DE10347693A1

DE10347693A1 - Verringerung von NVH (Rauschen, Schwingungen, Härte) und Gaspulsation in einem Klimaanlagenverdichter

Info

Publication number: DE10347693A1
Application number: DE10347693A
Authority: DE
Inventors: Fwutsai J. Novi Kuo
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2023-10-08
Also published as: DE10347693B4; US6705843B1; DE10347693B8

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, der in das hintere Gehäuse eines Verdichters integriert ist. Auf diese Weise werden durch den Schalldämpfer die Gesamtgröße, das Gewicht und die Kosten des Verdichters verringert. Der Fluidstrom wird derart durch die Auslasskammer und den Schalldämpfer geleitet, dass er das gesamte Innenvolumen effektiv ausnutzt, ohne einen wesentlichen Strömungsverlust oder eine Verzögerung in der Fluidversorgung zu verursachen.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verdichter und insbesondere auf Schalldämpfer zur Geräuschminderung in Verdichtern.

Existierende Verdichter, wie z. B. in Fahrzeugen eingesetzte Klimaanlagenverdichter, sind relativ laut. Dementsprechend enthalten viele Verdichter ein eingebautes Strömungsgeräuschsteuergerät oder einen Schalldämpfer. Leider stellen diese Geräte gewöhnlich einen voluminösen Anbau am Verdichtergussteil oder -gehäuse dar, der die Gesamtgröße und -masse des Verdichters wesentlich erhöht. Außerdem kommunizieren diese Schalldämpfer mit dem Förderstrom oder dem Saugstrom typischerweise durch eine lange, enge Passage. Diese Passage ist genau genommen ein Kommunikationskanal, der nicht derart durchströmt wird, dass das Innere des Schalldämpfers effektiv genutzt wird. Ein Nachteil ist ein großer Strömungsverlust infolge der Struktur des Kommunikationskanals. Der Strömungsverlust bedeutet einen Druckverlust in der Strömung infolge des verengten Strömungsdurchgangsquerschnitts. Je höher der Strömungsverlust, desto mehr Leistung ist erforderlich, um dieselbe Menge Kältemittel durch eine Passage zu fördern. Deshalb besteht Bedarf zur Bereitstellung eines Verdichters, durch den nicht nur der Strömungsverlust durch den Schalldämpfer, sondern auch die Gesamtgröße, das Gewicht und die Kosten des Verdichters verringert werden.

Die Erfindung stellt einen Schalldämpfer für einen Verdichter bereit, der sich im bestehenden hinteren Gehäuseteil des Verdichtergehäuses befindet. Auf diese Weise stellt die Erfindung einen Verdichter bereit, der sowohl eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht im Vergleich zu existierenden Verdichtern mit externen Schalldämpfern aufweist als auch den Strömungsverlust verringert. Der Wirkungsgrad des Verdichters wird wiederum durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz gesteigert (d. h. weniger Energieverbrauch). Außerdem besitzt das hintere Gehäuse durch den integrierten Schalldämpfer eine zusätzliche Steifigkeit, die zu geringeren Schwingungen führt. Vorzugsweise ist die Schalldämpferkammer innerhalb der Auslasskammer ausgebildet, und die Auslasskammer ist außerdem in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt. Der Förderstrom, der in den ersten Abschnitt der Auslasskammer eintritt, muss vor Erreichen des zweiten Abschnitts der Auslasskammer zwecks Austritt durch einen Auslassanschluss durch die Schalldämpferkammer fließen. Im Allgemeinen wird die Schalldämpferkammer durch eine Schalldämpferwand gebildet, die Einengungen zum Regeln der Strömung vom ersten Abschnitt zum zweiten Abschnitt der Auslasskammer enthält. Zusätzliche Merkmale umfassen eine weitere Unterteilung der Auslasskammer in mehrere kleinere Hohlräume sowie eine Bereitstellung von Hochdruckfluid direkt zum zweiten Abschnitt und zum Auslassanschluss.

Die hier enthaltenen Zeichnungen, die einen Teil der Spezifikation bilden, stellen verschiedene Aspekte der Erfindung bildlich dar und dienen der Erklärung der Prinzipien dieser Erfindung. In den Zeichnungen ist
1 eine perspektivische Ansicht eines in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung konstruierten hinteren Gehäuses und Schalldämpfers;
2 eine Draufsicht des in 1 gezeigten hinteren Gehäuses und Schalldämpfers;
3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 in 2;
4 eine der 1 ähnliche perspektivische Ansicht, die jedoch einen Teil des Zylinderblocks teilweise aufgebrochen zeigt.
Obwohl die Erfindung anhand von bestimmten Vorzugsausgestaltungen beschrieben wird, ist eine Beschränkung auf diese Ausgestaltungen nicht beabsichtigt. Im Gegenteil, es ist vorgesehen, sämtliche Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen zu erfassen, wie sie im durch die beigefügten Patentansprüche definierten Sinn und Geltungsbereich enthalten sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die 1 bis 3 stellen ein hinteres Gehäuse 20 mit einem Schalldämpfer 40 zur Verringerung von Rauschen, Schwingungen und Härte in einem (nicht gezeigten) Verdichter dar. Im Allgemeinen bietet der Schalldämpfer 40 eine Dämpfungswirkung zur Verringerung der Fluidströmungsturbulenz sowie von Pulsationen in der Strömung. Im Ergebnis der verringerten Strömungsturbulenz und Pulsationen sind Rauschen und Schwingungen reduziert. Außerdem wird der Wirkungsgrad durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz erhöht.
Das hintere Gehäuse 20 bildet ein Element eines Gehäuses für den Verdichter. Das hintere Gehäuse 20 enthält eine Endwand 23 und ist an einem Ende des Verdichters zwecks Strömungkommunikation in den Verdichter hinein und aus ihm heraus angeordnet. Das hintere Gehäuse 20 enthält eine Außenwand 22, die am Umfang der Endwand 23 axial aus ihr herausragt. Die Außenwand 22 ist ringförmig ausgebildet. Das hier verwendete „ringförmig" bedeutet eine Ringstruktur (d. h. mit keinem bestimmten Anfang oder Ende), wobei jedoch eine Kreisform nicht erforderlich ist.
Die Außenwand 22 bildet eine Vielzahl von als Gewindebohrungen 24 dargestellten Verbindungsbohrungen. Typischerweise wird ein Gewindebefestigungselement zum Verbinden des hinteren Gehäuses 20 mit dem Hauptgehäuse über die Gewindebohrungen 24 verwendet. Wie in 4 dargestellt, ist das hintere Gehäuse 20 unmittelbar in Strömungsrichtung nach einem Zylinderblock 15 angeordnet, der eine Vielzahl von sich in ihren jeweiligen Bohrungen 17 hin- und herbewegenden (nicht dargestellten) Kolben enthält. Der Zylinderblock 15 ist in 4 teilweise aufgebrochen dargestellt. Wie noch ausführlicher beschrieben wird, versorgt das hintere Gehäuse 20 den Verdichter, insbesondere die Kolbenbohrungen 17, mit Niederdruckfluid und leitet das durch den Verdichter erzeugte und über die Bohrungen 17 geförderte Hochdruckfluid.
Zur Realisierung des zuvor dargestellten Sachverhalts ist eine Innenwand 32 innerhalb des hinteren Gehäuses 20 geformt. Wie die Außenwand 22 ragt die Innenwand 32 aus der Endwand 23 des hinteren Gehäuses 20 axial heraus. Die Innenwand 32 ist vollständig von der Außenwand 22 umschlossen. Die Innenwand 32, die eine ringförmige und insbesondere eine blütenförmige Gestalt besitzt, ist mit einer Vielzahl von Vorsprüngen und Mulden zur Erleichterung der Kooperation mit dem Einlass und dem Auslass der Zylinderbohrungen versehen, wie in 4 dargestellt. Das Volumen zwischen der Außenwand 22 und der Innenwand 32 bildet die Einlasskammer 25, die zur Versorgung des Verdichters mit Niederdruckfluid verwendet wird. Die Versorgung von Niederdruckfluid erfolgt über einen Einlassanschluss 26, der mit der Einlasskammer 25 in Fluidkommunikation steht, wie am besten in 2 zu erkennen ist. Es ist innerhalb der Innenwand 32 eine Auslasskammer 35 zum Aufnehmen des Hochdruckfluids vom Verdichter ausgebildet. Die Auslasskammer 35 steht mit einem durch eine gestrichelte Linie in 2 dargestellten Auslassanschluss 28 in Fluidkommunikation.
Entsprechend der Erfindung ist ein Schalldämpfer 40 zur Verringerung von Rauschen, Schwingungen und Härte der Fluidströmung im hinteren Gehäuses 20 integral geformt. Wie in den Figuren gezeigt, enthält der Schalldämpfer 40 eine Schalldämpferwand 42, die axial aus der Endwand 23 herausragt. Die Schalldämpferwand 42 ist ringförmig ausgebildet und besitzt vorzugsweise eine Kreisform, wie in den Figuren zu erkennen ist. Die Schalldämpferwand 42 befindet sich innerhalb der Innenwand 32 und ist von ihr vollständig umschlossen. Damit ist die Schalldämpferkammer 45 vollständig von der Auslasskammer 35 umgeben. Demzufolge ist die Auslasskammer 35 am besten als das Volumen zwischen der Innenwand 32 und der Schalldämpferwand 42 definiert, obwohl zu erkennen sein wird, dass das Ausströmfluid sowohl durch die Auslasskammer 35 als auch durch die Schalldämpferkammer 45 strömt. Deshalb ist die Auslasskammer 35 ringförmig ausgebildet und vollständig von der Einlasskammer 25 umschlossen. Die Schalldämpferwand 42 bildet ein als die Schalldämpferkammer 45 bezeichnetes definiertes Innenvolumen.
Weil der Schalldämpfer 40 in das hintere Gehäuse 20 und die Auslasskammer 35 integriert ist, sind ersichtlicherweise die gesamten Außenabmessungen des hinteren Gehäuses 20 unverändert geblieben. Die zuvor genannten Wände (sowie die Kammern, Anschlüsse und Kanäle, die sie zum Leiten des Fluidstroms bilden) sind direkt in das hintere Gehäuse 20 eingegossen worden, wodurch jede zusätzliche maschinelle Bearbeitung eliminiert wurde. Außerdem wird der Kältemittelstrom derart durch die Auslasskammer 35 im Schalldämpfer 40 geleitet, dass er das gesamte Innenvolumen effektiv ausnutzt, Strömungsturbulenz und Pulsationen reduziert, was wiederum Rauschen und Schwingungen verringert. Die integrierte Form des Schalldämpfers bietet dem hinteren Gehäuse zusätzliche Steife, die geringere Schwingungen zur Folge hat.
Zum Leiten des Stroms erstrecken sich mindestens zwei Trennwände 52, 54 zwischen der Schalldämpferwand 42 und der Innenwand 32. Wie in den Figuren zu sehen ist, enthält die bildlich dargestellte Ausgestaltung des hinteren Gehäuses 20 und des Schalldämpfers 40 eine dritte Trennwand 56, die sich zwischen der Schalldämpferwand 42 und der Innenwand 32 erstreckt. Die Trennwände 52, 54, 56 sind zwecks Unterteilung der Auslasskammer 35 in einen ersten, einen zweiten und einen dritten, als 35a, 35b bzw. 35c bezeichneten Abschnitt im Abstand zueinander angeordnet. Der zweite Abschnitt 35b ist zur Übertragung des Hochdruckfluids mit dem Auslassanschluss 28 fluidisch verbunden. Erster und dritter Abschnitt 35a, 35c der Auslasskammer 35 stehen nicht miteinander oder mit dem zweiten Abschnitt 35b in direkter Fluidkommunikation, sondern mit der Schalldämpferkammer 45. Wie am besten in 1 zu erkennen, enthält die Schalldämpferwand 42 eine erste Öffnung 44a, die den ersten Abschnitt 35a mit der Schalldämpferkammer 45 verbindet. Außerdem bildet die Schalldämpferwand 42 eine zweite Öffnung 44b, die den zweiten Abschnitt 35b mit der Schalldämpferkammer 45 fluidisch verbindet. Da die Schalldämpferwand 42 komplett ringförmig ist, hat sie einen Wandteil zwischen dem zweiten Abschnitt 35b der Auslasskammer 35 und der Schalldämpferkammer 45. Schließlich bildet die Schalldämpferwand 42 eine dritte Öffnung 44c, die den dritten Abschnitt 35c mit der Schalldämpferkammer 45 fluidisch verbindet.
In der bildlich dargestellten Ausgestaltung enthält der zweite Abschnitt 35b der Auslasskammer 35 außerdem eine Abschirmwand 58 im zweiten Abschnitt 35b zwecks Bildung einer Abschirmkammer 35d. Die Abschirmwand 58 enthält eine Öffnung 59, die den zweiten Abschnitt 35b mit der Abschirmkammer 35d fluidisch verbindet. Die Abschirmkammer 35d ist zwecks Fluidkommunikation direkt mit dem Auslassanschluss 28 verbunden.
Im Betrieb saugen die Zylinderbohrungen 17 Fluid aus der Einlasskammer 25 (versorgt über den Einlassanschluss 26) mit einem relativ niedrigen Druck an. Der Verdichter und seine Zylinderkolben beaufschlagen das Fluid und fördern das Fluid mit einem relativ hohen Druck in die Auslasskammer 35. Wie in 4 dargestellt, enthält der Zylinderblock 15 eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 17. An einem Ende jeder Bohrung 17 bildet der Zylinderblock 15 eine Saugöffnung 18 und eine Auslassöffnung 19. Typischerweise wird die Strömung durch die Saugöffnung 18 und die Auslassöffnung 19 mithilfe eines Einwegeventils zwecks Absicherung der richtigen Strömungsrichtung geregelt. Wie dargestellt, ist das hintere Gehäuse 20 für die Verwendung mit einem Zylinderblock 15 mit sieben Zylinderbohrungen 17 und sieben Sätzen Saug- und Auslassöffnungen 18, 19 ausgelegt.
Damit ist zu erkennen, dass der Verdichter Hochdruckfluid durch die Auslassöffnung 19 in die Auslasskammer 35 und insbesondere in den ersten Abschnitt 35a, den zweiten Abschnitt 35b, den dritten Abschnitt 35c und die Abschirmkammer 35d fördert. Das Hochdruckfluid im ersten und dritten Abschnitt 35a, 35c der Auslasskammer 35 ist für eine Strömung durch die erste und dritte Öffnung 44a, 44c und in die Schalldämpferkammer 45 erforderlich. Dieser Fluidstrom folgt dann einem Weg durch die zweite Öffnung 44b in der Schalldämpferwand 42 und in den zweiten Abschnitt 35b der Auslasskammer 35. Anschließend folgt der Strom einem Weg durch die Öffnung 59 in der Abschirmwand 58 in die Abschirmkammer 35d und tritt über den Auslassanschluss 28 aus, der direkt in Kommunikation mit der Abschirmkammer steht.
Der durch die Schalldämpferwand 42, die Trennwände 52, 54, 56, die Abschirmwand 58 und ihre jeweiligen Öffnungen definierte Strömungsweg bewirkt eine Verringerung der Turbulenz und Pulsationen im Förderstrom, wodurch Rauschen und Schwingungen des Verdichters reduziert werden. Die Öffnungen 44a, 44b, 44c in der Schalldämpferwand 42 sowie die Öffnung 59 in der Abschirmwand 58 wirken als Einschnürungen, die die Strömung von einer Kammer zur nächsten regulieren. Da diese Einschnürungen den Druck des Fluids oder seine Durchflussmenge nicht wesentlich ändern, haben diese Einschnürungen einen Dämpfungseffekt mit Verringerung der Turbulenz und der Pulsationen im Fluidstrom. Es ist zu erkennen, dass durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz der Wirkungsgrad des Verdichters erhöht wird (d. h. niedrigerer Energieverbrauch). Vorzugsweise sind die Öffnungen 44a und 44c als Einkerbungen in einem oberen Ende der Schalldämpferwand 42 und im Allgemeinen kleiner als die größere Öffnung 44b, die ebenfalls eine Einkerbung in der Schalldämpferwand 42 hat, darstellt. Vorzugsweise ist die Öffnung 59 ebenfalls eine Einkerbung, die in der Abschirmwand 58 ausgebildet ist.
Erster und zweiter Abschnitt 35a, 35b der Auslasskammer 35 stehen nur durch die Schalldämpferkammer 45 in Fluidkommunikation. Die Einschnürungen sind für eine Reduzierung der Turbulenz des Fluidstroms ausgelegt. Analog dazu stehen dritter und zweiter Abschnitt 35c, 35b der Auslasskammer 35 nicht direkt in Fluidkommunikation. Die Einschnürungen dämpfen die Turbulenz des Fluidstroms aus dem ersten und dritten Abschnitt 35a, 35c der Auslasskammer 35 zum zweiten Abschnitt 35b der Auslasskammer 35.
Außerdem ist zu erkennen, dass der Verdichter und ein oder zwei Kolbenzylinder 17 Hochdruckfluid direkt an den nahe des Auslassanschlusses 28 befindlichen zweiten Abschnitt 35b der Auslasskammer liefern. Wenn die Abschirmwand 58 wie dargestellt verwendet wird, liefert eine Auslassöffnung 19 Hochdruckfluid direkt zur Abschirmkammer 35d, die in direkter Fluidkommunikation mit dem Auslassanschluss 28 steht. Damit wird die Versorgung von Hochdruckfluid durch den erfindungsgemäßen Schalldämpfer 40 weder verzögert noch gefährdet.
Entsprechend wird von den mit dem Fachgebiet vertrauten Personen erkannt werden, dass die Erfindung einen Schalldämpfer bereitstellt, der integraler Bestandteil des hinteren Gehäuses eines Verdichters ist. Auf diese Weise werden durch den Schalldämpfer die Gesamtgröße, das Gewicht und die Kosten des Verdichters verringert. Außerdem bietet der integrierte Schalldämpfer zusätzliche Steife, die geringere Schwingungen zur Folge hat. Darüber hinaus sind zusätzliche maschinelle Bearbeitungen nicht erforderlich, da der Schalldämpfer direkt in das hintere Gehäuse eingegossen werden kann. Schließlich wird der Kältemittelstrom derart durch die Auslasskammer und den Schalldämpfer geleitet, dass er das gesamte Innenvolumen effektiv ausnutzt, ohne einen wesentlichen Strömungsverlust oder eine Verzögerung in der Fluidversorgung zu verursachen. Der Wirkungsgrad des Verdichters wiederum wird durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz erhöht.
Die voranstehende Beschreibung verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung ist zum Zwecke der bildlichen Darstellung und Beschreibung präsentiert worden. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung erschöpfend zu behandeln oder auf genau die offenbarten Ausgestaltungen zu beschränken. Zahlreiche Modifikationen oder Variationen sind aufgrund der voranstehend aufgeführten Lehren möglich. Die beschriebenen Ausgestaltungen wurden zwecks Bereitstellung der besten Darstellung der Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung ausgewählt und beschrieben, um dadurch eine mit dem Fachgebiet vertraute Person zu befähigen, die Erfindung in verschiedenen Ausgestaltungen und mit verschiedenen Modifikationen anzuwenden, wenn sie einer bestimmten eventuellen Verwendung angepasst werden. Sämtliche Modifikationen und Variationen befinden sich innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche festgelegten Geltungsbereichs der Erfindung, solange sie in Übereinstimmung mit der Breite, in der sie angemessen, legal und billigerweise, zulässig sind, umgesetzt werden.

Claims

Schalldämpfer, wobei die erste und zweite Einschnürung durch Öffnungen in der Schalldämpferward gebildet werden.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, wobei die Öffnungen in die Schalldämpferwand geformte Einkerbungen sind.
Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, außerdem umfassend eine im zweiten Abschnitt der Auslasskammer angeordnete Abschirmwand zwecks Bildung einer mit einem Auslassanschluss fluidisch verbundenen Abschirmkammer, wobei die Abschirmkammer eine Abschirmeinschnürung zwischen dem zweiten Abschnitt der Auslasskammer und der Abschirmkammer bildet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem umfassend eine sich zwischen der Schalldämpferwand und der Innenwand erstreckende dritte Trennwand zwecks Bildung eines dritten Abschnitts der Auslasskammer, wobei die Schalldämpferwand eine dritte Einschnürung zwischen dem dritten Abschnitt der Auslasskammer und der Schalldämpferkammer bildet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Vielzahl von Auslassöffnungen Hochdruckfluid direkt an den zweiten Abschnitt der Auslasskammer liefert.