DE102009015036A1 - Sockelmontiertes Turboladersystem für einen Motor mit innerer Verbrennung - Google Patents
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Abstract
Ein Turboladersystem für einen Verbrennungsmotor enthält einen Turbolader mit einem Versorgungssockel, der sich zwischen dem Turbolader und einer zum Motor gehörigen Anbaufläche erstreckt. Der Versorgungssockel enthält eine Anbaufläche zum Anbau der Turbolader- und Sockelbaueinheit am Motor sowie interne Öl- und Kühlmittelzufuhrkanäle zur Versorgung des Turboladers mit Kühlmittel und Schmieröl unter Druck.
Description
- QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
- Keine.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turboladersystem, das nicht nur einen Turbolader enthält, sondern auch einen Anbausockel, der mit internen Versorgungseinrichtungen für Betrieb und Positionierung des Turboladers konfiguriert ist.
- Verwandte Technik
- Seit etlichen Jahren sind Verbrennungsmotoren mit Turboladern ausgerüstet. Die früheren Turbolader wurden häufig hauptsächlich mit Luft sowie durch das durch die Lager des Turboladers fließende Öl gekühlt, bei späteren Turboladermodellen, vor allem größeren Turboladern und solchen für Hochleistungsmotoren, wird jedoch im Allgemeinen das vom Kühlsystem des Motors durch den Turbolader und zurück zum Hauptkühlsystem des Motors zirkulierende Kühlmittel genutzt. Selbstverständlich benötigen Turbolader auch eine Ölversorgung und Ablaufeinrichtungen, um die zum Turbolader gehörigen Lager zu schmieren. Eigentlich erübrigt es sich zu erwähnen, dass die Bereitstellung einer Kühlmittel- und einer Ölquelle, die beide unter Druck stehen, sowie das Ausleiten des Öls und des Kühlmittels aus dem Turbolader und die getrennte Rückführung dieser Flüssigkeiten zum Motor externe Installationsarbeiten in hohem Umfang erforderlich machen. Leider verursachen externe Fluidverbindungen mit den zugehörigen Rohr- und Schlauchleitungen Probleme, da Rohr- und Schlauchleitungen bekanntlich zu Leckbildung und Beschädigung neigen, die durch die in den Motorräumen herrschenden hohen Temperaturen beschleunigt werden können. Abgesehen von Haltbarkeitsproblemen erhöht die Notwendigkeit externer Installationen für Turbolader den Raumbedarf des Turboladers in einer bereits engen Umgebung des Motorraums. Das
U.S.-Patent 6,125,799 offenbart eine Turbolader-Anbauanordnung, bei der eine platzraubende Mischung aus internen und externen Versorgungsinstallationen zum Anbau eines Doppel-Turboladers an den äußersten Enden eines Motors vorgesehen ist. - An Motoren angebaute Turbolader nehmen typischerweise aus einem anderen Grund ziemlich viel Raum ein. Da bekannte Anbauanordnungen nicht die Möglichkeit bieten, den Turbolader nahe am Motorblock anzubauen, müssen Turbolader einen Abstand zum Motor haben, um das Einführen und Entfernen der Befestigungselemente des Turboladers zu ermöglichen. Außerdem erhöhen bekannte Turboladeranbausysteme wegen fehlender starrer Befestigung und den mit dem Anbau verbundenen Abmessungsproblemen den abgestrahlten Lärm.
- Es wäre wünschenswert, einen Turbolader bereitzustellen, der ein Anbausystem mit einem Sockel hat, in dem interne und integrierte Zufuhr- und Rückführungskanäle für Kühlmittel und Schmieröl vorgesehen sind.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Turboladersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock einen Turbolader und einen Versorgungssockel, der sich zwischen dem Turbolader und einem zum Zylinderblock gehörigen Befestigungspunkt erstreckt. Der Versorgungssockel enthält eine Anbaufläche für den Sockel und einen Ölzufuhrkanal, um Schmieröl unter Druck vom Zylinderblock zum Turbolader zu liefern. Ein Rückölkanal bringt das Schmieröl vom Turbolader zu einem im Motor eingebauten Schmiersystem. Ein Kühlmittelzufuhrkanal liefert Kühlmittel unter Druck zum Turbolader und ein Kühlmittel-Rücklaufkanal, der zumindest teilweise im Versorgungssockel ausgebildet ist, bringt das Kühlmittel vom Turbolader zu einem im Motor eingebauten Kühlsystem. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Kühlmittel-Rücklaufkanal als Kanal konfiguriert sein, der zumindest teilweise im Zylinderblock des Motors sowie im Versorgungssockel verläuft.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Kühlmittel-Rücklaufkanal vom Turbolader so konfiguriert sein, dass er das Kühlmittel zu einer Mischkammer bringt, in der das Kühlmittel vom Turbolader mit dem Kühlmittel gemischt wird, das aus mindestens einem Zylinderkopf kommt.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bringt ein Rückölkanal das Altöl vom Turbolader in eine Ölwanne, wobei verhindert wird, dass das Altöl mit beweglichen Teilen im Motor in Kontakt kommt.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein zum Zylinderblock gehöriger Befestigungspunkt für den Anbau des Turboladers eine allgemein ebene Anbaufläche, die an einem Abschnitt des Zylinderblocks vorgesehen ist, wobei die Anbaufläche des Versorgungssockels eine untere Passoberfläche hat, die mit der allgemein ebenen Anbaufläche zusammengepasst ist. Die Anbaufläche des Zylinderblocks ist mit Versorgungseinrichtungen für Schmieröl und Kühlmittel ausgeführt.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine allgemein ebene Anbaufläche eines Turboladers an einem Zylinderblock in einem talförmigen Zwischenraum vorgesehen sein, der durch die Zylinderreihen eines V-Motors gebildet wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Anbaufläche des Turboladersockels des Versorgungssockels eine Reihe Anbauansätze mit Bohrungen für Befestigungselemente auf, die bezogen auf eine waagrechte Ebene so unter einem spitzen Winkel verlaufen, dass die in die Bohrungen eingesetzten Befestigungselement nach innen in Gewindebohrungen in dem zum Zylinderblock gehörigen Befestigungspunkt eingreifen.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Rücköl- oder Altölkanal, der sich vom Turbolader aus durch den Versorgungssockel erstreckt, so ausgeführt, dass er die Beeinträchtigung der Motorschmierung durch schäumendes aus dem Turbolader fließendes Öl verhindert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kontakt des Altöls mit beweglichen Teilen im Motor unterbunden wird, wenn das Öl in die Ölwanne zurückfließt.
- Ein Vorteil des vorliegenden Turboladersystems besteht darin, dass der Turbolader und der Sockel an einem Ort zusammengebaut und als eine Einheit an einem zweiten Ort am Motor angebaut werden können, ohne dass externe Versorgungsverbindungen für Schmieröl und Wasserzufuhr- sowie Ablassleitungen erforderlich werden.
- Ein weiterer Vorteil eines Turboladersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass das Turboladersystem, das den Turbolader und den Versorgungssockel enthält, mit den Öl- und Kühlmittelversorgungsleitungen kompakt und ideal geeignet ist für den Einbau im talförmigen Zwischenraum eines Verbrennungsmotors mit V-förmiger Zylinderanordnung.
- Ein weiterer Vorteil eines Turboladersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die Geräuschsignatur des Turboladers aufgrund der durch den eng angebauten Versorgungssockels ermöglichten starren Befestigung, wie sie die vorliegende Erfindung angibt, verringert wird.
- Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die für einen Turbolader erforderlichen Schmieröl- und Kühlmittelzufuhr- und -ablasskanäle im Innern des vorliegenden Versorgungssockels verlaufen.
- Andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus dieser Beschreibung.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Motors mit einem Turboladersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. -
2 ist eine teilweise aufgeschnittene Stirnansicht eines Abschnitts eines Motors mit einem Turboladersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. -
3 ist eine Draufsicht eines Motorblocks, die eine Turboladersockel-Anbaufläche und Versorgungskanäle für Schmieröl und Kühlmittel gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt. -
4 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht im Aufriss eines Motors mit einem Turboladersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, in der der Verlauf verschiedener Versorgungskanäle für Öl und Wasser gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. -
5 ist teilweise aufgeschnittene perspektivische Seitenansicht eines Motors mit einem Turboladersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. -
6 ist perspektivische Ansicht eines Turbolader-Befestigungspunkts, der als Platte konfiguriert ist, die sich zum Verschrauben oder Verschweißen mit einem Motor-Zylinderblock eignet. -
7 ist ähnlich5 , zeigt aber Versorgungssockel und Turbolader als kombinierte Einheit. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN USFÜHRUNGSFORMEN
- Wie in
1 dargestellt ist, enthält ein Turboladersystem10 einen Turbolader14 und einen Versorgungssockel18 . Der Turbolader14 wird vorzugsweise an einem Versorgungssockel18 angebaut, bevor der Turbolader14 an einem Motor angebaut wird.1 zeigt außerdem einen Motor-Zylinderblock30 mit einem talförmigen Zwischenraum20 , in dem das Turboladersystem10 auf einem Befestigungspunkt, der als allgemein ebene Anbaufläche22 dargestellt ist, angeordnet wird. Der Versorgungssockel18 bietet eine starre tragende Halterung für den Turbolader14 . Dies trägt zur Verringerung unerwünschter Lärmemissionen vom Motor bei sowie zur Verringerung unerwünschter Schwingungen vom Turbolader. Für den Fachmann ist im Rahmen dieser Offenbarung ersichtlich, dass der hierin verwendete Begriff ”Befestigungspunkt” entweder einen strukturell starren Anbauort wie eine blockförmige Anbaufläche bezeichnet, der aus dem Grundmetall eines Zylinderblocks herausgearbeitet ist, oder eine getrennte Anbaufläche wie die in6 mit100 gekennzeichnete. Die Anbaufläche100 wird an einem Motor durch Verschrauben, Verschweißen oder einen anderen geeigneten Prozess angebracht. - Der Versorgungssockel
18 an seinem äußersten unteren Ende eine Anbaufläche48 . Die Anbaufläche48 enthält Anbauansätze50 mit Bohrungen52 für Befestigungselemente. Die Befestigungselementbohrungen52 verlaufen durch die Anbauansätze50 und bilden einen spitzen Winkel α mit einer waagrechten Ebene H (1 ). Die Befestigungselementbohrungen52 ermöglichen den Durchgang einer Reihe Gewindebefestigungselemente56 , die durch die Befestigungselementbohrungen52 hindurch in Gewindebohrungen28 in der allgemein ebenen Anbaufläche22 des Zylinderblocks30 eingreifen. Zwei der Gewindebohrungen28 sind in1 dargestellt.1 zeigt außerdem, dass die Anbauansätze50 unter einem Winkel angeordnet sind, so dass die Gewindebefestigungselemente oder Schrauben56 nach innen in Schraubenbohrungen28 in der Anbaufläche22 des Zylinderblocks30 eingreifen. Diese Geometrie ist auch in2 dargestellt. In dem Fall, in dem eine getrennte Anbaufläche verwendet wird, wie die bei100 in6 dargestellte, wird eine Reihe Befestigungselementbohrungen108 , auf die gleiche Weise wie die Bohrungen52 bereitgestellt. Die Anbaufläche100 enthält ebenfalls Fluidkanäle26' ,42' and46' , die die oben für26 ,42 bzw.46 beschriebenen Funktionen erfüllen. Die Anbaufläche100 kann an einem Motor mittels Gewindebefestigungselementen, die sich durch die Bohrungen104 erstrecken, oder wie oben angegeben durch Schweißen, Hartlöten oder andere bekannte Verfahren befestigt werden. - Wie aus
2 ersichtlich ist, ist die Breite A der Anbaufläche48 des Versorgungssockels kleiner als die Gesamtbreite B des Turboladers14 . Dies ist ein zusätzlicher Vorteil, der sich aus der angewinkelten Ausrichtung der Befestigungselementbohrungen52 ergibt, durch die der Turbolader14 und der Versorgungssockel18 als eine Einheit vom Motor abgebaut werden können, ohne das Abschnitt der Turboladerbaugruppe entfernt werden müssen. Die Winkel der Befestigungselementbohrungen52 gestatten außerdem, dass der Turbolader14 näher am Zylinderblock30 und in senkrechter Richtung näher an der Kurbelwelle16 angebaut werden kann.2 zeigt den Turbolader14 in dem talförmigen Zwischenraum20 zwischen den Zylinderköpfen38 und dem Zylinderblock30 eingebettet. -
3 zeigt die allgemein ebene Anbaufläche22 als im mittleren Abschnitt des talförmigen Zwischenraums des Zylinderblocks30 angeordnet. Einige der Schraubenbohrungen28 sind dargestellt.3 zeigt ferner einige Versorgungseinrichten für den Turbolader14 . Die erste dieser Versorgungseinrichtungen, der Ölzufuhrkanal26 , ist dargestellt, wie er in eine in der ebenen Oberfläche der Anbaufläche22 ausgebildete Öffnung mündet. Ein Kühlmittelzufuhrkanal42 steht ebenfalls in Verbindung mit dieser Oberfläche wie auch der Kühlmittelrücklauf46 . Mit anderen Worten, Abschnitte des Ölzufuhrkanals26 , des Kühlmittelzufuhrkanal42 und des Kühlmittel-Rücklaufkanals46 sind sämtlich koplanar mit der obersten Oberfläche der Anbaufläche22 . Als Ergebnis können alle dieser Versorgungseinrichtungen mit einer einzigen Flanschdichtung24 , die in1 dargestellt ist, am Versorgungssockel18 abgedichtet werden. Die Flanschdichtung24 ist als Trägereinheit dargestellt, die eine Reihe integrierter O-Ringe zum Abdichten der Kanäle26 ,42 und46 enthält. -
3 zeigt nur den obersten Teil des Rücköltrennkanals34 im Zylinderblock30 ; nähere Einzelheiten sind aus4 ersichtlich, wo der Rückölkanal34 als zu einem Ende des Motorblocks30 und nach unten in eine Ölwanne98 durch einen Bereich führend dargestellt ist, wo sich keine rotierenden oder beweglichen Teile befinden. Wie oben erwähnt, verhindert die Rückleitung des Altöls vom Turbolader14 zur Ölwanne98 durch Motorbereiche ohne bewegliche Teile das Fressen oder die Überhitzung solcher beweglichen Teile, da kein Kontakt zwischen vorübergehend aufgeschäumten Öl und zu schmierenden Teilen stattfinden kann. - Die
4 und5 zeigen den internen Ölzufuhrkanal26 , der sich von innerhalb des Zylinderblocks30 bis hinauf in den Versorgungssockel18 erstreckt. Außerdem zeigt5 den internen Kühlmittelzufuhrkanal42 , der sich von einem Motorwassermantel32 aus in den Versorgungssockel18 erstreckt. Das aus dem Turbolader14 austretende Wasser fließt durch den internen Kühlmittelrücklaufkanal46 nach unten durch den Versorgungssockel18 und zur Vorderseite des Motorblocks30 heraus, wo es sich mit dem Kühlmittelstrom aus einem oder mehreren Zylinderköpfen an einem Verbindungspunkt36 vereint. Der Kühlmittelrücklaufkanal46 kann vorteilhafterweise als ein Hohlkanal im Zylinderblock30 konfiguriert sein. Angesichts dieser Offenbarung liegt es für den Fachmann auf der Hand, dass der Vereinigungspunkt36 als Wasserauslass oder als Kühlmittelausgleichsbehälter oder eine andere Einrichtung zur Vereinigung der Kühlmittelströme aus mehr als einer Quelle, etwa aus mehr als einem der Zylinderköpfe des Motors konfiguriert sein kann. Diese Vereinigung der Ströme bringt den Vorteil mit sich, dass Temperaturschwankungen des Kühlmittels, die sonst bei heißem Kühlmittel aus dem Turbolader14 eintreten können, verringert werden. - Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vermeidet ein erfindungsgemäßes Verfahren den aufwändigen Prozess des Anschlusses externer Installationen an einen Turbolader innerhalb der räumlichen Begrenzungen einer Motorfertigungsstraße. Stattdessen wird der Turbolader
14 am Versorgungssockel18 an einem Ort außerhalb der Fertigungsstraße vormontiert. Danach kann die den Turbolader und den Sockel enthaltende Baugruppe auf einfache Weise am Motor angebaut werden, ohne dass externe Kühl- oder Schmiermittelinstallationen erforderlich werden. - Im Gegensatz zu den
4 und5 , die den Turbolader14 an einem getrennten Sockel18 angebaut zeigen, ist der Turbolader14 in7 mit einem Sockel18' als Baueinheit dargestellt. Bei bestimmten Anwendungen, in denen ein Turboladersystem gemäß der vorliegenden Erfindung in Großserien gebaut wird, kann es vorteilhaft sein, den Sockel18 mit dem Turbolader14 auf die in7 dargestellte Weise zu integrieren. Bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung, in denen kleinere Serien üblich sind, ist es jedoch wahrscheinlich gleich günstig, einen eigenen leichter modifizierbaren Sockel bereitzustellen, der die Kennzeichen der4 und5 hat. - Die obige Erfindung ist gemäß den einschlägigen gesetzlichen Vorgaben beschrieben worden, so dass sie eher von beispielhafter als einschränkender Natur ist. Variationen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform erschließen sich dem Fachmann und fallen in den Gültigkeitsbereich der Erfindung. Demzufolge kann der Gültigkeitsbereich des durch diese Erfindung gewährten gesetzlichen Schutzes nur auf Basis der nachfolgenden Ansprüche bestimmt werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - US 6125799 [0002]
Claims (13)
- Turboladersystem für einen Motor mit innerer Verbrennung, wobei das Turboladersystem aufweist: einen Turbolader; und einen Versorgungssockel zum Verbinden des Turboladers mit internen Versorgungskanälen im Motor, wobei sich der Versorgungssockel zwischen dem Turbolader und einem zum Motor gehörigen Befestigungspunkt erstreckt, und wobei der Versorgungssockel aufweist: eine Anbaufläche für den Sockel; einen internen Ölzufuhrkanal, um Schmieröl unter Druck vom Motor zum Turbolader zu liefern; und einen internen Kühlmittelzufuhrkanal, um Kühlmittel unter Druck zum Turbolader zu liefern.
- Turboladersystem nach Anspruch 1, das ferner einen Kühlmittel-Rücklaufkanal aufweist, der zumindest teilweise im Versorgungssockel ausgebildet ist, um das Kühlmittel vom Turbolader zu einem im Motor eingebauten Kühlsystem zu bringen.
- Turboladersystem nach Anspruch 2, bei dem der Kühlmittel-Rücklaufkanal einen Kanal aufweist, der so konfiguriert ist, dass er zumindest teilweise im Zylinderblock sowie im Versorgungssockel verläuft.
- Turboladersystem nach Anspruch 2, bei dem der Kühlmittel-Rücklaufkanal einen Kanal aufweist, der zumindest teilweise im Zylinderkopf ausgeführt ist, wobei der Kühlmittel-Rücklaufkanal das Kühlmittel zu einer Mischkammer bringt, in der das Kühlmittel vom Turbolader mit dem Kühlmittel aus mindestens einem Zylinderkopf gemischt wird.
- Turboladersystem nach Anspruch 1, das ferner einen Rückölkanal im Sockel aufweist, um das Altöl vom Turbolader in eine Ölwanne zu bringen.
- Turboladersystem nach Anspruch 1, bei dem der Versorgungssockel als eine Einheit mit dem Turbolader ausgebildet ist.
- Turboladersystem nach Anspruch 1, bei dem der Versorgungssockel getrennt vom Turbolader ausgebildet ist.
- Turboladersystem nach Anspruch 1, das ferner eine Flanschdichtung zwischen der Sockelanbaufläche und dem zum Motor gehörigen Befestigungspunkt aufweist, wobei die Flanschdichtung eine Trägereinheit aufweist, die eine Mehrzahl integrierter O-Ringdichtungen hat.
- Verfahren zum Anordnen eines Turboladers an einem Verbrennungsmotor, aufweisend: Anbauen eines Turboladers an einem Versorgungssockel, wobei der Sockel eine Anbaufläche sowie Schmieröl- und Kühlmittelkanäle aufweist; und Verschrauben des Turboladers und der Sockelbaugruppe an einem Motor, während gleichzeitig die Öl- und Kühlmittelzufuhrverbindungen zwischen dem Sockel und dem Motor befestigt werden.
- Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Turbolader an einem Ort am Versorgungssockel angebaut und die Turboladerbaugruppe an einem zweiten Ort am Motor angebaut wird, der vom ersten Ort verschieden ist.
- Motor mit innerer Verbrennung, aufweisend: einen als V-Block konfigurierten Zylinderblock; eine Mehrzahl Zylinderköpfe, die am Zylinderblock angebracht sind, wobei die Zylinderköpfe und der Zylinderblock einen talförmigen Zwischenraum zwischen den Zylinderköpfen definieren; eine Turbolader-Anbaufläche, die auf dem Zylinderblock im talförmigen Zwischenraum ausgebildet ist; und einen Turbolader, der an einem sich zwischen dem Turbolader und einem zum Zylinderblock gehörigen Befestigungspunkt erstreckenden Versorgungssockel angebaut ist, wobei der Versorgungssockel aufweist: eine Anbaufläche für den Sockel, wobei die Anbaufläche eine Mehrzahl Anbauansätze mit durch diese verlaufenden Befestigungselementbohrungen hat; einen internen Ölzufuhrkanal, um Schmieröl unter Druck von einem internen Ölkanal im Zylinderblock zum Turbolader zu liefern; und einen internen Kühlmittelzufuhrkanal, um Kühlmittel unter Druck in einem internen Kühlmittelkanal zum Turbolader zu liefern.
- Motor nach Anspruch 11, der ferner einen Kühlmittel-Rücklaufkanal aufweist, der zumindest teilweise im Versorgungssockel ausgebildet ist, um das Kühlmittel vom Turbolader zu einem im Motor eingebauten Kühlsystem zu bringen.
- Motor nach Anspruch 11, der ferner einen Rückölkanal im Sockel aufweist, um das Schmieröl vom Turbolader zu einem im Motor eingebauten Schmiersystem zu bringen.
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