AT516978A1 - Mehrstufiger abgasturbolader - Google Patents

Mehrstufiger abgasturbolader Download PDF

Info

Publication number
AT516978A1
AT516978A1 ATA50242/2015A AT502422015A AT516978A1 AT 516978 A1 AT516978 A1 AT 516978A1 AT 502422015 A AT502422015 A AT 502422015A AT 516978 A1 AT516978 A1 AT 516978A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
compressor
coolant
exhaust gas
gas turbocharger
screw channel
Prior art date
Application number
ATA50242/2015A
Other languages
English (en)
Other versions
AT516978B1 (de
Inventor
Kurt Ing Prevedel
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to ATA50242/2015A priority Critical patent/AT516978B1/de
Priority to DE112016001401.5T priority patent/DE112016001401A5/de
Priority to CN201680028699.XA priority patent/CN107636279B/zh
Priority to PCT/AT2016/050077 priority patent/WO2016149728A1/de
Publication of AT516978A1 publication Critical patent/AT516978A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT516978B1 publication Critical patent/AT516978B1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14Casings modified therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0437Liquid cooled heat exchangers
    • F02B29/0443Layout of the coolant or refrigerant circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Abgasturbolader (1) mit einer zumindest ein Turbinenlaufrad aufweisenden Abgasturbine (3) und einem Verdichter (2) mit einer äußeren Verdichterstufe (4) mit einem äußeren Verdichterlaufradabschnitt (6a) und einer inneren Verdichterstufe (5) mit einem inneren Verdichterlaufradabschnitt (6b), wobei Turbinenlaufrad und innerer (6b) und äußerer Verdichterlaufradabschnitt (6a) auf einer um eine Drehachse (1a) drehbar gelagerten gemeinsamen Welle angeordnet sind, wobei die äußere Verdichterstufe (4) stromaufwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts (6a) einen axialen Verdichtereintrittsstutzen (8) zum Anschluss an eine Frischluftleitung und stromabwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts (6a) zumindest zwei äußere Schneckenkanalanordnungen (10a, 10b, 10c, 10d, 10e) aufweist, die in zumindest zwei stromaufwärts des inneren Verdichterlaufradabschnitts (6b) verlaufende innere Schneckenkanalanordnungen (11) der inneren Verdichterstufe (5) übergehen. Zur Reduzierung thermischer Belastungen ist eine zumindest zwischen den äußeren Schneckenkanalanordnungen (10a, 10b, 10c, 10d, 10e) verlaufende äußere Kühlmittelkanalanordnung (13) und/oder eine zwischen den inneren Schneckenkanalanordnungen (11) verlaufende innere Kühlmittelkanalanordnung (14) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Abgasturbolader, insbesondere Hochdruckturbolader, für eine Brennkraftmaschine, mit einer zumindest ein Turbinenlaufrad aufweisenden Abgasturbine und einem Verdichter mit einer äußeren Verdichterstufe mit einem äußeren Verdichterlaufradabschnitt und einer inneren Verdichterstufe mit einem inneren Verdichterlaufradabschnitt, wobei Turbinenlaufrad und innerer und äußerer Verdichterlaufradabschnitt auf einer um eine Drehachse drehbar gelagerten gemeinsamen Welle angeordnet sind, wobei die äußere Verdichterstufe stromaufwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts einen axialen Verdichtereintrittsstutzen zum Anschluss an eine Frischluftleitung und stromabwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts zumindest zwei äußere Schneckenkanalanordnungen aufweist, die in zumindest zwei stromaufwärts des inneren Verdichterlaufradabschnitts verlaufende innere
Schneckenkanalanordnungen der inneren Verdichterstufe übergehen. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem derartigen Abgasturbolader.
Zum Bereitstellen hoher Kraftstoffwirtschaftlichkeit, hoher Nennleistungen und verbesserter Emissionsleistung bei Brennkraftmaschinen werden Turbolader mit hohen Druckverhältnissen benötigt.
Um hohe Druckverhältnisse zu erreichen, können die Rotationsgeschwindigkeiten der Laufzeuge von Abgasturboladern gesteigert werden. Dabei kann es allerdings zu Belastungen kommen, die die Belastbarkeit der verwendeten Materialien übersteigen.
Es ist bekannt, eine mehrstufige Kompression der Ladeluft mit zwei oder mehr Abgasturboladern durchzuführen, die mit in Serie geschalteten Verdichtern arbeiten, wobei zwischen den Verdichtern Zwischenkühler angeordnet sind. Solche Lösungen sind etwa aus der US 2014/0358404 Al bekannt. Nachteilig ist allerdings, dass diese Lösungen sehr komplex und bauraumintensiv sind. Einen ähnlichen Ansatz verfolgt der Gebrauch mehrfacher Verdichterlaufräder auf einer gemeinsamen Achse zum Erzielen von Kompressorstufen, einschließlich des Kombinierens axialer und radialer Kompressionsstufen. Allerdings ergeben sich auch hier insbesondere durch die erhöhte Länge des Abgasturboladers Nachteile in der Packungsgröße, aber auch bei der Rotordynamik und Lagerfragen.
Die DE 699 14 199 Τ2 zeigt dazu einen langsam laufenden Hochdruckturbolader mit zweistufigem Verdichter, wobei das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind. Das Verdichterlaufrad weist an einer Vorderseite nahe einem Lufteinlass erste Laufradschaufeln und auf einer Rückseite zweite Laufradschaufeln auf. Die komprimierte Luft wird über einen Diffusor von der Vorder- auf die Rückseite und von dort in das Einlasssystem weitergeleitet. Eine ähnliche Lösung zeigt die EP 1 825 149 Bl. Aus der US 6,834,501 Bl, der US 6,792,755B2 oder der US 6,920,754 B2 dagegen ist jeweils ein Abgasturbolader bekannt, bei der zwischen Vorder- und Rückseite des zweistufigen Verdichters ringförmige Spalte ausgebildet sind. Während sich dadurch zwar hohe Verdichtungsverhältnisse erzielen lassen, werden aufgrund der hohen Temperaturen große Belastungen an das Material gestellt: Während die Luft am Lufteinlass eine Temperatur von ungefähr 25®C hat, erhöht sich die Temperatur bis zu den zweiten Laufradschaufeln bei Druckverhäintnissen über 4 bar auf deutlich über 200®C. Dabei werden sowohl die Laufradschaufeln als auch das Turboladergehäuse und die Lager hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Außerdem kommt es ab Temperaturen von ca. 180®C zum Verkoken von in der Luft mitgeförderten Ölanteilen, z.B. aus Blowby-Gasen.
Die EP 1 957 802 Bl schlägt in dieser Hinsicht vor, temperaturbeständige Materialien zu verwenden bzw. diesbezüglich Vorsorge bei Lager- und Wellenausgestaltung zu treffen.
Nachteilig an allen bekannten Lösungen ist einerseits die hohe Temperatur der komprimierten Luftströme, andererseits die sich dadurch ergebenden thermischen Belastungen des Turboladergehäuses und der verwendeten Komponenten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die thermische Belastung eines mehrstufigen Abgasturboladers zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch einen eingangs erwähnten mehrstufigen Abgasturbolader erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine zumindest zwischen den äußeren Schneckenkanalanordnungen verlaufende äußere Kühlmittelkanalanordnung und/oder eine zwischen den inneren Schneckenkanalanordnungen verlaufende innere Kühlmittelkanalanordnung vorgesehen ist/sind.
Die Erfindung erlaubt ein Abkühlen der Luft im Abgasturbolader, entweder durch Kühlung der vorverdichteten Luft schon in der äußeren Verdichterstufe, in der inneren Verdichterstufe oder in beiden Verdichterstufen. Dabei ergeben sich auch eine kleinere Verdichterantriebs- und Turbinenabgabeleistung sowie ein reduzierter Abgasgegendruck. Da die höchste thermische Belastung in der Volute der inneren Verdichterstufe auftritt, wo also die Luft aus dem Abgasturbolader in eine nachfolgende Ladeluftleitung Übertritt, lässt sich dadurch jedenfalls die hohe thermische Belastung reduzieren. Während die Luft mit etwa 25°C in die äußere Verdichterstufe eintritt, hat sie an deren Ausgang fast 200°C - in der inneren Verdichterstufe würde eine unzulässig hohe Temperaturerhöhung auftreten, die hohe Belastungen auf Turboladerkomponenten bewirkt. Mittels der Kühlmittelanordnungen kann die Ladeluft auf etwa 60°C abgekühlt werden. Damit wird die Luft in einem Temperaturbereich gehalten, bei dem das Verkoken von in der Luft mitgeförderten Ölanteilen, z.B. aus Blowby-Gasen, vermieden wird.
Durch die Kühlmittelkanalanordnungen erfolgt einerseits eine Abkühlung der Ladeluft, was zu geringerer Ladeluftkühlerabwärme und damit besserem Wirkungsgrad führt, andererseits aber auch eine Kühlung des Verdichtergehäuses sowie des restlichen Abgasturboladers. Die Kühlflüssigkeit kann in weiterer Folge zur Kühlung der Wellenlager des Abgasturboladers verwendet werden, was eine Einsparung an Anschlüssen und Leitungen ermöglicht. Des Weiteren erlaubt die Anordnung eine besonders kompakte Bauweise, so dass beispielsweise vor dem Verdichtereingang weitere Bauteile wie z.B. ein Cross-Charger angeordnet werden können.
Um eine besonders effektive Kühlung zu erreichen ist es von Vorteil, wenn sich die äußere Kühlmittelkanalanordnung zumindest teilweise in den äußeren Konturbereich des äußeren Verdichterlaufradabschnitts erstreckt und/oder die innere Kühlmittelkanalanordnung sich zumindest teilweise in den inneren Konturbereich des inneren Verdichterlaufradabschnitts erstreckt. Als Konturbereich wird dabei der Kanalwandabschnitt zwischen Eintritt eines Verdichterlaufradabschnitts und Austritt eines Verdichterlaufradabschnittes bezeichnet. Da es in diesem Bereich zu besonders hohen Temperaturgradienten aufgrund des Komprimierens der Luft kommt ist hier eine effektive Kühlung von besonderem Vorteil.
In einer Variante der Erfindung erstreckt sich die äußere Kühlmittelanordnung aus dem Bereich zwischen den äußeren Schneckenkanalanordnungen in einen zumindest eine oder mehrere der äußeren Schneckenkanalanordnungen umgebenden Umgebungsbereich und/oder die innere Kühlmittelanordnung aus dem Bereich zwischen den inneren Schneckenkanalanordnungen in einen zumindest eine oder mehrere der inneren Schneckenkanalanordnungen umgebenden Umgebungsbereich erstreckt. Damit lässt sich die Kühlwirkung vorteilhaft erhöhen, da sich eine Erhöhung der Kühlflächen ergibt - die Schneckenkanalanordnungen erhöhen mit zunehmendem Abstand von der Drehachse ihre Innenoberfläche, die durch die Umfassung durch die Kühlmittelanordnungen besonders viel Wärmeübergangskontaktfläche bietet.
Zur Erzielung günstiger Strömungsverhältnisse weist die äußere Kühlmittelkanalanordnung einen äußeren Kühlmittelsammler und davon ausgehende äußere Kühlmittelteilkanäle auf und/oder die innere Kühlmittelkanalanordnung einen inneren Kühlmittelsammler und davon ausgehende innere Kühlmittelteilkanäle auf. Damit kann über die Kühlmittelsammler Kühlmittel bereitgestellt und über die Teilkanäle zu den zu kühlenden Bereichen geführt werden. Dabei können sowohl Kühlmittelsammler als auch Teilkanäle die Schneckenkanalanordnungen umfassen bzw. zwischen diesen verlaufen.
Eine besonders effektive Kühlung lässt sich erreichen, wenn die innere Kühlmittelanordnung und die äußere Kühlmittelanordnung, vorteilhafterweise die äußeren Kühlmittelteilkanäle und die inneren Kühlmittelteilkanäle, miteinander strömungsverbunden sind. Damit ergibt sich außerdem ein einfacher Aufbau der Kühlung, da an Zu- und Ableitungen gespart werden kann.
Je nach thermischer Belastung ist zumindest eine Kühlmittelzuleitung zur inneren Kühlmittelkanalanordnung und zumindest eine Kühlmittelableitung von der äußeren Kühlmittelanordnung vorgesehen, oder umgekehrt. Dies wird durch entsprechende Anschlüsse sichergestellt. Damit kann je nach Anforderung frisches Kühlmittel zuerst zur inneren oder zuerst zur äußeren Verdichterstufe geführt werden.
Um die Fertigung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers zu erleichtern ist es von Vorteil, wenn der Verdichter ein Verdichtergehäuse mit zumindest einem äußeren Verdichtergehäuseteil und zumindest einem inneren Verdichtergehäuseteil aufweist. Die Teile können separat gegossen und dann miteinander verbunden werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren von einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem derartigen Abgasturbolader gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt,
Fig. 2 die obere Hälfte der Verdichterseite des Abgasturboladers aus Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie II -II in Fig. 1, und
Fig. 3 die Verdichterseite des Abgasturboladers aus Fig. 1 in einer Schnittansicht gemäß der Linie III-III in Fig. 1.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen mehrstufig verdichtenden Abgasturbolader 1 mit einem Verdichter 2 und einer Abgasturbine 3 mit einem nicht näher dargestellten Turbinenlaufrad. Der Verdichter 2 weist eine äußere Verdichterstufe 4 und eine innere Verdichterstufe 5 auf. Die Bezeichnung äußere und innere bezieht sich dabei auf die Strömungsrichtung der durch den Verdichter 2 strömenden Frischluft. Die Trennung zwischen äußerer 4 und innerer Verdichterstufe 5 ist in den Fign. 1 und 2 durch die strichlierte Linie angedeutet.
Ein Verdichterlaufrad 6 steht über eine drehbar um eine Drehachse la gelagerte und nicht weiter dargestellte Welle mit dem Turbinenrad der Abgasturbine 3 des Abgasturboladers 1 in drehfester Verbindung. Das Verdichterlaufrad 6 weist einen der äußeren Verdichterstufe 4 zugeordneten äußeren Verdichterlaufradabschnitt 6a und einen der inneren Verdichterstufe 5 zugeordneten inneren Verdichterlaufradabschnitt 6b auf. Die Verdichterlaufradabschnitte 6a, 6b sind im dargestellten Ausführungsbeispiel auf einander gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Verdichterlaufrads 6 angeordnet.
Der Verdichter 2 in ist einem Verdichtergehäuse angeordnet, das einen äußeren Verdichtergehäuseteil 7a und einen inneren Verdichtergehäuseteil 7b aufweist, die miteinander verbunden und abgedichtet sind. Im äußeren Verdichtergehäuseteil 7a ist die äußere Verdichterstufe 4 angeordnet während die innere Verdichterstufe 5 sich im inneren Verdichtergehäuseteil 7b befindet. Die Verbindungsfläche ist durch die oben erwähnten strichlierten Linien in Fign. 1 und 2 angedeutet. Es sind auch Ausführungen möglich, wo mehrere Gehäuseteile vorgesehen sind.
Der äußere Verdichtergehäuseteil 7a weist stromaufwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts 6a einen axialen Verdichtereintrittsstutzen 8 zum Anschluss einer nicht weiter dargestellten Frischluftleitung zum Ansaugen von Frischluft auf. Ein Verdichteraustritt für Ladeluft am inneren Verdichtergehäuseteil 7b zum Anschluss an eine Ladeluftleitung einer Brennkraftmaschine ist ebenfalls nicht näher dargestellt.
Vom Verdichtereintrittsstutzen 8 wird die Luft zum (äußeren) Konturbereich 9 des äußeren Verdichterlaufradabschnitts 6a geführt. Als Konturbereich ist hier der Kanalwandabschnitt zwischen Eintritt eines Verdichterlaufradabschnitts und Austritt eines Verdichterlaufradabschnittes bezeichnet, insbesondere der Abschnitt, wo sich der Luftkanal von einem kleinen Durchmesser auf einen größeren Durchmesser erweitert.
Stromaufwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts 6a wird die vorverdichtete Luft in mehrere äußere Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe bzw. Voluten übergeleitet. Die äußeren Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe verlaufen dabei kreisförmig mit zunehmendem Radius um die Drehachse la. Gleichzeitig erhöht sich auch der Durchmesser der äußeren Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe in Strömungsrichtung.
Die äußeren Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe der äußeren Verdichterstufe 4 gehen in eine gleiche Anzahl innere Schneckenkanalanordnungen 11, 1Γ (nur zwei innere Schneckenkanalanordnungen 11, 1Γ sind in den Figuren dargestellt, bzw. nur eine 11 ist nachfolgend nähe diskutiert) der inneren Verdichterstufe 5 über. Wie in Fig. 3 erkennbar ist, liegen im dargestellten Ausführungsbeispiel die äußeren Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe im Wesentlichen auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse la (in Fig. 3 normal zur Bildebene verlaufend und nicht eingezeichnet) liegt.
Die inneren Schneckenkanalanordnungen 11, 1Γ verlaufen ebenfalls kreisförmig um die Drehachse la, allerdings im Gegensatz zu den äußeren
Schneckenkanalanordnungen mit in Strömungsrichtung abnehmendem Radius, gegebenenfalls auch mit abnehmendem Durchmesser. Die inneren Schneckenkanalanordnungen 11 münden nahe der Drehachse la in den (inneren) Konturbereich 12 des inneren Verdichterlaufradabschnitts 6b bzw. dessen Eintritt. Vom Austritt des inneren Verdichterlaufradabschnitts 6b wird die verdichtete Luft zu einer nicht dargestellten Ladeluftleitung weitergeführt.
Zum Kühlen des Verdichters 2 sind nun erfindungsgemäß Kühlmittelkanalanordnungen 13, 14 in den Verdichtergehäuseteilen 7a, 7b ausgeführt. Dabei ist eine äußere Kühlmittelkanalanordnung 13 in der äußeren Verdichterstufe 4 vorgesehen, die einen äußeren Kühlmittelsammler 15 und davon ausgehende äußere Kühlmittelteilkanäle 16a, 16b, 16c, 16d, 16e (in den Fign. 1 und 2 strichliert dargestellt) aufweist und im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Kühlmittelableitung 17 verbunden ist. Der äußere Kühlmittelsammler 15 verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig um den inneren Konturbereich 9.
Eine innere Kühlmittelkanalanordnung 14 ist in der inneren Verdichterstufe 5 vorgesehen und weist einen inneren Kühlmittelsammler 18 und davon ausgehende innere Kühlmittelteilkanäle 19, 19' (in den Fign. 1 und 2 strichliert dargestellt) auf. Die innere Kühlmittelkanalanordnung 14 ist mit einer Kühlmittelzuleitung 20 verbunden. Als Kühlmittel können dabei Wasser oder andere Flüssigkeiten oder Fluide zum Einsatz kommen.
Die Kühlmittelkanalanordnungen 13, 14 bzw. die Kühlmittelteilkanäle 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 19 verlaufen dabei zwischen den jeweiligen
Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe, 11, 1Γ. Dadurch kommt es zu einer effizienten Wärmeabfuhr in den thermisch kritischen Bereichen und die Temperatur der verdichteten Luft kann in einem optimalen Bereich gehalten werden. Wie in Fig. 2 erkennbar ist, erstrecken sich die Kühlmittelanordnungen 13, 14 bis in die Konturbereiche 9, 12 der jeweiligen Verdichterlaufradabschnitte 6a, 6b, wo es zu einer besonders hohen thermischen Belastung kommt und daher eine Wärmeabführung besonders notwendig ist.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III aus Fig.l - in der oberen Hälfte erstreckt sich die äußere Kühlmittelanordnung 13 bzw. erstrecken sich die äußeren Kühlmittelteilkanäle 16a, 16b, 16c aus dem Bereich zwischen den äußeren Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe in die Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe umfassende Umgebungsbereiche. Umgebungsbereich bedeutet hier Bereiche außerhalb des Zwischenbereichs zwischen den Schneckenkanalanordnungen, also rund um die Schneckenkanalanordnungen bzw. in deren Umfang, wobei Umgebung thermisch noch von der verdichteten Luft beeinflusste Bereiche bezeichnet. Die Kühlmittelanordnung 13 umfasst also die Schneckenkanalanordnungen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe für optimale Wärmeableitung. Damit wird eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche zwischen heißen Luftkanälen und Kühlungsanordnung erzielt. Das ausreichend hohe Maß an Kühlflächen und die Verzahnung der kühlenden und zu kühlenden Strömungswege erlaubt eine ausreichende Kühlung des Verdichters 2 und eine Verwendung des Abgasturboladers 1 auch als Hochdruckturbolader. Eine entsprechende Ausführung kann auch für die innere Verdichterstufe 5 vorgesehen werden, ist aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die innere 13 und äußere Kühlmittelkanalanordnung 14 sind miteinander strömungsverbunden, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die Strömungsverbindung über die äußeren 16a, 16b, 16c, 16d, 16e und inneren Kühlmittelteilkanäle 19 erfolgt. Damit kann eine Kühlmittelzuleitung 20 im Bereich der inneren Verdichterstufe 5 erfolgen, die Kühlmittelableitung 17 ist dann an der äußeren Verdichterstufe 4 angeordnet. Natürlich kann das Kühlmittel auch umgekehrt geführt werden.
Wie oben beschrieben lässt sich die erfindungsgemäße Anordnung aus Luftleitkanälen und Kühlkanälen besonders gut mit einem Verdichtergehäuse mit einem äußeren Verdichtergehäuseteil 7a und einen inneren Verdichtergehäuseteil 7b realisieren: Diese können einfach gegossen werden, z.B. aus besonders gut wärmeleitendem Alumimium, und mit geeigneten Dichtungen zu einem kompakten, mediendichten Verdichter 2 zusammengebaut werden.
Die beschrieben Erfindung erlaubt durch die zweistufige Aufladung und die zusätzliche Kühlung gegenüber einer einstufigen Verdichtung nennenswerte thermodynamische Vorteile bei gleichzeitig kompaktem Aufbau, der dem zunehmenden Problem des abnehmenden Bauraums entgegenkommt.
Es sollte deutlich sein, dass die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs des Hauptanspruchs möglich sind.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Mehrstufiger Abgasturbolader (1), insbesondere Hochdruckturbolader, für eine Brennkraftmaschine, mit einer zumindest ein Turbinenlaufrad aufweisenden Abgasturbine (3) und einem Verdichter (2) mit einer äußeren Verdichterstufe (4) mit einem äußeren Verdichterlaufradabschnitt (6a) und einer inneren Verdichterstufe (5) mit einem inneren Verdichterlaufradabschnitt (6b), wobei Turbinenlaufrad und innerer (6b) und äußerer Verdichterlaufradabschnitt (6a) auf einer um eine Drehachse (la) drehbar gelagerten gemeinsamen Welle angeordnet sind, wobei die äußere Verdichterstufe (4) stromaufwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts (6a) einen axialen Verdichtereintrittsstutzen (8) zum Anschluss an eine Frischluftleitung und stromabwärts des äußeren Verdichterlaufradabschnitts (6a) zumindest zwei äußere Schneckenkanalanordnungen (10a, 10b, 10c, lOd, lOe) aufweist, die in zumindest zwei stromaufwärts des inneren Verdichterlaufradabschnitts (6b) verlaufende innere Schneckenkanalanordnungen (11, 1Γ) der inneren Verdichterstufe (5) übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest zwischen den äußeren Schneckenkanalanordnungen (10a, 10b, 10c, lOd, lOe) verlaufende äußere Kühlmittelkanalanordnung (13) und/oder eine zwischen den inneren Schneckenkanalanordnungen (11, 1Γ) verlaufende innere Kühlmittelkanalanordnung (14) vorgesehen ist.
  2. 2. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äußere Kühlmittelkanalanordnung (13) zumindest teilweise in den äußeren Konturbereich (9) des äußeren Verdichterlaufradabschnitts (6a) erstreckt und/oder dass sich die innere Kühlmittelkanalanordnung (14) zumindest teilweise in den inneren Konturbereich (12) des inneren Verdichterlaufradabschnitts (6b) erstreckt.
  3. 3. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äußere Kühlmittelanordnung (13) aus dem Bereich zwischen den äußeren Schneckenkanalanordnungen (10a, 10b, 10c, lOd, lOe) in einen zumindest eine oder mehrere der äußeren Schneckenkanalanordnungen (10a, 10b, 10c, lOd, lOe) umgebenden Umgebungsbereich erstreckt und/oder dass sich die innere Kühlmittelanordnung (14) aus dem Bereich zwischen den inneren Schneckenkanalanordnungen (11) in einen zumindest eine oder mehrere der inneren Schneckenkanalanordnungen (11) umgebenden Umgebungsbereich erstreckt.
  4. 4. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kühlmittelkanalanordnung (13) einen äußeren Kühlmittelsammler (15) und davon ausgehende äußere Kühlmittelteilkanäle (16a, 16b, 16c, 16d, 16e) aufweist und/oder dass die innere Kühlmittelkanalanordnung (14) einen inneren Kühlmittelsammler (18) und davon ausgehende innere Kühlmittelteilkanäle (19, 19') aufweist.
  5. 5. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kühlmittelkanalanordnung (14) und die äußere Kühlmittelkanalanordnung (13) miteinander strömungsverbunden sind.
  6. 6. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Kühlmittelteilkanäle (16a, 16b, 16c, 16d, 16e) mit den inneren Kühlmittelteilkanälen (19) strömungsverbunden sind.
  7. 7. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kühlmittelzuleitung (20) zur inneren Kühlmittelkanalanordnung (14) vorgesehen ist und zumindest eine Kühlmittelableitung (19) von der äußeren Kühlmittelkanalanordnung (13) vorgesehen ist, oder umgekehrt.
  8. 8. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (2) ein Verdichtergehäuse mit zumindest einem äußeren Verdichtergehäuseteil (7a) und zumindest einem inneren Verdichtergehäuseteil (7b) aufweist.
  9. 9. Brennkraftmaschine mit zumindest einem Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
ATA50242/2015A 2015-03-26 2015-03-26 Mehrstufiger abgasturbolader AT516978B1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50242/2015A AT516978B1 (de) 2015-03-26 2015-03-26 Mehrstufiger abgasturbolader
DE112016001401.5T DE112016001401A5 (de) 2015-03-26 2016-03-24 Mehrstufiger Abgasturbolader
CN201680028699.XA CN107636279B (zh) 2015-03-26 2016-03-24 多级式废气涡轮增压器和内燃机
PCT/AT2016/050077 WO2016149728A1 (de) 2015-03-26 2016-03-24 Mehrstufiger abgasturbolader

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50242/2015A AT516978B1 (de) 2015-03-26 2015-03-26 Mehrstufiger abgasturbolader

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT516978A1 true AT516978A1 (de) 2016-10-15
AT516978B1 AT516978B1 (de) 2018-04-15

Family

ID=55858728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50242/2015A AT516978B1 (de) 2015-03-26 2015-03-26 Mehrstufiger abgasturbolader

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN107636279B (de)
AT (1) AT516978B1 (de)
DE (1) DE112016001401A5 (de)
WO (1) WO2016149728A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10190596B2 (en) * 2016-11-03 2019-01-29 Garrett Transportation I Inc. Two-stage compressor with asymmetric second-stage inlet duct
DE102017114232A1 (de) * 2017-06-27 2018-12-27 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Rückführgeometrie eines Turboverdichters
DE102021126261B3 (de) 2021-10-11 2023-03-30 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7014418B1 (en) * 2004-12-03 2006-03-21 Honeywell International, Inc. Multi-stage compressor and housing therefor
DE102007023142A1 (de) * 2007-05-16 2008-11-20 Audi Ag Strömungsverdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Abgasturbolader mit einem solchen Strömungsverdichter
DE102009001321A1 (de) * 2009-03-04 2010-09-16 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Verdichter und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102011003901A1 (de) * 2011-02-10 2012-08-16 Continental Automotive Gmbh Abgasturbolader mit gekühltem Turbinengehäuse und gekühltem Lagergehäuse und gemeinsamer Kühlmittelzufuhr
DE102013203376A1 (de) * 2013-02-28 2014-08-28 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlter Turbine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016149728A1 (de) 2016-09-29
CN107636279B (zh) 2019-06-04
CN107636279A (zh) 2018-01-26
AT516978B1 (de) 2018-04-15
DE112016001401A5 (de) 2017-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010009328B4 (de) Turbinengehäuse mit asymmetrischem, geteiltem Einlass
EP1812698B1 (de) Abgasturbolader für eine brennkraftmaschine
DE112010002757B4 (de) Mehrstufige Turboladeranordnung
EP2129889B1 (de) Vorrichtung zur ladeluftkühlung, system zur turboaufladung und/oder ladeluftkühlung, verfahren zur ladeluftkühlung
WO2012107481A1 (de) Abgasturbolader mit gekühltem turbinengehäuse und gekühltem lagergehäuse und gemeinsamer kühlmittelzufuhr
EP2673477B1 (de) Abgasturbolader mit gekühltem turbinengehäuse
EP2143926A1 (de) Kombination mit Zylinderkopf und Turbine
DE102011002759A1 (de) Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung
AT516978B1 (de) Mehrstufiger abgasturbolader
DE102019108588A1 (de) Verbrennungsmotor
DE102011003905B4 (de) Abgasturbolader mit gekühltem Turbinengehäuse und gekühltem Lagergehäuse und gemeinsamer Kühlmittelzufuhr
AT516986B1 (de) Mehrstufiger abgasturbolader
EP3339601B1 (de) Turboladerbaugruppe
EP2574795B1 (de) Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102017200086A1 (de) Brennkraftmaschine mit Zylinderkopf und minimal gekühlter Turbine
EP2789801A1 (de) Gehäuse eines Radialverdichters
DE2154726A1 (de) Radial beaufschlagter abgasturbolader
DE102008051981A1 (de) Turboladeranordnung
DE102015219625B4 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Niederdruck-Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102018009770B3 (de) Rotationskolbenmotor mit optimierter Ansaugluft-Innenkühlung
DE102014216101A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102015104179B4 (de) Vorrichtungen zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug
DE202013100884U1 (de) Flüssigkeitsgekühlte Turbine mit Lagergehäuse
DE202015103549U1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit segmentierter zweiflutiger Turbine
DE202014105119U1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit zweiflutiger Turbine und gruppierten Zylindern

Legal Events

Date Code Title Description
MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20230326