KR20060044323A - Exhaust turbo charger with absorption sound damper in the pressure line of compressor - Google Patents
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Abstract
하나 이상의 배기 터보 과급기(6)를 포함하고, 상기 과급기의 급기 출구(13)가 접속관을 매개로 하여 다음에 배치된 급기 냉각기(12)에 연결되며, 음(音) 방출을 감소시키기 위한 흡수 소음기 형태의 수단이 상기 과급기에 배치된 피스톤 내연기관, 특히 대형 디젤 엔진에 있어서, 간단하고 저렴한 수단을 사용해서, 한편으로는 소음 처리용의 간단하고 컴팩트한 구성이 얻어지고, 다른 한편으로는 높은 감쇠 효과 및 긴 수명이 얻어지면서도 다공성 재료의 방출이 나타나지 않도록, 상기 소음기를 개선하기 위해, 해당 유동 채널을 제한하는, 음향 투과성 방출 보호부(23)로서 형성된 내부 파이프 벽이 설치되도록, 적어도 배기 터보 과급기의 유동 안내 부재 내에 흡수 소음기가 통합되고, 상기 내부 파이프 벽은 외부 파이프에 의해 방사방향으로 간격을 두고 대략 동축으로 둘러싸임으로써, 하나 이상의 링형 챔버(25)가 형성되고, 상기 챔버는 아라미드 섬유[폴리-(파라페닐렌-테레프탈아미드)로 제조, DuPont의 상표명인 Kevlar 라고도 함]로 이루어진 흡수 재료로 채워진다.One or more exhaust turbocharger (6), wherein the charge outlet (13) of the turbocharger is connected to the next-placed cooler (12) via a conduit and absorbs to reduce sound emissions. In piston internal combustion engines, especially large diesel engines, in which a silencer form means is arranged in the supercharger, using a simple and inexpensive means, on the one hand, a simple and compact configuration for noise treatment is obtained, on the other hand high To improve the silencer so that the damping effect and long life are obtained while no emission of porous material is achieved, at least the exhaust pipe is provided so that an inner pipe wall formed as acoustically transparent emission protection 23 is provided, which restricts the flow channel. An absorbing silencer is integrated in the flow guide member of the turbocharger, the inner pipe wall being radially spaced by the outer pipe. By being enclosed approximately coaxially, one or more ring-shaped chambers 25 are formed, which are made of absorbent material made of aramid fibers (made of poly- (paraphenylene-terephthalamide), also known as DuPont's trade name Kevlar). Is filled.
Description
도 1은 배기 터보 과급기를 구비한 대형 디젤 엔진의 개략도.1 is a schematic diagram of a large diesel engine with an exhaust turbocharger;
도 2는 배기 터보 과급기의 급기 출구에 연결된 본 발명에 따른 소음기를 구비한 파이프 라인의 단면도.2 is a cross-sectional view of a pipeline with a silencer according to the invention connected to the supply outlet of an exhaust turbocharger;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 엔진1: engine
2: 실린더2: cylinder
3: 배기 출구3: exhaust outlet
4: 배기 매니폴드4: exhaust manifold
5: 배기관5: exhaust pipe
6: 배기 터보 과급기6: exhaust turbocharger
7: 터빈7: turbine
8: 압축기8: compressor
9: 흡입 연결부9: suction connection
10: 배출 연결부10: drain connection
11: 배출 채널11: exhaust channel
12: 급기 냉각기12: air supply cooler
13: 압력 연결부13: pressure connection
14: 파이프14: pipe
15: 확산기15: diffuser
21: 소음기21: Silencer
22: 유동 채널22: flow channel
23: 천공 플레이트23: perforated plate
24: 외부 파이프24: outer pipe
25: 챔버25: chamber
본 발명은 하나 이상의 배기 터보 과급기를 포함하고, 상기 과급기의 급기 출구가 접속관을 매개로 하여 다음에 배치된 급기 냉각기에 연결되며, 음 방출을 감소시키기 위한 수단이 상기 과급기에 배치된 피스톤 내연기관, 특히 대형 디젤 엔진에 관한 것이다.The invention comprises a piston internal combustion engine comprising at least one exhaust turbocharger, the air supply outlet of the supercharger being connected to a next air supply cooler via a connecting tube, the means for reducing sound emission being arranged in the supercharger. , Especially for large diesel engines.
피스톤 내연기관의 과급시, 터보 과급기의 압축기에 의해 맥동(pulsation)이 발생되어 급기관으로 전달된다. 이로 인해 발생한 잡음이 공진 베이스와 같이 작용하는 급기 냉각기의 하우징에 의해 증폭된다.When the piston internal combustion engine is charged, pulsation is generated by the compressor of the turbocharger and transmitted to the supply engine. The noise generated thereby is amplified by the housing of the air supply cooler that acts like a resonant base.
오래 전부터 배기 터보 과급기 내에서 발생하는 음 방출을 특히 위험에 노출 된 부재의 음 절연에 의해 감소시키려는 시도가 있었다. 이 경우, 관 또는 하우징의 음 절연은 상기 절연이 관의 전체 길이에 또는 하우징의 전체 표면에 제공될 수 있는 경우에만 유효한 결과를 나타낸다는 것이 전제된다. 그러나, 이것은 구조적 이유 때문에 자주 불가능하다. 왜냐하면, 상기 음 절연부는 시트로 둘러싸인 비교적 두꺼운 절연 재료 층으로 이루어지기 때문이다. 이것은 자주 있을 수 없는 큰 설치 공간을 요구한다. 또한, 음 절연부의 장착은 비교적 많은 비용을 필요로 하는데, 그 이유는 위험에 노출된 관 등이 일반적으로 접근이 어렵기 때문이다. 또 다른 특별한 단점은 상기 절연 재료가 배기 터보 과급기의 영역에서 발생하는 높은 온도에서 쉽게 분해될 수 있어서, 일정한 시간 후에, 절연 효과가 감소한다는 것이다.There has long been an attempt to reduce the sound emissions that occur within exhaust turbochargers, especially by the sound insulation of the exposed members. In this case, it is presumed that the negative insulation of the tube or housing will only be effective if the insulation can be provided over the entire length of the tube or over the entire surface of the housing. However, this is often impossible for structural reasons. This is because the negative insulation consists of a relatively thick layer of insulating material surrounded by a sheet. This requires a large installation space that cannot be frequently found. In addition, the installation of the negative insulation is relatively expensive, because the risk of exposed pipes, etc. are generally difficult to access. Another particular disadvantage is that the insulating material can be easily decomposed at high temperatures occurring in the region of the exhaust turbocharger, so that after a certain time, the insulating effect is reduced.
이러한 이유들 때문에, 독일 특허 제198 18 873 C2호에는 배기 터보 과급기의 하나 이상의 유동 안내 부재가 헬름홀쯔 공진기의 원리에 기초한 하나 이상의 소음기를 구비하고, 상기 소음기는 천공된 플레이트에 의해 해당 유동 채널로부터 분리된 하나 이상의 챔버를 포함하며, 상기 천공된 플레이트의 홀 형상이 기대되는 음파의 파장에 맞춰지고 상기 천공된 플레이트의 홀 부분은 약 0.5% 내지 1.5%의 범위인 해결책이 이미 제시되었다.For these reasons, German Patent No. 198 18 873 C2 discloses that at least one flow guide member of the exhaust turbocharger is provided with at least one muffler based on the principle of a Helmholtz resonator, wherein the muffler is removed from the flow channel by a perforated plate. A solution has already been proposed that includes one or more separate chambers, wherein the hole shape of the perforated plate is adapted to the wavelength of the expected sound wave and the hole portion of the perforated plate is in the range of about 0.5% to 1.5%.
홀름홀쯔 원리에 따라 동작하는 소음기는 컴팩트한 구성에도 불구하고 많은 음 에너지를 흡수할 수 있다. 홀에 있는 유체 질량이 음파에 의한 자극 시에 진동함으로써, 천공된 플레이트의 각각의 홀의 영역에는 스프링-, 질량-, 진동 시스템이 나타난다. 이 경우, 챔버 내에 있는 유체 용량은 스프링으로서 작용한다. 홀 부분이 천공된 플레이트에 대해 약 0.5 % 내지 1.5 %의 범위에 제공된 홀 벽에 나타나는 강한 마찰로 인해, 강력한 감쇠가 이루어진다. 소음기가 방사방향으로, 즉 천공된 플레이트에 대해 수직으로 비교적 작은 설치 공간만을 필요로 하기 때문에, 바람직하게는 소음기가 주변 라인 및 하우징의 영역에 배치될 수 있을뿐만 아니라, 배기 터보 과급기에 직접 설치될 수도 있다.Silencers operating on the Holmholtz principle can absorb a lot of sound energy despite their compact construction. As the fluid mass in the hole vibrates upon stimulation by sound waves, spring, mass, and vibration systems appear in the region of each hole of the perforated plate. In this case, the fluid volume in the chamber acts as a spring. Strong damping occurs due to the strong friction that appears in the hole walls provided in the range of about 0.5% to 1.5% with respect to the perforated plate. Since the muffler only requires relatively small installation space in the radial direction, ie perpendicular to the perforated plate, it is preferably not only possible to be arranged in the area of the surrounding lines and the housing, but also to be installed directly in the exhaust turbocharger. It may be.
마찬가지로, 예컨대 DE 35 31 353 C2호에는 터보 과급기와 급기 냉각기 사이에 설치된 흡수 소음기가 공지되어 있다. 여기서는 급기 냉각기의 연결을 위한 유입 연결부가 과급기에 설치되고, 상기 과급기 내에는 흡수 소음기가 삽입된다. 상기 유입 연결부는 탄성의 다공성 재료로 이루어진 관형 흡음 부재, 및 인성의 탄성 재료로 이루어진 개구를 갖는 원통형 내부 파이프를 포함한다.Likewise, for example, DE 35 31 353 C2 is known an absorbing silencer installed between a turbocharger and an air supply cooler. Here, an inlet connection for connecting the air supply cooler is installed in the supercharger, and the absorber silencer is inserted into the supercharger. The inlet connection comprises a tubular sound absorbing member made of elastic porous material and a cylindrical inner pipe having an opening made of tough elastic material.
흡수 부재에 대한 재료로는 개방 다공성 발포재가 있다. 또한, 상기 목적을 위해 규산염 성분을 가진 유리질 유리 섬유 화합물 또는 광물이 사용된다.The material for the absorbent member is an open porous foam. Also for this purpose glassy glass fiber compounds or minerals with silicate components are used.
상기 재료는 매우 다공성이므로, 급기의 높은 유동 속도에 의해 상기 다공 재료의 방출이 일어날 수 있고, 이는 급기 냉각기의 미세한 냉각 리브 내에 침착될 수 있다. 이 경우, 필요한 세척을 위해 복잡한 급기 냉각기를 분해해야 하며 산욕에서의 세척을 수행해야 하는데, 이는 복잡하며 매우 귀찮다.Since the material is very porous, the release of the porous material may occur due to the high flow rate of the air supply, which may be deposited in the fine cooling ribs of the air supply cooler. In this case, the complex air supply cooler must be disassembled and the cleaning in an acid bath must be performed for the required cleaning, which is complicated and very cumbersome.
본 발명의 과제는 간단하고 저렴한 수단을 사용해서, 한편으로는 공진 소음기에 의한 해결책이 사용될 필요 없이 간단하고 컴팩트한 구성에 의해 소음 처리를 행하고, 다른 한편으로는 높은 감쇠 효과 및 긴 수명이 얻어지면서도 상기 단점, 특히 다공성 재료의 방출이 나타나지 않도록, 상기 방식의 장치를 개선하는 것이다.The object of the present invention is to use a simple and inexpensive means, on the one hand, to perform the noise treatment by a simple and compact configuration, without the need to use a solution by a resonant silencer, and on the other hand, while a high damping effect and a long service life are obtained It is also an improvement of the device in this way so that the above disadvantages, in particular the release of porous material, do not appear.
상기 과제는 청구항 1의 특징에 의해 해결된다.The problem is solved by the features of
해당 유동 채널을 제한하는, 음향 투과성 방출 보호부로서 형성된 내부 파이프 벽이 설치되도록, 적어도 배기 터보 과급기의 유동 안내 부재 내에 흡수 소음기가 통합되고, 상기 내부 파이프 벽은 외부 파이프에 의해 방사방향 간격을 두고 대략 동축으로 둘러싸임으로써, 하나 이상의 링형 챔버가 형성되고, 상기 챔버는 아라미드 섬유[폴리-(파라페닐렌-테레프탈아미드)로 제조, DuPont의 상표명인 Kevlar라고도 함]로 이루어진 흡수 재료로 채워짐으로써, 상부 주파수 범위 ≥ 1 kHz에서 양호한 흡음이 보장된다.An absorbing silencer is integrated at least in the flow guide member of the exhaust turbocharger, so that an inner pipe wall formed as an acoustically transparent emission protector, which restricts the corresponding flow channel, is installed at radial intervals by the outer pipe. By being approximately coaxially enclosed, one or more ring-shaped chambers are formed, which are filled with absorbent material consisting of aramid fibers (made of poly- (paraphenylene-terephthalamide), also known as DuPont's trade name Kevlar), Good sound absorption is ensured in the upper frequency range ≥ 1 kHz.
아라미드 섬유는 유리 섬유(밀도 1.44 g/cm3, 인장 강도 약 2800 N/mm2)와 대략 동일한 강도를 갖지만, 훨씬 더 높은 인성을 갖는다. 이것은 파괴까지 훨씬 더 강하게 팽창될 수 있다. 이것은 방향족 폴리아미드를 기초로 하는 유기 화학 섬유이다.Aramid fibers have about the same strength as glass fibers (density 1.44 g / cm 3 , tensile strength about 2800 N / mm 2 ), but with much higher toughness. This can expand much more strongly until destruction. It is an organic chemical fiber based on aromatic polyamides.
상기 흡수 소음기 재료는 기계적 재료 방출(예컨대 높은 유동 속도에 의한)에 대하여 높은 내성을 갖는다. 마모에 의해 미세한 먼지 입자가 생기기는 하지만, 이것은 예컨대 공업용 흡진기에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 특별한 기계 또는 산욕에 의한 세척도 더 이상 필요 없다.The absorber muffler material has a high resistance to mechanical material release (eg due to high flow rates). Although fine dust particles are produced by abrasion, they can be easily removed, for example, by industrial reducers. It is no longer necessary to wash with a special machine or acid bath.
또한, 상기 섬유는 화학 약품에 대해 민감하지 않으며 쉽게 불에 타지 않는다. 즉, 내열성(약 300℃ 보다 높을 때야 비로소 탄화 또는 열분해)을 갖는다. 따라서, 보통 배기 터보 과급기가 250℃의 온도를 초과하지 않기 때문에, 절연 재료의 용융 또는 베이킹이 배제된다.In addition, the fibers are not sensitive to chemicals and are not easily burned. That is, it has heat resistance (carbonization or pyrolysis only when it is higher than about 300 ° C). Therefore, since the exhaust turbocharger usually does not exceed the temperature of 250 ° C., melting or baking of the insulating material is excluded.
또한, 아라미드 섬유는 내구성을 가지며 박테리아에 의해 거의 분해되지 않는다. 이것은 응축수 발생의 경우 미미한 값을 갖는다.In addition, aramid fibers are durable and hardly degraded by bacteria. This is insignificant in the case of condensate generation.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1에 기초가 되는 대형 디젤 엔진(1)은 열을 지어 배치된 다수의 실린더(2)를 가지며, 상기 실린더의 배기 출구(3)는 모든 실린더에 걸쳐 연장된 배기 매니폴드(4)에 연결된다. 상기 배기 매니폴드(4)로부터의 배기관(5)이 배기 터보 과급기(6)로 연장되고, 상기 터보 과급기는 배기 가스로 구동 가능한 터빈(7)과 이것에 의해 구동 가능한 압축기(8)를 포함하며, 상기 압축기는 실린더(2)에 급기를 제공한다. 상기 배기관(5)은 터빈(7)의 흡입 연결부(9)에 연결된다. 터빈(7)의 배출 연결부(10)는 채널형 배출 채널(11)과 통한다.The
배기 터보 과급기(6)의 압축기(8) 다음에는 급기 냉각기(12)가 배치되며, 상기 급기 냉각기(12)는 라인 연결부를 통해 압축기(8)의 압력 연결부(13)에 연결된다. 상기 라인 연결부는 압력 연결부(13)에 연결된 파이프(14)와, 이것에 연결된 확산기(15)로 이루어지며, 상기 확산기(15)는 급기 냉각기(12)와 통한다.An
배기 터보 과급기(6), 특히 상기 배기 터보 과급기(6)의 압축기(8)에서 음파가 생기며, 상기 음파는 유동 매체의 유동 방향으로, 즉 공기 또는 배기 가스 내로 퍼지므로, 배기 터보 과급기(6) 다음에 배치된 부재가 진동 및 그에 따른 음 방출을 일으킬 수 있다. 이것을 막기 위해, 배기 터보 과급기(6)의 영역에는 음을 감쇠시키는 하나 이상의 소음기가 설치된다. 상기 소음기는 배기 터보 과급기 내에 통합될 수도 있다. 음이 유동 방향으로 퍼지기 때문에, 우선 배기 터보 과급기(6)로부터 연장된 라인이 문제이다. 상기 라인은 여기서는 관형 부재이며, 이는 소음기의 장착을 용이하게 한다.Sound waves are produced in the exhaust turbocharger 6, in particular in the
배기 터보 과급기(6)의 압축기(8)가 주 잡음원이고 여기서 발생한 잡음이 유동 방향으로 퍼지기 때문에, 압축기(8)의 압력 연결부(13)에 연결된, 급기 냉각기(12)에 대한 라인 연결부의 영역에 본 발명에 따른 방식의 소음기가 설치되면 양호한 결과가 얻어진다. 이것은 특히 바람직하게는 파이프(14)에 설치되기 때문에, 도 1에서 파이프 부분(14)이 빗금으로 표시되어 있다.Since the
이것에 부가해서 또는 대안으로서, 확산기(15)가 상기 방식의 소음기를 구비할 수 있다. 여기서는 소음기가 길면 길수록 효과가 더 커진다는 것이 전제된다. 소음기가 전술한 바와 같이 압축기 근처에 위치 설정되어, 다음에 배치된 부재에 음파 제공이 감소되므로, 거기에서 고유의 소음 처리가 경우에 따라 생략될 수 있다. 이것은 특히 디젤 엔진(1)의 흡입 시스템에 적용된다.In addition or as an alternative, the
도 2는 본 발명에 따른 소음기(21)를 구비한 파이프(14)의 단면을 도시한다. 소음기(21)는 유동 채널(22)을 제한하는, 음향 투과성 방출 보호부로서 형성된 내부 파이프 벽을 갖는다. 상기 벽은 특히 바람직하게는 천공된 플레이트(23)로서 구현된다. 이것은 방사방향 간격을 두고 배치된 외부 파이프(24)에 의해 동축으로 둘러싸인다. 상기 천공된 플레이트(23)와 상기 외부 파이프(24) 사이에는 챔버(25)가 생기며, 상기 챔버(25)는 본 발명에 따른 흡수 재료로 채워진다. 즉, 소음기의 전체 길이에 걸쳐 연장되며 흡수 재료로 채워진 챔버(25)가 제공된다. 물론, 세분되어 채워진 챔버도 가능하다.2 shows a cross section of a
본 발명에 따라 사용되는 흡수 재료는 유동에 대한 기계적 보호부로서 내부에 놓인 천공된 플레이트 벽(23)을 필요로 한다. 이러한 보호 장치는 유동 안내 부재의 벽 직경을 바람직하지 않게 확대시키기는 하지만, 이것는 특히 바람직하게 선택된 영역에서는 허용될 수 있다.The absorbent material used according to the invention requires a
바람직하게는 배기 터보 과급기(6)의 급기 출구(13)에 이어지는 파이프(14)가 흡수 소음기(21)를, 또는 급기 냉각기(12)와 통하는 확산기(15)가 흡수 소음기(21)를, 또는 급기 출구(13)를 형성하는 배기 터보 과급기(6)의 압축기(8)의 압력 연결부가 흡수 소음기를 구비할 수 있다.Preferably, the
파이프(14)에 설치된 전술한 소음기(21)에 부가해서 또는 대안으로서, 배기 터보 과급기(6) 내부에 또는 그 주변 영역에 있는 다른 유동 안내 부재에 본 발명에 따른 방식의 소음기가 설치될 수도 있다.In addition to or as an alternative to the
본 발명에 따르면, 간단하고 컴팩트한 구성에 의해 소음 처리가 행해지고, 높은 감쇠 효과 및 긴 수명이 얻어지면서도, 다공성 재료의 방출이 나타나지 않게 된다.According to the present invention, the noise treatment is performed by a simple and compact configuration, and while the high damping effect and the long life are obtained, the release of the porous material is not exhibited.
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