DE3503071C1 - Druckwellenlader fuer Verbrennungskraftmaschinen,insbesondere in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Reibbeläge verbundenen starren Ring weitgehend aufgezehrt werden, mit der Folge, daß damit auch das lästige Geräusch entsprechend beseitigt bzw. herabgemindert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Druckwellenladers, zusammen mit Teilen einer Verbrennungskraftmaschine (schematisch),

F i g. 2 — ebenfalls schematisch — einen Druckwellenlader entsprechend F i g. 1 im Längsschnitt (Antrieb weggelassen) und F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III in F i g. 2.

In F i g. 1 bezeichnet 10 einen Zylinder, 11 einen Kolben, 12 einen Pleuel und 13 die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. Die erforderliche Verbrennungsluft wird dem sich oberhalb des Kolbens 11 erstreckenden Brennraum durch ein Ladeluftrohr 14 zugeführt, dessen Einlaß in den Brennraum durch ein Einlaßventil 15 gesteuert wird. Die Zuführung von Kraftstoff erfolgt durch eine Einspritzanlage, von der in F i g. 1 die Düse schematisch angedeutet und mit 16 beziffert ist. Zur Ableitung der Abgase nach erfolgter Verbrennung dient ein Abgaskrümmer 17, dessen Auslaß durch ein Auslaßventil 18 gesteuert wird.

Um einen Teil der in den Abgasen noch enthaltenen Energie auf die zugeführte Ladeluft zu übertragen, ist ein insgesamt mit 19 bezeichneter sog. Druckwellenlader vorgesehen. Wesentlicher Teil des Druckwellenladers 19 ist ein Rotor 20 (s. hierzu auch Fig.2), der ringförmig ausgebildet ist und in seinem äußeren Gehäusering 21 eine Vielzahl von Rotorzellen 22 besitzt, die — wie F i g. 1 erkennen läßt — parallel zur Rotationsachse 23 (F i g. 2) des Rotors 20 gerichtet sind.

Wie des weiteren aus F i g. 1 entnehmbar ist, wird der Rotor 20 durch die Kurbelwelle 13 über einen Riementrieb 24 mit einer der Motordrehzahl proportionalen Drehzahl angetrieben. Hierbei sitzt auf der Kurbelwelle

13 eine Antriebsscheibe 25, die über einen Treibriemen 26 mit einer Abtriebsscheibe 27 in Wirkverbindung steht. Die Abtriebsscheibe 27 ist auf einer Rotor-Antriebswelle 28 befestigt. Die Rotor-Antriebswelle 28 dient zugleich zur Lagerung des Rotors 20 im nicht dargestellten Motorgehäuse. In F i g. 2 ist in dem Rotor 20 die Nabe desselben auf der Innenwandung 39 desselben angedeutet und mit 29 beziffert. Die Antriebswelle 28 ist bei der Darstellung nach F i g. 2 weggelassen worden.

Wie bereits eingangs angedeutet, nutzt der Druckwellenlader 19 die Abgasenergie zur Verdichtung von dem Brennraum durch das Ladeluftrohr 14 zugeführter Frischluft. Zu diesem Zweck strömt das Abgas des Motors, vom Abgaskrümmer 17 her kommend, durch ein Gasgehäuse 30 dem Rotor 20 zu, gibt über Druckwellen Energie an die Luft in den Zellen 22 des Rotors 20 ab und gelangt anschließend durch einen Abgas-Rohrstutzen 31 in Pfeilrichtung 32 in den (nicht dargestellten) Auspuff des Motors. In einem ebenfalls mit den Zellen 22 des Rotors 20 verbundenen Luftgehäuse 33 wird während der Drehung des Rotors 20 im Druckwellenzyklus Frischluft angesaugt (Pfeilrichtung 34), komprimiert und über einen Luftaustritt 35 in das Ladeluftrohr

14 befördert, von wo die Frischluft — wie oben beschrieben — in den Brennraum des Motors gelangt.

Um zu verhindern, daß der Rotor 20 aufgrund seiner verhältnismäßig hohen Drehzahlen — die Motordrehzahl wird ja durch den Riementrieb 24 noch übersetzt (vgl. F i g. 1) — in hochfrequente Schwingungen gerät, die im hörbaren Bereich liegen, ist eine Schwingungsdämpfungseinrichtung vorgesehen, die im einzelnen aus F i g. 2 hervorgeht. Zu diesem Zweck sind in einem die radiale Begrenzung des ringförmigen Rotorgehäuses 21 bildenden zylindrischen Innenraum 36 des Rotors 20 zwei ringförmige Lagerscheiben 37,38 im Abstand voneinander angeordnet. Hierbei sind die Lagerscheiben

37, 38 an der Innenwandung 39 des ringförmigen Gehäuses 21 befestigt. Zwischen den beiden Lagerscheiben 37,38 sind zwei ringförmige Reibbeläge 40,41 angeordnet, die zwischen sich einen metallischen Ring 42 einschließen. Der metallische Ring 42 soll möglichst starr ausgebildet sein und von den beiden Lagerscheiben 37, 38 über die Reibbeläge 40, 41 unter Reibungsbeaufschlagung gehalten werden. F i g. 2 macht deutlich, daß der Außendurchmesser des starren metallischen Ringes 42 etwa dem Innendurchmesser des zylindrischen Rotor-Innenraumes 36 entspricht. F i g. 2 läßt des weiteren erkennen, daß die Schwingungsdämpfungseinrichtung 37,38,40—42 am linken Ende des Rotors 20 angeordnet ist, also entgegengesetzt zu der Nabe 29 des Rotors 20.

Die Schwingungsdämpfungseinrichtung arbeitet nun wie folgt. Während der wechselnden Drehzahlen des Rotors 20 treten zwischen diesem und dem starren metallischen Ring 42 geringfügige Relativbewegungen in Drehrichtung auf, wobei zwischen dem metallischen Ring 42 und den Reibbelägen 40, 41 Reibung entsteht. Durch die Reibung wird die Schwingungsenergie des Rotors 20 weitgehend aufgezehrt, so daß eine mit den Schwingungen verbundene Geräuschentwicklung nahezu vermieden wird. Der gleiche Effekt wird auch für die Verformung des Rotors aufgrund von glockenähnlichen Eigenschwingungen, also solchen mit Radialerstreckung bzw. -schrumpfung erzielt. Auch in diesem Falle entsteht zwischen dem metallischen Ring 42 und den Reibbelägen 40,41, gegenüber den beiden Lagerscheiben 37,

38, die mit dem Rotor 20 schwingen, die erwünschte Reibung, so daß die entsprechende Geräuschentwicklung gedämpft wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Druckwellenlader für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem proportional zur Motordrehzahl angetriebenen Rotor, der eine Vielzahl parallel zu seiner Rotationsachse gerichteter Rotorzellen besitzt, die einerseits in den Abgasstrom zwischen Abgaskrümmer und Auspuff, andererseits in den Verbrennungsluftstrom zwischen Luftgehäuse und Ladeluftrohr zwischengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rotor (20) — konzentrisch zu diesem — ein starrer Ring (42) angeordnet ist, der von einem Druckwellenlader übertragen die Energie vom Abgas zur Ladeluft mit Schallgeschwindigkeit und reagieren somit — im Gegensatz zu herkömmlichen Turboladern — praktisch verzögerungsfrei. Die Drehmomentent-" wicklung eines durch einen Druckwellenlader aufgeladenen Motors verläuft daher ähnlich schnell wie die eines Saugmotors. Im Vergleich dazu erreicht ein turboaufgeladener Motor zunächst nur die Grundleistung des Saugmotors und baut die Aufladeleistung erst nach erheblicher Verzögerung auf (sog. »Turbo-lag«).

Aufgrund der sofortigen Drehmomentverfügbarkeit kommen Druckwellenlader zunehmend in von Haus aus trägen Dieselfahrzeugen zur Anwendung.

Die als Druckwellenlader eingesetzten Aggregate

mit dem Rotor fest verbundenen Gegenlager (37,38) 15 werden naturgemäß starken Beanspruchungen ausge-

unter Reibungsbeaufschlagung (40, 41) gehalten wird.

2. Druckwellenlader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager aus zwei beidseitig des Ringes (42) angeordneten und diesen axial zwischen sich haltenden Lagerscheiben (37, 38) besteht und daß zur Aufbringung der Reibungsbeaufschlagung zwischen den Lagerscheiben (37,38) und der jeweils zugeordneten Stirnfläche des Ringes (42) Reibungselemente (40,41) zwischengeschaltet sind.

3. Druckwellenlader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungselemente (40,41) als ringförmige Reibbeläge ausgebildet sind.

setzt, insbesondere hohen Temperaturen und Drehzahlen. Der Einsatz von Material orientiert sich an dieser Besonderheit, so daß häufig hochwertige Werkstoffe mit präzise bearbeiteten Oberflächen zum Einsatz kommen.

Bei hohen Motordrehzahlen — und damit auch bei entsprechend hohen Umdrehungszahlen des Druckwellenlader-Rotors — beobachtet man, daß der Rotor durch Gasstöße in Schwingungen versetzt werden kann. Der Rotor des Laders hat eine ausgeprägte Eigenresonanz (Körperschwingung). Über die Gaskräfte wird er breitbandig, d. h. in einem breiten Frequenzbereich (ca. 3—15 kHz), zu Eigenschwingungen angeregt. In der Praxis wird also bei allen Motor- bzw. Rotordrehzahlen

4. Druckwellenlader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungselemente (40, 41) 30 die Eigenresonanz des Rotors angeregt. Dabei verformt Tellerfedern dienen. sich der Rotor zum Beispiel über seinem Umfang ellip-

5. Druckwellenlader nach einem oder mehreren tisch unter schwingungsmäßiger, seitlicher Verändeder vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- rung. Diese Schwingungen äußern sich akustisch in einet, daß der Ring (42) innerhalb eines die innere nem deutlich ausgeprägten Heulton, der als sehr störadiale Begrenzung der Rotorzellen (22) bildenden 35 rend empfunden wird und demgemäß dem vom Fahrzylindrischen Rotor-Innenraumes (36) angeordnet zeugbenutzer erwarteten Geräuschkomfort in einem ist und daß der Außendurchmesser des Ringes (42)

etwa dem Innendurchmesser des zylindrischen Rotor-Innenraumes (36) entspricht.

6. Druckwellenlader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (37, 38) an der Kraftfahrzeug sehr abträglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Maßnahmen zur Dämpfung der in Rede stehenden Schwingungen und damit zur Beseitigung, zumindest aber zur Herabminderung der störenden Heulgeräusche zu treffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Druckwellenlader der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an dem Rotor — konzentrisch zu diesem — ein

Rohrwandung (39) des zylindrischen Rotor-Innenraumes (36) befestigt ist.

7. Druckwellenlader nach Anspruch 5 oder 6, wobei an einem Ende des zylindrischen Rotor-Innen- 45 starrer Ring angeordnet ist, der von einem mit dem raumes (36) eine Nabe (29) zum Antrieb des Rotors Rotor fest verbundenen Gegenlager unter Reibungsbe-(20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
Ring (42), Gegenlager (37,38) und Reibungselemen

te (40,41) am anderen Ende des zylindrischen Rotor-Innenraumes (36) angeordnet sind.

aufschlagung gehalten wird.

Zwar sind die allgemeine Aufgabe, geeignete Maßnahmen zur Dämpfung von Körperschwingungen zu treffen, und ihre Lösung durch die DE-PS 9 37 319 an sich bekannt. Aus dieser Druckschrift ist ein Drehschwingungsdämpfer ersichtlich, bei dem an einer Kurbelwelle ein starrer Ring angeordnet ist, der von einem mit der Kurbelwelle fest verbundenen Gegenlager un-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckwellenla- 55 ter Reibungsbeaufschlagung gehalten wird,
der für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in Vorzugsweise besteht das Gegenlager aus zwei beid-

Kraftfahrzeugen, mit einem proportional zur Motor- seitig des Ringes angeordneten und diesen axial zwidrehzahl angetriebenen Rotor, der eine Vielzahl parallel sehen sich haltenden Lagerscheiben, und zur Aufbrinzu seiner Rotationsachse gerichteter Rotorzellen be- gung der Reibungsbeaufschlagung sind zwischen den

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sitzt, die einerseits in den Abgasstrom zwischen Abgaskrümmer und Auspuff, andererseits in den Verbrennungsluftstrom zwischen Luftgehäuse und Ladeluftrohr zwischengeschaltet sind.

Druckwellenlader der vorbezeichneten Art sind beispielsweise durch den Prospekt der Firma BBC, »Performance + Economoy Comprex Supercharging«, bekanntgeworden. Einen entsprechenden Druckwellenlader zeigt auch die DE-OS 20 56 807.

65 Lagerscheiben und der jeweils zugeordneten Stirnfläche des Ringes Reibungselemente zwischengeschaltet. Die Reibungselemente können als ringförmige Reibbeläge oder als Federmittel, z. B. Tellerfedern, ausgebildet sein.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß die bezeichneten Schwingungen infolge der unter Reibung stattfindenden Relativbewegungen zwischen dem Rotor und dem mit diesem über