DE102014119258A1

DE102014119258A1 - Unterdrückung des lüfterschaufelpassierfrequenztons in einem kraftfahrzeug-lüftungssystem

Info

Publication number: DE102014119258A1
Application number: DE102014119258.3A
Authority: DE
Inventors: Curtis Mark Jones; Zhengyu Liu; John Azar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2015-07-09
Also published as: US20150192131A1; MX2015000294A; CN104763650A; CN104763650B; MX357111B; US9624943B2

Abstract

Ein Geräuschton, der bei einer Schaufelpassierfrequenz in einem Gebläse für ein Kraftfahrzeug-HVAC-System auftritt, wird unterdrückt. Das Gebläse enthält einen Zentrifugallüfter und einen um den Lüfter herum angeordneten spiralförmigen Körper. Ein Auslass erstreckt sich von dem spiralförmigen Körper, um einen Luftstrom von einem Abrisspunkt des spiralförmigen Körpers auszuleiten. Ein Einlass ist an den spiralförmigen Körper gekoppelt, einen Einlasshals definierend, der einen bogenförmigen Ring umfasst, der sich zwischen einer Basis und einem koaxial über dem Lüfter angeordneten ringförmigen Ende erstreckt. Eine Umkreisteilwand erstreckt sich stromaufwärts von dem bogenförmigen Ring mit einer Höhe zwischen etwa 4% und etwa 6,5% eines Innendurchmessers des ringförmigen Endes. Die Wand überspannt einen Umkreisabschnitt des Umfangs des Halses zwischen etwa 120° und etwa 180°. Infolgedessen wird das Geräusch der Schaufelpassierfrequenz ohne wesentliche Reduktion beim Luftstrom unterdrückt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Gebläseelement eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechniksystems (HVAC – Heating, Ventilation, Air Conditioning) für Kraftfahrzeuge und insbesondere Gebläseeinlassstrukturen, die die Tongeräuschgenerierung reduzieren, ohne die Menge des Luftstroms zu reduzieren.
Bei einem typischen Kraftfahrzeug-HVAC-System liefert ein Gebläse frische oder umgewälzte Luft an Wärmetauscher (z. B. einen Verdampfer oder einen Heizungswärmetauscher), die dann über Kanäle und Auslassregister an die Passagierkabine verteilt wird. Das Gebläse enthält ein Gehäuse, das einen Lüfter (d. h. Laufrad) und einen Motor zum Drehen des Lüfters enthält. Eine der üblichsten Konfigurationen für ein Kraftfahrzeug-HVAC-Lüftungssystem verwendet ein Zentrifugalgebläse, wobei eine zylindrische Anordnung von Lüfterschaufeln Einlassluft über eine axiale Öffnung im Gehäuse empfängt und die Luft zentrifugal durch ein umgebendes Spiralgebiet zu einem Auslass beschleunigt. Das Spiralgebiet besitzt eine Schneckenform, bei der sich die Querschnittsfläche der Spirale mit Annäherung an den Auslass vergrößert.
Ein Zentrifugallaufrad ist in der Regel als ein sich drehendes Gebläserad mit mehreren zylindrisch platzierten Lüfterschaufeln ausgebildet. Ein über einer Seite des Gebläserads angeordneter Einlass besitzt einen Hals mit einem Innendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser zwischen den Lüfterschaufeln, so dass Luft zur inneren Achse des Gebläserads gelenkt wird, um in das äußere schneckenförmige Gebiet beschleunigt zu werden. Der Hals ist üblicherweise ringförmig mit einem inneren Bogen und/oder anderen Merkmalen, um einen Venturi-Effekt zu erzeugen, der den Luftstrom in das Gebläse vergrößert.
Die typische Halsanordnung induziert im Allgemeinen eine starke Luftstromwechselwirkung zwischen den sich bewegenden Schaufeln nahe dem Ring. Die Wechselwirkung erzeugt einen hörbaren Ton, der bei einer Grundfrequenz auftritt, die durch die Anzahl der Lüfterschaufeln multipliziert mit der Drehzahl bestimmt wird, was als Schaufelpassierfrequenz (BPF – Blade Passing Frequency) bezeichnet wird. Der BPF-Ton hört sich üblicherweise wie ein hohes Pfeifen an. Für Insassen des Fahrzeugs kann dieses Geräusch lästig werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt der Erfindung enthält ein Gebläse für ein Kraftfahrzeug-HVAC-System einen Zentrifugallüfter und einen um den Lüfter herum angeordneten spiralförmigen Körper. Ein Auslass erstreckt sich von dem spiralförmigen Körper, um einen Luftstrom von einem Abrisspunkt des spiralförmigen Körpers wegzuleiten. Ein Einlass ist an den spiralförmigen Körper gekoppelt, der einen Einlasshals definiert, der einen bogenförmigen Ring umfasst, der sich zwischen einer Basis und einem über dem Lüfter koaxial angeordneten ringförmigen Ende erstreckt. Eine Umkreisteilwand erstreckt sich stromaufwärts von dem bogenförmigen Ring mit einer Höhe zwischen etwa 4% und etwa 6,5% eines Innendurchmessers des ringförmigen Endes. Diese Wand überspannt einen Umkreisabschnitt des Umfangs des Halses zwischen etwa 120° und etwa 180°.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines Gebläses nach dem Stand der Technik.
2 ist ein Querschnitt durch das Gebläse von 1.
3 ist ein Querschnitt, der eine erste Modifikation des Gebläses von 1 zeigt, um ein BPF-Geräusch zu reduzieren.
4 ist ein Querschnitt, der eine zweite Modifikation des Gebläses von 1 zeigt, um ein BPF-Geräusch zu reduzieren.
5 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein BPF-Geräusch ohne wesentliche Abnahme beim Luftstrom, wie sie in den Ausführungsformen von 3 und 4 erfahren wird, reduziert.
6 ist ein Querschnitt durch das Gebläse von 5.
7 ist eine Draufsicht auf das Gebläse von 5, die eine relative Position einer Umkreisteilwand zu einem spiralförmigen Abrisspunkt zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Umkreisteilwand.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 enthält ein herkömmliches Gebläse 10 für ein Kraftfahrzeug-HVAC-System eine Hülle oder ein Gehäuse 11, die aus einem geformten Thermoplastik ausgebildet sind, typischerweise in einer oberen und unteren Hälfte, die zusammengebaut werden, so dass sie ein Gebläse- oder Lüfterrad 12 in einem internen Hohlraum enthalten, das mit einer Motorwelle 13 verbunden ist, wodurch ein Motor das Lüfterrad 12 mit einer variablen Drehzahl drehen kann. Wie in 2 gezeigt, verwendet das Gehäuse 11 typischerweise eine obere Hälfte 11A und eine untere Hälfte 11B, die getrennt spritzgegossen und nach dem Installieren des Lüfterrads 12 und eines Motors 25 zusammengebaut werden. Das Lüfterrad 12 besteht aus individuellen Lüfterschaufeln 14, die zylindrisch um eine Mittelachse herum angeordnet sind, die mit der Welle 13 zusammenfällt. Das Gehäuse 11 enthält einen Einlass 15 mit einem Hals 16, der als ein koaxial über den Lüfterschaufeln 14 angeordneter bogenförmiger Ring ausgebildet ist. Das Gehäuse 11 besitzt ein spiralförmiges Gebiet 17 um seinen Umkreis herum mit einem Radius, der bei Drehbewegung zu einem Auslassgebiet 18 des Gehäuses 11 zunimmt. Ein Flansch 20 ist um den Hals 16 herum angeordnet, um für das Anbringen eines Einlasskanals zu sorgen, der frische und/oder umgewälzte Luft liefert, wie in der Technik bekannt ist. Wenn Einlassluft aufgenommen wird und sie sich innerhalb des Halses 16 bewegt, wird BPF-Geräusch generiert, das sich als ein lästiges Geräusch zum Fahrzeugfahrgastraum ausbreiten kann.
Der Querschnitt von 2 zeigt im Umriss die Platzierung eines Einlasskanals 21 über den Flansch 20. Der Hals 16 besitzt einen bogenförmigen Ring, der sich zwischen einem Basisabschnitt 22 und einem ringförmigen Ende 23 erstreckt. Das ringförmige Ende 23 definiert einen Innendurchmesser 24. Die bogenförmige Gestalt des Halses 16 ermöglicht, dass ein großes Luftvolumen leicht in das Gehäuse 11 strömt. Während sich die Luft stromabwärts in das Innere der Schaufeln 14 des Lüfterrads 12 bewegt, erzeugt eine Wechselwirkung mit den Schaufeln 14 das BPF-Geräusch.
Es hat sich herausgestellt, dass das BPF-Geräusch unter Verwendung einer vertikalen Ringwand behandelt werden kann, die am Umkreis des Halses angebracht ist, um das Einlassluftstrommuster zu modifizieren. Wie in 3 gezeigt, besitzt ein Gehäuse 30 einen Einlass 31, der einen Einlasshals 32 mit einer bogenförmigen Gestalt und mit einem ringförmigen Ende 33 ähnlich der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform enthält. Außerdem enthält der Hals 32 eine hochstehende Umkreiswand 34, die in einer stromaufwärtigen Richtung vom ringförmigen Ende 33 vorsteht. Die Wand 34 ist im Wesentlichen zylinderförmig, so dass sie parallel zum Luftstrom verläuft. Wenngleich entdeckt worden ist, dass die Anwesenheit der Wand 34 den BPF-Ton unterdrückt, reduziert sie gleichzeitig den Gesamtluftstrom um bis zu etwa 3%. Der reduzierte Luftstrom kann beispielsweise die Pull-Down-Leistung der Klimaanlage verschlechtern.
Der BPF-Ton kann auch unterdrückt werden, wenn sich die Umkreiswand an einem anderen Punkt als an dem extremen ringförmigen Ende des Halses befindet. Wie in 4 gezeigt, besitzt ein modifiziertes Gehäuse 30' einen Einlass 31' mit einem Einlasshals 32'. Die bogenförmige Gestalt des Halses 32' erstreckt sich zwischen dem ringförmigen Ende 33' und einer Basis 35. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich eine Umkreiswand 36 in einer Stromaufwärtsrichtung von der Basis 35 aus. Wenngleich der BPF-Ton reduziert ist, kann der Gesamtluftstrom immer noch um bis zu 3% reduziert sein.
Um den BPF-Ton zu unterdrücken, während eine wesentliche Reduktion beim Gesamtluftstrom durch den Einlass vermieden wird, nutzt die vorliegende Erfindung eine Umkreisteilwand, wie in 5 gezeigt. Somit enthält ein Gehäuse 40 einen Einlasshals 41, der einen bogenförmigen Ring umfasst, der sich zwischen einer Basis und einem koaxial über einen Zentrifugallüfter 42 angeordneten ringförmigen Ende erstreckt, wie in den vorausgegangenen Ausführungsformen. Außerdem erstreckt sich die Umkreisteilwand 43 vom Einlasshals 41 aus in einer Stromaufwärtsrichtung. Wie in der Querschnittsansicht in 6 zu sehen, kann sich eine Umkreisteilwand 43 bevorzugt stromaufwärts von einem ringförmigen Ende 44 des Halses 41 aus erstrecken (d. h. vertikal in 6). Die Wand 43 besitzt eine Höhe 45, die etwa gleich zwischen 4% und etwa 6,5% des Innendurchmessers über den Hals 41 am ringförmigen Ende 44 ist. Die Umkreisteilwand 43 ist bevorzugt so ausgeformt, dass sie etwa die gleiche Dicke wie der Hals 41 sowie der Großteil der Wandoberflächen des Gehäuses 40 besitzt (die alle bevorzugt einstückig ausgeformt sind). Obwohl sich die Umkreisteilwand 43 nicht um den vollen Umkreis erstreckt, wird der BPF-Ton immer noch stark unterdrückt. Dabei entsteht fast keine Reduktion des Gesamtluftstroms.
Wie in 7 gezeigt, besitzt die Positionierung der Wand entlang des Umkreises des Halses einen optimalen Ort, um den BPF-Ton zu reduzieren. Der Einlass 40 definiert ein spiralförmiges Gebiet 47 mit einem Auslass 48, als eine Seite durch einen spiralförmigen Abrisspunkt 49 definiert. Die Umkreisteilwand 43 überspannt bevorzugt einen Umkreisabschnitt des Umfangs des Halses 41 entsprechend zwischen etwa 120° und etwa 180°. Zudem besitzt die Wand 43 eine Umfangsmitte oder einen Umfangsmittelpunkt 50, die oder der radial auf den Abrisspunkt 49 ausgerichtet ist. Somit minimiert die Wand 43 die Wechselwirkung des ankommenden Luftstroms mit den Lüfterschaufeln, die in dem Gebiet zentriert sind, wo der Übergang in dem spiralförmigen Gebiet zwischen dem Auslass und dem Start des spiralförmigen Gebiets erfolgt.
Die Umkreisteilwand kann sich an einer anderen Position als dem ringförmigen Ende befinden. Wie in 8 gezeigt, besitzt ein Gehäuse 50 einen Einlass 51 einschließlich eines Halses 52, der zwischen einer Basis 53 und einem ringförmigen Ende 54 bogenförmig geformt ist. Eine Umkreisteilwand 55 erstreckt sich von der Basis 53 stromaufwärts gleichermaßen mit einer Höhe zwischen etwa 4% und etwa 6,5% eines Innendurchmessers des Halses 52 am ringförmigen Ende 54. Gleichermaßen überspannt die Wand 55 einen Umkreisabschnitt des Umfangs des Halses 52 zwischen etwa 120° und etwa 180°. Bevorzugt besitzt die Wand 53 gleichermaßen eine Umfangsmitte, die im Wesentlichen auf den Abrisspunkt eines Auslasses 56 des Gehäuses 50 ausgerichtet ist.
Die vorliegende Erfindung hat eine Lüftungshülle für ein Kraftfahrzeug-HVAC-System bereitgestellt, bei dem ein spiralförmiger Körper um einen Hohlraum für einen Zentrifugallüfter angeordnet ist, wodurch ein Auslass bereitgestellt wird, um einen Luftstrom von einem Abrisspunkt des spiralförmigen Körpers aus zu leiten. Ein Einlasshals, der als ein sich zwischen einer Basis und einem ringförmigen Ende erstreckender bogenförmiger Ring ausgebildet ist, enthält eine Umkreisteilwand, die sich stromaufwärts von dem bogenförmigen Ring aus erstreckt. Infolge der Wand, die nur einen Umkreisabschnitt des Umfangs des bogenförmigen Rings zwischen etwa 120° und etwa 180° überspannt, kann der BPF-Ton unterdrückt werden, ohne den Luftstrom durch den Einlasshals wesentlich zu reduzieren.

Claims

Gebläse für ein Kraftfahrzeug-HVAC-System, das Folgendes umfasst: einen Zentrifugallüfter; einen spiralförmigen Körper, der um den Lüfter herum angeordnet ist; einen Auslass, der sich von dem spiralförmigen Körper aus erstreckt, um einen Luftstrom von einem Abrisspunkt des spiralförmigen Körpers zu leiten; einen Einlass, der an den spiralförmigen Körper gekoppelt ist, der einen Einlasshals definiert, der einen bogenförmigen Ring umfasst, der sich zwischen einer Basis und einem koaxial über dem Lüfter angeordneten ringförmigen Ende erstreckt; und eine Umkreisteilwand, die sich stromaufwärts von dem bogenförmigen Ring mit einer Höhe zwischen etwa 4% und etwa 6,5% eines Innendurchmessers des ringförmigen Endes erstreckt, wobei die Umkreisteilwand einen Umkreisabschnitt des Umfangs des Halses zwischen etwa 120° und etwa 180° überspannt.
Gebläse nach Anspruch 1, wobei die Umkreisteilwand von dem ringförmigen Ende vorsteht.
Gebläse nach Anspruch 1, wobei die Umkreisteilwand von der Basis aus vorsteht.
Gebläse nach Anspruch 1, wobei die Umkreisteilwand eine Umfangsmitte besitzt, die im Wesentlichen auf den Abrisspunkt ausgerichtet ist.
Gebläse nach Anspruch 1, wobei die Umkreisteilwand eine Dicke besitzt, die im Wesentlichen die gleiche ist wie eine Dicke des bogenförmigen Rings.
Gebläse nach Anspruch 1, wobei der Einlass, die Umkreisteilwand und mindestens ein Abschnitt des spiralförmigen Körpers einstückig aus einem thermoplastischen Harz ausgeformt sind.
Lüftungshülle, die Folgendes umfasst: einen spiralförmigen Körper, der um einen Hohlraum für einen Lüfter herum angeordnet ist; einen Auslass zum Leiten eines Luftstroms von einem Abrisspunkt des spiralförmigen Körpers; einen Einlass, der als ein bogenförmiger Ring ausgebildet ist, der sich zwischen einer Basis und einem ringförmigen Ende erstreckt; und eine Umkreisteilwand, die sich stromaufwärts von dem bogenförmigen Ring erstreckt, wobei die Wand einen Umkreisabschnitt des Umfangs des bogenförmigen Rings zwischen etwa 120° und etwa 180° überspannt.
Hülle nach Anspruch 7, wobei die Umkreisteilwand eine Höhe zwischen etwa 4% und etwa 6,5% eines Innendurchmessers des ringförmigen Endes besitzt.
Hülle nach Anspruch 7, wobei die Umkreisteilwand eine Umfangsmitte besitzt, die im Wesentlichen auf den Abrisspunkt ausgerichtet ist.
Hülle nach Anspruch 7, wobei die Umkreisteilwand von dem ringförmigen Ende aus vorsteht.
Hülle nach Anspruch 7, wobei die Umkreisteilwand von der Basis aus vorsteht.
Hülle nach Anspruch 7, wobei die Umkreisteilwand eine Dicke besitzt, die im Wesentlichen die Gleiche ist wie eine Dicke des bogenförmigen Rings, und wobei der Einlass, die Umkreisteilwand und mindestens ein Abschnitt des spiralförmigen Körpers und der Auslass einstückig aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet sind.