DE102006038830A1

DE102006038830A1 - Lader für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem Lader

Info

Publication number: DE102006038830A1
Application number: DE102006038830A
Authority: DE
Inventors: Arnd Schmidt; Robert Schlender
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-19
Also published as: DE102006038830B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen für eine Brennkraftmaschine bestimmten Lader (1) mit einem einen Strömungsdämpfer (2) aufnehmenden Hohlkörper (3). Der Lader (1) weist einen Verdichterstutzen (4) eines Verdichteraustritts (7) auf, der mittels einer Flanschverbindung (5) mit einem Rand (6) des Hohlkörpers (3) verbunden ist. Dieser Hohlkörper (3) nimmt in seinem Inneren einen der Schalldämpfung dienenden Strömungsdämpfer (2) auf. Die Flanschverbindung (5) weist hierzu eine Dichtungsfläche (12) auf, an welcher der Verdichterstutzen (4) und der Hohlkörper (3) mittels mehrerer Schraubverbindungen (8) dichtend und lösbar fixiert sind. An seinem dem Verdichterstutzen (4) abgewandten Endabschnitt ist der Hohlkörper (3) mit einem Riffelstutzen (9) für eine in Figur 3 gezeigte Ladeluftleitung (13) ausgestattet.

Description

Die Erfindung betrifft einen für eine Brennkraftmaschine bestimmten Lader, der einen mit einer Ladeluftleitung verbundenen Verdichterstutzen aufweist, wobei der Lader einen im Luftstrom der Ladeluft angeordneten Strömungsdämpfer zur Reduzierung der Schallemissionen im Ansaugstrang der Brennkraftmaschine aufweist, sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Lader.
Bei derartigen Brennkraftmaschinen mit einem Lader, insbesondere Turboladermotoren, treten im Allgemeinen akustische Störungen durch hochfrequente Strömungsgeräusche auf, die beispielsweise durch Unwuchten und geometrische Verzüge der Schaufeln verursacht werden. Diese Schallanteile lassen sich durch entsprechend abgestimmte Strömungsdämpfer wesentlich reduzieren. Außer dieser akustischen Funktion sind jedoch noch anderweitige Belange, beispielsweise bei der Montage, zu berücksichtigen.
Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein derartiger Lader sind beispielsweise bereits durch die EP 12 60 697 A2 bekannt. Die Brennkraftmaschine ist mit einem die Ladeluft verdichtenden Lader ausgestattet, welcher einen Verdichterstutzen aufweist. Der Verdichterstutzen des Laders ist mittels einer als Ladeluftschlauch ausgeführten Ladeluftleitung mit dem Ansaugtrakt verbunden. Der Strömungsdämpfer dient dabei zugleich als eine Kupplung zwischen dem Ladeluftschlauch und dem Verdichterstutzen derart, dass der Geräuschdämpfer einerseits in den Verdichterstutzen und andererseits in den Ladeluftschlauch eingreift. Dies hat den Vorteil, dass der Geräuschdämpfer keinen zusätzlichen Bauraum benötigt und ferner zugleich mit dem Anschluss des Ladeluftschlauches an den Verdichterstutzen montiert ist. Weiterhin kann auf eine sprunghafte Veränderung des Durchmessers des Ladeluftschlauches verzichtet werden. Ferner soll der Lader dadurch kleiner, leichter, kostengünstiger, wirksamer und unauffälliger sein.
Die durch die DE 199 43 246 A1 bekannte Brennkraftmaschine ist mit einem als Schalldämpfer ausgeführten Strömungsdämpfer zur Reduzierung der Luftgeräusche, insbesondere der Ladeluftgeräusche eines im Ansaug- oder Abgasstrang angeordneten Turboladers ausgestattet. Der Schalldämpfer weist eine die Ladeluft führende Ladeluftleitung und ein diese im radialen Abstand umschließendes Resonatorgehäuse auf. Der Raum zwischen der Ladeluftleitung und dem Resonatorgehäuse ist durch Zwischenwände in mehrere Resonatorkammern unterteilt, die durch Ausnehmungen in der Ladeluftleitungswand mit dem Innenraum der Ladeluftleitung verbunden sind. Der Strömungsdämpfer hat zur Anbindung an den Luftausgang des Laders zwei längs verschiebbare Flanschteile, die ein Dichtelement einschließen, welches gegen eine Rohrinnenwandung des Verdichterstutzens anlegbar ist und zugleich einen Toleranzausgleich ermöglicht. Mit der zum Lufteinlass der Brennkraftmaschine führenden Leitung ist der Schalldämpfer mit einem separaten, rohrstutzenförmigen Kupplungsteil ausgestattet, welches mehrere an dessen Umfang angeordnete Rastnuten hat.
Die DE 199 57 597 A1 beschreibt einen Dämpfereinbau, bei dem die Einfügung des Dämpfers bei einer Anwendung am Turbolader in den Turbolader-Druckstutzen erfolgt. Um neben einer einfachen Montage auch die erforderliche Dichtheit zu gewährleisten, wird der Dämpfer in seinem Sitz im Druckstutzen unter Vorspannung gehalten. Hierzu erfolgt eine Montage des Dämpfers im Turbolader-Druckstutzen mit Hilfe der Spannfeder, die in der Art einer Schnappfeder konzipiert ist. Ein Führungsring fixiert den Dämpfer im Sitz des Turbolader-Druckstutzens.
Ferner beschreibt die DE 35 31 353 C2 einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine. Ein Schalldämpfer ist dabei mittels eines Schlauches mit dem Auslass eines Laders verbunden.
Als nachteilig erweist sich bei den vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschinen in der Praxis der erhebliche Aufwand zur Erzielung einer zuverlässigen Dichtung der Ladeluftführung im Bereich der Anbindung der Ladeluftleitung an den Verdichterstutzen und eines zugleich hohen Wirkungsgrades bei der Schalldämpfung. Die Montage erweist sich überdies als vergleichsweise aufwendig, wobei Montagefehler aufgrund der hohen Genauigkeitsanforderungen nicht zuverlässig auszuschließen sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lader sowie eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass zugleich eine einfache Montage als auch eine schnelle Anpassung an eine insbesondere abweichende Leistungscharakteristik verschiedener Brennkraftmaschinen mit geringem Aufwand möglich ist.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Lader gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 12 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen des Laders.
Erfindungsgemäß ist also ein für eine Brennkraftmaschine bestimmter Lader vorgesehen, bei dem der Verdichterstutzen mittels einer Flanschverbindung mit einem den Strömungsdämpfer aufnehmenden Hohlkörper verbunden ist, welcher an seinem dem Verdichterstutzen abwandten Endabschnitt mit einem Stutzen für die Ladeluftleitung ausgestattet ist. Erfindungsgemäß wird dadurch einerseits eine einfache Montage erreicht, indem nicht wie beim Stand der Technik der Strömungsdämpfer, sondern der Hohlkörper als Verbindungselement zwischen dem Verdichterstutzen und der Ladeluftleitung eingesetzt wird, so dass der Strömungsdämpfer unabhängig in den Hohlkörper eingesetzt werden kann. Andererseits wird dadurch zugleich eine flexible Abstimmung der gewünschten Geräuschdämpfung durch einen wahlweisen Einsatz des jeweils geeigneten Strömungsdämpfers in den Hohlkörper erreicht. Auf diese Weise lassen sich also zugleich die Kosten, das Eigengewicht sowie die Dämpfung der akustischen Emissionen des Laders erheblich verbessern. Hierzu ist der Verdichterstutzen mit einem einfachen Flansch ausgestattet, an dem der beispielsweise aus Kunststoff hergestellte Hohlkörper insbesondere auch bereits in einem vorhergehenden Arbeitsgang fixiert werden kann. Im Falle der gegebenenfalls erforderlichen Service- und Wartungsarbeiten ist lediglich der Austausch des Strömungsdämpfers erforderlich, welcher nach dem Lösen des Hohlkörpers mit geringem Aufwand von diesem getrennt werden kann. Der Lader eignet sich dabei gleichermaßen für Ottomotoren wie auch für Dieselmotoren.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Flanschverbindung eine in axialer Richtung dichtende, insbesondere in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene angeordnete Dichtungsfläche aufweist und dadurch geringe Anforderungen an die Montage stellt. Auf diese Weise lässt sich also die Anbindung des Hohlkörpers mittels an sich bekannter einfacher Maschinenbauelemente realisieren.
Die Fixierung des Hohlkörpers an dem Verdichterstutzen könnte mittels einer formschlüssigen Rast- oder Clipverbindung erzeugt werden. Besonders einfach ist es hingegen, wenn die Flanschverbindung eine Schraubverbindung aufweist und dadurch mittels handelsüblicher Bolzen oder Schrauben realisiert werden kann. Die Anzahl der Bolzen oder Schrauben kann selbstverständlich an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst werden, wobei sich in der Praxis bereits drei Bolzen oder Schrauben als zweckmäßig erweisen haben.
Die Ladeluftleitung könnte mittels einer Überwurfmutter oder einer Schnellkupplung mit dem Hohlkörper dauerhaft verbunden sein. Besonders einfach ist hingegen eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Hohlkörper einen Riffelstutzen zur Fixierung der Ladeluftleitung aufweist. Die Ladeluftleitung wird beispielsweise mittels einer üblichen Schlauchschelle gegen ein unerwünschtes Abrutschen gesichert.
Eine ebenfalls besonders sinnvolle Ausgestaltung wird auch dadurch erreicht, dass der Hohlkörper zur Aufnahme unterschiedlicher Strömungsdämpfer ausgeführt ist. Sofern abweichende akustische Abstimmungen, beispielsweise für eine leistungsstärkere Brennkraftmaschine erforderlich werden, kann diese Abstimmung durch einen einfachen Austausch des Strömungsdämpfers realisiert werden. Die Variabilität der Dämpferauslegung kann so auf einfache Weise wesentlich gesteigert werden.
Weiterhin erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Strömungsdämpfer derart in dem Hohlkörper fixiert ist, dass der Strömungsdämpfer abschnittsweise, beispielsweise bis zur Hälfte in den Verdichterstutzen hineinreicht. Hierdurch kann die Akustik weiter verbessert werden, indem ein größerer Volumenanteil des Strömungsdämpfers in die Nähe eines Verdichterrads des Laders positioniert werden kann.
Eine andere, ebenfalls besonders praxisrelevante Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Hohlkörper als ein zylindrischer Aufnahmetopf ausgeführt ist und dadurch konstruktiv eine einfache Fertigung gestattet, die zudem eine Realisierung mit einem geringen Eigengewicht ermöglicht. Bevorzugt ist hierfür der Hohlkörper und/oder der Strömungsdämpfer in einem Kunststoff ausgeführt. Diese Gewichtserleichterung hat den zusätzlichen Vorteil, dass eine verminderte Belastung auf die den Verdichterstutzen tragende Verdichterspirale des Laders ausgeübt wird.
Weiterhin liefert die zylindrische Ausführung den höchsten Wirkungsgrad bezogen auf die Dämpfungseigenschaften. Zudem können zugleich die Werkzeugkosten insbesondere auch durch die Nutzung des Gleichteileprinzips gesenkt werden. Ebenso sinken die Werkzeugkosten durch die besonders einfache Geometrie der laderseitigen Flanschgeometrie.
Eine andere, ebenfalls besonders vorteilhafte Abwandlung wird dadurch geschaffen, dass der Hohlkörper ein Fixiermittel zur insbesondere lösbaren Fixierung des Strömungsdämpfers in seinem Inneren aufweist. Hierdurch wird eine besonders einfache Anordnung des Strömungsdämpfers in dem Hohlkörper erreicht, die insbesondere auch ohne Spezialwerkzeug durchführbar ist. Beispielsweise kann hierzu das Fixiermittel eine Bajonettverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Pressverbindung aufweisen.
Dabei ist es besonders Erfolg versprechend, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Strömungsdämpfer im Wesentlichen als ein zylindrischer Hohlkörper mit einem am Umfang umlaufend angeordneten Vorsprung ausgeführt ist, durch den zugleich die Unterteilung in zwei durch eine Innenwandfläche des Hohlkörpers und eine Außenwandfläche des Strömungsdämpfers radial begrenzte Kammern erreicht wird. Eine flexible Einteilung der Kammervolumen wird beispielsweise dadurch möglich, dass der Vorsprung in unterschiedlichen axialen Positionen an dem Hohlkörper festlegbar ist.
Der Lader kann als Kompressor ausgeführt sein, wobei sich eine Bauart als besonders praxisnahe erweist, nach welcher der Lader als ein Abgasturbolader ausgeführt ist.
Die zweitgenannte Aufgabe, eine derart ausgeführte Brennkraftmaschine zu schaffen, wird dadurch erreicht, dass die Brennkraftmaschine einen Lader hat, der einen mit einer Ladeluftleitung verbundenen Verdichterstutzen aufweist, wobei der Lader einen im Luftstrom der Ladeluft angeordneten Strömungsdämpfer zur Reduzierung der Schallemissionen im Ansaugstrang der Brennkraftmaschine umfasst, und der Verdichterstutzen mittels einer Flanschverbindung mit einem den Strömungsdämpfer aufnehmenden Hohlkörper verbunden ist, welcher an seinem dem Verdichterstutzen abwandten Endabschnitt mit einem Stutzen für die Ladeluftleitung ausgestattet ist. Auf diese Weise wird eine flexible Anpassung des Strömungsdämpfers an die Brennkraftmaschine erreicht, indem dieser als eine individuelle Komponente bei der Montage der Brennkraftmaschine beispielsweise auch nachträglich eingefügt wird. Zugleich wird jedoch auch der konstruktive Aufwand wesentlich reduziert, indem nämlich in Abkehr von der nach dem Stand der Technik üblichen Schnellkupplung eine einfache Flanschverbindung mit einer in axialer oder radialer Richtung wirkenden Dichtfläche und einer ebenfalls axialen Schraubverbindung eingesetzt werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer perspektivischen Darstellung in
1 einen erfindungsgemäßen Lader mit einem einen Strömungsdämpfer aufnehmenden Hohlkörper in einer montierten Darstellung und in einer Explosionsdarstellung;
2 den in 1 gezeigten Hohlkörper mit dem Strömungsdämpfer in einer montierten Darstellung und in einer Explosionsdarstellung;
3 eine längs geschnittene Darstellung des den Strömungsdämpfer aufnehmenden Hohlkörpers mit einer Modifikation.
1 zeigt einen für eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine bestimmten, ein Kompressorgehäuse aufweisenden Lader 1 mit einem einen Strömungsdämpfer 2 umfassend ein Strömungsdämpferinnenteil aufnehmenden, als Strömungsdämpferaußenteil ausgeführten Hohlkörper 3 in einer montierten Darstellung einerseits und in einer Explosionsdarstellung andererseits. Der Lader 1 weist einen Verdichterstutzen 4 eines Verdichteraustritts 7 auf, der mittels einer Flanschverbindung 5 mit dem Rand 6 des Hohlkörpers 3 verbunden ist. Dieser Hohlkörper 3 nimmt in seinem Inneren den der Schalldämpfung dienenden Strömungsdämpfer 2 auf. Die Flanschverbindung 5 weist hierzu eine in axialer Richtung dichtend angeordnete, in 2 gezeigte Dichtungsfläche 12 auf, an welcher der Verdichterstutzen 4 und der Hohlkörper 3 mittels mehrerer Schraubverbindungen 8 dichtend und lösbar fixiert sind. Zugleich wird aus der Explosionsdarstellung ersichtlich, dass der Strömungsdämpfer 2 in seiner montierten Position abschnittsweise in den Verdichterstutzen 4 hineinreicht, um auf diese Weise den Wirkungsgrad zu erhöhen. An seinem dem Verdichterstutzen 4 abwandten Endabschnitt ist der Hohlkörper 3 mit einem Riffelstutzen 9 für eine in 3 gezeigte Ladeluftleitung 13 ausgestattet.
Ergänzend sind der Hohlkörper 3 und der Strömungsdämpfer 2 in 2 in einer montierten Darstellung und in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Der zylindrische Hohlkörper 3 weist ein als Bajonettverschluss ausgeführtes Fixiermittel 10 zur lösbaren Fixierung des im Inneren des Hohlkörpers 3 koaxial angeordneten Strömungsdämpfers 2 auf. Auch der Strömungsdämpfer 2 ist als ein im Wesentlichen zylindrischer Hohlkörper ausgeführt, wobei ein am Umfang umlaufend angeordneter Vorsprung 11 der Unterteilung in zwei in 3 gezeigten Kammern 14, 15 dient. Zu erkennen ist auch die mit einer O-Ringdichtung ausgestattete Dichtungsfläche 12, welche in der montierten Position gegen die in 1 gezeigte Flanschverbindung 5 anliegt.
3 zeigt eine längs geschnittene Darstellung des den Strömungsdämpfer 2 aufnehmenden Hohlkörpers 3. In dieser modifizierten Darstellung ist die in 2 als axiale O-Ringdichtung wirkende Abdichtung durch eine Verlagerung der Dichtungsfläche 12 an den inneren Umfang des Hohlkörpers 3 bzw. auf die äußere Oberfläche eines Anschlussstutzen des Laders durch eine dann radial wirkende O-Ringdichtung ersetzt. Zu erkennen ist eine lediglich abschnittsweise dargestellte Flanschverbindung 5, durch die der Hohlkörper 3 dichtend mit dem nicht weiter dargestellten Lader 1 verbunden ist. An seiner der Flanschverbindung 5 abgewandten Seite weist der Hohlkörper 3 einen Riffelstutzens 9 auf, an dem eine Ladeluftleitung 13 der Brennkraftmaschine fixiert ist. Zu erkennen ist der am Umfang des Strömungsdämpfers 2 umlaufend angeordnete Vorsprung 11, durch den dieser zwei Kammern 14, 15 mit insbesondere unterschiedlichen Volumen zwischen dem Hohlköper 3 und dem Strömungsdämpfer 2 einschließt. Eine dritte, zwischen der Ladeluftleitung 13 und einem Fortsatz 16 des Riffelstutzens 9 eingeschlossene Kammer 17 dient ebenfalls der Geräuschdämpfung wie auch mehrere insbesondere für die Dämpfung hochfrequenter Schwingungen bestimmte radial umlaufende Ausnehmungen 18.
Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ist die akustische Dämpfungswirkung auch in dem wichtigen Bereich ab ca. 1500 Hertz gegeben. Ebenso ist auch in dem akustisch relevanten Bereich bei ca. 2500 Hertz eine deutliche Verbesserung zu erkennen.
Die zuvor erwähnte Dämpfung hochfrequenter Schwingungen im Bereich der Ausnehmungen 18 reduziert den so genannten Drehklang in einem Bereich um 12 Kilohertz durchgehend um ca. 10 dB.

Claims

Ein für eine Brennkraftmaschine bestimmter Lader (1), der einen mit einer Ladeluftleitung (13) verbundenen Verdichterstutzen (4) aufweist, wobei der Lader (1) einen im Luftstrom der Ladeluft angeordneten Strömungsdämpfer (2) zur Reduzierung der Schallemissionen im Ansaugstrang der Brennkraftmaschine aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterstutzen (4) mittels einer Flanschverbindung (5) mit einem den Strömungsdämpfer (2) aufnehmenden Hohlkörper (3) verbunden ist, welcher an seiner dem Verdichterstutzen (4) abwandten Endabschnitt mit einem Stutzen (Riffelstutzen 9) für die Ladeluftleitung (13) ausgestattet ist.
Lader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung (5) eine in axialer und/oder radialer Richtung dichtende, insbesondere in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene angeordnete Dichtungsfläche (12) aufweist.
Lader (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung (5) eine Schraubverbindung (8) aufweist.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) einen Riffelstutzen (9) zur Fixierung der Ladeluftleitung (13) aufweist.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) zur Aufnahme unterschiedlicher Strömungsdämpfer (2) ausgeführt ist.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdämpfer (2) derart in dem Hohlkörper (3) fixiert ist, dass der Strömungsdämpfer (2) abschnittsweise in den Verdichterstutzen (4) hineinreicht.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) als ein zylindrischer Aufnahmetopf ausgeführt ist.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) ein Fixiermittel (10) zur insbesondere lösbaren Fixierung des Strömungsdämpfers (2) in seinem Inneren aufweist.
Lader (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermittel (10) eine Bajonettverbindung und/oder Schraubverbindung und/oder eine Pressverbindung aufweist.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdämpfer (2) im Wesentlichen als ein zylindrischer Hohlkörper mit einem am Umfang umlaufend angeordneten Vorsprung (11) ausgeführt ist.
Lader (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (11) in unterschiedlichen axialen Positionen an dem Hohlkörper (3) festlegbar ist.
Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lader (1) als ein Abgasturbolader ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine mit einem Lader (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche.