DE102017118803A1

DE102017118803A1 - Fluidrohr für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine mit einem Fluidrohr und Verfahren zur Herstellung eines Fluidrohrs

Info

Publication number: DE102017118803A1
Application number: DE102017118803.7A
Authority: DE
Inventors: Nobert Oppermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fluidrohr (10) für eine Brennkraftmaschine (12) zur Anbindung an einen Auslass eines Verdichters (14) eines Turboladers, wobei das Fluidrohr (10) einen Grundkörper (20) aufweist und wobei innerhalb des Grundkörpers (20) eine dünnwandige Struktur (22) mit einer Vielzahl von Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen (24) angeordnet ist, wobei die dünnwandige Struktur (22) unmittelbar an der Innenwand (26) des Grundkörpers (20) anliegend oder in einem Abstand von weniger als 5 mm zur Innenwand (26) des Grundkörpers (20) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Brennkraftmaschine mit einem Fluidrohr (10) und ein Verfahren zur Herstellung eines Fluidrohres (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidrohr für eine Brennkraftmaschine zur Anbindung an einen Auslass eines Verdichters eines Turboladers. Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Fluidrohr und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fluidrohres. Unter einem Fluidrohr im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine luftführende Leitung zu verstehen, insbesondere ein stromaufwärts oder stromabwärts eines Brennraums einer Brennkraftmaschine angeordnetes Ladeluftrohr. Dabei wurde die Erfindung insbesondere für Ladeluft-Druckrohre gemacht, die unmittelbar stromabwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers angeordnet sind. Unter einem Fluidrohr im Sinne der Erfindung ist insoweit insbesondere ein Ladeluft-Druckrohr zu verstehen.
Aus DE 10 2004 012 084 A1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, dessen Ladeluftausgang mittels einer Verbindungsleitung mit einem nachgeordneten Ladeluftkühler verbunden ist. In einem strömungsführenden Element des Abgasturboladers, insbesondere in einem sich an den Abgasturbolader anschließenden Element, soll ein Absorptionsschalldämpfer integriert sein. Dieser Absorptionsschalldämpfer kann zusätzlich mit einem Absorptionswerkstoff ausgefüllt sein. Als Ringkammer ausgeführt ist das Element direkt am Ausgang des Abgasturboladers vorgesehen. Ein akustisch durchlässiger Austragungsschutz, der in Form eines Lochblechs ausgestaltet sein kann, soll den Strömungskanal begrenzen. Der Austragungsschutz soll als mechanischer Schutz des Absorptionswerkstoffs dienen. Eine Dämpfung erfolgt nach dem Helmholtzprinzip und zusätzlich mit Hilfe des Absorptionswerkstoffs. Um gute Dämpfungseigenschaften zu erzielen, ist die radiale Dicke der Ringkammer und des Absorptionswerkstoffs deutlich größer als die Dicke des Lochblechs.
Aus DE 102 21 429 A1 ist ein Saugrohr für ein Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Strömungsfläche in dem Saugrohr an vorgegebenen Stellen mit Oberflächenunregelmäßigkeiten in Form von Erhöhungen und Vertiefungen versehen ist. Dadurch soll die Gefahr von durch Strömungsablösung und Wirbelbildung erzeugter Geräuschbildung verringert werden. Die Erhöhungen und Vertiefungen sollen nur an bestimmten Stellen, insbesondere in Bereichen des Saugrohrs mit hoher Krümmung ausgebildet sein. Es wird vorgeschlagen, das Saugrohr aus Kunststoffguss herzustellen, insbesondere im Kernausschmelzverfahren oder im Halbschalengießverfahren. Eine Realisierung dieses Konzepts ist in einem Fluidrohr unmittelbar hinter dem Auslass eines Verdichters eines Turboladers nicht möglich bzw. nicht sinnvoll, weil der Werkstoff für die dort auftretenden Temperaturen nicht geeignet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluidrohr für eine Brennkraftmaschine zur Anbindung an einen Auslass eines Verdichters eines Turboladers, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Fluidrohr sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fluidrohres zur Verfügung zu stellen, mittels welchen eine strömungsbedingte Geräuschbildung in einem Fluidrohr bei geringem Platzbedarf und geringen Herstellungskosten effizient reduziert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Fluidrohr für eine Brennkraftmaschine zur Anbindung an einen Auslass eines Verdichters eines Turboladers weist einen Grundkörper auf, wobei innerhalb des Grundkörpers eine dünnwandige Struktur angeordnet ist. Bei der dünnwandigen Struktur handelt es sich insoweit um ein separates Element, welches in den Grundkörper eingebracht ist. Die dünnwandige Struktur weist eine Vielzahl von Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen auf. Die in dem Grundkörper angeordnete dünnwandige Struktur ist dabei unmittelbar an der Innenwand des Grundkörpers anliegend oder in einem Abstand von weniger als 5 mm zur Innenwand des Grundkörpers angeordnet. Der radiale Abstand zwischen der dünnwandigen Struktur und der Innenwand des Grundkörpers kann insbesondere weniger als 4 mm, weiter bevorzugt weniger als 3 mm und besonders bevorzugt weniger als 2 mm betragen. Wie erwähnt, kann die dünnwandige Struktur auch unmittelbar an der Innenwand des Grundkörpers anliegen.
Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen an der dünnwandigen Struktur sind insbesondere regelmäßig oder unregelmäßig über den Umfang und/oder die Länge der dünnwandigen Struktur verteilt angeordnet. Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf die Möglichkeit verwiesen, aufeinanderfolgende Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen in Strömungsrichtung betrachtet in gleichmäßigen Abständen und quer zur Strömungsrichtung jeweils versetzt anzuordnen, beispielsweise so, dass sich zwischen allen benachbarten Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen ungefähr der gleiche Abstand ergibt.
Die Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen an der dünnwandigen Struktur können insbesondere eine runde (z.B. kreisförmigen oder ovale) und/oder eine mehreckige Form aufweisen. Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf kreisförmige oder rechteckförmige Durchgangsöffnungen oder Vertiefungen in Form von Nuten verwiesen.
Der Durchmesser bzw. die größte Länge von im Querschnitt runden oder ovalen Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen beträgt vorzugsweise 2 bis 8 mm, weiter bevorzugt 4 bis 6 mm.
Längsschlitze weisen vorzugsweise eine senkrecht zur Hauptströmungsrichtung orientierte Breite von 1 bis 3 mm auf und eine in Hauptströmungsrichtung orientierte Länge von 6 bis 8 mm.
Als dünnwandige Struktur besonders geeignet ist ein Lochblech (oder mehrere) mit darin ausgebildeten Durchgangsöffnungen. Die Ränder der Durchgangsöffnungen können dabei scharfkantig, gefast oder gerundet ausgeführt sein, in Abhängigkeit der erwünschten Dämpfung.
Angesaugte und verdichtete Luft, welche durch ein erfindungsgemäßes Fluidrohr ausgehend von einem Auslass eines Verdichters eines Turboladers strömt, weist in vielen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf. Bei solchen hohen Strömungsgeschwindigkeiten treten üblicherweise Turbulenzen auf, welche im Verdichterrad angefacht werden, sich entlang des Fluidrohres ausbreiten und zu einer wahrnehmbaren Geräuschbildung und einem Druckverlust innerhalb des Fluidrohres führen können. Durch die Anordnung einer geeignet ausgebildeten dünnwandigen Struktur mit einer Vielzahl von Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen, welche unmittelbar anliegend oder gering beabstandet von der Innenwand des Grundkörpers angeordnet sind, in einem Fluidrohr können die sich in den Randbereichen des Fluidrohres bildenden Turbulenzen sich positiv auf die turbulente Hauptströmung auswirken. Eine solche positive Beeinflussung wird insbesondere dann erreicht, wenn die Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen die Bildung kleiner Wirbel verursachen, durch welche die Bildung größerer Turbulenzen aufgrund einer geeigneten, „geordneten“ Randschichtströmung vermieden werden kann. In Folge ergibt sich eine gleichmäßigere und schwächer turbulent ausgebildete Hauptströmung mit entsprechender Verbesserung des Strömungsgeräusches. Durch die beschriebene positive Beeinflussung der Turbulenzen im äußeren Randbereich des Fluidrohres können die durch Turbulenzen verursachten Strömungsgeräusche signifikant reduziert werden. Die nur geringe Querschnittsverringerung durch das Einsetzen der dünnwandigen Struktur in einem Fluidrohr und die Anordnung der Struktur unmittelbar am oder sehr nah am Innenumfang des Fluidrohres verursacht einen nur sehr geringen und daher unwesentlichen Druckverlust. Gleichzeitig werden die insgesamt auftretenden Druckverluste im Vergleich zu Fluidrohren ohne geräuschverbessernden Maßnahmen aber aufgrund der oben beschriebenen positiven Beeinflussung der turbulenten Strömung im äußeren Randbereich verringert, so dass insgesamt keine oder verringerte Druckverluste auftreten.
Ebenfalls vorteilhaft ist, dass sich geeignete dünnwandige Strukturen kostengünstig herstellen und in Fluidrohre einsetzen lassen. Dabei ist - wenn von dem Einsatz in einer bestehenden Geometrie eines Fluidrohres ausgegangen wird - kein zusätzlicher Bauraum erforderlich, weil sich das Fluidrohr selbst durch das Einsetzen nicht vergrößert. Ein erfindungsgemäßes Fluidrohr weist auch nur ein geringes Mehrgewicht auf, welches die dadurch erreichten verbesserten akustischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine rechtfertigt und geringer ist als viele alternative akustische Maßnahmen. Durch die Anordnung einer von dem Grundkörper separaten dünnwandigen Struktur, wie beispielsweise einem Lochblech, können auch bereits in einer Brennkraftmaschine verbaute Fluidrohre nachgerüstet werden und damit akustisch und drucktechnisch verbessert werden.
Das Vorstehende in Bezug auf die Herstellung gilt insbesondere, wenn die dünnwandige Struktur und/der das Fluidrohr selbst aus einem Metallwerkstoff hergestellt ist, insbesondere aus einem Aluminium- und/oder aus einem Stahlwerkstoff. Ein Fluidrohr mit einer solchen dünnwandigen Struktur kann ohne Probleme an einem Auslass eines Verdichters eines Turboladers angeordnet sein, wo Temperaturen von bis zu 200° oder bis zu 250° auftreten.
Ein erfindungsgemäßes Fluidrohr erstreckt sich insbesondere ausgehend von dem Verdichter bis zu einem Einlassventil für einen Brennraum. Alternativ erstreckt sich ein erfindungsgemäßes Fluidrohr ausgehend von dem Verdichter nur bis zu einem Ladeluftkühler oder einem separaten Saugrohr.
Eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Fluidrohres kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die dünnwandige Struktur derart angeordnet und ausgebildet ist, dass eine zumindest teilweise Unterströmung der dünnwandigen Struktur ermöglicht wird. In einer solchen, zumindest abschnittsweise beabstandeten Anordnung der dünnwandigen Struktur gegenüber der Innenwand des Grundkörpers des Fluidrohres ist ein entsprechender Strömungsraum mit einem Pfad für die angesaugte und verdichtete Luft zumindest über einen Abschnitt der dünnwandigen Struktur ausgebildet. Angesaugte und verdichtete Luft kann in diesem Fall aus einem Hauptströmungsbereich innerhalb der dünnwandigen Struktur in eine oder mehrere Durchgangsöffnungen einströmen, dann die dünnwandige Struktur unterströmen, d.h. zwischen der dünnwandigen Struktur und der Innenwand des Grundkörpers strömen, und schließlich durch eine oder mehrere Durchgangsöffnungen wieder in den Hauptströmungsbereich zurückströmen. Durch eine derartige Unterströmung kann insbesondere gezielt Einfluss auf die äußere Randschichtströmung in dem Fluidrohr genommen werden, um die dort auftretenden Turbulenzen akustisch zu optimieren, d.h. insbesondere ein insgesamt in einem Fluidrohr entstehendes Strömungsgeräusch zu minimieren.
Auch in diesem Fall beträgt der radiale Abstand zwischen der dünnwandigen Struktur und der Innenwand des Grundkörpers vorzugsweise maximal 2 mm, besonders bevorzugt maximal 1mm.
Besonders geeignet sind als dünnwandige Struktur Bleche mit einer Dicke von 0,5 mm bis 5 mm. Vorzugsweise beträgt die Dicke eines Blechs für eine dünnwandige Struktur 0,5 mm bis 2,5 mm und besonders bevorzugt 0,5 mm bis 1,5 mm. Ein als dünnwandige Struktur dienendes Blech, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, ist relativ kostengünstig herstellbar und weist ein nur geringes Gewicht auf. Es kann ferner, insbesondere durch Stanzen, Prägen und/oder sonstige Umformverfahren relativ kostengünstig mit Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen versehen werden. Es wird insoweit explizit auf die Möglichkeit verwiesen, als dünnwandige Struktur ein oder mehrere geeignet ausgebildete Prägebleche und/oder mikroperforierte Bleche einzusetzen. Die Prägungen und/oder Mikroperforierungen weisen dabei vorzugsweise eine sich in Hauptströmungsrichtung erstreckende Länge von maximal 8 mm auf, besonders bevorzugt eine Länge zwischen 1 mm bis 6 mm. Es ist jedoch auch möglich, die größte Länge von Prägungen oder Mikroperforierungen quer zur Hauptströmungsrichtung auszurichten. In diesen Fällen beziehen sich die oben genannten Längenangaben auf diese Haupterstreckungsrichtung der Prägungen und/oder Mikroperforierungen.
Die sich senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung erstreckende Breite von Prägungen ist vorzugsweise zwischen 1 mm und 8 mm, bevorzugt 1 mm bis 6 mm oder 1 mm bis 4 mm.
Ebenfalls explizit verwiesen wird auf die Möglichkeit, mikroperforierte Bleche derart zu prägen, dass nach der Prägung jeweils Bereiche zwischen zwei Prägungen gegenüber der Blechoberfläche hervorstehen, beispielsweise derart, dass sich im in ein Fluidrohr eingesetzten Zustand der dünnwandigen Struktur bogenförmige, tropfenförmige oder anders geformte Erhöhungen und/oder bogenförmige Vertiefungen ergeben. Solche Erhöhungen und Vertiefungen können so ausgerichtet sein, dass sie - insbesondere in Hauptströmungsrichtung - durchströmt oder unterströmt werden. Alternativ oder in Ergänzung können solche Erhöhungen und Vertiefungen so ausrichtet sein, dass sie nur zur Beeinflussung der Hauptströmung durch Veränderung der Strömungsrichtung dienen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Richtung von sich durch Prägungen ergebende Öffnungen querinsbesondere senkrecht - zur Hauptströmungsrichtung orientiert ist.
Ferner lässt sich ein Blech, insbesondere mit den vorstehend genannten Dicken, gut verformen und damit an die Kontur des Grundkörpers eines Fluidrohres anpassen. Gleichzeitig kann ein solches Blech noch mit einer gewissen Formstabilität erzeugt werden, so dass eine ungewünschte Veränderung der Geometrie bei der Montage in dem Grundkörper vermieden werden kann.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist zwischen der dünnwandigen Struktur und der Innenwand des Grundkörpers ein - zumindest teilweise, insbesondere in einer gewünschten Unterströmungsrichtung - luftdurchlässiges Vlies angeordnet. Ein solches Vlies kann nicht nur eine zusätzliche (aber im Vergleich zu klassischen „Ringkammerdämpfern“ eher geringe) Dämpfung der möglicherweise noch in geringem Maße auftretenden Geräusche bewirken. Vor allem aber kann durch die Anordnung eines solchen Vlieses Geräuschen durch Eigenschwingungen der dünnwandigen Struktur entgegengewirkt werden, die insbesondere dann störend sein können, wenn es zu einer Berührung der dünnwandigen Struktur und der Innenwand des Grundkörpers kommt. Dementsprechend kann die Anordnung eines Vlieses auch eine Montageerleichterung sein, insbesondere wenn sich die dünnwandige Struktur über eine Länge von mehr als 10 cm, mehr als 20 cm oder mehr als 25 cm erstreckt, und durch die Anordnung des Vlieses auf zusätzliche Befestigungsmaßnahmen in einem mittleren Bereich der Länge verzichtet werden kann.
Die Durchströmung eines Vlieses kann auch insoweit vorteilhaft sein, als die das Vlies passierende Strömung durch eine geeignete Oberflächenrauigkeit des Vlieses weitere kleine Wirbel ausbildet, welche den Turbulenzen im Bereich der Hauptströmung entgegenwirken, insbesondere in dem unmittelbar angrenzenden äußeren Bereich der Hauptströmung.
Ein zwischen der dünnwandigen Struktur und dem Grundkörper angeordnetes Vlies weist insbesondere eine Dicke von 0,1 mm bis 3 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 2 mm und weiter bevorzugt 0,5 mm bis 1 mm auf. Vorzugsweise ist das Vlies so ausgewählt und angeordnet, dass es den Bereich zwischen der dünnwandigen Struktur und dem Grundkörper ausfüllt, so dass das Vlies in radialer Richtung gegenüber diesen Elementen fixiert ist. Es ist aber auch möglich, die Dicke des Vlieses bewusst keiner zu wählen, um radiale und/oder translatorische Relativbewegungen zuzulassen, insbesondere wenn dadurch eine weitere dämpfende Wirkung erzielt werden kann.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform weist die dünnwandige Struktur eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen auf, wobei auf der zum Inneren des Grundkörpers gerichteten Innenfläche der dünnwandigen Struktur und/oder auf der zur Innenwand des Grundkörpers gerichteten Außenfläche der dünnwandigen Struktur zumindest teilweise zusätzliche Verbindungsvertiefungen ausgebildet sind, die zumindest einen Teil der Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen miteinander verbinden. Insbesondere können zusätzliche Verbindungsvertiefungen in Hauptströmungsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnete Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen miteinander verbinden. Verbindungsvertiefungen können alternativ aber auch quer zur Hauptströmungsrichtung vorgesehen sein, insbesondere senkrecht zur Hauptströmungsrichtung. Ebenfalls möglich ist es, Verbindungsvertiefungen in einer Querrichtung vorzusehen, um so einen gewissen Drall der Strömung zu erzeugen.
Unabhängig von der Orientierung von Verbindungsvertiefungen kann mit diesen eine besonders gleichmäßige äußere Randschichtströmung und somit auch eine akustisch besonders unauffällige und verlustarme Gesamtströmung durch ein Fluidrohr erzeugt werden.
Die Tiefe der Verbindungsvertiefungen entspricht vorzugsweise ungefähr der Hälfte der Dicke der dünnwandigen Struktur und liegt beispielsweise im Bereich von 30 bis 70 Prozent oder 40 bis 60 Prozent der Dicke der dünnwandigen Struktur.
Sofern es sich bei der dünnwandigen Struktur um ein Blech handelt, können die Verbindungsvertiefungen in das Blech einfach und kostengünstig eingeprägt sein.
Vorzugsweise ist die Tiefe der Verbindungsvertiefungen maximal 50 Prozent der Dicke der dünnwandigen Struktur. Wenn die Tiefe geringer ist als 50 Prozent der Dicke der dünnwandigen Struktur, können die Verbindungsvertiefungen auch unabhängig von der jeweiligen Position und Ausrichtung beidseitig an der dünnwandigen Struktur ausgebildet sein. Denn dann verbleibt auch bei Überschneidungen oder einer parallelen Anordnung von Verbindungsvertiefungen eine Restwandstärke. Vorzugsweise ist in diesem Fall die Tiefe maximal 25 Prozent der gesamten Dicke der dünnwandigen Struktur.
Unabhängig davon, auf welcher Seite Verbindungsvertiefungen ausgebildet sind, weisen diese vorzugsweise eine - sich von Durchgangsöffnung zu Durchgangsöffnung erstreckende - Länge von 2 mm bis 8 mm auf, insbesondere eine Länge von 4 mm bis 8 mm oder eine Länge von 6 mm bis 8 mm. Die sich senkrecht zur Längsrichtung erstreckende Breite beträgt vorzugsweise 1 mm bis 5 mm, insbesondere 1 mm bis 3 mm.
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die Verbindungsvertiefungen nicht zwingend geradlinig ausgebildet sein müssen. Dies ist zwar herstellungstechnisch bevorzugt. Es ist aber auch möglich, insbesondere zur akustischen Optimierung, Verbindungsvertiefungen mit gekrümmter Kontur auszubilden, insbesondere solche mit Radien oder beliebigen anderen Konturverläufen.
Ebenfalls wird auf die Möglichkeit verwiesen, dass nicht nur unmittelbar benachbarte Durchgangsöffnungen mittels Verbindungsvertiefungen verbunden sein können, sondern auch sich kreuzende Verbindungsvertiefungen oder nach bestimmten regelmäßigen oder unregelmäßigen Mustern vorgesehene Verbindungsvertiefungen vorgesehen sein können, beispielsweise solche Verbindungsvertiefungen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Durchgangsöffnungen zu einer weiter stromabwärts liegenden Durchgangsöffnung führen.
Besonders vorteilhafte - insbesondere akustische - Strömungseigenschaften ergeben sich, wenn die dünnwandige Struktur eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen aufweist und die Stegbreite zwischen zwei benachbarten Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen maximal der Hälfte der maximalen Breite derjenigen Vertiefung und/oder Durchgangsöffnung mit der jeweils größeren Breite entspricht.
Bei runden bzw. kreisförmigen Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen entspricht die Stegbreite maximal dem Radius bzw. der größten Breite. Bevorzugt entspricht die Stegbreite maximal der Hälfte des Radius bzw. der größten Breite.
Bei Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen, die als Längsschlitze ausgebildet sind, liegt die Stegbreite bei einer Länge des Längsschlitzes von 8 mm vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 mm und 4 mm.
Besonders positive Strömungseigenschaften ergeben sich, wenn sich die dünnwandige Struktur über den gesamten Umfang und/oder die gesamte Länge des Fluidrohres erstreckt. Damit sollen auch noch Varianten umfasst sein, welche sich über wesentliche Teile erstrecken, insbesondere über mehr als 90, 95 oder 98 Prozent des Umfangs und/oder der Länge. In diesem Fall wird über die gesamte Länge (oder einen wesentlichen Teil der Länge) bzw. den gesamten Umfang (oder einen wesentlichen Teil des Umfangs) der Bildung von akustisch auffälligen turbulenten Strömungen sicher und zuverlässig entgegengewirkt.
Es ist aber auch möglich, die dünnwandige Struktur nur über Teilbereiche des Umfangs und/oder Teilbereiche der der Länge auszubilden, insbesondere über Teilbereiche, in welchen akustisch auffällige turbulente Strömungen auftreten.
Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem wie vorstehend beschriebenen Fluidrohr und einem Verdichter eines Turboladers, wobei sich das Fluidrohr unmittelbar an den Auslass des Verdichters anschließt. Im Bereich des Auslasses des Verdichters tritt die angesaugte und verdichtete Strömung - insbesondere im Vergleich zu Brennkraftmaschinen ohne Verdichter - mit besonders hohen Strömungsgeschwindigkeiten aus. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Fluidrohres ist daher in Verbindung mit einer solchen Brennkraftmaschinen besonders vorteilhaft, weil so eine sich - ohne geeignete Maßnahmen - in solchen Fluidrohren zumindest in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine turbulenten Strömungen mit einer akustisch auffälligen Geräuschen einstellen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Fluidrohres mit einer darin angeordneten dünnwandigen Struktur. Die dünnwandige Struktur wird dabei - insbesondere als separat hergestelltes Element - in das Fluidrohr eingebracht, und die dünnwandige Struktur wird dann gegenüber dem Fluidrohr fixiert. Die Fixierung kann auf eine geeignete Art und Weise insbesondere kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen. Als besonders einfaches und kostengünstiges Montageverfahren wird auf ein Verpressen und/oder Umformen der dünnwandigen Struktur und/oder des Fluidrohres verwiesen, um die dünnwandige Struktur gegenüber dem Fluidrohr zu fixieren. So ergibt sich eine einfache Herstellung eines erfindungsgemäßen Fluidrohres. Zudem können mit einem solchen Verfahren bedarfsweise auch bereits in einer Brennkraftmaschine eingebaute Fluidrohre mit einer dünnwandigen Struktur nachgerüstet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass es ausreichend sein kann, die dünnwandige Struktur nur in einem Abschnitt oder zwei Abschnitten mit der Innenwand des Grundkörpers oder einem anderen Abschnitt des Fluidrohres zu verbinden, insbesondere mit einem Anfangs- und/oder Endabschnitt. Diese Abschnitte sind üblicherweise sehr gut zugänglich.
Ebenfalls wird auf die Möglichkeit verwiesen, die dünnwandige Struktur so einzubringen, dass durch eine geeignete Anordnung einer dünnwandigen Struktur eine Unterströmung auch durch unmittelbares Einströmen in Hauptströmungsrichtung in einen Zwischenraum zwischen der dünnwandigen Struktur und der Innenwand des Grundkörpers realisiert werden kann.
In einer besonders praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die dünnwandige Struktur - insbesondere ausgehend von einem ebenen Ausgangsprodukt - vor dem Einbringen in das Fluidrohr durch Biegen zu einer Struktur mit kreisförmigem Querschnitt geformt werden. Optional kann die sich ergebende Stoßstelle zumindest teilweise fest miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verlöten, Verschweißen, Verkleben oder Verpressen. Eine derartige kreisförmige Struktur kann dann in den Grundkörper eines Fluidrohres eingeschoben werden und erstreckt sich als rohrartige Struktur über den gesamten Umfang des Fluidrohres.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Anordnung eines Fluidrohres in einer Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung,
2 ein erfindungsgemäßes Fluidrohr mit einer darin angeordneten dünnwandigen Struktur in einer Schnittdarstellung,
3 eine dünnwandige Struktur in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben,
4 die dünnwandige Struktur aus 3 in einer Schnittdarstellung gemäß Linie IV-IV, 5 eine weitere dünnwandige Struktur in einer Draufsicht.

1 zeigt eine schematische Anordnung eines Fluidrohres 10 in einer Brennkraftmaschine 12. Das Fluidrohr 10 ist dabei an einen Auslass eines Verdichters 14 eines Abgasturboladers angebunden und erstreckt sich bis zu einem nur schematisch dargestellten Einlassventil 16 eines Brennraums (nicht dargestellt). Zwischen dem Verdichter 14 und dem Einlassventil 16 kann optional auch ein Ladeluftkühler 18 (gestrichelt dargestellt) angeordnet sein. Im Falle eines in der Ansaugstrecke angeordneten Ladeluftkühlers 18 erstreckt sich das Fluidrohr 10 ausgehend von dem Verdichter 14 nur bis zu dem Ladeluftkühler 18. Stromabwärts des Ladeluftkühlers 18 folgt dann ein bis zum Einlassventil 16 führendes, separates Saugrohr.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidrohres 10 in einem Längsschnitt dargestellt, das im Betrieb einer in 2 nicht dargestellten Brennkraftmaschine in Hauptströmungsrichtung H durchströmt wird. Das Fluidrohr 10 weist einen Grundkörper 20 mit einem runden Querschnitt auf. In dem Grundkörper 20 ist, radial nach innen von einer Innenwand 26 des Grundkörpers 20 beabstandet, eine dünnwandige Struktur 22 angeordnet. Bei der dünnwandigen Struktur 22 handelt es sich um ein in seiner Querschnittsform an den Grundkörper 20 angepasstes Element, das über die Länge und über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 24 aufweist. Die gezeigte dünnwandige Struktur 22 ist aus einem kreisförmig gebogenen Lochblech mit einer Dicke von 1,0 mm gebildet. Sowohl der Grundkörper 20 als auch die dünnwandige Struktur 22 sind aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, hier aus einem Stahlwerkstoff.
Die dünnwandige Struktur 22 ist beabstandet von der Innenwand 26 des Grundkörpers 20 in einem radialen Abstand r derart angeordnet, dass zwischen der dünnwandigen Struktur 22 und der Innenwand 26 ein Strömungsraum 28 für eine Unterströmung gebildet ist. Die dünnwandige Struktur 22 kann daher gemäß dem Pfeil u unterströmt werden. Der radiale Abstand r zwischen der Innenwand 26 und der dünnwandigen Struktur 22 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 1 mm. Ferner erstreckt sich die dünnwandige Struktur 22 über die gesamte Länge und den gesamten inneren Umfang des Grundkörpers 20 des nur teilweise dargestellten Fluidrohres 10.
Im Folgenden werden zur Beschreibung weiterer Ausführungsformen für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform.
In 3 und 4 sind ein Ausschnitt einer dünnwandigen Struktur 22 zusammen mit einem Ausschnitt eines luftdurchlässigen Vlieses 30 unabhängig von einem Grundkörper 20 dargestellt. Im in einem (hier nicht dargestellten) Grundkörper eingesetzten Zustand eines erfindungsgemäßen Fluidrohres 10 ist die dünnwandige Struktur 22 innenseitig des Fluidrohres 10 angeordnet. In radialer Richtung nach außen schließt sich dann das luftdurchlässige Vlies 30 an, das in dem Fluidrohr 10 zwischen der Innenwand 26 des Grundkörpers 20 und der dünnwandigen Struktur 22 angeordnet ist. Die (radiale) Dicke dv des Vlieses 30 und die (radiale) Dicke ds der dünnwandigen Struktur 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils gleich groß. Sie beträgt jeweils 1 mm.
Die dünnwandige Struktur 22 weist eine Vielzahl von kreisförmigen Durchgangsöffnungen 24 auf, welche in Hauptströmungsrichtung H betrachtet in gleichmäßigen Abständen hintereinander angeordnet sind. Quer zur Strömungsrichtung sind die Durchgangsöffnungen 24 versetzt zueinander angeordnet. Der Durchmesser D der Durchgangsöffnungen 24 beträgt in der gezeigten Ausführungsform 4 mm und die Stegbreite b zwischen zwei unmittelbar benachbarten Durchgangsöffnungen 24 liegt - sowohl in Hauptströmungsrichtung H als auch in Querrichtung betrachtet - bei 2 mm.
In 4 ist ein Schnitt durch die dünnwandige Struktur 22 aus 3 mit einer Durchgangsöffnung 24 und mit dem darunter angeordneten Vlies 30 dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist die Durchgangsöffnung 24 eine Innenkontur auf, die in Richtung der Innenfläche 36, welche zur Innenseite des Fluidrohres 10 orientiert ist, einen Radius 32 aufweist. In Richtung der Außenfläche 38, welche zur Innenwand 26 des Grundkörpers des Fluidrohres 10 orientiert ist, weist die dünnwandige Struktur 22 eine Fase 34 auf.
Unabhängig von der Ausbildung des Radius 32 und der Fase 34 in der in 4 gezeigten Ausführungsform sind hier Durchmesser D zwischen 1 mm und 5 mm bevorzugt, insbesondere Durchmesser D zwischen 2 mm und 5 mm, besonders bevorzugt Durchmesser zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere ca. 3,5 mm. Die sich senkrecht zum Durchmesser erstreckende Dicke der dünnwandigen Struktur 22 und des Vlieses 30 ist vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 1 mm und besonders bevorzugt ca. 0,5 mm. Dabei können die einzelnen Dicken auch unterschiedlich groß in diesen jeweiligen Bereichen gewählt sein, z.B. die Dicke der dünnwandigen Struktur 22 im Bereich zwischen 0,3 mm und 2 mm und die Dicke des Vlieses 330 zwischen 0,3 mm und 2 mm.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Flächenausschnitts einer dünnwandigen Struktur 22 in einer Ansicht von innen nach außen dargestellt. Die dünnwandige Struktur 22 weist zusätzlich zu Durchgangsöffnungen 24 Verbindungsvertiefungen 40 auf. Die Verbindungsvertiefungen 40 erstrecken sich nutartig jeweils zwischen zwei in Hauptströmungsrichtung H unmittelbar hintereinander angeordneten Durchgangsöffnungen 24. Da es sich nur um Vertiefungen und nicht um Durchgangsöffnungen handelt, ist die Tiefe der Vertiefungen 40 geringer als die Dicke der dünnwandige Struktur 22. In der gezeigten Ausführungsform beträgt sie über die gesamte Länge der jeweiligen Verbindungsvertiefung 40 jeweils 50 Prozent der sich in radialer Richtung erstreckenden Dicke der dünnwandigen Struktur 22, d.h. sie beträgt bei einer Dicke der dünnwandigen Struktur 22 von 1 mm 0,5 mm.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Herstellungstechnisch kann es bei allen beschriebenen Ausführungsformen vorteilhaft sein, eine dünnwandige Struktur 22 - ggf. zusammen mit einem Vlies 30 - in einen Grundkörper 20 einzubringen und in dem in den Grundkörper 20 eingesetzten Zustand dann durch Umformen an die Innenkontur anzupassen und/oder durch Umformen gegenüber dem Grundkörper 20 zu fixieren.
Bezugszeichenliste

10: Fluidrohr
12: Brennkraftmaschine
14: Verdichter
16: Einlassventil
18: Ladeluftkühler
20: Grundkörper
22: dünnwandige Struktur
24: Durchgangsöffnung
26: Innenwand
28: Strömungsraum
30: Vlies
32: Radius
34: Fase
36: Innenfläche
38: Außenfläche
40: Verbindungsvertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004012084 A1 [0002]
DE 10221429 A1 [0003]

Claims

Fluidrohr für eine Brennkraftmaschine (12) zur Anbindung an einen Auslass eines Verdichters (14) eines Turboladers, wobei das Fluidrohr (10) einen Grundkörper (20) aufweist und wobei innerhalb des Grundkörpers (20) eine dünnwandige Struktur (22) mit einer Vielzahl von Erhöhungen, Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Struktur (22) unmittelbar an der Innenwand (26) des Grundkörpers (20) anliegend oder in einem Abstand von weniger als 5 mm zur Innenwand (26) des Grundkörpers (20) angeordnet ist.
Fluidrohr nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Struktur (22) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass eine zumindest teilweise Unterströmung der dünnwandigen Struktur (22) ermöglicht ist.
Fluidrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Struktur (22) durch ein Blech gebildet ist, wobei das Blech eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm aufweist.
Fluidrohr nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech ein Wellblech ist.
Fluidrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dünnwandigen Struktur (22) und der Innenwand (26) des Grundkörpers (20) ein luftdurchlässiges Vlies (30) angeordnet ist.
Fluidrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Struktur (22) eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen (24) aufweist und auf der zum Inneren des Grundkörpers (20) gerichteten Innenfläche (36) und/oder auf der zur Innenwand (26) des Grundkörpers (20) gerichteten Außenfläche (38) der dünnwandigen Struktur (22) zusätzliche Verbindungsvertiefungen (40) ausgebildet sind, die zumindest einen Teil der Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen (24) miteinander verbinden.
Fluidrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Struktur (22) eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen (24) aufweist und die Stegbreite zwischen zwei benachbarten Vertiefungen und/oder Durchgangsöffnungen (24) maximal der Hälfte der maximalen Breite derjenigen Vertiefung und/oder Durchgangsöffnung (24) mit der jeweils größeren Breite entspricht.
Fluidrohr nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die dünnwandige Struktur (22) über den gesamten Umfang und/oder die gesamte Länge des Fluidrohres (10) erstreckt.
Brennkraftmaschine mit einem Fluidrohr (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einem Verdichter (14) eines Turboladers, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fluidrohr (10) unmittelbar an den Auslass des Verdichters (14) anschließt.
Verfahren zur Herstellung eines Fluidrohres (10) mit einer darin angeordneten dünnwandigen Struktur (22), dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Struktur (22) in das Fluidrohr (10) eingebracht wird und die dünnwandige Struktur (22) gegenüber dem Fluidrohr (10) fixiert wird.