DE3005655C2

DE3005655C2 - Aufgelandene Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3005655C2
Application number: DE3005655A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Deutschmann; Georg Ing.(grad.) 7759 Immenstaad Ruetz
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1983-07-28
Also published as: US4400945A; DE3005655A1; CH647044A5; FR2476209B1; JPS56118520A; IT8050032A0; ES8105820A1; FR2476209A1; IT1146119B; ES495063A0; GB2069593B; GB2069593A; JPS6314164B2

Description

(19) sich im Inneren der Kästen, ihre Ladergehäuse Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschi-

und die zugehörigen Ladeluftleitungen (23) und ne mit Aufladung durch mehrere Abgasturbolader, die

Ladeluftkühler (24) sich außerhalb der Kästen jeweils aus einer Abgasturbine in einem Turbinengehäu-

befinden. se und einem damit verbundenen Lader in einem

2. Kolbesbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, 20 Ladergehäuse bestehen und die mittels einer Tragevordadurch gekennzeichnet, daß die Kästen (12) richtung an der Brennkraftmaschine befestigt sind,
gasdicht ausgeführt und mit einer Wärmeisolierung Bei abgasaufgeladenen Brennkraftmaschinen können (25) versehen sind. die Aufladeverhältnisse im Teillastbetrieb in bekannter

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 Weise dadurch verbessert werden, daß mehrere oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wand 25 Abgasturbolader bei hohem Abgasanfall parallel betriedes Kastens (12) mehrere Abgasturbolader (13, 14, ben werden und daß bei Verringerung der anfallenden 15) befestigt sind (F i g. 1 bis 3). Abgasmenge ein T<?il der Abgasturbolader durch

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, Absperrung ihrer Abgaszuleitung stillgesetzt werden, mit zweistufiger Aufladung, dadurch gekennzeich- Dadurch wird im Teillastbetrieb das gesamte Abgas der net, daß jeweils zwei Hochdruck-Abgasturbolader 30 Brennkraftmaschine den übrigen Abgasturboladern (15) in einer gemeinsamen Wand des Kastens (12) zugeführt, die dadurch wieder in der Nähe ihres und die zugehörigen Niederdruck-Abgasturbolader Auslegungspunktes und deshalb mit einem besseren (14) in den der gemeinsamer Wand benachbarten Wirkungsgrad betrieben werden. Damit können sie Seitenwänden befestigt sind und daß die Auflade- einen höheren Ladedruck und eine größere Luftmenge gruppen axialsymmetrisch in bezug auf eine 35 zur Aufladung zur Verfugung stellen. Durch den horizontale Achse angeordnet sind (F ig. 3). größeren Luftüberschuß wird der Verbrennungsablauf

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 verbessert, der Kraftstoffverbrauch gesenkt und ein oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kasten (12) rauchfreier Betrieb, auch bei Brennkraftmaschinen, die vier Seitenwände aufweist und in jeder dieser für einen hohen Mitteldruck ausgeiegt sind, erzielt.
Seitenwände ein Abgasturbolader (13, 14, 15) 40 Diese Vorteile im Teillastbetnei* sind um so befestigt werden kann (F i g. 4). wesentlicher, je größer die Anzahl der Abgasturbolader

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, ist. Die Zahl der Abgasturbolader wird durch die mit zweistufiger Aufladung, dadurch gekennzeich* neuerdings übliche Doppelaufladung weiterhin erhöht, net, daß die beiden Hochdruck-Abgasturbolader (15) Die Anordnung von mehreren kleinen Abgasturbolain zwei gegenüberliegenden Wänden des Kastens 45 dern mit ihren Abgas- und Luftzu- und Ableitungen (12). die beiden Niederdruck-Abgasturbolader (14) in anstelle der üblichen ein oder zwei großen Abgasturboden beiden anderen gegenüberliegenden Wänden lader auf der Brennkraftmaschine bereitet naturgemäß des Kastens (12) angeordnet sind (F i g. 4). große konstruktive Schwierigkeiten.

7. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5 Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus 5.3 Mehrzahl von Abgasturboladern in platzsparender Hoch- und Niederdruck-Abgasturboladern (15, 14) Anordnung auf der Brennkraftmaschine unterzubrinbestehenden Aufladegruppen zentrischsymmetrisch gen. Dabei sollen für die Wirkungsweise der Gesamtanum eine vertikale Achse angeordnet sind (F i g. 4). lage und für die Montage vorteilhafte Anordnungen und

8. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, 6 Abmessungen der Abgas- und Luftleitungen erzielt oder 7 mit zentripetal durchströmten Abgasturbi- 55 werden.

nen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten

Hochdruck-Abgasturboladers (15) senkrecht zur Anspruches gelöst. Durch die Kästen werden die

Achse des zugehörigen Niederdruck-Abgasturbola- erforderlichen Einbaumöglichkeiten für die sichere

ders (14) angeordnet ist und daß der radiale Befestigung der vorgesehenen Anzahl von Abgasturbo-Einlaßstutzen (26) der Turbine (17) des Niederdruck- 60 ladern geschaffen. Durch die Anordnung der abgasfüh-

Abgasturboladers (14) unmittelbar an den axialen renden Teile im Kasteninneren und der luftführenden

Auslaßstutzen (27) der Turbine (18) des zugehörigen Teile außerhalb der Kästen können die entsprechenden

Hochdruck-Abgasturboladers (15) anschließt Leitungen weitestgehend zusammengefaßt werden.

(Fig.3,4). Dadurch werden weniger und kürzere Leitungen

9. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 65 erforderlich und die Montage vereinfacht sich dement-8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kasten (i2)' sprechend.

horizontal geteilt ist, daß die Achsen der Abgastur-' Gleichzeitig werden die heißen Elemente wie

bolader (13,14,15) horizontal angeordnet sind und Turbinen und Abgasleitungen von den Ladeluftleitun-

gen,- die möglichst kühl bleiben sollen, von den , Ladeluftkühlern und von den übrigen Teilen der Brennkraftmaschine in bezug auf die Wärmeübertragung weitgehend getrennt und gegen unerwünschte Wärmeverluste geschützt Die Sicherheit des Bedien:.*ngspersonals gegen ungewollte Berührung der «tugasführenden heißen Teile wird beträchtlich erhöht

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kästen gasdicht ausgeführt und mit einer Wärmeisolierung versehen sind. Dadurch müssen die schwierig abzudichtenden Abgasleitungsverbindungen nicht vollkommen, dicht sein, weil eventuell entweichendes Abgas von dem Kasten aufgefangen wird. Durch die Isolierung des; Kastens wird der beschriebene Wärmeübergang und Wärmeverlust zusätzlich verringert.

Je nach Anzahl und Ausführung der Abgasturbolader in ein- oder zweistufiger Ausführung kann es vorteilhaft sein, wenn in einer Wand des Kastens mehrere Abgasturbolader befestigt sind.

Bei zweistufiger Aufladung mit je einem von einer Niederdruckturbine angetriebenen Niedeyiruck-Abgasturbolader und einem von einer Hochdruckturbine angetriebenen Hochdruckverdichter, die jeweils in Reihe geschaltet werden, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Leitungsführung für die Abgasleitungen, wenn jeweils zwei Hochdruck-Abgasturbolader in einer gemeinsamen Wand des Kastens und die zugehörigen Niederdruck-Abgasturbolader in den der gemeinsamen Wand benachbarten Seitenwänden befestigt sind und die Aufladegruppen axialsymmetrisch in bezug auf eine horizontale Achse angeordnet sind. Eine günstige Raumaufteilung für die Anordnung der Turbolader wird dadurch gewonnen, daß ein Kasten vier S'eitenwände aufweist und in jeder dieser Seitenwände ein Abgasturbolader befestigt werden kann. Je nach Größe der Brennkraftmaschine uncl Zahl ihrer Zylinder können mehrere solcher Kästen auf der Brennkraftmaschine angeordnet werden. Dadurch entstehen jeweils gleiche Baugruppea bestehend aus Kasten und vier Abgasturboladern, die mit den Leitungen vormontiert und auf Lager gehalten werden können.

Bei zweistufiger Aufladung ergibt sich auch hier eine günstige Leitungsführung, wetln die beiden Hochdruck-Abgasturbolader in zwei gegenüberliegenden Wänden des Kastefts, die beiden Niederdruck-Abgasturbolader in den beiden anderen gegenüberliegenden Wänden des Kastens angeordnet sind.

Gleiche Abgasturbolader und Leitungsstücke sowie günstige Zuström- und Abström-Leitungsanordnungen ergeben sich dadurch, daß die beiden aus Hoch- und Niederdruck-Abgasturbolader bestehenden Aufladegruppen zentrischsymmetrisch um eine vertikale Achse angeordnet sind.

Bei zentripetal durchströmten Abgasturbinen können die Abgasleitungen zwischen Hochdruck- und Niederdruckturbinen dadurch entfallen, daß die Achse des Hochdruck-Abgasturboladers senkrecht zu der Achse des zugehörigen Niederdruck-Abgasturboladers angeordnet ist und daß der radiale Einlaßstutzen der Turbine des Niederdruck-Abgasturboladers unmittelbar an den axialen Auslaßstutzen der Turbine des zugehörigen Hochdruck-Abgasturboladers anschließt.

Gute Verhältnisse für die Montage und Demontage der Abgasturbolader und der Leitungen ergeben sich dadurch, daß jeder Kasten horizontal geteilt ist, daß die Achsen der Abgasturbolader horizontal angeordnet sind und daß die Abgasturbolader in der Teilungsebene 'des Kastens in halbkreisförmigen Aussparungen der . Ober- und Unterteile des Kastens gelagert sind.

Eine Zusammenführung der aus den Turbinen strömenden Abgase kann ohne weiteren Montageaufwand dadurch erzielt werden, daß im Oberteil des Kastens ein für alle Turbinen gemeinsamer nach oben führender Abgasstutzen befestigt ist, dessen Einlaßöffnungen sich bei Montage des Oberteiles quer vor die Abgasauslässe der Turbinen schieben, ίο Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Anordnung eines Kastens für vier einstufige Abgasturbolader an einer Brennkraftmaschine (Draufsicht);

Fig.2 die schematische Anordnung von zwei verschiedenen Kästen für drei bz-y. zwei einstufige Abgasturbolader an einer Brennkraftmaschine (Draufsicht);

F i g. 3 die detaillierte Ausbildung ron zwei gleichen Kästen für je zwei Hoch- und Niederdrurk-Abgasturbo-Iader an einer Brennkraftmaschine (Draufsicht);

F i g. 4 die detaillierte Ausbildung eines Kastens mit zwei Hoch- und Niederdruck-Abgasturboladern (Drauf-

sieht);

F ig. D einen Vertikalschnitt entsprechend der Schnittangabe V- Vm F i g. 4.

In den Zeichnungen ist eine Brennkraftmaschine Γι schematisch dargestellt, an der Kästen 12 mit einstufigen Abgasturboladern 13, mit Niederdruck-Abgasturboladern 14 und mit Hochdruck-Abgasturboladern 15 angeordnet sind. Turbinen 16 der einstufigen Abgasturbolader 13, Niederdruckturbinen 17 und Hochdruckturbinen 18 sowie Abgasleitungen 19 befinden sich im

J5 Inneren der Kästen 12. Verdichter 20 der einstufigen Abgasturbolader, Niederdruckverdichter 21, Hochdruckverdichter 22 sowie Ladeluftleitungen 23 und Ladeluftkühler 24 sind außerhalb der Kästen 12 angeordnet

•to Während in den Abbildungen I und 2 in Anordnung der „'',ästen 12 mit einstufigen Abgas turboladern 13 rein schematisch dargestellt ist, sind in den Abbildungen 3 bis 5 nähere Einzelheiten für die Ausbildung des Kastens und die Anordnung von mehrstufigen Abgasturboladern

■*^r> gezeigt. In Fig.3 sind in jedem Kasten 12 jeweils zwei Hochdruck-Abgasturbolader 15 in einer gemeinsamen Wand des Kastens und die zugehörigen Niederdruck-Abgasturbolader 14 in den der gemeinsamen Wand benachbarten Seitenwänden befestigt. Die aus den

"'" Hochdruck-Abgasturboladern 15 und den Niederdruck-Abgasturboladern 14 gebildeten Aufladegruppen sind axialsymmetrisch in bezug auf eine horizontale Achse angeordnet. Die Achsen der Hochdruck-Abgasturbolader 15 sind senkrecht zu den Achsen der zugehörigen Niederdruck-Abgasfjrbolader 14 angeordno! und der radiale Einlaßstutzen der Turbinen 17 der Niederdruck-Abgasturbolader 14 schließt unmittelbar an den axialen Auslaßstutzen der Turbinen 18 der zugehörigen Hochdruck-Abgastii.'bolader 15 an. Zwei Abgassammelleitungen 29 verlaufen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine 11 und sind jeweils mit den Hochdruckturbinen 18 verbunden. Die die Niederdruckturbinen 17 verlassenden Abgase werden in dem Abgasstutzen 38 abgeführt.

In Fig.4 und 5 ist eine gasdichte, mit einer Wärmeisolierung 25 versehene Ausführung des Kastens dargestellt. Der Kasten weist vier Seitenwände auf, zwei Hochdruck-Abgasturbolader 15 sind in zwei gegenüber-

liegenden Wänden des Kastens, die beiden Niederdruck-Abgasturboladcr 14 in den beiden anderen gegenüberliegenden Wänden des Kasten angeordnet. Die aus je einem Hoch- und einem Niederdruck-Abgasturbolader bestehenden Aufladegruppen sind zentrischsymmetrisch um eine vertikale Achse angeordnet. Die Achsen der Hochdruck-Abgasturbolader 15 stehen jeweils senkrecht zu den Achsen der Niederdruck-Abgasturboludcr 14 und der radiale Einlaßstutzen 26 der Niederdruckiurbine 17 schließt unmittelbar an den axialen Auslaßstutzen 27 der Hochdruckturbine 18 an. Der Kasten ist auf einem doppelwandig ausgeführten, vom Motorkühlwasser durchflossenen Zwischengehäusc 28 aufgesetzt. Dieses Zwischengehäuse umschließt eine aus mehreren Abschnitten bestehende, in Motorlängsrichtung verlaufende Abgassammelleitung 29 gasdicht und weist an der Oberseite Durchbräche 32 auf, die mit der Abgassammelleitung 29 über Rohre 33 verbunden sind. An den Durchbrüchen 32 sind senkrechte Rohrstutzen 34 aufgesetzt, die in den Kasten 12 ragen und über Steckverbindungen 35 in die Einlaßstutzen 30 der Hochdruckturbinen 18 führen. In den Rohrstutzen 34 sind Klappen 31 zum Absperren der Abgase angeordnet.

Der Kasten 12 ist horizontal in ein Oberteil 36 und ein Unterteil 37 geteilt, die Achsen der Abgasturbolader 14, ι 15 sind horizontal angeordnet und die Abgasturbolader in der Teilungsebene des Kastens in halbkreisförmigen Aussparungen des Ober- und Unterteils des Kastens gelagert. Im Oberteil 36 des Kastens 12 ist ein für die Turbinen 17 gemeinsamer, nach oben führender Abgasstutzen 38 befestigt, dessen Einlaßöffnungen 39 sich bei der Montage des Oberteils 36 quer vor die Abgasauslässe 40 der Turbinen schieben.

üicrzu 3 Biaii Zeichnungen

Claims

1 2 daß die Abgasturbolader in der Teilungsebene des Patentansprüche: Kastens in halbkreisförmigen Aussparungen der Ober- (36) und Unterteile (37) des Kastens (12)

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit Aufladung gelagert sind (F ig. 5).

durch mehrere Abgasturbolader, die jeweils aus 5 10. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 9,

einer Abgasturbine in einem Turbinengehäuse und dadurch gekennzeichnet, daß im Oberteil (36) des

einem damit verbundenen Lader in einem Laderge- Kastens (12) ein an sich bekannter, für alle Turbinen

häuse bestehen und die mittels einer Tragevorrich- (17) gemeinsamer, nach oben führender Abgasstut-

tung an der Brennkraftmaschine befestigt sind, zen (38) befestigt ist, dessen Einlaßöffnungen (39)

dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- 10 sich bei Montage des Obertefles (36) quer vor die

vorrichtung aus einem oder mehreren auf den Motor Abgasauslässe (40) der Turbinen schieben (F i g. 4,5). aufgesetzten Kästen (12) besteht und daß die

Turbolader (13, 14, 15) an den Seitenwänden der

Kästen derartig befestigt sinii, daß ihre Turbinengehäuse und die zu ihnen führenden Abgasleitungen 15