JP2020122481A - ターボチャージャのための吸気消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製造可能である新式の吸気消音器と、当該吸気消音器を有するターボチャージャとを提供する。【解決手段】本発明は、シリンダ形のハウジング（１０）を有する吸気消音器（１）に関するものであり、前記ハウジングは、向かい合う第１の端壁及び第２の端壁（２０、３０）と、前記端壁（２０、３０）の間に延在し、給気の径方向の流入のための主流入口（Ｅ）を形成する通気性の外壁（４０）と、前記端壁（３０）の領域に形成された、給気の軸方向の流出のための主流出口（Ｈ）と、を有しており、前記ハウジング（１０）内部では、多数の減衰要素（５０）と接続ウェブ（６０）とが、前記第２の端壁（２０）から前記第１の端壁（３０）まで延在しており、前記接続ウェブ（６０）それぞれは、前記減衰要素（５０）の径方向外側に位置する側縁領域（５１）と前記外壁（４０）との間に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスターボチャージャの圧縮機のための吸気消音器と、当該吸気消音器を有するターボチャージャとに関する。

同種のフィルタ消音器は、例えば特許文献１から知られている。この種のフィルタ消音器は、例えば、燃焼空気を圧縮し、内燃機関に供給する圧縮機の吸入側において用いられる。当該圧縮機は、排ガスターボチャージャの排ガスタービンによって駆動される。

その際、望ましくないことに、音波に大きな振幅が生じ、当該振幅は、吸気ダクトを通って周囲に放出される。それゆえ一般的に、当該音波は消音器を用いて減衰させられる。このために、周囲空気は、消音器の外周に配置されたフィルタを通って、減衰要素が設けられた消音器の内側空間に流入し、次に、当該減衰要素の側を通り過ぎ、案内要素によって、音波が空気流に向かって放出される圧縮機翼に向かって方向を転換される。

特許文献２からは、フィルタ消音器が知られており、当該フィルタ消音器には、同じタイプであり、減衰板及び吸収要素という２つの部材から構成された減衰要素が用いられるという上述の利点がみられる。

特許文献３は、シリンダ形のハウジングを有する吸気消音器を開示している。当該ハウジングは、向かい合う円形の端壁と、これらの端壁の間に延在し、第１の媒体の主流のための主流入口を供給する管状の外壁とを有しており、端壁の領域には、第１の媒体の主流のための主流出口が形成されている。吸気消音器を給気が貫流する際に、軸方向において下流の圧縮機に流入させるために、ほぼ径方向の流入の、ほぼ軸方向の流出への方向転換が行われる。

先行技術から知られた吸気消音器は、数多くの欠点を有している。

通常は、ハウジングの剛性を満足できるように解決することはできないか、又は、構造から、特徴的な固有振動数及びエンジンにおける振動挙動に関して欠点が生じる。部材の固有振動数は、しばしば典型的なエンジンの主励起オーダーの範囲にあり、結果として、吸気消音器には、高い動的負荷が加えられている。さらに、大型エンジンの周囲において、エンジン部材の機械的振動に関する有効な基準値が超過される場合が増加している。

さらに、ハウジングの剛性を改善する場合、主要機能である、十分な音響減衰と可能な限り少ない吸気圧損失とに不利な影響を及ぼさずに、重量の減少を実現することが望ましい。

さらに、先行技術から知られた吸気消音器では、個々の部材、特に減衰要素へのアクセスの可能性が不十分であり、例えば点検修理のために必要な解体が、エンジンに取り付けられた状態では完全には可能ではない。

欧州特許出願公開第０５７４６０５号明細書 独国特許発明第１９５１４９９０号明細書 欧州特許出願公開第２３８６７６１号明細書

このような状況から出発して、本発明の課題は、上述の欠点を克服し、安価に製造可能である新式の吸気消音器と、当該吸気消音器を有するターボチャージャとを提供することにある。

本課題は、請求項１に記載の特徴の組み合わせによって解決される。

本発明の基本的な思想は、本発明の概念が、容易に取り付け可能である消音器の減衰要素の配置を供給することにあり、当該減衰要素は、このために設けられた径方向内側から径方向外側に向かって延在する端壁内の開口部又はリセスに、軸方向、すなわちターボチャージャのロータ軸の方向において押し込まれる。このために、ハウジングは、一方の端壁において、対応するように形成された複数の開口部を有しており、当該開口部の横断面形状は、好ましくは減衰要素の横断面形状に対応するように構成されており、それぞれ２つの直接隣接する減衰要素の間には、１つの流路がそれぞれ延在している。減衰要素の解体／組み立ては、外壁に存在する周方向多孔板と、一般的に取り付けられているフィルタマットとを解体せずとも、理想的には複数の部分から構成されているカバーを取り去ることによって、非常に容易に行われ得る。

本発明によると、このために、シリンダ形のハウジングを有する吸気消音器が提案され、当該ハウジングは、向かい合う第１の端壁及び第２の端壁（前方端壁及び後方端壁）と、これらの端壁の間に延在し、給気の径方向の流入のための主流入口を形成する通気性の外壁と、端壁の領域に形成された、給気の軸方向の流出のための主流出口と、を有しており、ハウジング内部では、多数の減衰要素と接続ウェブとが、第１の端壁から第２の端壁まで延在しており、各接続ウェブは、減衰要素の径方向外側に位置する側縁領域と外壁との間に配置されており、従って、軸方向に延在している。

各接続ウェブは、減衰要素に接しており、このために好ましくは、各減衰要素の仮想の伸長部分に位置している。その際、接続ウェブの幅は、その径方向外側に位置する側縁領域の、接続ウェブが隣接する減衰要素に接する位置において、減衰要素の厚さにほぼ対応している。これによって、流路が不利な影響を受けることはなく、又は、２つの減衰要素の間のフィルタ消音器の開放された流入横断面が減少することがない。それによって、減衰要素の間に取り付けられた接続リブの数も減少させることが可能となり、特に流れに影響を与える当該接続リブの厚さを、ハウジングの剛性が同じか、又は、改善された場合に減少させることが可能となり、全体として、消音器内の流れの損失に関して有利に作用する。

本発明の好ましい態様では、接続ウェブの数が減衰要素の数に一致することが規定されている。さらに、減衰要素が径方向に対して湾曲した減衰要素として、特に鎌状に湾曲した減衰要素として構成されていると有利である。これは、減衰要素が径方向外側から径方向内側に向かって見た場合に、弓形に延在していることを意味している。

さらに、減衰要素がその第１の径方向に延在する縁部で、ハウジングの第１の端壁に形成された開口部内に突出すると共に、好ましくは減衰要素が、その第２の、第１の縁部の反対側の縁部で、第２の端壁のリセス又は弓形の溝内に取り付けられていると有利である。溝の形状が、該当する縁部における減衰要素の横断面形状に対応する弓形形状である場合、特に有利である。

さらなる有利な態様では、端壁内（すなわち前方端壁又は前面）の、端壁側受容部（例えば対応して形成されたリセス）に、１つ又は複数の取り外し可能なカバー又は保持キャップが設けられており、これらのカバー又は保持キャップは、組み立てられた状態において、端壁の開口部を覆い、好ましくは開口部をその位置に保持することが規定されている。

消音器の端壁の１つは、減衰要素の軸方向における押し込みが行われた後、１つ又は複数の前記カバーを用いて閉鎖される。その際、減衰要素は、カバーによって、軸方向において、反対側の後方端壁のリセス又は溝に押し付けられる。

減衰要素は、吸収体部分と、好ましくは２つの軸方向に延在するガイドレールと、２つの側方多孔板カバーとから構成されている。その際、当該吸収体部分はその厚さに関して、当該吸収体部分が、減衰すべき周波数領域への良好な音響的適応の他に、カバー板を前方端壁の開口部の内側及びガイドレールに押し付け、確実な固定が保証されるように設計されている。

その際、有利な一態様においては、それぞれ径方向内側に位置するガイドレールが、第２の端壁から第１の端壁まで（軸方向において）延在しており、減衰要素はそれぞれ、その径方向内側に位置する側縁領域で、内側に位置するガイドレールに、及び、その径方向外側に位置する側縁領域で、外側に位置するガイドレールに取り付けられていることが規定されている。有利には、減衰要素の両方の軸方向に延在する側縁領域は、丸みを与えられた、又は、半径を設けられた領域として設計されている。

それぞれ径方向内側に位置するガイドレールに関して、穿孔（理想的には、減衰要素の用いられる側方カバー板と比較可能又は同じであり、全長の少なくとも６５％にわたって延在する穿孔又は多孔性）を設けると、音響的に有利である。その際、穿孔されないままの面が、圧縮機に対向している。これによって、一方では、吸収体部分が、特に圧縮機のポンプサージングが生じた場合に保護され、他方では、音響減衰が損なわれない。

代替的に、接続ウェブがそれぞれ平行に、直接隣接する外側に位置するガイドレールの横を延在し、それによって、当該ガイドレールは、各接続ウェブに接するということを規定してもよい。さらに、接続ウェブが、減衰要素の丸みを有するように形成された側縁領域の係合のために、概ね湾曲した、又は、凹形の輪郭を有していると有利である。

本発明のさらなる好ましい態様では、一周する環状ウェブが、接続ウェブ同士の接続、及び、減衰要素の間に取り付けられたハウジングリブとの接続を形成することが規定されている。環状ウェブは、外壁を形成すべく、周方向多孔板を平らに支持するために用いられ、当該周方向多孔板は、従来のネジ接続に加えて、クランプストラップを通じてハウジングに固定されている。その際、一周する環状ウェブは、好ましくは中央に配置されたクランプストラップのための、画定された支持面を形成する。

ハウジングと端壁との間では、例えば繊維質のフェルト又はフリースから成るインサートが、音響のデカップリングのため、及び、音響減衰を高めるために用いられる。ここでは、代替的に、厚手の層状減衰マット（例えばブチルから成る）を裏面に取り付けてもよい。上述の構成は、特に、減衰要素の解体及び組み立てが、エンジン及びターボチャージャに取り付けられている状態でも、容易かつ安価な方法で実施可能である点において、有利である。

本発明の別の有利なさらなる発展形態は、従属請求項において示されているか、又は、以下において、本発明の好ましい態様の説明と共に、図面を用いて詳細に示される。示されているのは以下の図面である。

吸気消音器の実施例を示す斜視図である。 図１の実施例に係る吸気消音器の一部を示す斜視図である。 図２に類似した斜視図ではあるが、取り付けられた減衰要素を伴わない図である。 部分的に取り付けられた減衰要素と共に、後方端壁の内側を詳細に示す斜視図である。 部分的にハウジング部材が取り除かれた、図１に係る吸気消音器の斜視図である。 図２に類似した斜視図ではあるが、前方端壁の内側を共に示した図である。

以下において、本発明を、図１から図６を参照し、例示的な実施例を用いて詳細に説明するが、図中の同じ参照符号は、同じ機能的及び／又は構造的特徴を示している。

図１には、吸気消音器１の実施例が斜視図で示されている。

吸気消音器１は、第１及び第２の向かい合う端壁２０、３０と、端壁２０、３０の間に延在する通気性の外壁４０とを有する、シリンダ形のハウジング１０と共に示されている。前方端壁及び後方端壁２０、３０には、さらにそれぞれ脚部９０が存在している。

外壁は、流体技術的に開放されており、給気が径方向に流入するための主流入口Ｅを形成している。後部の、すなわち後方端壁２０の領域には、給気が軸方向に流出するための主流出口Ｈが形成されている。

前方端壁３０には、３つの取り外し可能なカバー３７が取り付けられている。図５では、カバー３７の内の１つが取り除かれている。

図２は、図１の態様に係る吸気消音器１の一部を斜視図で示しており、前方端壁３０と外壁４０とは、取り除かれている。

ハウジング１０の内部には、多数の減衰要素５０が設けられている。さらに、接続ウェブ６０が形成されており、接続ウェブ６０は、後方端壁２０から、取り付けられていない前方端壁３０の方向に延在している。図３には、部分的に切り取られた図が示されており、減衰要素５０は、その取り付け位置から取り除かれている。さらに認識されるように、接続ウェブ６０は、減衰要素５０の径方向外側に位置する側縁領域５１と、外壁４０との間に配置されている。

減衰要素５０は、径方向Ｒに対して鎌状に湾曲しており、その第１の径方向Ｒに延在する縁部５３で、後方端壁２０のリセス２１内に突出している。

さらに、減衰要素５０は、その第２の、第１の縁部５３とは反対側の縁部５４で、前方端壁３０の開口部３１内に取り付けられている。減衰要素５０の取り付けのために、減衰要素５０は、ポケット様のリセス２１内に突出し、リセス２１内に取り付けられるまで、前方端壁３０の開口部３１を通過する。減衰要素５０を、その取り付けられた位置において固定するために、図５に示すように、減衰要素５０はカバー３７によって保持される。

さらに、減衰要素５０は、径方向内側に配置された、ほぼＵ字形に湾曲したガイドレール３３によって保持され、ガイドレール３３内には、減衰要素の端部側縁部が突出しており、それによって、減衰要素５０はそれぞれ、その径方向内側に位置する側縁領域５２で、内側に位置するガイドレール３３に取り付けられている。

さらに、減衰要素５０は、径方向のさらに外側に配置された、ほぼＵ字形に湾曲したガイドレール３４によって保持され、ガイドレール３４内には、減衰要素の外側に位置する端部側縁部が突出しており、それによって、減衰要素５０はそれぞれ、その径方向外側に位置する側縁領域５１で、外側に位置するガイドレール３４に取り付けられている。図４からさらに認識できることに、径方向外側に位置するガイドレール３４は、接続ウェブ６０に直接接して、すなわちそれぞれ、直接隣接する減衰要素５０の径方向外側に位置する側縁に対して平行に延在しており、その際、減衰要素５０は、各接続ウェブ６０にガイドレール３４で接している。

図２及び図３では、３つの接続リブ７０が示されており、これらの接続リブは、固定するように、後方端壁及び前方端壁２０、３０の間に延在しており、その際それぞれ、２つの減衰要素５０の間に配置されている。これらの接続リブ７０は、減衰要素５０とほぼ同じ曲率を有している。さらに、接続ウェブ６０の周囲には、外側を取り囲むように環状ウェブ８０が取り付けられており、環状ウェブ８０は、接続ウェブ６０を固定するように互いに接続している。

図６は、前方端壁３０の内側を斜視図で示している。

本発明は、その態様において、上述の好ましい実施例に限定されるものではない。むしろ、根本的に異なる種類の態様においても、示された解決法を用いる多くの変型例が考えられる。

１ 吸気消音器
１０ ハウジング
２０ 第２の端壁、後方端壁
２１ リセス、開口部
３０ 第１の端壁、前方端壁
３１ 開口部
３３、３４ ガイドレール
３７ カバー
４０ 外壁
５０ 減衰要素
５１、５２ 側縁領域
５３ 第１の縁部
５４ 第２の縁部
６０ 接続ウェブ
７０ 接続リブ
８０ 環状ウェブ
９０ 脚部
Ｅ 主流入口
Ｈ 主流出口
Ｒ 径方向

Claims (14)

1. シリンダ形のハウジング（１０）を有する吸気消音器（１）であって、前記ハウジングは、向かい合う第１の端壁及び第２の端壁（２０、３０）と、前記端壁（２０、３０）の間に延在し、給気の径方向の流入のための主流入口（Ｅ）を形成する通気性の外壁（４０）と、前記端壁（３０）の領域に形成された、給気の軸方向の流出のための主流出口（Ｈ）と、を有しており、前記ハウジング（１０）内部では、多数の減衰要素（５０）と接続ウェブ（６０）とが、前記第２の端壁（２０）から前記第１の端壁（３０）まで延在しており、前記接続ウェブ（６０）それぞれは、前記減衰要素（５０）の径方向外側に位置する側縁領域（５１）と前記外壁（４０）との間に配置されている吸気消音器（１）。
2. 前記接続ウェブ（６０）の数が、前記減衰要素（５０）の数に一致することを特徴とする、請求項１に記載の吸気消音器（１）。
3. 前記減衰要素（５０）が、径方向（Ｒ）に対して湾曲した減衰要素として構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の吸気消音器（１）。
4. 前記減衰要素（５０）が、前記減衰要素の、径方向（Ｒ）に延在する第１の縁部（５３）で、前記第２の端壁（２０）のリセス（２１）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
5. 前記減衰要素（５０）が、前記減衰要素の、前記第１の縁部（５３）の反対側の第２の縁部（５４）で、前記第１の端壁（３０）内に形成された開口部（３１）内に突出していることを特徴とする、請求項４に記載の吸気消音器（１）。
6. 径方向内側に位置するガイドレール（３３）が、前記第１の端壁（２０）から前記第２の端壁（３０）まで延在しており、前記減衰要素（５０）はそれぞれ、前記減衰要素の径方向内側に位置する側縁領域（５２）で、内側に位置する前記ガイドレール（３３）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
7. 径方向外側に位置するガイドレール（３４）が、前記第２の端壁（３０）から前記第１の端壁（２０）まで延在しており、前記減衰要素（５０）はそれぞれ、前記減衰要素の径方向外側に位置する側縁領域（５１）で、外側に位置する前記ガイドレール（３４）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
8. 前記接続ウェブ（６０）がそれぞれ、直接隣接する前記減衰要素（５０）の径方向外側に位置する側縁に対して平行に延在していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
9. 前記接続ウェブ（６０）がそれぞれ、直接隣接する、外側に位置する前記ガイドレール（３４）の横を平行に延在していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項及び請求項７に記載の吸気消音器（１）。
10. 複数の接続リブ（７０）が、前記第１の端壁及び前記第２の端壁（２０、３０）の間に延在しており、前記接続リブはそれぞれ、２つの前記減衰要素（５０）の間に形成され、径方向内側から径方向外側に向かって延在していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
11. 一周する環状ウェブ（８０）が、前記接続ウェブ（６０）を接続していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
12. 前記端壁（３０）の端壁側受容部には、１つ又は複数の取り外し可能なカバー（３７）が設けられており、前記カバーは、取り付けられた状態において、前記端壁（３０）の開口部（２１）を覆っていることを特徴とする、請求項４から１１のいずれか一項に記載の吸気消音器（１）。
13. 前記カバー（３７）と前記端壁（３０）との間に、繊維質のフェルト又はフリースから成るインサートが導入されていることを特徴とする、請求項１２に記載の吸気消音器（１）。
14. 前記インサートの代わりに、前記カバー（３７）の裏側に、厚手の層状マット又は厚手の層状フィルムが取り付けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の吸気消音器（１）。

Images