JP2005069228A - マフラ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い流速の場合でも良好な消音作用を示すマフラを提供すること
【解決手段】 共鳴器マフラ（３）は、流路（６）を完全にまたは部分的に囲繞するチャンバ（３２）を有する。このチャンバは、カバープレート（３１）によって、流路に対し完全に覆われている。このカバープレートは、流路の周囲に沿って配置された複数の開口部（３３）を有する。カバープレートの開口部は、流れ方向に整列されているスロットとして形成されている。開口部をこのように形成することによって、パーフォレイト・プレートを有する共鳴器マフラと比較して、高い流速の場合でも良好な消音作用が得られる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関用の排気用ターボチャージャの分野に関する。

本発明は、請求項１の前提部分に記載の共鳴器マフラに関する。更に、本発明は、このような共鳴器マフラを有する内燃機関に関する。

コンプレッサは、内燃機関用の排気用ターボチャージャのノイズ放出にとって重要である。特に、コンプレッサの圧力側の出口では、高レベルのノイズが空気供給管に導入される。このようなノイズの低減のためには、これまで、満足の行く解決策がない。

流路に設けられたアブソーバの場合、圧縮空気の高い流速によって吸収材料が穴あきプレートのカバーを通って吐き出されるという問題が生じる。大部分後続の冷却器に材料が沈殿することによって、これらの冷却器が詰まることがある。実際また、内燃機関の後続のエンジン構成要素にある、鉱物をベースにして製造された繊維材料は望ましくない。

ヘルムホルツ共鳴器の原理に基づくマフラは、開口部が形成されたプレートによって覆われる１つ又は複数のチャンバからなる。チャンバ内の空気は開口部にある振動する気塊栓（Luftmassepfropfen）のためのバネとして用いられる。しかし、マフラの傍を導かれる圧縮空気の高い流速は、振動する気塊のかなりの部分が分断されることをもたらす。振動する空気栓すなわち気塊栓はより小さくなる。このことは、設計周波数の離調及び消音作用の低下をもたらす。従って、従来の共鳴器マフラは、最大限１００ｍ／ｓの、傍を流れる媒体の流速の故に、十分に有効でない。

従って、例えば特許文献１に記載された、流路に設けられた従来の共鳴器は、高い流速の故に、望ましい効果をもたらさない。
特開平第10-318194号公報

従って、本発明の基礎になっている課題は、高い流速の場合でも良好な消音作用を示す、明細書導入部に挙げたタイプのマフラを提供することである。

この課題は、本発明により、請求項１の特徴によって解決される。

共鳴器マフラは、流路又は周囲の部分を囲繞する少なくとも１つのチャンバを有する。このチャンバは、カバープレートによって、流路に対し完全に覆われており、このカバープレートは、１つ又は複数の開口部を有する。カバープレートの開口部は、本発明では、実質的に流れ方向に整列されているスロットとして形成されている。

スロットの長さの故に、流れは、開口部における振動する気塊栓を全長に亘って同時に分断することができないか、気塊栓の可動性を全長に亘って同時に制限することができない。従って、本発明に係わるマフラの消音作用は、高い流速の場合でも著しく保たれる。

最適な消音作用を達成するために、開口面すなわち開口部の面積の合計と、チャンバの、流路に向けられた全面積の比は、４％と２５％の間、特に６％と１４％の間に選択されている。比が小さ過ぎても大き過ぎても、作用は減少する。

流れ方向におけるスロットの長さを、スロットの幅よりも著しく大きく選択することは好都合である。異なった長さで形成されているスロットをカバープレートに形成することによって、マフラの効果は更に改善されることができる。

複数の互いに分けられたチャンバが流路に沿って設けられるとき、消音作用は、より広い周波数範囲に調節されることができる。このためには、スロットの開口面の数、長さ及び合計が変えられる。

高い流速の場合でも効果的である、本発明に係わるマフラが、ターボチャージャのコンプレッサのノイズの低減のために用いられることは好都合である。かなりのノイズ値及び前記高い流速が生じる、特に排気出口の領域に、かくて、空気を導く後続の構成要素のノイズ放出の望ましい減少への著しい貢献が達成されることができる。

このマフラの据付のためには、特に、コンプレッサの出口の螺旋とエンジン構成要素の結合手段であるコンペンセータが適切である。コンペンセータを重要な据付位置として選択することによって、既に提供されたか作動している内燃機関の改装の可能性も生じる。

同様に、マフラを、螺旋状のコンプレッサハウジングの出口に直接据え付けることも好都合である。ノイズ源により近い位置及び幾らか狭い流路の故に、共鳴器の作用は更に改善されることができる。

他の利点は従属請求項から明らかである。

以下、図面を参照して、本発明に係わるマフラの据付の実施の形態並びにマフラの構造の実施の形態を略示しかつ詳述する。すべての図面において、作用の同じエレメントには、同一の参照符号が付されている。図１はターボチャージャが接続された内燃機関の一部を略示している。内燃機関は、例えば、例えば船又は固定式の発電設備に用いられる大型ディーゼル機関である。ターボチャージャはコンプレッサ１を有する。このコンプレッサでは、空気が吸引及び圧縮され、続いて、コンプレッサの出口１１及び接続管４を通って内燃機関の給気冷却器５に供給される。この場合、圧縮空気は、矢印方向に、流路６の中を流れる。この流路は、内燃機関におけるターボチャージャの配置に応じて、短かったり長かったりしてもよく、１つ又は複数の管状の中間部材を有してもよい。これらの中間部材のうちの１が、略示されたコンペンセータエレメント２である。

図２に拡大して示されたコンペンセータエレメントは、弾性のプレートから形成されたコンペンセーションエレメント２１を有する。該コンペンセーションエレメントは、２つの取付用フランジ２２と２３との間に設けられている。図２の右半分に示されているように、コンペンセータエレメントの長さは、弾性的な補整領域の故に、伸ばされることができる。従って、ターボチャージャと内燃機関との間の間隔の変化は補整されることができる。取付用フランジ２２及び２３は、ネジ７又は他の固定手段によって、出口管すなわちコンプレッサの出口１１の、取付用フランジに対応するフランジと、給気冷却器５に通じる接続管４とに接続されている。

本発明では、マフラ３はコンペンセータの内部に設けられている。このマフラは、カバープレート３１にスロット状の開口部３３を有する共鳴器マフラである。共鳴器チャンバ（以下、単にチャンバともいう）３２はカバープレートを流路６から分離している。図示した実施の形態では、マフラは、流れ方向に並設されておりかつ夫々異なった多数のスロットを有する３つの共鳴器チャンバを含む。これらのチャンバは、別個のカバープレートによって、しかしまた、１つ又は複数の共通のカバープレートによって覆われていてもよい。図示した実施の形態では、例えば、上方のチャンバは独自のカバープレートによって覆われており、他方では、２つの下方のチャンバは、共通のカバープレートの下に位置している。

周囲に沿って並設されていてもよい個々のチャンバは、壁部分すなわちチャンバ区分部分３５によって区分されている。これらのチャンバは、半径方向外側に、後壁部分３４によって区画されている。周囲に設けられたチャンバ場合、これらのチャンバは、軸に平行に挿入された壁部分によって互いに分離される。

複数のスロットは、実質的に流れ方向に整列されており、幅ｂよりも少なくとも３倍大きい長さｌを有する。流れが１つの方向に均等に延びていないので、個々のスロットは、流れ分布により良く対応するために、互いに小さな角度でも設けられていてもよい。流れ分布に応じて、スロットは湾曲して形成されていてもよい。スロットの奥行きｔは、例えばカバープレートの厚さを越えて、実現されることができる。全ての３つの大きさ（スロットの長さ、幅及び奥行き）は、１つのチャンバについてのスロットの数及びチャンバの寸法と同様に、マフラの消音能力への直接的な影響を有する。

マフラ３は、自己支持形のユニットとして形成されている。端面側の壁部３６には段部が組み込まれている。この段部は、マフラをコンペンセータエレメントに取り付けるために、前記段部に対応しており、且つ取付用フランジ２２に形成されたリセスに適合する。取付の際に、先ず、マフラ３及びコンペンセータエレメント２が纏められる。続いて、コンペンセータエレメントは、マフラと共に、コンプレッサの出口とエンジン側の空気管との間に挿入され、両側で、設けられた取付用フランジにしっかりねじ込まれる。同時に、コンプレッサの出口の側で、端面側の壁部３６は取付用フランジ２２とコンプレッサの出口１１のフランジとの間で緊締される。マフラは、他に、給気冷却器に通じる接続管４の側にも緊締されていてもよい。

マフラの長さは、無負荷のコンペンセータエレメントを越えて、流れ方向に及び／又は流れ方向と逆方向に、供給管及び排出管内に突き出ていてもよい。

図３は、本発明に係わるマフラが如何にコンプレッサの出口の領域に設けられることができるかという第２の可能性を示している。マフラは、螺旋状のコンプレッサハウジングの構成要素として、コンプレッサハウジングの出口に、いわゆる出口管１１に設けられている。マフラ３を螺旋状の出口に直の領域に設けることによって、消音はなお幾らか改善されることができる。音は、この領域では、多くの成分を含む。これらの成分は、低減されずにコンプレッサ出口の方向に伝達されることはなく、マフラによって低減される。出口管における流路の幾らか少ない直径は、同様に、幾らか高い低減を引き起こす。このマフラの場合でも、種々の寸法（スロットの数、長さ、幅、奥行き、形状及び配列）を有する複数の共鳴器チャンバ３２を組み合わせることによって、基本的に狭帯域で作動する共鳴器の有効な帯域幅が拡大され、かくて、２つの又はそれより多い周波数範囲での作動が達成されることができる。出口管に設けられたマフラは、別個の装入物として製造されていてもよい。この装入物は、取付の際に、ハウジング内の、装入物に対応するリセスに挿入される。

実質的に流れ方向に整列されたスロットを有する、本発明に係わるマフラは、コンプレッサの出口の領域のために特に適切であるが、流路の他の領域にも、例えば、コンプレッサの吸引領域に又はタービン側に挿入されることができる。

本発明に係わる共鳴器マフラの機能を以下に説明する。円形の開口部を有する従来のヘルムホルツ共鳴器の場合、開口部の気塊は、ほぼ、気塊・ばねシステムの気塊に対応し、チャンバ内の空気量は気塊・ばねシステムのばねに対応する。チャンバの容積はカバープレートによって流れから分離されている。今、流れが、高速で、開口部を通過するとき、振動する空気栓の一部が流れによって分断される。振動する空気栓はより小さくなる。このことは周波数偏位をもたらす。更に、空気栓の半径方向の可動性は、かすめて通る空気によって妨げられて、追加的に、低減された消音作用が生じる。

このことは、本発明に係わるマフラの場合、スロットの長めの開口部の使用によって、著しく減少される。スロットの長さの故に、流れは、気塊栓すなわち空気栓を全長に亘って同時に分断することができないか、気塊栓の可動性を全長に亘って同時に制限することができない。

組み込まれた共鳴器マフラを有するコンペンセータエレメントの、排気側での、ターボチャージャと内燃機関の間での据付の、その略図を示している。 図１に示した、コンペンセータエレメント及び組み込まれた共鳴器マフラの、流れ方向での断面図を示している。コンペンセータは、図の左半分では通常の状態で、右半分では僅かに伸びた状態で示されている。 螺旋出口に組み込まれた共鳴器マフラを有する螺旋状のコンプレッサハウジングの部分断面図を示している。

符号の説明

１・・・コンプレッサ、２・・・コンペンセータエレメント、３・・・マフラ、４・・・給気冷却器に通じる接続管、５・・・給気冷却器、６・・・流路、７・・・ネジ、１１・・・コンプレッサの出口／出口管、２１・・・コンペンセーションエレメント、２２・・・取付用フランジ、２３・・・取付用フランジ、３１・・・カバープレート、３２・・・共鳴器チャンバ、３３・・・開口部／スロット、３４・・・チャンバ後壁、３５・・・チャンバ区分部分、３６・・・マフラの端面壁部、ｌ・・・スロットの長さ、ｂ・・・スロットの幅、ｔ・・・スロットの奥行き。

Claims (11)

1. 流路（６）を少なくとも部分的に囲繞する少なくとも１つのチャンバ（３２）を有する共鳴器マフラ（３）であって、この少なくとも１つのチャンバは、カバープレート（３１）によって前記流路に対し完全に覆われており、このカバープレートは、前記流路の周囲に沿って配設された１つ又は複数の開口部（３３）を有してなる共鳴器マフラ（３）において、
   前記カバープレートの前記開口部がスロットとして形成されていること、及び前記スロットが実質的に流れ方向に整列されていることを特徴とする共鳴器マフラ。
2. 前記開口部（３３）の面積の合計と、各々のチャンバの、前記流路に向けられた全面積（３１）の比は、４％と２５％の間、特に６％と１４％の間にあることを特徴とする請求項１に記載の共鳴器マフラ。
3. 前記スロットの長さ（ｌ）と前記スロット（３３）の幅（ｂ）の比は、３よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の共鳴器マフラ。
4. 前記スロット（３３）は、少なくとも部分的に異なった長さで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の共鳴器マフラ。
5. 前記共鳴器マフラは、流れ方向に相並んで又は周囲に設けられた複数のチャンバ（３２）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の共鳴器マフラ。
6. 前記複数のチャンバは、夫々、別個のカバープレートによって覆われていることを特徴とする請求項５に記載の共鳴器マフラ。
7. 前記複数のチャンバ（３２）の前記カバープレートは、夫々、１つのチャンバにつき異なった数のスロット（３３）によって覆われていることを特徴とする請求項５又は６に記載の共鳴器マフラ。
8. 少なくとも１つの排気用ターボチャージャを有し、流れを導く少なくとも１つのコンペンセータエレメント（２）が、前記排気用ターボチャージャの領域内に、請求項１乃至７のいずれか１に記載の少なくとも１つの共鳴器マフラ（３）を有してなる内燃機関。
9. 前記コンプレッサの出口（１１）の領域に、コンペンセータエレメント（２）が設けられていること、及び前記共鳴器マフラ（３）は、大部分が、前記コンペンセータエレメントの一体部分として形成されており且つ取り付けられることができることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. コンペンセータエレメント（２）が、出口管すなわちコンプレッサの出口（１１）と、給気冷却器（５）に通じる接続管（４）との間に設けられていること、及び前記共鳴器マフラ（３）が、前記コンペンセータエレメントを越えて、流れ方向に及び／又は流れ方向と逆方向に、少なくとも一方の側で突き出ており、それによって、前記共鳴器マフラが前記接続管及び／又は前記出口管の中に突出していることを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関。
11. 前記排気用ターボチャージャは、ガス状の媒体を圧縮するためのコンプレッサ（１）を有し、このコンプレッサは、ガス入口側の開口部及びガス出口側の開口部を有するコンプレッサハウジングを具備し、前記ガス出口側の開口部は、流れを導く少なくとも１つのコンペンセータエレメントを取り付けるための出口管（１１）を有し、且つ、前記共鳴器マフラ（３）は、前記出口管に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。

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