DE19727139C2 - Verdichter eines Abgasturboladers - Google Patents
Verdichter eines AbgasturboladersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Verdichter eines Abgasturboladers entsprechend dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9.
Aus der die Gattung für den Anspruch 1 bildenden DE 42 13 047 A1 ist ein
Abgasturbolader bekannt, in dessen Gehäuse ein Verdichterrad umläuft. Das
Gehäuse weist einen Einlaßkanal auf, in welchen ein Bauteil eingesetzt ist, das
eine Ringkammer bildet. Der Innenraum der Ringkammer ist durch eine Öffnung
mit dem Verdichtereinlaß und im Bereich des Verdichterrades durch einen
Ringschlitz in der Innenwand der Ringkammer mit dem Einlaßkanal verbunden.
Maßnahmen zur Verringerung der Geräuschentwicklung sind nicht vorgesehen.
Aus der die Gattung für den Anspruch 9 bildenden GB 2 256 460 A ist ebenfalls
ein Verdichter eines Abgasturbolader mit einem Gehäuse bekannt, der ein
Verdichterrad und eine Ringkammer aufweist. Die Ringkammer ist in einen
Einlaßkanal integriert, von einer Außenwand und einer Innenwand begrenzt und
zum Verdichtereinlaß hin offen. In die Außenwand ist in geringem Abstand vom
Ende der Innenwand ein Ring aus Kunststoff eingesetzt, der sich zumindest über
die Höhe der Ringkammer radial nach innen erstreckt.
Die bei Verdichtern dieser Art vorgesehene Ringkammer ist eine sog. Kennfeld
stabilisierende 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 Wirkungsgrad
einbußen auch durch oftmals unzulässige Geräuschentwicklungen 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 beste
henden Gehäuseteile, die nur einen geringen Schallwiderstand darstellen, in den
Verdichtereinlaß und über die Wandungen des Zulaufrohres in die Umgebung.
Des weiteren ist aus der DE 693 04 671 ein Verdichter bekannt, bei dem die
vorstehend beschriebene Geräuschentwicklung dadurch verringert werden soll,
daß in der Ringkammer 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 Anordnung 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 dis Außenwand in geringem axialem
Abstand vom Ende der Innenwand ein Ring mit hoher Dämpfung
seigenschaft 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 duch 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 Erhöhug 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 (9)
1. Verdichter eines Abgasturboladers mit einem Gehäuse, in
dem ein Verdichterrad umläuft und das einen Einlaßkanal
aufweist, in den ein Bauteil eingesetzt ist, durch das eine
Ringkammer gebildet ist, wobei ein Innenraum der Ringkammer
einerseits durch eine Öffnung mit dem Verdichtereinlaß und
andererseits im Bereich des Verdichterrades durch einen
Ringschlitz in einer Innenwand der Ringkammer mit dem
Einlaßkanal in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (6) gegenüber dem
Verdichtergehäuse (1) durch Hohlräume (13, 14) zwischen einer
Außenwand (7) des die Ringkammer (6) bildenden Bauteils und
dem Verdichtergehäuse (1) akustisch entkoppelt ist.
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ringkammer (6) aus einem Werkstoff mit hoher
Dämpfungseigenschaft besteht.
3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wand des Verdichtergehäuses (1) in ihrem die
Ringkammer (6) umgebenden Bereich mit Hohlräumen (15)
versehen ist.
4. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (6) vor der
Öffnung, die sie mit dem Verdichtereinlaß (5) verbindet, eine
Dämpfungskammer (17) aufweist, die mit einem schalldämpfenden
Material gefüllt ist und durch enge Kanäle (18) mit dem
Innenraum der Ringkammer (6) in Verbindung steht.
5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Ringkammer (6)
schallreflektierend ausgebildet ist.
6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die schallreflektierende Innenfläche von noppen-, schuppen-
oder pyramidenförmigen Vorsprüngen (16) gebildet ist.
7. Verdichter nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die schallreflektierende Innenfläche so
ausgebildet ist, daß sie eine Schallreflexion vornehmlich in
Richtung auf die Dämpfungskammer (17) bewirkt.
8. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Öffnung der Ringkammer (6) zum Verdichtereinlaß (5) hin
als Ringspalt (11) ausgebildet ist und sich ihre Innenwand
(8) zwischen Ringspalt (11) und Ringschlitz (10) an der
Außenwand (7) über Streben (20) abstützt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Streben (20) als drallförmige
Leitvorrichtungen für die axiale Luftströmung durch die
Ringkammer (6) ausgebildet sind.
9. Verdichter eines Abgasturboladers mit einem Gehäuse, in
dem ein Verdichterrad umläuft und das einen Einlaßkanal
aufweist, in dem eine Ringkammer integriert ist, die
einerseits durch eine Öffnung mit dem Verdichtereinlaß und
andererseits im Bereich des Verdichterrades durch einen
Ringschlitz in der Innenwand der Ringkammer mit dem
Einlaßkanal in Verbindung steht, wobei die Ringkammer von
einer Außenwand und einer Innenwand begrenzt und zum
Verdichtereinlaß hin offen ist und wobei in die Außenwand in
geringem Abstand vom Ende der Innenwand ein Ring aus
Kunststoff eingesetzt ist, der sich zumindest über die Höhe
der Ringkammer radial nach innen erstreckt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ring (22) zur Unterdrückung von
Pfeifgeräuschen mit einer Gummieinlage (23) versehen ist.
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