1")，其中第一壳体(10)包括: -连接至第一壳体(10)的至少一个桥壁(15，15')，从而由至少一个桥壁(15，15^ )限定至少两个彼此独立的腔(A，B，C); -至少一个供气管(17)，每个供气管(17)被连接到至少一个排气入口(11 ;1广)之一，延伸穿过一个腔(A)并与另一个腔(B ；C)流体连通， -至少一个排气管(18)，每个排气管(18)被连接到至少一个排气出口(12 ; 12 ^ )之一，延伸穿过一个腔(A ；C)并与另一个腔(B ；A)流体连通。8.根据权利要求1-6中任一项所述的发声器(I)，其中第一壳体(10)包括: -连接到第一壳体(10)的一个桥壁(15)，从而由桥壁(15)限定彼此独立的第一腔(A)和第二腔⑶； -至少一个供气管(17)，每个供气管(17)被连接到至少一个排气入口(11)之一，延伸穿过第一腔(A)并与第二腔(B)流体连通； -至少一个排气管(18)，每个排气管(18)被连接到至少一个排气出口(12)之一，延伸穿过第一腔(A)并与第二腔(B)流体连通； 其中至少一个电-声变换器(20)被布置在供气管和排气管(17，18)的至少一个的开口端的对面。9.根据权利要求1-6中任一项所述的发声器(I';1")，其中，第一壳体(10)包含: -连接到第一壳体(10)的两个桥壁(15 ; 15')，从而由两个桥壁(15 ;15')限定彼此独立的第一、第二和第三腔(A，B'，C)； -至少一个供气管(17)，每个供气管(17)被连接到至少一个排气入口(11)之一，延伸穿过第一腔(A)和第二腔(B ^ )并与第三腔(C)流体连通； -至少一个排气管(18)，每个排气管(18)被连接到至少一个排气出口(12)之一，延伸穿过第三腔(C)和第二腔(B ^ )并与第一腔(A)流体连通； 其中至少一个电-声变换器(20)被布置在供气管和排气管(17，18)的至少一个的开口端的对面。10.根据权利要求7、8或9所述的发声器(I';1")，其中每个供气管和排气管(17，18)包括部段(D)，供气管和排气管(17，18)在该部段内被彼此平行地引导。11.根据权利要求7-10中任一项所述的发声器(I")，所述发声器包括两个或多个排气入口(11;1广)，两个或多个排气出口(12，12^ )以及两个或多个电-声变换器(20); 其中电-声变换器(20)之一被布置在供气管(17)的开口端的对面，供气管(17)连接到一个排气入口(11)，另一个电-声变换器(20)被布置在另一个供气管(17^ )的开口端的对面，另一个供气管(17^ )连接到另一个排气入口(11);或者，其中电-声变换器(20)之一被布置在排气管(18)的开口端的对面，排气管(18)连接到一个排气出口(12)，另一个电-声变换器(20)被布置在另一个排气管(18')的开口端的对面，另一个排气管(18')连接到另一个排气出口(12 ^ )。12.根据权利要求7-11中任一项所述的发声器(I;1' ;1")，其中至少一个桥壁(15，15')是开孔的；和/或其中至少一个管(17，18)是开孔的。13.根据权利要求1-12中任一项所述的发声器(I';1")，还包括不同于第一壳体(10)的至少一个第二壳体(5)，第二壳体(5)被附接至第一壳体(10)，其中第二壳体(5)容纳至少一个电-声变换器(20)。14.有源噪音控制系统(9)，包括: -根据权利要求1-13中任一项的发声器(I ;1' ;1"); -控制单元(90)，所述控制单元被配置成产生电控信号并将电控信号提供给发声器(I ；lr -Λ")的电-声变换器(10)，其中电控信号适合驱动电-声变换器(10)以部分地尤其是完全地抵消在车辆(8)的排气系统中被引导的排气声波。15.车辆(8)，包括: -内燃机(6)； -根据权利要求14的有源噪音控制系统(9); 其中有源噪音控制系统(9)的排气入口(11，IP )被连接至内燃机(6)，有源噪音控制系统(9)的排气出口(12)被连接到排气管道的端部，其中从内燃机(6)流到尾气管(91)的排气在到达尾气管(91)之前被引导通过有源噪音控制系统(9)的发声器(I ;1' ;1")的壳体(10)的排气入口(11)和排气出口(12)。
【专利摘要】用于具有内燃机(6)的车辆(8)的有源噪音控制系统(9)的发声器(1)被公开。发声器(1)包括第一壳体(10)，其具有至少一个排气入口(11)和不同于所述至少一个排气入口(11)的至少一个排气出口(12)；以及根据电控信号产生噪音的至少一个电-声变换器(20)。至少一个电-声变换器(20)位于第一壳体(10)内或被直接附接到第一壳体(10)。另外，包括上述发声器(1)的有源噪音控制系统(9)和包括该有源噪音控制系统的车辆也被公开。
【IPC分类】F01N1/06, F01N1/04
【公开号】CN104895648
【申请号】CN201510172181
【发明人】M·凯克, M·罗姆泽克
【申请人】埃贝施佩歇尔排气技术有限及两合公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月4日
【公告号】EP2915967A1, US20150255054
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