EP2173975B1 - Turbolader mit einer kühlungseinrichtung und einer ölzuführung - Google Patents

Turbolader mit einer kühlungseinrichtung und einer ölzuführung Download PDF

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EP2173975B1
EP2173975B1 EP08786471.6A EP08786471A EP2173975B1 EP 2173975 B1 EP2173975 B1 EP 2173975B1 EP 08786471 A EP08786471 A EP 08786471A EP 2173975 B1 EP2173975 B1 EP 2173975B1
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EP
European Patent Office
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housing
exhaust manifold
turbocharger
turbine housing
bearing housing
Prior art date
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EP08786471.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2173975A2 (de
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Achim Koch
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/105—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having the form of a chamber directly connected to the cylinder head, e.g. without having tubes connected between cylinder head and chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger, in particular for a motor vehicle, which is provided with a cooling device for cooling the turbocharger housing and further comprises an oil supply for providing lubricating oil.
  • turbochargers have an exhaust gas turbine, which is arranged in an exhaust gas flow and is connected via a turbo shaft to a compressor in the intake tract.
  • a turbine wheel and a compressor wheel are rotatably mounted on the turbo shaft, wherein the turbine wheel is arranged in a turbine housing and the compressor wheel in a compressor housing.
  • a bearing housing is arranged, in which the turbo shaft is rotatably mounted.
  • the exhaust stream which is directed through an exhaust manifold into the turbine housing, drives the turbine wheel.
  • the turbine wheel drives the compressor wheel, causing the compressor to increase the pressure in the intake tract of the engine, so that a larger amount of air enters the cylinder during the intake stroke. This means that more oxygen is available and a correspondingly larger amount of fuel can be burned. As a result, the power output of the engine can be increased.
  • the materials for the housing parts of the turbine and manifold have been designed from a strength point of view at high temperatures.
  • this requires a high nickel content in the material, because only then can cast materials withstand the high temperatures.
  • Nickel is a comparatively expensive commodity, which is also subject to strong world market fluctuations. Also for this reason it is desirable to be able to do without nickel.
  • the exhaust gas temperature of the engine is to be limited by a targeted fuel enrichment at full load. However, this has the disadvantage that the fuel consumption of the engine increases.
  • the component temperature can only be limited by limiting the engine output. Of course this is not wanted.
  • the maximum surface temperature For example, exhaust gas-carrying surfaces may heat up to a maximum of 80 ° C. For this reason, water-cooled turbine housings are already available in series for such applications today.
  • an exhaust gas turbocharger which is intended for marine use. This has a turbine housing, which is traversed by seawater as the cooling medium.
  • turbocharger for marine use.
  • the turbocharger has a turbine housing, which is double-walled and is cooled by seawater.
  • the bearing housing of the turbocharger has an additional cooling device.
  • the bearing housing is cooled instead of seawater by means of coolant from a coolant circuit of a connected motor.
  • the US 3,948,052 discloses a turbocharger with a turbine housing with cooling jacket with three integrateddelertungsan Whyn.
  • the training or integrating the oil supply in an exhaust manifold, the turbine housing and the bearing housing has the advantage that no separate line must be provided for this purpose. Furthermore, there are fewer vibrations in the integrated oil supply. In addition, the lubricating oil is heated faster in the oil supply, for example by the exhaust gas in the exhaust manifold or the turbine housing, so that the bearings can be better lubricated in the start-up phase.
  • the cooling device is integrated in an exhaust manifold, the turbine housing and the bearing housing.
  • the integrated cooling device has the advantage that no separate lines are necessary and therefore the production and assembly is less expensive. Furthermore, less vibration occurs on the integrated cooling device than on lines routed separately from the turbocharger housing.
  • the cooling device consists of at least one or more coolant supply lines and at least one or more coolant discharge lines. This has the advantage that both the coolant supply and exhaust are integrated into the turbocharger housing or its exhaust manifold and thereby can be dispensed with the laying of separate lines.
  • At least one additional oil supply line is provided, which is integrated in the exhaust manifold, the turbine housing and the bearing housing.
  • the oil supply line is arranged adjacent to the coolant supply and / or discharge line. This has the advantage that overheating of the lubricating oil, for example in full-load operation, can be prevented by at least partially cooling the lubricating oil through the cooling lines.
  • the turbine housing, the exhaust manifold and / or the bearing housing materials such as aluminum, gray cast iron, low alloyed steels, etc. on.
  • the cooling device also makes it possible to use those less heat-resistant materials.
  • the turbine housing and the bearing housing are integrally formed. This has the advantage that, for example, no sealing is necessary, as in separately interconnected parts. Alternatively, however, the parts may also be designed accordingly as separate parts.
  • Fig. 1 is a front view of a flange 10 of an exhaust manifold of a turbocharger according to the invention (not shown) shown.
  • the exhaust manifold is fastened with its flange 10 to a turbine housing of the turbocharger.
  • a coolant inlet 14 is provided around the exhaust manifold or its exhaust-carrying channel 12 for cooling a turbine housing (not shown) and a bearing housing (not shown) of the turbocharger.
  • a corresponding coolant outlet 16 is provided on the exhaust manifold for returning the coolant after cooling of the turbine housing and the bearing housing.
  • an oil supply 18 is additionally provided with the lubricating oil for lubricating, for example, the bearing is supplied in the bearing housing.
  • the coolant such as cooling water
  • the cooling circuit (not shown) is formed for example of an engine block, a thermostat, a radiator and a coolant pump. After cooling of the turbine housing and the bearing housing, the coolant can be supplied to the cooling circuit again.
  • the invention is not limited to this embodiment of a refrigeration cycle.
  • the aforesaid refrigeration cycle is merely exemplary in order to explain the principle of the invention.
  • a coolant supply and discharge 20, 22, as well as an oil supply 18 to the exhaust manifold has the Advantage that not separate lines must be provided or performed as in the prior art, but instead the exhaust manifold is simply formed with appropriate lines or they are integrated therein.
  • the turbine housing and the bearing housing in this case have at least one portion, which is designed, for example, double-walled to pass the coolant and at least a portion to return the coolant then in the cooling circuit.
  • the respective section is provided such that it is sufficiently large to surround a corresponding region of the turbine housing or bearing housing, which is to be cooled. In principle, however, several sections may be provided for supplying and / or discharging the coolant.
  • the exhaust manifold is formed with its cooling lines and the oil supply accordingly, so that the exhaust manifold can be connected to the turbine housing accordingly.
  • the cooling of the turbine housing and the bearing housing has the advantage that both housing, and the exhaust manifold, can also be made of less heat-resistant materials.
  • the respective housing materials such as aluminum, low-alloyed steels, cast iron, etc. have. Therefore, for example, can be dispensed with the use of nickel or its share is at least reduced. This further has the advantage that manufacturing costs can be reduced.
  • the cooling of the turbine housing and the exhaust manifold connected to the turbine housing ensures that the exhaust gas-carrying components are not heated too much, especially in full load or full load close operation. Furthermore, the turbocharger can thereby be charged more, as it better withstand the resulting significant temperature loads. Another advantage is that the bearings in the bearing housing can not easily overheat due to the additional cooling of the bearing housing.
  • the arrangement of the oil supply 18 on the exhaust manifold for supplying lubricant to the bearings of the bearing housing in turn has the advantage that the lubricating oil in the exhaust manifold is heated faster by the hot exhaust, for example, in the starting phase of the vehicle and thereby improved lubrication of the bearings in this phase ,
  • the turbo shaft can be provided.
  • the oil supply 18 is positioned near or adjacent to the coolant supply 20 and / or the coolant discharge 22 on the exhaust manifold so that the lubricating oil is not overheated, for example, during full load operation.
  • turbocharger for the coolant lines 20, 22 and the oil supply 18.
  • Wie aus Fig. 1 can be removed, the exhaust manifold with the coolant inlet and outlet 14, 16, and the oil supply 18 in the form of, for example, the flange 10 is attached directly to the turbine housing, for example screwed.
  • the flange 10 corresponding openings 28 for passing screws.
  • the exhaust manifold may be connected to the coolant circuit and the oil supply of the engine.
  • This has the advantage that no separate cooling circuit must be set up, but an existing cooling circuit can be used. In principle, however, an extra cooling circuit for cooling the exhaust manifold and turbocharger housing can be provided.
  • the oil drain itself remains here, for example, preserved in the bearing housing. Furthermore, as mentioned above, not only provided the turbine housing with a cooling or cooling jacket but also the bearing housing.
  • the bearing housing can be formed integrated in the turbine housing.
  • the turbine housing and the bearing housing can for this purpose be formed substantially in one piece. This has the advantage that no sealing between the cooling lines and the oil supply is necessary, as is the case with separate housings.
  • the bearing housing likewise has a corresponding coolant supply and a coolant discharge, the coolant lines of the bearing housing connecting to the corresponding coolant lines of the turbine housing.
  • the transition between the turbine housing and the bearing housing is preferably provided with a corresponding seal, so that no coolant can escape unintentionally.
  • the oil supply line 18 formed on the exhaust manifold is connected to a corresponding continuation of the oil supply line in the turbine housing or the bearing housing, wherein a suitable sealing device between the turbine housing and the bearing housing and the exhaust manifold and the turbine housing is provided when the housing or the manifold are formed as separate parts.
  • the lubricating oil for lubricating bearings of the bearing housing is (not shown) via the existing oil in the bearing housing, for example, in the oil pan of the engine, derived.
  • the invention relates to the combination of an internal combustion engine with an integrated into the cylinder head exhaust manifold and a water-cooled turbine housing with integrated bearing housing, for example made of aluminum. Particular attention is paid to a corresponding interface for the water supply and the oil pressure supply of the exhaust gas turbocharger.
  • the interface between the engine (exhaust outlet channel) and exhaust gas turbocharger (input turbine housing) designed such that both the cooling medium, here water, back and flow back and the pressure oil can flow to the oil pressure supply in the exhaust gas turbocharger.
  • the return of the pressure oil takes place via a line from the bearing housing of the turbocharger directly into the oil sump.
  • the inventive step lies on the one hand in the combination of turbine housing and bearing housing, for example made of aluminum, with an integrated guide of coolant and pressure oil.
  • the interface between the engine and exhaust gas turbocharger where not only the coolant for the exhaust gas turbocharger and back, but also the pressure oil is guided for the pressure oil supply of bearings of the turbocharger.
  • FIG. 2 a perspective view of an engine block 23 is shown.
  • the cylinder heads 24 of the engine block 23 are formed, for example, with an integrated exhaust manifold 26.
  • the arrangement of the cooling lines and the oil supply to the exhaust manifold 26 is not shown here for reasons of clarity.
  • the exhaust manifold 26 can be connected according to a turbine housing and a bearing housing).
  • the turbine housing and the bearing housing can be attached via a corresponding flange connection to the exhaust manifold, as in Fig. 1 is shown.
  • only the turbine housing and the exhaust manifold may be formed in one piece.
  • the turbine housing and the bearing housing may be formed, for example, in one piece or as two separate parts.
  • the integrated embodiments as described above have the Advantage that they are easier to manufacture and also eliminates seals that are otherwise necessary for connecting the individual housing.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Turbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher mit einer Kühlungseinrichtung zum Kühlen des Turboladergehäuses versehen ist und des Weiteren eine Ölzuführung zum Bereitstellen von Schmieröl aufweist.
  • Im Allgemeinen weisen Turbolader eine Abgasturbine auf, die in einem Abgasstrom angeordnet ist und über eine Turbowelle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Hierbei ist beispielsweise ein Turbinenrad und ein Verdichterrad auf der Turbowelle drehbar gelagert, wobei das Turbinenrad in einem Turbinengehäuse und das Verdichterrad in einem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse ist ein Lagergehäuse angeordnet, in welchem die Turbowelle drehbar gelagert ist. Im Betrieb treibt der Abgasstrom, der durch einen Abgaskrümmer in das Turbinengehäuse geleitet wird, das Turbinenrad an. Das Turbinenrad treibt wiederum das Verdichterrad an, wodurch der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors erhöht, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt. Dies bewirkt, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann. Dadurch kann die Leistungsabgabe des Motors erhöht werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist die Kühlung von heißen Abgasturboladerteilen bei Verbrennungsmotoren von Straßenfahrzeugen bekannt. Aufgrund der hohen Abgastemperaturen von z.B. PKW Ottomotoren, die bis zu 1100°C betragen können, kommt es zu einer erheblichen Temperaturbelastung von Abgasturboladerbauteilen im Vollast- bzw. vollastnahen Betrieb. Insbesondere die Gehäusebauteile sind aufgrund der mangelhaften Kühlung durch Konvektion sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Tendenziell steigen die Temperaturen der abgasführenden Bauteile auch in Zukunft weiter an, da die Motoren immer höher aufgeladen werden und somit spezifisch höher belastet werden.
  • Gemäß dem Stand der Technik wurden die Materialien für die Gehäuseteile der Turbine und Krümmer unter Festigkeitsgesichtspunkten bei hohen Temperaturen ausgelegt. Das erfordert heute einen hohen Nickelanteil im Werkstoff, denn nur so können Gusswerkstoffe den hohen Temperaturen standhalten. Nickel ist ein vergleichsweise teurer Rohstoff, der außerdem starken Weltmarktschwankungen unterworfen ist. Auch aus diesem Grund ist es wünschenswert auf Nickel verzichten zu können. Ferner ist die Abgastemperatur des Motors durch eine gezielte Kraftstoffanreicherung an der Volllast zu begrenzen. Das hat allerdings den Nachteil, dass der Kraftstoffverbrauch des Motors ansteigt. Letztendlich lässt sich die Bauteiltemperatur nur durch eine Limitierung der Motorleistung begrenzen. Das wird natürlich nicht gewünscht. Bei Motoren für den Einsatz in marinen Applikationen, wie z.B. Außenbordmotoren, existieren gesetzliche Anforderungen an die maximale Oberflächentemperatur. So dürfen abgasführende Oberflächen maximal 80°C warm werden. Aus diesem Grund gibt es für solche Applikationen heute bereits wassergekühlte Turbinengehäuse in Serie.
  • Aus der DE 103 44 868 ist beispielsweise ein Abgasturbolader bekannt, der für den Marineeinsatz bestimmt ist. Dieser weist ein Turbinengehäuse auf, das von Seewasser als Kühlmedium durchströmt wird.
  • Des Weiteren ist aus der DE 203 11 703 Uebenfalls ein Turbolader für den Marineeinsatz bekannt. Der Turbolader weist dabei ein Turbinengehäuse auf, welches doppelwandig ausgebildet ist und mittels Seewassers gekühlt wird. Des Weiteren weist das Lagergehäuse des Turboladers eine zusätzliche Kühlungseinrichtung auf. Hierbei wird das Lagergehäuse statt mit Seewasser mittels Kühlmittel aus einem Kühlmittelkreislauf eines angeschlossenen Motors gekühlt.
  • Die US 3 948 052 offenbart einen Turbolader mit einem Turbinengehäuse mit Kühlmantel mit drei integrierten Kühllertungsanschlüssen.
  • Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Turbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer Kühlungseinrichtung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die Ausbildung bzw. das Integrieren der Ölzuführung in einen Abgaskrümmer, das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse hat den Vorteil, dass hierfür keine separate Leitung vorgesehen werden muss. Des Weiteren treten bei der integrierten Ölzuführung weniger Vibrationen auf. Außerdem wird das Schmieröl in der Ölzuführung schneller erwärmt, beispielsweise durch das Abgas im Abgaskrümmer bzw. dem Turbinengehäuse, so dass die Lager in der Anfahrphase besser geschmiert werden können.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Gemäß der Erfindung ist die Kühlungseinrichtung in einen Abgaskrümmer, das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse integriert. Die integrierte Kühlungseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass keine separaten Leitungen notwendig sind und daher die Herstellung und Montage kostengünstiger ist. Des Weiteren treten weniger Vibrationen an der integrierten Kühlungseinrichtung auf als wie an getrennt von dem Turboladergehäuse geführten Leitungen.
  • Gemäß der Erfindung besteht die Kühlungseinrichtung aus wenigstens einer oder mehreren Kühlmittelzuführungsleitungen und wenigstens einer oder mehreren Kühlmittelabführungsleitungen. Dies hat den Vorteil, dass sowohl die Kühlmittelzuführung- wie abführung in das Turboladergehäuse bzw. dessen Abgaskrümmer integriert sind und dadurch auf das Verlegen von separaten Leitungen verzichtet werden kann.
  • Gemäß der Erfindung ist zusätzlich wenigstens eine Ölzuführungsleitung vorgesehen, die in den Abgaskrümmer, das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Ölzuführung durch die abgasführenden Bauteile zusätzlich erwärmt werden kann und daher insbesondere in der Anfahrphase eine verbesserte Schmierung der Lager der Turbowelle ermöglicht wird.
  • Gemäß der Erfindung ist die Ölzuführungsleitung benachbart zu der Kühlmittelzuführungs und/oder-abführungsleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein zu starkes Erhitzen des Schmieröls, beispielsweise im Volllastbetrieb, verhindert werden kann, indem das Schmieröl durch die Kühlleitungen zumindest teilweise mitgekühlt wird.
  • Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Turbinengehäuse, der Abgaskrümmer und/oder das Lagergehäuse Werkstoffe wie beispielsweise Aluminium, Grauguss, niedrig legierte Stähle usw. auf. Durch die Kühleinrichtung können auch solche weniger wärmebeständigen Werkstoffe verwendet werden.
  • Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse einteilig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise keine Abdichtung notwendig ist, wie bei getrennt miteinander verbundenen Teilen. Alternativ können die Teile aber auch entsprechend als separate Teile ausgebildet sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Vorderansicht eines Flansches eines Abgaskrümmers eines Turboladers gemäß der Erfindung; und
    Fig. 2
    eine nicht zur Erfindung gehörende perspektivische Ansicht eines Motorblocks, wobei Zylinderköpfe des Motorblocks mit einem integrierten Abgaskrümmer versehen sind.
  • In Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Flansches 10 eines Abgaskrümmers eines erfindungsgemäßen Turboladers (nicht dargestellt) gezeigt. Der Abgaskrümmer wird mit seinem Flansch 10 an einem Turbinengehäuse des Turboladers befestigt. Um den Abgaskrümmer bzw. dessen das Abgas führenden Kanal 12 ist dabei ein Kühlmitteleinlass 14 vorgesehen zum Kühlen eines Turbinengehäuses (nicht dargestellt) und eines Lagergehäuses (nicht dargestellt) des Turboladers. Des Weiteren ist ein entsprechender Kühlmittelauslass 16 an dem Abgaskrümmer vorgesehen, um das Kühlmittel nach dem Kühlen des Turbinengehäuses und des Lagergehäuses zurückzuführen. Des Weiteren ist zusätzlich eine Ölzuführung 18 vorgesehen mit der Schmieröl zum Schmieren beispielsweise der Lager im Lagergehäuse zugeführt wird.
  • Das Kühlmittel, wie beispielsweise Kühlwasser, zum Kühlen des Turboladergehäuses wird dabei aus einem Kühlkreislauf eines mit dem Turbolader verbundenen Motors entnommen. Der Kühlkreislauf (nicht dargestellt) wird dabei beispielsweise aus einem Motorblock, einem Thermostat, einem Kühler und einer Kühlmittelpumpe gebildet. Nach der Kühlung des Turbinengehäuses und des Lagergehäuses kann das Kühlmittel dem Kühlkreislauf wieder zugeführt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform eines Kühlkreislaufs beschränkt. Der vorgenannte Kühlkreislauf ist lediglich beispielhaft, um das Prinzip der Erfindung zu erläutern.
  • Das Ausbilden einer Kühlmittelzuführung - und abführung 20, 22, sowie einer Ölzuführung 18 an dem Abgaskrümmer hat den Vorteil, dass nicht wie im Stand der Technik hierfür getrennte Leitungen vorgesehen bzw. geführt werden müssen, sondern stattdessen der Abgaskrümmer mit entsprechenden Leitungen einfach ausgeformt wird bzw. diese darin integriert werden. Das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse weisen hierbei wenigstens einen Abschnitt auf, der beispielsweise doppelwandig ausgeführt ist, um das Kühlmittel hindurchzuleiten und wenigstens einen Abschnitt, um das Kühlmittel anschließend in den Kühlkreislauf zurückzuführen. Der jeweilige Abschnitt ist dabei derart vorgesehen, dass er ausreichend groß ist, um einen entsprechenden Bereich des Turbinengehäuses bzw. Lagergehäuses zu umgeben, der gekühlt werden soll. Grundsätzlich können aber auch mehrere Abschnitte vorgesehen werden zum Zuführen und/oder Abführen des Kühlmittels. Hierbei wird der Abgaskrümmer mit seinen Kühlleitungen und der Ölzuführung entsprechend ausgebildet, so dass der Abgaskrümmer mit dem Turbinengehäuse entsprechend verbunden werden kann.
  • Die Kühlung des Turbinengehäuses und des Lagergehäuses hat den Vorteil, dass beide Gehäuse, sowie der Abgaskrümmer, auch aus weniger wärmebeständigen Werkstoffen hergestellt werden können. Beispielsweise kann das jeweilige Gehäuse Werkstoffe wie Aluminium, niedrig legierte Stähle, Grauguss usw. aufweisen. Daher kann beispielsweise auf den Einsatz von Nickel verzichtet werden oder dessen Anteil zumindest reduziert werden. Dies hat weiter den Vorteil, dass Herstellungskosten gesenkt werden können.
  • Des Weiteren sorgt die Kühlung des Turbinengehäuses und des mit dem Turbinengehäuse verbundenen Abgaskrümmers dafür, dass die abgasführenden Bauteile nicht zu stark erhitzt werden, insbesondere im Volllast- bzw. volllastnahen Betrieb. Des Weiteren kann der Turbolader hierdurch auch stärker aufgeladen werden, da er den entstehenden erheblichen Temperaturbelastungen besser standhält. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Lager in dem Lagergehäuse, durch die zusätzliche Kühlung des Lagergehäuses, nicht so einfach überhitzen können.
  • Die Anordnung der Ölzuführung 18 an dem Abgaskrümmer zum Zuführen von Schmiermittel zu den Lagern des Lagergehäuses hat wiederum den Vorteil, dass das Schmieröl im Abgaskrümmer durch das heiße Abgas beispielsweise in der Startphase des Fahrzeugs schneller erwärmt wird und dadurch in dieser Phase eine verbesserte Schmierung der Lager, beispielsweise der Turbowelle, bereitgestellt werden kann. Des Weiteren ist die Ölzuführung 18 in der Nähe oder benachbart zu der Kühlmittelzuführung 20 und/oder der Kühlmittelabführung 22 an dem Abgaskrümmer positioniert, so dass das Schmieröl beispielsweise im Volllast- bzw. volllastnahen Betrieb nicht zu stark erhitzt wird.
  • Des Weiteren wird durch den erfindungsgemäßen Turbolader eine definierte Schnittstelle bereitgestellt, für die Kühlmittelleitungen 20, 22 und die Ölzuführung 18. Wie aus Fig. 1 entnommen werden kann, wird der Abgaskrümmer mit dem Kühlmittelein- und auslass 14, 16, sowie der Ölzuführung 18 in Form beispielsweise des Flansches 10 direkt an dem Turbinengehäuse befestigt, beispielsweise angeschraubt. Hierzu weist der Flansch 10 entsprechende Öffnungen 28 zum Hindurchführen von Schrauben auf.
  • Der Abgaskrümmer kann beispielsweise mit dem Kühlmittelkreislauf und der Ölzuführung des Motors verbunden werden. Dies hat den Vorteil, dass kein separater Kühlkreislauf eingerichtet werden muss, sondern ein bestehender Kühlkreislauf genutzt werden kann. Grundsätzlich kann aber auch ein extra Kühlkreislauf zur Kühlung von Abgaskrümmer und Turboladergehäuse vorgesehen werden.
  • Der Ölabfluss selbst bleibt hierbei beispielsweise in dem Lagergehäuse erhalten. Des Weiteren ist, wie zuvor genannt, nicht nur das Turbinengehäuse mit einer Kühlung bzw. einem Kühlmantel versehen sondern auch das Lagergehäuse.
  • Das Lagergehäuse kann dabei in dem Turbinengehäuse integriert ausgebildet werden. Das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse können hierzu im Wesentlichen einteilig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass keine Abdichtung zwischen den Kühlleitungen und der Ölzuführung notwendig ist, wie dies bei getrennten Gehäusen der Fall ist.
  • Bei zwei getrennten Gehäusen weist das Lagergehäuse beispielsweise ebenfalls eine entsprechenden Kühlmittelzuführung und eine Kühlmittelabführung auf, wobei die Kühlmittelleitungen des Lagergehäuses an die entsprechenden Kühlmittelleitungen des Turbinengehäuses anschließen. Der Übergang zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse ist hierbei vorzugsweise mit einer entsprechenden Abdichtung versehen, so dass kein Kühlmittel ungewollt austreten kann.
  • Entsprechendes gilt auch für die Ölzuführleitung 18. Die an dem Abgaskrümmer ausgebildete Ölzuführleitung 18 ist mit einer entsprechenden Fortsetzung der Ölzuführleitung in dem Turbinengehäuse bzw. dem Lagergehäuse verbunden, wobei eine geeignete Dichtungseinrichtung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse und dem Abgaskrümmer und dem Turbinengehäuse vorgesehen ist, wenn die Gehäuse bzw. der Krümmer als getrennte Teile ausgebildet sind. Das Schmieröl zum Schmieren von Lagern des Lagergehäuses wird über die im Lagergehäuse vorhandene Ölabfuhr (nicht dargestellt), beispielsweise in die Ölwanne des Motors, abgeleitet.
  • Die Erfindung betrifft die Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem in den Zylinderkopf beispielsweise integriertem Abgaskrümmer und ein wassergekühltes Turbinengehäuse mit integriertem Lagergehäuse beispielsweise aus Aluminium. Dabei ist ein besonderes Augenmerk auf eine entsprechende Schnittstelle für die Wasserversorgung und die Öldruckversorgung des Abgasturboladers gelegt. So ist erfindungsgemäß die Schnittstelle zwischen Motor (Ausgangskanal Abgas) und Abgasturbolader (Eingang Turbinengehäuse) derart ausgebildet, dass sowohl das Kühlmedium, hier Wasser, hin- und zurückfließen als auch das Drucköl zur Öldruckversorgung in den Abgasturbolader fließen kann. Die Rückführung des Drucköls erfolgt über eine Leitung vom Lagergehäuse des Abgasturboladers direkt in die Ölwanne zurück.
  • Der erfinderische Schritt liegt einerseits in der Kombination von Turbinengehäuse und Lagergehäuse, beispielsweise aus Aluminium, mit einer integrierten Führung von Kühlmittel und Drucköl. Zum anderen in der Schnittstelle zwischen Motor und Abgasturbolader, an der nicht nur das Kühlmittel für den Abgasturbolader hin- und zurückgeführt wird, sondern auch das Drucköl hingeführt wird für die Druckölversorgung von Lagern des Turboladers.
  • In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Motorblocks 23 gezeigt. Die Zylinderköpfe 24 des Motorblocks 23 sind dabei beispielsweise mit einem integrierten Abgaskrümmer 26 ausgebildet. Die Anordnung der Kühlleitungen und der Ölzufuhr an dem Abgaskrümmer 26 ist hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • An dem Abgaskrümmer 26 können entsprechend ein Turbinengehäuse und ein Lagergehäuse angeschlossen werden). Dabei kann beispielsweise das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse über eine entsprechende Flanschanbindung an dem Abgaskrümmer befestigt werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Grundsätzlich können beispielsweise aber auch nur das Turbinengehäuse und der Abgaskrümmer einteilig ausgebildet sein.
  • Des Weiteren können, wie zuvor beschrieben wurde, das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse beispielsweise einteilig oder als zwei separate Teile ausgebildet sein. Die integrierten Ausführungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, haben den Vorteil, dass sie einfacher in der Herstellung sind und außerdem Abdichtungen entfallen, die sonst zum Verbinden der einzelnen Gehäuse notwendig sind.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Die vorgenannten Ausführungsformen sind miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.
  • Grundsätzlich ist es bei den vorgenannten Ausführungsformen möglich, dass beispielsweise nur das Turbinengehäuse oder das Lagergehäuse gekühlt wird.

Claims (5)

  1. Turbolader für ein Kraftfahrzeug, mit
    - einem Turbinengehäuse, einem Lagergehäuse und einem Abgaskrümmer (26),
    wobei eine gemeinsame Kühlungseinrichtung (14, 16, 20, 22) in den Abgaskrümmer(26), das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse integriert ist, wobei die Kühlungseinrichtung (14, 16, 20, 22)eine Kühlmittelzuführungsleitung (20) und einer Kühlmittelabführungsleitung (22) im Abgaskrümmer (26) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens eine Ölzuführungsleitung (18) vorgesehen ist, die in den Abgaskrümmer (26), das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse integriert ist und benachbart zu der Kühlmittelzuführungsleitung und/oder der Kühlmittelabführungsleitung (20, 22) im Abgaskrümmer (26) angeordnet ist und durch die ein Drucköl zur Öldruckversorgung in den Turbolader fließen kann.
  2. Turbolader nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbinengehäuse, der Abgaskrümmer (26) und/oder das Lagergehäuse Werkstoffe wie Aluminium, Grauguss und/oder niedrig legierten Stahl aufweisen.
  3. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse einteilig ausgebildet sind.
  4. Turbolader nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abgaskrümmer (26) über einen Flansch (10) an dem Turbinengehäuse befestigbar ist.
  5. Kraftfahrzeug mit einem Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
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