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CN111556926B - 用于内燃机的废气涡轮增压机的过滤式消声器 - Google Patents

用于内燃机的废气涡轮增压机的过滤式消声器 Download PDF

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CN111556926B CN201980008149.5A CN201980008149A CN111556926B CN 111556926 B CN111556926 B CN 111556926B CN 201980008149 A CN201980008149 A CN 201980008149A CN 111556926 B CN111556926 B CN 111556926B
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Abstract

本发明涉及一种过滤式消声器(10)，其包括前部元件(11)、后部元件(12)和多个阻尼元件(20)，阻尼元件布置在前部元件(11)和后部元件(12)之间。阻尼元件(20)沿径向围绕过滤式消声器的中心轴线(16)布置，使得在相邻的阻尼元件之间相应构造有流动通道(30)。阻尼元件(20)的相应的流出侧的端部(22)相应具有扩散元件(23)，该扩散元件具有流出侧的渐细部。在扩散元件(23)的相对而置的两侧之间的角度α从1°≤α≤8°的范围中来选择。

Description

用于内燃机的废气涡轮增压机的过滤式消声器
技术领域
本发明涉及用于增压的内燃机的废气涡轮增压机的领域。本发明尤其涉及一种用于具有废气涡轮增压机的内燃机的过滤式消声器。此外，本发明涉及一种具有在本公开中说明的过滤式消声器的内燃机。
背景技术
为了内燃机的功率提升，如今标准化地使用废气涡轮增压机，其具有在内燃机的废气道中的涡轮机和置于内燃机之前的压缩机。在此，使内燃机的废气在涡轮机中降压。在此获得的功借助于轴传递到压缩机上，该压缩机压缩供应给内燃机的空气。通过将废气的能量应用于压缩供应给在内燃机中的燃烧过程的空气，可优化内燃机的燃烧过程和效率。
在废气涡轮增压机的运行中典型地主要在压缩机叶轮中产生不期望有的高振幅的声波，其通过进气通道(Luftansaugkanal)释放到环境中。因此，声波通常借助于过滤式消声器来减弱。
由现有技术已知典型地使用在压缩机的吸入侧上的过滤式消声器，压缩机对燃烧空气进行压缩并且将其供应给内燃机。这种压缩机由废气涡轮增压机的废气涡轮机驱动。
通常过滤式消声器构造成使得环境空气可通过布置在过滤式消声器的周缘处的过滤器导入到过滤式消声器的配备有阻尼元件的内部空间中，紧接着流经阻尼元件，并且在此通过导引元件换向到压缩机叶轮，声波以压缩机叶轮为起点逆着空气流动。消声通过以下方式在阻尼元件处耗散地进行，即，声能直接通过多孔或纤维状的吸收材料转化成热，阻尼元件基本上由这些吸收材料构建。
例如，在专利申请EP 0740 080 A2中说明了一种过滤式消声器，其由铸造的整体块构成，并且在其具有槽口的辐射状的肋部中布置阻尼元件。由可取下的穿孔板件(Lochblechteil)组成的过滤器框架以该方式包围过滤式消声器，使得阻尼元件被固定以防径向掉出。穿孔板件借助于连接元件环形地围绕过滤式消声器地来布置。盘状的阻尼元件由四个阻尼部段组成，它们组合地呈现出环形面。吸收元件由两个冲裁的穿孔板来保持，并且如此形成阻尼部段，其沿径向被引入到铸造的整体块的上面提到的肋部的槽口中。
已经证实，利用在现有技术中已知的过滤式消声器(尤其在高的流动速度的情况下)仍没有获得最优的消声。另外已经证实，传统的过滤式消声器在所需的结构空间尺寸方面还有在发生的压力损失方面具有某些缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过滤式消声器，其至少鉴于由现有技术已知的过滤式消声器的上述缺点中的一个得以改善。本发明的目的尤其在于提供一种过滤式消声器，其相比于由现有技术已知的过滤式消声器具有更紧凑的结构空间尺寸。本发明的另一目的在于提供一种过滤式消声器，其具有改善的设计，以便减小在流过过滤式消声器时的压力损失。
为了实现上述目的，提供了一种根据独立权利要求的过滤式消声器。本发明的其他方面、优点和特征可从从属权利要求、说明书和附图中得悉。
根据本发明的一方面，提供了一种过滤式消声器，其包括前部元件、后部元件、和多个阻尼元件，阻尼元件布置在前部元件与后部元件之间。阻尼元件沿径向围绕过滤式消声器的中心轴线地来布置，使得在相邻的阻尼元件之间相应构造有流动通道。阻尼元件的相应的流出侧的端部相应具有扩散元件，其具有流出侧的渐细部。在扩散元件、尤其流出侧的渐细部的相对而置的两侧之间的角度α从1°≤α≤8°的范围中来选择。
因此，有利地提供了一种过滤式消声器，其相对于由现有技术已知的过滤式消声器得以改善。尤其通过根据本发明的过滤式消声器提供了一种过滤式消声器，其通过其设计、尤其通过阻尼元件的设计而设计成使得可减小在流过过滤式消声器时的压力损失。因此，可提供一种具有改善的阻尼特性的过滤式消声器。另外，根据本发明的过滤式消声器有利地构造成使得其相比于传统的过滤式消声器可更紧凑、尤其在轴向方向上更紧凑地来实施。
根据本发明的另一方面提供了一种过滤式消声器，其包括前部元件、后部元件、和多个阻尼元件，阻尼元件布置在前部元件与后部元件之间。阻尼元件沿径向围绕过滤式消声器的中心轴线地来布置，使得在相邻的阻尼元件之间相应构造有流动通道。阻尼元件的相应的流出侧的端部相应具有扩散元件，其具有流出侧的渐细部。
因此有利地提供了用于过滤式消声器的备选的实现方案，该过滤式消声器在其阻尼特性方面得以改善。尤其提供了一种过滤式消声器，其通过其设计、尤其通过阻尼元件的设计而设计成使得可减小在流过过滤式消声器时的压力损失。
根据本发明的另一方面，提供了具有根据这里说明的实施形式中的一种的过滤式消声器的废气涡轮增压机，其中，过滤式消声器布置在废气涡轮增压机的压缩机的吸入侧上。因此可有利地提供改善的废气涡轮增压机。
根据本发明的另一方面提供了一种具有这里说明的废气涡轮增压机的内燃机，从而可有利地提供改善的内燃机。
附图说明
接下来应借助在图中所示出的实施例阐述本发明，从这些实施例中得到本发明的其他的优点和改型。其中：
图1示出了根据这里说明的实施形式的布置在压缩机的吸入侧上的过滤式消声器的示意性的透视剖视图；
图2示出了根据这里说明的实施形式的过滤式消声器的示意性的轴向剖视图；并且
图3示出了图2的过滤式消声器的轴向剖视图的放大的截段。
具体实施方式
图1示出了根据这里说明的实施形式的过滤式消声器10的示意性的透视剖视图。图1尤其示出了布置在压缩机40的吸入侧上的过滤式消声器10。所示出的过滤式消声器柱状地构造。
如示例性地在图1中所示出的那样，根据本发明的过滤式消声器10包括前部元件11、后部元件12、和多个阻尼元件20，阻尼元件布置在前部元件11与后部元件12之间。阻尼元件20沿径向围绕过滤式消声器的中心轴线16来布置，使得在相邻的阻尼元件之间相应构造有流动通道30。如示例性地在图2和3中所示出的那样，阻尼元件20的相应的流出侧的端部22相应具有扩散元件23，其具有流出侧的渐细部。典型地，在扩散元件、尤其流出侧的渐细部的相对而置的两侧之间的角度α从1°≤α≤8°的范围中来选择。因而，在相邻的阻尼元件之间的流动通道30可构造成使得流动通道30在流出侧具有增大的流动横截面。因此，有利地提供了一种过滤式消声器，利用其可减小压力损失。
为了改善过滤式消声器的阻尼特性，尤其为了减小压力损失，根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，流动通道30至少在流动通道长度的40%上由相邻的阻尼元件的相应的渐开线轮廓25界定，如示例性地在图2中示出的那样。这里说明的过滤式消声器的阻尼元件也可被称为挡板(Kulisse)。
备选地或附加地，为了改善过滤式消声器的阻尼特性、尤其为了减小压力损失，阻尼元件20的相应的流出侧的端部22可相应具有扩散元件23，该扩散元件具有流出侧的渐细部，如示例性地在图2和3中所示出的那样。
因此可有利地提供一种过滤式消声器，其具有弯曲的流动通道(也被称为挡板通道(Kulissenkanäle)，所述流动通道配置成使得流过速度尽可能恒定，并且没有速度峰值。这是尤其有利的，因为速度峰值二次幂地影响压力损失，从而使得根据本发明的过滤式消声器具有减小的压力损失。这对过滤式消声器的阻尼表现或对结构空间产生积极影响。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，在相邻的阻尼元件之间的流动通道30至少在流动通道长度的50%、尤其至少在65%上、尤其至少在70%上由相应的渐开线轮廓25界定。由此能够以恒定的流动速度进一步改善过滤式消声器的流过，从而可进一步改善过滤式消声器的阻尼表现。
前部元件11可以是前面板。例如，前面板可构造成盘、尤其圆形盘的形式，如示例性地在图1中所示出的那样。后部元件12可以是后面板，尤其是具有作为空气排出开口的中心开口17的后面板。后面板可构造成具有中心开口的盘、尤其圆形盘的形式。例如，后面板可围绕中心开口17环形地来设计，如在图1中示出的那样。在图1中以箭头表明从构造在阻尼元件20之间的流动通道30通过后部元件的空气排出开口到压缩机中的流动方向31。
如示例性地在图1和2中所示出的那样，阻尼元件20典型地沿径向围绕过滤式消声器的中心轴线16均匀布置，使得相应在相邻的阻尼元件之间相应构造有流动通道30，其朝向中心轴线16伸延。在相邻的阻尼元件之间的相应的流动通道尤其从过滤式消声器的沿径向外部的流入区域伸延至过滤式消声器的沿径向内部的流出区域或者说出流区域。
如示例性地在图1中示出的那样，典型地，相应的阻尼元件的第一端部28与前部元件11接触而相应的阻尼元件的第二端部29与后部元件12接触。例如阻尼元件20可相应借助于连接元件13固定在前部元件11与后部元件12之间，如示例性地在图1的上部部分中示出的那样。典型地，连接元件连接前部元件11与后部元件12。
例如连接元件13可与后部元件12拧紧。备选地，连接元件还可被引导穿过在后部元件12中的相应的开口，并且与压缩机壳体的凸缘41拧紧。因而，过滤式消声器的结构通过前部元件11与后部元件12经由连接元件13的轴向连接、尤其轴向拧紧而有利地加强。凸缘41可例如是安装在压缩机壳体处的适配环(Adapterring)的部分。适配环典型地设计成使得过滤式消声器可装配在其处，例如经由这里说明的连接元件13。
如示例性地在图2中示出的那样，根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20的相应的渐开线轮廓25构造在阻尼元件的沿径向外部的流入侧的端部21与沿径向内部的流出侧的端部22之间。径向方向在图2和3中用“R”来表示。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20的相应的流入侧的端部21关于相应的渐开线轮廓具有在周向方向上的后曲率27。表述“后曲率”可如此来理解，即后曲率相比于阻尼元件的曲率具有相反的曲率，如在图2和3中示出的那样。周向方向在图2和3中用“
Figure 974133DEST_PATH_IMAGE001
”来表示。通过阻尼元件或者说挡板的后曲率可有利地降低流入压力损失。此外，可有利地实现沿径向流入到在挡板之间的流动通道中。因此可降低在到过滤式消声器中的入口处的压力损失，尤其还由此来减小压力损失，即，典型地通过过滤板15(也被称为流入格栅)减小流动速度。此外，通过后曲率可有利地减小在流入区域中的阻塞并且/或者降低入流速度。
如在图1中示意性地示出的那样，根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，过滤式消声器包括在过滤式消声器的流入区域中的过滤板15。典型地，过滤板15布置在过滤式消声器的周缘处。尤其地，过滤板15有利地力配合地与前部元件11和后部元件12相连接，由此可有利地提高过滤式消声器的刚性。过滤板典型地设计为穿孔板，尤其设计为具有六边形的孔洞或者说开口的穿孔板。典型地，过滤板具有约80%的自由横截面。穿孔板的厚度例如可为1mm。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20的相应的流出侧的端部22相应具有扩散元件23。典型地，扩散元件23具有流出侧的渐细部。如从图3中显而易见的那样，渐细部朝向扩散元件23的流出棱边24伸延。尤其地，渐细部可设计成使得在流出棱边处的渐细部引起阻尼元件的厚度减小到阻尼元件在中间区域B中的厚度T的最高50%，尤其减小到阻尼元件在中间区域B中的厚度T的最高25%，尤其减小到阻尼元件在中间区域B中的厚度T的最高15%。换句话说，扩散元件23在流出棱边处的厚度DDE可为DDE≤0.5×T，尤其DDE≤0.25×T，尤其DDE≤0.15×T。因此可有利地降低出流压力损失。此外，可有利地基本上避免在流出或出流时的流动分离。
换句话说，根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20在其指向中心轴线16的端部处(即在流出区域中)相应具有扩散元件23，如示例性地在图2和3中示出的那样。例如，相应的扩散元件23可相应借助于固定元件固定在前部元件11和/或后部元件12处。作为固定元件，可使用不可松开的连接部(如焊接-/钎焊-或粘接连接部)，或者还可使用可松开的连接部(尤其螺钉)。
如从图1、2和3得知的那样，扩散元件23通常提供挡板出口。例如，扩散元件23可由铝铣削而成。典型地，扩散元件23以尖端收尾地、尤其三角形地来构造。扩散元件的朝顶端伸延的侧面有利地笔直地构造，以便实现滚铣。这实现更简单且成本上更有利的制造。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，在扩散元件23的相对而置的两侧之间的角度α从1°≤α≤8°的范围中来选择。为了阐明，在图3中示出了在扩散元件23的相对而置的两侧之间的角度α。例如，角度可以是α=6°±2°，尤其α=4°±1°。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20设计成使得在相邻的阻尼元件20之间的相应的流动通道的流入区域A的横截面Q1沿流动方向31变小，如示例性地在图3中示出的那样。因此可有利地降低在到过滤式消声器中的入口处的压力损失，因为流动入口横截面Q1相比于在挡板之间的主要流动横截面Q2增大。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20设计成使得相应的流动通道的在由相邻的阻尼元件的渐开线轮廓25界定的区域中的横截面Q2沿流动方向31是恒定的，如示例性地在图3中示出的那样。由相邻的阻尼元件的渐开线轮廓25界定的区域为在流入区域A与出流区域C之间的中间区域B。通过挡板的在中间区域B中的恒定的间距，如例如在图3中示出的那样，可有利地改善过滤式消声器的阻尼特性。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件20设计成使得在相邻的阻尼元件20之间的相应的流动通道30的出流区域C的横截面Q3沿流动方向31变大，如示例性地在图3中示出的那样。这有利地引起减小出流压力损失。此外，可有利地基本上避免在流出或出流时的流动分离。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，在相邻的阻尼元件20的相应的渐开线轮廓之间的间距D从2mm≤D≤30mm、尤其5mm≤D≤25mm的范围中来选择，如示例性地在图3中示出的那样。
如示例性地在图3中示出的那样，根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，相应的阻尼元件20具有第一渐开线轮廓25A和与第一渐开线轮廓平行的第二渐开线轮廓25B。例如，第一渐开线轮廓25A可为凹形的而第二渐开线轮廓25B可为凸形的，如示例性地在图3中示出的那样。在第一渐开线轮廓25A与第二渐开线轮廓25b之间的间距T可从6mm≤T≤50mm的范围中来选择。因此，间距T相应于阻尼元件在中间区域B中的厚度。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，阻尼元件相应包括吸收元件，其典型地由阻尼材料构成。例如，阻尼材料可为泡沫材料、毡或无纺布，尤其为聚酯无纺布。吸收元件典型地至少部分地由阻尼板包围。尤其地，阻尼板可构造成使得在阻尼元件的侧壁之间形成间隙。在该间隙中可引入吸收元件。
根据可与这里说明的其他实施形式组合的一实施形式，这里说明的阻尼板由具有0.8或0.75mm的厚度的穿孔板组成。穿孔板例如可具有带有2mm至5mm的直径的孔洞。
如从这里说明的实施形式中得知的那样，有利地提供了一种过滤式消声器，其相对于由现有技术已知的过滤式消声器得以改善。尤其地，通过根据本发明的过滤式消声器提供了一种过滤式消声器，其尤其在轴向方向上实现更紧凑的结构空间尺寸。此外，根据本发明的过滤式消声器有利地通过其设计、尤其通过阻尼元件或挡板的设计构造成使得可在流过过滤式消声器时减小压力损失。因此可提供具有改善的阻尼特性的过滤式消声器。
附图标记清单：
10 过滤式消声器
11 前部元件
12 后部元件
13 连接元件
15 过滤板
16 中心轴线
17 中心开口
20 阻尼元件
21 流入侧的端部
22 流出侧的端部
23 扩散元件
24 流出棱边
25 渐开线轮廓
25A 第一渐开线轮廓
25B 第二渐开线轮廓
30 流动通道
31 流动方向
40 压缩机
41 压缩机壳体的凸缘
A 流入区域
B 中间区域
C 出流区域
D 在相邻的阻尼元件之间的间距D
T 阻尼元件的厚度
Q1 相应的流动通道的流入区域的横截面
Q2 相应的流动通道的中间区域的横截面
Q3 相应的流动通道的出流区域的横截面
R 径向方向
Figure 501060DEST_PATH_IMAGE003
周向方向
α 在扩散元件的相对而置的两侧之间的角度。

Claims (19)

1.过滤式消声器(10)，包括：
- 前部元件(11)，
- 后部元件(12)，和
- 多个阻尼元件(20)，其布置在所述前部元件(11)与所述后部元件(12)之间，
其中，所述阻尼元件(20)沿径向围绕所述过滤式消声器的中心轴线(16)布置，使得在相邻的阻尼元件之间相应构造有流动通道(30)，其中，所述阻尼元件(20)的相应的流出侧的端部(22)相应具有扩散元件(23)，其具有流出侧的渐细部，并且其中，在所述扩散元件(23)的相对而置的两侧之间的角度α从1°≤α≤8°的范围中来选择。
2.根据权利要求1所述的过滤式消声器(10)，其中，所述流动通道(30)在流出侧具有增大的流动横截面。
3.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述流动通道(30)至少在流动通道长度的40%上由相邻的阻尼元件的相应的渐开线轮廓(25)界定。
4.根据权利要求3所述的过滤式消声器(10)，其中，所述阻尼元件(20)的相应的渐开线轮廓(25)构造在所述阻尼元件的沿径向外部的流入侧的端部(21)与沿径向内部的流出侧的端部(22)之间。
5.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述阻尼元件(20)的相应的流入侧的端部(21)具有在周向方向上的后曲率(27)。
6.根据权利要求3所述的过滤式消声器(10)，其中，所述阻尼元件(20)的相应的流入侧的端部(21)关于所述相应的渐开线轮廓具有沿周向方向的后曲率(27)。
7.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述渐细部朝所述扩散元件(23)的流出棱边(24)伸延，并且在所述流出棱边处引起所述阻尼元件的厚度至少减小到20%。
8.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述渐细部朝所述扩散元件(23)的流出棱边(24)伸延，并且在所述流出棱边处引起所述阻尼元件的厚度至少减小到50%。
9.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述阻尼元件(20)设计成使得在相邻的阻尼元件(20)之间的相应的流动通道的流入区域的横截面(Q1)沿流动方向(31)变小。
10.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述阻尼元件(20)设计成使得所述相应的流动通道的横截面(Q2)在由相邻的阻尼元件的渐开线轮廓(25)界定的区域中沿流动方向(31)是恒定的。
11.根据权利要求7所述的过滤式消声器(10)，其特征在于，所述阻尼元件(20)设计成使得在相邻的阻尼元件(20)之间的相应的流动通道(30)的出流区域的横截面(Q3)沿流动方向(31)变大。
12.根据权利要求8所述的过滤式消声器(10)，其特征在于，所述阻尼元件(20)设计成使得在相邻的阻尼元件(20)之间的相应的流动通道(30)的出流区域的横截面(Q3)沿流动方向(31)变大。
13.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述流动通道(30)至少在流动通道长度的50%上由相邻的阻尼元件(20)的相应的渐开线轮廓(25)界定。
14.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述流动通道(30)至少在流动通道长度的65%上由相邻的阻尼元件(20)的相应的渐开线轮廓(25)界定。
15.根据权利要求3所述的过滤式消声器(10)，其中，在相邻的阻尼元件的相应的渐开线轮廓之间的间距D从2mm≤D≤30mm的范围中来选择。
16.根据权利要求3所述的过滤式消声器(10)，其中，在相邻的阻尼元件的相应的渐开线轮廓之间的间距D从5mm≤D≤25mm的范围中来选择。
17.根据权利要求1或2所述的过滤式消声器(10)，其中，所述相应的阻尼元件(20)具有第一渐开线轮廓(25A)和与所述第一渐开线轮廓平行的第二渐开线轮廓(25B)，其中，在所述第一渐开线轮廓与所述第二渐开线轮廓之间的间距T从6mm≤T≤50mm的范围中来选择。
18.具有根据权利要求1至17中任一项所述的过滤式消声器的废气涡轮增压机，其中，所述过滤式消声器布置在所述废气涡轮增压机的压缩机的吸入侧上。
19.具有根据权利要求18所述的废气涡轮增压机的内燃机。
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