REDUZIERUNG VON SCHWINGUNGEN IN EINEM SYSTEM AUS EINEM VERBRENNUNGSMOTOR UND EINEM ABGASTURBOLADER

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der aufgeladenen Verbrennungsmotoren. Sie betrifft einen Abgasturbolader sowie ein System aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader mit einer Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen.

Stand der Technik

[0002] Systeme aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader haben abhängig von ihrer Aufstellungsart Struktureigenfrequenzen, die von der Zündfrequenz des Motors und/oder den Vielfachen der Nenndrehzahl des Motors angeregt werden. Liegen solche Resonanzen im Betriebsbereich des Motors, kann der Motor mit dem Abgasturbolader unzulässig stark schwingen.

[0003] Bei Motoren mit konstanter Drehzahl kann die Resonanz durch Verändern der Systemsteifigkeit bzw. der Struktureigenfrequenz von der Drehzahl weg geschoben werden. Auf Motoren mit variabler Drehzahl hingegen können mehrere Resonanzen im vorgesehenen Betriebsbereich liegen. Dann treten oft hohe Vibrationen auf, die zu einer Verringerung der Standzeit einzelner Bauteile oder des ganzen Systems führen können.

[0004] Um den hohen Anforderungen von Endkunden und Klassifikationsgesellschaften gerecht zu werden, müssen bestimmte Schwingungsgrenzwerte am Motorblock und am Abgasturbolader eingehalten werden. Gelingt es nicht, durch Verändern der Eigenfrequenzen die Schwingungsgrenzwerte der Hersteller oder Klassifikationsgesellschaften über den ganzen Drehzahlbereich zu unterschreiten, müssen gewisse Drehzahlbereiche des Motors für den Betrieb gesperrt werden, um Schäden zu vermeiden. Zwangsläufig ergeben sich dadurch Nachteile für den Betreiber. Bislang sind keine konkreten konstruktiven Abhilfemaßnahmen bekannt und untersucht, um die Schwingungen in einem System aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader wirksam zu reduzieren. Verschiedene konkrete Maßnahmen für andere Systeme lassen sich der DE 44 13 393 C1, EP 0 214 825 A2, EP 1 060 932 A2, EP 1 098 069 A2 und US 6 298 963 B1 entnehmen.

Kurze Darstellung der Erfindung

[0005] Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein System aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader oder einen Abgasturbolader für ein solches System zu schaffen, in welchem der Verbrennungsmotor in dem gesamten zu Verfügung stehenden Drehzahlbereich betrieben werden kann, ohne durch dabei entstehende Schwingungen die Standzeit einzelner Bauteile oder des ganzen Systems zu verringern.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 1 oder ein System aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader gemäß Anspruch 5 gelöst.

[0007] Vorteilhafterweise wird der Schwingungstilger und/oder der Schwingungsdämpfer an einer exponierten, stark schwingenden Stelle des Systems befestigt. Da dort die Schwingungen am stärksten sind und damit die schwingungsreduzierenden Mittel am wirkungsvollsten eingesetzt werden können.

[0008] Da der Abgasturbolader in der Regel an exponierter Lage am Verbrennungsmotor befestigt ist, ist es besonders wirkungsvoll, die schwingungsreduzierenden Mittel am Abgasturbolader zu befestigen, beispielsweise am Filterschalldämpfer lufteintrittsseitig des Verdichtergehäuses.

[0009] Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Im Folgenden sind anhand der Figuren verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen schematisch dargestellt und näher erläutert.

[0011] In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0012] Es zeigen:

Fig. 1

eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einer ersten Ausführungsform, und

Fig. 2

eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0013] Durch das Anbringen eines gedämpften Schwingungstilgers oder eines Schwingungsdämpfers an exponierten Stellen, an denen die Vibrationen am stärksten sind, können die Schwingungen von Verbrennungsmotor und Abgasturbolader wirksam reduziert werden.

[0014] Dabei sollte der Dämpfer oder Schwingungstilger in erster Linie in die Hauptschwingungsrichtung der Eigenformen der tiefsten Eigenfrequenzen des Motor- Turbolader-Systems wirken, d. h. in der Regel in Richtung der Turboladerachse und quer (horizontal) dazu.

[0015] Der Turbolader ist meist auf einer Konsole über dem Motor oder an der Stirnseite des Motors in exponierter Lage befestigt. Durch diese exponierte Lage erfährt er die stärksten Vibrationen und ist deshalb für das Anbringen von Schwingungsdämpfern und Schwingungstilgern am besten geeignet.

[0016] Die Masse des Schwingungstilgers beträgt rund 5 - 10% der Turboladergewichts. Auf diese Weise wird eine Ausgewogenheit geschaffen zwischen der zu erreichenden Dämpferkraft und dem Zusatzgewicht, welches der Lader mechanisch ertragen muss.

[0017] Die Dämpfung erfolgt durch die dämpfenden Eigenschaften der Befestigung oder mit separatem Dämpfer. Auch können Bauteile des Turboladers als Schwingungstilger oder Schwingungsdämpfer genutzt werden. Beispielsweise kann ein abgekoppelter Filterschalldämpfer als Tilgermasse genutzt werden, während über die Befestigung des Filterschalldämpfers an dem Verdichtergehäuse eine Dämpfung erzielt werden kann.

[0018] Die Tilgermasse besteht aus einem losen Schüttgut und ist in einem entsprechenden Behälter angeordnet. Dieser Raum kann in einem starr befestigten Tank als zusätzliches Bauteil im System aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader, oder als integraler Bestandteil in einem Gehäusehohlraum am Turbolader, der Konsole oder dem Motor ausgebildet sein.

[0019] Der Schwingungsdämpfer wird an einem stark schwingenden Teil des Turboladers befestigt und mit dem Motorblock, Konsole oder einem außenstehenden Befestigungspunkt starr verbunden. Die Dämpfer müssen abhängig von der Anwendung auf eine relativ hohe Eigenfrequenz (10 - 100 Hz) und kleine Schwingungsamplituden (0,1 - 2 mm) ausgelegt sein.

[0020] Schwingungstilger und Dämpfer können an allen Gehäusen des Turboladers, der Konsole oder an außenliegenden Teilen des Motorblocks angebracht sein. Da am Gaseintritt oder Gasaustritt die Temperaturen hoch sind und die Teile Schaden nehmen können, sollten Schwingungsdämpfer und -tilger an Lagergehäuse, Verdichtergehäuse, Filterschalldämpfer oder bei Turboladern ohne Filterschalldämpfer am Saugstutzen angebracht werden. Der Filterschalldämpfer selbst kann auch als Schwingungstilger angebaut werden, wobei über die Verbindung zum Verdichtergehäuse eine Dämpfung erreicht werden kann.

[0021] Fig. 1 zeigt einen Abgasturbolader, wie er auf einen Verbrennungsmotor befestigt wird, wobei in der Abbildung nur die äußeren Gehäuseteile sowie die Anschlussflansche für die Zuleitungen zum Verbrennungsmotor zu sehen sind. Die Luft für den Verbrennungsmotor wird über einen Filterschalldämpfer 5 angesaugt und im Verdichtergehäuse 1 auf das rotierende Verdichterrad geführt. Das Verdichterrad ist an einem Ende einer Welle befestigt, welche im Lagergehäuse 4 drehbar gelagert ist. Am anderen Ende der Welle ist das Turbinenrad befestigt. Das Turbinengehäuse umfasst zwei Teile, das Gaseintrittsgehäuse 2 mit der Zuleitung der heißen Abgase vom Verbrennungsmotor, sowie das Gasaustrittsgehäuse 3 mit dem Auslassflansch zum Anschließen der Auspuffanlage. Je nach Art und Größe ist der Abgasturbolader am Lagergehäuse oder an einem Teil des Turbinengehäuses mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Hilfsweise kann der Abgasturbolader mit einer zweiten Stütze, etwa im Bereich des Filterschalldämpfers zusätzlich abgestützt sein.

[0022] Erfindungsgemäß weist der Verbrennungsmotor einen Schwingungstilger 6 auf, welcher am Filterschalldämpfer des Abgasturboladers befestigt ist und dessen Masse als loses Schüttgut in einem Behälter angeordnet ist. Ein solcher Schwingungstilger/-dämpfer kann auch auf einem anderen Gehäuse des Abgasturboladers befestigt werden oder er kann im Gehäuse des Abgasturboladers integriert angeordnet oder selber ein Teil diese Gehäuses sein.

[0023] Beispielsweise kann der Schwingungstilger mit einer ersten Abstützung am Lagergehäuse und mit einer zweiten Abstützung auf die Flanschverbindung zwischen dem Verdichtergehäuse und dem Filterschalldämpfer befestigt sein. Dabei dient die zusätzliche Befestigung dazu, den Schwingungstilger/- dämpfer so steif wie möglich mit dem Turbolader zu verbinden, damit die Schwingungen möglichst direkt auf den Schwingungstilger übertragen werden.

[0024] Rechts unten in Fig. 1 ist ein zusätzlicher Schwingungsdämpfer 7 dargestellt, der fest mit dem Filterschalldämpfer 5 und einer entsprechenden Auflage (z.B. Konsole, Motorblock oder externes Gerüst) verbunden ist. Der zusätzliche Schwingungsdämpfer dämpft den schwingenden Filterschalldämpfer optimal (Stelle mit höchsten Amplituden), insbesondere wenn die Abstützung 8 sehr steif ist.

[0025] Fig. 2 zeigt einen Schwingungstilger 9, der am Lagergehäuse befestigt ist. Die Dämpfung erfolgt über die Materialdämpfung der Befestigung (mehrschichtiges Material mit dämpfenden Zwischenschichten) oder durch einen separaten Schwingungsdämpfer.

Bezugszeichenliste

[0026] 

1

Verdichtergehäuse

2

Gaseintrittsgehäuse

3

Gasaustrittsgehäuse

4

Lagergehäuse

5

Filterschalldämpfer

6

Schwingungstilger

7

Schwingungsdämpfer

8

Unterlage

9

Schwingungstilger

Ansprüche

1. Abgasturbolader zum Aufladen eines Verbrennungsmotors, umfassend eine Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen, wobei die Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen einen Schwingungstilger (6; 9) und Mittel (7) zum Dämpfen der Schwingungen umfasst,
wobei der Schwingungstilger (6; 9) eine aus losem Schüttgut bestehende Masse umfasst, die in einem entsprechenden Behälterraum angeordnet ist.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, wobei der Behälterraum in einem starr befestigten Tank als einem zusätzlichen Bauteil in der Aufladevorrichtung ausgebildet ist.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1, wobei der Behälterraum als integraler Bestandteil in einem Gehäusehohlraum am Abgasturbolader ausgebildet ist.

4. System aus einem Verbrennungsmotor und einem Abgasturbolader,
wobei der Abgasturbolader ein Abgasturbolader gemäß einem der Ansprüche 1 - 3 ist.

5. System aus einem Verbrennungsmotor und einem Abgasturbolader, umfassend eine Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen des Verbrennungsmotors und/oder des Abgasturboladers, wobei die Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen mindestens einen Schwingungstilger (6; 9) und Mittel (7) zum Dämpfen der Schwingungen umfasst,
wobei der Schwingungstilger (6; 9) eine aus losem Schüttgut bestehende Masse umfasst, die in einem entsprechenden Behälterraum angeordnet ist, der in einem starr befestigten Tank als zusätzliches Bauteil im System aus Verbrennungsmotor und Abgasturbolader oder als integraler Bestandteil in einem Gehäusehohlraum an einer Konsole, auf der der Abgasturbolader über dem Verbrennungsmotor oder an der Stirnseite des Verbrennungsmotors befestigt ist, oder am Verbrennungsmotor ausgebildet ist.

6. System nach Anspruch 5, wobei der Schwingungstilger (6; 9) und/oder die Mittel (7) zum Dämpfen der Schwingungen an einer exponierten, stark schwingenden Stelle des Systems befestigt sind.

7. System nach einem der Ansprüche 4 - 6, wobei der Schwingungstilger (6; 9) und/oder die Mittel (7) zum Dämpfen der Schwingungen in die Hauptschwingungsrichtung der Eigenformen der tiefsten Eigenfrequenzen des Systems wirken.

Claims

1. Exhaust-gas turbocharger for the supercharging of an internal combustion engine, comprising a device for reducing vibrations, wherein the device for reducing vibrations comprises a vibration absorber (6; 9) and means (7) for damping the vibrations,
wherein the vibration absorber (6; 9) comprises a mass composed of loose bulk material which is arranged in a corresponding container chamber.

2. Exhaust-gas turbocharger according to Claim 1, wherein the container chamber is formed in a rigidly fastened tank as an additional component in the supercharging device.

3. Exhaust-gas turbocharger according to Claim 1, wherein the container chamber is formed as an integral constituent part in a housing cavity on the exhaust-gas turbocharger.

4. System composed of an internal combustion engine and of an exhaust-gas turbocharger,
wherein the exhaust-gas turbocharger is an exhaust-gas turbocharger according to one of Claims 1 to 3.

5. System composed of an internal combustion engine and an exhaust-gas turbocharger, comprising a device for reducing vibrations of the internal combustion engine and/or of the exhaust-gas turbocharger, wherein the device for reducing vibrations comprises at least one vibration absorber (6; 9) and means (7) for damping the vibrations,
wherein the vibration absorber (6; 9) comprises a mass composed of loose bulk material which is arranged in a corresponding container chamber, which container chamber is formed in a rigidly fastened tank as an additional component in the system composed of internal combustion engine and exhaust-gas turbocharger, or is formed as an integral constituent part in a housing cavity on a bracket on which the exhaust-gas turbocharger is fastened over the internal combustion engine or to the end side of the internal combustion engine, or is formed on the internal combustion engine.

6. System according to Claim 5, wherein the vibration absorber (6; 9) and/or the means (7) for damping the vibrations are fastened at an exposed point, which is subject to intense vibration, of the system.

7. System according to one of Claims 4 to 6, wherein the vibration absorber (6; 9) and/or the means (7) for damping the vibrations act in the main direction of vibration of the eigenmodes of the lowest eigenfrequencies of the system.

Revendications

1. Turbocompresseur à gaz d'échappement pour suralimenté un moteur à combustion interne, comprenant un dispositif pour réduire les vibrations, le dispositif pour réduire les vibrations comprenant un amortisseur de vibrations (6 ; 9) et des moyens (7) pour amortir les vibrations,
l'amortisseur de vibrations (6 ; 9) comprenant une masse constituée de matière en vrac lâche qui est disposée dans un espace de récipient correspondant.

2. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 1, dans lequel l'espace de récipient est réalisé dans un réservoir fixé rigidement en tant que composant supplémentaire dans le dispositif de suralimentation.

3. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 1, dans lequel l'espace de récipient est réalisé sous forme de constituant intégral dans une cavité du boîtier sur le turbocompresseur à gaz d'échappement.

4. Système constitué d'un moteur à combustion interne et d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, le turbocompresseur à gaz d'échappement étant un turbocompresseur à gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.

5. Système constitué d'un moteur à combustion interne et d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, comprenant un dispositif pour réduire les vibrations du moteur à combustion interne et/ou du turbocompresseur à gaz d'échappement, le dispositif pour réduire les vibrations comprenant au moins un amortisseur de vibrations (6 ; 9) et des moyens (7) pour amortir les vibrations, l'amortisseur de vibrations (6 ; 9) comprenant une masse constituée de matière en vrac lâche qui est disposée dans un espace de récipient correspondant, lequel est réalisé dans un réservoir fixé rigidement en tant que composant supplémentaire dans le système constitué du moteur à combustion interne et du turbocompresseur à gaz d'échappement ou sous forme de constituant intégral dans une cavité du boîtier au niveau d'une console sur laquelle le turbocompresseur à gaz d'échappement est fixé par le biais du moteur à combustion interne ou du côté frontal du moteur à combustion interne, ou lequel est réalisé sur le moteur à combustion interne.

6. Système selon la revendication 5, dans lequel l'amortisseur de vibrations (6 ; 9) et/ou les moyens (7) pour amortir les vibrations sont fixés à un endroit du système exposé, vibrant fortement.

7. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'amortisseur de vibrations (6 ; 9) et/ou les moyens (7) pour amortir les vibrations agissent dans la direction principale des vibrations des formes propres des fréquences de résonance les plus basses du système.

Zeichnung