DE19818874C2 - Hubkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere einen Großdiesel- Motor, mit wenigstens einem Abgasturbolader, dessen Ladeluftausgang über einen Strömungskanal mit einem nachgeordneten Ladeluftkühler verbunden ist.

Aus der DE 196 15 917 A1 ergibt sich ein KFZ-Motor, dem ein Abgasturbolader zugeordnet ist, dessen Ladeluftausgang über einen Strömungskanal mit einem nachgeordneten Ladeluftkühler verbunden ist, wobei ein den Strömungskanal enthaltendes Rohr von einem Resonator umfasst ist. Dieser besitzt ein zweischaliges Gehäuse, das in mehrere Kammern unterteilt ist, die über in ausgewählten Umfangsbereichen des genannten Rohrs angeordnete Löcher mit dem Strömungskanal verbunden sind. Da das Rohr nicht auf seiner ganzen Mantelfläche mit Löchern versehen ist, ist die erzielbare Dämpfungswirkung vergleichsweise gering. Außerdem erfordert die genannte Maßnahme einen großen Herstellungsaufwand. Dieser Nachteil wird durch das bei der bekannten Anordnung vorgesehene, zweischalige Gehäuse noch verstärkt, das auch zu einer voluminösen Bauweise führt.

Die DE 42 19 249 C2 zeigt einen Turbolader, bei dem dem Druckstutzen des spiralförmigen Verdichtergehäuses ein Schalldämpfer zugeordnet ist. Dieser wird durch eine in den Druckstutzen integrierte Reflexionskammer gebildet, die durch Schlitze oder Bohrungen mit dem Strömungskanal verbunden ist. Dabei ist die Länge der Reflexionskammer derart an die Schallfrequenz angepasst, dass sich ein λ/4- Reflexionsschalldämpfer ergibt. Dieser führt zu einer vergleichsweise voluminösen Bauweise. Die Reflexionskammern sind bei der bekannten Anordnung mit Schalldämm-Material gefüllt. Dieses kann jedoch durch starke Wärmeeinwirkung zerstört werden, was die gewünschte Wirkung beeinträchtigen kann.

Die EP 0 039 459 A1 zeigt einen Radialverdichter, bei dem im Zwickel zwischen dem Spiralgehäuse und dem hiervon abgehenden Druckstutzen ein Schalldämpfer angeordnet ist. Dieser enthält eine über Öffnungen mit dem Strömungskanal verbundene Kammer, die durch ein an das Spiralgehäuse angebautes Gehäuse gebildet wird. Der Schalldämpfer kann dabei als Helmholtz-Resonator ausgebildet sein, wobei der Innenraum des Schalldämpfers über nur im Bereich des genannten Zwickels vorgesehene Perforationen mit dem Strömungskanal verbunden ist. Hierbei ist der Schalldämpfer nicht in ein vorhandenes Bauteil integriert, sondern stellt ein hinzugebrachtes Bauteil dar, dessen Wirkung vergleichsweise gering ist.

Die US-A 5 162 620 zeigt den Auspuff einer Turbine, wobei ein den mit Abgas beaufschlagten Strömungsweg umgebendes Innenrohr und ein hiervon radial distanziertes Außenrohr vorgesehen sind. Der Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr ist in mehrere Kammern unterteilt. Der der ersten Kammer zugeordnete Abschnitt des Innenrohrs ist als Lochblech ausgebildet. Der den weiteren Kammern zugeordnete Abschnitt des Innenrohrs wird durch eine Fasermatte gebildet. Die über die Löcher des Lochblechs mit dem inneren Strömungskanal in Verbindung stehende erste Kammer ist mit einem stirnseitigen Eingang versehen und über diesen mit Pressluft beaufschlagbar. Die Wirkung eines Helmholtz-Resonators kann daher nicht erreicht werden.

Die DE 35 31 353 C2 zeigt einen Abgasturbolader, dessen Ladeluftausgang mit einem nachgeordneten Ladeluftkühler über einen Strömungskanal verbunden ist, wobei in den Eingangsstutzen des Ladeluftkühlers ein Schalldämpfer integriert ist. Dieser enthält einen über Öffnungen an den Strömungskanal angeschlossenen Ringraum, der mit einem Absorptionsmaterial gefüllt ist. Die Öffnungen sind großflächig. Als Absorptionsmaterial findet offenporiger Schaumstoff Verwendung. Diese bekannte Anaordnung arbeitet dementsprechend als Absorptions- Schalldämpfer, bei dem die Dämpfung des Schalls im Absorptionsmaterial erfolgt, das durch die dabei aufgenommene Energie erwärmt wird. Die Wirkung eines Helmholtz-Resonators kann hier nicht erreicht werden.

Hiervon ausgehend es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine oben erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass nicht nur eine einfache und kompakte Bauweise der Schallbekämpfungsmaßnahmen, sondern auch eine hohe Dämpfungswirkung sowie eine lange Lebensdauer erreicht werden.

Diese Aufgabe wird dadurch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei kommt eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere in Form eines Großdieselmotors, in Vorschlag, die wenigstens einen Abgasturbolader enthält, dessen Ladeluftausgang über einen Strömungskanal mit einem nachgeordneten Ladeluftkühler verbunden ist, wobei zumindest ein an den Ladeluftausgang des Abgasturboladers anschließendes Rohr eine von einem Außenrohr mit radialem Abstand umfasste, den Strömungskanal begrenzende Wand aufweist, die als Lochblech ausgebildet ist, wobei der über die Löcher des Lochblechs mit dem Strömungskanal verbundene Raum zwischen Lochblech und Außenrohr dämmstofflos ist und wobei zur Erzielung wenigstens eines auf dem Prinzip des Helmholtz-Resonators beruhenden Schalldämpfers das Lochblech einen Lochanteil im Bereich von 0,5% bis 1,5% und einen radialen Abstand vom Außenrohr von circa 15 mm aufweist.

Durch diese Maßnahmen werden die Nachteile der bekannten Anordnungen vollständig beseitigt. Die Verwendung eines Lochblechs mit gleichmäßig über die ganze Fläche verteilten Löchern ermöglicht in vorteilhafter Weise nicht nur die Verwendung eines vorgefertigten Halbzeugs, was zu kostengünstigen Herstellungsbedingungen führt, sondern ergibt gleichzeitig auch eine vergleichsweise große Lochzahl, so dass der Lochdurchmesser vergleichsweise klein gehalten werden kann. Gemeinsam ergeben die vielen kleinen Löcher aber doch eine hohe Gesamtdämpfungswirkung, wobei in vorteilhafter Weise in Folge des kleinen Lochdurchmessers eine hohe Breitbandigkeit erreicht wird. Trotz der Verwendung eines Lochblechs wird in vorteilhafter Weise eine hohe Stabilität erreicht. Der vorgeschlagene Lochanteil gewährleistet, dass trotz der Verwendung eines Lochblechs keine nennenswerte Schwächung der den Strömungskanal begrenzenden Wand zu befürchten ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines mit einem Abgasturboladers versehenen Großdiesel- Motors,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Wirkprinzips eines Helmholtz- Resonators,

Fig. 3 einen Schnitt durch die mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer versehene, an den Ladeluftausgang des Abgasturboladers anschließende Rohrleitung und

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 3.

Der der Fig. 1 zugrundeliegende Großdiesel-Motor 1 besitzt mehrere, reihenförmig angeordnete Zylinder 2, deren Abgasauslaß 3 an ein über alle Zylinder 2 sich erstreckendes Abgassammelrohr 4 angeschlossen ist. Vom Abgassammelrohr 4 führt eine Abgasleitung 5 zu einem Abgasturbolader 6, der eine durch das Abgas antreibbare Turbine 7 und einen von dieser antreibbaren Verdichter 8 zur Bereitstellung von den Zylindern 2 zuführbarer Ladeluft enthält. Die Abgasleitung 5 ist an den Ansaugstutzen 9 der Turbine 7 angeschlossen. Der Abströmstutzen 10 der Turbine 7 mündet in einen kanalartigen Abströmkanal 11.

Dem Verdichter 8 des Abgasturboladers 6 ist ein Ladeluftkühler 12 nachgeordnet, der über eine Leitungsverbindung mit dem Druckstutzen 13 des Verdichters 8 verbunden ist. Diese Leitungsverbindung besteht hier aus einem an den Druckstutzen 13 anschließenden Rohr 14 und einem hieran anschließenden, in den Ladeluftkühler 12 einmündenden Diffusor 15.

Im Abgasturbolader 6, insbesondere im Verdichter 8 des Abgasturboladers 6, entstehen Schallwellen, die sich in Strömungsrichtung des strömenden Mediums, also in der Luft bzw. im Abgas ausbreiten und daher dem Abgasturbolader 6 nachgeordnete Bauelemente zu Schwingungen und damit zu Schallemissionen anregen können. Um dem entgegen zu wirken, ist im Bereich des Abgaturboladers 6 wenigstens ein Schalldämpfer vorgesehen, der im Gegensatz zu einer Schallisolation Schall schluckt und nicht nur dämmt. Der genannte Schalldämpfer kann in den Abgasturbolader 6 integriert oder einem peripheren, strömungsführenden Bauteil zugeordnet sein. Da sich der Schall in Strömungsrichtung ausbreitet, kommen hierfür in erster Linie die vom Abgasturbolader 6 wegführenden Leitungen in Frage. Hierbei handelt es sich um rohrförmige Elemente, was den Einbau des Schalldämpfers erleichtert.

Der genannte Schalldämpfer ist zur Erzielung eines kompakten Bauvolumens sowie einer hohen Standzeit und einer guten Dämpfungswirkung nach dem Prinzip des an sich bekannten Helmholtz-Resonators aufgebaut. Das Prinzip eines Helmholtz- Resonators ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei ist eine Kammer 16 vorgesehen, die über eine Bohrung 17 in einer sie begrenzenden Wand 18 mit dem strömenden Medium verbunden ist. Durch eine auftreffende Schallwelle 19 wird das in der Bohrung 17 sich befindende und dieser benachbarte Volumen 20 des Strömungsmediums zu Schwingungen angeregt, die durch die im Bereich der Bohrung 17 stattfindende Reibung gedämpft werden. Das in der Kammer 16 sich befindende Fluidvolumen wirkt dabei als Feder. Das Ganze stellt somit einen reibungsgedämpften Feder-Masse-Schwinger dar. Dieses System gerät abhängig von der schwingenden Masse und der Feder in Resonanz, wobei maximale Schwingungsamplituden entstehen, die wiederum eine maximale Reibung verursachen, wodurch viel Schallenergie verzehrt wird.

Da der Verdichter 8 des Abgasturboladers 6 eine Hauptlärmquelle darstellt und der hier entstehende Lärm sich in Strömungsrichtung ausbreitet, werden bereits gute Ergebnisse erreicht, wenn im Bereich der an den Druckstutzen 13 des Verdichters 8 anschließenden Leitungsverbindung zum Ladeluftkühler 12 ein Schalldämpfer erfindungsgemäßer Art vorgesehen ist. Dieser kann dem Rohr 14 zugeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Diffusor 15 mit einem derartigen Schalldämpfer versehen sein. Dabei ist davon auszugehen, dass die Wirkung um so höher ist, je länger der Schalldämpfer ist. Aufgrund der oben vorgeschlagenen, verdichternahen Positionierung des Schalldämpfers wird eine Beaufschlagung nachgeordneter Elemente mit Schallwellen verhindert oder weitgehend reduziert, so dass dort eigene Schallbekämpfungsmaßnahmen entfallen können. Dies gilt insbesondere für das Ansaugsystem des Dieselmotors 1.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Abschnitte des mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer 21 versehenen Rohrs 14. Der Schalldämpfer 21 besitzt eine den Strömungskanal 22 begrenzende, als Lochblech 23 ausgebildete Wand. Diese wird von einem mit radialem Abstand angeordneten Außenrohr 24 umfaßt. Zwischen Lochblech 23 und Außenrohr 24 ergibt eine Kammer 25, die über die Löcher 26 des Lochblechs 23 mit dem strömenden Medium im Strömungskanal 22 in Verbindung steht. Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist eine über die ganze Länge des Schalldämpfers durchgehende Kammer 25 vorgesehen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 ist der Raum zwischen Lochblech 23 und Außenrohr 24 durch Zwischenwände 27 in mehrere kleine Kammern 25a unterteilt, denen jeweils nur einige Löcher 26 des Lochblechs 23 zugeordnet sind.

Im Bereich jedes Lochs 26 ergibt sich die oben geschilderte Wirkung eines Helmholtz-Resonators. Der Durchmesser der Löcher 26, sowie deren Verteilung, die Blechdicke des Lochblechs 23 und damit die Lochlänge, sowie die Tiefe der Kammer 25 bzw. der Kammern 25a müssen nach den Gegebenheiten des Einzelfalls gewählt werden, das heißt an die Wellenlänge der zu erwartenden Schallwellen angepasst werden. Im dargestellten Beispiel liegt der Lochanteil des Lochblechs 23 im Bereich von 0,9%. In einem Bereich von etwa 0,5% bis 1,5% ergibt sich durch die Löcher 26 keine nennenswerte Schwächung. Die Lochteilung, das heißt der Lochabstand t beträgt im dargestellten Beispiel ca. 9 mm. Der Lochdurchmesser beträgt 1 mm. Ebenso beträgt die Blechdicke des Lochblechs 23 und damit die Lochlänge 1 mm. Die Kammertiefe k beträgt hier ca. 15 mm. Hieraus ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine besonders kompakte Bauweise ermöglichen.

Das Beispiel gemäß Fig. 3 mit einer ununterteilten Kammer 25, in die alle Löcher 26 einmünden, ergibt sich eine besonders einfache Ausführung. Beim Beispiel gemäß Fig. 4 mit mehren kleineren Kammern 25a, denen jeweils nur ein Loch 26 oder wenige Löcher 26 zugeordnet sind, ist es möglich die Dämpfungsverhältnisse im Bereich unterschiedlicher Kammern 25 unterschiedlichen Wellenlängen anzupassen, so dass insgesamt eine große Dämpfungsbandbreite erreichbar ist.

Alternativ oder zusätzlich zum beschriebenen, dem Rohr 14 zugeordneten Schalldämpfer 21 kann natürlich auch noch weiteren strömungsführenden Elementen innerhalb des Abgasturboladers 6 oder im Bereich seiner Peripherie ein Schalldämpfer erfindungsgemäßer Art zugeordnet sein. So könnte auch dem Druckstutzen 13 des Verdichters 8 und/oder dem Verdichtergehäuse und/oder dem Ansaugstutzen und/oder der Ansaugleitung des Verdichters 8 jeweils ein Schalldämpfer 21 zugeordnet sein. Auch turbinenseitig kann sich die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers vorteilhaft auswirken. So könnte beispielsweise der an den Abströmstutzen 10 anschließende Abströmkanal 11 und/oder der Abströmstutzen 10 und/oder der Einströmstutzen 9 und/oder die an den Einströmstutzen 9 angeschlossene Abgasleitung 5 und/oder das Turbinengehäuse der Turbine 7 des Abgasturboladers 6 mit einem Schalldämpfer 21 versehen sein. Die erwähnten Maßnahmen können, wie schon angedeutet, einzeln oder kummulativ vorgesehen sein.

Claims (5)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Großdieselmotor, mit wenigstens einem Abgasturbolader (6), dessen Ladeluftausgang (13) über einen Strömungskanal (22) mit einem nachgeordneten Ladeluftkühler (12) verbunden ist, wobei zumindest ein an den Ladeluftausgang (13) des Abgasturboladers (6) anschließendes Rohr (14) eine von einem Außenrohr (24) mit radialem Abstand umfasste, den Strömungskanal (22) begrenzende Wand aufweist, die als Lochblech (23) ausgebildet ist, wobei der über die Löcher (26) des Lochblechs (23) mit dem Strömungskanal (22) verbundene Raum zwischen Lochblech (23) und Außenrohr (24) dämmstofflos ist und wobei zur Erzielung wenigstens eines auf dem Prinzip des Helmholtz- Resonators beruhenden Schalldämpfers (21) das Lochblech (22) einen Lochanteil im Bereich von 0,5% bis 1,5% und einen radialen Abstand vom Außenrohr (24) von circa 15 mm aufweist.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (26) des Lochblechs (22) einen der Blechdicke entsprechenden Durchmesser von ca. 1 mm aufweisen.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (26) des Lochblechs (22) einen gegenseitigen Abstand von ca. 9 mm aufweisen.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Löcher (26) des Lochblechs (23) in eine gemeinsame Kammer (25) münden.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Lochblech (23) begrenzte Raum durch Trennwände (27) in mehrere Kammern (25a) unterteilt ist.