DE102010016580A1

DE102010016580A1 - Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010016580A1
Application number: DE102010016580A
Authority: DE
Inventors: Masuo Aichi-ken Kawamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-08-18
Also published as: JP2010255534A; JP5369870B2; DE102010016580A8

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine mit zwei Turboladern (LTC, HTC) (einem Hochdruckturbolader (HTC) und einem Niederdruckturbolader (LTC)) mit jeweils einem Verdichterrad, einem Turbinenrad, einer Welle, die das Verdichterrad und das Turbinenrad verbindet, und einer Lagerung, die die Welle trägt. Ein Niederdrucklagergehäuse (31), das die Niederdrucklagerung umschließt, und ein Hochdrucklagergehäuse (32), das die Hochdrucklagerung umschließt, sind als Lagergehäuse (30) einstückig ausgebildet. Im Lagergehäuse (30) ist ein Schmierölkanal (40) ausgebildet, durch welchen Schmieröl zur Schmierung jeder Lagerung strömt. Der Einlass (40A) und der Auslass (40B) des Schmierölkanals (40) sind als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren Turboladern, die jeweils ein Verdichterrad, ein Turbinenrad, eine diese Räder verbindende Welle und eine die Welle tragende Lagerung aufweisen.
2. Stand der Technik
Ein Beispiel für einen Turboladeraufbau einer derartigen Brennkraftmaschine ist in der JP 4-30230 A beschrieben. 4 zeigt einen grundlegenden Turboladeraufbau einer zum Stand der Technik zählenden Brennkraftmaschine, welche den in der JP 4-30230 A beschriebenen Turboladeraufbau aufweist.
Wie in 4 gezeigt ist, sind in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine ein Niederdruckverdichterrad LCW und ein Hochdruckverdichterrad HCW, das ein höheres Verdichtungsverhältnis hat als das Niederdruckverdichterrad LCW, in der Weise vorgesehen, dass das Niederdruckverdichterrad LCW und das Hochdruckverdichterrad HCW vom stromaufwärtsseitigen Ende der Ansaugleitung aus betrachtet in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Des Weiteren sind in der Auslassleitung ein Hochdruckturbinenrad HTW und ein Niederdruckturbinenrad LTW, das ein niedrigeres Expansionsverhältnis hat als das Hochdruckturbinenrad HTW, in der Weise vorgesehen, dass das Hochdruckturbinenrad HTW und das Niederdruckturbinenrad LTW vom stromaufwärtsseitigen Ende der Auslassleitung aus betrachtet in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Das Niederdruckverdichterrad LCW und das Niederdruckturbinenrad LTW sind über eine Welle LS miteinander verbunden; das Hochdruckverdichterrad HCW und das Hochdruckturbinenrad HTW sind über eine Welle HS miteinander verbunden. Jeder der beiden Turbolader weist des Weiteren eine Lagerung auf, die die Welle LS bzw. HS trägt, sowie ein Lagergehäuse 131 bzw. 132, das die jeweilige Lagerung umschließt. In jedem Lagergehäuse 131, 132 ist ein Schmierölkanal ausgebildet, durch welchen Schmieröl zur Schmierung der Lagerung strömt. Des Weiteren sind Zulaufrohrleitungen 181, 182 für die Schmierölzufuhr jeweils mit einem Einlass des betreffenden Schmierölkanals und Ablaufrohrrohrleitungen 183, 184 für den Schmierölablauf jeweils mit einem Auslass des betreffenden Schmierölkanals verbunden. In jedem der Lagergehäuse ist darüber hinaus ein Kühlmittelkanal ausgebildet, durch welchen Kühlmittel zur Kühlung der betreffenden Lagerung strömt. Schließlich sind Zulaufrohrleitungen 191, 192 für die Kühlmittelzufuhr jeweils mit einem Einlass des betreffenden Kühlmittelkanals und Ablaufrohrleitungen 193, 194 für den Kühlmittelablauf jeweils mit einem Auslass des betreffenden Kühlmittelkanals verbunden.
Bei dem oben beschriebenen Turboladeraufbau der Brennkraftmaschine ist für jeden Turbolader ein Lagergehäuse vorgesehen; jeder Turbolader benötigt daher einen Schmierölkanal sowie mit dem Ein- und Auslass des Schmierölkanals verbundene Rohrleitungen. Weiter benötigt jeder Turbolader einen Kühlmittelkanal sowie mit dem Ein- und Auslass des Kühlmittelkanals verbundene Rohrleitungen. Es ergibt sich daher das Problem, dass die Baugröße der Turboladereinheit als auch die Baugröße der Brennkraftmaschine nicht beliebig verkleinert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in der Größe kleineren Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Turboladern zu schaffen, der eine Verkleinerung der Größe der Brennkraftmaschine ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch einen Turboladeraufbau gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Turboladern, die jeweils ein Verdichterrad, ein Turbinenrad, eine Welle, die das Verdichterrad und das Turbinenrad verbindet, und eine Lagerung, die die Welle trägt, aufweisen. Bei dem Turboladeraufbau für die Brennkraftmaschine ist ein Lagergehäuse, das die Lagerungen umschließt, einstückig vorgesehen. Im Lagergehäuse ist ein Schmierölkanal, durch welchen ein Schmieröl zur Schmierung der Lagerungen strömt, in der Weise ausgebildet, dass wenigstens der Einlass oder der Auslass des Schmierölkanals als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet ist.
Bei diesem Turboladeraufbau ist das Lagergehäuse, das die Lagerungen umschließt, nicht für jeden Turbolader individuell sondern in Gestalt genau eines Stücks bzw. als Einzelstück vorgesehen. Anders ausgedrückt kann das Gehäuse, das die Lagerungen der Vielzahl von Turboladern umschließt, einstückig gefertigt oder ausgebildet oder aus mehreren Gehäuseteilen einstückig aufgebaut oder zusammengesetzt sein. Des Weiteren ist wenigstens der Einlass oder der Auslass des im Lagergehäuse ausgebildeten Schmierölkanals als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet. Verglichen mit einem Fall, in dem für jeden Turbolader ein Schmierölkanal mit einem Einlass und einem Auslass vorgesehen ist, kann daher die Zahl der Ein- und/oder Auslässe verringert und mit einer Verringerung der Zahl der Ein- und/oder Auslässe die Zahl der mit den Ein- und/oder Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Schmieröls verringert werden. Dementsprechend kann die Baugröße der Brennkraftmaschine verkleinert werden, obwohl die Brennkraftmaschine zwei oder mehrere Turbolader aufweist.
Sowohl der Einlass als auch der Auslass des Schmierölkanals können als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet sein.
Bei diesem Turboladeraufbau sind sowohl der Einlass als auch der Auslass des im Gehäuse ausgebildeten Schmierölkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass vorgesehen. Verglichen mit einer Gestaltung, bei der nur der Einlass oder nur der Auslass des Schmierölkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist, kann daher die Zahl der Ein- und Auslässe als auch die Zahl der mit den Ein- und Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr von Schmieröl weiter verringert werden. Folglich kann die Baugröße einer Brennkraftmaschine mit dem oben beschriebenen Turboladeraufbau weiter verkleinert werden, obwohl die Brennkraftmaschine zwei oder mehrere Turbolader aufweist.
Bei diesem Turboladeraufbau kann das Gehäuse beispielsweise durch Gießen oder durch maschinelle Bearbeitung als Einzelstück einstückig ausgebildet sein. Durch die einstückige Ausbildung des Gehäuses als Einzelstück kann verglichen mit dem Fall, in dem für jeden Turbolader ein dessen Lagerung umschließendes Gehäuse vorgehen ist und die Gehäuse der Turbolader zu einer Einheit zusammengesetzt sind, die Zahl der Bauteile des Turboladers insgesamt reduziert werden. Weiter kann die für den Zusammenbau der Gehäuse erforderliche Zeit eingespart werden.
Bei diesem Turboladeraufbau kann der Auslass des Schmierölkanals in Vertikalrichtung betrachtet, d. h. wenn der Turboladeraufbau in einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, am unteren Endabschnitt des Gehäuses vorgesehen sein. In diesem Fall läuft das zur Schmierung der Lagerungen verwendete Schmieröl durch die Schwerkraft über den Auslass, der in Vertikalrichtung betrachtet am unteren Endabschnitt oder Boden des Gehäuses vorgesehen ist, aus dem Gehäuse heraus ab.
Der Einlass des Schmierölkanals kann als Einzeleinlass ausgebildet sein; der Schmierölkanal kann einen Hauptkanal, der sich vom Einlass ausgehend im Wesentlichen geradlinig erstreckt, sowie eine Vielzahl von Zweigkanälen aufweisen, die vom Hauptkanal abzweigen und sich jeweils in Richtung der Achse einer Welle erstrecken. In diesem Fall wird das aus dem Einlass des Schmierölkanals zugeführte Schmieröl zunächst über den Hauptkanal in das Gehäuseinnere und anschließend über den entsprechenden Zweigkanal der Lagerung jeder Welle zugeführt. Der im Wesentlichen geradlinig ausgebildete Hauptkanal kann problemlos ausgebildet werden.
Die Zweigkanäle können jeweils orthogonal zum Hauptkanal und zur Achse der entsprechenden Welle ausgebildet sein. Vorzugsweise können sich der Hauptkanal und die Vielzahl von Zweigkanälen des Schmierölkanals in einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die orthogonal zur Achse einer Welle der Vielzahl von Turboladern verläuft. Die Wellen der Vielzahl von Turboladern verlaufen vorzugsweise alle zueinander parallel.
Der Turboladeraufbau kann zwei Turbolader aufweisen, deren Wellen zueinander parallel angeordnet sein können, wobei der Hauptkanal so ausgebildet ist, dass er in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung der beiden Wellen zwischen den Achsen der beiden Welle hindurch geht.
Bei diesem Turboladeraufbau umfasst der Schmierölkanal den sich vom Einlass ausgehend im Wesentlichen geradlinig erstreckenden Hauptkanal und die orthogonal zum Hauptkanal und den Achsen der Wellen ausgebildeten Zweigkanäle. Bei dieser Gestaltung ist der Hauptkanal so ausgebildet, dass er in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung der Wellen zwischen den Achsen der Wellen hindurch geht oder verläuft. Verglichen mit einer Gestaltung, bei der der Hauptkanal so ausgebildet ist, dass er nicht zwischen den Achsen der beiden Wellen in der oben erwähnten Ebene hindurch geht, ist es daher weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass die Größe des Lagergehäuses bedingt durch die Ausbildung des Hauptkanals zunimmt.
Bei diesem Turboladeraufbau können ein Teil eines Verdichtergehäuses, das das Verdichterrad eines der beiden Turbolader umschließt, und ein Teil eines Turbinengehäuses, das das Turbinenrad des einen Turboladers umschließt, in einem Raum zwischen einem Verdichtergehäuse, das das Verdichterrad des anderen der beiden Turbolader umschließt, und einem Turbinengehäuse, das das Turbinenrad des anderen Turboladers umschließt, liegen.
Verglichen mit einer Gestaltung, bei der ein Teil des Verdichtergehäuses des oben genannten einen Turboladers und ein Teil dessen Turbinengehäuses nicht in dem oben angegebenen Raum liegen, kann durch diese Gestaltung der Abstand zwischen den zueinander parallel verlaufenden Wellen verkleinert werden. Daher kann die Größe des Lagergehäuses verkleinert werden. Des Weiteren resultiert bei einer Gestaltung, bei der der Schmierölkanal den sich vom Einlass ausgehend im Wesentlichen geradlinig erstreckenden Hauptkanal, der in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung der beiden Wellen zwischen den Achsen der beiden Wellen hindurch geht, sowie die orthogonal zum Hauptkanal und den Achsen der entsprechenden Wellen ausgebildeten Zweigkanäle aufweist, eine Verkleinerung des Abstands zwischen den beiden Wellen in einer Verkürzung der Länge jedes der Zweigkanäle.
Bei diesem Turboladeraufbau kann ein Kühlmittelkanal, durch den ein Kühlmittel zur Kühlung der Lagerungen strömt, im Gehäuse ausgebildet sein, wobei wenigstens der Einlass oder der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet sein kann.
Ebenso wie im Fall des Schmierölkanals ist wenigstens der Einlass oder der Auslass des im Gehäuse ausgebildeten Kühlmittelkanals als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet. Verglichen mit einem Fall, in dem für jeden Turbolader ein Kühlmittelkanal mit einem Einlass und einem Auslass individuell vorgesehen ist, kann daher die Zahl der Ein- und/oder Auslässe verringert und mit einer Verringerung der Zahl der Ein- und/oder Auslässe die Zahl der mit den Ein- und/oder Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zufuhr oder Abfuhr von Kühlmittel verringert werden. Entsprechend kann die Baugröße der Brennkraftmaschine weiter verkleinert werden, auch wenn die Brennkraftmaschine zwei oder mehrere Turbolader aufweist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Turboladern mit jeweils einem Verdichterrad, einem Turbinenrad, einer Welle, die das Verdichterrad und das Turbinenrad verbindet, und einer Lagerung, die die Welle trägt. Bei dem Turboladeraufbau für die Brennkraftmaschine ist ein Gehäuse, das die Lagerungen der Vielzahl von Turboladern umschließt, als Einzelstück vorgesehen. Im Gehäuse ist ein Kühlmittelkanal, durch welchen Kühlmittel zur Kühlung der Lagerungen strömt, in der Weise ausgebildet, dass wenigstens der Einlass oder der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet ist.
Bei diesem Turboladeraufbau ist das Gehäuse, das die Lagerungen umschließt, nicht für jeden Turbolader individuell sondern in Gestalt genau eines Stücks bzw. als Einzelstück vorgesehen. Das Gehäuse, das die Lagerungen der Vielzahl von Turboladern umschließt, kann als Einzelstück einstückig ausgebildet oder aus mehreren Gehäuseteilen einstückig aufgebaut oder zusammengesetzt sein. Wenigstens der Einlass oder der Auslass des im Gehäuse ausgebildeten Kühlmittelkanals ist als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet. Verglichen mit einem Fall, in dem für jeden Turbolader ein Kühlmittelkanal mit einem Einlass und einem Auslass individuell vorgesehen ist, kann durch diese Gestaltung die Zahl der Ein- und/oder Auslässe und die Zahl der mit den Ein- und/oder Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Kühlmittels verringert werden. Entsprechend kann die Baugröße der Brennkraftmaschine verkleinert werden, auch wenn die Brennkraftmaschine zwei oder mehrere Turbolader aufweist.
Unter dem ersten und zweiten Aspekt können sowohl der Einlass als auch der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet sein.
Sind sowohl der Einlass als auch der Auslass des Kühlmittelkanals im Gehäuse als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet, können verglichen mit einer Gestaltung, bei der nur der Einlass oder nur der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist, die Zahl der Ein- und Auslässe und die Zahl der mit den Ein- und Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Kühlmittels weiter verringert werden. Entsprechend kann die Baugröße der Brennkraftmaschine weiter verkleinert werden, auch wenn die Brennkraftmaschine zwei oder mehrere Turbolader aufweist.
Die oben angegebene Vielzahl von Turboladern kann einen Niederdruckturbolader mit einem Niederdruckverdichterrad und einem Niederdruckturbinenrad und einen Hochdruckturbolader mit einem Hochdruckverdichterrad und einem Hochdruckturbinenrad aufweisen. In diesem Fall ist das Hochdruckverdichterrad stromabwärts des Niederdruckverdichterrads in einer Ansaugleitung angeordnet und hat ein höheres Verdichtungsverhältnis als das Niederdruckverdichterrad; das Hochdruckturbinenrad ist stromaufwärts des Niederdruckturbinenrads in einer Auslassleitung angeordnet und hat ein höheres Expansionsverhältnis als das Niederdruckturbinenrad. Der Kühlmittelkanal kann so ausgelegt sein, dass das Kühlmittel zunächst die Lagerung des Niederdruckturboladers und dann die Lagerung des Hochdruckturboladers umströmt.
Der Kühlmittelkanal kann einen niederdruckseitigen Kühlmantel in der Umgebung der Welle des Niederdruckturboladers und einen hochdruckseitigen Kühlmantel in der Umgebung der Welle des Hochdruckturboladers haben, wobei der hochdruckseitige Kühlmantel stromabwärts des niederdruckseitigen Kühlmantels im Kühlmittelkanal angeordnet sein kann.
Bei diesem Turboladeraufbau mit dem Niederdruckturbolader und dem Hochdruckturbolader wird der Hochdruckturbolader im Allgemeinen dann angetrieben, wenn die Brennkraftmaschine bei einer niedrigen Last arbeitet oder Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, während der Niederdruckturbolader im Allgemeinen dann angetrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine bei einer hohen Last oder einer hohen Drehzahl arbeitet. Daher erreicht die Lagerung des Niederdruckturboladers eine höhere Temperatur als der Hochdruckturbolader.
Bei diesem Turboladeraufbau ist der Kühlmittelkanal so ausgelegt oder gestaltet, dass das Kühlmittel zunächst die Welle des Niederdruckturboladers und anschließend die Welle des Hochdruckturboladers umströmt, so dass die Lagerung des Niederdruckturboladers bei einer Gestaltung, bei der sowohl der Einlass als auch der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet sind, adäquat gekühlt werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben angegebenen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen mit Hilfe der der Zeichnungen verständlich, in denen zur Darstellung derselben Elemente dieselben Bezugszeichen angegeben sind, wobei:
1 ein Blockschema ist, das den Grundaufbau einer Brennkraftmaschine, mit einem Turboladeraufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Draufsicht des Turboladeraufbau gemäß der Ausführungsform aus 1 ist;
3 eine Schnittzeichnung ist, die ein Lagergehäuse in einem Querschnitt entlang einer in 2 gezeigten Linie A-A zeigt; und
4 eine Draufsicht ist, die den Grundaufbau eines Turboladeraufbaus einer zum Stand der Technikzählenden Brennkraftmaschine zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Hilfe der 1 bis 3 wird im Folgenden eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turboladeraufbaus für eine Brennkraftmaschine beschrieben. 1 zeigt den Grundaufbau der Brennkraftmaschine 1, die den Turboladeraufbau dieser Ausführungsform aufweist.
Wie in 1 gezeigt ist, sind eine Ansaugleitung 2 und eine Auslassleitung 3 mit einem Hauptkörper 1A der Brennkraftmaschine 1 in der Weise verbunden, dass über die Ansaugleitung 2 dem Hauptkörper 1A Luft zugeführt und über die Auslassleitung 3 aus dem Hauptkörper 1A Abgas abgeführt wird.
Vom stromaufwärtsseitigen Ende aus betrachtet sind in der Ansaugleitung 2 ein Luftfilter 2A, ein Zentrifugal-Niederdruckverdichter LC, ein Zentrifugal-Hochdruckverdichter HC und ein Ansaugkrümmer 2B in dieser Reihenfolge angeordnet. Des Weiteren ist in der Ansaugleitung 2 eine Ansaugluftbypassleitung 2C vorgesehen, die eine bestimmte Stelle zwischen dem Niederdruckverdichter LC und dem Hochdruckverdichter HC mit der Seite stromabwärts des Hochdruckverdichters HC verbindet, um den Hochdruckverdichter HC zu überbrücken. Im stromaufwärtsseitigen Endabschnitt der Ansaugluftbypassleitung 2C ist ein Ansaugluftbypassventil 2D vorgesehen. Durch eine Steuerung/Regelung der Öffnung des Ansaugluftbypassventils 2D wird die Strömungsgeschwindigkeit oder -menge der in den Hochdruckverdichter HC strömenden Ansaugluft gesteuert/geregelt. Der Niederdruckverdichter LC weist ein Niederdruckverdichterrad LCW und ein Niederdruckverdichtergehäuse 11 auf, das das Niederdruckverdichterrad LCW umschließt. Der Hochdruckverdichter HC weist ein Hochdruckverdichterrad HCW und ein Hochdruckverdichtergehäuse 12 auf, das das Hochdruckverdichterrad HCW umschließt.
Vom stromaufwärtsseitigen Ende aus betrachtet sind in der Auslassleitung 3 eine Abgassammelrohreitung 313, eine Radial-Hochdruckturbine HT, eine Radial-Niederdruckturbine LT und ein katalytischer Wandler 3A in dieser Reihenfolge angeordnet. Des Weiteren ist in der Auslassleitung 3 eine hochdruckseitige Abgasbypassleitung 3C vorgesehen, die die Seite stromaufwärts der Hochdruckturbine HT mit einer bestimmten Stelle zwischen der Hochdruckturbine HT und der Niederdruckturbine LT verbindet, um die Hochdruckturbine HT zu überbrücken. Im stromaufwärtsseitigen Endabschnitt der Abgasbypassleitung 3C ist ein hochdruckseitiges Abgasbypassventil 3D vorgesehen. Durch eine Steuerung/Regelung der Öffnung des hochdruckseitigen Abgasbypassventils 3D, wird die Strömungsgeschwindigkeit oder -menge des in die Hochdruckturbine HT strömenden Abgases gesteuert/geregelt. In der Auslassleitung 3 ist darüber hinaus eine niederdruckseitige Abgasbypassleitung 3E vorgesehen, die eine bestimmte Stelle zwischen der Hochdruckturbine HT und der Niederdruckturbine LT mit der Seite stromabwärts der Niederdruckturbine LT verbindet, um die Niederdruckturbine LT zu überbrücken. Im stromaufwärtsseitigen Endabschnitt der Abgasbypassleitung 3E ist ein niederdruckseitiges Abgasbypassventil 3F vorgesehen. Durch eine Steuerung/Regelung der Öffnung des niederdruckseitigen Abgasbypassventils 3F wird die Strömungsgeschwindigkeit oder -menge des in die Niederdruckturbine LT strömenden Abgases gesteuert/geregelt.
Die Niederdruckturbine LT weist ein Niederdruckturbinenrad LTW und ein Niederdruckturbinengehäuse 21 auf, das das Niederdruckturbinenrad LTW umschließt. Die Hochdruckturbine HT weist ein Hochdruckturbinenrad HTW und ein Hochdruckturbinengehäuse 22 auf, das das Hochdruckturbinenrad HTW umschließt.
Das Niederdruckverdichterrad LCW und das Niederdruckturbinenrad LTW sind über eine Niederdruckwelle LS miteinander verbunden. Die Niederdruckwelle LS ist durch eine (nicht gezeigte) Niederdrucklagerung abgestützt. Ein Niederdrucklagergehäuse 31 umschließt die Niederdrucklagerung. Der Niederdruckverdichter LC, die Niederdruckturbine LT, die Niederdruckwelle LS, die Niederdrucklagerung und das Niederdrucklagergehäuse 31 bilden einen Niederdruckabgasturbolader LTC.
Das Hochdruckverdichterrad HCW und das Hochdruckturbinenrad HTW sind durch eine Hochdruckwelle HS miteinander verbunden. Die Hochdruckwelle HS ist durch eine (nicht gezeigte) Hochdrucklagerung abgestützt. Ein Hochdrucklagergehäuse 32 umschließt die Hochdrucklagerung. Der Hochdruckverdichter HC, die Hochdruckturbine HT, die Hochdruckwelle HS, die Hochdrucklagerung und das Hochdrucklagergehäuse 32 bilden einen Hochdruckabgasturbolader HTC. In dieser Ausführungsform sind die Niederdruckwelle LS und die Hochdruckwelle HS zueinander parallel angeordnet.
Wie oben diskutiert, müssen für den Fall, dass für jeden Turbolader LTC, HTC ein eigenes Lagergehäuse vorgesehen ist, für jeden der Turbolader ein Schmierölkanal vorgesehen sein, durch welchen Schmieröl zur Schmierung der Lagerung strömt, sowie verschiedene Rohrleitungen, die mit dem Ein- und Auslass des Schmierölkanals verbunden sind. Weiter müssen für jeden Turbolader ein Kühlmittelkanal, durch welchen ein Kühlmittel zur Kühlung der Lagerung strömt, sowie verschiedene Rohrleitungen, die mit dem Ein- und Auslass des Kühlmittelkanals verbunden sind, vorgesehen sein. Daher ergibt sich das Problem, dass die Baugröße des Turboladers und damit die Baugröße der Brennkraftmaschine nicht genügend verkleinert werden können.
In dieser Ausführungsform sind daher das Niederdrucklagergehäuse 31 und das Hochdrucklagergehäuse 32 zu einem Stück einstückig zusammengefasst. Das einstückige Lagergehäuse hat als Einlass und Auslass des Schmierölkanals einen Einzeleinlass bzw. Einzelauslass (alleinigen Einlass bzw. alleinigen Auslass) und als Ein lass und Auslass des Kühlmittelkanals einen Einzeleinlass bzw. Einzelauslass (alleinigen Einlass bzw. alleinigen Auslass). Durch diese Gestaltung wird die Zahl der mit dem Ein- und Auslass des Schmierölkanals verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Schmieröls auf die Hälfte reduziert. Ebenso wird die Zahl der mit dem Ein- und Auslass des Kühlmittelkanals verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Kühlmittels auf die Hälfte reduziert. Diese Gestaltung resultiert in einer kleineren Baugröße der Brennkraftmaschine 1, obwohl die Brennkraftmaschine 1 zwei Turbolader LTC, HTC aufweist.
Mit Hilfe der 2 und 3 wird nun der Turboladeraufbau dieser Ausführungsform im Detail beschrieben. 2 ist eine Draufsicht des Turboladeraufbaus dieser Ausführungsform. Wie sich aus 2 ergibt, hat das Niederdruckverdichterrad LCW eine größere radiale Dimension (oder einen größeren Radius) als das Hochdruckverdichterrad HCW; daher hat das Niederdruckverdichtergehäuse 11 eine größere radiale Dimension (oder einen größeren Radius) als das Hochdruckverdichtergehäuse 12. Des Weiteren hat das Niederdruckturbinenrad LTW eine größere radiale Dimension (oder einen größeren Radius) als das Hochdruckturbinenrad HTW; daher hat das Niederdruckturbinengehäuse 21 eine größere radiale Dimension (oder einen größeren Radius) als das Hochdruckturbinengehäuse 22.
In dieser Ausführungsform sind die Verdichtergehäuse 11, 12 und die Turbinengehäuse 21, 22 so positioniert, dass ein Teil des Hochdruckverdichtergehäuses 12 und ein Teil des Hochdruckturbinengehäuses 22 in einem relativ großen Raum zwischen dem Niederdruckverdichtergehäuse 11 und dem Niederdruckturbinengehäuse 21 liegen.
Das Niederdruckverdichtergehäuse 11, das Hochdruckverdichtergehäuse 12 und ein Verdichterverbindungsabschnitt 13, der die Verdichtergehäuse 11, 12 verbindet, sind als Einzelstück („Verdichtergehäuse 10”) einstückig ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist das Verdichtergehäuse 10 gegossen oder durch maschinelle Bearbeitung hergestellt. Am Verdichtergehäuse 10 ist ferner ein Abschnitt, der der in 1 gezeigten Ansaugluftbypassleitung 2C entspricht, ausgebildet, der jedoch in 2 nicht gezeigt ist.
Das Niederdruckturbinengehäuse 21, das Hochdruckturbinengehäsue 22 und ein Turbinenverbindungsabschnitt 23, der die Turbinengehäuse 21, 22 verbindet, sind als Einzelstück („Turbinengehäuse 20”) einstückig ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist das Turbinengehäuse 20 gegossen oder durch maschinelle Bearbeitung hergestellt. Am Turbinengehäuse 20 ist ferner ein Abschnitt, welcher der in 1 gezeigten hochdruckseitigen Abgasbypassleitung 3C entspricht, und ein Abschnitt, welcher der in. 1 gezeigten niederdruckseitigen Abgasbypassleitung 3E entspricht, ausgebildet, wenngleich diese Abschnitte in 2 nicht gezeigt sind.
Des Weiteren sind das Niederdrucklagergehäuse 31 und das Hochdrucklagergehäuse 32 als Einzelstück (allgemein als Lagergehäuse 30” bezeichnet) einstückig ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist das Lagergehäuse 30 gegossen oder durch maschinelle Bearbeitung hergestellt.
3 zeigt die Querschnittsstruktur des Lagergehäuses 30 in einem Schnitt entlang einer in 2 gezeigten Linie A-A. Die Richtung von oben nach unten oder von unten nach oben in 3 entspricht der Vertikalrichtung des Fahrzeugs. Des Weiteren liegt der Hauptkörper 1A der Brennkraftmaschine 1 in 3 auf der linken Seite.
Wie in 3 gezeigt ist, sind die Hochdruckwelle HS und die Niederdruckwelle LS im Lagergehäuse 30 links oben bzw. rechts unten angeordnet. Die Hochdruckwelle HS liegt in Vertikalrichtung betrachtet oberhalb der Niederdruckwelle LS und in Horizontalrichtung betrachtet näher am Hauptkörper 1A als die Niederdruckwelle LS.
Im Lagergehäuse 30 ist ein Schmierölkanal 40 ausgebildet, durch welchen das Schmieröl zur Schmierung der Lagerungen strömt. Ein Einlass 40A des Schmierölkanals 40 ist in einem unteren Endabschnitt des Lagergehäuses 30 vorgesehen. Der Einlass 40A liegt im Besonderen zwischen der horizontalen Position der Achse der Hochdruckwelle HS und der horizontalen Position der Achse der Niederdruckwelle LS. Der Schmierölkanal 40 umfasst einen Hauptkanal 41, der sich vom Einlass 40A ausgehend im Wesentlichen geradlinig und in Vertikalrichtung nach oben bis in eine vertikale Position entsprechend der Achse der Hochdruckwelle HS erstreckt. Der Hauptkanal 41 ist im Besonderen so ausgebildet, dass er in einer Ebene senkrecht zu den Axialrichtungen der Wellen LS, HS zwischen der Achse der Niederdruckwelle LS und der Achse der Hochdruckwelle HS hindurch geht. Der Schmierölkanal 40 hat des Weiteren einen niederdruckseitigen Zweigkanal 42 und einen hochdruckseitigen Zweigkanal 43, die vom Hauptkanal 41 abzweigen und sich in Richtung der Achse der Niederdruckwelle LS bzw. der Achse der Hochdruckwelle HS erstrecken. Der niederdruckseitige Zweigkanal 42 ist sowohl orthogonal zum Hauptkanal 41 als auch orthogonal zur Achse der Niederdruckwelle LS ausgebildet. Der hochdruckseitige Zweigkanal 43 ist sowohl orthogonal zum Hauptkanal 41 als auch orthogonal zur Achse der Hochdruckwelle HS ausgebildet.
Im Lagergehäuse 30 ist unterhalb der Niederdruckwelle LS ein niederdruckseitiger Raum 44 ausgebildet, über welchen das für die Schmierung der Niederdrucklagerung verwendete Schmieröl ablaufen kann. Des Weiteren ist im Lagergehäuse 30 unterhalb der Hochdruckwelle HS ein hochdruckseitiger Raum 45 ausgebildet, über welchen das für die Schmierung der Hochdrucklagerung verwendete Schmieröl ablaufen kann. Außerdem sind ein unterer Endabschnitt des hochdruckseitigen Raums 45 und ein linker Endabschnitt (in 3) des niederdruckseitigen Raums 44 über einen Verbindungskanal 46 miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform sieht eine am Boden des niederdruckseitigen Raums 44 ausgebildete Öffnung einen Auslass 40B des Schmierölkanals 40 vor.
Am unteren Endabschnitt des Lagergehäuses 30 sind Schraublöcher 31A, 31B ausgebildet, die für die Verschraubung eines Flanschs 60 an das Lagergehäuse 30 Verwendung finden. Im Flansch 60 sind eine mit dem Einlass 40A des Schmierölkanals 40 zu verbindende Zulauföffnung 62 und eine mit dem Auslass 40B des Schmierölkanals 40 zu verbindende Ablauföffnung 63 ausgebildet. Ein (nicht gezeigtes) Zulaufrohr zum Einspeisen des Schmieröls in das Lagergehäuse 30 und ein (nicht gezeigtes) Ablaufrohr für den Ablauf des Schmieröls sind mit der Zulauföffnung 62 bzw. Ablauföffnung 63 zu verbinden. Des Weiteren sind am Flansch 60 mit den Schraublöchern 31A, 31B des Lagergehäuses 30 fluchtende Schraublöcher 61A, 61B ausgebildet.
Im Lagergehäuse 30 ist ein Kühlmittelkanal 50 ausgebildet, durch welchen ein Kühlmittel zur Kühlung der Lagerungen strömt. In einem oberen Teil eines rechten Endabschnitts (in 3) des Lagergehäuses 30 ist ein Einlass 50A des Kühlmittelkanals 50 ausgebildet. Der Einlass 50A liegt im Besonderen in einer vertikalen Position entsprechend der Achse der Hochdruckwelle HS. Der Kühlmittelkanal 50 hat einen Zulaufkanal 51, einen niederdruckseitigen Kühlmantel 52, einen Verbindungskanal 53, einen hochdruckseitigen Kühlmantel 54 und einen Ablaufkanal 55. Der Zulaufkanal 51 erstreckt sich vom Einlass 50A horizontal in Richtung der Hochdruckwelle HS, bis er eine horizontale Position entsprechend der Achse der Niederdruckwelle LS erreicht, biegt dann nach unten ab und erstreckt sich bis zu einer vertikalen Position unmittelbar oberhalb der Niederdruckwelle LS. Der niederdruckseitige Kühlmantel 52 ist mit einem unteren Endabschnitt des Zulaufkanals 51 verbunden und befindet sich in der Weise in der Umgebung der Niederdruckwelle LS, dass der den oberen Teil der Niederdruckwelle LS umschließt. Der Verbindungskanal 53 ist mit dem der Hochdruckwelle HS näher liegenden Endabschnitt des niederdruckseitigen Kühlmantels 52 verbunden und erstreckt sich vertikal nach oben. Der hochdruckseitige Kühlmantel 54 ist mit einem oberen Endabschnitt des Verbindungskanals 53 verbunden und liegt in der Weise in der Umgebung der Hochdruckwelle HS, dass er den oberen Teil der Hohdruckwelle HS umschließt. Der Ablaufkanal 55 liegt in vertikaler Richtung betrachtet oberhalb des Zulaufkanals 51. Der Ablaufkanal 55 ist mit einem oberen Endabschnitt des Verbindungskanals 53 verbunden und erstreckt sich horizontal in Richtung derjenigen Seite des Lagergehäuses 30, auf der der Einlass 50A vorgesehen ist. Die auf der rechten Seite gelegene Öffnung des Ablaufkanals 55 sieht einen Auslass 50B des Kühlmittelkanals 50 vor. Der Kühlmittelkanal ist daher so ausgelegt oder gestaltet, dass eine Kühlmittelströmung zunächst um die Niederdrucklagerung und dann um die Hochdrucklagerung veranlasst wird. In dieser Ausführungsform liegt der Auslass 50B oberhalb des Einlasses 50A.
In dem oberen Teil des rechten Endabschnitts des Lagergehäuses 30 sind darüber hinaus Schraublöcher 32A, 32B zum Anschrauben eines Flanschs 70 an das Lagergehäuse 30 ausgebildet. Im Flansch 70 sind eine mit dem Einlass 50A des Kühlmittelkanals 50 zu verbindende Zulauföffnung 72 und eine mit dem Auslass 50B des Kühlmittelkanals 50 zu verbindende Ablauföffnung 73 ausgebildet. Ein (nicht gezeigtes) Zulaufrohr zum Einspeisen des Kühlmittels in das Lagergehäuse 30 und ein (nicht gezeigtes) Ablaufrohr für den Ablauf des Kühlmittels sind mit der Zulauföffnung 72 bzw. der Ablauföffnung 73 zu verbinden. Des Weiteren sind am Flansch 70 mit den Schraublöchern 32A, 32B des Lagergehäuses 30 fluchtende Schraublöcher 71A, 71B ausgebildet.
Durch die oben beschriebene Gestaltung wird das von einer (nicht gezeigten) Schmierölpumpe kommende Schmieröl aus dem mit dem Flansch 60 verbundenen Zulaufrohr über den Einlass 40A des Schmierölkanals 40 in den Schmierölkanal 40 geleitet. Das Schmieröl wird zunächst über den Hauptkanal 41 in das Lagergehäuse 30 und anschließend über die Zweigkanäle 42, 43 zur Lagerung der Niederdruckwelle LS bzw. Lagerung der Hochdruckwelle HS geleitet. Anschließend läuft das für die Schmierung verwendete Schmieröl über den niederdruckseitigen Raum 44, im Besonderen über den hochdruckseitigen Raum 45, den Verbindungskanal 46 und den niederdruckseitigen Raum 44, aus dem Auslass 40B in das mit dem Flansch 60 verbundene Ablaufrohr ab.
Das von einer (nicht gezeigten) Kühlmittelpumpe kommende Kühlmittel wird aus dem mit dem Flansch 70 verbundenen Zulaufrohr über den Einlass 50A des Kühlmittelkanals 50 in den Kühlmittelkanal 50 und anschließend über den Zulaufkanal 51 in das Lagergehäuse 30 geleitet. Das Kühlmittel wird zunächst zum niederdruckseitigen Kühlmantel 52 geleitet, um die Niederdrucklagerung zu kühlen. Dann wird das Kühlmittel zum hochdruckseitigen Kühlmantel 54 geleitet, um die Hochdrucklagerung zu kühlen. Das für die Kühlung verwendete Kühlmittel läuft anschließend über den Ablaufkanal 55 aus dem Auslass 50B in das mit dem Flansch 70 verbundene Ablaufrohr aus.
Der Turboladeraufbau der Brennkraftmaschine gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform hat die folgenden Vorteile. (1) Das Niederdrucklagergehäuse 31 und das Hochdrucklagergehäuse 32 sind in einem Einzelstück (Lagergehäuse 30) integriert; das Lagergehäuse 30 hat als Einlass 40A und Auslass 40B des im Lagergehäuse 30 ausgebildeten Schmierölkanals 40 einen Einzeleinlass (alleinigen Einlass) bzw. Einzelauslass (alleinigen Auslass). Durch diese Gestaltung kann verglichen mit dem Fall, in dem für jeden Turbolader LTC, HTC ein Schmierölkanal mit einem Einlass und einem Auslass vorgesehen ist, die Zahl der Ein- und Auslässe um die Hälfte verringert werden; des Weiteren kann mit einer Verringerung der Zahl der Ein- und Auslässe die Zahl der mit den Ein- und Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Schmieröls verringert werden. Entsprechend kann die Baugröße der Brennkraftmaschine 1 verkleinert werden, obwohl die Brennkraftmaschine 1 zwei Turbolader LTC, HTC aufweist.

(2) Das Lagergehäuse 30 ist als Einzelstück einstückig ausgebildet. Verglichen mit dem Fall, in dem für jeden der Turbolader LTC, HTC beispielsweise ein Lagergehäuse vorgesehen ist, kann daher die Zahl der Teile der Turbolader LTC, HTC insgesamt verringert werden; die Lagergehäuse der Turbolader sind zusammengefasst und integriert. Des Weiteren kann die für den Zusammenbau der Lagergehäuse erforderliche Zeit eingespart werden.
(3) Der Schmierölkanal 40 umfasst den sich vom Einlass 40A ausgehend im Wesentlichen geradlinig erstreckenden Hauptkanal 41 und die vom Hauptkanal 41 abzweigenden und sich jeweils in Richtung einer der Achsen der beiden Wellen LS, HS erstreckenden beiden Zweigkanäle 42, 43. Durch diese Gestaltung kann der Hauptkanal 41 problemlos ausgebildet werden.
(4) Die Wellen LS, HS der Turbolader LTC, HTC sind zueinander parallel angeordnet; der Hauptkanal 41 ist des Weiteren so ausgebildet, dass er in einer Ebene senkrecht zu den Axialrichtungen der Wellen LS, HS zwischen der Achse der Welle LS und der Achse der Welle HS hindurch geht. Durch diese Gestaltung kann im Vergleich zu einer Gestaltung, bei der der Hauptkanal 41 nicht zwischen den Achsen der Wellen LS, HS in der oben angegebenen Ebene hindurch geht, eine auf die Ausbildung des Hauptkanals 41 zurückzuführende Vergrößerung des Lagergehäuses 30 begrenzt oder verhindert werden.
(5) Ein Teil des Hochdruckverdichtergehäuses 12 und ein Teil des Hochdruckturbinengehäuses 22, die den Hochdruckturbolader HTC bilden, sind in dem Raum zwischen dem Niederdruckverdichtergehäuse 11 und dem Niederdruckturbinengehäuse 21, die den Niederdruckturbolader LTC bilden, angeordnet. Durch diese Gestaltung kann im Vergleich mit einer Gestaltung, bei der ein Teil des Hochdruckverdichtergehäuses 12 des Hochdruckturboladers HTC und ein Teil dessen Hochdruckturbinengehäuses 22 nicht in diesem Raum liegen, der Abstand zwischen den zueinander parallelen Wellen LS, HS verkleinert werden. Folglich kann die Größe des Lagergehäuses 30 und damit auch die Größe der Brennkraftmaschine 1 verkleinert werden. Des Weiteren kann bei der Gestaltung, bei der sich der Hauptkanal 41 vom Einlass 40A des Schmierölkanals 40 ausgehend im Wesentlichen geradlinig erstreckt und in einer Ebene senkrecht zu den Axialrichtungen der Wellen LS, HS zwischen den Achsen der Wellen LS, HS hindurchgeht und bei der der Zweigkanal 42 (43) orthogonal zum Hauptkanal 41 und zur Achse der entsprechenden Welle LS (HS) ausgebildet ist, der Abstand zwischen den Wellen LS, HS verkleinert werden, wodurch die Länge jedes Zweigkanals 42, 43 verkürzt werden kann.
(6) Der Kühlmittelkanal 50, durch welchen das Kühlmittel zur Kühlung der Lagerungen strömt, ist im Lagergehäuse 30 ausgebildet; das Lagergehäuse 30 hat als Einlass 50A und Auslass 50B des Kühlmittelkanals 50 einen Einzeleinlass (alleinigen Einlass) und einen Einzelauslass (alleinigen Auslass). Durch diese Gestaltung kann verglichen mit dem Fall, in dem für jeden der Turbolader LTC, HTC ein Kühlmittelkanal mit einem Einlass und einem Auslass vorgesehen ist, die Zahl der Ein- und Auslässe auf die Hälfte verringert werden. Weiter kann mit einer Verringerung der Zahl der Ein- und Auslässe die Zahl der mit den Ein- und Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Kühlmittels verringert werden. Entsprechend kann die Baugröße der Brennkraftmaschine 1 verkleinert werden, obwohl die Brennkraftmaschine 1 mit zwei Turboladern LTC, HTC ausgestattet ist.
(7) In der Brennkraftmaschine 1 mit dem Niederdruckturbolader LTC und dem Hochdruckturbolader HTC wird der Hochdruckturbolader HTC angetrieben, wenn die Brennkraftmaschine bei einer niedrigen Last arbeitet oder die Brennkraftmaschinendrehzahl niedrig ist, während der Niederdruckturbolader LTC angetrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine bei einer hohen Last oder mit einer hohen Drehzahl arbeitet; daher erreicht die Niederdrucklagerung des Niederdruckturboladers LTC eine höhere Temperatur als die Hochdrucklagerung des Hochdruckturboladers HTC. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Kühlmittelkanal 50 so ausgelegt oder gestaltet, dass eine Kühlmittelströmung zunächst um die Niederdrucklagerung des Niederdruckturboladers LTC und anschließend um die Hochdrucklagerung des Hochdruckturboladers HTC veranlasst wird, so dass die Niederdrucklagerung bei der Gestaltung, bei der der Einlass 50A und Auslass 50B des Kühlmittelkanals 50 als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass vorgesehen sind, angemessen gekühlt wird.

Der erfindungsgemäße Turboladeraufbau der Brennkraftmaschine ist in keiner Weise auf die mit der obigen Ausführungsform diskutierten Gestaltungen beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr wie folgt in Form verschiedener anderer Ausführungsformen realisiert werden, die je nach Bedarf verschieden ausgestaltet sind.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Kühlmittelkanal 50 so ausgelegt, dass das Kühlmittel zunächst um die Niederdrucklagerung des Niederdruckturboladers LTC und anschließend um die Hochdrucklagerung des Hochdruckturboladers HTC strömt. Diese Gestaltung ist insofern von Vorteil, als die Niederdrucklagerung des Niederdruckturboladers LTC angemessen gekühlt werden kann, wenn die Niederdrucklagerung während eines Betriebs der Brennkraftmaschine bei einer hohen Last oder mit einer hohen Drehzahl eine hohe Temperatur erreicht. Die Struktur des Kühlmittelkanals ist aber nicht auf diejenige der obigen Ausführungsform beschränkt. Der Kühlmittelkanal kann auch so ausgelegt sein, dass das Kühlmittel zunächst die Hochdrucklagerung des Hochdruckturboladers HTC und anschließend die Niederdrucklagerung des Niederdruckturboladers LTC umströmt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind sowohl der Einlass 50A als auch der Auslass 50B des Kühlmittelkanals 50 als Einzeleinlass (alleiniger Einlass) bzw. Einzelauslass (alleiniger Auslass) ausgebildet. Diese Gestaltung ist insofern von Vorteil, als die Zahl der mit den Ein- und Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Kühlmittels verringert werden kann. Die Struktur des Kühlmittelkanals gemäß der Erfindung ist aber nicht auf diejenige der obigen Ausführungsform beschränkt; es kann auch nur der Einlass oder nur der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass oder Einzelauslass ausgebildet sein. Auch in diesem Fall kann verglichen mit einer Gestaltung, bei der für jeden Turbolader ein Kühlmittelkanal mit sowohl einem Einlass als auch einem Auslass vorgesehen ist, zumindest die Zahl der Rohrleitungen, die mit dem als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildeten Einlass oder Auslass verbunden sind, verringert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist, sowohl was den Schmierölkanal als auch den Kühlmittelkanal betrifft, wenigstens der Einlass oder der Auslass, die im Lagergehäuse ausgebildet sind, als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet. Der Turboladeraufbau der Erfindung ist aber nicht auf diese Gestaltung beschränkt; beispielsweise kann für jeden Turbolader LTC, HTC ein Kühlmittelkanal mit einem Einlass und einem Auslass vorgesehen sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind ein Teil des Hochdruckverdichtergehäuses 12 und ein Teil des Hochdruckturbinengehäuses 22 in dem Raum zwischen dem Niederdruckverdichtergehäuse 11 und dem Niederdruckturbinengehäuse 21 angeordnet. Diese Gestaltung ist insofern von Vorteil, als der Abstand zwischen den Wellen LS, HS verkleinert werden kann, was zu einer Verkleinerung der Größe des Lagergehäuses 30 und damit auch der Größe der Brennkraftmaschine 1 führt. Der Turboladeraufbau der Erfindung ist aber nicht auf diese Gestaltung beschränkt; das Hochdruckverdichtergehäuse und das Hochdruckturbinengehäuse müssen nicht in dem Raum zwischen dem Niederdruckverdichtergehäuse und dem Niederdruckturbinengehäuse angeordnet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst der Schmierölkanal 40 den sich vom Einlass 40A ausgehend im Wesentlichen geradlinig erstreckenden Hauptkanal 41 und die orthogonal zum Hauptkanal 41 und zu den Achsen der entsprechenden Wellen LS, HS ausgebildeten Zweigkanäle 42, 43. Bei dieser Gestaltung sind die Wellen LS, HS der Turbolader LTC, HTC zueinander parallel angeordnet, und der Hauptkanal 41 ist so ausgebildet, dass er in einer Ebene senkrecht zu den Axialrichtungen der Wellen LS, HS zwischen den Achsen der Wellen LS, HS hindurch geht. Diese Gestaltung ist insofern von Vorteil, als es wenig wahrscheinlich oder unwahrscheinlich ist, dass die Größe des Lagergehäuses 30 infolge der Ausbildung des Hauptkanals 41 zunimmt. Der Turboladeraufbau der Erfindung ist aber nicht auf diese Gestaltung beschränkt; der Hauptkanal muss nicht zwischen den Achsen der Wellen LS, HS hindurch gehen.
Während die Niederdruckwelle LS und die Hochdruckwelle HS In der oben beschriebenen Ausführungsform zueinander parallel angeordnet sind, müssen diese Wellen nicht zueinander parallel angeordnet sein. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der niederdruckseitige Zweigkanal 42 des Schmierölkanals 40 so ausgebildet, dass er orthogonal zum Hauptkanal 41 und orthogonal zur Achse der Niederdruckwelle LS verläuft. Des Weiteren ist der hochdruckseitige Zweigkanal 43 so ausgebildet, dass er orthogonal zum Hauptkanal 41 und orthogonal zur Achse der Hochdruckwelle HS verläuft. Die Gestaltung der Zweigkanäle ist aber nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt; vielmehr können der Winkel zwischen jedem Zweigkanal und dem Hauptkanal 41 wie auch der Winkel zwischen jedem Zweigkanal und der Achse der entsprechenden Welle beliebig verändert sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform erstreckt sich der Hauptkanal 41 des Schmierölkanals 40 vom Einlass 40A ausgehend im Wesentlichen geradlinig. Diese Gestaltung ist insofern von Vorteil, als der Hauptkanal 41 einfach ausgebildet werden kann. Der Hauptkanal gemäß der Erfindung ist aber nicht auf denjenigen der obigen Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch gekrümmt ausgebildet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Auslass 40B des Schmierölkanals 40 in Vertikalrichtung betrachtet in einem unteren Endabschnitt des Lagergehäuses 30 vorgesehen, so dass das für die Schmierung der Lagerungen verwendete Schmieröl über den Auslass 40B, der in Vertikalrichtung betrachtet am unteren Ende des Lagergehäuses 30 ausgebildet ist, allein durch die Schwerkraft aus dem Lagergehäuse 30 herausläuft. Die Position, an der der Auslass des Schmierölkanals erfindungsgemäß ausgebildet ist, ist aber nicht auf die oben angegebene Position beschränkt; der Auslass kann auch in einem Seitenabschnitt oder oberen Endabschnitt (in Vertikalrichtung betrachtet) des Lagergehäuses ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Schmieröl möglicherweise nicht so gut ablaufen, so dass die Konstruktion oder Gestaltung des Schmierölkanals vorteilhaft den Bedürfnissen entsprechend abgeändert sein mag.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind das Niederdrucklagergehäuse 31 und das Hochdrucklagergehäuse 32 in Gestalt genau eines Stücks einstückig ausgebildet, d. h. in das Lagergehäuse 30 integriert. Die Ausbildung des einstückig gestalteten Lagergehäuses 30 ist im Hinblick auf eine Verringerung der Zahl der Teile des Turboladers LTC, HTC insgesamt und im Hinblick auf die Einsparung der für den Zusammenbau zweiter oder mehrerer Lagergehäuse erforderlichen Zeit von Vorteil. Der Turboladeraufbau der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Das Niederdrucklagergehäuse und das Hochdrucklagergehäuse können ebenso als separate Stücke ausgebildet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind der Einlass und der Auslass des Schmierölkanals im Lagergehäuse als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet. Diese Gestaltung ist insofern von Vorteil, als die Zahl der mit den Ein- und Auslässen verbundenen Rohrleitungen zur Zu- oder Abfuhr des Schmieröls verringert und damit die Baugröße der Brennkraftmaschine 1 verkleinert werden kann. Der Turboladeraufbau der Erfindung ist aber nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Es kann auch nur der Einlass oder nur der Auslass des Schmierölkanals als Einzelleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet sein. Auch in diesem Fall kann verglichen mit einer Gestaltung, bei der für jeden Turbolader ein Schmierölkanal mit sowohl einem Einlass als auch einem Auslass vorgesehen sind, wenigstens die Zahl der Rohrleitungen, die mit dem als Einzeleinlass oder Einzelauslass ausgebildeten Einlass bzw. Auslass verbunden sind, verringert werden.
Zusammenfassend ist die vorliegende Erfindung realisiert, wenn das Lagergehäuse, das zwei oder mehrere Lagerungen umschließt, als Einzelstück vorgesehen und der Schmierölkanal, durch welchen das Schmieröl zur Schmierung der beiden oder mehreren Lagerungen strömt, im Lagergehäuse in der Weise ausgebildet ist, dass wenigstens der Einlass oder der Auslass des Schmierölkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist.
Wenngleich in der der oben beschriebenen Ausführungsform wenigstens der Einlass oder der Auslass des Schmierölkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist, kann stattdessen wenigstens der Einlass oder der Auslass des Kühlmittelkanals als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet sein. D. h., dass in diesem Fall für jeden Turbolader ein Schmierölkanal mit einem Einlass und einem Auslass vorgesehen sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4-30230 A [0002]

Claims

Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) mit jeweils einem Verdichterrad (LCW, HCW), einem Turbinenrad (LTW, HTW), einer Welle (LS, HS), die das Verdichterrad (LCW, HCW) und das Turbinenrad (LTW, HTW) verbindet, und einer Lagerung, die die Welle (LS, HS) trägt, gekennzeichnet durch: ein einstückiges Lagergehäuse (30), das die Lagerungen der Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) umschließt, wobei im Lagergehäuse (30) ein Schmierölkanal (40) ausgebildet ist, durch welchen ein Schmieröl zur Schmierung der Lagerungen strömt, und wenigstens der Einlass (40A) oder der Auslass (40B) des Schmierölkanals (40) als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist.
Turboladeraufbau nach Anspruch 1, wobei sowohl der Einlass (40A) als auch der Auslass (40B) des Schmierölkanals (40) als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet sind
Turboladeraufbau nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lagergehäuse (30) einstückig ausgebildet ist.
Turboladeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Auslass (40B) des Schmierölkanals (40) in einem in Vertikalrichtung unteren Endabschnitt des Lagergehäuses (30) vorgesehen ist.
Turboladeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einlass (40A) des Schmierölkanals (40) als Einzeleinlass ausgebildet ist und der Schmierölkanal (40) einen sich vom Einlass (40A) aus im Wesentlichen geradlinig erstreckenden Hauptkanal (41) sowie eine Vielzahl von vom Hauptkanal (41) abzweigenden und sich jeweils in Richtung der Achse einer der Wellen der Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) erstreckenden Zweigkanälen (42, 43) aufweist.
Turboladeraufbau nach Anspruch 5, wobei die Zweigkanäle (42, 43) jeweils orthogonal zum Hauptkanal (41) und zur Achse der entsprechenden Welle ausgebildet sind.
Turboladeraufbau nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Turboladeraufbau als die Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) zwei Turbolader (LTC, HTC) aufweist und die Wellen der beiden Turbolader (LTC, HTC) zueinander parallel angeordnet sind, und der Hauptkanal (41) so ausgebildet ist, dass er, in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung der beiden Wellen zwischen den Achsen der beiden Wellen hindurch geht.
Turboladeraufbau nach Anspruch 7, wobei ein Teil eines Verdichtergehäuses (12), das das Verdichterrad (HCW) eines (HTC) der beiden Turbolader (LTC, HTC) umschließt, und ein Teil eines Turbinengehäuses (22), das das Turbinenrad (HTW) des einen Turboladers (HTC) umschließt, in einem Raum zwischen dem Verdichtergehäuse (11), das das Verdichterrad (LCW) des anderen (LTC) der beiden Turbolader (LTC, HTC) umschließt, und dem Turbinengehäuse (21), das das Turbinenrad (LTW) des anderen Turboladers (LTC) umschließt, angeordnet sind.
Turboladeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im Gehäuse (30) ein Kühlmittelkanal (50) ausgebildet ist, durch welchen ein Kühlmittel zur Kühlung der Lagerungen strömt, und wenigstens der Einlass (50A) oder der Auslass (50B) des Kühlmittelkanals (50) als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist.
Turboladeraufbau für eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) mit jeweils einem Verdichterrad (LCW, HCW), einem Turbinenrad (LTW, HTW), einer Welle (LS, HS), die das Verdichterrad (LCW, HCW) und das Turbinenrad (LTW, HTW) verbindet, und einer Lagerung, die die Welle (LS, HS) trägt, gekennzeichnet durch: ein einstückiges Lagergehäuse (30), das die Lagerungen der Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) umschließt, wobei im Lagergehäuse (30) ein Kühlmittelkanal (50) ausgebildet ist, durch welchen ein Kühlmittel zur Kühlung der Lagerungen strömt, und wenigstens der Einlass (50A) oder der Auslass (50B) des Kühlmittelkanals (50) als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet ist.
Turboladeraufbau nach Anspruch 9 oder 10, wobei sowohl der Einlass (50A) als auch der Auslass (50B) des Kühlmittelkanals (50) als Einzeleinlass bzw. Einzelauslass ausgebildet sind.
Turboladeraufbau nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei: die Vielzahl von Turboladern (LTC, HTC) einen Niederdruckturbolader (LTC) mit einem Niederdruckverdichterrad (LCW) und einem Niederdruckturbinenrad (LTW) und einen Hochdruckturbolader (HTC) mit einem Hochdruckverdichterrad (HCW) und einem Hochdruckturbinenrad (HTW) umfassen, wobei das Hochdruckverdichterrad (HCW) in einer Ansaugleitung (2) stromabwärts des Niederdruckverdichterrads (LCW) angeordnet ist und ein höheres Verdichtungsverhältnis hat als das Niederdruckverdichterrad (LCW), und wobei das Hochdruckturbinenrad (HTW) in einer Auslassleitung (3) stromaufwärts des Niederdruckturbinenrads (LTW) angeordnet ist und ein höheres Expansionsverhältnis hat als das Niederdruckturbinenrad (LTW); und der Kühlmittelkanal (50) so ausgelegt ist, dass das Kühlmittel zunächst die Lagerung des Niederdruckturboladers (LTC) und anschließend die Lagerung des Hochdruckturboladers (HTC) umströmt.
Turboladeraufbau nach Anspruch 12, wobei der Kühlmittelkanal (50) einen niederdruckseitigen Kühlmantel (52) in der Umgebung der Welle (LS) des Niederdruckturboladers (LTC) und einen hochdruckseitigen Kühlmantel (55) in der Umgebung der Welle (HS) des Hochdruckturboladers (HTC) aufweist, und wobei der hochdruckseitige Kühlmantel (55) im Kühlmittelkanal (50) stromabwärts des niederdruckseitigen Kühlmantels (52) angeordnet ist.