DE2420308C3

DE2420308C3 - Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2420308C3
Application number: DE2420308A
Authority: DE
Inventors: Hanns-Guenther Dr.-Ing. 8901 Westheim Bozung
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1974-04-26
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DD119289A1; JPS50143915A; CH596443A5; DE2420308B2; DE2420308A1

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 äußere 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 Ladeluftschichten 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.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen 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 beanstandete

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 gleichmäßige Rückkühlung der in das Verdichtergehäuse eingespeisten Ladeluft gewährleistet Das in den Kühlkanälen befindliche Kühlmittel 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 Kühlkanälen 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 dai> auf einen eigenen Ladeluftkühler in der nachgeordneten Ladeluftleitung verzichtet werden kann.

jo Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Verdichtergruppe,

Fig.2 einen zweistufigen Abgasturbolader mit gekühlter Ladeluftleitung in einer Seitenansicht.

Bei der in F i g. 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 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 einenetids 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 zusammen mit seinem Austrittsbereich 6 eine dem Verdichterrad 3 nachgeordnete Diffusorione, 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 Kühlmiuelkanäle 29 zugeordnet sind. Jedes dieser Diffusorrohre 28 ist über eine diifusorartige Erweiterung 31 im Eintrittsbereich an den Austrittsbereich 6 des Leitapparates 5 angeschlossen.

Als Kühlmittel ist Wasser verwendet, das vom Kühlwasserkreislauf des Motors abgeleite 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 daran angeschlossenen Diffusorrohren 28 zugeführt. Die fü: hohe Mitteldrücke erforderlichen Ladeluftdrücke haben zur Folge, daß sich die Luft während der Verdichtung stark erwärmt, wobei Temperaturen von 150 bis 200° C 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 einströmerie Ladeluft jedoch bereits innerhalb des Verdichtergehäuses 7 stark abgekühlt und auf Temperaturen zwischen 40 und 60° C 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; let.teres insbesondere deshalb, weil die einzelnen Diffusorrohre 28 erfindungsgemäß weitestgehend 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

Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Diffusorrohr- und Kühlanordnung kann bei einem zweistufigen Abgasturbolader — siehe F i g. 2 — sowoh! 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 LadeWftleitung 52, in die die Diffusorrohre 28 einmünden, dei zweiten Stufe, also dem Hochdruckteil, zugeführt Die oereits in dem Verdichtergehäuse 50 der ersten Stufe rückgekühlte Luft muß erforderlichenfalls bei nicht ausreichender Rückkühltemperatur mittels eines weiteren Aggregates rückgckühlt 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 Ladeluftieitung 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 L?deluftleitung 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusorrohre (28) in eine Ladeluftleitung (52) einmünden, die von einem Kühlmantel (53) umgeben ist.