DE19943246B4

DE19943246B4 - Silencer for the reduction of air noise in the intake manifold of internal combustion engines

Info

Publication number: DE19943246B4
Application number: DE1999143246
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Gruber; Kurt Dipl.-Ing. Lagelstorfer; Stephan Läpple
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2019-09-11
Also published as: DE19943246A1

Abstract

Schalldämpfer zur Herabminderung der Geräusche im Ansaug- oder Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, insbesondere der Ladeluftgeräusche eines im Ansaug- oder Abgasstrang angeordneten Turboladers, mit einem die Ansaug- bzw. Ladeluft führenden Ansaug- bzw. Ladeluftrohr (13) und einem dieses im radialen Abstand umschließenden Resonatorgehäuse (10), welches durch Zwischenwände (15) in mehrere Resonatorkammern unterteilt ist, die durch Ausnehmungen (14) in der Ansaug- bzw. Ladeluftrohrwand, welche ein kompaktes (gruppenförmiges), zentral auf einer durch die Außenwand des Ansaug- bzw. Ladeluftrohres (13) gebildeten Resonatorbodenfläche (26) angebundenes Lochbild darstellen, mit dem Innenraum des Ansaug- bzw. Ladeluftrohres (13) verbunden sind, wobei das Resonatorgehäuse (10) einen gerundeten Querschnitt, insbesondere Kreisquerschnitt, aufweist und konzentrisch das Ansaug- bzw. Ladeluftrohr (13) umschließt und die Zwischenwände (15) orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zum jeweils zugeordneten Punkt der gemeinsamen Längsmittelsachse (23) von Ansaug- bzw. Ladeluftrohr (13) und Resonatorgehäuse (10) angeordnet sind, derart, dass die Resonatorkammern gerundet ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame...Muffler for Reduction of the noise in the intake or Exhaust line of internal combustion engines, in particular the charge air noise of a in the intake or exhaust line arranged turbocharger, with a leading the intake or charge air Intake or charge air pipe (13) and one at a radial distance enclosing resonator (10), which by intermediate walls (15) is divided into a plurality of resonator chambers, which pass through recesses (14) in the intake or charge air tube wall, which is a compact (group), centrally on one through the outer wall of the Intake or charge air pipe (13) formed resonator bottom surface (26) connected hole pattern, with the interior of the intake or charge air pipe (13) are connected, wherein the resonator housing (10) has a rounded cross-section, in particular circular cross-section and concentrically surrounds the intake or charge air pipe (13) and the partitions (15) orthogonal or substantially orthogonal to the respective assigned point the common longitudinal center axis (23) of the intake or charge air pipe (13) and resonator housing (10) are such that the resonator chambers are rounded, in particular annular a circular ring, are formed, characterized in that the common ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalldämpfer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a silencer according to the preamble of claim 1

Aus der gattungsbildenden WO 97/09527 A1 ist ein Schalldämpfer bekannt, der ein zwischen einem Verdichter eines Abgasturboladers und einer Brennkraftmaschine liegendes Ansaug- bzw. Ladeluftrohr aufweist, welches in einem Resonatorgehäuse des Schalldämpfers untergebracht ist. Das Resonatorgehäuse ist im Innern mit Zwischenwänden bestückt, die mindestens eine lichte Weite des Ansaug- bzw. Ladeluftrohres aufweisen. Durch die Zwischenwände im Resonatorgehäuse sind Resonatorkammern ausgebildet. Das Ansaug- bzw. Ladeluftrohr weist Ausnehmungen auf, wodurch die Resonatorkammern mit einem Innenraum des Ansaug- bzw. Luftrohres verbunden sind. Das Resonatorgehäuse weist einen gerundeten Querschnitt auf und umschließt konzentrisch das Ansaug- bzw. Ladeluftrohr. Die Resonatorkammern sind ringförmig ausgebildet. 7 zeigt eine Ausführungsform des Schalldämpfers, wobei der Schalldämpfer nicht nur einen mehrfach gekrümmten Strömungsweg aufweist, sondern das Ansaug- bzw. Ladeluftrohr außermittig des Resonanzgehäuses angeordnet ist. Des Weiteren weist das Resonanzgehäuse Bereiche mit gleich bleibendem Durchmesser, Durchmessersprünge, sowie Bereiche mit kontinuierlicher Durchmesserveränderung auf, wobei außerdem die Abstände der Zwischenwände zueinander variieren. Wie in 5 dargestellt, ist in einer weiteren Ausführungsform das Resonatorgehäuse „bananenförmig" gebogen aufgebaut. Im Inneren des Resonatorgehäuses ist ein kreuzförmiger Steg angeordnet, der den Innenraum in vier axial verlaufende Teilräume unterteilt. Zwei gegenüberliegende Teilräume sind als Strömungswege ausgeführt. Die nicht als Strömungsweg vorgesehenen beiden anderen Teilräume sind durch Zwischenwände in Resonatorkammern unterteilt.From the generic text WO 97/09527 A1 a muffler is known, which has a lying between a compressor of an exhaust gas turbocharger and an internal combustion engine intake or charge air pipe, which is housed in a resonator housing of the muffler. The resonator housing is equipped in the interior with partitions, which have at least a clear width of the intake or charge air pipe. Resonator chambers are formed by the intermediate walls in the resonator housing. The intake or charge air pipe has recesses, whereby the resonator chambers are connected to an interior of the intake or air pipe. The resonator housing has a rounded cross section and concentrically surrounds the intake or charge air pipe. The resonator chambers are annular. 7 shows an embodiment of the muffler, wherein the muffler not only has a multi-curved flow path, but the intake or charge air pipe is arranged eccentrically of the resonant housing. Furthermore, the resonant housing has areas of constant diameter, diameter jumps, as well as areas with a continuous change in diameter, wherein also vary the distances between the partitions to each other. As in 5 In a further embodiment, the resonator housing has a curved design "banana-shaped." A cross-shaped web is arranged in the interior of the resonator housing, which subdivides the interior into four axially extending subspaces Two opposing subspaces are designed as flow paths The two not provided as flow paths Partial spaces are divided by partition walls into resonator chambers.

Aus der DE 196 15 917 A1 geht ein Schalldämpfer hervor, basierend auf einem sogenannten Helmholtzresonator. Hierbei ist das Resonatorgehäuse abgeflacht ausgebildet und besteht aus zwei in einer Horizontalebene getrennten etwa gleichgroßen Hälften. Entsprechend sind auch die die einzelnen Resonatorkammern bildenden Zwischenwände (Kammerwände) etwa hälftig geteilt. Beim Zusammenbau ergeben sich hierdurch Dichtungsprobleme. Eine optimale Schalldämpfung im Ansaugrohr bzw. – bei Verwendung eines Abgasturboladers – im Ladeluftrohr erzeugter Frequenzen ist schon auf Grund der ungünstigen abgeflachten Form mit dem bekannten Schalldämpfer nicht möglich.From the DE 196 15 917 A1 goes out a silencer based on a so-called Helmholtz resonator. In this case, the resonator housing is formed flattened and consists of two separate in a horizontal plane about the same size halves. Accordingly, the individual resonator chambers forming partitions (chamber walls) are divided approximately half. During assembly, this results in sealing problems. An optimal sound attenuation in the intake pipe or - when using an exhaust gas turbocharger - frequencies generated in the charge air pipe is not possible due to the unfavorable flattened shape with the known muffler.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen auf dem sogenannten Helmholtzresonator basierenden Schalldämpfer zu schaffen, der unter Berücksichtigung der besonderen Frequenzgegebenheiten der Schallquelle einerseits und des im Bereich der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehenden knappen Bauraum andererseits eine optimale Geräuschdämpfung ermöglicht.task The present invention is one on the so-called Helmholtz resonator based silencer to create, taking into account the special frequency conditions of the sound source on the one hand and the available in the field of internal combustion engine scarce Space on the other hand allows optimal noise reduction.

Ausgehend von einem Schalldämpfer der eingangs bezeichneten Gattung löst die Erfindung die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.outgoing from a silencer the genus described above, the invention solves the Asked Task by the characterizing features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung enthalten die Patentansprüche 2–11.advantageous Further developments of the basic idea of the invention include the claims 2-11.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer wird auf Grund der kompakten Konzeption, insbesondere der gerundeten, vorzugsweise kreisrunden Ausbildung bzw. Anordnung der Resonanzvolumina, dem begrenzten Bauraum im Bereich des Abgasturboladers, der für die konstruktive Verwirklichung des Geräuschminderungskonzeptes zur Verfügung steht, in optimaler Weise gerecht. Die kritischen Raumpunkte der im Bereich des Abgasturboladers gegebenen Bauraumverhältnisse sind im wesentlichen durch den fahrzeugseitigen Längsträger bedingt, zu dem ein großer Mindestabstand von 20–25 mm eingehalten werden muß, um die notwendigen Freiheitsgrade des Aggregates gegenüber dem Fahrzeugchassis im Betrieb sicherzustellen. Der geringste Abstand ergibt sich im Bereich der Anbindung des Schalldämpfers an den Ladeluftschlauch. Eine weitere Einschränkung des für den Einbau des Schalldämpfers zur Verfügung stehenden nur sehr knappen Bauraumes ergibt sich durch die Führung des Kühlwasserrücklaufes. Ein weiteres den Bauraum einschränkendes Element ist die als Steuerelement des Abgasturboladers fungierende sogenannte Unterdruckdose.Of the Muffler according to the invention is opened Reason the compact design, especially the rounded, preferably circular formation or arrangement of the resonant volumes, the limited Space in the region of the exhaust gas turbocharger, which for the constructive realization of noise reduction concept to disposal is, optimally fair. The critical space points of given space conditions in the region of the exhaust gas turbocharger are essentially due to the vehicle-side side member, to which a big one Minimum distance of 20-25 mm must be adhered to, to the necessary degrees of freedom of the aggregate over the Ensuring vehicle chassis during operation. The smallest distance results in the area of the connection of the muffler to the charge air hose. Another limitation of for the installation of the silencer to disposal Standing only very tight space results from the leadership of the Cooling water return flow. Another space-limiting Element is acting as the control of the exhaust gas turbocharger so-called vacuum box.

Desweiteren zeichnet sich der erfindungsgemäße Schalldämpfer durch eine Minimierung des Druckverlustes längs des Strömungsweges in der Ladeluftleitung aus. Für den Einbau des Schalldämpfers lassen sich vorteilhafterweise vorhandene Anbindungsgegebenheiten nutzen. Insbesondere vermeidet der erfindungsgemäße Schalldämpfer durch seine strömungsgünstige Ausführung ein "Abknicken" der Strömungsführung, wodurch – neben einer Verringerung der Strömungsablösung – auch Querreflexionen von Schallwellen spektraler Anteile ab 2,5 kHz deutlich reduziert werden. Durch die strömungsgünstige Konzeption wird die Effizienz des Dämpferkonzeptes gegenüber bekannten Lösungen (s.o.) deutlich gesteigert.Furthermore the silencer according to the invention is characterized by a minimization of the pressure loss along the flow path in the charge air line out. For the installation of the silencer can be advantageously existing connection conditions use. In particular, the silencer according to the invention avoids, by virtue of its streamlined design, a "kinking" of the flow guidance, whereby - besides a reduction of flow separation - also transverse reflections significantly reduced by sound waves of spectral components from 2.5 kHz become. Due to the aerodynamic design becomes the efficiency of the damper concept across from known solutions (s.o.) significantly increased.

Weitere Vorteile der Erfindung sind Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in der Zeichnung dargestellt und im folgenden detailliert beschrieben sind. Es zeigt (jeweils perspektivisch dargestellt):Further Advantages of the invention are exemplary embodiments to be seen in the drawing and in the following are described in detail. It shows (each shown in perspective):

1 Eine Ausführungsform eines Schalldämpfers zur Herabminderung der Ladeluftgeräusche eines Turboladers, in Zusammenbaudarstellung (aufgeschnitten), 1 An embodiment of a muffler for reducing the charge air noise of a turbocharger, in an assembled view (cut open),

2 den Gegenstand von 1 in – gegenüber 1 verkleinerter – Explosionsdarstellung, 2 the object of 1 in - opposite 1 reduced - exploded view,

3 ein Teil des Gegenstandes von 1 bzw. 2, in Separatdarstellung, 3 a part of the object of 1 respectively. 2 , in separate representation,

4 das Teil aus 3, im – konzentrischen – Zusammenbau mit einer Ladeluftröhre, 4 the part out 3 in concentric assembly with a charge-air tube,

5 eine Abwandlung des Gegenstandes von 3 bzw. 4, in Darstellung entsprechend 4, und 5 a modification of the subject of 3 respectively. 4 , in representation accordingly 4 , and

6 den Gegenstand von 4 bzw. 5, jeweils in Pfeilrichtung A betrachtet. 6 the object of 4 respectively. 5 , each viewed in the direction of arrow A.

Es bezeichnet 10 ein als Gußteil ausgebildetes Resonatorgehäuse mit Kreisquerschnitt, das Augen 11, 12 zur Befestigung im Bereich des Turboladers einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, aufweist. Im Inneren des Resonatorgehäuses 10 sind mehrere Teile konzentrisch zueinander angeordet (siehe 1), die in 2 (sowie partiell auch in 3, 4 und 6) gesondert herausgezeichnet sind. Hierbei bezeichnet 13 ein Ladeluftrohr mit einer Vielzahl durchgehender Ausnehmungen 14, die als Resonanzbohrungen fungieren. Die Resonanzbohrungen 14 sind gruppenweise angeordet und über den gesamten Umfang des Kreisquerschnitt aufweisenden Ladeluftrohrs 13 verteilt.It designates 10 a trained as a casting resonator housing with a circular cross-section, the eyes 11 . 12 for attachment in the region of the turbocharger of an internal combustion engine (not shown), for example for a motor vehicle. Inside the resonator housing 10 several parts are concentric with each other (see 1 ), in the 2 (as well as partially in 3 . 4 and 6 ) are shown separately. Hereby designated 13 a charge air tube with a plurality of continuous recesses 14 that act as resonance holes. The resonance holes 14 are grouped angeordet and over the entire circumference of the circular cross-section having charge air duct 13 distributed.

Wie insbesondere aus 1 und 4 hervorgeht, wird der Innenraum des Resonatorgehäuses 10 durch das konzentrisch im Resonatorgehäuse 10 angeordnete Ladeluftrohr 13 und dieses konzentrisch umgebende Zwischenwände 15 in mehrere kreisringförmige Resonatorkammern aufgeteilt, die wiederum durch Segmentierwände 16 in jeweils mehrere sektorförmige Resonanzkammern unterteilt sind. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils fünf Segmentierwände 16 vorgesehen, woraus je Resonatorkammer fünf Resonanzkammern 17–21 resultieren (siehe insbesondere 6). 2 und 3 machen deutlich, daß Zwischenwände 15 und Segmentierwände 16 miteinander zu einem skelettartigen, insgesamt mit 22 bezifferten Bauteile verbunden sind.As in particular from 1 and 4 shows, the interior of the resonator housing 10 through the concentric in the resonator housing 10 arranged charge air pipe 13 and this concentrically surrounding partitions 15 divided into a plurality of annular resonator chambers, in turn, by Segmentierwände 16 are divided into a plurality of sector-shaped resonance chambers. In the illustrated embodiments are each five Segmentierwände 16 provided, from which each resonator chamber five resonance chambers 17 - 21 result (see in particular 6 ). 2 and 3 make it clear that partitions 15 and segmentation walls 16 with each other to a skeletal, total with 22 numbered components are connected.

Wie die Zeichnung des Weiteren erkennen lässt, weisen Resonatorgehäuse 10, Ladeluftrohr 13 und skelettartiges Bauteil 22 eine im gleichen Sinne stetig gekrümmte Form auf. Die Leitkurve hierfür, zugleich gemeinsame Längsmittelachse 23 der Teile 10, 13, 22, ist aus 3 ersichtlich. Hierbei ist jede der insgesamt vier Zwischenwände 15 orthogonal zu der Längsmittelachse 23, bezogen auf deren Schnittpunkt der durch die jeweilige Zwischenwand 15 gebildeten Ebene, angeordnet. Die Segmentierwände 16 sind sämtlichst radial zu der Längsmittelachse 23 ausgerichtet. Eine Besonderheit besteht darin, dass die einander entsprechenden Segmentierwände 16 jeweils die Zwischenwände 15 orthogonal schneidende gekrümmte Flächen bilden, wobei die Krümmung jeweils zu der Krümmung der Längsmittelachse 23 korrespondiert (siehe insbesondere 3). Die Längsmittelachse 23 ist so konzipiert, dass ihre Projektion in einer Auslegungsgegebenheiten, vorzugsweise der zu bedienenden Geräuschfrequenz, folgenden Ebene liegt. Die durch die Längsmittelachse 23 vorgegebene stetige Krümmung von Resonatorgehäuse 10, Ladeluftrohr 13 und skelettartigem Bauteil 22 dient dem Zweck einer Minimierung des Druckverlustes längs des Strömungsweges der Ansaug- bzw. Ladeluft. Druckverluste in der Ladeluftleitung würden nämlich eine Leistungsminderung der Brennkraftmaschine bewirken. Deshalb ist es angezeigt, die Druckverluste im gesamten Ladungswechsel auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Die den absoluten Druckverlust bestimmenden Faktoren sind die Strömungsgeschwindigkeit in der Ladeluftleitung und die Gestaltung der Richtungsänderungen innerhalb der Strömungsführung. Je höher die Strömungsgeschwindigkeiten sind und je schärfer eine Umlenkung der Strömung erfolgt, desto höher sind die zu erwartenden Strömungsverluste.As the drawing further shows, have resonator housing 10 , Charge air pipe 13 and skeletal component 22 a constantly curved shape in the same sense. The Leitkurve for this, at the same time common longitudinal central axis 23 Of the parts 10 . 13 . 22 , is out 3 seen. Here, each of the four partitions 15 orthogonal to the longitudinal center axis 23 , based on their intersection by the respective partition 15 formed level, arranged. The segmentation walls 16 are all radially to the longitudinal central axis 23 aligned. A special feature is that the corresponding segmentation walls 16 each the intermediate walls 15 form orthogonally intersecting curved surfaces, wherein the curvature in each case to the curvature of the longitudinal central axis 23 corresponds (see in particular 3 ). The longitudinal central axis 23 is designed in such a way that its projection lies in the following level of design, preferably the sound frequency to be operated. The through the longitudinal central axis 23 predetermined continuous curvature of Resonatorgehäuse 10 , Charge air pipe 13 and skeletal component 22 serves the purpose of minimizing the pressure loss along the flow path of the intake or charge air. Pressure losses in the charge air line would namely cause a reduction in performance of the internal combustion engine. Therefore, it is advisable to minimize the pressure losses throughout the charge cycle. The absolute pressure loss determining factors are the flow velocity in the charge air line and the design of the direction changes within the flow guide. The higher the flow velocities and the sharper the deflection of the flow, the higher are the expected flow losses.

Strömungsverluste entstehen durch lokale Strömungsablösungen in der Ladeluftleitung und stehen in direktem Zusammenhang mit Strömungsgeräuschen, die es neben den Druckpulsationen ebenfalls zu reduzieren gilt. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes wirkt sich die stetig gekrümmte Strömungsführung bei gegebener Anbindungsorientierung zu den umliegenden Motorelementen, Ladeluftschlauch und Abgasturbolader, bei dem dargestellten Schalldämpfer sehr günstig aus.flow losses caused by local flow separation in the charge air duct and are directly related to flow noise, which also has to be reduced in addition to the pressure pulsations. Considering From this point of view, the constantly curved flow guidance is affected given connection orientation to the surrounding engine elements, Charge air hose and exhaust gas turbocharger, in the illustrated muffler very Cheap out.

Die im Betrieb zu erwartenden maximalen Massendurchsätze der Ladeluft je Zeiteinheit sind im Lastenheft des Aggregates festgelegt, so daß ein geringer Druckverlust durch große Strömungsquerschnitte realisiert werden kann. Große Strömungsquerschnitte werden jedoch durch eine Reduzierung der zur Verfügung stehenden Resonanzvolumina erkauft. Dieser Umstand ist besonders bei der durch das Lastenheft geforderten unteren Grenzfrequenz von 1.500 Hz von Bedeutung. Eine vergleichsweise tieffrequente Abstimmung eines Ladeluftdämpfers auf dem Prinzip des sogenannten Helmholtzresonators bedingt größere Resonanzkammern als vergleichbar hohe Abstimmungsfrequenzen. Der Zielkonflikt wird vorliegend dahingehend gelöst, daß der Innendurchmesser des Ladeluftrohres 13 im Schalldämpfer sich an dem Durchmesser des sich bei 24 (1) anschließenden Turboladerdruckstutzens (nicht gezeigt) orientiert. Die untere Grenzfrequenz der so umgesetzten Konstruktion liegt je nach Gastemperatur und Gasdruck zwischen 1.550 Hz und 1.800 Hz. Weiterhin findet kein Durchmessersprung an der Schnittstelle zum Turbolader statt, was im Sinne einer Druckverlustminimierung und Vermeidung von strömungsbedingten Geräuschen erwünscht ist. Durchgeführte Versuchsreihen haben gezeigt, daß der Druckverlust bei stationärer Durchströmung lediglich in der Größenordnung von 27 mbar liegt.The expected during operation maximum mass flow rates of the charge air per unit time are specified in the specifications of the unit, so that a low pressure drop can be realized by large flow cross-sections. However, large flow cross sections are bought by reducing the available resonance volumes. This circumstance is particularly important in the lower limit frequency of 1,500 Hz required by the specifications. A comparatively low-frequency tuning of a charge air damper on the principle of the so-called Helmholtz resonator requires larger resonance chambers than comparably high tuning frequencies. The conflict of objectives is hereby solved to the effect that the inner diameter of the charge air pipe 13 in the muffler to the diameter of at 24 ( 1 ) subsequent turbocharger pressure port (not shown). Depending on the gas temperature and gas pressure, the lower limit frequency of the construction thus implemented is between 1,550 Hz and 1,800 Hz. Furthermore, there is no diameter jump at the interface to the turbocharger, which is desirable in terms of minimizing pressure loss and avoiding flow-induced noise. Experiments carried out have shown that the pressure loss at stationary flow is only in the order of 27 mbar.

Die Konzeption des dargestellten Ladeluftschalldämpfers zeichnet sich desweiteren durch die Besonderheit aus, störende Geräusche und ihre Komponenten möglichst nahe an ihrem Entstehungsort zu bekämpfen, um eine Weiterleitung an potentiell schallabstrahlende Flächen zu unterbinden. Die Lage des Dämpfungskonzeptes möglichst nahe am Abgasturbolader ist deshalb von Wichtigkeit. Die Effektivität des Schallminderungskonzeptes wird weiterhin begünstigt, wenn die Geräuschquelle sich nicht weiter als eine Wellenlänge entfernt vom Ladeluftschalldämpfer befindet. Dabei wird dieses Kriterium von der jeweils interessierenden Frequenz bei gegebener Schallgeschwindigkeit gebildet. Unter Berücksichtigung dieses Umstandes sind die Resonanzkammern 17–21 (6) im Ladeluftschalldämpfer gegenüber der Geräuschquelle Abgasturbolader so angeordnet, daß hohe Frequenzen zuerst getilgt werden.The concept of the illustrated charge air muffler is further distinguished by the peculiarity of combating disturbing noises and their components as close as possible to their place of origin in order to prevent transmission to potentially sound-emitting surfaces. The position of the damping concept as close as possible to the turbocharger is therefore important. The effectiveness of the sound reduction concept will continue to be favored if the noise source is located no further than a wavelength away from the charge air muffler. In this case, this criterion is formed by the respective frequency of interest at a given speed of sound. Taking this circumstance into consideration, the resonance chambers are 17 - 21 ( 6 ) arranged in the charge air muffler with respect to the noise source exhaust gas turbocharger so that high frequencies are paid off first.

Diese Maßnahme kommt auch den räumlichen Gegebenheiten entgegen, da hier im Umfeld des Abgasturboladers ohnehin durch Kühlwasserzulauf und Unterdruckdose das Raumangebot eingeschränkt ist. Somit ist die Anordnung der Resonanzkammern 17–21 bzw. der durch die Zwischenwände 15 gebildeten Resonatorkammern in Strömungsrichtung (Pfeil 25, 1) vorgegeben.This measure is also contrary to the spatial conditions, since here in the environment of the exhaust gas turbocharger anyway by cooling water inlet and vacuum box space is limited. Thus, the arrangement of the resonance chambers 17 - 21 or the through the intermediate walls 15 formed resonator chambers in the flow direction (arrow 25 . 1 ).

Konzeptionelle Untersuchungen haben gezeigt, dass eine vergleichsweise tieffrequente Abstimmung dieses Schallminderungskonzeptes nicht notwendigerweise große Resonanzvolumina (17–21) erfordert, sondern dass vielmehr die Abstimmung eines gegebenen Resonanzvolumens mit den entsprechenden Resonanzbohrungen 14 die Lage des Resonanzbereiches bestimmt. Dieser Umstand ermöglicht bei gegebenem Bauraum eine vergleichsweise tieffrequente Abstimmung bei kleinen Resonanzvolumina (17–21). Dadurch erscheint es als sinnvoll, den abzudeckenden Frequenzbereich mit vielen kleinen Resonanzkammern, vorliegend fünf je Resonatorkammer, nämlich jeweils die Resonanzkammern 17–21, zu realisieren, um eine feinere Auflösung des Frequenzbereiches zu erzielen. Einbrüche der Dämpfung über das geforderte Frequenzband können somit erheblich reduziert werden, und es kommt zu einer gleichmäßigen Einfügedämpfung über den Frequenzbereich.Conceptual investigations have shown that a comparatively low-frequency tuning of this noise reduction concept does not necessarily require large resonance volumes ( 17 - 21 ), but rather the tuning of a given resonant volume with the corresponding resonant holes 14 determines the position of the resonance range. This circumstance allows for a given space a comparatively low-frequency tuning at low resonance volumes ( 17 - 21 ). This makes it sensible to cover the frequency range with many small resonance chambers, in the present case five per resonator chamber, namely the resonance chambers in each case 17 - 21 to realize, to achieve a finer resolution of the frequency range. Dips in the attenuation over the required frequency band can thus be significantly reduced, and there is a uniform insertion loss over the frequency range.

Aus diesem Grunde sind vorliegend die durch die Zwischenwände 15 gebildeten ringförmigen Resonatorkammern in Umfangsrichtung noch durch die Segmentierwände 16 geteilt, um durch eine entsprechende Abstimmung das zu dämpfende Frequenzband von 1,5 kHz hinreichend bedienen zu können. Die hierdurch gebildeten Segmentvolumina (Resonanzkammern 17–21) sind so ausgelegt, dass die entsprechenden Resonanzfrequenzen sehr nahe beieinanderliegen, um eine möglichst kontinuierliche Einfügedämpfung zu erhalten. Die gegebenen Raumverhältnisse unter der Zusatzbedingung der Druckverlustminimierung in der Strömungsführung bedingen die bereits erwähnte gekrümmte Längsmittelachse 23 (3), um die das System der Segmentierwände 16 rotationssymmetrisch aufgebaut wird. Prinzipbedingt wären demgemäß diejenigen Resonanzkammern, welche auf der Innenseite der Längsmittelachsenkrümmung angeordnet sind, kleiner im Volumen als die entsprechend außenliegenden Resonanzkammern.For this reason, the present by the partitions 15 formed annular resonator chambers in the circumferential direction still through the Segmentierwände 16 divided in order to be able to adequately serve the frequency band of 1.5 kHz to be attenuated by an appropriate tuning. The segment volumes formed thereby (resonance chambers 17 - 21 ) are designed so that the corresponding resonant frequencies are very close to each other in order to obtain the most continuous insertion loss. The given space conditions under the additional condition of minimizing the pressure loss in the flow guide cause the already mentioned curved longitudinal central axis 23 ( 3 ) to which the system of segmentation walls 16 is constructed rotationally symmetrical. As a result of the principle, those resonance chambers which are arranged on the inner side of the longitudinal central axis curvature would be smaller in volume than the corresponding outer resonance chambers.

Um auf der Innenseite der Längsmittelachsenkrümmung im wesentlichen gleichgroße Resonanzvolumina wie auf der Außenseite zu erhalten, sind die Winkelabstände (z.B. α) zwischen zwei Segmentierwänden 16 auf der Innenseite der Längsmittelachsenkrümmung größer gewählt als die Winkelabstände (z.B. β) auf der Außenseite (siehe 3). Auf diese Weise ergeben sich über den Umfang des Ladeluftrohres 13 etwa gleichgroße Volumina der Resonanzkammern 17–21.In order to obtain on the inside of the longitudinal central axis curvature substantially equal resonance volumes as on the outside, are the angular distances (eg α) between two Segmentierwänden 16 on the inside of the longitudinal central axis curvature chosen to be larger than the angular distances (eg β) on the outside (see 3 ). In this way, arise over the circumference of the charge air pipe 13 approximately equal volumes of the resonance chambers 17 - 21 ,

Die Krümmung der Längsmittelachse 23 ist über ihre gesamte Längserstreckung konstant, so dass die segmenteinschließenden Winkel (z.B. α, β, 6) für alle Resonatorkammern entlang der Längsmittelachse 23 beibehalten werden können. Somit ergibt sich eine Rippenstruktur des Bauteils 22 (3), die eine relativ hohe Eigensteifigkeit besitzt und die sich vorteilhaft im Spritzgussverfahren mit drei Schiebern realisieren lässt. Wird diese Rippenstruktur (Bauteil 22) mit dem Resonatorgehäuse 10 verbunden, so ergibt sich hierdurch eine deutliche Erhöhung der Eigensteifigkeit der gesamten Schalldämpferkonstruktion. Durch Druckpulsationen hervorgerufene oszillierende Bewegungen des Resonatorgehäuses 10 (sog. "Atmen" der Gehäusewand) werden merkbar reduziert, was wiederum zu einer vorteilhaften, reduzierten Schallabstrahlung führt.The curvature of the longitudinal central axis 23 is constant over its entire longitudinal extent, so that the segment-enclosing angles (eg α, β, 6 ) for all resonator chambers along the longitudinal central axis 23 can be maintained. This results in a rib structure of the component 22 ( 3 ), which has a relatively high inherent rigidity and which can be advantageously realized by injection molding with three slides. Will this rib structure (component 22 ) with the resonator housing 10 connected, this results in a significant increase in the inherent rigidity of the entire muffler construction. Oscillating movements of the resonator housing caused by pressure pulsations 10 (so-called "breathing" the housing wall) are noticeably reduced, which in turn leads to an advantageous, reduced sound radiation.

Durch die Segmentierung der ringförmigen Resonatorkammern zu sektorförmigen Resonanzkammern (17–21, 6) werden Resonanzvolumina kompakter Bauform erzeugt. "Kompakt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die das jeweilige Resonanzvolumen beschreibenden Größen, Höhe, Breite, Tiefe der Resonanzkammern 17–21, kleiner sind als die Wellenlänge, welche der zu bedämpfenden Frequenz zugeordnet ist. Unter Einhaltung dieser Randbedingung wird sichergestellt, dass sich eine ebene Wellenform in dem Resonanzvolumen ausbreitet; es werden insbesondere Querreflexionen innerhalb des Resonanzvolumens vermieden, die einen unerwünschten Wirkungsgradverlust bedeuten würden.By the segmentation of the annular Resonator chambers to sector-shaped resonance chambers ( 17 - 21 . 6 ) resonance volumes of compact design are generated. In this context, "compact" means that the sizes, height, width, depth of the resonance chambers describing the respective resonance volume 17 - 21 , are smaller than the wavelength associated with the frequency to be damped. In compliance with this constraint, it is ensured that a planar waveform propagates in the resonant volume; In particular, transverse reflections within the resonance volume are avoided, which would mean an undesirable loss of efficiency.

Bei der aus der Zeichnung ersichtlichen und im vorstehenden beschriebenen Schalldämpferkonzeption bildet die Außenwand der Ladeluftröhre 13 einen mit den einzelnen Resonanzkammern 17–21 (6) zusammenwirkenden Resonatorboden 26, der von den bereits erwähnten Resonanzbohrungen 14 durchsetzt ist. Anzahl und Anordnung der Resonanzbohrungen auf der Resonatorbodenfläche 26 erfolgt unter dem Gesichtspunkt maximierter Wirksamkeit. Theoretische Überlegungen und ergänzende Versuchsreihen hierzu haben erbracht, dass durch kompakte Anordnung der Resonanzbohrungen 14 die Koppelfläche zur Ladeluftströmung als Summe der Einzelkoppelflachen dargestellt werden kann. Als Koppelflächen werden hierbei die Querschnittsflächen der Resonanzbohrungen 14 bezeichnet, über die die Druckpulsationen in der Ladeluftröhre 13 mit den Resonanzkammern 17–21 kommunizieren können.In the apparent from the drawing and described in the foregoing muffler design forms the outer wall of the charge air tube 13 one with the individual resonance chambers 17 - 21 ( 6 ) cooperating resonator bottom 26 , from the already mentioned resonance holes 14 is interspersed. Number and arrangement of resonance bores on the resonator bottom surface 26 takes place from the point of view of maximized effectiveness. Theoretical considerations and additional test series have shown that by compact arrangement of the resonance bores 14 the coupling surface to the charge air flow can be represented as the sum of the individual coupling surfaces. As coupling surfaces here are the cross-sectional areas of the resonance holes 14 indicates the pressure pulsations in the charge-air tube 13 with the resonance chambers 17 - 21 to be able to communicate.

Als bestimmendes Kriterium dient wieder die mit der zu bedämpfenden Schallfrequenz assoziierende Wellenlänge, wonach der Umfang des Lochbildes der Resonanzbohrungen 14 möglichst klein gegenüber dieser Wellenlänge sein sollte. Eine zentrale Anordnung des Lochbildes auf der Resonatorbodenfläche 26 läßt eine maximale Wirkung erwarten. Die Umfänge der einzelnen Resonanzbohrungen 14 sollten ebenfalls klein sein gegenüber der in Rede stehenden Wellenlänge der Schallfrequenz.The decisive criterion is again the associated with the sound frequency to be damped wavelength, after which the scope of the hole pattern of the resonance holes 14 should be as small as possible with respect to this wavelength. A central arrangement of the hole pattern on the resonator bottom surface 26 lets expect a maximum effect. The perimeters of the individual resonance holes 14 should also be small compared to the wavelength of the sound frequency in question.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Variante nach 5. Bei dieser Ausführungsform besteht die Besonderheit darin, daß auch die Segmentierwände – in 5 mit 16a beziffert – und/oder die Zwischenwände 15 von kreisrunden Ausnehmungen, hier mit 27 bezeichnet, durchsetzt sind. Die Ausnehmungen 27 verbinden die einzelnen Resonanzkammern 17–21 (6) jeder einzelnen ringförmigen Resonatorkammer bzw. die Resonatorkammern untereinander in pneumatischer Hinsicht und sollen deshalb im folgenden als "Koppelelemente" bezeichnet werden. Bei dem sich durch die Koppelelemente 27 ergebenden gekoppelten System wird der vorteilhafte Effekt erzielt, daß sich benachbarte Kammersegmente (Resonanzkammern 17–21) hinsichtlich des Resonanzverhaltens gegenseitig günstig beeinflussen. Die benachbarten Resonanzkammern 17–21 jeder einzelnen Resonatorkammer können also pneumatisch miteinander kommunizieren. Die Anzahl der Freiheitsgrade des schwingungsfähigen Systems werden bei dieser Umsetzung verdoppelt, was einer Verdoppelung der Anzahl der Eigenfrequenzen der einzelnen Resonanzkammern 17–21 entspricht. Numerische Betrachtungen haben ergeben, daß sich die Bandbreite der Einfügedämpfung erheblich erweitern läßt. Dabei wird die obere Grenzfrequenz des Dämpfbandes tendenziell zu hohen Frequenzen bei Beibehaltung der unteren Grenzfrequenz verschoben. Hinsichtlich Anzahl, (gruppenförmige) Anordnung und Dimensionierung der Koppelelemente 27 (Koppelbohrungen) gelten dieselben Regeln wie für die Resonanzbohrungen 14 im Ladeluftrohr 13 (s.o.).The following explanations refer to the variant 5 , In this embodiment, the special feature is that the Segmentierwände - in 5 With 16a figured - and / or the partitions 15 of circular recesses, here with 27 designated, interspersed. The recesses 27 connect the individual resonance chambers 17 - 21 ( 6 ) Each individual annular resonator chamber or the resonator chambers with each other in a pneumatic manner and should therefore be referred to below as "coupling elements". In which through the coupling elements 27 resulting coupled system, the advantageous effect is achieved that adjacent chamber segments (resonance chambers 17 - 21 ) influence each other favorably with regard to the resonance behavior. The adjacent resonance chambers 17 - 21 Each individual resonator chamber can thus communicate pneumatically with each other. The number of degrees of freedom of the oscillatory system are doubled in this implementation, which is a doubling of the number of natural frequencies of the individual resonance chambers 17 - 21 equivalent. Numerical considerations have shown that the bandwidth of the insertion loss can be significantly increased. In this case, the upper limit frequency of the damping band tends to be shifted to high frequencies while maintaining the lower limit frequency. With regard to number, (group-shaped) arrangement and dimensioning of the coupling elements 27 (Coupling holes) the same rules apply as for the resonance holes 14 in the charge air pipe 13 (so).

In 4 besteht eine Besonderheit darin, daß am äußersten Rand der Segmentierwände 16 und/oder der Zwischenwände 15 Aussparungen 27a als Koppelelemente ausgebildet sind.In 4 There is a special feature in that at the outermost edge of Segmentierwände 16 and / or the intermediate walls 15 recesses 27a are designed as coupling elements.

Aus 1 und 2 sind weitere konstruktive Besonderheiten des dargestellten Ladeluftschalldämpfers ersichtlich. So besitzt dieser zwecks Anbindung an den Luftausgang des (nicht dargestellten) Abgasturboladers ein Anschlußelement, welches aus zwei zueinander längs verschieblichen Flanschteilen 28, 29 besteht, zwischen denen sich in Zusammenbaustellung (1) eine Ringnut 30 ausbildet. In der Ringnut 30 ist ein ring förmiges Dichtelement 31 aus elastischem Material angeordnet. Die axiale Verschieblichkeit der beiden Flanschteile 28, 29 des Anschlußelements 24 im Zusammenwirken mit dem Dichtelement 31 bedeutet vorteilhafterweise einen Toleranzausgleich mit integrierter Dichtfunktion.Out 1 and 2 Further design features of the illustrated charge air muffler can be seen. So this has the purpose of connection to the air outlet of the exhaust gas turbocharger (not shown), a connecting element, which consists of two mutually longitudinally displaceable flange 28 . 29 between which there is an assembly ( 1 ) an annular groove 30 formed. In the ring groove 30 is a ring-shaped sealing element 31 arranged of elastic material. The axial displaceability of the two flange parts 28 . 29 of the connection element 24 in cooperation with the sealing element 31 Advantageously means a tolerance compensation with integrated sealing function.

1 und 2 lassen desweiteren erkennen, daß der Ladeluftschalldämpfer an seinem anderen, vom Abgasturbolader abgewandten (in 1 und 2 linksseitigen) Ende, an dem eine zum Lufteinlass der Brennkraftmaschine führende Ladeluftleitung (nicht gezeigt) angreift, ein rohrstutzenförmiges Kupplungsteil 32 mit mehreren an dessen Umfang angeordneten Rastnuten 33 zum Anschluß der Ladeluftleitung aufweist. 2 macht deutlich, daß hierbei das Kupplungsteil 32 gegenüber dem Resonatorgehäuse 10 ein separates Bauteil bildet. 2 zeigt weiterhin, daß das sich aus den Zwischenwänden 15 und den Segmentierwänden 16 (bzw. 16a bei der Variante nach 5) zusammensetzende skelettartige Bauteil 22 im Einbauzustand beidseitig über je ein elastisches Ringdichtelement 34, 35, 36 am Resonatorgehäuse 10 einerseits und am Kupplungsteil 32 andererseits abgestützt ist. Die Ringdichtelemente 34, 35, 36 dienen dem Längenausgleich von Herstellungstoleranzen zwischen den in Rede stehenden Teilen. Einem entsprechenden Zweck dienen weitere Ringdichtelemente 37, 38 an den Enden des Ladeluftrohrs 13. 1 and 2 let further recognize that the charge air muffler at its other, facing away from the exhaust gas turbocharger (in 1 and 2 left-side) end, on which a charge air line leading to the air inlet of the internal combustion engine (not shown) engages, a pipe socket-shaped coupling part 32 with a plurality of locking grooves arranged on its circumference 33 has to connect the charge air line. 2 makes it clear that in this case the coupling part 32 opposite the resonator housing 10 forms a separate component. 2 further shows that this is from the intermediate walls 15 and the segmentation walls 16 (respectively. 16a in the variant 5 ) composing skeletal component 22 in the installed state on both sides via a respective elastic ring sealing element 34 . 35 . 36 at the resonator housing 10 on the one hand and on the coupling part 32 supported on the other hand. The ring sealing elements 34 . 35 . 36 serve the length compensation of manufacturing tolerances between the issues in question Share. A corresponding purpose serve further ring sealing elements 37 . 38 at the ends of the charge air tube 13 ,

Um Druck- und Strömungsverluste nach Möglichkeit zu minimieren, ist es zweckmäßig, wenn der Innendurchmesser des Ladeluftrohres 13 turboladerseitig (in 1 und 2 rechtsseitig) dem Durchmesser des dort angreifenden Turboladerdruckstutzens und am anderen Ende (in 1 und 2 linksseitig) dem Durchmesser der sich dort anschließenden Ladeluftleitung (nicht gezeigt) angeglichen ist.To minimize pressure and flow losses wherever possible, it is expedient if the inner diameter of the charge air pipe 13 turbocharger side (in 1 and 2 right side) the diameter of the turbocharger pressure nozzle acting there and at the other end (in 1 and 2 on the left side) to the diameter of the charge air line (not shown) adjoining there.

Claims

Silencer for reducing the noise in the intake or exhaust system of internal combustion engines, in particular the charge air noise of a arranged in the intake or exhaust gas line turbocharger, with a suction or charge air leading intake or charge air pipe ( 13 ) and this in the radial distance enclosing resonator housing ( 10 ) passing through partitions ( 15 ) is subdivided into a plurality of resonator chambers, which are defined by recesses ( 14 ) in the intake or charge air tube wall, which is a compact (group-shaped), centrally on a through the outer wall of the intake or charge air pipe ( 13 ) resonator bottom surface ( 26 ) connected hole pattern, with the interior of the intake or charge air pipe ( 13 ), wherein the resonator housing ( 10 ) has a rounded cross section, in particular circular cross section, and concentrically the intake or charge air pipe ( 13 ) and the intermediate walls ( 15 ) orthogonal or substantially orthogonal to the respectively assigned point of the common longitudinal center axis ( 23 ) of intake or charge air pipe ( 13 ) and resonator housing ( 10 ) are arranged, such that the resonator chambers are rounded, in particular annular, in the form of a rounded ring, characterized in that the common longitudinal central axis ( 23 ) of intake or charge air pipe ( 13 ) and resonator housing ( 10 ) has a continuous positive curvature along the flow path of the intake or charge air.

A silencer according to claim 1, characterized in that the resonator chambers by radially between the intake or charge air pipe ( 13 ) and resonator housing ( 10 ) extending segmentation walls ( 16 . 16a ) in rotationally symmetrical the intake or charge air pipe ( 13 ) surrounding resonance chambers ( 17 - 21 ) are divided and that each corresponding Segmentierwände ( 16 . 16a ) of the adjacent resonator chambers form common longitudinal surfaces.

Silencer according to claim 2, characterized in that the Segmentierwände ( 16 . 16a ) continuous recesses ( 27 ), such that the individual resonance chambers ( 17 - 21 ) Each resonator are interconnected pneumatically.

Silencer according to claim 2 and 3, characterized in that the recesses ( 27 ) in the segmentation walls ( 16a ) are arranged as a compact hole pattern, which has a relation to the wavelength of the frequency to be damped comparatively small extent.

Silencer according to one or more of the preceding claims, characterized in that recesses ( 27a ) in the segmentation walls ( 16 ) and / or partitions ( 15 ) are formed on the outermost edge.

Silencer according to one or more of claims 2 to 5, characterized in that the resonance chambers ( 17 - 21 ) forming partitions ( 15 ) and segmentation walls ( 16 . 16a ) - skeletal - a separate part ( 22 ) with respect to the resonator housing ( 10 ) and this separate part ( 22 ) in the installed state on both sides via elastic ring sealing elements ( 34 . 35 . 36 ) on the resonator housing ( 10 ) or on a pipe socket-shaped coupling part ( 32 ) is supported.

Silencer according to claim 6, characterized in that the pipe socket-shaped coupling part ( 32 ) with respect to the resonator housing ( 10 ) forms a separate component and arranged on its circumference locking grooves ( 33 ) for connecting a charge air line leading to the air inlet of the internal combustion engine.

Silencer according to one or more of the preceding claims, characterized in that intermediate walls ( 15 ) and segmentation walls ( 16 . 16a ) are arranged so that adjacent resonance chambers ( 17 - 21 ) Have natural frequencies in the same order of magnitude, but each natural frequency occurs only once.

silencer according to one or more of the preceding claims, characterized in that those resonance chambers that have high natural frequencies, near the sound source to be damped and resonant chambers with lower natural frequencies continue to that extent are arranged away from the sound source, as their natural frequencies decrease.

Silencer according to one or more of the preceding claims, characterized in that the resonance volume determining quantities such as height, width and depth of resonance chambers ( 17 - 21 ) are small with respect to the wavelength of the sound source frequency to be attenuated.

Silencer according to one or more of the preceding claims, which is connected as a charge air damper to an exhaust gas turbocharger, characterized in that a purpose of tolerance compensation of two mutually longitudinally displaceable flange parts ( 28 . 29 ) existing connection element ( 24 ) and in a between the flange ( 28 . 29 ) formed annular groove ( 30 ) an annular sealing element ( 31 ) is arranged made of elastic material.