CN114922860A - 用于置入到涡轮增压器的进气接管中的谐振器插件、涡轮增压器和谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于置入到涡轮增压器的进气接管中的谐振器插件、涡轮增压器和谐振器，特别是涉及用于同轴地并且区段式径向间隔开地置入到涡轮增压器(10)的进气接管中的谐振器插件(14)，谐振器插件包括管区段(141)，该管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙(142)。本发明的特征在于，管区段(141)的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨贯通缝隙(142)的薄片(144)。

Description

用于置入到涡轮增压器的进气接管中的谐振器插件、涡轮增 压器和谐振器

技术领域

本发明涉及用于同轴地并且区段式径向间隔开地置入到涡轮增压器的进气接管中的谐振器插件，谐振器插件包括管区段，该管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙。

本发明还涉及用于在管道系统中产生气流的涡轮增压器，其包括：

-可旋转的压缩机叶轮，

-在空气流动方向上直接前置于压缩机叶轮的进气接管，其具有在两侧端部均减小的接管横截面，和

-同轴地布置在进气接管中的谐振器插件，该谐振器插件包括管区段，该管区段密封地与进气接管的横截面减小的端部连结，并且该管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙，该管区段的内部空间经由贯通缝隙与在管区段的器壁与进气接管的器壁之间形成的谐振腔连接。

最后，本发明涉及谐振器，该谐振器包括：

-外管，其具有在两侧端部均减小的管横截面，和

-同轴地布置在外管中的谐振器插件，该谐振器插件包括管区段，该管区段密封地与外管的横截面减小的端部连结，并且该管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙，该管区段的内部空间经由贯通缝隙与在管区段的器壁与外管的器壁之间形成的谐振腔连接。

背景技术

众所周知，具有内燃机的机动车中的涡轮增压器用于吸入并且压缩空气，以便使空气大量提供给气缸中的燃烧过程。伴随的噪音生成通常被感觉为不利的。因此已知的是，涡轮增压器设有根据亥姆霍兹谐振器原理工作的降噪器。这些降噪器尤其由于节约结构空间的原因经常整合在涡轮增压器的压缩机叶轮前方的进气接管中。在此，涡轮增压器的进气接管用作谐振器的外管，在外管的内部中同轴地布置有靠内的管区段。同轴固定(至少也)以如下方式进行，即，进气接管在其两个端部上具有与其中间区域相比更小的直径，并且靠内的管区段利用其外直径适配于变窄的进气接管端部的内直径，从而使得这两者例如通过挤压或焊接实现密封的和机械固定的连接。轴向在这些端部的密封区域之间，进气接管因此形成包围靠内的管区段的环形腔。靠内的管区段的器壁设有所谓的声学缝隙。其在此是主要沿周边方向延伸的、窄的、穿过靠内的管区段的器壁的贯通缝隙，贯通缝隙鳃式地彼此相邻地布置。声学缝隙可以垂直或倾斜于轴向方向地延伸。在涡轮增压器运行时，空气通过涡轮增压器的压缩机叶轮被吸入通过进气接管。在该空气中传播的声波穿透声学缝隙，并且在也被称为谐振腔的环形腔中经历与自身在腔壁上的反射的叠加，该叠加导致有针对性地消除特定的声音频带。在腔体尺寸与特别强地出现的声音频率正确地相协调的情况下，由此可以实现明显的声音减小，并且因此实现针对相应的机动车的驾驶员的舒适度提高，并且实现外部的噪声负载的减小。

已确立的是，以如下方式实现谐振器，即，将相应的基本上由具有声学缝隙的靠内的管区段构成的插件置入到由两个纵向区段构成的进气接管的一部分中，并且放置进气接管的第二部分，向第一部分挤压，并且与该第一部分连接、例如挤压或焊接。在此，谐振器插件、尤其是其管区段固定在上述的装配最终位置中。进气接管通常由铝制成，谐振器插件通常由塑料构建而成，然而其中，金属的变体也是常见的。

已表明的是，在声学缝隙非常接近管区段的压缩机叶轮侧的端部因此非常接近压缩机叶轮本身的实施方式中，可以观察到所谓的涡轮增压器综合特性曲线的扩展。涡轮增压器综合特性曲线描述了涡轮增压器在由一方面是压力和另一方面是质量流形成的参数层级中的有效的可运行性的区域。综合特性曲线一方面通过所谓的喘振边界(Pumpgrenze)来限制，并且另一方面通过所谓的填塞边界(Stopfgrenze)来限制。在喘振边界(其在给定的压力的情况下描述了最小的质量流)处，导致进气接管的径向靠外的区域中的流动反向。这导致有效的吸入横截面的变窄，这又进一步减小可能的质量流，并且增大所提到的回流。填塞边界又描述了在给定的压力下的最大的质量流。质量流的进一步的增大会导致堵塞，堵塞在进气接管的径向靠外的区域中导致降低的流速的区域，因此导致气流中的障碍，并且因此同样导致有效的吸入横截面的变窄。

然而，如所提到的那样，在压缩机叶轮前方使用实际上主要用于降噪的谐振器导致综合特性曲线的一定的扩宽，这是因为使有效的吸入横截面变窄的空气质量可以通过声学缝隙，至少通过压缩机叶轮附近的声学缝隙逸出到谐振腔中。因此，这种谐振器根据其实际的次级功能通常也被称为喘振边界移动谐振器(PGV谐振器)。

然而，涡轮增压器综合特性曲线的更强的扩宽是期望的。

发明内容

本发明的任务是，改进一种按类属的设备，从而能够实现涡轮增压器综合特性曲线的进一步的扩宽。

该任务结合权利要求1的前序部分的特征以如下方式解决，即，管区段的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨贯通缝隙的薄片。

该任务此外结合权利要求14的前序部分的特征以如下方式解决，即，管区段的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨贯通缝隙的薄片。

所产生的功能性的谐振器显然并不限于关于涡轮增压器的优选的用途。因此，谐振器表示本发明的独立的方面，该谐振器结合权利要求20的前序部分的特征，其特征在于，靠内的管区段的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨贯通缝隙的薄片。

在该构思的运动学的逆转中，该任务还结合权利要求21的前序部分以如下方式解决，即，外管的器壁承载有至少一个径向向内指向的、轴向延伸的并且横跨贯通缝隙的薄片。

本发明的优选的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明基于以下认识，即，逸出到谐振腔中的空气质量在谐振腔中形成环绕(内部的)管区段的环形流动。这种运动导致，这些旋转的空气质量的至少一部分通过声学缝隙从谐振腔中穿透回来，并且然后在那里又导致有效的吸入或流动横截面的变窄。利用根据本发明的薄片禁止或至少明显减小这种有害的环形流动，这导致的是，所提到的空气质量沿轴向延伸的薄片分布，并且没有从谐振腔漏出或者仅是不那么强地或在(内部的)管区段的轴向长度上分布地从谐振腔漏出。在任何情况下都禁止或至少减小了吸入或流动横截面的所描述的变窄。这造成涡轮增压器综合特性曲线的进一步的扩宽。

在一些实施方式中，(内部的)管区段的器壁此外承载有径向向外指向的、环盘形地构造的并且垂直于轴向方向取向的环形壁。该环形壁因此将谐振腔划分成两个纵向区段，它们可以用作独立的谐振腔。如果环形壁的径向高度在此设计成，使得其贴靠在谐振器的外管或涡轮增压器的进气接管的器壁上，那么两个环形腔纵向区段或两个环形腔将相对彼此密封。然而，以下实施方式也是可能的，其中，通过所提到的环形壁没有完全分离环形腔纵向区段，环形壁至少部分具有与(内部的)管区段与进气接管或外管之间的器壁距离相比更小的径向高度。这产生两个彼此相互作用的谐振腔。本领域技术人员将认识到，也可以很容易地实现多于一个的环形壁的布置和谐振腔的数量的相应的增加。

可能的是，环形壁布置在(内部的)管区段的轴向中间的区域中，并且贯通缝隙轴向上仅布置在环形壁的一侧。尤其地，贯通缝隙应该布置在环形壁的压缩机叶轮侧。如上面所阐述的那样，特别是当谐振器的有效的区域、即布置有声学缝隙的轴向区域尽可能接近压缩机叶轮时，出现已知的综合特性曲线扩宽并且尤其也出现根据本发明的附加的综合特性曲线扩宽。

关于根据本发明的薄片的具体的造型，给本领域技术人员提供多种变型可行方案，在下面应该阐述其中一些特别优选的变型可行方案。它们都具有以下共同点，即，它们适合于实现上述的禁止或至少妨碍谐振腔中的环形流动的效果，并且因此减小有效的吸入横截面的有害的变窄。

在第一实施方式中设置的是，薄片的径向靠外的棱边贴靠在进气接管或外管的器壁上。如果在进气接管或外管的整个轴向长度上是这样的情况或至少在其从其端部到可能设置的密封的环形壁的长度上是这样的情况，那么由此完全禁止在谐振腔中的环形流动的可能性。

备选地可以设置的是，薄片的径向靠外的棱边至少区段式与进气接管或外管的器壁间隔开地延伸。在该实施方式中，环形流动虽然原则上仍然是可能的，但明显受到限制。在具有密封贴靠的环形壁的实施方式中，这意味着，薄片的径向靠外的棱边的径向高度低于环形壁的径向靠外的棱边，或者薄片的径向靠外的棱边的径向高度在其长度上发生变化。上述的变型方案在其声学效果方面在本质上有所不同。因此，本领域技术人员将在分别期望的总体结果的观点中做出其选择。

本领域技术人员也可以关于根据本发明的薄片的轴向的延伸度进行改变。优选设置的是，薄片在轴向方向上从管区段的自由的端部、即尤其是压缩机叶轮侧的端部延伸到环形壁(如果存在的话)。由此，可以实现谐振腔和进而有害的环形流动的真正完全的中断。相应的情况显然适用于在使用薄片而缺少环形壁的情况，薄片在谐振腔、即(内部的)管区段的整个长度上延伸。

薄片可以具有一个或多个贯通开口。特别优选的是，薄片具有多个贯通开口，这些贯通开口成形为圆孔，尤其具有不同的直径。通过选择圆孔的数量和尺寸，可以特别精确地协调根据本发明的薄片的声学效果。

备选地可以设置的是，薄片具有刚好一个占据其绝大部分薄片表面的贯通开口，从而薄片减小成弓状跨撑出贯通开口的支架。该支架尤其可以贴靠在进气接管的壁或外管的器壁上。虽然该实施方式的特征在于降低了对环形流动的减小；然而，就声学特性而言，这种谐振器与传统的具有在其他方面相同的尺寸的谐振器只有非常细微的不同。

在(内部的)管区段的周边上可以分布地布置有多个薄片。这些薄片尤其可以以相同的方式设计。然而，不同的设计方案也是可想到的。多个薄片的设置导致谐振腔在周边方向上的更强的中断，由此也禁止小规模的涡流的形成，其可能具有与上述的循环的环形流动类似的不利效果。

上面的阐述经适当修改也适用于以下实施方式，在这些实施方式中，一个或多个薄片不是固定或不是仅固定在(内部的)管区段上(因此是谐振器插件的一部分)，而是固定在外管上。在涡轮增压器的具体的背景中，这通常在制造技术方面是不切实际的，尽管绝非不可能；但对于一般的谐振器(包括涡轮增压器的背景中的具体应用)，这种变型方案绝对是可想到的备选方案。

附图说明

本发明的其他的细节和优点由以下的具体描述和附图得到。

其中：

图1：示出具有谐振器插件模型的已知的涡轮增压器的局部剖开的图示，

图2：示出根据本发明的谐振器插件的优选的实施方式，

图3：示出具有根据图2的谐振器插件的图1的涡轮增压器的进气接管的剖视图，

图4：示出根据本发明的谐振器插件的第二实施方式，

图5：示出根据本发明的谐振器插件的第三实施方式，

图6：示出根据本发明的谐振器插件的第四实施方式，

图7：示出根据本发明的谐振器插件的第五实施方式，

图8：示出根据本发明的谐振器插件的第六实施方式，并且

图9：示出根据本发明的谐振器插件的第七实施方式。

附图中的相同的附图标记表示相同的或类似的元件。

具体实施方式

图1以局部剖开的图示示出了原则上已知的涡轮增压器10，在其进气接管12中置入有谐振器插件14的模型。图1仅用于展示谐振器插件14(更确切地说不仅已知的而且根据本发明的谐振器插件14)在涡轮增压器中的典型的定位。可以看到，在图1中仅通过管区段141表示的谐振器插件14沿流动方向直接前置于涡轮增压器10的压缩机叶轮16。进气接管12在此形成外管121，谐振器插件14同轴地固定在外管中。在谐振器插件14的轴向的中间区域中，外管121的内直径大于管区段141的外直径。然而，在谐振器插件14的端部区域中，外管121逐渐变小，使得外管在此密封地夹紧管区段141。由此提供环形腔室形的谐振腔18，其经由在图1中未示出的声学缝隙141(参见图2和图3)与谐振器插件14的内部处于空气交换连接。这种布置以已知的方式被用作亥姆霍兹谐振器。

图2示出了根据本发明的谐振器插件14的优选的实施方式，其例如可能置入在图1的涡轮增压器10的进气接管12中。明显可看到，沿周边方向延伸的并且鳃式地沿轴向方向并排布置的窄的声学缝隙142。这些声学缝隙显然不能完全环绕管区段141的周边。然而，为了尽可能接近这种在技术上不可实现的理想状态，声学缝隙142仅被划分为四个大小相等的角度范围，这些角度范围在周边方向上分别通过窄的桥接部143彼此分离。

如在描述的一般性的部分中所阐述的那样，本发明的任务是禁止谐振腔18中发生环形流动。为此，在所示的实施方式中设置有两个相互背对的薄片144，薄片从管区段141径向向外延伸，即如图3所示的那样延伸到使其贴靠在进气接管12或外管121上。谐振腔18由此被划分成两个半环腔，它们分别以已知的方式用作亥姆霍兹谐振腔(其具有减半的体积)，但它们不再相互具有直接连接部，从而使环绕管区段141发生环形流动成为不可能。

在所示的实施方式中，管区段141被垂直于轴向方向的环形壁145环绕，该环形壁具有与薄片144相同的径向高度。这意味着，环形壁145也利用其径向靠外的棱边贴靠在进气接管12或外管121上，并且环形腔18被划分成两个彼此分离的轴向区段。然而，在所示的实施方式中，仅在图2和3中左侧的轴向区段经由声学缝隙142与管区段141的内部连接，并且因此作为亥姆霍兹谐振器是有效的。在图2和图3中右侧的轴向区段从声学角度看是没有作用的。通过环形壁145的轴向定位的其他的选择可以实现改变的声学特性。同样可想到的是，两个轴向区段均设有声学缝隙142，并且提供两个有效的亥姆霍兹谐振器，它们的环形腔可以在径向更低或径向有中断的环形壁145的设计方案中也彼此相互作用。显然也可能的是，使用多个环形壁145或完全放弃使用环形壁145。本领域技术人员认识到，通过所有这些措施，使得产生的谐振器的声学特性可以非常精细地与个别情况的相应的要求相协调。

图4至图9示出了根据本发明的谐振器插件的相对于图2的实施方式备选的设计方案，它们对如上面在图2的实施方式中所述的经适当修改的同样变型可行方案适用。图4至图9的实施方式共同之处在于，与图2和图3的实施方式相比，它们没有导致通过薄片144提供的半环腔的完全分离，从而谐振腔18的所有区域彼此处于直接的空气交换连接。在声学角度中，这相应于与图2和3的实施方式相比增大了有效的谐振腔，这尤其对低的声音频率的衰减具有积极影响。就通过谐振腔18禁止被视为有害的环形流动方面它们是不太有效的，尤其仅是阻碍而不是完全禁止所提到的环形流动。然而，这个剩余的障碍足以实现期望的综合特性曲线扩宽到足够大的程度的期望的效果。

在图4的实施方式中，薄片144在接近压缩机叶轮的区域中没有精确地贴靠在倾斜地逐渐变小的进气接管12或外管121上。子腔之间的环形连接保留在该区域中。

在图5的实施方式中的情况是相反的，在那里，薄片144仅在其靠近压缩机叶轮的端部的区域内贴靠在进气接管12或外管121上。在此，尤其是在环形壁附近，在子腔之间产生环形连接。

在图6和图7的实施方式中，薄片144的径向高度(在不同的程度中)在其整个轴向长度上被选择为比密封地划分成两个半腔所需的高度更低。

最后，图8和9的特征在于薄片中的贯通开口146。在图8的实施方式中设置有多个贯通开口146，这些贯通开口尤其设计为具有不同的直径的圆孔。通过选择这些圆孔的数量和直径，可以特别精细地协调所产生的谐振器的声学特性。相反，在图9的实施方式中仅设置有一个贯通开口146，该贯通开口适配于薄片的外轮廓，并且占据薄片表面的绝大部分。薄片144由此被减小成贴靠在进气接管12或外管121上的并且弓状跨越贯通开口146的支架。

当然，在具体描述中讨论的和在附图中所示的实施方式仅表示本发明的解释性的实施例。根据本公开内容，给本领域技术人员提供广泛的变型可行方案。尤其地，根据本发明的谐振器插件的各个组成部分的具体的尺寸设计必须与个别情况的声学的和综合特性曲线有效的要求相协调。关于所使用的材料、尤其是金属和/或塑料的选择，本领域技术人员也将知道要遵循个别情况的要求。

附图标记列表

10 涡轮增压器

12 进气接管

121 外管

14 谐振器插件

141 管区段

142 贯通缝隙/声学缝隙

143 桥接部

144 薄片

145 环形壁

146 贯通开口

Claims (21)

1.用于同轴地并且区段式径向间隔开地置入到涡轮增压器(10)的进气接管中的谐振器插件(14)，所述谐振器插件包括管区段(141)，所述管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙(142)，其特征在于，所述管区段(141)的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨所述贯通缝隙(142)的薄片(144)。

2.根据权利要求1所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(144)的径向靠外的棱边的径向高度在所述薄片的轴向长度上发生变化。

3.根据权利要求1所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(144)的径向靠外的棱边的径向高度在所述薄片的轴向长度上保持相同。

4.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(144)具有一个或多个贯通开口(146)。

5.根据权利要求4所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(14)具有多个被设计为圆孔、尤其是具有不同直径的圆孔的贯通开口(146)。

6.根据权利要求4所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(14)具有刚好一个占据其绝大部分薄片表面的贯通开口(146)，从而所述薄片(144)减小成弓状跨撑出所述贯通开口的支架。

7.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(14)在所述管区段(141)的整个轴向长度上延伸。

8.根据权利要求1所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述管区段(141)的器壁此外承载有径向向外指向的、环盘形地构造的并且垂直于轴向方向取向的环形壁(145)。

9.根据权利要求8所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述环形壁(145)布置在所述管区段(141)的轴向中间的区域中，并且所述贯通缝隙(142)轴向上仅布置在所述环形壁(145)的一侧。

10.根据权利要求8至9中任一项所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(14)的径向靠外的棱边与所述环形壁(145)的径向靠外的棱边处于相同的径向高度。

11.根据权利要求8至9中任一项所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(14)的径向靠外的棱边与所述环形壁(145)的径向靠外的棱边相比位于更低的径向高度上。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的谐振器插件(14)，其特征在于，所述薄片(144)沿轴向方向从所述管区段的自由的端部延伸到环形壁(145)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器插件(14)，其特征在于，在所述管区段(141)的周边上分布地布置有多个薄片(144)、尤其是多个相同成形的薄片(144)。

14.用于在管线系统中产生空气流的涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：

-能旋转的压缩机叶轮(16)，

-在空气流动方向上直接前置于所述压缩机叶轮(16)的进气接管(12)，所述进气接管具有在两侧端部均减小的接管横截面，和

-同轴地布置在所述进气接管(12)中的谐振器插件(14)，所述谐振器插件包括管区段(141)，所述管区段密封地与所述进气接管(12)的横截面减小的端部连结，并且所述管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙(142)，所述管区段的内部空间经由所述贯通缝隙与在所述管区段的器壁与所述进气接管(12)的器壁之间形成的谐振腔(18)连接，

其特征在于，所述管区段(141)的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨所述贯通缝隙(142)的薄片(144)。

15.根据权利要求14所述的涡轮增压器(10)，其特征在于，所述薄片(144)的径向靠外的棱边贴靠在所述进气接管(12)的器壁上。

16.根据权利要求14至15中任一项所述的涡轮增压器(10)，其特征在于，所述薄片(14)的径向靠外的棱边至少区段式与所述进气接管(12)的器壁间隔开地延伸。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的涡轮增压器(10)，其特征在于，所述薄片(14)在所述进气接管的横截面减小的端部之间在所述进气接管(12)的整个轴向长度上延伸。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的涡轮增压器(10)，其特征在于，所述管区段(141)的器壁还承载有径向向外指向的、环盘形地构造的并且垂直于轴向方向取向的环形壁(145)。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的涡轮增压器(10)，其特征在于，所述环形壁(145)布置在所述管区段(141)的轴向中间的区域中，并且所述贯通缝隙(142)仅布置在所述环形壁(145)的压缩机叶轮侧。

20.谐振器，所述谐振器包括：

-外管(121)，所述外管具有在两侧端部均减小的管横截面，和

-同轴地布置在外管(121)中的谐振器插件(14)，所述谐振器插件包括管区段(141)，所述管区段密封地与所述外管(121)的横截面减小的端部连结，并且所述管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙(142)，所述管区段的内部空间经由所述贯通缝隙与在所述管区段的器壁与所述外管(121)的器壁之间形成的谐振腔(18)连接，

其特征在于，靠内的管区段(141)的器壁承载有至少一个径向向外指向的、轴向延伸的、横跨所述贯通缝隙(142)的薄片(144)。

21.谐振器，所述谐振器包括：

-外管(121)，所述外管具有在两侧端部均减小的管横截面，和

-同轴地布置在外管(121)中的谐振器插件(14)，所述谐振器插件包括管区段(141)，所述管区段密封地与所述外管(121)的横截面减小的端部连结，并且所述管区段在其器壁中具有多个主要沿周边方向延伸的、轴向彼此相邻的贯通缝隙(142)，所述管区段的内部空间经由所述贯通缝隙与在所述管区段的器壁与所述外管(121)的器壁之间形成的谐振腔(18)连接，

其特征在于，所述外管(121)的器壁承载有至少一个径向向内指向的、轴向延伸的、横跨所述贯通缝隙(142)的薄片(144)。

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