DE102005012756A1 - Internal combustion engine has low pressure loading device which is so formed that it is decoupled from engine by separating module whereby low pressure loading device is supported at separate framework or frame - Google Patents

Internal combustion engine has low pressure loading device which is so formed that it is decoupled from engine by separating module whereby low pressure loading device is supported at separate framework or frame Download PDF

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Abstract

An internal combustion engine (10) has a low pressure loading device (13) which is formed in such a manner that it is decoupled from an engine (11) by a separating module. The low pressure loading device is supported at the separate framework or frame. The high pressure loading device (12) is supported together with the engine at the same framework or frame.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of the claim 1.

Zur Steigerung des Wirkungsgrads und der Leistung von Brennkraftmaschinen ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Brennkraftmaschinen mit einer Abgasturboaufladung auszurüsten. Bei einer Abgasturboaufladung wird aus einem Motor abgeleitetes Abgas in einer Turbine entspannt, wobei die Turbine einen Verdichter antreibt, in welchem dem Motor zuzuführende Verbrennungsluft verdichtet wird. Zwischen den Verdichter und den Motor ist ein Ladeluftkühler geschaltet, um die verdichtete Verbrennungsluft auf eine definierte Temperatur abzukühlen. Über eine derartige Abgasturboaufladung kann der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel einen Dieselmotor oder einen Gasmotor umfassen, gesteigert werden.to Increase the efficiency and performance of internal combustion engines It is already known from the prior art, internal combustion engines equipped with an exhaust turbocharger. In an exhaust turbocharger is derived from an engine-derived exhaust gas in a turbine, wherein the turbine drives a compressor in which the engine supplied Combustion air is compressed. Between the compressor and the Engine is a charge air cooler switched to the compressed combustion air to a defined Temperature to cool. Over a Such Abgasturboaufladung can the efficiency of internal combustion engines, the For example, a diesel engine or a gas engine, increased become.

Die oben beschriebene, einstufige Abgasturboaufladung mithilfe einer Turbine sowie eines Verdichters stößt hinsichtlich des realisierbaren Ladedrucks sowie des realisierbaren Wirkungsgrads an ihre wirtschaftlich darstellbaren Grenzen, so dass zu einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads und der Leistung von Brennkraftmaschinen mehrstufige, insbesondere zweistufige, Abgasturboaufladungen durchgeführt werden. Bei einer zweistufigen Abgasturboaufladung ist dem Motor der Brennkraftmaschine eine Hochdruckladeeinrichtung sowie eine Niederdruckladeeinrichtung zugeordnet. Die Hochdruckladeeinrichtung umfasst eine Hochdruckturbine, in welcher ein den Motor verlassender Abgasstrom entspannt wird. Die Hochdruckturbine treibt einen Hochdruckverdichter an, der einen dem Motor zuzuführenden Verbrennungsluftstrom verdichtet. Zwischen den Hochdruckverdichter und den Motor ist wiederum ein Ladeluftkühler geschaltet. Die Niederdruckladeeinrichtung verfügt über eine Niederdruckturbine, in welcher der die Hochdruckturbine verlassende Abgasstrom nachentspannt wird.The described above, single-stage turbocharger using a Turbine as well as a compressor encounters in terms of realizable Boost pressure as well as the realizable efficiency to their economic representable boundaries, allowing to further improve the Efficiency and performance of internal combustion engines multi-stage, in particular two-stage, turbocharged turbochargers are carried out. In a two-stage Exhaust Turbo Charging is the engine of the internal combustion engine, a high-pressure charging device and associated with a low pressure charging device. The high pressure charging device includes a high-pressure turbine, in which a leaving the engine Exhaust gas flow is relaxed. The high pressure turbine drives a high pressure compressor on, one to be supplied to the engine Combustion air flow compressed. Between the high pressure compressor and the engine is in turn connected to a charge air cooler. The low pressure charging device has one Low-pressure turbine, in which the leaving the high-pressure turbine Exhaust gas stream is relieved.

Die Niederdruckturbine treibt einen Niederdruckverdichter an, in welcher der dem Motor über den Hochdruckverdichter zuzuführende Verbrennungsluftstrom vorverdichtet wird. Zwischen den Niederdruckverdichter und den Hochdruckverdichter ist dabei üblicherweise ein weiterer Ladeluftkühler geschaltet.The Low-pressure turbine drives a low-pressure compressor, in which the engine over the High-pressure compressor to be supplied Combustion air flow is pre-compressed. Between the low pressure compressor and the high-pressure compressor is usually connected another intercooler.

Bei einer Brennkraftmaschine mit einer zweistufigen Abgasturboaufladung sind demnach dem Motor der Brennkraftmaschine zwei Ladeeinrichtungen, nämlich eine Hochdruckladeeinrichtung und eine Niederdruckladedruckeinrichtung, zugeordnet, die nach dem Stand der Technik beide am Motor angebaut werden müssen. Liegt ein Motor in V-Bauweise vor, der je Zylinderreihe über eine separate Abgasturboaufladung verfügt, so würde sich bei einer zweistufigen Abgasturboaufladung die Anzahl der am Motor zu befestigenden Ladeeinrichtungen auf vier erhöhen, nämlich auf je Zylinderreihe jeweils eine Hochdruckladeeinrichtung und eine Niederdruckladeeinrichtung.at an internal combustion engine with a two-stage turbocharger Accordingly, the engine of the internal combustion engine are two charging devices, namely a high-pressure charging device and a low-pressure charging device, associated with the prior art both mounted on the engine Need to become. If an engine in V-construction, which per cylinder row on a separate turbocharging has, so would be in a two-stage Turbocharging the number of charging devices to be attached to the engine increase to four, namely on each cylinder row each have a high-pressure charging device and a Low-pressure charger.

Erhöht sich die Anzahl der am Motor zu befestigenden bzw. zu lagernden Ladeeinrichtungen, so kann dies infolge des nicht unerheblichen Platzbedarfes der Ladeeinrichtungen zu Problemen bei der Installation derselben führen. Weiterhin kann die Festigkeit und das Schwingungsverhalten der Brennkraftmaschine negativ beeinträchtigt werden.Increases the number of charging devices to be mounted or stored on the motor, see above This may be due to the considerable space requirements of the charging devices lead to problems with the installation of the same. Furthermore, the strength and the vibration behavior of the internal combustion engine are adversely affected.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem is based to create a novel internal combustion engine.

Dieses Problem wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Niederdruckladeeinrichtung als separates Modul ausgebildet und vom Motor derart entkoppelt, dass die Niederdruckladeeinrichtung an einem separaten Rahmen bzw. Gestell gelagert ist.This Problem is solved by an internal combustion engine according to claim 1. According to the invention Low-pressure charging device designed as a separate module and from Motor decoupled such that the low pressure charging device to a separate frame or frame is stored.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer Brennkraftmaschine mit einer mindestens zweistufigen Abgasturboaufladung die Niederdruckladeeinrichtung als separates Modul auszubilden und vom Motor derart zu entkoppeln, dass die Niederdruckladeeinrichtung an einem separaten Tragrahmen bzw. Traggestell gelagert ist. Auf diese Art und Weise wird die Festigkeit und das Schwingungsverhalten der Brennkraftmaschine gegenüber einer einstufig aufgeladenen Brennkraftmaschine nicht verändert. Platzprobleme bei der Installation bzw. Montage der Niederdruckladeeinrichtung werden vermieden. Da die Niederdruckladeeinrichtung als separates Modul ausgebildet ist, können bestehende Brennkraftmaschinen mit einstufiger Abgasturboaufladung einfach nachgerüstet werden, ohne dass am Motor oder an der Hochdruckladeeinrichtung konstruktive Änderungen erforderlich wären.in the For the purposes of the present invention, it is proposed in a Internal combustion engine with at least two-stage turbocharging form the low pressure charging device as a separate module and decouple from the engine so that the low pressure charging device is mounted on a separate support frame or support frame. On This way is the strength and vibration behavior the engine opposite a single-stage supercharged internal combustion engine not changed. space problems during installation or assembly of the low-pressure charging device avoided. Because the low pressure charging device as a separate module is trained, can existing internal combustion engines with single-stage turbocharging simply retrofitted without being on the engine or on the high-pressure charging device constructive changes would be required.

Vorzugsweise ist die Hochdruckladeeinrichtung zusammen mit dem Motor an einem gemeinsamen Rahmen bzw. Gestell gelagert, wobei die Hochdruckladeeinrichtung und der Motor insbesondere als ein Modul ausgebildet sind.Preferably is the high pressure charging device together with the engine on one stored common frame or frame, wherein the high-pressure loading device and the motor are in particular designed as a module.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. An embodiment of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawing. there shows:

1: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. 1 : a block diagram of an internal combustion engine according to the invention.

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 in größerem Detail beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG 1 described in more detail.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 10 mit einem Motor 11 und einer zweistufigen Abgasturboaufladung aus einer Hochdruckladeeinrichtung 12 und einer Niederdruckladeeinrichtung 13. 1 shows a block diagram of an internal combustion engine according to the invention 10 with a motor 11 and a two-stage exhaust gas turbocharging from a high pressure charging device 12 and a low pressure charging device 13 ,

Die Hochdruckladeeinrichtung 12 umfasst eine Hochdruckturbine 14, einen Hochdruckverdichter 15 sowie einen Ladeluftkühler 16. Die Niederdruckladeeinrichtung 13 umfasst eine Niederdruckturbine 17, einen Niederdruckverdichter 18 sowie einen Ladeluftkühler 19. Der Ladeluftkühler 16 der Hochdruckladeeinrichtung 12 ist zwischen den Motor 11 und den Hochdruckverdichter 15 geschaltet. Der Ladeluftkühler 19 der Niederdruckladeeinrichtung 13 ist zwischen den Hochdruckverdichter 15 und den Niederdruckverdichter 18 geschaltet.The high pressure charging device 12 includes a high pressure turbine 14 , a high pressure compressor 15 and a charge air cooler 16 , The low pressure charging device 13 includes a low-pressure turbine 17 , a low-pressure compressor 18 and a charge air cooler 19 , The intercooler 16 the high-pressure charging device 12 is between the engine 11 and the high pressure compressor 15 connected. The intercooler 19 the low pressure charging device 13 is between the high pressure compressor 15 and the low pressure compressor 18 connected.

Bei der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 10 wird ein den Motor 11 verlassender Abgasstrom 20 der Hochdruckturbine 14 zugeführt und in der Hochdruckturbine 14 entspannt, wobei ein die Hochdruckturbine 14 verlassender Abgasstrom 21 zu einer Nachentspannung desselben der Niederdruckturbine 17 zugeführt wird. Die Niederdruckturbine 17 verlässt dann ein zweistufig entspannter Abgasstrom 22. Die Niederdruckturbine 17 treibt den Niederdruckverdichter 18 an, die Hochdruckturbine 14 treibt den Hochdruckverdichter 15 an. Zur zweistufigen Aufladung des dem Motor 11 zuzuführenden Verbrennungsluftstroms wird dem Niederdruckverdichter ein Luftstrom 23 zugeführt, der im Niederdruckverdichter 18 vorverdichtet wird. Der vorverdichtete, den Niederdruckverdichter 18 verlassende Verbrennungsluftstrom 24 wird über den Ladeluftkühler 19 geleitet und sodann dem Hochdruckverdichter 15 zugeführt, in welchem der vorverdichtete Verbrennungsluftstrom 24 auf den gewünschten Ladedruck verdichtet wird. Ausgehend vom Hochdruckverdichter 15 wird der entsprechend verdichtete Verbrennungsluftstrom 25 über den Ladeluftkühler 16 dem Motor 11 zugeführt.At the in 1 illustrated internal combustion engine 10 becomes the engine 11 leaving exhaust stream 20 the high-pressure turbine 14 fed and in the high pressure turbine 14 relaxed, being a high-pressure turbine 14 leaving exhaust stream 21 to a Nachentspannung same the low-pressure turbine 17 is supplied. The low pressure turbine 17 then leaves a two-stage relaxed exhaust flow 22 , The low pressure turbine 17 drives the low pressure compressor 18 on, the high-pressure turbine 14 drives the high pressure compressor 15 at. To two-stage charging of the engine 11 to be supplied combustion air flow to the low-pressure compressor, an air flow 23 fed in the low pressure compressor 18 is pre-compressed. The pre-compressed, the low-pressure compressor 18 leaving combustion air flow 24 gets over the intercooler 19 passed and then the high pressure compressor 15 fed, in which the pre-compressed combustion air flow 24 is compressed to the desired boost pressure. Starting from the high pressure compressor 15 is the correspondingly compressed combustion air flow 25 over the intercooler 16 the engine 11 fed.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, die Niederdruckladeeinrichtung 13 als separates Modul auszuführen und vom Motor 11 derart zu entkoppeln, dass die Niederdruckladeeinrichtung 13 an einem separaten Tragrahmen bzw. Traggestell gelagert ist.For the purposes of the present invention, it is now proposed that the low-pressure charging device 13 as a separate module and from the engine 11 decouple such that the low pressure charging device 13 is mounted on a separate support frame or support frame.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Hochdruckladeeinrichtung 12 und der Motor 11 als gemeinsames Modul ausgeführt und an einem gemeinsamen Tragrahmen bzw. Traggestell gelagert. Die Niederdruckladeeinrichtung 13 ist vom Motor 11 und damit von der Hochdruckladeeinrichtung 12 entkoppelt und an dem separaten Tragrahmen bzw. Traggestell gelagert. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Festigkeit sowie das Schwingungsverhalten des Moduls aus Motor 11 und Hochdruckladeeinrichtung 12 durch die Niederdruckladeeinrichtung 13 nicht verändert wird. Des Weiteren kann eine bestehende Brennkraftmaschine aus einem Motor und einer Hochdruckladeeinrichtung ohne konstruktive Änderungen am Motor 11 und der Hochdruckladeeinrichtung 12 durch eine Niederdruckladeeinrichtung ergänzt bzw. erweitert werden.In the preferred embodiment, the high pressure charging device 12 and the engine 11 executed as a common module and stored on a common support frame or support frame. The low pressure charging device 13 is from the engine 11 and thus from the high-pressure charging device 12 uncoupled and stored on the separate support frame or support frame. This ensures that the strength and vibration behavior of the engine module 11 and high pressure charging device 12 through the low pressure charging device 13 not changed. Furthermore, an existing engine of a motor and a high pressure charging device without constructive changes to the engine 11 and the high-pressure charging device 12 be supplemented or extended by a low pressure loading device.

Die Niederdruckladeeinrichtung 13 ist mit der Hochdruckladeeinrichtung 12 über flexible Anschlussleitungen verbunden. Hierzu ist die Niederdruckturbine 17 mit der Hochdruckturbine 14 und der Niederdruckverdichter 18 mit dem Hochdruckverdichter 15 über jeweils eine flexible Anschlussleitung verbunden. Der Abstand zwischen der Hochdruckladeeinrichtung 12 und der Niederdruckladeeinrichtung 13 kann beliebig gewählt werden, bevorzugt sind jedoch kurze Wege und damit ein kurzer Abstand zwischen der Hochdruckladeeinrichtung 12 und der Niederdruckladeeinrichtung 13.The low pressure charging device 13 is with the high pressure charging device 12 connected via flexible connecting cables. This is the low-pressure turbine 17 with the high-pressure turbine 14 and the low pressure compressor 18 with the high pressure compressor 15 connected via a flexible connecting cable. The distance between the high-pressure charging device 12 and the low pressure charging device 13 can be chosen arbitrarily, but are preferred short distances and thus a short distance between the high-pressure charging device 12 and the low pressure charging device 13 ,

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 10 ist vorzugsweise als stationäre Brennkraftmaschine ausgeführt. Es kann sich bei der Brennkraftmaschine 10 jedoch auch um einen Schiffsantrieb oder sonstigen Fahrzeugantrieb handeln.The internal combustion engine according to the invention 10 is preferably designed as a stationary internal combustion engine. It can be with the internal combustion engine 10 but also to act a ship propulsion or other vehicle drive.

1010
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
1111
Motorengine
1212
HochdruckladeeinrichtungHigh-pressure charger
1313
NiederdruckladeeinrichtungLow-pressure charger
1414
HochdruckturbineHigh-pressure turbine
1515
HochdruckverdichterHigh-pressure compressors
1616
LadeluftkühlerIntercooler
1717
NiederdruckturbineLow-pressure turbine
1818
NiederdruckverdichterLow-pressure compressor
1919
LadeluftkühlerIntercooler
2020
Abgasstromexhaust gas flow
2121
Abgasstromexhaust gas flow
2222
Abgasstromexhaust gas flow
2323
LadeluftstromCharge air flow
2424
LadeluftstromCharge air flow
2525
LadeluftstromCharge air flow

Claims (4)

Brennkraftmaschine, mit einem Motor (11) und einer mindestens zweistufigen Abgasturboaufladung aus einer Hochdruckladeeinrichtung (12) und einer Niederdruckladeeinrichtung (13), wobei die Hochdruckladeeinrichtung (13) eine Hochdruckturbine (14) zur Entspannung eines den Motor (11) verlassenden Abgasstroms, einen Hochdruckverdichter (15) zur Verdichtung eines dem Motor (11) zuzuführenden Verbrennungsluftstroms und einen zwischen den Hochdruckverdichter (15) und den Motor (11) geschalteten Ladeluftkühler (16) aufweist, und wobei die Niederdruckladeeinrichtung (13) eine Niederdruckturbine (17) zur Nachentspannung des die Hochdruckturbine (14) verlassenden Abgasstroms, einen Niederdruckverdichter (18) zur Vorverdichtung des dem Hochdruckverdichter (15) zuzuführenden Verbrennungsluftstroms und insbesondere einen zwischen den Niederdruckverdichter (18) und den Hochdruckverdichter (15) geschalteten Ladeluftkühler (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckladeeinrichtung (13) als separates Modul ausgebildet und vom Motor (11) derart entkoppelt ist, dass die Niederdruckladeeinrichtung (13) an einem separaten Rahmen bzw. Gestell gelagert ist.Internal combustion engine, with a motor ( 11 ) and an at least two-stage exhaust gas turbocharging from a high pressure charging device ( 12 ) and one Low pressure charging device ( 13 ), wherein the high-pressure charging device ( 13 ) a high-pressure turbine ( 14 ) to relax a motor ( 11 ) leaving the exhaust stream, a high pressure compressor ( 15 ) for compression of the engine ( 11 ) to be supplied combustion air flow and one between the high-pressure compressor ( 15 ) and the engine ( 11 ) intercooler ( 16 ), and wherein the low-pressure charging device ( 13 ) a low-pressure turbine ( 17 ) for the secondary relaxation of the high-pressure turbine ( 14 ) leaving exhaust stream, a low pressure compressor ( 18 ) for pre-compression of the high pressure compressor ( 15 ) to be supplied combustion air flow and in particular a between the low-pressure compressor ( 18 ) and the high pressure compressor ( 15 ) intercooler ( 19 ), characterized in that the low pressure charging device ( 13 ) formed as a separate module and the engine ( 11 ) is decoupled such that the low-pressure charging device ( 13 ) is mounted on a separate frame or frame. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckladeeinrichtung (12) zusammen mit dem Motor (11) an einem gemeinsamen Rahmen bzw. Gestell gelagert ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the high pressure charging device ( 12 ) together with the engine ( 11 ) is mounted on a common frame or frame. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckladeeinrichtung (12) und der Motor (11) als ein Modul ausgebildet sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the high-pressure charging device ( 12 ) and the engine ( 11 ) are formed as a module. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckladeeinrichtung (13) mit der Hochdruckladeeinrichtung (12), nämlich die Hochdruckturbine (14) mit der Niederdruckturbine (17) und der Niederdruckverdichter (18) mit dem Hochdruckverdichter (15), über flexible Anschlussleitungen verbunden ist.Internal combustion engine according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the low pressure charging device ( 13 ) with the high-pressure charging device ( 12 ), namely the high-pressure turbine ( 14 ) with the low-pressure turbine ( 17 ) and the low-pressure compressor ( 18 ) with the high pressure compressor ( 15 ), is connected via flexible connection lines.
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