Zur Schallabstrahlung des Abgasturboladers in Abhängigkeit der Verdichter- und Turbinenanströmung

Beschreibung

Der Einsatz von Abgasturboladern ist in modernen Motorkonzepten unerlässlich, um hohe Wirkungsgrade, niedrigen Kraftstoffverbrauch und geringe Emissionen zu realisieren. Die sehr hohen Drehzahlen, großen Verdichtungsverhältnisse und dynamischen Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge sorgen jedoch sowohl für tonale als auch breitbandige Schallabstrahlung. Aufgrund des engen Bauraums ist die Anströmung der Laufräder häufig von Umlenkungen und Querschnittssprüngen geprägt. Sie weist somit starke Sekundärströmungen auf. Daher ist es Ziel dieser Arbeit, den Einfluss der verdichter- und turbinenseitigen Anströmung der Laufräder auf die Schallabstrahlung des Abgasturboladers systematisch zu untersuchen.

Turbinenseitige Druckpulsationen, wie sie aufgrund der Ventilhübe im Motor entstehen, beeinflussen die Schallabstrahlung nur geringfügig im niederfrequenten Bereich und können daher vernachlässigt werden.

Eine Strömungsumlenkung vor dem Verdichter führt hingegen in nahezu allen Betriebspunkten des Laufrads zu einer deutlichen Erhöhung der breitbandigen Schallabstrahlung. Hierfür ist die nach der Umlenkung auftretende Sekundärströmung verantwortlich. Sie weist zwei gegenläufig exzentrisch rotierende Wirbel mit hohen Gleich- und Gegendrallanteilen an den äußeren Radien der Rohrströmung auf. Gegendrall erhöht den hochfrequenten Breitbandanteil ab 4 kHz in nahezu allen Betriebspunkten.

Homogene Verdichteranströmungen führen hingegen zu geringeren Strömungsablösungen und somit niedrigerer breitbandiger Schallabstrahlung. Der Einbau geeigneter Gleichrichter in die Anströmung des Verdichters wirkt sich demnach positiv auf die Geräuschreduzierung des Turboladers aus. Sind die Gleichrichter zudem für einen niedrigen Druckverlust ausgelegt, sinkt der Wirkungsgrad nur geringfügig. Daher stellen Vorleiteinrichtungen, die die Sekundärströmung in der Ansaugung des Verdichters reduzieren, eine vielversprechende Möglichkeit dar, die Schallabstrahlung des Abgasturboladers im Pkw zu reduzieren.