DE2420308B2 - Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Abgasturbolader für BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit Merkmalen entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Abgasturbolader ist aus der FR-PS 9 92 507 bekannt Dabei ist ein Teilbereich eines an den
Ausgang des Verdichterrades angeschlossenen Ladeluftsammelkanals im Verdichtergehäuse außen von
einem Kühlmantel umgeben, der sich aus mehreren hintereinander geschalteten Kühlkanälen zusammensetzt
und einen Zufluß sowie einen Abfluß für das Kühlmittel, beispielsweise Wasser, besitzt Durch diesen
peripheren Kühlmantel ist jedoch nur von dem unmittelbar an diesen angrenzenden äußeren Wandteil
des zu kühlenden Sammelkanalteiles Wärme abführbar, so daß die Wirkung des im Kühlmantel befindlichen
Kühlmittels ausschließlich auf äuiSere Randbereiche des den Sammelkanal durchströmenden Ladeluftstromes
begrenzt bleibt Die innere Wandung des fraglichen Sammelkanalteiles ist ungekühlt, so daß auch die daran
vorbeiströmenden heißen Ladeluftschichten ungekühlt bleiben. Die partielle Kühlung der äußeren Ladeluft-.schichten
wird in ihrer Wirkung größtenteils nach Verlassen dieses Sammelkanalteiles wieder aufgehoben,
wenigstens jedoch stark gemindert, da sich die kühleren Ladeluftströme im anschließenden Ladeluftkanal wieder
mit den ungekühlten, heißen Ladeluftschichten vermischen und so wieder auf ein Temperaturniveau
angehoben werden, bei dem die Ladeluft für eine optimale Verwertung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine
zu heiß ist
Ähnliche Verhältnisse liegen bei einer Gasturbine nach der DE-PS 9 31 740 vor, deren Sammelkanäle
teilweise außen von einem Kühlwassermantel umgeben sind. Die Wirkung des Kühlwassers bleibt jedoch auch
hier auf die äußeren Schichten des die Sammelkanäle durchströmenden Mediums beschränkt Die Kühleinrichtung
ist bei dieser bekannten Lösung außerdem bivalent ausgelegt wobei neben der Wasserkühlung
auch noch eine separate Luftkühlung verwendet ist, für deren ein enormer technischer Aufwand getrieben ist
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem Abgasturbolader der eingangs genannten Art eine
solche Sammelkanal- und Kühlkanalanordnung zu schaffen, durch die eine hinreichende und gleichmäßige
Rückkühlung der in das Verdichtergehäuse geförderten Ladeluft möglich ist und daher auf einen Ladeluftkühler
in der nachgeordneten Ladeluftleitung zur Brennkraftmaschine verzichtet werden kann.
Abgasturbolader mit Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Sammelkanales
in mehrere räumlich voneinander beabstandete
ίο Diffusorrohre, denen innerhalb des Verdichtergehäuses
an ihre Wandungen angrenzende und sie partiell umgebende Kühlmittelkanäle zugeordnet sind, ist eine
gleichmäßige Kühlwirkung des in den Kühlmittelkanälen befindlichen Kühlmittels und damit eine gleichmäßi-
is ge Rückkühlung der in das Verdichtergehäuse eingespeisten
Ladeluft gewährleistet Das in den Kühlkanälen befindliche Kühlmitte! führt dabei die Wärme von den
aufgeheizten Wandungen in sehr gleichmäßiger Weise und mit hervorragender Wirkung ab, letzteres insbesondere
deshalb, weil die einzelnen Diffusorrohre erfindungsgemäß weitestgehend von Kuhlkanälen umgeben
sind und diese außerdem sehr nah und mit gleichbleibendem Abstand an die Wärmequellen herangeführt sind.
Die Ladeluft wird durch die erfindungsgemäße Anordnung somit bereits innerhalb des Verdichtergehäuses
stark auf ein hinreichend niedriges Temperaturniveau rückgekühlt, so daß auf einen eigenen Ladeluftkühler in
der nachgeordneten Ladeluftleitung verzichtet werden kann.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch. eine erfindungsgemäße Verdichtergruppe,
gekühlter Ladeluftleitung in einer Seitenansicht
Bei der in Fig. 1 gezeigten Verdichtergruppe eines Abgasturboladers ist mit 1 ein Ansauggehäuse, mit 2 ein
Ansaugstutzen, mit 3 ein Verdichterrad, mit 4 dessen Beschaufelung, mit 5 ein Leitapparat, mit 6 der
Austrittsbereich des Leitapparates 5 und mit 7 ein Verdichtergehäuse bezeichnet Das Ansauggehäuse ist
seitlich von einer gegossenen Wandung 8 begrenzt, die mit dem Verdichtergehäuse 7 über Schrauben 9
verbunden ist Hierzu sind sowohl am Verdichtergehäuse 7 außen als auch an der Wandung 8 innen
Verbindungsstege 10 bzw. 11 mit an deren äußeren Enden angeordneten Verbindungsflanschen 12 bzw. 13
vorgesehen, die aneinander anliegen und von den Schrauben 9 durchsetzt sind. Das Verdichtergehäuse 7
so besitzt des weiteren einen Befestigungsvorsprung 14, mit dem es an einer den Austrittsbereich 6 des
Leitapparates 5 begrenzenden Wand 15 abgestützt und durch Schrauben 16 befestigt ist sowie einen Befestigungsvorsprung
17, an dem das Ansauggehäuse 1 mit einem Befestigungsflansch 18 abgestützt und durch
Schrauben 19 befestigt ist Das Verdichtergehäuse 7 stützt sich außerdem mit einer Stützfläche 20 ebenso
wie der seitlich an dieses mit einem Wandteil 21 angrenzende Leitapparat 5 mit einer Stützfläche 22 an
einer Auflagefläche 23 des Ansauggehäuses 1 ab. Andernseits des Wandteiles 21 ist der Leitapparat 5
durch eine Wand 24 begrenzt die einenends an der Wand 15 und andernends an einem Abschlußdeckel 25
abgestützt ist Zur exakten Dichtung zwischen letzterem und dem Verdichterrad 3 ist außerdem eine Lippendichtung
26 vorgesehen. Die vorstehend beschriebenen Gehäuse- und Wandteile 1, 7, 8, 15, 21, 24 und 25 sind
derart aufeinander formmäßig abgestimmt und aneinan-
der gefügt, daß eine feste und kompakte Einheit gegeben ist
Der Ansaugstutzen 2 ist auf seiner äußeren Seite durch eine gekrümmte Wandung 27 des Ansauggehäuses
1 und auf seiner äußeren Seite durch das Verdichterrad 3 begrenzt.
Der Leitapparat 5 bildet zusanunen mit seinem
Austrittsbereich 6 eine dem Verdichterrad 3 nachgeordnete Diffusorzone, an welche sich innerhalb des
Verdichtergehäuses 7 ein Sammelkanal anschließt, der erfindungsgemäß aus mehreren räumlich voneinander
beabstandeten Diffusorrohren 28 — im vorliegenden Ausführungsbeispiel fünf — besteht, denen innerhalb
des Verdichtergehäuses 7 zur Erzielung einer gleichmäßigen Kühlwirkung an ihre Wandungen 30 angrenzende
und sie partiell umgebende Kühlmittelkanäle 29 zugeordnet sind. Jedes dieser Diffusorrohre 28 ist über
eine diffusorartige Erweiterung 31 im Eintrittsbereich an den Austrittsbereich 6 des Leitapparates 5
angeschlossen.
Als Kühlmittel ist Wasser verwendet, das vom Kühlwasserkreislauf des Motors abgeleitet oder aus
einer anderen Quelle entnommen und den Kühlkanälen 29 im Verdichtergehäuse 7 zugeführt ist Alternativ zu
Wasser als Kühlmittel könnte beispielsweise auch Luft oder Natrium verwendet werden.
Bei einem Abgasturbolader eines Dieselmotors wird die Ladeluft durch das Verdichterrad 3 über den
Ansaugstutzen 2 im Ansauggehäuse 1 angesaugt, verdichtet und ausgangsseitig über den Leitapparat 5
und dessen Austrittsbereich 6 den einzelnen d.oran angeschlossenen Diffusorrohren 28 zugeführt. Die für
hohe Mitteldrücke erforderlichen Ladeluftdrücke haben zur Folge, daß sich die Luft während der Verdichtung
stark erwärmt, wobei Temperaturen von 150 bis 2000C
auftreten können, die sich aus der Druckerhöhung beim Durchströmen der Ladeluft in der Verdichtergruppe
ergeben. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Kühlkanäle 29 wird die in die Diffusorrohre 28
einströmende Ladeluft jedoch bereits innerhalb des Verdichtergehäuses 7 stark abgekühlt und auf Temperaturen
zwischen 40 und 6O0C gebracht Das in den Kühlkanälen befindliche Kühlmittel führt dabei die
Wärme von den aufgeheizten Wandungen 30 der Diffusorrohre 28 in sehr gleichmäßiger Weise und mit
hervorragender Wirkung ab; letzteres insbesondere deshalb, weil die einzelnen Diffusorrohre 28 erfindungsgemäß
weitestßehend von Kühlkanälen 29 umgeben sind und diese außerdem sehr nah und mit gleichbleibendem
Abstand an die Wärmequellen herangeführt sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung werden besonders deutlich bei einem zweistufigen
Abgasturbolader, in dem die Außenabmessungen nur unwesentlich vergrößert werden müssen. Außerdem
wird durch diese erfindungsgemäße Kühlanordnung eine Verbesserung des Abgasturboladergesamtwirkungsgrades
erreicht
rohr- und Kühlanordnung kann bei einem zweistufigen Abgasturbolader — siehe Fig.2 — sowohl im
Verdichtergehäuse 7 des Hochdruckteiles, mithin der zweiten Stufe, als auch im Verdichtergehäuse 50 des
Niederdruckteiles, mithin der ersten Stufe, verwendet werden. Bei einem zweistufigen Abgasturbolader tritt
die Luft wie an sich bekannt in ein schallgedämpftes Ansauggehäuse 51 des Niederdruckteiles ein und wird
dem Verdichtergehäuse 50 der ersten Stufe zugeführt. Die in diesem Verdichtergehäuse 50 verdichtete Luft
wird anschließend über eine Ladeluftleitung 52, in die die Diffusorrohre 28 einmünden, der zweiten Stufe, also
dem Hochdruckteil, zugeführt Die bereits in dem Verdichtergehäuse 50 der ersten Stufe rückgekühlte
Luft muß erforderlichenfalls bei nicht ausreichender Rückkühltemperatur mittels eines weiteren Aggregates
rückgekühlt werden, um vor Eintritt in die zweite Stufe die gewünschte Temperatur zu erhalten. Es besteht
dabei — wie in F i g. 2 gezeigt — die Möglichkeit, die an das Verdichtergehäuse 50 angeschlossene Ladeluftleitung
52 für eine derartige Nachkühlung entsprechend auszubilden. Zu diesem Zweck ist die Ladeluftleitung 52
in einem bestimmten Bereich mit einem Kühlmantel 53 umgeben. Wie aus dem Aufbruch der Ladeluftleitung 52
erkennbar, ist letztere dabei doppelwandig ausgeführt Der äußere Bereich 54 der Ladeluftleitung 52 wird von
Kühlmittel, das durch eine Zuführleitung 55 eingebracht und aus einer Ablaufleitung 56 wieder abfließen kann,
durchströmt Das Kühlmittel kann auch hier dem Kühlmittelkreislauf des Motors oder einer anderen
Quelle entnommen sein. Der innere Bereich 57 der Ladeluftleitung 52 wird von der Ladeluft, die vom
Verdichtergehäuse 50 der ersten Stufe zum Verdichtergehäuse 7 der zweiten Stufe geführt wird, durchströmt
Eine derartige Anordnung ist besonders bei zweistufigen Abgasturboladern vorteilhaft, da der bauliche Umfang — sofern überhaupt erforderlich — auf ein Mindestmaß beschränkt und so eine wirkungsvolle, etwaig erforderliche Zwischenkühlung zwischen der ersten und zweiten Stufe gegeben ist.
Eine derartige Anordnung ist besonders bei zweistufigen Abgasturboladern vorteilhaft, da der bauliche Umfang — sofern überhaupt erforderlich — auf ein Mindestmaß beschränkt und so eine wirkungsvolle, etwaig erforderliche Zwischenkühlung zwischen der ersten und zweiten Stufe gegeben ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit einem Ladeluft in einen im Verdichtergehäuse
angeordneten Sammelkanal fördernden Verdichterrad, und mit mehreren sich zumindest entlang eines
Abschnittes der Wandung des bzw. der Sammelkanäle erstreckenden Kühlmittelkanälen, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sammelkanal in einer dem Verdichterrad (3) nachgeordneten Diffusorzone
aus mehreren, räumlich voneinander beabstandeten Diffusorrohren (28) besteht, denen innerhalb
des Verdichtergehäuses (7) an ihre Wandungen (30) angrenzende und sie jeweils partiell umgebende
Kühlmittelkanäle (29) zugeordnet sind.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusorrohra (28) in eine
Lideluftleitung (52) einmünden, die von einem Kühlmantel (53) umgeben ist
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