CH712704B1 - Turbocharger with silencer. - Google Patents
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Abstract
Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums und zur Gewinnung von Energie bei der Entspannung des ersten Mediums, und mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung der in der Turbine gewonnen Energie, wobei mindestens ein strömungsführendes Element des Turboladers mit einem Schalldämpfer (1) versehen ist, wobei der jeweilige Schalldämpfer (1) eine Tragstruktur (3) mit einer Tragwandung (4) und mit an der Tragwandung (4) ausgebildeten Kammern (5) aufweist, wobei die Kammern (5) an einer von einem Strömungskanal (7) des Schalldämpfers (1) abgewandten Seite derselben durch die Tragwandung (4) begrenzt sind, und wobei die Kammern (5) an einer dem Strömungskanal (7) des Schalldämpfers (1) zugewandten Seite derselben von einer Abdeckung (8) begrenzt sind, wobei die Abdeckung (8) mindestens zwei fest miteinander verbundene, gitterförmige Lagen (9, 10, 11) mit unterschiedlichen Maschenweiten aufweist.Turbocharger, with a turbine for the expansion of a first medium and for generating energy during the expansion of the first medium, and with a compressor for compressing a second medium using the energy obtained in the turbine, at least one flow-guiding element of the turbocharger with a silencer (1), the respective silencer (1) having a support structure (3) with a support wall (4) and with chambers (5) formed on the support wall (4), the chambers (5) on one of a flow channel (7) of the silencer (1) facing away from the same are delimited by the supporting wall (4), and the chambers (5) on a side facing the flow channel (7) of the silencer (1) are delimited by a cover (8) wherein the cover (8) has at least two grid-shaped layers (9, 10, 11) firmly connected to one another with different mesh sizes.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader. The invention relates to a turbocharger.
[0002] Aus der DE 198 18 873 C2 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader bekannt. Wenigstens einem strömungsführendem Element des Abgasturboladers ist ein Schalldämpfer zugeordnet, der auf dem Prinzip eines Helmholtz-Resonators beruht. Dabei verfügt der jeweilige Schalldämpfer über eine Tragstruktur aus einer äußeren Tragwand und mehreren von der Tragwand aufgenommenen Kammern, wobei die Kammern auf einer einem Strömungskanal zugewandten Seite des Schalldämpfers durch ein Lochblech begrenzt sind. From DE 198 18 873 C2 a reciprocating internal combustion engine with at least one exhaust gas turbocharger is known. At least one flow-guiding element of the exhaust gas turbocharger is assigned a silencer based on the principle of a Helmholtz resonator. The respective muffler has a support structure made up of an outer support wall and a plurality of chambers received by the support wall, the chambers being delimited by a perforated plate on a side of the muffler facing a flow channel.
[0003] Die aus dem Stand der Technik bekannte Verwendung von Schalldämpfern, die auf dem Prinzip eines Helmholtz-Resonators beruhen, verfügt über den Nachteil, dass prinzipbedingt nur ein sehr eingeschränkter Frequenzbereich effektiv schallgedämpft werden kann. Bei Frequenz außerhalb dieses Frequenzbereichs nimmt die Dämpfungswirkung stark ab. The known from the prior art use of silencers, which are based on the principle of a Helmholtz resonator, has the disadvantage that in principle only a very limited frequency range can be effectively soundproofed. If the frequency is outside this frequency range, the damping effect is greatly reduced.
[0004] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader mit verbesserter Schalldämpfung zu schaffen. Based on this, the present invention is based on the object of creating a new type of turbocharger with improved sound absorption.
[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist die Abdeckung mindestens zwei fest miteinander verbundene, gitterförmige Lagen mit unterschiedlichen Maschenweiten auf. This object is achieved by a turbocharger according to claim 1. According to the invention, the cover has at least two grid-like layers firmly connected to one another with different mesh sizes.
[0006] Beim erfindungsgemäßen Abgasturbolader ist die Abdeckung des jeweiligen Schalldämpfers mehrlagig ausgeführt, wobei die Abdeckung mindestens zwei fest miteinander verbundene, gitterförmige Lagen mit unterschiedlichen Maschenweiten aufweist. Hierdurch kann ein Schalldämpfer mit einer verbesserten Schalldämpfungswirkung bereitgestellt werden. Insbesondere weist der Schalldämpfer mit einer solchen Abdeckung eine bessere Dämpfungswirkung über einen breiteren Frequenzbereich auf. In the exhaust gas turbocharger according to the invention, the cover of the respective muffler is designed in several layers, the cover having at least two firmly interconnected, grid-shaped layers with different mesh sizes. This makes it possible to provide a silencer with an improved silencing effect. In particular, the silencer with such a cover has a better damping effect over a broader frequency range.
[0007] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die gitterförmigen Lagen der Abdeckung mit den unterschiedlichen Maschenweiten von Drahtgeweben gebildet, wobei die Drahtgewebe der einzelnen Lagen nicht nur unterschiedliche Maschenweiten sondern auch unterschiedlichen Drahtdurchmesser aufweisen. Hiermit kann besonders vorteilhafte Schalldämpfungswirkung bereitgestellt werden. According to an advantageous development of the invention, the lattice-shaped layers of the cover are formed with different mesh sizes of wire mesh, the wire mesh of the individual layers not only having different mesh sizes but also different wire diameters. This makes it possible to provide a particularly advantageous sound-damping effect.
[0008] Vorzugweise weist die Abdeckung eine Dicke t auf, wobei die Kammern eine durch den Abstand der Abdeckung von der Tragwandung definierte Tiefe a aufweisen, wobei t kleiner als a ist. Dies dient der Bereitstellung einer besonders vorteilhaften Schalldämpfungswirkung. The cover preferably has a thickness t, the chambers having a depth a defined by the distance between the cover and the supporting wall, t being smaller than a. This serves to provide a particularly advantageous soundproofing effect.
[0009] Insbesondere beträgt ein Verhältnis t/a zwischen der Dicke t der Abdeckung und der Tiefe a der Kammern zwischen 0,2 und 0,025. Auch diese Details dienen der Bereitstellung einer besonders vorteilhaften Schalldämpfungswirkung. In particular, a ratio t / a between the thickness t of the cover and the depth a of the chambers is between 0.2 and 0.025. These details also serve to provide a particularly advantageous soundproofing effect.
[0010] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt ein Verhältnis a/A zwischen der Tiefe a der Kammern und einer Schallwellenlänge λ der zu dämpfenden Frequenz zwischen 0,25 und 0,4. Hiermit kann die Schalldämpfungswirkung weiter verbessert werden. According to an advantageous development, a ratio a / A between the depth a of the chambers and a sound wavelength λ of the frequency to be attenuated is between 0.25 and 0.4. In this way, the soundproofing effect can be further improved.
[0011] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der jeweilige Schalldämpfer in das jeweilige strömungsführende Element des Turboladers integriert, vorzugsweise in ein spiralartiges Abströmgehäuse des Verdichters. Die Integration des Schalldämpfers in ein spiralartiges Abströmgehäuse des Verdichters ist besonders bevorzugt, da hierdurch bei minimalem Bauraumbedarf eine besonders gute Schalldämpfungswirkung bereitgestellt werden kann. According to an advantageous development, the respective muffler is integrated into the respective flow-guiding element of the turbocharger, preferably in a spiral-like discharge housing of the compressor. The integration of the muffler in a spiral-like discharge housing of the compressor is particularly preferred, since this allows a particularly good sound-damping effect to be provided with minimal space requirements.
[0012] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Kammern der Tragstruktur in Durchströmungsrichtung eines Strömungskanals des Schalldämpfers gesehen wechselweise unterschiedliche Weiten auf. Hierdurch kann die Schalldämpfungswirkung weiter verbessert werden. According to an advantageous development, the chambers of the support structure have alternately different widths, viewed in the direction of flow through a flow channel of the muffler. In this way, the sound-damping effect can be further improved.
[0013] Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1: einen schematisierten Querschnitt durch einen Schalldämpfer eines erfindungsgemäßen Turboladers; Fig. 2: das Detail II der Fig. 1 in perspektivischer Ansicht.[0013] Further developments of the invention emerge from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted thereto. 1 shows a schematic cross section through a silencer of a turbocharger according to the invention; FIG. 2: the detail II of FIG. 1 in a perspective view.
[0014] Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader. Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. So verfügt ein Turbolader über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas, wobei hierbei Energie gewonnen wird. Weiterhin umfasst ein Turbolader einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere zur Verdichtung von Ladeluft, wobei hierbei im Verdichter Energie genutzt wird, die bei der Entspannung des ersten Mediums in der Turbine gewonnen wurde. The present invention relates to a turbocharger. The person skilled in the art addressed here is familiar with the basic structure of a turbocharger. A turbocharger has a turbine for the expansion of a first medium, in particular for the expansion of exhaust gas, with energy being obtained in the process. Furthermore, a turbocharger comprises a compressor for compressing a second medium, in particular for compressing charge air, with energy being used in the compressor that was obtained during the expansion of the first medium in the turbine.
[0015] Ein Turbolader verfügt über unterschiedliche strömungsführende Baugruppen. Hierzu zählt insbesondere ein sogenanntes Abströmgehäuse des Verdichters des Abgasturboladers. Mindestens ein strömungsführendes Element des Turboladers ist mit einem Schalldämpfer 1 versehen. A turbocharger has different flow-guiding assemblies. This includes, in particular, a so-called discharge housing of the compressor of the exhaust gas turbocharger. At least one flow-guiding element of the turbocharger is provided with a silencer 1.
[0016] Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schalldämpfer 1, der mit einem strömungsführenden Element des Turboladers zusammenwirkt, zum Beispiel mit dem spiralförmigen Abströmgehäuse des Verdichters des Turboladers. Fig. 1 shows a schematic cross section through a muffler 1, which interacts with a flow-guiding element of the turbocharger, for example with the spiral-shaped discharge housing of the compressor of the turbocharger.
[0017] Der Schalldämpfer 1 verfügt in Fig. 1 über Flansche 2, über die der Schalldämpfer 1 mit anderen strömungsführenden Baugruppen des Turboladers verschraubt werden kann. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schalldämpfer 1 handelt es sich demnach um eine separate Baugruppe des Turboladers, die mit anderen Baugruppen desselben verschraubt ist. In FIG. 1, the muffler 1 has flanges 2 via which the muffler 1 can be screwed to other flow-guiding assemblies of the turbocharger. The silencer 1 shown in FIG. 1 is accordingly a separate assembly of the turbocharger, which is screwed to other assemblies of the same.
[0018] Der Schalldämpfer 1 verfügt über eine Tragstruktur 3 mit einer Tragwandung 4 und mit an der Tragwandung 4 ausgebildeten Kammern 5. Bei der Tragwandung 4 handelt es sich insbesondere um ein radial äußeres Rohr. An diesem radial äußeren Rohr, welches die Tragwandung 4 bereitstellt, sind Kammern 5 ausgebildet, die durch Bleche 6, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung der Tragwandung 4 erstrecken, gebildet bzw. voneinander begrenzt sind. The muffler 1 has a support structure 3 with a support wall 4 and with chambers 5 formed on the support wall 4. The support wall 4 is in particular a radially outer tube. On this radially outer tube, which provides the support wall 4, chambers 5 are formed, which are formed or delimited from one another by metal sheets 6 which extend essentially in the radial direction of the support wall 4.
[0019] Radial innen an die Kammern 5 der Tragstruktur 3 grenzt ein Strömungskanal 7 des Schalldämpfers 1 an, der von einem schallzudämpfenden Medium durchströmt ist. A flow channel 7 of the muffler 1 adjoins the chambers 5 of the support structure 3 radially on the inside, through which a sound-damping medium flows.
[0020] Wie bereits erwähnt, sind die Kammern 5 auf einer vom Strömungskanal 7 abgewandten Seite von der Tragwandung 4 begrenzt. An einer dem Strömungskanal 7 zugewandten Seite sind die Kammern 5 der Tragstruktur 3 von einer Abdeckung 8 begrenzt. As already mentioned, the chambers 5 are delimited by the supporting wall 4 on a side facing away from the flow channel 7. On a side facing the flow channel 7, the chambers 5 of the support structure 3 are delimited by a cover 8.
[0021] Die Abdeckung 8 weist mindestens zwei fest miteinander verbundene, gitterförmige Lagen mit unterschiedlichen Maschenweiten auf. In Fig. 1 und 2 ist eine Abdeckung 3 aus drei fest miteinander verbundenen, gitterförmigen Lagen 9, 10 und 11 gezeigt, die jeweils unterschiedliche Maschenweiten aufweisen. The cover 8 has at least two firmly interconnected, grid-shaped layers with different mesh sizes. In Fig. 1 and 2, a cover 3 is shown from three firmly interconnected, grid-shaped layers 9, 10 and 11, each of which has different mesh sizes.
[0022] Besonders bevorzugt sind die gitterförmigen Lagen 9, 10 und 11 der Abdeckung 8, die die unterschiedlichen Maschenweiten aufweisen, jeweils von einem Drahtgewebe bereitgestellt, wobei diese Drahtgewebe der einzelnen Lagen 9, 10 und 11 vorzugsweise nicht nur unterschiedliche Maschenweiten sondern auch unterschiedliche Drahtdurchmesser aufweisen. Particularly preferably, the grid-shaped layers 9, 10 and 11 of the cover 8, which have the different mesh sizes, each provided by a wire mesh, this wire mesh of the individual layers 9, 10 and 11 preferably not only different mesh sizes but also different wire diameters exhibit.
[0023] Fig. 1 kann entnommen werden, dass die Kammern 5 der Tragstruktur 3 in Radialrichtung über eine Tiefe a verfügen, die durch den Abstand der Abdeckung 8 von der Tragwandung 4 definiert ist. Die Abdeckung 8 verfügt gemäß Fig. 2 über eine radiale Dicke t. Dabei ist die Dicke t der Abdeckung 8 kleiner als die Tiefe a der Kammern 5. 1 it can be seen that the chambers 5 of the support structure 3 have a depth a in the radial direction which is defined by the distance between the cover 8 and the support wall 4. According to FIG. 2, the cover 8 has a radial thickness t. The thickness t of the cover 8 is smaller than the depth a of the chambers 5.
[0024] Bevorzugt beträgt ein Verhältnis t/a zwischen der Dicke t der Abdeckung 8 und der Tiefe a der Kammern 5 zwischen 0,2 und 0,025. A ratio t / a between the thickness t of the cover 8 and the depth a of the chambers 5 is preferably between 0.2 and 0.025.
[0025] In Durchströmungsrichtung des Strömungskanals 7 des Schalldämpfers 1 gesehen verfügen die Kammern 5 der Tragstruktur 3 über eine Weite b, wobei in Fig. 1 die Kammern 5 der Tragstruktur 3 jeweils wechselweise unterschiedliche Weiten b in Durchströmungsrichtung des Strömungskanals 7 aufweisen. Viewed in the direction of flow through the flow channel 7 of the muffler 1, the chambers 5 of the support structure 3 have a width b, wherein in FIG. 1 the chambers 5 of the support structure 3 each alternately have different widths b in the flow direction of the flow channel 7.
[0026] Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Verhältnis a/λ zwischen der Tiefe a der Kammern 5 der Tragstruktur 3 und einer Schallwellenlänge λ der zu dämpfenden Frequenz zwischen 0,25 und 0,4. According to a particularly preferred embodiment, a ratio a / λ between the depth a of the chambers 5 of the support structure 3 and a sound wavelength λ of the frequency to be damped is between 0.25 and 0.4.
[0027] In diesem Fall beträgt dann ein Verhältnis RS/Z0zwischen dem akustischen spezifischen Strömungswiderstand RSund der Schallkennimpedanz Z0des hinsichtlich seines Schallgeräuschs zu dämpfenden Mediums zwischen 0,25 und 4. Der akustische spezifische Strömungswiderstand RSliegt bei Turboladerverdichtern zwischen 350 und 5.500 Pa*s/m. In this case, a ratio RS / Z0 between the acoustic specific flow resistance RS and the characteristic acoustic impedance Z0 of the medium to be damped with regard to its sound noise is between 0.25 and 4. The acoustic specific flow resistance RS is between 350 and 5500 Pa * s / m in turbocharger compressors .
[0028] Besonders bevorzugt beträgt die Tiefe a der Kammern 5 der Tragstruktur 3 zwischen 15 mm und 90 mm. The depth a of the chambers 5 of the support structure 3 is particularly preferably between 15 mm and 90 mm.
[0029] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Schalldämpfer 1 als separate Baugruppe ausgeführt und über die Flansche 2 mit einem anderen strömungsführenden Element des Turboladers verbunden. In the embodiment of FIG. 1, the muffler 1 is designed as a separate assembly and connected via the flanges 2 to another flow-guiding element of the turbocharger.
[0030] Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, den Schalldämpfer 1 in ein strömungsführendes Element des Turboladers zu integrieren, besonders bevorzugt in ein strömungsführendes, spiralartiges Abströmgehäuse des Verdichters des Turboladers. In contrast to this, it is also possible to integrate the muffler 1 in a flow-guiding element of the turbocharger, particularly preferably in a flow-guiding, spiral-like discharge housing of the compressor of the turbocharger.
[0031] Der Schalldämpfer 1 wirkt wie ein λ/4-Resonator und weist über einen breiten Frequenzbereich eine gute Schalldämpfungswirkung auf. The muffler 1 acts like a λ / 4 resonator and has a good soundproofing effect over a wide frequency range.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
[0032] 1 Schalldämpfer 2 Flansch 3 Tragstruktur 4 Tragwandung 5 Kammer 6 Blech 7 Strömungskanal 8 Abdeckung 9 Lage 10 Lage 11 Lage 1 silencer 2 flange 3 supporting structure 4 supporting wall 5 chamber 6 sheet metal 7 flow channel 8 cover 9 layer 10 layer 11 layer
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