SE525218C2 - Turboladdarsystem för en förbränningsmotor innefattande två seriellt och väsentligen koncentriskt med rotationsaxlarna placerade turboenheter - Google Patents

Description

u :oo luren »|ann 52 5 2 1 8 §j;=z'j¿ _ 2 turbinen är axiellt medan inloppet till låg- trycksturbinen är radiellt. Således måste det finnas en 90° krök på gaskanalen. Denna krök tar stort utrymme i orsakar stora vilka anspråk samt tryckförluster, försämrar den totala verkningsgraden. Överladdare lämpliga för en dieselmotor på 6 till 20 liters slagvo1ym1 har normalt en 'verkningsgrad, under stationära förhållanden, mellan 50% och 60% (mmmmaßm * mæmmnk * nummfl). På dagens dieselmotorer är utbytet av god. verkningsgrad. lägre än för framtida motorer som kommer att kräva högre laddtryck. Exempel på system som ökar kravet på överladdning är avgasåterföring för lägre utsläpp av kväveoxid eller system med variabel styrning av inloppsventiler.

Turboladdarsystem med högre verkningsgrad än 60%, under stationära förhållanden, ger ökad möjlighet att möta framtida krav pá miljövänliga och bränslesnåla motorer.

Hittills har miljökrav på Dieselmotorer vanligtvis lett till försämrad verkningsgrad, vilket således inneburit att bränslets energiresurs utnyttjats sämre.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstadkomma ett högeffektivt turboladdarsystem som kan appliceras på fordon utan problem med inbyggnaden.

Ett enligt uppfinningen för detta ändamål utformat turboladdarsystem för en förbränningsmotor med minst en avgasledning för' bortledning av* avgaser från. motorns förbränningsrum och minst en inloppsledning för till- försel av luft till nämnda förbränningsrum omfattar en samverkar med en högtrycksturbin som högtrycks- :nano :»||n 525 218 3 kompressor och därvid bildar en högtrycksturboenhet med en gemensam rotationsaxel, och en lågtrycksturbin som samverkar med en lågtryckskompressor och därvid bildar en lågtrycksturboenhet med en gemensam rotationsaxel, för utvinning av energi från motorns avgasflöde och trycksättning av motorns inloppsluft, och kännetecknas enligt uppfinningen av att lâgtrycksturbinen är av axialtyp, att högtrycksturboenheten och làgtrycksturboenheten är seriellt placerade med rotationsaxlarna väsentligen koncentriska och med högtrycksturbinen och intill làgtrycksturbinen placerade varandra och sammankopplade via ett som flödeskanal utformat mellanstycke, vilket är anordnat att möjliggöra en 'viss excentricitet mellan de båda rotationsaxlarna, och att lágtrycksturboenheten är fästad vid en del av förbränningsmotorn medan högtrycks- turboenheten är fästad vid en annan del av motorn. Med avses även till cylinderhuvudet, svänghjulskåpan och transmissionskåpan. uttrycken ”förbränningsmotorn” och ”motorn” till en motor hörande delar, såsom exempel Fördelaktiga utföringsexempel av uppfinningen framgår av de efterföljande osjälvständiga patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med till bifogade ritningarna, varvid hänvisning utföringsexempel som visas på de FIG 1 schematiskt visar en förbränningsmotor' med. ett tvåstegs turboladdarsystem enligt uppfinningen, FIG 2 är ett längdsnitt genom de båda i turboladdar- systemet ingàende turboladdarstegen, och ».|au 525 21 8 sjggfï - 4 FIG 3 är en delförstoring av Fig. 2 som tydligare visar ett mellanstycke mellan de båda turboladdarstegen, och FIG 4 är en delvis bruten sidovy av en förbränningsmotor med ett enligt uppfinningen installerat turboladdarsystem.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXEMPEL; Uppfinningen avser en installation av ett överladdningssystem för i första hand dieselmotorer med en slagvolym mellan cirka 6 och cirka 20 liter, för användning företrädesvis på tunga fordon såsom last- bilar, bussar och anläggningsmaskiner. Överladdnings- systemet har som en egenskap att det ger en avsevärt effektivare överladdning jämfört med nuvarande system. Överladdningen sker i två steg med två seriekopplade kompressorer av radialtyp med mellanliggande kylning.

Första steget, kallat lágtryckskompressor drivs av en lâgtrycksturbin av axialtyp. Andra steget, högtrycks- kompressorn drivs av en högtrycksturbin av radialtyp.

Fig. ll, 1 visar ett motorblock 10 med sex motorcylindrar som på konventionellt vis kommunicerar med ett inloppsgrenrör 12 och två separata avgasgrenrör 13, 14.

Vart och ett av dessa båda avgasgrenrör tar emot avgaser från tre av' motorcylindrarna. Avgaserna leds via separata rörledningar 15, 16 fram till en turbin 17 i en högtrycksturboenhet 18, som omfattar en kompressor 19 monterad på en gemensam axel med turbinen 17.

Avgaserna leds vidare via en rörledning 20 till en turbin 21 i en làgtrycksturboenhet 22, som omfattar en kompressor 23 monterad på en gemensam axel med turbinen 21. Avgaserna leds slutligen vidare via en rörledning .nu .n ..sun y|puu 525 218 ~~ -" 24 till motorns avgassystem, som kan omfatta enheter för efterbehandling av avgaser.

Filtrerad inloppsluft tas in till motorn via rörled- och leds till kompressor 23. ningen 25 lågtrycksturboenhetens 22 En rörledning 26 leder inloppsluften vidare via en första laddluftkylare 27 till högtrycks- turboenhetens 18 kompressor 19. Efter denna uppladdning i två steg med mellankylning leds inloppsluften vidare via rörledningen 28 till en andra laddluftkylare 29, varefter inloppsluften när inloppsgrenröret 12 via rörledningen 30.

Turboladdarsystemet enligt uppfinningen visas mer detaljerat i Fig. 2 som åskådliggör de dubbla, snäck- formade inloppen 15, 16 till högtrycksturbinen 17, vilka vardera förser halva turbinen med gasflöde via inloppsledskenor 17a. Högtrycksturbinen 17 är av konventionell radialtyp och är förbunden med làgtrycks- turbinen 21 via den korta mellankanalen 20, som år möjlig att använda eftersom lågtrycksturbinen är av Denna korta axialtyp. flödesväg minimerar tryckför- luster mellan turbinstegen.

Högtrycksturbinen 17 är lagrad tillsammans med högtryckskompressorn 19 på axeln 31. Lågtrycksturbinen 21 är på motsvarande sätt lagrad tillsammans med lágtryckskompressorn 23 på axeln 32. De båda turbo- enheterna 18, 22 är orienterade längs väsentligen samma längdaxel. Mellankanalen 20 är utrustad med tätningar 33, som tydligare framgår av Fig. 3, och som motverkar installationsspänningar och läckage genom att de möjliggör en viss rörlighet axiellt och radiellt, som tar upp termiska pàkänningar och visst monteringsfel. ~~yaa o u u . nu 525 218 6 vu 1.: För detta ändamål är tätningarna 33 utformade som elastiska kolvringar med axiell rörlighet i ett cylindriskt parti 34 av högtrycksturbinens 17 utlopp, respektive ett cylindriskt parti 35 av làgtrycksturbinens 21 inlopp. Tätningarna 33 är monterade i spår i mellanstycket 20. Mellanstyckets 20 inre kanal är annulär med en centralt placerad kropp 20a med ett tvärsnitt som ökar i kanalens nedströmsriktning.

Av Fig. 4 framgår att lågtrycksturboenheten 22 är monterad vid motorblocket 10 via en konsol 36 som är förbunden via skruvar med lågtrycksturbinens 21 utlopp 37. Högtrycksturboenheten 18 är' monterad på konven- tionellt sätt mot motorns avgasgrenrör 13, 14. Vid andra utföringsexempel av uppfinningen skulle andra motorkomponenter kunna användas för upphängningen av till svänghjulskåpan och transmissionskåpan. Det turboaggregaten såsom exempel cylinderhuvudet, är även möjligt att montera turboaggregaten vid olika delar av ett avgasgrenrör.

Turboaggregaten kan således placeras seriellt vid sidan av motorn, väsentligen parallellt med dess längdaxel och. så lokaliserade att högtryckskompressorn är vänd framåt i motorns längdriktning, medan lågtrycks- kompressorn är vänd bakåt. Denna placering är fördelaktig, eftersom insugningskanalen från motorns luftfilter normalt på ett tungt lastfordon är placerad i bakre delen av motorutrymmet, vilket ger en kort luftkanal 25 (se Fig. 1). På motsvarande sätt år det en fördel med. högtryckskompressorn 'vänd framåt då denna får sin luft från mellankylaren 27 som kan vara placerad framtill i motorrummet. Uppfinningen är dock funn- 525 218 7 inte på något sätt begränsad till denna orientering av turboaggregat och kylare.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad ytter- ligare varianter' och unodifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis är turboladdarsystemet enligt uppfinningen beskrivet i samband med en sexcylindrig Dieselmotor, men systemet är applicerbart på alla olika kolvmotorer från en cylinder och uppåt, och som drivs i två- eller fyrtakt. n .vunna

Claims (9)

:nova ..,»a >xnna 10 15 20 25 30 525 218 8 PATENTKRAV

1. Turboladdarsystem för en förbränningsmotor (10) med minst en avgasledning (15, 16) för bortledning av avgaser från motorns förbränningsrum (11) och minst en inloppsledning (12) för tillförsel av luft till nämnda förbränningsrum, omfattande en högtrycksturbin (17) som samverkar med en högtryckskompressor (19) och därvid bildar en högtrycksturboenhet (18) med (31), en gemensam rotationsaxel och en lágtrycksturbin (21) som samverkar med en làgtryckskompressor (23) och därvid bildar en lágtrycksturboenhet (22) med en gemensam rotationsaxel (32), för utvinning av energi frán motorns avgasflöde och trycksättning av motorns inloppsluft, k ä n n e t e c k n a t därav, att làgtrycksturbinen (21) är av axialtyp, att högtrycksturboenheten (18) och lágtrycksturboenheten (22) är seriellt placerade med rotationsaxlarna (31, 32) väsentligen koncentriska och med högtrycksturbinen (17) och làgtrycksturbinen (21) placerade intill varandra och flödeskanal mellanstycke (20), vilket är anordnat att möjliggöra en sammankopplade via ett som utformat viss excentricitet mellan de båda rotationsaxlarna, och att làgtrycksturboenheten (22) är fästad vid en del av förbränningsmotorn (10) medan högtrycksturboenheten (18) är fästad vid en annan del av motorn (10).

2. Turboladdarsystem enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att lágtrycksturboenheten (22) är fästad vid förbränningsmotorns cylinderblock (10) medan högtrycks- turboenheten (18) (15, 16). är fästad vid motorns avgasgrenrör 10 15 20 25 30 525 218

3. Turboladdarsystem enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att högtrycksturboenheten (18) och làgtrycksturboenheten (22) är seriellt placerade vid sidan av förbrännings- motorn (10).

4. Turboladdarsystem enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att de bàda enheterna (18, 22) är placerade väsentligen parallellt med motorns (10) vevaxel.

5. Turboladdarsystem enligt nágot av kraven 2 till 4, k ä n n e t e c k n a t därav, (18, 22) är är vänd framát i motorns (10) (23) att turboenheterna orienterade sà att högtryckskompressorn (19) är vänd längdriktning, medan làgtryckskompressorn bakåt.

6. Turboladdarsystem enligt nàgot av kraven 1 till 5, k ä n n e t e c k n a t därav, (20) elastiska tätningsringar (33). att mellanstycket är försett med i radialled

7. Turboladdarsystem enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att tätningsringarna (33) är glidbart lagrade i ett cylindriskt parti (34) av högtrycksturbinens (17) utlopp respektive ett cylindriskt parti (35) av làgtrycksturbinens (21) inlopp.

8. Turboladdarsystem enligt nàgot av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t därav, 525 218 10 att lágtrycksturboenheten (22) är monterad via làgtrycksturbinens (21) utlopp (37) medelst en konsol (36) i motorblocket (10).

9. Turboladdarsystem enligt nágot av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t därav, att mellanstyckets (20) inre kanal är annulär med en inre kropp (20a) med ett tvärsnitt som ökar i riktning nedströms.