CH716533A2

CH716533A2 - Abgasrückführ-Gebläse und Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: CH716533A2
Application number: CH00860/20A
Authority: CH
Inventors: Rost Stefan; Mayr Stefan; Vonnoe Mark; Stork Manuel; Štefanák Petr
Original assignee: Man Energy Solutions Se
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2021-02-26
Also published as: CH716533B1; DE102019122643A1; JP2021032250A; KR20210024419A; CN112412670A

Abstract

Abgasrückführ-Gebläse (8) einer Brennkraftmaschine, mit einem Gebläse-Gehäuse (13), mit einer Gebläse-Welle (11) und einem mit der Gebläse-Welle (11) verbundenem Gebläse-Laufrad (12), mit einem Antrieb (9) für die Gebläse-Welle (11) und das Gebläse-Laufrad (11), wobei der Antrieb (9) als Hydraulikmotor ausgebildet ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführ-Gebläse und eine Brennkraftmaschine.

[0002] Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. Bei solchen Brennkraftmaschinen ist es bekannt, Abgas, welches die Brennkraftmaschine verlässt, einem Abgaszweig der Brennkraftmaschinen zu entnehmen und über ein sogenanntes Abgasrückführ-Gebläse der Abgasrückführung, welches auch alsEGR-Blower bezeichnet wird, in Richtung auf einen Ladelufttrakt der Brennkraftmaschine zu führen und dann das Abgasmit der den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluft zu mischen.

[0003] Abgasrückführ-Gebläse bzw. EGR-Blower sind typischerweise als Turboverdichter ausgeführt, die das Abgas aufeinen definierten Druck verdichten. Ein Abgasrückführ-Gebläse einer Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine umfasst einen Stator, der ein Gebläse-Gehäuse aufweist, und einen Rotor, der eine Gebläse-Welle und ein Gebläse-Laufradaufweist. Dabei übernimmt typischerweise ein Elektromotor das Antreiben der Gebläse-Welle und über die Gebläse-Welledas Antreiben des Gebläse-Laufrads des Abgasrückführ-Gebläses.

[0004] Das Antreiben der Gebläse-Welle mithilfe eines Elektromotors erfordert einen hochfrequenten Elektromotor sowieeinen Frequenzumrichter zur Ansteuerung des Elektromotors. Ein Frequenzumrichter ist in einem separaten Schaltschrank untergebracht, wobei der Frequenzumrichter bei hohen Umgebungstemperaturen gekühlt werden muss. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher Platzbedarf und Kühlungsbedarf. Falls eine zulässige Grenztemperatur für den Frequenzumrichter überschritten wird, muss die Leistung des Elektromotors und damit des Abgasrückführ-Gebläses reduziert werden.

[0005] Gegebenenfalls ist es zusätzlich erforderlich, über aufwendige Maßnahmen eine EMV-Abschirmung bereitzustellen. All dies macht die Verwendung eines Elektromotors für das Antreiben der Gebläse-Welle eines Abgasrückführ-Gebläses problematisch.

[0006] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasrückführ-Gebläseund eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasrückführ-Gebläse zu schaffen.

[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Abgasrückführ-Gebläse nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Antriebals Hydraulikmotor ausgebildet. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, als Antrieb für die Gebläse-Welle und damit fürdas Gebläse-Laufrad eines Abgasrückführ-Gebläses einen Hydraulikmotor, der auch als Hydromotor bezeichnet wird,zu verwenden. Hiermit lassen sich gegenüber Elektromotoren eine Vielzahl von Vorteilen realisieren. So sind kein Frequenzumrichter, keine Kühlung für den Frequenzumrichter sowie keine EMV-Abschirmung erforderlich. Durch die Verwendung eines Hydraulikmotors bzw. Hydromotors als Antrieb für die Gebläse-Welle eines Abgasrückführ-Gebläses kann einekompaktere, robustere und einfachere Bauform eines Abgasrückführ-Gebläses bereitgestellt werden. Ferner können dasLastverhalten, das Beschleunigungsverhalten sowie die Effektivität gesteigert werden.

[0008] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Hydraulikmotor über eine Stirnradstufe an die Gebläse-Welle mittelbar gekoppelt. Alternativ ist der Hydraulikmotor unmittelbar an die Gebläse-Welle gekoppelt. Die Kopplung des Hydraulikmotors über eine Stirnradstufe an die Gebläse-Welle ist insbesondere bei hochtourigen und damit bei mit relativ hohenDrehzahlen rotierenden Abgasrückführ-Gebläsen bevorzugt. Bei niedertourigen bzw. mit einer relativ niedrigen Drehzahldrehenden Abgasrückführ-Gebläsen ist es von Vorteil, den Hydraulikmotor unmittelbar an die Gebläse-Welle zu koppeln.

[0009] Dann, wenn der Hydraulikmotor über eine Stirnradstufe an die Gebläse-Welle mittelbar gekoppelt ist, ist es vonbesonderem Vorteil, wenn ineinander kämmende Zahnräder der Stirnradstufe schrägverzahnt sind. In diesem Fall können dann ein Teil der Axialkräfte bereits von einer Lagerung des Hydraulikmotors aufgenommen werden, sodass dann im Bereich der Gebläse-Welle ein einziges Axiallager ausreichend ist, welches besonders bevorzugt zur Erhöhung derKompaktheit mit einem Radiallager der Gebläse-Welle als kombiniertes Axial-Radial-Lager ausgeführt sein kann.

[0010] Die Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführ-Gebläse ist in Anspruch 7 definiert.

[0011] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung und einem Abgasrückführ-Ge

bläse;

Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines Abgasrückführ-Gebläses;

Fig. 3 eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines Abgasrückführ-Gebläses; und

Fig. 4 eine dritte erfindungsgemäße Ausführung eines Abgasrückführ-Gebläses.

[0012] Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführ-Gebläse einer Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine.

[0013] Ein derartiges Abgasrückführ-Gebläse dient der Förderung sowie der Verdichtung von Abgas, welches aus einemAbgastrakt einer Brennkraftmaschine entnommen und mithilfe des Abgasrückführ-Gebläses in Richtung auf einen Lade

lufttrakt der Brennkraftmaschine gefördert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung.

[0014] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 entsteht Abgas, welches die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 verlässt und in Richtung auf eine Turbine 4 eines Abgasturboladers 3 der Brennkraftmaschine 1 geführt wird. Das die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 verlassende Abgas, welches über die Turbine 4 des Abgasturboladers 3 geführt wird, wird in der Turbine 4 entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie genutzt wird, um den Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 zuzuführende Ladeluft im Verdichter 5 des Abgasturboladers 3 zu verdichten.

[0015] Die Brennkraftmaschine 1 der Fig. 1 verfügt über eine Abgasrückführung 6. Die Abgasrückführung 6 umfasst einen Abgasrückführ-Kühler 7 sowie ein Abgasrückführ-Gebläse 8. Der Abgasrückführ-Kühler 7 dient der Kühlung von Abgas,welches in Fig. 1 stromaufwärts der Turbine 4 bei hohem Druck einem zur Turbine 4 zu führenden Abgastrakt entnommen wird. Das Abgasrückführ-Gebläse 8 dient der Förderung des über den Abgasrückführ-Kühler 7 geführten Abgases inRichtung auf den Ladelufttrakt der Brennkraftmaschine, um dieses Abgas der Abgasrückführung mit der verdichteten Ladeluft stromabwärts des Verdichters 5 zu vermischen.

[0016] Bei der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich insbesondere um eine Brennkraftmaschine, in der Schweröl oder Gas verbrannt wird, so zum Beispiel um eine Schiffsbrennkraftmaschine.

[0017] Eine derartige Brennkraftmaschine verfügt im Bereich jedes Zylinders 2 über nicht gezeigte Gaswechselventile sowie Kraftstoffventile, um für die Verbrennung von Kraftstoff in den Zylindern 2 den Zylindern Kraftstoff sowie Ladeluft zuzuführen und ferner Abgas von den Zylindern 2 abzuführen.

[0018] Das Abgasrückführ-Gebläse 8 umfasst erfindungsgemäß als Abtrieb einen Hydraulikmotor 9. Der Hydraulikmotor

9 dient dem Antreiben einer in Fig. 1 im Detail nicht gezeigten Gebläse-Welle eines Rotors des Abgasrückführ-Gebläses 8,wobei die Gebläse-Welle ein Gebläse-Laufrad trägt, welches über die Gebläse-Welle angetrieben wird. Details des Abgasrückführ-Gebläses 8 werden weiter unten unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 2 bis 4 beschrieben.

[0019] Der Hydraulikmotor 9 des Abgasrückführ-Gebläses 8 wird auch als Hydromotor bezeichnet, wobei ein solcher Hydraulikmotor hydraulische Energie in mechanische Arbeit umwandelt. Zur Versorgung des Hydraulikmotors 9 mit hydraulischer Energie ist derselbe an ein Hydrauliksystem 10 der Brennkraftmaschine gekoppelt, wobei dieses Hydrauliksystem

10 insbesondere bei 2-Takt Brennkraftmaschinen auch der hydraulischen Betätigung der Gaswechselventile und/oder derKraftstoffventile der Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 dient. Der Hydraulikmotor 9 kann demnach auf einfache Art und Weise an ein bestehendes Hydrauliksystem 10 einer Brennkraftmaschine 1 angebunden werden, um den Hydraulikmotor 9 über das Hydrauliksystem 10 mit hydraulischer Energie zu versorgen.

[0020] Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgasrückführ-Gebläses 8 zusammen mit einem Hydraulikmotor9, wobei der Hydraulikmotor 9 dem Antreiben einer Gebläse-Welle 11 eines Rotors des Abgasrückführ-Gebläses 8 dient,wobei auf dieser Gebläse-Welle 11 ein Gebläse-Laufrad 12 angeordnet ist, welches der Verdichtung des über die Abgasrückführung 6 geführten Abgases dient. Gebläse-Welle 11 und Gebläse-Laufrad 12 sind demnach Bestandteil des Rotorsdes Abgasrückführ-Gebläses 8, wobei dasselbe neben dem Rotor auch einen Stator umfasst, der ein Gebläse-Gehäuse13 aufweist.

[0021] Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Hydraulikmotor 9 über eine Stirnradstufe 14, die eine Übersetzung bereitstellt, an die Gebläse-Welle 11 mittelbar gekoppelt. Dabei sind in Fig. 2 ineinander kämmende Zahnräder 15,16 der Stirnradstufe 14 geradverzahnt. Das Zahnrad 15 sitzt auf der Gebläse-Welle 11 und das Zahnrad 16 sitzt einerWelle 19 des Antriebs bzw. Hydraulikmotors 9. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit geradverzahnten, ineinander eingreifenden Zahnrädern 15, 16 der Stirnradstufe 14 ist die Gebläse-Welle 11 im Gebläse-Gehäuse 13 vorzugsweiseüber zwei Axiallager und ein Radiallager gelagert ist. Dabei ist für jede Kraftrichtung, also sowohl für eine Schubrichtung als auch für eine Gegenschubrichtung, ein Axiallager vorhanden, die in Fig. 2 von einem kombinierten, doppelt wirkenden Axiallager 17 bereitgestellt sind. Unter Bereitstellung einer sogenannten fliegenden Lagerung für die Gebläse-Welle

11 ist ein einziges Radiallager 18 ausreichend. Es können jedoch auch zwei Radiallagervorhanden sein. Aus Bauraumgründen sind beiden Axiallager durch ein gemeinsames, doppelt wirkendes Axiallager 17 bereitgestellt. Es können auch zwei getrennte Axiallager zum Einsatz kommen. Bei den Axiallagern und Radiallager handelt es sich vorzugsweise um hydraulische Lager.

[0022] Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2, bei welchem die ineinander kämmenden Zahnräder 15, 16 der Stirnradstufe 14 schrägverzahnt sind. Dabei können dann bereits Axialkräfte in Gegenschubrichtung vom Hydraulikmotor 9 aufgenommen werden. In diesem Fall ist es dann ausreichend, im Bereich der Gebläse-Welle 11 eineinziges Axiallager sowie ein einziges Radiallager vorzusehen, die dann vorzugsweise zur Bereitstellung einer besonders kompakten Bauform als kombiniertes Axial-Radial-Lager 20 ausgeführt sind. Es ist jedoch auch möglich, Axiallager undRadiallager als unabhängige Baugruppen auszuführen. Bevorzugt kommen wiederum hydraulische Lager zum Einsatz. In Fig. 3 ist zusätzlich zum kombinierten Axial-Radial-Lager 20 ein weiteres Radiallager 21 für die Gebläse-Welle 11 gezeigt.

[0023] Die Lagerung der Gebläse-Welle 11 sowie einer Welle 19 des Hydraulikmotors 9 erfolgt vorzugsweise gemeinsamim Gebläse-Gehäuse 13, welches als Lagergehäuse fungiert. Dies ist bevorzugt, um einerseits eine kompakte Bauformbereitzustellen.

Claims

[0024] Fig. 4 zeigt eine Ausführung eines Abgasrückführ-Gebläses 8, bei welchem der Hydraulikmotor 9 unmittelbar andie Gebläse-Welle 11 gekoppelt ist. Während die Ausführungen der Fig. 2 und 3 insbesondere bei hochtourigen bzw.schnelldrehenden Abgasrückführ-Gebläsen geeignet sind, ist die Ausführungsform der Fig. 4 bei niedertourigen bzw.relativ langsam drehenden Abgasrückführ-Gebläsen 8 geeignet. [0025] Die Lagerung der Gebläse- Welle 11, an welche der Hydraulikmotor 9 dann unmittelbar gekoppelt ist, erfolgt dannüber Axiallager 22, 23 und Radiallager 24, 25, und zwar vorzugsweise in hydraulischer Ausführung. Die Lager können als kombinierte Radial- und Axiallager ausgeführt sein. [0026] Wie bereits ausgeführt, findet das erfindungsgemäße Abgasrückführ-Gebläse 8 vorzugsweise an einer Brennkraftmaschine Verwendung, die mit Schweröl oder Gas betrieben wird, wie bei einer 2-Takt Großbrennkraftmaschine, insbesondere einer 2-Takt Schiffsbrennkraftmaschine. Bezugszeichenliste [0027] 1 Brennkraftmaschine 2 Zylinder 3 Abgasturbolader 4 Turbine 5 Verdichter 6 Abgasrückführung 7 Abgasrückführ-Kühler 8 Abgasrückführ-Gebläse 9 Antrieb/Hydraulikmotor 10 Hydrauliksystem 11 Gebläse-Welle 12 Gebläse-Laufrad 13 Gebläse-Gehäuse 14 Stirnradstufe 15 Zahnrad 16 Zahnrad 17 Axiallager 18 Radiallager 19 Welle 20 Axial-Radial-Lager 21 Radiallager 22 Axiallager 23 Axiallager 24 Radiallager 25 Radiallager Patentansprüche

1. Abgasrückführ-Gebläse (8) einer Brennkraftmaschine,

mit einem Gebläse-Gehäuse (13),

mit einer Gebläse-Welle (11) und einem mit der Gebläse-Welle (11) verbundenem Gebläse-Laufrad (12),

mit einem Antrieb (9) für die Gebläse-Welle (11) und das Gebläse-Laufrad (12),dadurch gekennzeichnet, dass

der Antrieb (9) als Hydraulikmotor ausgebildet ist.

2. Abgasrückführ-Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläse-Welle (11) in dem GebläseGehäuse (13) gelagert ist, nämlich über mindestens ein vorzugsweise hydraulisches Axiallager und mindestens ein vorzugsweise hydraulisches Radiallager.

3. Abgasrückführ-Gebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor (9) über einStirnradstufe (14) an die Gebläse-Welle (11) mittelbar gekoppelt ist.

4. Abgasrückführ-Gebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ineinander kämmende Zahnräder (15, 16)der Stirnradstufe (14) geradverzahnt sind, und dass die Gebläse-Welle (11) in dem Gebläse-Gehäuse (13) ein doppeltwirkendes Axiallager (17) und mindestens ein Radiallager (18) gelagert ist.

5. Abgasrückführ-Gebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ineinander kämmende Zahnräder (15, 16)der Stirnradstufe (15) schrägverzahnt ist, und dass die Gebläse-Welle (11) in dem Gebläse-Gehäuse (13) zumindestüber ein kombiniertes Axial-Radial-Lager (20) gelagert ist.

6. Abgasrückführ-Gebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor (9) unmittelbaran die Gebläse-Welle (11) gekoppelt ist.

7. Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit Schweröl oder Gas betriebene Großbrennkraftmaschine wie eine Schiffbrennkraftmaschine,

mit mehreren Zylindern (2), wobei Gaswechselventile und/oder Kraftstoffventile von einem Hydrauliksystem (10) der Brennkraftmaschine aus ansteuerbar sind,

mit einem eine Turbine (4) und einen Verdichter (5) aufweisenden Abgasturbolader (3), wobei in der Turbine (4) die Zylinder (2) verlassendes Abgas entspannbar und hierbei gewonnene Energie im Verdichter(5) zur Verdichtung von den Zylindern (2) zuzuführender Ladeluft nutzbar ist,

mit einer ein Abgasrückführ-Gebläse (8) aufweisenden Abgasrückführung (6),

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abgasrückführ-Gebläse (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist, wobei der Hydraulikmotor (9) andas Hydrauliksystem (10) der Brennkraftmaschine gekoppelt ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine mit Schweröl oder Gas betriebene 2-Takt Großbrennkraftmaschine ist.