DE19727139A1 - Verdichter eines Abgasturboladers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter eines Abgasturbo­ laders entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die bei Verdichtern dieser Art vorgesehene Ringkammer ist eine sog. kennfeldstabilisierende Maßnahme (KSM). Dabei kann vor dem Erreichen der Verdichterpumpgrenze eine Rezirkulation der Strömung aus dem Verdichterrad zurück in den eigentlichen Radzulauf, also in den Einlaßkanal vor dem Verdichterrad, erfolgen, wodurch das pumpgrenzenbestimmende Rad einen scheinbar höheren Durchsatz sieht. Im Betriebsbereich nahe der Verdichterstopfgrenze wird der ringförmige Schlitz von der Strömung als zusätzlicher Eintritt genutzt. Es findet also keine Rezirkulation mehr statt, was die gewünschte Verschiebung der Stopfgrenze zu höheren Durchsätzen zur Folge hat.

Die gewünschte Kennfelderweiterung des Verdichters wird neben Wirkungsgradeinbußen auch durch oftmals unzulässige Geräusch­ entwicklungen erkauft. Verantwortlich für diese Geräusche sind unter anderem die geometrischen Verhältnisse des ringförmigen Schlitzes zum Volumen der Ringkammer und zu der Öffnung zum Verdichtereintritt. Die Schallübertragung der durch die Strömungsverhältnisse angeregten Geräusche im Verdichtergehäuse und im Ringschlitz erfolgt praktisch ungedämpft über die meist aus Leichtmetall bestehenden Gehäuseteile, die nur einen geringen Schallwiderstand dar­ stellen, in den Verdichtereinlaß und über die Wandungen des Zulaufrohres in die Umgebung.

Aus der DE 693 04 671 ist ein Verdichter der gattungsgemäßen Art bekannt, bei dem die vorstehend beschriebene Geräusch­ entwicklung dadurch verringert werden soll, daß in der Ring­ kammer oder in Strömungsrichtung der Luft vor der Ringkammer eine Vielzahl von gegeneinander versetzten Rippen vorgesehen ist, die den Schall ablenken und zum Teil reflektieren, wodurch das Geräusch reduziert wird. Die Anbringung und An­ ordnung dieser Rippen ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und nur teilweise erfolgreich, da der Schall trotzdem auf das Verdichtergehäuse übertragen und in die Umgebung abgestrahlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem mit relativ einfachen Mitteln die Geräuschentwicklung und -abstrahlung verringert wird.

Diese Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ringkammer von einem eigenen, in den Einlaßkanal eingesetzten Bauteil gebildet wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Ringkammer aus einem Werkstoff mit hoher Schalldämpfungseigenschaft, z. B. einem Kunststoff mit hoher Porosität, einem Graphit-Sinterwerkstoff oder einem Verbundwerkstoff, herzustellen und/oder gegenüber dem Ver­ dichtergehäuse akustisch zu entkoppeln, beispielsweise durch Hohlräume oder Spalte zwischen der Außenwand der Ringkammer und dem Verdichtergehäuse. Diese Hohlräume oder Spalte bewirken gleichzeitig auch eine thermische Entkoppelung der Ringkammer, was von Bedeutung ist, wenn sie aus einem nicht hitzebeständigen Werkstoff, z. B. aus Kunststoff besteht. Eine (zusätzliche) Erhöhung des Schallwiderstandes sowie eine erhöhte thermische Entkoppelung kann auch dadurch erreicht werden, daß die Wand des Verdichtergehäuses in ihrem die Ringkammer umgebenden Bereich mit Hohlräumen versehen ist.

Dadurch, daß die Ringkammer als eigenes Bauteil konzipiert ist, das an der entsprechenden Stelle im Einlaßkanal des Verdichters fixiert ist, kann für denselben Verdichtertyp je nach Anforderung an die Kennfeldbreite und an den Verdichter­ wirkungsgrad ein Modul mit entsprechend abgestimmten Eigen­ schaften eingesetzt werden.

Zur Verstärkung der Schalldämmung kann die Ringkammer vor der Öffnung, die sie mit dem Verdichtereinlaß verbindet, eine Dämpfungskammer aufweisen, die mit einem schalldämpfenden Material, z. B. einem Kunststoffschaum mit hoher Porosität, gefüllt ist und durch enge Kanäle mit dem Inneren der Ring­ kammer in Verbindung steht. Diese Dämpfungskammer verhindert insbesondere eine Geräuschabstrahlung in den Verdichter­ einlaß.

Eine weitere Verringerung der Schallabstrahlung kann dadurch erreicht werden, daß die Innenfläche der Ringkammer schall­ reflektierend ausgebildet ist, z. B. durch Noppen, Schuppen oder pyramidenförmige Vorsprünge. Diese schallreflektierende Innenfläche kann so ausgebildet sein, daß sie eine Schall­ reflexion vornehmlich in Richtung auf die vorher erwähnte Dämpferkammer bewirkt.

Vorzugsweise ist die Öffnung, die die Ringkammer mit den Verdichtereinlaß verbindet, als durchgehender Ringspalt ausgebildet. In diesem Fall muß die Innenwand der Ringkammer zwischen diesem Ringspalt und dem Ringschlitz mit der Außen­ wand der Ringkammer durch Streben verbunden werden. Diese Streben können als drallförmige Leitvorrichtungen für die axiale Luftströmung durch die Ringkammer ausgebildet sein, die einen Schallwiderstand in Richtung auf den Verdichter­ einlaß bilden.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einem Verdichter, bei dem die Ringkammer in das Verdichtergehäuse integriert und von einer Außenwand und einer Innenwand begrenzt und zum Verdichtereinlaß hin offen ist, dadurch gelöst, daß in die Außenwand in geringem axialem Abstand vom Ende der Innenwand ein Ring mit hoher Dämpfungs­ eigenschaft eingesetzt ist, der sich zumindest über die Höhe der Ringkammer nach innen erstreckt. Der Ring kann z. B. aus einem Kunststoff mit einer Gummieinlage bestehen. Durch diesen Ring werden insbesondere die sonst auftretenden Pfeifgeräusche weitgehend unterdrückt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt der oberen Hälfte eines Verdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels.

Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen, in der mit 1 das Verdichtergehäuse bezeichnet ist, in dem ein Verdichterrad 2 umläuft, das auf einer im Gehäuse 1 gelagerten Welle 3 befe­ stigt ist. Das Gehäuse 1 weist einen Einlaßkanal 4 auf, der den Verdichtereinlaß 5 definiert. In den Einlaßkanal 4 ist eine Ringkammer 6 eingesetzt, die eine Außenwand 7 und eine Innenwand 8 aufweist, die in geringem Abstand von der Be­ schaufelung 9 des Verdichterrades 2 verläuft. Der Innenraum der Ringkammer 6 ist durch einen Ringschlitz 10 etwa im ersten Drittel der Beschaufelung 9 mit dem Einlaßkanal und durch einen Ringspalt 11 vor dem Verdichterrad 2 mit dem Verdichtereinlaß 5 in Verbindung.

Vor Erreichen der Verdichterpumpgrenze findet eine Rezirku­ lation der Strömung durch den Ringschlitz 10, die Ringkammer 6 und den Ringspalt 11 in den Verdichtereinlaß 5 statt, wie dies durch den Pfeil 12 veranschaulicht ist. Um die Abstrah­ lung der durch diese Rezirkulation entstehenden Geräusche weitgehend zu unterbinden, ist die Ringkammer 6 gegen das Verdichtergehäuse 1 akustisch entkoppelt, und zwar einerseits durch Hohlräume 13 in der Innenwand des Einlaßkanals, an der die Außenwand 7 der Ringkammer 6 anliegt, und durch einen Hohlraum 14 zwischen dem hinteren Ende der Ringkammer 6 und dem Gehäuse 1. Überdies sind in der Wand des Einlaßkanals 4 und in der den Hohlraum 14 begrenzenden Wand weitere Hohl­ räume 15 vorgesehen, die eine Erhöhung des Schallwiderstandes bewirken.

Darüber hinaus sind Maßnahmen zur Schalldämpfung vorgesehen. So besteht die Ringkammer 6 aus einem Werkstoff mit hoher Dämpfungseigenschaft, z. B. einem Kunststoff mit hoher Poro­ sität. Außerdem ist die Innenfläche der Ringkammer 6 mit schallreflektierenden Vorsprüngen 16 in Form von Noppen, Schuppen oder Pyramiden versehen. Weiterhin weist die Ring­ kammer 6 vor dem Ringspalt 11 eine Dämpfungskammer 17 auf, die mit einem hochporösen Kunststoff ausgeschäumt ist und mit dem Innenraum der Ringkammer durch enge Kanäle 18 in Verbin­ dung steht. Die Dämpfungskammer 17 ist durch eine strömungs­ günstige Abdeckung 19 verschlossen. Die Vorsprünge 16 sind so beschaffen, daß sie eine gezielte Schallreflexion in die Dämpfungskammer 17 bewirken. Durch die Dämpfungskammer 17 wird die Geräuschabstrahlung in den Verdichtereinlaß 5 weitgehend verhindert.

Die Innenwand 8 der Ringkammer 6 ist an der Außenwand 7 durch Streben 20 befestigt, die drallförmig zur Umfangsrichtung ausgerichtet sein können, um einen Schallwiderstand in axialer Richtung zum Ringspalt 11 und damit zum Verdichter­ einlaß (5) zu bewirken.

Die Innenwand 8 der Ringkammer 6 kann aus einem anlaufbestän­ digen Werkstoff, z. B. einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, bestehen, um einen geringen Spalt zur Beschaufelung 9 des Verdichterrades 2 zu ermöglichen und dadurch den Wirkungsgrad des Verdichters zu verbessern.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführung, die insbesondere die sonst auftretenden Pfeifgeräusche unterdrücken soll. Hier ist die Ringkammer 6' in das Verdichtergehäuse 1' integriert und einerseits von einer von der Wand des Einlaßkanals 4' gebildeten Außenwand 7' und andererseits von einer Innenwand 8' begrenzt, die vor dem Ende der Außenwand 7' endet. Die Ringkammer 6' ist einerseits bei 21 zum Verdichtereinlaß 5 hin offen und andererseits wie bei dem ersten Ausführungs­ beispiel im Bereich der Beschaufelung 9 des Verdichterrades 2 mit dem Einlaßkanal durch einen Ringschlitz 10' in Verbin­ dung. In die Außenwand 7' ist in geringem Abstand vom Ende der Innenwand 8' ein Ring 22 mit hoher Dämpfungseigenschaft eingesetzt, der sich zumindest über die Höhe der Ringkammer 6' nach innen erstreckt. Vorzugsweise besteht der Ring 22 aus einem Kunststoff mit einer Gummieinlage 23.

Claims (12)

1. Verdichter eines Abgasturboladers mit einem Gehäuse (1), in dem ein Verdichterrad (2) umläuft und das einen Einlaß­ kanal (4) aufweist, in dem eine Ringkammer (6) angeordnet ist, die einerseits durch eine Öffnung (11) mit dem Verdichter­ einlaß (5) und andererseits im Bereich des Verdichterrades durch einen Ringschlitz (10) in der Innenwand (8) der Ring­ kammer (6) mit dem Einlaßkanal (4) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (6) von einem eigenen, in den Einlaßkanal (4) eingesetzten Bauteil gebildet ist.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (6) aus einem Werkstoff mit hoher Dämpfungs­ eigenschaft besteht.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (6) gegenüber dem Verdichtergehäuse (1) akustisch entkoppelt ist.

4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwand (7) der Ringkammer (6) und dem Verdichtergehäuse (1) Hohlräume (13) vorgesehen sind.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Verdichtergehäuses (1) in ihrem die Ringkammer (6) umgebenden Bereich mit Hohlräumen (15) versehen ist.

6. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (6) vor der Öffnung (11), die sie mit dem Verdichtereinlaß (5) verbindet, eine Dämpfungskammer (17) aufweist, die mit einem schall­ dämpfenden Material gefüllt ist und durch enge Kanäle (18) mit dem Inneren der Ringkammer (6) in Verbindung steht.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Ringkammer (6) schallreflektierend ausgebildet ist.

8. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schallreflektierende Innenfläche von noppen-, schuppen- oder pyramidenförmigen Vorsprüngen (16) gebildet ist.

9. Verdichter nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schallreflektierende Innenfläche so ausge­ bildet ist, daß sie eine Schallreflexion vornehmlich in Richtung auf die Dämpferkammer (17) bewirkt.

10. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (11) der Ringkammer (6) zum Verdichtereinlaß (5) hin als Ringspalt ausgebildet ist und daß sich ihre Innenwand (8) zwischen Ringspalt (11) und Ringschlitz (10) an der Außenwand (7) über Streben (20) abstützt, die als drallförmige Leitvorrichtungen für die axiale Luftströmung durch die Ringkammer (6) ausgebildet sind.

11. Verdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem die Ringkammer (6) in das Verdichtergehäuse (1') integriert ist und von einer Außenwand (7') und einer Innenwand (8') begrenzt und zum Verdichtereinlaß (5) hin offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (7') axial vom Ende der Innenwand (8') vorsteht und daß in der Außenwand (7') in geringem Abstand vom Ende der Innenwand (8') ein Ring (22) mit hoher Dämpfungseigenschaft eingesetzt ist, der sich zumindest über die Höhe der Ringkammer (6') nach innen erstreckt.

12. Verdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (22) aus einem Kunststoff mit einer Gummieinlage (23) besteht.