DE102010015756B4

DE102010015756B4 - Integrale Rotorgeräuschdämpfer

Info

Publication number: DE102010015756B4
Application number: DE102010015756.2A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Prior
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: US8550057B2; DE102010015756A1; US20100269798A1

Abstract

Lader (10), der umfasst: erste (26) und zweite (28) Laderrotoren, die zur Drehung in dem Lader (10) angeordnet sind und jeweils mehrere Nocken (30, 32) aufweisen, die zum Bewegen von Luft von einem Einlass (22) zu einem Auslass (24) des Laders (10) ausgestaltet sind; einen Innenraum (36, 50), der in jedem der mehreren Nocken (30, 32) definiert ist und so ausgestaltet ist, dass er an einem Nockenenddurchgang (38, 52) endet; eine perforierte Stirnfläche (40, 54), die jeden Nockenenddurchgang (38, 52) teilweise verschließt; mehrere Kanäle (42, 56), die sich durch jede perforierte Stirnfläche (40, 54) hindurch erstrecken und eine schwingende Luftmasse darin unterstützen; eine Dämpfungsluftmasse in jedem Innenraum (36, 50), die zu den schwingenden Luftmassen benachbart ist und in Fluidverbindung mit diesen steht, um die schwingenden Luftmassen und eine damit verbundene Geräuschfrequenz zu dämpfen; dadurch gekennzeichnet, dass alle Kanäle (42, 56) den gleichen Durchmesser (S) aufweisen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Roots- oder Schraubenspindellader von Kraftfahrzeugmotoren und insbesondere auf die Geräuschdämpfung derselben.
HINTERGRUND
Verdränger- oder Rotationslader des Roots- oder Schraubenspindeltyps können bei Kraftfahrzeugmotoranwendungen verwendet werden, um die Zylinderluftladung zu erhöhen und somit eine erhöhte Motorausgabe bereitzustellen. Die Rotoren eines Laders können mit schraubenförmigen Nocken ausgebildet sein, die für eine axiale Luftströmung von einem Einlass zu einem Auslass eines Ladergehäuses sorgen. Der Einlass und der Auslass des Ladergehäuses können ausgestaltet sein, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und von dem Lader erzeugte Geräusche zu verringern.
Motoransaugluft tritt in den Lader mit einem nahezu atmosphärischen Druck ein. Die Motoransaugluft direkt stromaufwärts oder stromabwärts des Laders kann einem Druckpulsieren unterworfen sein, das mit dem Betrieb des Laders einhergeht. Als Folge werden im Luftansaugsystem des Motors entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Laders oft Geräuschdämpfungseinrichtungen, wie etwa Helmholtz-Resonatoren und Viertelwellenkammern installiert, um resultierende Geräusche zu verringern, die vom Druckpulsieren erzeugt werden. Das Hinzufügen der vorstehend erwähnten Geräuschdämpfungseinrichtungen hat sich insofern als suboptimal erwiesen, als sie kostspielig sein können, Platz benötigen, der bei Kraftfahrzeuganwendungen unter der Motorhaube sehr begehrt ist, und sie möglicherweise nicht unbedingt so nahe an der Geräuschquelle angeordnet werden können, wie es für eine effektive Geräuschverringerung gewünscht ist.
Die DE 101 23 916 A1 offenbart einen Lader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der DE 196 13 659 C2 ist ein Rotor für einen Lader offenbart, der Hohlräume in seinen Rotornocken aufweist, um die Massenträgheit des Rotors zu verringern. Diese Hohlräume sind zu der Ansaugseite des Laders hin offen und bilden eine Helmholtz-Resonanzröhre, um Geräusche auf Seiten des Ansauganschlusses zu verringern.
Es ist folglich wünschenswert, eine Geräuschdämpfungseinrichtung für einen Lader bereitzustellen, die kostengünstig ist und nahe bei der Stelle der geräuscherzeugenden Druckpulsierungen angeordnet werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lader bereitgestellt, der darin angeordnete erste und zweite drehbare Laderrotoren aufweist. Jeder Laderrotor weist mehrere Nocken auf, die zum Bewegen von Luft von einem Einlass zu einem Auslass des Laders ausgestaltet sind. In jedem Nocken ist ein Innenraum definiert und so ausgestaltet, dass er bei einem Nockenenddurchgang endet. Eine perforierte Stirnfläche schließt jeden Nockenenddurchgang teilweise ab und umfasst mehrere Kanäle, die sich dort hindurch erstrecken. Die mehreren Kanäle unterstützen jeweils eine schwingende Luftmasse.
Eine Dämpfungsluftmasse in jedem Innenraum benachbart zu und in Fluidverbindung mit den schwingenden Luftmassen dämpft die schwingenden Luftmassen und die damit verbundene Geräuschfrequenz benachbart zu jedem Nockenenddurchgang. Alle Kanäle weisen den gleichen Durchmesser auf.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lader bereitgestellt, der ein sich axial erstreckendes Gehäuse mit einer stromaufwärts gelegenen Endwand, einer stromabwärts gelegenen Endwand und einer sich dazwischen erstreckenden Umgebungswand aufweist, um einen Innenhohlraum innerhalb des sich axial erstreckenden Gehäuses zu definieren. Ein Einlassdurchgang ist zur Fluidverbindung des Innenhohlraums mit einer Quelle von Ansaugluft ausgestaltet. Ein Auslassdurchgang ist zur Fluidverbindung des Innenhohlraums mit einem Raum für komprimierte Luft ausgestaltet. Mehrere Laderrotoren, die jeweils mehrere verschachtelbare Nocken aufweisen, sind zur Drehung in dem Innenhohlraum des sich axial erstreckenden Gehäuses angeordnet und ausgestaltet, um Luft vom Einlassdurchgang zum Auslassdurchgang zu bewegen. In jedem der verschachtelbaren Nocken ist ein Innenraum definiert, wobei die Innenräume an Nockenenddurchgängen enden. Eine perforierte Stirnfläche schließt jeden Nockenenddurchgang teilweise ab; wobei die perforierten Stirnflächen mehrere Kanäle aufweisen, die sich dort hindurch erstrecken. Jeder Kanal weist eine Länge und den gleichen Durchmesser auf und unterstützt jeweils eine schwingende Luftmasse. Eine Dämpfungsluftmasse in jedem Innenraum, die zu den schwingenden Luftmassen benachbart ist und mit diesen in Fluidverbindung steht, wirkt mit den mehreren Kanälen zusammen, um ein Geräusch benachbart zu den Nockenenddurchgängen zu dämpfen.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiel in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in welchen:
1 eine Einlassansicht eines Roots-Laders ist, in dem Merkmale der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind;
2 eine Teilansicht von oben auf den Lader von 1 ist;
3 eine perspektivische Teilansicht von zwei Laderrotoren des Laders von 1 ist;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Ladernockens von 3 bei einer Region 4 von 3 ist;
5 eine Schnittansicht durch den Ladernocken von 4 entlang einer Schnittlinie 5-5 von 4 ist; und
6 eine Teilansicht von oben auf eine andere Ausführungsform eines Roots-Laders ist, in dem Merkmale der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen 1 und 2 einen Verdränger- oder Rotationslader 10 mit schraubenförmigen Nocken (Roots-Lader) gemäß der Erfindung. Der Lader 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem Innenhohlraum 14, der durch eine Umgebungswand 16 sowie stromaufwärts und stromabwärts gelegene Endwände 18 bzw. 20 definiert ist. Ein Einlassdurchgang 22 in einem unteren Abschnitt der stromaufwärts gelegenen Endwand 18 verbindet den Innenhohlraum 14 fluidtechnisch mit einer Ansaugluftquelle von einem (nicht gezeigten) Luftansaugsystem. Ein Auslassdurchgang 24 erstreckt sich durch die Umgebungswand 16 benachbart zu der stromabwärts gelegenen Endwand 20 des Gehäuses und verbindet den Hohlraum 14 mit einem Druckluftladesystem des Motoransaugsystems (nicht gezeigt).
Im Innenhohlraum 14 ist ein Laderrotorpaar 26, 28 drehbar montiert, von denen jeder mehrere Nocken 30, 32 mit entgegengesetzten Steigungswinkeln aufweist, deren Details in 3 gezeigt sind. Die Nocken 30, 32 der Rotoren werden beim Zusammenbau des Laders 10 verschachtelt, um mit dem Gehäuse 12 schraubenförmige Rotorräume (nicht gezeigt) zu definieren. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die Rotornocken mit gleichen und entgegengesetzten Steigungswinkeln verdreht. Die Richtung der Verdrehung der Nocken 30 von der Einlassstirnfläche 60 zu der Auslassstirnfläche 62 ist gegen den Uhrzeigersinn, während die Richtung der Verdrehung oder die schraubenförmige Veränderung der Nocken 32 im Uhrzeigersinn verläuft.
Um die Rotationsmassenträgheit der mehreren Nocken 30, 32 zu verringern, können die Nocken teilweise hohl sein, 3. Die hohlen Nocken 30, 32 definieren jeweils einen Innenraum 36, der in einem stromaufwärts (d. h. zu dem Einlassdurchgang 22 hin) gerichteten Nockenenddurchgang 38 endet. Die hohlen Rotoren 30, 32 können unter Verwendung von Verfahren, wie etwa einem Bohren nach dem Gießen, einem Feinguss, einem Druckguss mit schraubenförmigem Ziehen oder einem anderen geeigneten Herstellungsverfahren erzeugt werden und bestehen typischerweise aus einer Metalllegierung, einer Keramik oder einem anderen geeigneten Material, das in der Lage ist, Haltbarkeit bei einer Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck zu zeigen. Die Luftmasse in den Innenräumen 36 der hohlen Rotoren 30, 32 kann als Dämpfungsluftmasse bei der Verringerung von Geräuschen benachbart zu der stromaufwärts gelegenen Endwand 18 des Laders 10 nützlich sein.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weisen mehrere perforierte stromaufwärts gelegene Stirnflächen oder Pfropfen 40 einen oder mehrere darin ausgebildete Stutzen oder Kanäle 42 auf. Die Stirnflächen 40 sind innerhalb oder benachbart zu den stromaufwärts gerichteten Nockenenddurchgängen 38 an den Einlassenden der Nocken 30, 32 platziert und sind ausgestaltet, um die stromaufwärts gerichteten Nockenenddurchgänge 38 der hohlen Laderrotoren 26, 28 teilweise zu verschließen.
Wie in 4 und 5 veranschaulicht ist, weisen die Stutzen oder Kanäle 42 bei einer Ausführungsform eine Länge „L” und einen Durchmesser „S” auf, die eine Querschnittsfläche und ein Volumen des Kanals definieren. Die Stutzen oder Kanäle 42 arbeiten mit einer Dämpfungsluftmasse in jedem Innenraum 36 der hohlen Rotoren 26, 28 zusammen, um einen Resonator vom Helmholtz-Typ zu definieren. Eine Luftmasse in jedem Stutzen oder Kanal 42 schwingt, wie durch die Welle 43 veranschaulicht ist, und die benachbarte und in Fluidverbindung damit stehende Dämpfungsluftmasse im Innenraum 36 wirkt wie eine Federmasse, um die Schwingungswelle 43 effektiv zu dämpfen, wodurch die Geräuschfrequenz gedämpft wird, die durch das Druckpulsieren benachbart zu der stromaufwärts gelegenen Endwand 18 des Ladergehäuses 12 verursacht wird.
Die Geräuschfrequenz, die von dem Resonator gedämpft wird, ist durch die Kombination einer Anzahl von Variablen bestimmt, wie etwa das Volumen der Luftmasse des Innenraums 36, das eine Funktion der Größe des Innenraums ist, und durch die Anzahl von Kanälen 42 und das Volumen der Luftmasse in jedem Kanal 42, das durch die Länge „L” und/oder den Durchmesser „S” bestimmt ist, die eine Kanalquerschnittsfläche und das Volumen der Kanäle 42 definieren. Es wird in Betracht gezogen, dass eine einzige perforierte Fläche oder ein Pfropfen 40 mehrere Stutzen oder Kanäle 42 umfassen kann, die jeweils unterschiedliche Längen und/oder Durchmesser aufweisen, sodass die einzelne perforierte Fläche oder der Pfropfen 40 mehrere Frequenzen dämpfen kann. Als Folge kann der Lader 10 abgestimmt sein, um gewünschte Geräuschfrequenzen anzusprechen, die mit der stromaufwärts gelegenen Endwand 16 und dem Einlassdurchgang 22 des Laders 10 verbunden sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, und wie in 1 veranschaulicht ist, wird die Konfiguration mit drei Nocken der Laderrotoren 26, 28 und deren verschachtelte Beziehung, wenn sie im Ladergehäuse 12 installiert sind, typischerweise sicherstellen, dass mindestens drei perforierte Flächen oder Pfropfen 40 im Betrieb mit dem Ladereinlassdurchgang 22 indiziert sind, wodurch sie eine ununterbrochene Geräuschdämpfung sicherstellen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die in 6 gezeigt ist, definiert jeder der mehreren hohlen Nocken 30, 32 einen Innenraum 50, der in einem stromabwärts gerichteten Nockenenddurchgang 52 endet (d. h. zu der stromabwärts gelegenen Endwand 20 und dem Auslassdurchgang 24 hin), der mit dem Auslassdurchgang 24 des Ladergehäuses 12 verbunden ist. Die Luftmasse in jedem Innenraum 50 der hohlen Rotoren 26, 28 kann bei der Verringerung von Geräuschen benachbart zu der Auslassendwand 20 des Laders 10 nützlich sein. Perforierte stromabwärts gelegene Stirnflächen oder Pfropfen 54 weisen einen oder mehrere Stutzen oder Kanäle 56 auf, die darin ausgebildet sind. Die stromabwärts gelegenen Stirnflächen oder Pfropfen 54 sind benachbart zu oder innerhalb der stromabwärts gerichteten Nockenenddurchgänge 52 platziert und sind ausgestaltet, um die Auslassdurchgänge 24 teilweise zu verschließen. Die Stutzen oder Kanäle 56 weisen eine Länge „L” und einen Durchmesser „S” auf (die eine Kanalquerschnittsfläche und ein Kanalvolumen definieren) und wirken mit den zugehörigen Luftmassen der Innenräume 50 zusammen, um einen Resonator vom Helmholtz-Typ zu definieren, der auf ähnliche Weise wie derjenige arbeitet, der vorstehend für die perforierten stromaufwärts gelegenen Stirnflächen 40 und Innenräume 36 der mehreren Laderrotornocken 30, 32 beschrieben ist. Als Folge kann der Lader abgestimmt werden, um gewünschte Geräuschfrequenzen anzusprechen, die mit dem Auslassdurchgang 24 und der stromabwärts gelegenen Endwand 20 des Laders 10 verbunden sind.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente derselben durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art zur Ausführung dieser Erfindung angesehen werden, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Lader (10), der umfasst: erste (26) und zweite (28) Laderrotoren, die zur Drehung in dem Lader (10) angeordnet sind und jeweils mehrere Nocken (30, 32) aufweisen, die zum Bewegen von Luft von einem Einlass (22) zu einem Auslass (24) des Laders (10) ausgestaltet sind; einen Innenraum (36, 50), der in jedem der mehreren Nocken (30, 32) definiert ist und so ausgestaltet ist, dass er an einem Nockenenddurchgang (38, 52) endet; eine perforierte Stirnfläche (40, 54), die jeden Nockenenddurchgang (38, 52) teilweise verschließt; mehrere Kanäle (42, 56), die sich durch jede perforierte Stirnfläche (40, 54) hindurch erstrecken und eine schwingende Luftmasse darin unterstützen; eine Dämpfungsluftmasse in jedem Innenraum (36, 50), die zu den schwingenden Luftmassen benachbart ist und in Fluidverbindung mit diesen steht, um die schwingenden Luftmassen und eine damit verbundene Geräuschfrequenz zu dämpfen; dadurch gekennzeichnet, dass alle Kanäle (42, 56) den gleichen Durchmesser (S) aufweisen.
Lader (10) nach Anspruch 1, wobei die perforierten Stirnflächen (40, 54) jeden Nockenenddurchgang (38, 52) teilweise verschließen und die zugehörigen Innenräume (36, 50), die in jedem der mehreren Nocken (30, 32) definiert sind, Helmholtz-Resonatoren definieren.
Lader (10) nach Anspruch 1, wobei eine Länge (L) und ein Durchmesser (S) von jedem Kanal (42, 56) ausgestaltet ist, um eine gewünschte Geräuschfrequenz zu dämpfen.
Lader (10) nach Anspruch 1, wobei die Nockenenddurchgänge (38) mit einem Einlassende des Laders (10) verbunden sind.
Lader (10) nach Anspruch 1, wobei die Nockenenddurchgänge (52) mit einem Auslassende des Laders (10) verbunden sind.
Lader (10) nach Anspruch 1, wobei die perforierten Stirnflächen (40, 54), die jeden Nockenenddurchgang (38, 52) teilweise verschließen, Pfropfen umfassen, die benachbart zu oder innerhalb der Nockenenddurchgänge (38, 52) befestigt sind.
Lader (10), der umfasst: ein sich axial erstreckendes Gehäuse (12) mit einer stromaufwärts gelegenen Endwand (18), einer stromabwärts gelegenen Endwand (20) und einer Umgebungswand (16), die sich dazwischen erstreckt, um einen Innenhohlraum (14) innerhalb des sich axial erstreckenden Gehäuses (12) zu definieren; einen Einlassdurchgang (22) in dem Gehäuse (12), der zur Fluidverbindung des Innenhohlraums (14) mit einer Ansaugluftquelle ausgestaltet ist; einen Auslassdurchgang (24) in dem Gehäuse (12), der zur fluidtechnischen Verbindung des Innenhohlraums (14) mit einem Raum für komprimierte Luft ausgestaltet ist; mehrere Laderrotoren (26, 28), von denen jeder mehrere verschachtelbare Nocken (30, 32) aufweist, die zur Drehung innerhalb des Innenhohlraums (14) des sich axial erstreckenden Gehäuses (12) angeordnet sind und ausgestaltet sind, um Luft von dem Einlassdurchgang (22) an den Auslassdurchgang (24) zu bewegen; einen Innenraum (36, 50), der in jedem verschachtelbaren Nocken (30, 32) definiert ist und an einem Nockenenddurchgang (38, 52) endet; eine perforierte Stirnfläche (40, 54), die jeden Nockenenddurchgang (38, 52) teilweise verschließt; mehrere Kanäle (42, 56), die sich durch jede perforierte Stirnfläche (40, 54) hindurch erstrecken und eine schwingende Luftmasse darin abstützen; und eine Dämpfungsluftmasse in jedem Innenraum (36, 50) benachbart zu den schwingenden Luftmassen und in Fluidverbindung mit diesen, um die schwingenden Luftmassen und eine damit verbundene Geräuschfrequenz benachbart zu den Nockenenddurchgängen (38, 52) zu dämpfen; wobei alle Kanäle (42, 56) den gleichen Durchmesser (S) aufweisen.