DK172125B1 - Turboladet forbrændingsmotor - Google Patents

Description

i DK 172125 B1

Opfindelsen angår en turboladet forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts krydshovedmotor, med en af udstødsgas drevet turbolader, hvis kompressor er forbundet med cylindrenes indsugningsside via et rør, 5 som udmunder i et gennemstrømningskammer, såsom en ladeluftkøler eller en ladeluftreceiver.

Støjniveauet genereret ved motorens drift er af betydning for arbejdsforholdene i maskinrummet omkring motoren. Det er naturligvis ønskeligt, at støjniveauet 10 er så lavt som muligt, men en række motorkomponenter fremkalder støj. Turboladeren er en særlig kraftig støjkilde. Når kompressorhjulets skovle passerer forbi randen af udløbsåbningen klippes den udstrømmende luftmængde over, hvilket fremkalder tryksvingninger i 15 luften på kompressorens leveringsside. Disse tryksvingninger sætter den omgivende konstruktion i svingninger, hvilket fremkalder støj. Nyere turboladere har højere virkningsgrad og større trykforhold over kompressoren, hvilket fremkalder væsentlig højere støjniveau end 20 tidligere.

Støjen udstråles enten direkte fra turboladeren eller indirekte ved, at tryksvingningerne fra kompressoren transmitteres videre til de tilknyttede dele af motoren, som så udstråler støj. Støjdæmpning af et 25 motorelement kan principielt ske på to forskellige måder. Den primære, støjabsorberende metode består i at reducere niveauet for tryksvingninger inden i elementet, så elementet som helhed udstråler mindre støj, og den sekundære, støj isolerende metode består i at pakke 30 elementet ind i støjisolerende materiale.

Det rør, som forbinder kompressorens luftafgang med gennemstrømningskammeret, er normalt støjisoleret, men kan også være beklædt indvendigt med støjabsorberende materiale i tillæg til støjreduktionen ved hjælp 35 af den udvendige, støjisolerende indpakning af røret.

DK 172125 B1 2

Den primære støjreduktion i røret har også virkning i de mellem røret og motorens cylindre beliggende strømningselementer .

Opfindelsen har til formål at mindske støjen 5 udstrålet fra motorens indsugningssystem.

Med henblik herpå er ovennævnte motor ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at et lyddæmpende legeme er beliggende ud for rørudmundingen og strækker sig således på tværs forbi denne, at legemet sammen med den 10 modstående omkring rørudmundingen beliggende kammervæg afgrænser en ringformet udløbsåbning.

Når luften strømmer ud gennem rørudmundingen træffer den legemet, som blokerer for luftens bevægelse i rørets længderetning og afbøjer luftstrømningen ud 15 gennem den ringformede udløbsåbning. Når tryksvingningerne i røret træffer legemet, vil de i væsentlig grad reflekteres tilbage i røret i stedet for at udbredes videre ud i indsugningssytemets gennemstrømningskammer. Gennemstrømningskammeret har ofte så stort 20 volumen, at det vanskeligt kan pakkes ind med støjisolerende materiale på ydersiden. Det lyddæmpende legemes primære reduktion af tryksvingningerne i gennemstrømningskammeret er derfor særlig virkningsfuldt ved sådanne store motorelementer. Ved at begrænse tryksving-25 ningernes udbredelse til røret kan støjniveauet ud for indsugningssystemet mindskes til omkring halvdelen af den oprindelige lydstyrke. Denne store virkning opnås bl.a. i og med, at tryksvingningernes udbredelse til store motorelementer begrænses.

30 I en foretrukken udførelsesform ligger legemet i en sådan afstand fra rørudmundingen, at den ringformede udløbsåbning har et gennemstrømningsareal af mindst samme størrelse som rørudmundingen. Ved at undgå en formindskelse af strømningsarealet umiddelbart efter 35 rørudmundingen begrænses ladeluftens trykfald ved 3 DK 172125 B1 passagen af det lyddæmpende legeme til et minimum. Med det lille trykfald undgås at sætte kompressorens trykforhold op. Som nævnt ovenfor ville et sådant øget trykforhold ellers føre til større støjudstråling fra 5 selve kompressoren.

I en særlig enkel udførelsesform er legemet et pladestykke, der holdes i afstand fra kammervæggen omkring rørudmundingen af flere stavformede afstandsstykker, der ligger fordelt langs pladens periferi.

10 Afstandsstykkerne holder pladen fast uden nævneværdig forstyrrelse af luftstrømningen ud igennem den ringformede udløbsåbning. Det lyddæmpende legeme er enkelt at fremstille og meget lidt pladskrævende.

Legemet kan hensigtsmæssigt bære lydabsorberende 15 materiale på den side, der vender hen mod rørudmundingen. Når luftstrømmen rammer det lyddæmpende legeme, vil der i tillæg til reflektionen af tryksvingningerne tilbage i røret ske en lydabsorption, idet en del af tryksvingningerne opfanges i det absorberende materiale.

20 Den lyddæmpende virkning ved denne absorption er optimal, fordi tryksvingningerne rammer stort set vinkelret ind i overfladen af det lydabsorberende materiale. En sådan effektiv absorption er ikke mulig ved hjælp af det lydabsorberende materiale på rørets 25 inderside, idet tryksvingningerne her udbredes i rørets længderetning parallelt med materialets overflade.

Den indbyrdes placering af turboladeren og de øvrige komponenterne i motorens indsugningssystem er afgørende for forløbet af røret. I de tilfælde, hvor 30 rørets længdeakse forløber skråt i forhold til rørudmundingens plan, kan det af pladshensyn være fordelagtigt, at det lyddæmpende legeme forløber parallelt med rørudmundingens plan. For at opnå effektiv lyddæmpning foretrækkes, at legemet i dette tilfælde ligger således 35 excentrisk i forhold til rørudmundingen, at en frem- DK 172125 B1 4 bringer for rørfladen kan aftegne en lukket kurve på legemet. Frembringeren repræsenterer en fiktiv forlængelse af rørets sidevæg ud på den anden side af rørudmundingen. Når luften træder ud af røret, vil den 5 umiddelbart fortsætte med samme strømningsretning som inden i røret. Når en frembringer for rørf laden kan aftegne en lukket kurve på legemet, tvinger dette luften til at ændre retning over hele strømningstværsnittet, så det undgås, at tryksvingningerne visse steder kan 10 passere forbi det lyddæmpende legeme. Strømningen gennem den ringformede udløbsåbning bliver mere ensartet, hvis rørets længdeakse i det væsentlige skærer legemets arealtyngdepunkt.

Hvis pladsforholdene omkring rørudmundingen er 15 snævre, foretrækkes, at legemet er en plan plade, der ligger parallelt med og i afstand fra rørudmundingen.

Et sådant legeme er meget lidt pladskrævende og kan som oftest indbygges ved rørets tilslutningsflange uden øvrige ændringer i den omgivende konstruktion.

20 Det foretrækkes, at det lyddæmpende legeme ligger så tæt på kompressoren som praktisk muligt, hvilket hensigtsmæssigt kan ske ved, at det lyddæmpende legeme er beliggende ved ladeluftkølerens luftindløb ud for røret, som forbinder kompressorens luftafgang med 25 ladeluftkølerens lufttilgang.

Eksempler på udførelsesformer for opfindelsen forklares herefter nærmere med henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 og 2 viser en stor totakts turboladet 30 krydshovedmotor i henholdsvis endebillede og opstalt, fig. 3 en første udførelsesform for det lyddæmpende legeme ifølge opfindelsen, i sidebillede, fig. 4 i større skala et udsnit af legemet i fig.

3' 5 DK 172125 B1 fig. 5 en anden udførelsesform for det lyddæmpende legeme ifølge opfindelsen, set fra linien V-V i fig. 6, °g fig. 6 et planbillede visende beliggenheden af 5 rørudmundingen i forhold til legemet i fig. 5.

En stor totakts forbrændingsmotor 1 af krydshovedtypen kan anvendes som fremdrivningsmotor i et skib eller som stationær kraftproducerende motor. Motorens cylindre 2 afleverer gennem en udstødspassage 3 ud-10 stødsluften til en udstødsreceiver 4, der udligner tryksvingninger fra de enkelte cylindre og leder luften til et turbineindløb 5 på en turbolader 6. Motoren kan have én eller flere turboladere, alt efter motoreffekten og antallet af cylindre. I den viste motor med seks 15 cylindre er der to turboladere. Fra turbinen bortledes udstødsgassen gennem en ikke-vist udstødsledning.

Turbinen driver en kompressor, som komprimerer motorens indsugningsluft til det ønskede tryk. Indsugningsluften virker både som skylle- og ladeluft, og 20 benævnes for nemheds skyld herefter som ladeluft. Fra et kompressorudløb 7 sendes luften gennem et rør 8 (se fig. 2), som leder luften til et gennemstrømningskammer, der som vist kan være en ladeluftkøler 9. Køleren afleverer luften til et andet gennemstrømningskammer i 25 form af en ladeluftreceiver 10, hvorfra luften gennem et ikke-vist rør passerer ind i et gennemstrømningskammer i motorstativets cylinderparti 11, hvorfra luften gennem skylleluft-slidser i cylinderforingens sidevæg kan strømme ind i cylinderen. Hvis der i stedet for en 30 længdeskyllet totakts motor anvendes en firtakts motor, styres luftindstrømningen ved cylindrenes indsugningsside af indsugningsventiler.

Det ses, at motoren på indsugningssiden omfatter flere gennemstrømningskamre, der er strømningsmæssigt 35 forbundet ved hjælp af rør. I fig. 3 ses et lyddæmpende 6 DK 172125 B1 legeme 12, der ligger ud for udmundingen af røret 8, som forbinder kompressorens luftafgang med lufttilgangen på ladeluftkøleren 9. Det er naturligvis muligt at anbringe et tilsvarende lyddæmpende legeme ud for de efter-5 følgende rørudmundinger, hvis der Ønskes yderligere støjdæmpning. For at begrænse trykfaldet i indsugningssystemet foretrækkes, at der kun findes ét lyddæmpende legeme 12 ud for udmundingen af røret fra kompressoren.

Med denne beliggenhed foretages lyddæmpningen tæt på 10 kompressoren. Det lyddæmpende legeme kan også ligge ud for kompressorudløbet, men med den viste placering ud for røret 8 kan opnås den særlige fordel, at en lydabsorberende isolering 13 på indersiden af røret 8 dæmper tryksvingningerne i røret og dermed også tryks-15 vingningerne reflekteret fra legemet 12. Hvis motoren ikke har en ladeluftkøler, kan det lyddæmpende legeme være beliggende ved luftindløbet til ladeluftreceiveren eller ved luftindløbet til cylinderpartiet.

I fig. 3 ses kun et udsnit af ladeluf tkølerens øvre 20 kammervæg 14, der på indersiden er beklædt med lydabsorberende materiale 15. Materialet 15 ligger beskyttet af en ringformet krave 16 omkring rørudmundingen.

Det lyddæmpende legeme 12 er ved hjælp af afstandsstykker 17 fikseret til kammervæggen 14 i en sådan 25 afstand A fra kraven 16, at gennemstrømningsarealet af en ringformet udløbsåbning 18 i det væsentlige svarer til gennemstrømningsarealet ved rørudmundingen. Arealet af den ringformede udløbsåbning kan groft taget beregnes som friafstanden A mellem legemet 12 og indersiden af 30 isoleringen på kammervæggen 14 multipliceret med periferilængden af rørudmundingen. I praksis kan arealet være lidt mindre som følge af, at den ringformede udløbsåbning er brudt ved holdere eller afstandsstykker. Udløbsåbningen kan udformes med større areal, hvis 35 pladsforholdene i kammeret tillader dette.

7 DK 172125 B1

Afstandsstykkerne 17 omfatter en gevindstang, som indskrues i et gevindhul i kammervæggen 14, hvorefter et afstandsdannende rør s tykke skubbes ind på gevindstangen, som derefter føres gennem et hul i legemet 12.

5 Legemet 12 spændes ind mod enden af rørstykket ved hjælp af et par møtrikker 19. Alternativt kan kammervæggen omkring rørudmundingen være forsynet med påsvejste bæreflanger, hvortil det lyddæmpende legeme 12 fikseres.

Det lyddæmpende legeme 12 er opbygget af et 10 pladestykke 20, der på siden hen mod rørudmundingen er forsynet med et varmebestandigt lydabsorberende materiale 21, såsom glasuld, Rockwool (VM), opskummet plast eller et svampmateriale. Da indsugningsluften ved tilgangen til køleren er varm, beskyttes materialet 15 gennem indpakning i glasfibervæv 22, og den mekaniske styrke af det lydabsorberende materiale sikres ved hjælp af et rustfrit stålnet 23 anbragt omkring glasfibervævet. Nærmest rørudmundingen er der en perforeret plade 24, som beskytter det underliggende materiale.

20 Inden i røret 8 strømmer luften i en hvirvlende bevægelse hen mod rørudmundingen ved kraven 16. Efter passage af kraven 16 rammer luftstrømningen det lyddæmpende legeme 12, som tvinger luften til at ændre strømningsretning ud gennem udløbsåbningen 18, hvorfra 25 luften fortsætter ind i ladeluftkølerens indre. Når tryksvingningerne i luften rammer det lyddæmpende legeme, absorberes en del af svingningerne i det lydabsorberende materiale 21 på pladestykket 20, mens en anden del af tryksvingningen reflekteres tilbage i 30 røret 8.

I stedet for en plan plade 20 kan der benyttes en hvælvet plade, der set fra rørudmundingen kan være konkav for at koncentrere de reflekterede trykbølger i røret eller konveks for at lede den indstrømmende luft 35 skråt ind i det efterstillede kammer.

8 DK 172125 B1 I den efterfølgende beskrivelse af en anden udførelsesform anvendes sammen henvisningstal som ovenfor for elementer med samme funktion som i den første udførelsesform.

5 Røret 8 er også i dette tilfælde fastgjort til den øvre kammervæg 14. Kammervæggen 14 er på ydersiden forbundet med en stiver 30, der sammen med andre holdere bærer køleren. Omkring rørudmundingen 31, hvis periferi er vist i fuld streg i fig. 6, er kammervæggen trinfor-10 met ved hjælp af et vægafsnit 14' . Kompressorudløbet har en sådan beliggenhed i forhold til ladeluftkølerens indløb, at røret forløber skråt hen mod kammervæggen 14.

Rørets skrå forløb bevirker, at tryksvingningerne i luften efter passagen af rørudmund!ngen 31 udbredes 15 parallelt med rørets længdeakse 32. Det lyddæmpende legeme 12 har derfor en sådan størrelse og beliggenhed, at en frembringer for rørvæggen overalt vil træffe legemet 12. Den heraf følgende excentriske beliggenhed af legemet 12 i forhold til rørudmundingen 31 ses bedst 20 af fig. 6, hvor areal tyngdepunktet for rørudmundingen er markeret ved 33 og arealtyngdepunktet for legemet 12 ved 34. Det ses, at legemet 12 er cirkulært, men andre faconer kan naturligvis også anvendes, såsom en flerkantet facon. Beliggenheden af legemet 12 er valgt således, 25 at rørets længdeakse 32 skærer gennem arealtyngdepunktet 34.

I ovennævnte beskrivelse skal med rør blot forstås en strømningspassage, som leder hen til en udmunding, hvor luften strømmer ind i et kammer. Det støjdæmpende 30 legeme kan således også være anbragt ud for en udmunding i ladelu ft receiveren i tilfælde af, at køler og receiver er sammenbygget til en enhed uden egentlig mellemliggende rørforbindelse.

Claims (8)

9 DK 172125 B1

1. Turboladet forbrændingsmotor (1), navnlig en stor totakts krydshovedmotor, med en af udstødsgas drevet turbolader (6), hvis kompressor er forbundet med 5 cylindrenes indsugningsside via et rør (8), som udmunder i et gennemstrømningskammer, såsom en ladeluftkøler (9) eller en ladeluftreceiver (10), kendetegnet ved, at et lyddæmpende legeme (12) er beliggende ud for rørudmundingen (31) og strækker sig således på tværs 10 forbi denne, at legemet sammen med den modstående omkring rørudmundingen beliggende kammervæg (14) afgrænser en ringformet udløbsåbning (18).

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at legemet (12) ligger i en sådan 15 afstand fra rørudmundingen, at den ringformede ud løbsåbning (18) har et gennemstrømningsareal af mindst samme størrelse som rørudmundingen.

3. Forbrændingsmotor ifølge krav 1 eller 2, k e n -detegnet ved, at legemet (12) er et pladestykke 20 (20), der holdes i afstand fra kammervæggen (14) omkring rørudmundingen af flere stavformede afstandsstykker (17), der ligger fordelt langs pladens periferi.

4. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at legemet (12) bærer 25 lydabsorberende materiale (21,24) på den side, der vender hen mod rørudmundingen.

5. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at rørets længdeakse (32) forløber skråt i forhold til rørudmundingens (33) plan, 30 og at legemet (12) ligger således excentrisk i forhold rørudmundingen, at en frembringer for rørfladen kan aftegne en lukket kurve på legemet. 10 DK 172125 B1

6. Forbrændingsmotor ifølge krav 5, kendetegnet ved, at rørets længdeakse (32) i det væsentlige skærer legemets arealtyngdepunkt (34).

7. Forbrændingsmotor ifølge et af de foregående 5 krav, kendetegnet ved, at legemet er en plan plade, der ligger parallelt med og i afstand fra rørudmundingen.

8. Forbrændingsmotor ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at røret (8) forbinder 10 kompressorens luftafgang med ladeluftkølerens (9) lufttilgang, og at det lyddæmpende legeme (12) er beliggende ved ladeluftkølerens luftindløb.