DE112010002761T5 - Mehrstufige Turboladeranordnung - Google Patents

Mehrstufige Turboladeranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE112010002761T5
DE112010002761T5 DE112010002761T DE112010002761T DE112010002761T5 DE 112010002761 T5 DE112010002761 T5 DE 112010002761T5 DE 112010002761 T DE112010002761 T DE 112010002761T DE 112010002761 T DE112010002761 T DE 112010002761T DE 112010002761 T5 DE112010002761 T5 DE 112010002761T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
turbine
pressure
inner shell
housing unit
stage turbocharger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE112010002761T
Other languages
English (en)
Inventor
Timm Kiener
Volker Joergl
Thomas Kritzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Inc
Original Assignee
BorgWarner Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BorgWarner Inc filed Critical BorgWarner Inc
Publication of DE112010002761T5 publication Critical patent/DE112010002761T5/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/04Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/105Final actuators by passing part of the fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • F01D25/125Cooling of bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14Casings modified therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/162Bearing supports
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/162Control of the pumps by bypassing charging air by bypassing, e.g. partially, intake air from pump inlet to pump outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/22Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005Cooling of pump drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/50Building or constructing in particular ways
    • F05D2230/53Building or constructing in particular ways by integrally manufacturing a component, e.g. by milling from a billet or one piece construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/40Use of a multiplicity of similar components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrstufige Turboladeranordnung (1), mit einem Hochdruckturbolader (20), der aufweist: ein Turbinengehäuse (26A), ein Lagergehäuse (27A), ein Verdichtergehäuse (28A); und mit einem Niederdruckturbolader (21), der aufweist: ein Turbinengehäuse (26B), ein Lagergehäuse (27B), ein Verdichtergehäuse (28B); dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinengehäuse (26A, 26B) mit einer integrierten Innenschale (23) zur Abgasführung versehen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Turboladeranordnung für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte mehrstufige Turboladeranordnungen sind im Allgemeinen aus mindestens zwei hintereinander angeordneten Turboladern aufgebaut. Eine bei diesen Systemen auftretende Abgas-Leckage, insbesondere hinter dem geschlossenen Hochdruckturbinen-Bypassventil, verhindert eine optimale Funktion in allen Betriebszuständen der Turboladeranordnung. Diese Leckage wird beim Stand der Technik dadurch verhindert, dass die verwendeten Bypassventile eine sehr geringe Leckage am Ventilsitz aufweisen. Bei den mehrstufigen Turboladeranordnungen des Standes der Technik, die einen Luftspalt zur Reduzierung der Wärmeübertragung zwischen den Abgas-Strömungskanälen und den Turbinengehäusen und ein ebenfalls durch einen Luftspalt umgebenes Hochdruckturbinen-Bypassventil aufweisen, kann jedoch auch eine beträchtliche Abgas-Leckage nach dem geschlossenen Hochdruckturbinen-Bypassventil durch den Luftspalt auftreten, der das Hochdruckturbinen-Bypassventils umgibt.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mehrstufige Turboladeranordnung zu schaffen, deren Effizienz gegenüber bekannten Turboladeranordnungen verbessert ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Durch die Anordnung einer integrierten Innenschale zur Abgasführung in den Turbinengehäusen ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades, da die Zuführung der Abgase zu den Turbinen optimiert ist. Zudem wird dadurch eine drastische Reduzierung der Abgas-Leckagemenge im Bereich der Turbinengehäuse im Vergleich zu den Turboladeranordnungen des Standes der Technik erreicht. Durch die integrierte Innenschale kann ferner insbesondere eine verbesserte Wärmeisolierung gegenüber den Turbinen- und Lagergehäuseeinheiten realisiert werden.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Turboladeranordnung,
  • 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrstufigen Turboladeranordnung, und
  • 3 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer mehrstufigen Turboladeranordnung des Standes der Technik.
  • Mit Bezug auf 1 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrstufigen Turboladeranordnung 1 beschrieben. Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die mehrstufige Turboladeranordnung 1 einen Hochdruckturbolader 20, der eine Hochdruckturbine 4 aufweist, die mit einem Hochdruckverdichter 10 durch eine Welle 14 verbunden ist, und einen Niederdruckturbolader 21, der eine Niederdruckturbine 6 aufweist, die durch eine Welle 15 mit einem Niederdruckverdichter 9 verbunden ist. Die Hochdruckturbine 4 und die Niederdruckturbine 6 sind in einer gemeinsamen Turbinen-Gehäuseeinheit 26 angeordnet, die in einen Turbinengehäuseabschnitt 26A des Hochdruckturboladers 20 und einen Turbinengehäuseabschnitt 26B des Niederdruckturboladers 21 unterteilt ist. Im Innern der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 ist eine durch Wärme expandierbare Innenschale 23 eingefügt, in deren Innern ein heißes Motor-Abgas Ag durch die Hochdruckturbine 4 und die Niederdruckturbine 6 strömt. Die Innenschale 23 dieser ersten Ausführungsform der mehrstufigen Turboladeranordnung 1 weist eine allseitige Dichtungsummantelung 23A auf, die an den dem Luftspalt 22 benachbarten Flächen der Innenschale 23 angeordnet ist.
  • Zwischen der Dichtungsummantelung 23A der Innenschale 23 und der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 sowie der Lager-Gehäuseeinheit 27 ist ein Luftspalt 22 ausgebildet, der die durch das Motor-Abgas A erhitzte Innenschale 23 gegenüber der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 und der Lager-Gehäuseeinheit 27 isoliert. In der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 sowie der Lager-Gehäuseeinheit 27 sind darüber hinaus Kühlkanäle 24 beziehungsweise 25 für ein darin strömendes Kühlmittel ausgebildet, das die Temperatur der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 sowie der Lager-Gehäuseeinheit 27 reduziert bzw. auf einem in allen Betriebszuständen der Turboladeranordnung 1 zulässigen Niveau hält.
  • Im Turbinengehäuseabschnitt 26A des Hochdruckturboladers 20 ist ferner ein Bypass 5 der Hochdruckturbine 4 ausgebildet, der ein Regelventil 5a aufweist, durch das das Motor-Abgas A bei geöffnetem Regelventil 5a die Hochdruckturbine 4 umgeht. Im Turbinengehäuseabschnitt 26B des Niederdruckturboladers 21 Ist außerdem eine Wastegate-Anordnung 7 ausgebildet, in deren Innern ein Wastegate-Ventil 7a angeordnet ist. Bei geöffnetem Wastegate-Ventil 7a kann ein Teil der Strömung des Motor-Abgases A die Niederdruckturbine 6 umgehen und direkt in einen Auspuff 8 (siehe 3) strömen.
  • Die Welle 14 des Hochdruckturboladers 20 und die Welle 15 des Niederdruckturboladers 21 sind in einer gemeinsamen Lager-Gehäuseeinheit 27 gelagert, die aus einem Lagergehäuseabschnitt 27A des Hochdruckturboladers 20 und einem Lagergehäuseabschnitt 27B des Niederdruckturboladers 21 zusammengesetzt ist.
  • Der Hochdruckverdichter 10 des Hochdruckturboladers 20 und der Niederdruckverdichter 9 des Niederdruckturboladers 21 sind in einer gemeinsamen Verdichter-Gehäuseeinheit 28 angeordnet, die aus einem Verdichtergehäuseabschnitt 28A des Hochdruckturboladers 20 und einem Verdichtergehäuseabschnitt 28B des Niederdruckturboladers 21 zusammengesetzt ist, und mittels einer Verdichterabdeckung 29 geschlossen ist. Wie aus der Darstellung von 1 erkennbar, ist der Hochdruckverdichter 10 zum Teil auch in der Lager-Gehäuseeinheit 27 und der Niederdruckverdichter 9 zum Teil auch in der Verdichterabdeckung 29 ausgebildet.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich, wird dem Niederdruckverdichter 9 von außen Luft L über einen in der Verdichterabdeckung 29 ausgebildeten Kanal 16 zugeführt, der in seinem weiteren Verlauf zwischen dem Niederdruckverdichter 9 und dem Hochdruckverdichter 10 in der Verdichter-Gehäuseeinheit 28 ausgebildet ist und nach dem Hochdruckverdichter 10 durch die Lager-Gehäuseeinheit 27, die Verdichter-Gehäuseeinheit 28 sowie die Verdichterabdeckung 29 verläuft. Darüber hinaus ist in der Verdichterabdeckung 29 im Bereich des Hochdruckverdichters 10 ein Verdichter-Bypasskanal 11 ausgebildet, der ein Verdichter-Bypassventil 11a umfasst. Durch diesen Verdichter-Bypasskanal 11 kann die Ladeluft L ganz oder teilweise um den Hochdruckverdichter 10 herumgeleitet werden, um eine Drosselung des Hochdruckverdichters 10 bei großen Luftströmungsmengen zu verhindern.
  • Die im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildeten Verbindungsflächen der gemeinsamen Turbinen-Gehäuseeinheit 26, Lager-Gehäuseeinheit 27 und Verdichter-Gehäuseeinheit 28 sind, obwohl in 1 nicht dargestellt, mittels Schraub-, Schweiß-, Klebe- und/oder Klemmverbindungen miteinander verbunden.
  • Bei der Innenschale 23 mit allseitiger Dichtungsummantelung 23A gegenüber dem umgebenden Luftspalt 22 ist das Regelventil 5a im Bypass 5 der Hochdruckturbine 4 in die Innenschale 23 integriert, so dass bei geschlossenem Regelventil 5a im Wesentlichen keine Abgasmenge aus einem Bereich A stromauf der Hochdruckturbine 4 in einen Bereich C stromab der Hochdruckturbine 4 gelangen kann, ohne die Hochdruckturbine 4 zu passieren.
  • Ferner ist das Wastegate-Ventil 7a der Niederdruckturbine 6 in die Innenschale 23 integriert, so dass bei geschlossenem Wastegate-Ventil 7a im Wesentlichen keine Abgasmenge aus einem Bereich C stromauf der Niederdruckturbine 6 in einen Bereich D stromab der Niederdruckturbine 6 gelangen kann, ohne die Niederdruckturbine 6 zu passieren.
  • Darüber hinaus ist die Innenschale 23 vollständig abgedichtet, so dass weder Abgas aus den Bereichen A, B stromauf und stromab der Hochdruckturbine 4 und Bereichen C, D stromauf und stromab der Niederdruckturbine 6 in einen Bereich E des umgebenden Luftspalts 23 entweichen kann, noch die Hochdruckturbine 4 oder die Niederdruckturbine 6 oder das Hochdruckturbinen-Regelventil 5a oder Niederdruckturbinen-Bypassventil 7a umgehen kann, oder in die Umgebung austreten kann. Die Innenschale 23 ist so ausgelegt, dass sie sich wärmeabhängig ausdehnen und zusammenziehen kann, um während einem Temperaturzyklus auftretende Wärmespannungen auszugleichen, ohne ihr Dichtungsvermögen zu verlieren. Hierbei muss die Innenschale 23 eine möglichst hohe Wärmeausdehnung ermöglichen.
  • Außerdem müssen alle Teile der Innenschale 23 sowie die Verbindungen, an denen die unterschiedlichen Teile der Innenschale 23 aufeinandertreffen und an denen die Innenschale 23 beginnt und endet, hohen Drücken und Druckstößen widerstehen, ohne ihr Dichtungsvermögen zu verlieren.
  • Ferner müssen alle Verbindungen innerhalb der Innenschale 23 trotz einer Bewegung durch die Wärmeausdehnung der heißen Teile abdichten.
  • Zudem ist es möglich, die Dichtfläche der Innenschale 23 in Abhängigkeit von der Anzahl der Teile der Innenschale 23 spezifisch auszulegen.
  • Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrstufigen Turboladeranordnung mit Bezug auf 2 beschrieben. Gleiche Bauteile sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform bezeichnet. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass die Innenschale 23 hierbei mit einer partiellen Dichtungsummantelung 23B versehen ist und stromab der Hochdruckturbine 4 mit einer Gassperre 30 versehen ist.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform mit der Innenschale 23 mit partieller Dichtungsummantelung 23B ist es ferner möglich, zumindest das Hochdruckturbinen-Regelventil 5a in die Innenschale 23 zu integrieren.
  • Darüber hinaus ist es hierbei möglich, zumindest eine Gassperre 30 so zu implementieren, dass eine Strömung vom Bereich E des Luftspalts 22 im Bereich der Hochdruckturbine 4 in einen Bereich F des Luftspalts 22 im Bereich der Niederdruckturbine 6 nicht möglich ist. Bei geschlossenem Hochdruckturbinen-Regelventil 5a wird ein beträchtlicher Druckunterschied vor und hinter dem Regelventil 5a und dadurch zwischen dem Bereich A stromauf der Hochdruckturbine 4 und dem Bereich E des Luftspalts 22 im Bereich der Hochdruckturbine 4 sowie dem Bereichen B stromab der Hochdruckturbine 4 und den Bereichen C, D, F stromauf und stromab der Niederdruckturbine erzeugt. Durch die Gassperre ist es nicht möglich, dass Abgas das Regelventil 5a über den Bereich E des Luftspalts 22 im Bereich der Hochdruckturbine 4 und den Bereich F des Luftspalts 22 im Bereich der Niederdruckturbine 6 umgehen kann.
  • Bei dieser einfacheren und kostengünstigeren, jedoch nicht vollständig leckagefreien Ausführungsform der Innenschale 23, die im Bereich A stromauf der Hochdruckturbine 4 und um den Bereich C stromauf der Niederdruckturbine 6 keine Dichtungsummantelung aufweist, ist eine Gasleckage durch die Gassperre 30 vom Bereich E zum Bereich F nicht möglich, aber eine geringe Leckage bzw. ein Druckausgleich zwischen den Bereichen A, E vor der Gassperre 30 und den Bereichen C, F hinter der Gassperre 30 in geringem Umfang gegeben und daher akzeptabel.
  • Die lediglich isolierenden Bereiche A und C (stromauf der Hochdruckturbine und stromauf der Niederdruckturbine) der Innenschale 23 ohne Dichtungsummantelung, können als „Floating-”Elemente mit einer Eigenschaft ausgelegt werden, sich ohne Einschränkung auszudehnen und zusammenziehen. Dadurch treten in diesen Elementen nur sehr geringe Wärmespannungen auf.
  • Die Innenschale 23 um den Bereich B hinter der Hochdruckturbine 4 und den Bereich D hinter der Niederdruckturbine 6 muss ein vollständiges Dichtvermögen aufweisen, um eine Strömung aus dem Bereich E des Luftspalts 22 (im Bereich der Hochdruckturbine 4) in den Bereich B (stromab der Hochdruckturbine 4) zu unterdrücken. Die Größe beziehungsweise Volumina dieser Bereiche B und D sind dementsprechend minimiert ausgelegt.
  • Ferner ist die Gassperre 30 in einer ”Flaschenhals”-Position innerhalb der Innenschale 23 so ausgebildet, dass die erforderliche Dichtfläche minimal ist.
  • Darüber hinaus ist der Einsatz einer Metalldichtung an der Gassperre möglich, die die Wärmeausdehnung absorbieren, aber die Innenschale 23 immer noch gegenüber den gekühlten angrenzenden Gehäusen abdichten kann.
  • Alternativ ist der Einsatz eines elastischen Isoliermaterials, wie zum Beispiel von Fasermatten, mit einer ausreichenden Strömungsbarrierenfunktionalität zur Abdichtung des erforderlichen Luftspalts 23 in der Gassperre 30 um das Gehäuse des Hochdruckturbinen-Regelventils 5a möglich, wobei alternativ auch andere Materialien mit einer entsprechenden Strömungsbarrierenfunktionalität eingesetzt werden können.
  • Ferner ist es vorteilhaft, den Bereich der Gassperre 30 zu kühlen, da dieser Bereich einer der Hauptberührungsbereiche zwischen der heißen Innenschale 23 und den gekühlten äußeren Gehäusen ist.
  • Vorzugsweise ist die Gassperre 30 so ausgelegt, dass eine selbstdichtende Funktion durch den Druckunterschied zwischen dem Bereich A stromauf der Hochdruckturbine 4 und dem Bereich C stromauf der Niederdruckturbine 6 während des Betriebs unterstützt wird.
  • Ferner kann die Gassperre 30 vorzugsweise so ausgelegt werden, dass sie durch den Druck einer Federkraft abdichtet.
  • Bei den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen mehrstufigen Turboladeranordnung strömt das heiße Abgas nur in der Innenschale 23, die sandwichartig zwischen der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 und der Lager-Gehäuseeinheit 27 angeordnet ist, die die Kühlkanäle 24 bzw. 25 aufweisen, um ein Überhitzten der Turbinen-Gehäuseeinheit 26 bzw. der Lager-Gehäuseeinheit 27 zu verhindern. Die Kühlkanäle 24 und 25 können alternativ auch miteinander verbunden sein. Die Gehäuseeinheiten 26, 27 und 28 können bei weiteren denkbaren Ausführungsformen auch anders als bei den hier dargestellten Ausführungsformen unterteilt werden. Darüber hinaus können alternativ auch alle Gehäuseeinheiten gekühlt werden oder nur Teile der Abgas-Strömungskanäle durch einen Luftspalt isoliert sein.
  • Bei beiden Ausführungsformen können die Hochdruckturbine 4 und die Niederdruckturbine 6 oder der Niederdruckverdichter 9 und der Hochdruckverdichter 10 jeweils eine variable Turbinengeometrie aufweisen, die in 3 im Falle der Hochdruckturbine 4 beispielhaft durch das Bezugszeichen 4a gekennzeichnet ist. Ferner kann das Verdichter-Bypassventil 11a ein automatisches oder geregeltes Ventil sein und das Wastegate-Ventil 7a bei einigen Anordnungen entfallen, um Kosten zu sparen.
  • 3 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer mehrstufigen Turboladeranordnung des Standes der Technik, wie sie z. B. bei einem herkömmlichen zweistufigen Turboladersystem eines Dieselmotors Verwendung findet. Gleiche Bauteile sind hier bei mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2 gekennzeichnet. Die in 3 dargestellte mehrstufige Turboladeranordnung 10 veranschaulicht den Strömungsverlauf des Abgases A eines Motors 2 von einem Abgaskrümmer 3 bis zum Ausstoß durch einen Auspuff 8 sowie den Stromungsverlauf der angesaugten Luft L durch eine Ansaugleitung 16 bis zu einem Ansaugkrümmer 13 des Motors 2. Diese herkömmliche Turboladeranordnung ist in vielen ähnlichen Ausgestaltungen bzw. Variationen bekannt, deren Aufbau jedoch hier nicht näher detailliert beschrieben wird.
  • Die erfindungsgemäße mehrstufige Turboladeranordnung weist im Vergleich zu den bekannten Turboladeranordnungen des Standes der Technik eine wesentlich verbesserte Effizienz aufgrund einer signifikant reduzierten Leckage im Bereich der Turbinengehäuse, des Bypassventils und des Wastegate-Ventils, eine weiter optimierte Wärmeisolierung zwischen den Abgaskanälen und den daran angrenzenden Gehäuseteile auf.
  • Zur Ergänzung der Offenbarung wird explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in 1 und 2 verwiesen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    mehrstufige Turboladeranordnung
    2
    Motor
    3
    Abgaskrümmer
    4
    Hochdruckturbine
    4a
    variable Turbinengeometrie
    5
    Bypass der Hochdruckturbine
    5a
    Regelventil
    6
    Niederdruckturbine
    7
    Wastegate-Anordnung
    7a
    Wastegate-Ventil
    8
    Auspuff
    9
    Niederdruckverdichter
    10
    Hochdruckverdichter
    11
    Verdichter-Bypasskanal
    11a
    Verdichter-Bypassventil
    12
    Ladeluftkühler
    13
    Ansaugkrümmer
    14
    Welle des Hochdruckturboladers
    15
    Welle des Niederdruckturboladers
    16
    Kanal
    20
    Hochdruckturbolader
    21
    Niederdruckturbolader
    22
    Luftspalt
    23
    Innenschale
    23A
    allseitige Dichtungsummantelung
    23B
    partielle Dichtungsummantelung
    24
    Kühlkanal in der Turbinen-Gehäuseeinheit
    25
    Kühlkanal in der Lager-Gehäuseeinheit
    26
    Turbinen-Gehäuseeinheit
    26A
    Turbinengehäuseabschnitt des Hochdruckturboladers
    28B
    Turbinengehäuseabschnitt des Niederdruckturboladers
    27
    Lager-Gehäuseeinheit
    27A
    Lagergehäuseabschnitt des Hochdruckturboladers
    27B
    Lagergehäuseabschnitt des Niederdruckturboladers
    28
    Verdichter-Gehäuseeinheit
    28A
    Verdichtergehäuseabschnitt des Hochdruckturboladers
    28B
    Verdichtergehäuseabschnitt des Niederdruckturboladers
    29
    Verdichterabdeckung
    30
    Gassperre
    Ag
    Motor-Abgas
    L
    angesaugte Luft

Claims (11)

  1. Mehrstufige Turboladeranordnung (1), – mit einem Hochdruckturbolader (20), der aufweist: – ein Turbinengehäuse (26A), – ein Lagergehäuse (27A), – ein Verdichtergehäuse (28A); und – mit einem Niederdruckturbolader (21), der aufweist: – ein Turbinengehäuse (26B), – ein Lagergehäuse (27B), – ein Verdichtergehäuse (28B); dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinengehäuse (26A, 26B) mit einer integrierten Innenschale (23) zur Abgasführung versehen sind.
  2. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (23) von einem Luftspalt (22) umgeben ist.
  3. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (23) eine allseitige Dichtungsummantelung (23A) aufweist.
  4. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsummantelung (23A) an den dem Luftspalt (22) benachbarten Flächen der Innenschale (23) angeordnet ist.
  5. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (23) mit einer partiellen Dichtungsummantelung (23B) versehen ist und stromab der Hochdruckturbine (4) mit einer Gassperre (30) versehen ist.
  6. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinengehäuse (26A, 26B) zu zumindest einer Turbinen-Gehäuseeinheit (26) zusammengefasst sind, und/oder dass die Lagergehäuse (27A, 27B) zu zumindest einer Lager-Gehäuseeinheit (27) zusammengefasst sind, und/oder dass die Verdichtergehäuse (28A, 28B) zu zumindest einer Verdichter-Gehäuseeinheit (28) zusammengefasst sind.
  7. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen-Gehäuseeinheit (26), Lager-Gehäuseeinheit (27) und Verdichter-Gehäuseeinheit (28) über eine Schraub-, Schweiß-, Klebe- oder Klemmverbindung miteinander verbunden sind.
  8. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochdruckturbine (4) des Hochdruckturboladers (20) einen integrierten Bypass (5) mit einem Bypassventil (5a) aufweist.
  9. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Niederdruckturbine (6) des Niederdruckturboladers (21) eine integrierte Wastegate-Anordnung (7) aufweist.
  10. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager-Gehäuseeinheit (11) mit zumindest einem Kühlkanal (20) versehen ist.
  11. Mehrstufige Turboladeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen-Gehäuseeinheit (10) mit zumindest einem Kühlkanal (21) versehen ist.
DE112010002761T 2009-06-29 2010-06-18 Mehrstufige Turboladeranordnung Ceased DE112010002761T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009031025 2009-06-29
DE102009031025.8 2009-06-29
PCT/US2010/039146 WO2011008411A2 (en) 2009-06-29 2010-06-18 Multi-stage turbocharger arrangement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112010002761T5 true DE112010002761T5 (de) 2012-08-02

Family

ID=43450055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112010002761T Ceased DE112010002761T5 (de) 2009-06-29 2010-06-18 Mehrstufige Turboladeranordnung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9057319B2 (de)
KR (1) KR101677141B1 (de)
CN (1) CN102459843B (de)
DE (1) DE112010002761T5 (de)
WO (1) WO2011008411A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203701A1 (de) * 2012-03-08 2013-09-12 Man Diesel & Turbo Se Abgasturboladermodul und damit ausgerüstete Brennkraftmaschine
DE102010062415B4 (de) * 2010-12-03 2020-03-12 Continental Automotive Gmbh Abgasturboladervorrichtung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10316741B2 (en) * 2010-10-14 2019-06-11 Ford Global Technologies, Llc Turbocharged combustion system
US20130000299A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Caterpillar Inc. Heat shield apparatus
US20150260084A1 (en) * 2012-09-28 2015-09-17 Lunair Pty. Limited Thrust propulsion system
JP2016003573A (ja) * 2014-06-13 2016-01-12 トヨタ自動車株式会社 過給機
US9441534B2 (en) * 2014-10-09 2016-09-13 GM Global Technology Operations LLC Cooled two-stage turbocharging system
DE102016212249B4 (de) 2016-07-05 2024-05-02 Ford Global Technologies, Llc Zweistufig aufladbare direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
CN108757156A (zh) * 2018-04-10 2018-11-06 中国北方发动机研究所(天津) 一种涡轮箱新型的旁通结构
US11680516B2 (en) 2019-08-19 2023-06-20 Turbo Systems Switzerland Ltd. Multi-stage turbocharging assembly

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2372962A1 (fr) * 1976-12-01 1978-06-30 Semt Dispositif formant groupe de suralimentation pour moteur a combustion interne
US4930315A (en) * 1987-05-29 1990-06-05 Usui Kokusai Sangyo Kabushiki Kaisha Turbo-charger engine system
JP2533346B2 (ja) * 1987-12-29 1996-09-11 ヤンマーディーゼル株式会社 タ―ボチャ―ジャ―の冷却構造
US5577900A (en) * 1994-05-25 1996-11-26 Gec- Alsthom Diesels Ltd. Turbocharged internal combustion engine
JP3597752B2 (ja) * 2000-04-19 2004-12-08 アイシン高丘株式会社 タービンハウジング
US6282899B1 (en) * 2000-09-21 2001-09-04 Caterpillar Inc. Scrolless compressor housing
DE102004027593A1 (de) * 2004-06-05 2005-12-29 Man B & W Diesel Ag Motorenanlage mit Abgasturboaufladung und Betrieb eines SCR-Katalysators
US8387385B2 (en) * 2004-08-31 2013-03-05 The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Efficient bypass valve for multi-stage turbocharging system
US7644585B2 (en) 2004-08-31 2010-01-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Multi-stage turbocharging system with efficient bypass
JP4448064B2 (ja) * 2005-06-24 2010-04-07 トヨタ自動車株式会社 タービンハウジング
US7360362B2 (en) * 2006-01-20 2008-04-22 Honeywell International, Inc. Two-stage turbocharger system with integrated exhaust manifold and bypass assembly
JP4495120B2 (ja) * 2006-08-10 2010-06-30 三菱重工業株式会社 多段過給式排気ターボ過給機
US8407997B2 (en) * 2006-12-21 2013-04-02 Borgwarner Inc. Multistep turbocharger arrangement
CN101067398A (zh) * 2007-03-19 2007-11-07 寿光市康跃增压器有限公司 防爆涡轮增压器
WO2011008457A2 (en) * 2009-06-29 2011-01-20 Borgwarner Inc. Multi-stage turbocharger arrangement

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010062415B4 (de) * 2010-12-03 2020-03-12 Continental Automotive Gmbh Abgasturboladervorrichtung
DE102012203701A1 (de) * 2012-03-08 2013-09-12 Man Diesel & Turbo Se Abgasturboladermodul und damit ausgerüstete Brennkraftmaschine
US9435253B2 (en) 2012-03-08 2016-09-06 Man Diesel & Turbo Se Exhaust gas turbocharger module and internal combustion engine outfitted therewith

Also Published As

Publication number Publication date
US9057319B2 (en) 2015-06-16
US20120087785A1 (en) 2012-04-12
CN102459843B (zh) 2015-09-02
WO2011008411A3 (en) 2011-04-21
WO2011008411A2 (en) 2011-01-20
KR20120099617A (ko) 2012-09-11
CN102459843A (zh) 2012-05-16
KR101677141B1 (ko) 2016-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010002761T5 (de) Mehrstufige Turboladeranordnung
DE4416572C1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine
EP2267285B1 (de) Abgasbaugruppe
EP0663517B1 (de) Abgasanlage für eine aufgeladene Brennkraftmaschine
DE102008052170B4 (de) Zweistufige Abgasturboaufladung für eine Brennkraftmaschine
DE112012000464T5 (de) Mehrstufige Turboladeranordnung
DE10230934B4 (de) Schaltbarer, zweistufiger Abgas-Turbolader für eine Brennkraftmaschine
DE112010002757T5 (de) Mehrstufige Turboladeranordnung
EP1812698A1 (de) Abgasturbolader für eine brennkraftmaschine
DE112010002788T5 (de) Turbolader-Turbine
DE112010002020T5 (de) Turbolader
DE112012000810T5 (de) Aktuatorachsmanschette
DE112015004327T5 (de) Turbolader mit integriertem Aktuator
DE112010004964T5 (de) Verbrennungsmotor
DE2901041A1 (de) Abgasturbolader
DE112014000854T5 (de) Niederdruck-Abgasrezirkulationsmodul
DE102010051562B4 (de) Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
EP3085943B1 (de) Abgasrückführungsbaugruppe mit abgaskrümmer
DE102009026797A1 (de) Antriebsaggregat
DE102013113060B4 (de) Brenngasversorgungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102016200371B4 (de) Bypassklappe für einen Abgas-Rückführ-Kühler
DE102010014845A1 (de) Vorkühler
DE102012002463B4 (de) Brennkraftmaschine sowie Kraftfahrzeugaggregat
DE102011115206A1 (de) Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
DE112013002461T5 (de) Abgasturbolader

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: HOEFER & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

Representative=s name: PETERREINS SCHLEY PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE

Representative=s name: HOEFER & PARTNER, DE

R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F02B0037013000

Ipc: F01D0009000000

R082 Change of representative

Representative=s name: PETERREINS SCHLEY PATENT- UND RECHTSANWAELTE P, DE

Representative=s name: PETERREINS SCHLEY PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final