DE69304671T2

DE69304671T2 - Abgasturbolader mit reduzierter Schallabstralung

Info

Publication number: DE69304671T2
Application number: DE69304671T
Authority: DE
Inventors: Peter D Church; Phillip B Gordon
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2013-12-23
Also published as: EP0605184A1; US5399064A; DE69304671D1; JPH06212988A; JP3394803B2; EP0605184B1; US5295785A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf die Schallabstrahlung bzw. Geräuschemissionen eines Turboladers und auf eine passive Geräuschreduzierungsvorrichtung, die zur Verwendung mit dem Turbolader geeignet ist.
Die Verwendung von Turboladern, um den Lufteinlaß bzw. die Luftaufnahme von Verbrennungsmotoren zu vergrößern, ist ein verbreitetes, wohl bekanntes Mittel, um die Motorausgabe bzw. Motorausgangsleistung anzuheben. In vielen herkömmlichen Turboladern wird das Kompressorrad mit hohen Drehzahlen oder Umdrehungen pro Minute angetrieben. Beispielsweise drehen sich viele Turboladerräder im Bereich von ungefähr von 100.000 bis 150.000 Umdrehungen pro Minute. Diese hohe Geschwindigkeit der sich drehenden Schaufeln, erzeugt ein Hochfrequenzgeräusch, das davon ausgestrahlt wird bzw. davon ausgeht. Wenn solche turboaufgeladenen Motoren in Fahrzeuganwendungen verwendet werden wie beispielsweise einem Lastwagen, kann das Geräusch sehr ärgerlich und unangenehm für den Bediener und Nebenstehende sein. Die Verwendung von Isolierung in Kabinen und Motorabteilen bzw. Motorräumen hat sehr die Geräuschmenge verringert, die von den Turboladern abgestrahlt wird, die den Bediener und Nebenstehende erreicht. Heute haben solche Geräuschverringerungspackungen geschafft, die Beschwerden des Bedieners und der Nebenstehenden auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Jedoch haben gewisse Leistungsverbesserungen bei Turboladern das Geräusch angehoben, das davon ausgesandt wird, und zwar über das normale Akzeptanzniveau durch den Bediener und Nebenstehende.
Einige Beispiele von Ansätzen, das Leistungsband von Turboladern auszuweiten, sehen Führungs- bzw. Leitschaufeln mit variabler Geometrie und mit Leitschaufeln versehene Diffuser, Turbinenauslaß- bzw. Turbinenentlüftungsvorrichtungen und -ventile, Gehäusebehandlungen und das Zufügen von Merkmalen, wie beispielsweise axiale und kreisförmige Nuten vor.
Ein solches Beispiel ist in US-A-4.743.161 offenbart auf der der Oberbegriff des Anspruches 1 basiert. Das Ziel dieser Verbesserung ist es, den Betrieb über einen weiteren Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl- und Belastungsbereich zu gestatten, und auch, höheres Drehmoment bei niedrigerer Motordrehzahl zu ermöglichen. Was erreicht wird, ist eine Verbreiterung des Hocheffektivitätsbereichs bzw. Bereiches mit hohem Wirkungsgrad zwischen Surge-Zuständen und Choke-Zuständen. Surge bzw. der Surge-Zustand ist, wenn ein Turbolader/Kompressor/ Motor-System an der Kante der Instabilität und des Abrutschens bzw. des Absterbens ist. Choke-Zustände sind, wenn die Systemlufterfordernisse die maximale Flußkapazität des Kompressors übersteigen. In diesem Patent wird eine Inducer-Rezirkulations- bzw. Einführungsrückführungsnut oder ein Bypass offenbart. Der Bypass führt zwei Dinge durch: er vergrößert den Choke-Fluß durch das Anziehen von Extraluft in die Stufe nach dem Kompressorlaufradhals und reduziert den Fluß, bei dem der Surge auftritt und zwar bei allen Geschwindigkeiten durch das Verbinden von verschiedenen Teilen der Kompressorstufe mit Bypassfluß. Der Bypass weist einen einfachen Umfangsschlitz auf, der einen Punkt entlang der Ummantelung mit einem Sekundäreinlaß verbindet. Der Bypass erzeugt einen positiven Differenzdruck am Einlaß bei Choke und einen negativen Differenzdruck am Einlaß bei Surge. Es ist herausgefunden worden, daß die Inducer-Rezirkulations- bzw. Einlaßrückführungsnut die Geräuschpegel anhebt, die davon ausgesandt bzw. abgestrahlt werden, da die Nut einen Punkt entlang der Ummantelung mit einem Sekundäreinlaß verbindet. Somit wird eine sekundäre bzw. zweite Sichtlinie oder ein Pfad für Geräuschwellen, die daran entlang gehen können, erzeugt, wenn die Inducer-Rezirkulations-Nut verwendet wird.
Die oben erwähnten Probleme haben verstärkte negative Äußerungen durch Bediener und Nebenstehende verursacht. Die Probleme haben weiter bewirkt, daß die Hersteller Alternativen für Turbolader und Variationen von Geräuschverringerungssystmen in Erwägung gezogen haben.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 offenbart.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein Turbolader ein Einlaßgehäuse auf mit einer Außenwand, die eine Einlaßöffnung darin definiert, und einer inneren Wand, die innerhalb der äußeren Wand positioniert ist. Ein Primäreinlaß ist innerhalb der inneren Wand bzw. Innenwand gebildet und eine ringförmige Kammer ist zwischen der äußeren Wand bzw. Außenwand und der Innenwand gebildet. Mittel zum Verbinden sind zwischen der Ringkammer und dem primären Einlaß angeordnet und bilden einen Sekundäreinlaß. Mittel zur Verringerung von Geräuschen, die vom Turbolader ausgestrahlt werden, sind im allgemeinen in axialer Ausrichtung mit der Ringkammer positioniert.
In der Begleitzeichnung sind:
Figur 1 eine teilweise geschnittene Endansicht eines Motors, der mit einem Turbolader gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
Figur 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Turboladers der Figur 1;
Figur 3 eine Endansicht eines Turboladers, wie von 3-3 in Figur 2 gesehen;
Figur 4 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Geräuschverringerungssytems;
Figur 5 ist ein vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Turboladers, der in Figur 3 gezeigt ist;
Figur 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 ist ein Endansicht des alternativen Ausführungsbeispiels der Figur 6; und
Figur 8 ist eine Endansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Figur 6.
In Bezug auf Figur 1 weist ein Verbrennungsmotor 10 einen Block 12 auf mit einer Oberseite 14 und einer Zylinderbohrung 16, die sich von der Oberseite 14 und im allgemeinen durch den Block 12 erstreckt. Ein Kolben 18 ist hin und her beweglich in der Bohrung 16 des Blocks 12 positioniert und zwar in herkömmlicher Weise. Eine Kurbelwelle 20 ist drehbar im Block 12 positioniert und besitzt eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 22, die zwischen der Kurbelwelle 20 und dem Kolben 18 angebracht ist.
Ein Zylinderkopf 30 mit einer Bodenseite 32 ist am Block 12 in herkömmlicher Weise angebracht. Zwischen der Bodenseite 32 und der Oberseite 14 des Blocks 12 ist eine Dichtung 34 von herkömmlicher Konstruktion. Der Zylinderkopf 30 besitzt eine Vielzahl von Einlaßdurchlässen 36, von denen nur einer gezeigt ist, und eine Vielzahl von Auslaßdurchlässen 38, von denen nur einer gezeigt ist, die darin definiert sind. In jedem der Einlaßdurchlässe 36 ist ein Einlaßventil 40 mit einer offenen Position 42, die in gestrichelter Linie gezeigt ist, in der die Bohrung 16 in Verbindung mit dem Einlaßdurchlaß 36 ist, und mit einer geschlossenen Position 44, in der die Verbindung zwischen der Bohrung 16 und dem Einlaß 36 verhindert wird. In jedem der Vielzahl von Auslaßdurchlässen 38 sitzt ein Auslaßventil 46 mit einer offenen Position 48, die in gestrichelter Linie gezeigt ist, in der die Bohrung 16 in Verbindung mit dem Auslaßdurchlaß 38 ist, und mit einer geschlossenen Position 50, in der die Verbindung zwischen der Bohrung 16 und dem Auslaßdurchlaß 38 verhindert wird.
An dem Zylinderkopf 30 ist in herkömmlicher Weise eine Auslaßsammelleitung 60 angebracht, die einen Durchlaß 62 besitzt, der darin definiert ist, und zwar in Verbindung mit dem Auslaßdurchlaß 38 im Zylinderkopf 30. Eine Einlaßsammelleitung 64 ist am Zylinderkopf 30 angebracht, und zwar in herkömmlicher Weise und besitzt einen Durchlaß 66, der darin definiert ist, der mit dem Einlaßdurchlaß 36 in Verbindung steht.
Ein Turbolader 70, wie am besten in den Figuren 1 und 2 zu sehen, ist am Motor 10 in herkömmlicher Weise angebracht. Der Turbolader 70 besitzt eine Achse 72, ein Auslaßgehäuse 74, ein Einlaßgehäuse 76 und ein Lagergehäuse 80, welches zwischen dem Auslaßgehäuse 74 und dem Einlaßgehäuse 76 angeordnet ist.
Das Auslaßgehäuse 74 besitzt eine Einlaßöffnung 82 und eine Auslaßöffnung 84, die darin definiert sind. Das Auslaßgehäuse 74 ist an einem Ende des Turboladers 70 positioniert, und ist entfembar an der Auslaßsammelleitung 60 angebracht, und zwar in einer solchen Position, daß die Einlaßöffnung 82 mit dem Durchlaß 62 in der Auslaßsammelleitung 60 in Verbindung steht.
Das Einlaßgehäuse 76 besitzt eine Einlaßöffnung 86 und eine Auslaßöffnung 88. Das Einlaßgehäuse 76 ist am anderen Ende des Turboladers 70 positioniert und ist entfernbar an der Einlaßsammelleitung 64 angebracht und zwar in einer solchen Position, daß die Auslaßöffnung 88 mit dem Durchlaß 66 in der Einlaßsammelleitung 64 in Verbindung steht.
Das Lagergehäuse 80 besitzt eine Vielzahl von Lagern 90, von denen nur eins gezeigt ist, die darin in herkömmlicher Weise positioniert sind. Die Lager 90 sind in herkömmlicher Weise geschmiert und gekühlt. Eine Welle 92 ist koaxial mit der Achse 82 positioniert bzw. angeordnet und ist drehbar innerhalb der Vielzahl von Lagern 90. Ein Turbinenrad 94 ist an einem Ende angebracht und ein Kompressorrad 96 ist am anderen Ende der Welle 92 angebracht. Das Turbinenrad 94 ist innerhalb des Auslaßgehäuses 74 positioniert und das Kompressorrad 96 ist innerhalb des Einlaßgehäuses 76 positioniert.
Das Kompressorrad 96 weist eine Vielzahl von Schaufeln bzw. Leitelementen 100 auf. Ein Teil der Vielzahl von Schaufeln 100 besitzen eine Führungskante 102 und ein anderer Teil der Vielzahl von Schaufeln 100 besitzt eine versetzte Führungskante 104, die axial stromabwärts von der Führungskante 102 des Teils der Vielzahl von Schaufeln 100 beabstandet ist, und jede der Vielzahl von Entlüftungen 100 besitzt eine äußere freie Kante 106. Das Einlaßgehäuse 76 weist eine Außenwand 108 auf, die eine Innenoberfläche bzw. Innenfläche 110 und eine Einlaßöffnung 112 für Gas definiert, wie beispielsweise Luft, um in das Kompressorrad 96 einzutreten und hindurchzugehen und in den Durchlaß 66 in der Einiaßsammelleitung 64 des Motors 10. Die Einlaßöffnung 112 wird durch eine Innenwand 116 begrenzt, die eine Innenoberfläche bzw. Innenseite 118 und eine Außenseite 120 definiert, und zwar mit einer Schnapp- bzw. Segeringnut 122, die darin positioniert ist. Die Innenwand 116 bildet einen Primäreinlaß 124, durch den Luft von der Einlaßöffnung 112 in das Kompressorrad 96 eintritt. Die Innenfläche 118 der Innenwand 116 ist in enger Nähe zur und ähnlich in der Kontur bzw. Form zur äußeren freien Kante 106 der Schaufeln oder Leitelemente 100. Die Innenwand 116 erstreckt sich einen kurzen Abstand stromaufwärts von den Schaufeln 100 des Kompressorrades 96, um einen ringförmigen Raum oder eine Kammer 126 zwischen der Innenfläche 110 der Außenwände 108 und der Außenfläche 120 der Innenwand 116 zu bilden. Die ringförmige Kammer 126 umringt teilweise das Kompressorrad 96. Ein ringförmiger Schlitz 128 ist in der Innenwand 116 gebildet und stellt eine Verbindung her zwischen der ringförmigen Kammer 126 und dem Primäreinlaß 124. Mittel 129 zum verbinden sind zwischen der ringförmigen Kammer und der Kontur der Beabstandung zwischen den Schaufeln 100 angeordnet, wobei der Primäreinlaß 124 einen Sekundäreinlaß 130 bildet, in dem Luft von der Einlaßöffnung 112 in die Ringkammer 126 eintreten kann, und weiter in das Kompressorrad 96. Wie am besten in Figur 3 gezeigt, überbrückt eine Serie bzw. Reihe von Verstrebungen 132 den ringförmigen Schlitz 128 in Intervallen, um seinen Umfang herum und trägt die Innenwand 116. In dieser Anwendung sind drei Verstrebungen 132 gleichmäßig um die Ringkammer 126 herum beabstandet angeordnet, wodurch die Ringkammer 126 in drei gleiche Sektoren bzw. Abschnitte geteilt ist.
Wie am besten in den Figuren 2, 3, 4 und 5 gezeigt, weisen die Mittel 140 zur Reduzierung des Geräusches, das vom Turbolader 70 ausgesandt wird, ein passives Geräuschreduktions- bzw. Geräuschverringerungssystem 142 auf, das in axialer Ausrichtung mit der Ringkammer positioniert ist und innerhalb der Ringkammer bzw. ringförmigen Kammer 126. Das Geräuschreduktionssystem 142 weist eine Vielzahl von Deflektor- bzw. Ablenkungsanordnungen 144 auf. Beispielsweise ist in dieser Anwendung oft eine Deflektor- bzw. Ablenkanordnung 144 in jedem der drei Sektoren positioniert. Als Alternative könnte eine einzelne Deflektoranordnung 144 montiert sein, und zwar in einer Weise, in der sie in die ringförmige Kammer 126 eingepaßt bzw. montiert werden könnte, und zwar ungeachtet der Anzahl von Verstrebungen 132 und der Sektoren bzw. Abschnitte. Jede Deflektoranordnung 144 weisn ein Paar von Trägern 146 auf, und zwar mit einer im allgemeinen rechteckigen Form, die ein Paar von langen Seiten 148 und ein Paar von kurzen Enden 150 definiert. In dieser Anordnung ist das Paar von langen Seiten 148 verjüngt. Eines des Paares der langen Seiten 148 besitzt eine einzelnen Einschnitt 152, der darin positioniert ist und die andere des Paars von langen Seiten 148 besitzt ein Paar von Einschnitten 152, die darin positioniert sind. Die Position der Einschnitte 152 entlang der Seiten 148 besitzt eine voreingestellte Beabstandung. Beispielsweise wie in Figur 4 gezeigt, werden die Räume bzw. Abstände, die durch A, B, C bezeichnet werden, im allgemeinen durch die folgende Formel bestimmt:
N = 1, 2, 3, ...
S = Turboladerdrehzahl für Maximalreduzierung (RPM)
B = Anzahl der Hauptschaufeln
In dieser Anwendung ist beispielsweise die Beabstandung, die durch A, B und C angezeigt wird, jeweils im allgemeinen 28 mm, 56 mm und 84 mm. Die Turboladerdrehzahl zur maximalen Reduzierung ist ungefähr 62.000 Umdrehungen pro Minute und die Anzahl der Hauptschaufeln ist sechs.
Jeder des Paares von Trägern 146 ist innerhalb der ringförmigen Kammer 126 positioniert, und zwar mit den langen Seiten 148 koaxial mit der Achse 72 und um eine voreingestellte Distanz voneinander beabstandet. Das Paar von Trägern besitzt eine Serie von Deflektorfinnen bzw. Deflektorableitungen 154, die in den Einschnitten 152 positioniert sind, was zur Folge hat, daß die Serie bzw. Reihe von Deflektorfinnen bzw. -flossen 154 um eine vorbestimmte Distanz voneinander beabstandet sind. Die Finnen 154 besitzen eine im allgemeinen bogenförmige Form, um im allgemeinen der Kontur der ringförmigen kammer 126 angepaßt zu sein. In dieser Anwendung werden drei Finnen 154 verwendet und weisen ein Paar von äußeren Finnen 156 und eine innere Finne 158 auf. Die Kontur des Paars von äußeren Finnen wird definiert durch einen äußeren bogen- bzw. kreisförmigen Teil 160, ein Paar von Enden 162, wobei die Ecken geformt bzw. ausgebildet sind, um mit Bezug auf die Wände der ringförmigen Kammer 126 eng zu passen, durch einen versetzten inneren radiusförmigen bzw. kreisförmigen Teil 164, der zwischen dem Paar von Enden 162 in ineinanderübergehender Weise verbunden bzw. angeordnet ist, und zwar durch einen inneren radiusförmigen Teil 166 und ein Radialsegment 168. Die Kontur der inneren Finnen 158 wird definiert durch einen inneren radiusförmigen Teil 180, durch ein Paar von Enden 182, deren Ecken geformt bzw. ausgebildet sind, um mit Bezug auf die Wände der ringförmigen Kammer 126 eng zu passen, durch einen abgesetzten bzw. versetzten äußeren radiusförmigen Teil 184, der in ineinander übergehender Beziehung zwischen dem Paar von Enden 182 verbunden bzw. angeordnet ist, und zwar durch einen äußeren radiusförmigen Teil 186 und ein Radialsegment 188.
Als eine weitere Alternative könnten eine, zwei oder irgendeine Anzahl von Finnen 154 verwendet werden, um einen verschlungenen Pfad für das Geräusch zu bewirken, das vom ringförmigen Schlitz 128 ausgeschickt wird. Darüber hinaus könnte eine einzelne Finne 154 oder eine Vielzahl von Finnen 154 als ein integraler Teil des Turboladers 70 gebildet sein.
Wie am besten in den Figuren 2, 3 und 5 zu sehen, ist die Vielzahl von Deflektoranordnungen 144 innerhalb der ringförmigen Kammer 126 positioniert. Eine große Beilagscheibe 190 ist über der Außenfläche 120 der Innenwand 116 positioniert und ein Schnapp- bzw. Segering 192 ist in der Segeringnut 122 in der Außenfläche 120 der Innenwand 116 positioniert. Als eine Alternative könnte die Deflektoranordnung 144 in der ringförmigen bzw. Ringkammer 126 durch eine Anzahl von Verfahren, wie beispielsweise Kleben, Reiblaschen, biegbare Laschen usw. gehalten werden. Somit ist die Vielzahl von Deflektoranordnungen 144 innerhalb der drei Sektoren der Ringkammer 126 positioniert. Jede der Deflektoranordnungen 144 bildet einen verschlungenen Pfad, der durch Pfeile 194 veranschaulicht ist, wie in Figur 5 gezeigt. Eine Vielzahl von Räumen 196 sind zwischen dem versetzten bzw. abgesetzten inneren radiusförmigen Teil 164 des Paares von äußeren Finnen 156 und der Außenfläche 120 der Innenwand 116 gebildet und zwischen dem abgesetzten bzw. versetzten äußeren radiusförmigen Teil 186 der inneren Finnen 158 und der inneren Oberfläche 110 der Außenwand 108.
Als eine Alternative, wie am besten in Figur 6 gezeigt, ist der verschlungene Pfad, der durch die Pfeile 194 gezeigt ist, und zwar durch eine Ringdeflektoranordnung 200 gebildet, in axialer Ausrichtung mit der Ringkammer 126 innerhalb des Einlasses 112 positioniert und das Geräusch, das davon ausgesandt bzw. abgestrahlt wird, wird verringert. Beispielsweise weist die ringförmige Deflektoranordnung bzw. Ringdeflektoranordnung 200 einen im allgemeinen zylindrischen Teil 202 auf mit einem Ende in anliegender Beziehung mit einem Ende der Innenwand 116 und ein radial angeordneter gestufter Flansch 204 ist am anderen Ende angebracht. Eine Außenseite 205 des Flansches 204 erstreckt sich leicht über die Erstreckung bzw. das äußere Ende der Außenwand 108 hinaus, und zwar um einen vorbestimmten Abstand. Der radial abgesetzte bzw. gestufte Flansch 204 definiert eine Einlaßendoberfläche 206 und eine Ringnutendoberfläche 208. Zwischen der Einlaßendoberfläche 206 und der Ringnutendoberfläche 208 ist ein gestufter Teil 210 angeordnet, der in berührender Beziehung mit der Innenoberfläche 110 eingepaßt ist, und am Ende der Außenwand 108 anliegt. Wie am besten in Figur 7 gezeigt, erstreckt sich eine Serie von Löchern 212 zwischen der Einlaßendoberfläche 206 und der Ringnutendoberfläche 208 und ist dabei radial positioniert zwischen dem Zylinderteil 202 und dem gestuften Teil 210. Als Alternative, wie am besten in Figur 8 zu sehen, könnte die Serie von Löchern 212 durch ein Nut 213 oder eine Vielzahl von Nuten gebildet werden, die sich zwischen der Einlaßendoberfläche 206 und der Ringnutendoberfläche 208 erstreckt. In dieser Alternative erstreckt sich ein Paar von ringförmigen Radialflanschen 214 vom zylindrischen Teil 202 zur Innenoberfläche 110 der Außenwand 108. Jedoch als eine weitere Alternative könnte zumindest ein einzelner bzw. einziger Flansch verwendet werden. Das Paar von Flanschen 214 ist axial voneinander beabstandet, und zwar um einen voreingestellten Abstand, wie oben definiert. Ein erster des Paares von Flanschen 214, der näher am gestuften Flansch 204 liegt, definiert eine radiale Außenoberfläche 216 mit einem voreingestellten Radius und bildet einen Raum bzw. eine Beabstandung 218 zwischen der Außenfläche 216 und der Innenfläche 210 der Außenwand 108. Ein zweiter des Paares von Flanschen 214, der weiter weg vom gestuften Flansch 204 positioniert ist, definiert eine Radialaußenfläche 220, die in enger Näher zur oder in leichtem Kontakt mit der Innenoberfläche 110 der Außenwand 108 ist. Eine Serie von Löchern 230 erstreckt sich durch das zweite Paar von Flanschen 214 und ist dabei radial positioniert zwischen dem zylindrischen Teil 202 und der Außenfläche 220. Als eine Alternative könnte die Serie bzw. Reihe von Löchern 230 durch eine Nut 231 oder eine Vielzahl von Nuten gebildet sein, die sich durch den zweiten des Paares der Flanschen 216 erstreckt.

Industrielle Anwendbarkeit

Im Betrieb bzw. bei der Verwendung wird der Motor 10 gestartet und die Drehung der Kurbelwelle 220 bewirkt, daß der Kolben 18 sich hin und herbewegt. Wenn sich der Kolben 18 in den Einlaßhub bewegt, ist der Druck innerhalb der Bohrung 16 geringer als der Athmosphärendruck. Darüber hinaus zieht die Drehung des Kompressorrades 96 Luft aus der Atmosphäre, wodurch die Dichte der Luft vergrößert wird. Im allgemeinen geht die Luft dann durch den Einlaßdurchlaß 36 um das Einlaßventil 40 herum, das in der offenen Position 42 ist und tritt in die Bohrung 16 ein. Brennstoff wird in herkömmlicher Weise zugefügt bzw. eingespritzt und der Motor 10 startet und arbeitet. Wenn der Motor 10 arbeitet, nachdem eine Verbrennung aufgetreten ist, treten die Auspuff- bzw. Abgase um das Auslaßventil 46 herum aus, das in der geöffneten Position 48 ist, und zwar in dem Durchlaß 62 der Auslaßsammelleitung 60 und treten in das Auslaß- bzw. Abgasgehäuse 74 des Turboladers 70 ein. Die Energie in den Auslaß- bzw. Abgasen treibt das Turbinenrad 94, wodurch die Welle 92 gedreht und das Kompressorrad 96 gedreht werden, um die Dichte und das Volumen der hineinströmenden bzw. hereintretenden Verbrennungsluft in dem Motor 10 anzuheben.
Bei niedrigen Motordrehzahlen und niedriger Belastung treibt die Energie in den Auslaß- bzw. Abgasen den Turbolader 70 mit niedriger Drehzahl an. Wenn der Motor beschleunigt wird und/oder die Last angehoben wird, steigt die Energie in den Auslaßgasen an und der Turbolader wird kontinuierlich mit hoher Drehzahl angetrieben, bis der Motor eine Maximalumdrehung oder Maximalbelastung erreicht. Bei niedrigen Motordrebzahlen ist die Menge von Einlaßluft, die vom Motor angefordert wird, gering, und wenn die Drehzahl- und Leistungsanforderungen ansteigen, wird die Menge an benötigter Einlaßluft angehoben.
Genauer gesagt, wird innerhalb des Turboladers 70 bei hohen Drehzahlen Luft in das Kompressorrad 96 durch den Primäreinlaß 124 gezogen, und der Druck innerhalb der Ringkammer 126 ist geringer als der Athmosphärendruck. Wenn sich das Kompressorrad 96 dreht, berühren die Führungskante 102 und die versetzte Führungskante 104 der Schaufeln 100 die einströmende Luft, die Luft wird durch die Schaufelkonfiguration zur Folgekante getrieben und tritt daraus aus. Der Druck zwischen den Schaufeln 100 des Primäreinlasses 124 entlang der Schaufelkonfiguration ist niedrig und zusätzliche Luft wird durch den Sekundäreinlaß 130 hineingezogen. Somit fließt Luft nach innen durch den ringförmigen Schlitz 128 der Ringkammer 126 in den Raum zwischen den Schaufeln 100 des Kompressorades 96. Die Folge ist ein Ansteigen der Luftmenge, die das Komporessorrad 96 erreicht und ein Ansteigen seiner Maximalflußkapazität. Wenn der Fluß durch das Kompressorrad 96 verringert wird oder abfällt, nimmt die Luftmenge, die in das kompressorrad 96 durch den ringförmigen Schlitz 128 gezogen wird, ab bis ein Gleichgewicht erreicht wird. Ein weiteres Abfallen der Geschwindigkeit des Kompressorrades 96 hat zur Folge, daß der Druck entlang der Schaufelkonfiguration des Kompressorrades 96 größer ist als in der Ringkammer 126 und somit fließt Luft nach außen durch den ringförmigen Schlitz 128 in die Ringkammer 126. Die Luft, die aus dem Kompressorrad 96 austritt bzw. entweicht, wird in den Primäreinlaß 124 rezirkuliert bzw. rückgeführt. Ein Anstieg an Fluß oder Drehzahl des Kompressorrades 96 bewirkt, daß das Gegenteil geschieht, d.h. ein Abnehmen der Luftmenge, die aus dem Kompressorrad 96 austritt bzw. entweicht, hat ein Gleichgewicht zur Folge, und Luft, die in das Kompressorrad 96 über den ringförmigen Schlitz 128 gezogen wird.
Diese spezielle Anordnung hat eine verbesserte Stabilität des Kompressorluftflusses und -druckes zur Folge und zwar bei allen Drehzahlen und eine Verschiebung der Charkteristiken bzw. Kennlinien bzw. Eigenschaften des Kompressor, wodurch die Surge- und Flußkapazität verbessert wird.
Aufgrund der Anwesenheit des ringförmigen Schlitzes 128 geht Geräusch, das durch die Vielzahl von Schaufeln 100 erzeugt wird, durch den ringförmigen Schlitz 128 in die Ringkammer 126, was in verstärktem Geräusch resultiert, das vom Turbolader 70 ausgestrahlt wird. Um dieses Problem zu lösen, werden Mittel 140 zur Reduzierung des Geräusches, das vom Turbolader 70 ausgestrahlt wird, verwendet. Beispielsweise sind die Vielzahl von Deflektoranordnungen 142 in der ringförmigen Kammer 126 positioniert. Jede der Deflektoranordnungen 142 ist darin befestigt. Somit muß das Geräusch, welches durch den ringförmigen Schlitz 128 hindurchgeht und in die ringförmige bzw. Ringkammer 126 hinein, dem verschlungenen Pfad folgen, der durch die Pfeile 194 gezeigt ist, wodurch das Geräusch reduziert wird, das vom Turbolader 70 ausgestrahlt wird. Im Betrieb berührt der Fluß des Geräusches, das in die Ringkammer 126 hineingeht, eine des Paares vom äußeren Finnen 156, wird davon reflektiert, wodurch einige Geräuschenergie abgegeben wird. Nach mehrmaliger Ablenkung geht die Geräuschenergie durch den Raum bzw. die Beabstandung 196 zwischen der äußeren Finne 156 und der Außenfläche 120 der Innenwand 116. Der Fluß von Geräuschenergie berührt die innere Finne 158, wird davon reflektiert und zusätzliche Energie wird abgegeben. Nach mehrmaliger Ablenkung geht die Geräuschenergie durch den Raum 196 zwischen der inneren Finne 158 und der Innenoberfläche der Außenwand 108. Die Geräuschenergie fließt weiter, bis sie die Äußere des Paares von äußeren Finnen 156 berührt, wird davon reflektiert und zusätzliche Energie wird abgegeben. Nach mehrmaliger Ablenkung geht die Geräuschenergie durch den Raum 196 zwischen der äußeren Finne 156 und der Außenoberfläche 120 der Innenwand 116. Eine Veränderung bzw. Variation der Anzahl der äußeren Finnen 156 und der inneren Finnen 158 (mehr oder weniger) kann verwendet werden, wie erforderlich, um das Geräusch zu reduzieren und zwar nur begrenzt durch den Raum in der Ringkammer 126.
Um weiter die Reflexion bzw. den Reflektionsbetrieb der Geräuschenergie zu verbessert, besitzen die Finnen 156, 158 eine vorbestimmte Beabstandung dazwischen. Die Beabstandung bzw. der Raum ist eingestellt, so daß ein Teil der Geräuschenergie, welche von der inneren Finne 158 zur äußeren Finne 156 hin reflektiert wird, mit einem Teil der Geräuschenergie in Verbindung tritt bzw. ihn beeinflußt, der von der äußeren Finne 156 zur inneren Finne 158 reflektiert wird. Somit wird die Effektivität bzw. der Wirkungsgrad der Mittel 140 zur Reduzierung des Geräusches, das vom Turbolader 70 abgestrahlt wird, verbessert.
Wenn die in den Figuren 6, 7 oder 8 gezeigte Alternative verwendet wird, um das Geräusch zu reduzieren, das vom Turbolader 70 abgestrahlt wird, wird die ringförmige Deflektoranordnung bzw. Ringdeflektoranordnung 200 in der Einlaßöffnung 112 positioniert und ist axial mit der Ringkammer 126 ausgerichtet. Beispielsweise ist ein Ende des zylindrischen Teils 202 in berührender Beziehung mit dem Ende der Innenwand 116 positioniert und der gestufte Flansch 204 weist den gestuften Teil 210 auf, der in berührender Beziehung mit der Innenoberfläche bzw. Innenseite 110 eingepaßt ist, und zwar anliegend mit dem Ende der Außenwand 108. Somit wird der verschlungene Pfad, der durch die Pfeile 194 gezeigt ist, eingerichtet. Das Geräusch geht durch den ringförmigen Schlitz 128 und tritt in die Ringkammer 126 ein. Das Geräusch läuft entlang der Ringkammer 126, berührt den zweiten des Paares von Flanschen 214 und fließt durch die Serie bzw. Reihe von Löchern 230 in den zweiten des Paares von Flanschen 214. Das Geräusch geht weiter zum ersten des Paares von Flanschen 214 und geht durch den Raum 218 und nach dem Berühren des gestuften Flansches 204 tritt es aus der Serie von Löchern 212 im gestuften Flansch 204 aus. Dieser verschlungene Pfad reduziert das Geräusch, das vom Turbolader ausgestrahlt wird.

Claims

1. Turbolader (70), der folgendes aufweist:

ein Einlaßgehäuse (76) mit einer Außenwand (108) die eine Einlaßöffnung (86, 112) darin definiert und mit einer Innenwand (116), die innerhalb der Außenwand (108) positioniert ist;

einen Primäreinlaß (124), der innerhalb der Innenwand (116) gebildet ist;

eine ringförmige bzw. Ringkammer (126), die zwischen der Außenwand (108) und der Innenwand (116) gebildet ist, und

Mittel (129), um eine Verbindung herzustellen und zwar zwischen der Ringkammer (126) und dem Primäreinlaß (124), wobei ein zweiter Einlaß bzw. Sekundäreinlaß (130) gebildet wird; gekennzeichnet durch:

Mittel (140) zur Reduzierung des Geräusches, das vom Turbolader (70) ausgesandt bzw. abgestrahlt wird, wobei die Mittel (140) zur Reduzierung ein passives Geräuschreduktionssystem (142) sind und zwar mit einer Vielzahl von Deflektoranordnungen (144), die eine Serie von Deflektorfinnen bzw. Deflektorschaufeln (154) besitzen, die einen voreingestellten Axialraum (A, B, C) dazwischen definieren und zwar allgemein in axialer Ausrichtung mit der Ringkammer (126) positioniert; und

wobei der voreingestellte Axialraum (A, B, C) durch folgendes bestimmt wird: Beabstandung (A, B C)

N = Anzahl der Abstände

S = Turboladerdrehzahl (RPM)

B = Anzahl der Hauptschaufeln

2. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei die Serie von Deflektorfinnen ein Paar von äußeren Finnen (156) und eine innere Finne (158) aufweist.

3. Turbolader (70) nach Anspruch 2, wobei die Serien bzw. Reihen von Deflektorfinnen (154) durch ein Paar von Trägern (146) positioniert bzw. angeordnet sind.

4. Turbolader (70) nach Anspruch 3, wobei das Paar von Trägern (146) Einschnitte (152) darin besitzt, in denen die Serie von Deflektorfinnen (154) positioniert sind.

5. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei die Serie bzw. Reihe von Deflektorfinnen (154) jeweils eine bogenförmige Form besitzen.

6. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei die ringförmige bzw. Ringkammer (126) umfangsmäßig in eine Vielzahl von Sektoren geteilt ist.

7. Turbolader (70) nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Sektoren drei gleichmäßig beabstandete Sektoren aufweist.

8. Turbolader (70) nach Anspruch 4, wobei jeder der Vielzahl von Sektoren eine Deflektoranordnung (144) darin aufweist.

9. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei das passive Geräuschreduktionsssystem (142) einen verschlungenen Pfad (194) innerhalb der Ringkammer (126) bildet.

10. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei das passive Geräuschreduktionssystem (142) in der Ringkammer (126) positioniert ist.

11. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei die Mittel (129), um die ringförmige bzw. Ringkammer (126) und den Primäreinlaß (124) zu verbinden, einen ringförmigen Schlitz (128) aufweisen.

12. Turbolader (70) nach Anspruch 2, wobei das Paar von äußeren Finnen (156) durch einen äußeren radiusförrnigen bzw. bogenförmigen Teil (160) und einen abgesetzten bzw. versetzten inneren radiusförmigen Teil (164) definiert sind.

13. Turbolader (70) nach Anspruch 12, wobei die innere Finne (158) durch einen inneren radiusförmigen Teil (180) und einen abgesetzten bzw. versetzten äußeren radiusförmigen Teil (186) definiert ist.

14. Turbolader (70) nach Anspruch 1, wobei die Mittel (140) zur Reduzierung beweglich bzw. entfernbar in der Ringkammer (126) angeordnet sind.

15. Turbolader (70),der folgendes aufweist:

ein Einlaßgehäuse (76) mit einer Außenwand (108), die eine Einlaßöffnung (86, 112) darin definiert und mit einer Innenwand (116), die innerhalb der Außenwand (108) positioniert ist;

einen Primäreinlaß (124), der innerhalb der Innenwand (116) geformt bzw. ausgebildet ist;

eine ringförmige Kammer bzw. Ringkammer (126), die zwischen der Außenwand (108) und der Innenwand (116) gebildet ist; und

Mittel (129), um die Ringkammer (126) und den Primäreinlaß (124) zu verbinden, wobei ein Sekundäreinlaß (130) gebildet wird; gekennzeichnet durch

Mittel (140) zur Reduzierung von Geräusch, das vom Turbolader (70) ausgestrahlt bzw. abgestrahlt wird, wobei die Mittel (140) zur Reduzierung im allgemeinen in axialer Ausrichtung mit der Ringkammer (126) positioniert sind, und einen verschlungenen Pfad (194) bilden, wobei der verschlungene Pfad (194) eine Vielzahl von Räumen bzw. Beabstandungen (196) aufweist, die von einem versetzten bzw. verschobenen inneren radiusförmigen bzw. kreisförmigen Teil (164) eines Paares von äußeren Finnen (156) und einer Außenfläche (120) der Innenwand (116) gebildet werden, und einen abgesetzten bzw. versetzten äußeren radiusförmigen Teil (186) einer inneren Finne (158) und einer Innenfläche (110) der Außenwand (108).

16. Turbolader (70) nach Anspruch 15, wobei die Mittel (140) zur Reduzierung entfernbar in axialer Ausrichtung mit der Ringkammer (126) positioniert sind.