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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Turboladersystem, welches nicht
nur einen Turbolader umfasst, sondern auch einen kompakten Befestigungssockel,
welcher mit Einrichtungen ausgelegt ist, die zum Betreiben und Positionieren
des Turboladers in dem Raum zwischen gegenüberliegenden
Zylinderreihen eines Motors benötigt werden.
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Stand der Technik
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Das
Turboladen wird seit einer Reihe von Jahren für Verbrennungsmotoren
genutzt. Auch wenn frühe Turbolader oft vor allem durch
Luft sowie durch den Ölstrom durch die Lager des Turboladers gekühlt
wurden, verwenden spätere Turboladermodelle, insbesondere
größere Turbolader und in Hochleistungsmotoren
eingebaute Turbolader, im Allgemeinen ein Kühlmittel, das
von dem Kühlsystem des Motors durch den Turbolader und
dann zurück in das Hauptkühlsystem des Motors
strömt. Natürlich benötigen Turbolader
auch eine Ölzufuhr und Rückflusseinrichtungen
zum Schmieren der dem Turbolader zugeordneten Lager. Natürlich
machte das Vorsehen einer Kühlmittelquelle und einer Ölquelle,
welche beide unter Druck stehen, sowie das Rückfließen
des Öls und Kühlmittels von dem Turbolader und
das separate Zurückleiten dieser Fluide zu dem Motor ein großes
Maß an externen Installationen notwendig. Leider können
externe Fluidverbindungen und zugeordnete Rohre und Schläuche
zu Problemen führen, da bekannt ist, dass Schläuche
und Armaturen lecken und Schäden erleiden können,
was durch die in Motorräumen herrschenden hohen Temperaturen beschleunigt
werden kann. Darüber hinaus erhöht die Notwendigkeit
einer externen Installation für die Turbolader neben den
Haltbarkeitsproblemen den Platzbedarf des Turboladers in einer bereits
beengten Umgebung unter der Motorhaube.
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An
Motoren angebrachte Turbolader benötigen aus einem anderen
Grund typischerweise viel Raum. Da der Turbolader bei bekannten
Befestigungsanordnungen nicht in der Nähe des Motorblocks
positioniert werden kann, müssen Turbolader von dem Motor
beabstandet sein, um das Einführen und Entfernen der Befestigungselemente
des Turboladers zu ermöglichen. Darüber hinaus
verstärken bekannte Turbolader-Befestigungssysteme die
Geräuschemission aufgrund mangelnder Festigkeit und der
mit ihrer Nutzung einhergehenden Größenprobleme.
Das
U.S.-Patent 6.125,799 offenbart
ein Turbolader-Befestigungssystem, das sperrig ist und deshalb nur
an den Enden eines Motors einbaubar ist und das reichlich externe
Fluidleitungen nutzt, die anfällig für Schäden
und Lecken sind.
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Es
wäre wünschenswert, einen Turbolader vorzusehen,
welcher ein Befestigungssystem umfasst, das die Größe
des von dem Turbolader eingenommenen Raums verringert, während
es die Geräuschsignatur des Turboladers reduziert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Turboladersystem
für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock einen
Turbolader und einen Einrichtungssockel, welcher sich zwischen dem
Turbolader und einem dem Zylinderblock zugeordneten starren Punkt
erstreckt. Der Einrichtungssockel umfasst ein Befestigungslager
für den Sockel und einen Ölzufuhrdurchlass zum Befördern
von Schmieröl unter Druck von dem Zylinderblock zu dem
Turbolader. Ein Rücklauföldurchlass befördert
Schmieröl von dem Turbolader zu einem in dem Motor integrierten
Schmiersystem. Ein Kühlmittelzufuhrdurchlass befördert
Kühlmittel unter Druck zu dem Turbolader, und ein Kühlmittelrückführdurchlass,
der zumindest teilweise in dem Einrichtungssockel ausgelegt ist,
befördert Kühlmittel von dem Turbolader zu einem
in dem Motor integrierten Kühlsystem. Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Kühlmittelrückführdurchlass
einen zumindest teilweise in dem Zylinderblock des Motors sowie
in dem Einrichtungssockel ausgelegten Durchlass umfassen.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Kühlmittelrückführdurchlass
von dem Turbolader dafür ausgelegt sein, das Kühlmittel
zu einer Mischkammer zu befördern, in der das Kühlmittel
von dem Turbolader mit einem Kühlmittel, das von mindestens
einem Zylinderkopf strömt, gemischt wird.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung befördert
ein Rücklauföldurchlass von dem Turbolader verbrauchtes Öl
von dem Turbolader zu einem Kurbelgehäusesumpf, ohne zuzulassen,
dass das verbrauchte Öl mit sich bewegenden Teilen in dem
Motor in Kontakt kommt.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein starrer
Punkt, der dem Zylinderblock zum Befestigen des Turboladers zugeordnet
ist, ein im Allgemeinen ebenes Befestigungslager, das auf einem
Abschnitt des Zylinderblocks ausgelegt ist, wobei das Befestigungslager des
Einrichtungssockels eine untere Passfläche aufweist, die
formschlüssig zu dem im Allgemeinen ebenen Befestigungslager
ist. Das Befestigungslager des Zylinderblocks ist mit Schmieröl-
und Kühlmitteleinrichtungen ausgelegt.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das im Allgemeinen ebene
Befestigungslager eines Turboladers auf einem Zylinderblock in einer
durch die Zylinderreihen eines V-Blockmotors festgelegten Vertiefung
konfiguriert sein.
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Gemäß einer
noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das
Turbolader-Sockelbefestigungslager des Einrichtungssockels eine
Reihe von Befestigungsvorsprüngen mit Befestigungsbohrungen,
die sich dadurch bei einem bezüglich einer horizontalen
Ebene spitzen Winkel erstrecken, so dass in die Bohrungen eingeführte
Befestigungselemente einwärts zu Gewindebohrungen verlaufen,
die in einem dem Zylinderblock zugeordneten starren Punkt ausgebildet
sind.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Rücklauföldurchlass bzw.
Durchlass für verbrauchtes Öl, welcher sich von dem
Turbolader und durch den Einrichtungssockels erstreckt, dafür
ausgelegt zu verhindern, dass geschäumtes oder aufgeschäumtes Öl,
welches von dem Turbolader strömt, das Schmieren des Motors beeinträchtigt.
Dies wird erreicht, indem verhindert wird, dass das verbrauchte Öl
sich bewegende Teile in dem Motor kontaktiert, wenn das Öl
zurück zu dem Kurbelgehäusesumpf strömt.
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Es
ist ein Vorteil des vorliegenden Turboladersystems, dass ein Turbolader
an einem Motor auf einer Fläche angebracht werden kann,
die kleiner ist als die Fläche, die bei bekannten Turboladerbefestigungssystemen
erforderlich ist.
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Es
ist ein Vorteil des vorliegenden Turboladersystems, dass der Turbolader
und der Sockel an jedem geographischen Ort montiert werden können und
an einem zweiten geographischen Ort als eine Einheit an dem Motor
angebracht werden können, ohne die Notwendigkeit, externe
Einrichtungsverbindungen für Schmieröl und Wasserzufuhr
und -ablauf zu erzeugen.
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Es
ist ein weiterer Vorteil eines Turboladesystems gemäß der
vorliegenden Erfindung, dass ein Turboladersystem, einschließlich
des Turboladers und des Einrichtungssockels, mit seinen Öl-
und Kühlmitteleinrichtungen kompakt und zum Befestigen
in der Vertiefung eines V-Block-Verbrennungsmotors ideal geeignet
ist.
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Noch
ein weiterer Vorteil des Turboladesystems gemäß der
vorliegenden Erfindung ist, dass die Geräuschsignatur des
Turboladers aufgrund der Steifigkeit, die mit dem nahe angebrachten
Einrichtungssockel der vorliegenden Erfindung einhergeht, verringert
wird.
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Noch
ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass auf die
zum Befestigen des Sockels an dem Motor verwendeten Befestigungselemente
zugegriffen werden kann, ohne Teile des Turboladers zu entfernen.
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Andere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für
den Leser dieser Beschreibung offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Motors mit einem Turboladersystem
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine teilweise freigeschnittene Endansicht eines Abschnitts eines
Motors mit einem Turboladersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine Draufsicht auf einen Motorblock, welche ein Turbolader-Sockelbefestigungslager
und Einrichtungsdurchlässe für Schmieröl
und Kühlmittel gemäß einer Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
ein teilweise freigeschnittener Seitenaufriss eines Motors mit einem
Turboladersystem gemäß der vorliegend Erfindung,
welcher den Verlauf für einige der Einrichtungsdurchlässe
für Öl und Wasser gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine teilweise freigeschnittene perspektivische Seitenansicht eines
Motors mit einem Turboladersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines starren Punkts einer Turboladerbefestigung,
welcher als Platte ausgelegt ist, die zum Anschrauben oder Anschweißen
an einen Motorzylinderblock oder eine andere Motorstruktur ausgelegt
ist.
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Eingehende Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen
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Wie
in 1 gezeigt wird, umfasst ein Turboladersystem 10 einen
Turbolader 14 und einen Einrichtungssockel 18.
Der Turbolader 14 wird vorzugsweise an einem Einrichtungssockel 18 angebracht, bevor
der Turbolader 14 auf einem Motor angebracht wird. 1 zeigt
auch einen Motorzylinderblock 30 mit einer Vertiefung 20,
in die das Turboladersystem 10 auf einen starren Punkt
gesetzt wird, welcher als im Allgemeinen ebenes Befestigungslager 22 dargestellt
ist, das mit dem Zylinderblock 30 einen Teil bildet. Der
Einrichtungssockel 18 sieht eine starre Tragkonstruktion
für den Turbolader 14 vor; dies hilft, unerwünschte
Motorgeräuschemissionen zu reduzieren, und reduziert mit
dem Turbolader in Verbindung stehende unerwünschte Vibrationen.
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Der
Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen, dass der Begriff „starrer
Punkt”, wie hierin verwendet, entweder eine strukturell
feste Befestigungsstelle, wie zum Beispiel ein in das Grundmetall
eines Zylinderblocks eingearbeitetes Blocklager 22, oder
ein getrenntes Lager bzw. einen Träger, wie er in 6 bei 100 dargestellt
ist, meint. Das Befestigungslager 100 soll an einem Motor durch
Anschrauben oder Anschweißen oder ein anderes geeignetes
Verfahren angebracht werden.
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Der
Einrichtungssockel 18 weist an seinem unteren Ende ein
Befestigungslager 48 auf. Das Befestigungslager 48 umfasst
Befestigungsvorsprünge 50, welche Befestigungsmittelbohrungen 52 aufweisen.
Die Befestigungsmittelbohrungen 52 erstrecken sich durch
die Befestigungsvorsprünge 50 und bilden mit einer
horizontalen Ebene H einen spitzen Winkel α (1).
Anders ausgedrückt bilden die Befestigungsmittelbohrungen 52 einen
spitzen Winkel β bezüglich einer Mittelachse C
(1), die sich so durch den Einrichtungssockel 18 erstreckt,
dass Befestigungsmittel 56, die in die Befestigungsmittelbohrungen 52 eingeführt
sind, einwärts in Richtung der Mittelachse C verlaufen,
mit dem Ergebnis, dass die Befestigungsmittel 56, wenn
sie voll eingetrieben sind, sich von der Mittelachse C in geringerem
Maß seitlich nach außen erstrecken als der seitliche
Raum, der von dem Turbolader 14 eingenommen wird. Tatsächlich
bilden die Befestigungsmittelbohrungen 52 Befestigungsmittelzugriffzonen,
die sich von den Vorsprüngen 50 bei einem spitzen
Winkel zur Achse C erstrecken.
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Wie
vorstehend erwähnt ermöglichen die Befestigungsmittelbohrungen 52 das
Durchtreten einer Reihe von Gewindebefestigungsmitteln 56,
die sich durch die Befestigungsmittelbohrungen 52 und in
die Gewindebohrungen 28 erstrecken, die in dem im Allgemeinen
ebenen Befestigungslager 22 des Zylinderblocks 30 ausgebildet
sind. Zwei der Gewindebohrungen 28 sind in 1 gezeigt. 1 zeigt
weiterhin, dass die Befestigungsvorsprünge 50 so
abgewinkelt sind, dass die Gewindebefestigungsmittel oder Schrauben 56 sich
einwärts in die in dem Befestigungslager 22 des
Zylinderblocks 30 ausgebildeten Schraubenlöcher 28 erstrecken.
Diese Geometrie ist auch in 2 gezeigt.
Falls ein separates Befestigungslager bzw. eine separate Befestigungsplatte verwendet
wird, wie in 6 bei 100 dargestellt
ist, werden eine Reihe von Befestigungsbohrungen 108 auf
gleiche Weise wie die Bohrungen 52 vorgesehen. Das Lager 100 umfasst
auch Fluiddurchlässe 26', 42' und 46',
die die den Durchlässen 26, 42 bzw. 46 zugeordneten
Funktionen ausführen. Das Lager 100 kann an einem
Motor mittels sich durch die Bohrungen 104 erstreckende
Gewindebefestigungsmittel oder durch Schweißen oder andere
bekannte Verfahren befestigt werden.
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Wie
in 2 ersichtlich ist, ist die Breite A des Einrichtungssockelbefestigungslagers 48 geringer
als die Gesamtbreite B des Turboladers 14. Dies rührt
von der Tatsache her, dass die seitliche Ausdehnung der Befestigungsmittel 56 in
Draufsicht geringer ist als die seitliche Ausdehnung des Turboladers 14 in
Draufsicht. Diese verringerte Grundfläche ist ein wertvoller
Vorteil, der von der winkelförmigen Ausrichtung der Befestigungsmittelbohrungen 52 herrührt,
welche zufällig ermöglicht, dass der Turbolader 14 und
der Einrichtungssockel 18 als eine Einheit von dem Motor
demontiert werden können, ohne Abschnitte der Turboladeranordnung
zu entfernen. Die Winkel der Befestigungsmittelbohrungen 52 ermöglichen
auch, dass der Turbolader 14 näher an dem Zylinderblock 30,
in einer vertikalen Richtung näher an der Kurbelwelle 16,
angebracht werden kann. 2 zeigt den Turbolader 14 eingebettet
in einer Vertiefung 20 zwischen den Zylinderköpfen 38 und
dem Zylinderblock 30. Die verringerte Höhe dieser
Befestigungsanordnung hat verglichen mit bekannten Turbolader-Bauteilen
den weiteren Vorteil, dass Vibrationen und Nebengeräusche
verringert werden.
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3 zeigt
ein im Allgemeinen ebenes Befestigungslager 22 in dem Mittelteil
der Vertiefung des Zylinderblocks 30 angeordnet. Mehrere
der Gewindebefestigungsschraubenlöcher 28 sind
gezeigt. 3 stellt weiterhin mehrere Einrichtungen für
den Turbolader 14 dar. Die erste dieser Einrichtungen,
der Ölzufuhrdurchlass 26, ist in einem in der ebenen
Fläche des Befestigungslagers 22 ausgebildeten
Kanal endend gezeigt. Der Kühlmittelzufuhrdurchlass 42 steht
ebenfalls mit dieser Fläche in Verbindung, genau wie die
Kühlmittelrückführung 46. Anders
gesagt sind Teile des Ölzufuhrdurchlasses 26,
des Kühlmittelzufuhrdurchlasses 42 und des Kühlmittelrückführdurchlasses 46 alle
koplanar mit der obersten Fläche des Befestigungslagers 22.
Dadurch können alle diese Einrichtungen mit einer einzigen
Dichtung 24 zu dem Einrichtungssockel 18 abgedichtet
werden, was in 1 gezeigt ist. Die Dichtung 24 ist
als ein einteiliger Träger, welcher eine Reihe integraler
O-Ringe zum Abdichten der Durchlässe 26, 42 und 46 enthält,
gezeigt.
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In 3 ist
nur der oberste Teil eines Rücklaufölisolierdurchlasses 34 in
dem Zylinderblock 30 gezeigt; eine eingehendere Darstellung
findet man in 4, in der der Rücklauföldurchlass 34 zu
einem Ende des Zylinderblocks 30 und hinab in einen Kurbelgehäusesumpf 88 durch
einen Bereich, in dem es keine sich drehenden oder sich bewegenden
Teile gibt, führend gezeigt ist. Wie vorstehend erwähnt, verhindert
der Rückfluss von verbrauchtem Öl von dem Turbolader 14 zu
dem Kurbelgehäusesumpf durch Bereiche des Motors ohne sich
bewegende Teile ein Festfressen oder Überhitzen solcher
sich bewegender Teile, indem es einen Kontakt zwischen vorübergehend
belüftetem Öl und Teilen, die einer Schmierung
bedürfen, verhindert.
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Die 4 und 5 zeigen
einen sich aus dem Inneren des Zylinderblocks 30 hinauf
in den Einrichtungssockel 18 erstreckenden Ölzufuhrdurchlass 26.
Ferner zeigt 5 den Kühlmittelzufuhrdurchlass 42,
der sich von einem Motorkühlmantel 32 in den Einrichtungssockel 18 erstreckt.
Das Wasser, das den Turbolader 14 verlässt, strömt
durch den Kühlmittelrückführdurchlass 46 hinunter
durch den Einrichtungssockel 18 und hinaus zu der Vorderseite
des Motorblocks 30 (4), wo der
Strom an einem Verbindungspunkt 36 mit einem Kühlmittelstrom
von einem oder mehreren Zylinderköpfen zusammengeführt
wird. Der Kühlmittelrückführdurchlass 46 kann vorteilhafterweise
als ein entkernter Durchlass in dem Zylinderblock 30 ausgelegt
sein. Der Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen,
dass der Verbindungspunkt 36 als Wasserauslass oder Kühlmittelfederspeicher
oder andere Vorrichtung zum Vereinen von Kühlmittelströmen
von mehr als einer Quelle, wie zum Beispiel von einem oder mehreren
Zylinderköpfen des Motors, ausgelegt sein kann. Dieses
Vereinen von Strömen bietet den Vorteil des Minderns von
Kühlmitteltemperaturschwankungen, die sich ansonsten durch
das sehr warme Kühlmittel, das aus dem Turbolader 14 austritt,
ergeben könnten.
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Die
vorstehende Erfindung wurde gemäß den relevanten
Rechtsnormen beschrieben, somit ist die Beschreibung beispielhaft,
nicht von einschränkender Natur. Veränderungen
und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsform können
für den Fachmann offenkundig sein und fallen in den Schutzumfang
der Erfindung. Demgemäß kann der Umfang des dieser
Erfindung gewährten Rechtsschutzes nur durch Prüfen
der folgenden Ansprüche ermittelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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