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Die Erfindung betrifft ein Trägergehäuse für eine Abgasturbolader-Anordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Abgasturbolader-Anordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6, sowie einen Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Aus der deutschen Übersetzung einer europäischen Patentschrift mit der Veröffentlichungsnummer
DE 695 20 866 T2 geht ein Trägergehäuse für eine Abgasturbolader-Anordnung zur Befestigung an einem Verbrennungsmotor hervor, welches mit einem Befestigungsbereich an dem Verbrennungsmotor befestigt wird. Es ist ein erster Befestigungsflansch vorgesehen, an welchem ein Hochdruck-Abgasturbolader mechanisch befestigt wird. Ein zweiter Befestigungsflansch an dem Trägergehäuse dient der mechanischen Befestigung eines ersten Niederdruck-Abgasturboladers, wobei ein dritter Befestigungsflansch der mechanischen Befestigung eines zweiten Niederdruck-Abgasturboladers dient. Das Trägergehäuse ermöglicht so eine mechanische Befestigung einer Abgasturbolader-Anordnung an einem Verbrennungsmotor, wobei diese eine zweistufige Aufladung ermöglicht, indem die beiden Niederdruck-Abgasturbolader zueinander parallel geschaltet und mit dem Hochdruck-Abgasturbolader in Reihe, insbesondere - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - hinter diesem angeordnet sind. Dabei werden insbesondere für große Verbrennungsmotoren solche zweistufigen Abgasturbolader-Anordnungen mit zwei parallelen Niederdruck-Abgasturboladern gegenüber Anordnungen mit nur einem Niederdruck-Abgasturbolader bevorzugt, weil diese kleiner und kompakter gebaut und miteinander verbunden werden können, als ein einziger, vergleichsweise großer Niederdruck-Abgasturbolader. An dem bekannten Trägergehäuse sind die Abgasturbolader so angeordnet, dass sie über separate Leitungsabschnitte, die zumindest bereichsweise innerhalb des Gehäuses verlaufen, mit Abgas versorgt werden. Das Trägergehäuse stellt somit lediglich eine Art mechanische Ummantelung der Abgasturbolader-Anordnung dar, die selbst nicht der Abgasführung dient, sondern hierfür vielmehr zusätzliche Leitungselemente aufnimmt, die auch eigens aus dem Gehäuse herausgeführt werden müssen. Hierdurch benötigt das bekannte Trägergehäuse einen relativ großen Bauraum und ist nicht optimal platzsparend an dem Verbrennungsmotor anordenbar. Überdies weist es ein vergleichsweise hohes Gewicht auf, welches durch die zusätzlichen Leitungsabschnitte zur Durchleitung des Abgases noch erhöht wird.
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Auch aus der
WO 2012/ 028 768 A1 und aus der
DE 10 2010 041 066 A1 gehen jeweils Trägergehäuse für Abgasturbolader-Anordnungen hervor.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trägergehäuse für eine Abgasturbolader-Anordnung zu schaffen, welches kompakter und leichter ausgebildet ist als bekannte Trägergehäuse, wobei es zusätzlich weitere Funktionen neben der reinen mechanischen Befestigung der Abgasturbolader-Anordnung übernimmt, wobei es insbesondere kompakt und platzsparend, insbesondere an einem V-Motor angeordnet werden kann. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Abgasturbolader-Anordnung mit einem solchen Trägergehäuse sowie einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Trägergehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Das Trägergehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass der erste, der zweite und auch der dritte Befestigungsflansch Teile einer durch das Trägergehäuse selbst gebildeten Abgasleitung sind. Dabei ist der Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers durch den ersten Befestigungsflansch, an dem sie mechanisch befestigbar ist, Abgas zuführbar, wobei der Turbine des ersten Niederdruck-Abgasturboladers durch den zweiten Befestigungsflansch, an dem sie mechanisch befestigbar ist, Abgas zuführbar ist, und wobei der Turbine des zweiten Niederdruck-Abgasturboladers durch den dritten Befestigungsflansch, an dem sie mechanisch befestigbar ist, Abgas zuführbar ist, wenn die Turbinen der Abgasturbolader an den ihnen zugeordneten Befestigungsflanschen befestigt sind. Das Trägergehäuse selbst stellt also eine Abgasleitung dar, durch welche in montiertem Zustand über die Befestigungsflansche den Turbinen der Abgasturbolader Abgas zugeführt wird. Dabei umfasst das Trägergehäuse mindestens einen Verbindungsflansch, mit dem die Befestigungsflansche in Fluidverbindung stehen, wobei der Verbindungsflansch zur Verbindung mit einer Abgasführung ausgebildet ist, durch die Abgas von dem Verbrennungsmotor zu dem Trägergehäuse strömen kann. Über den Verbindungsflansch wird also das selbst eine Abgasleitung bildende Trägergehäuse mit einer Abgasführung des Verbrennungsmotors verbunden, so dass Abgas von diesem in das Trägergehäuse strömen kann. In der durch das Trägergehäuse gebildeten Abgasleitung wird das Abgas weiter zu den Befestigungsflanschen und damit zu den Turbinen der Abgasturbolader geführt. Dadurch, dass das Trägergehäuse selbst eine Abgasleitung bildet, dient es nicht allein der mechanischen Befestigung der Abgasturbolader-Anordnung, sondern vielmehr zugleich auch unmittelbar der Abgasleitung. Hierdurch ist es nicht nötig, separate Leitungsabschnitte in dem Trägergehäuse anzuordnen, wodurch dieses kleiner, kompakter und leichter ausgebildet sein kann. Somit ist es auch einfacher möglich, das Trägergehäuse bauraumsparend an dem Verbrennungsmotor zu befestigen, es insbesondere in eine äußere Form des Verbrennungsmotors zu integrieren.
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Es wird ein Trägergehäuse bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass die von dem Trägergehäuse gebildete Abgasleitung so ausgebildet ist, dass - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - der erste Befestigungsflansch stromabwärts des mindestens einen Verbindungsflansches angeordnet ist. Das Abgas strömt demnach von dem Verbindungsflansch kommend zu dem ersten Befestigungsflansch. Dabei sind der zweite und der dritte Befestigungsflansch stromabwärts des ersten Befestigungsflansches und vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Das Abgas gelangt demnach erst nachdem es den ersten Befestigungsflansch durchströmt hat auch zu dem zweiten und dritten Befestigungsflansch, die in dem Sinne parallel zueinander angeordnet sind, dass sich der Abgasstrom stromaufwärts von ihnen verzweigt und auf den zweiten und den dritten Befestigungsflansch aufgeteilt wird. Es ist daher möglich, mit Hilfe des Trägergehäuses eine Abgasturbolader-Anordnung zu realisieren, die eine zweistufige Aufladung mit einem vorgeschalteten Hochdruck-Abgasturbolader und zwei parallel zueinander geschalteten, dem Hochdruck-Abgasturbolader gemeinsam in Reihe nachgeschalteten Niederdruck-Abgasturboladern ermöglicht.
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Es wird auch ein Trägergehäuse bevorzugt, das sich durch genau zwei Verbindungsflansche auszeichnet, die vorzugsweise - entlang einer Längserstreckung des Trägergehäuses gesehen - gegenüberliegend angeordnet sind. Es ist so möglich, zwei von einem Verbrennungsmotor kommende Abgasführungen mit dem Trägergehäuse zu verbinden, wobei das durch die zwei Verbindungsflansche in das Trägergehäuse einströmende Abgas vorzugsweise zusammengeführt und gemeinsam zu dem ersten Befestigungsflansch geführt und damit der Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers zugeleitet wird.
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Es wird auch ein Trägergehäuse bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass es eine Ventilaufnahme zur Befestigung eines Ventils aufweist. Dabei ist die Abgasleitung so ausgebildet, wobei zugleich die Ventilaufnahme relativ zu der Abgasleitung so angeordnet ist, dass durch ein in der Ventilaufnahme angeordnetes Ventil ein Fluidpfad freigebbar oder sperrbar ist, durch den Abgas von dem mindestens einen Verbindungsflansch unter Umgehung des ersten Befestigungsflanschs zu den zweiten und dritten Befestigungsflanschen führbar ist. Somit ist es mit Hilfe des Ventils möglich, einen Bypass - strömungstechnisch gesehen - um den ersten Befestigungsflansch und damit um den Hochdruck-Abgasturbolader herum zu realisieren, so dass das von dem Verbrennungsmotor kommende Abgas unter Umgehung des Hochdruck-Abgasturboladers unmittelbar den beiden Niederdruck-Abgasturboladern zugeführt wird. Ein solches Ventil wird auch als „Waste-Gate“ bezeichnet. Mit Hilfe des Waste-Gate ist es in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors möglich, den Hochdruck-Abgasturbolader zu umgehen. Dabei ist es möglich, dass das Ventil nur zwei diskrete Zustände einnehmen kann, indem es den Fluidpfad entweder freigibt oder vollständig sperrt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Ventil mehrere diskrete Zwischenzustände einnehmen oder kontinuierlich zwischen seinen Extremalpositionen angeordnet werden kann. In diesem Fall kann der Abgasstrom stromaufwärts der Turbine des Hochdruck-Turboladers aufgeteilt werden, wobei ein erster Teil des Abgasstroms unmittelbar den ersten und zweiten Niederdruck-Abgasturboladern zugeführt wird, während ein zweiter Teil des Abgasstroms zunächst dem Hochdruck-Abgasturbolader und danach ausgehend von diesem den ersten und zweiten Neiderdruck-Abgasturboladern zugeführt wird. Die Möglichkeit, in der Ventilaufnahme ein solches Waste-Gate vorzusehen, bedeutet eine weitere Funktionsintegration des Trägergehäuses zusätzlich zu der von diesem übernommenen Funktion einer Abgasleitung. Insbesondere ist das Trägergehäuse zusätzlich zu seinen weiteren Funktionen auch als Hochdruckturbinen-Bypass ausgebildet.
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Es wird ein Trägergehäuse bevorzugt, das sich durch einen Anschlussflansch zur Verbindung mit einer Abgasführung auszeichnet. Der Anschlussflansch ist dabei so ausgebildet und angeordnet, dass Abgas von einem Ausgang der Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers zu dem Anschlussflansch strömen kann, wenn die Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers an dem ersten Befestigungsflansch befestigt ist, und wenn die Abgasführung mit dem Ausgang der Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers einerseits und mit dem Anschlussflansch andererseits verbunden ist. Der Anschlussflansch ist dabei - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - stromabwärts des ersten Befestigungsflansches und stromaufwärts der zweiten und dritten Befestigungsflansche angeordnet. Der Abgasstrom verlässt das Trägergehäuse, wenn er in die Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers eintritt. Es muss daher eine Möglichkeit vorgesehen sein, das aus der Hochdruck-Turbine austretende Abgas wieder in das Trägergehäuse zurückzuführen. Hierzu ist es grundsätzlich möglich, dass das Trägergehäuse unmittelbar einen weiteren Befestigungsflansch aufweist, der mit dem Ausgang der Hochdruckturbine direkt verbunden werden kann. Dies ist jedoch aus geometrischen Gründen häufig nicht möglich oder nicht vorteilhaft. Stattdessen ist vorzugsweise der Anschlussflansch vorgesehen, um eine Abgasführung an dem Trägergehäuse zu befestigen, durch welche das Abgas von dem Ausgang der Hochdruck-Turbine zu dem Anschlussflansch und damit zurück in das Trägergehäuse strömen kann. Die Abgasführung ist dabei vorzugsweise als Rohrleitung realisiert. Somit strömt das Abgas zunächst durch den ersten Befestigungsflansch in die Hochdruck-Turbine und von dieser durch die Abgasführung zurück durch den Anschlussflansch in das Trägergehäuse, wo es aufgeteilt und parallel zu dem zweiten und dem dritten Befestigungsflansch geführt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Trägergehäuse im Wesentlichen eine langgestreckte Form aufweist. Dabei ist ein erster Verbindungsflansch an einem ersten Ende des Trägergehäuses angeordnet, während ein zweiter Verbindungsflansch an einem dem ersten Ende - in Längsrichtung des Trägergehäuses gesehen - gegenüberliegenden zweiten Ende angeordnet ist. Wie bereits beschrieben, tritt durch den ersten und den zweiten Verbindungsflansch Abgas in das Trägergehäuse ein, wird in diesem zusammengeführt und der Hochdruck-Turbine zugeleitet. Ist das Trägergehäuse mit seiner Längsrichtung quer zu einem Verbrennungsmotor angeordnet, können auf gegenüberliegenden Seiten des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasführungen desselben mit den gegenüberliegenden Verbindungsflanschen verbunden werden. Das Trägergehäuse weist somit eine weitere Funktion auf, indem es eine Querverbindung zwischen den Abgasführungen des Verbrennungsmotors schafft und das so von zwei Seiten einströmende Abgas zusammenführt. Der erste Befestigungsflansch ist erfindungsgemäß im Wesentlichen mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Trägergehäuses angeordnet. Dies ist vorteilhaft, weil so das von beiden Enden einströmende Abgas ungefähr in der Mitte des Trägergehäuses zusammengeführt und an dieser Stelle der Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers zugeführt wird. Der zweite Befestigungsflansch ist erfindungsgemäß im Bereich des ersten Endes angeordnet, und der dritte Befestigungsflansch ist im Bereich des zweiten Endes angeordnet. Nach Durchlaufen der Hochdruck-Turbine wird das Abgas also bevorzugt in dem Trägergehäuse wiederum aufgeteilt und - in Längsrichtung gesehen - in entgegengesetzte Richtungen zu den Niederdruck-Abgasturboladern geführt. Bei entsprechender Anordnung des Trägergehäuses an einem Verbrennungsmotor wird das Abgas hier demnach quer abgeleitet und den Niederdruck-Abgasturboladern quasi in seitlichen Bereichen des Verbrennungsmotors zugeführt. Somit werden letztlich zwei Abgasquerverbindungen geschaffen, wobei das Abgas zunächst in einer ersten Querverbindung gesammelt und später in einer zweiten Querverbindung aufgeteilt wird. Diese Ausgestaltung der Abgasleitungen ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung des Trägergehäuses an einem Verbrennungsmotor, wobei es besonders günstig in dessen äußere Form integriert, insbesondere an einer Stirnseite desselben quer angeordnet werden kann.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Abgasturbolader-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 geschaffen wird. Diese umfasst einen Hochdruck-Abgasturbolader sowie einen ersten und einen zweiten Niederdruck-Abgasturbolader. Sie zeichnet sich durch ein Trägergehäuse nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Dabei ist eine Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers an dem ersten Befestigungsflansch befestigt, wobei eine Turbine des ersten Niederdruck-Abgasturboladers an dem zweiten Befestigungsflansch befestigt ist. Eine Turbine des zweiten Niederdruck-Abgasturboladers ist an dem dritten Befestigungsflansch befestigt. Vorzugsweise ist eine Abgasführung, besonders bevorzugt eine Rohrleitung, mit einem Ausgang der Turbine des Hochdruck-Abgasturboladers einerseits und mit dem Anschlussflansch des Trägergehäuses andererseits verbunden. Hierdurch kann Abgas, welches das Trägergehäuse durch den ersten Befestigungsflansch in die Hochdruck-Turbine verlassen hat, über die Abgasführung und den Anschlussflansch zurück in das Trägergehäuse strömen, wo es dann weiter auf die Niederdruck-Abgasturbolader aufgeteilt wird.
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Weiter ist vorzugsweise ein Ventil in der Ventilaufnahme des Trägergehäuses angeordnet, so dass durch das Ventil ein Fluidpfad, durch welchen Abgas von dem mindestens einen Verbindungsflansch unter Umgehung des ersten Befestigungsflansches zu dem zweiten und zu dem dritten Befestigungsflansch führbar ist, freigebbar oder sperrbar ist. Die Abgasturbolader-Anordnung umfasst demnach ein sogenanntes Waste-Gate, so dass ein Hochdruckturbinen-Bypass verwirklicht werden kann.
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Innerhalb der Abgasturbolader-Anordnung ergibt sich somit bevorzugt folgender Strömungsverlauf für das Abgas: Es tritt durch den mindesten einen Verbindungsflansch vom Verbrennungsmotor her kommend in das Trägergehäuse ein und wird von dort zu dem ersten Befestigungsflansch sowie zu der Ventilaufnahme geleitet. Gegebenenfalls wird mit Hilfe des Ventils zumindest ein Teil des Abgasstroms an dem ersten Befestigungsflansch vorbei unmittelbar zu dem zweiten und dritten Befestigungsflansch geführt. Der restliche Teil des Abgasstroms oder auch der gesamte Abgasstrom tritt durch den ersten Befestigungsflansch in die Hochdruck-Turbine ein. Durch deren Ausgang strömt das Abgas in die Abgasführung und durch diese sowie durch den Anschlussflansch wieder zurück in das Trägergehäuse, wo der Abgasstrom aufgeteilt wird in einen ersten Teilstrom, der zu dem ersten Niederdruck-Abgasturbolader weiterströmt, und in einen zweiten Teilstrom, der zu dem zweiten Niederdruck-Abgasturbolader weiterströmt. Der erste Teilstrom passiert den zweiten Befestigungsflansch und tritt durch diesen in die Turbine des ersten Niederdruck-Abgasturboladers ein. Der zweite Teilstrom passiert den dritten Befestigungsflansch und tritt durch diesen in die Turbine des zweiten Niederdruck-Abgasturboladers ein.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 7 geschaffen wird. Dieser zeichnet sich durch eine Abgasturbolader-Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Dabei ist eine Abgasführung, die von dem Verbrennungsmotor kommt, mit dem mindestens einen Verbindungsflansch verbunden, so dass Abgas von dem Verbrennungsmotor zu dem Trägergehäuse strömen kann. Das von Zylindern des Verbrennungsmotors ausgestoßene Abgas strömt also durch die Abgasführung zu dem mindestens einen Verbindungsflansch und tritt durch diesen in das Trägergehäuse ein.
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Es wird ein Verbrennungsmotor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass er als V-Motor ausgebildet ist, wobei er eine erste und eine zweite Zylinderbank umfasst, die in einem Winkel relativ zueinander und einander gegenüberliegend in V-Form angeordnet sind. Die Zylinder einer jeden Zylinderbank sind - in Längsrichtung des Verbrennungsmotors gesehen - hintereinander aufgereiht. Der ersten Zylinderbank ist eine erste Abgasführung zugeordnet, die mit dem ersten Verbindungsflansch des Trägergehäuses verbunden ist, wobei der zweiten Zylinderbank eine zweite Abgasführung zugeordnet ist, die mit dem zweiten Verbindungsflansch des Trägergehäuses verbunden ist. Vorzugsweise umfasst der Verbrennungsmotor demnach ein Trägergehäuse, welches genau zwei Verbindungsflansche aufweist, nämlich den ersten mit der ersten Abgasführung verbundenen Verbindungsflansch und den zweiten mit der zweiten Abgasführung verbundenen Verbindungsflansch. Vorzugsweise sind die erste und zweite Abgasführung jeweils seitlich an dem Verbrennungsmotor so im Bereich der ersten beziehungsweise zweiten Zylinderbank angeordnet, dass sie einer äußeren Seite des Verbrennungsmotors zugewandt sind. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass die erste und zweite Abgasführung nicht seitlich außen an dem Verbrennungsmotor, sondern vielmehr innenliegend vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind sie in diesem Fall in eine innere Geometrie des Verbrennungsmotors integriert. Ist der Verbrennungsmotor als V-Motor ausgebildet, ist es beispielsweise möglich, zumindest eine der Abgasführungen in einem zwischen den V-förmig angeordneten Zylinderbänken ausgebildeten Zwischenraum, also quasi zwischen den Schenkeln des V anzuordnen. Selbstverständlich ist es möglich, beide Abgasführungen dort anzuordnen. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem eine der Abgasführungen seitlich an dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, während die andere Abgasführung innenliegend angeordnet ist.
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Es wird ein Verbrennungsmotor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass das Trägergehäuse an einer Stirnseite desselben so angeordnet ist, dass die Längsrichtung des Trägergehäuses quer, vorzugsweise senkrecht zu der durch die Hintereinanderreihung der Zylinder definierten Längsrichtung des Verbrennungsmotors orientiert ist. Dabei ist der erste Verbindungsflansch im Bereich der ersten Zylinderbank angeordnet, und der zweite Verbindungsflansch ist im Bereich der zweiten Zylinderbank angeordnet. Das Trägergehäuse erstreckt sich demnach an einer Stirnseite, besonders bevorzugt an einer Abtriebsseite des Verbrennungsmotors in Querrichtung, vorzugsweise horizontal, wobei die in den Bereichen der ersten und zweiten Zylinderbank angeordneten Verbindungsflansche jeweils endseitig entlang der Längserstreckung des Trägergehäuses vorgesehen sind, also seitlich zu den Zylinderbänken beziehungsweise zu den von den Zylinderbänken kommenden Abgasführungen weisen. Dementsprechend verwirklicht das Trägergehäuse eine erste Querverbindung für den Abgasstrom, indem die seitlich von den Zylinderbänken kommenden Abgasströme in das Trägergehäuse eintreten und dort zu dem vorzugsweise mittig angeordneten ersten Befestigungsflansch strömen, wo sie sich miteinander vereinigen. Entsprechend realisiert das Trägergehäuse bevorzugt eine zweite Querverbindung, indem die von der Hochdruck-Turbine kommende Abgasströmung durch den Anschlussflansch im Wesentlichen mittig in das Trägergehäuse eintritt und von dort aufgeteilt wird in zwei Teilströme, von denen ein erster Teilstrom zu dem zweiten Befestigungsflansch strömt, der im Bereich des ersten Endes angeordnet ist, wobei ein zweiter Teilstrom zu dem dritten Befestigungsflansch strömt, welcher im Bereich des zweiten Endes angeordnet ist. Dabei sind entsprechend auch die beiden Niederdruck-Abgasturbolader auf gegenüberliegenden, durch die Zylinderbänke definierten Seiten des Verbrennungsmotors angeordnet. Insgesamt wird so eine sehr kompakte Anordnung der Abgasturbolader-Anordnung an dem Verbrennungsmotor möglich, wobei sich das Trägergehäuse ohne Weiteres in eine äußere Form des Verbrennungsmotors integrieren lässt. Auch die Abgasturbolader sind kompakt und bauraumsparend an dem Trägergehäuse vorgesehen und in dem Bereich des Verbrennungsmotors verteilt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine erste dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors mit einer ein Trägergehäuse aufweisenden Abg astu rbolader -Anordnung;
- 2 eine zweite Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 1, und
- 3 eine dreidimensionale Darstellung des Trägergehäuses gemäß den 1 und 2.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 1, der eine Abgasturbolader-Anordnung 3 aufweist, die ein Trägergehäuse 5 umfasst.
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Das Trägergehäuse 5 weist einen Befestigungsbereich 7 auf, mit dem es mechanisch an dem Verbrennungsmotor 1 befestigt ist. Es umfasst weiterhin einen ersten, in 1 verdeckten, jedoch in 2 dargestellten Befestigungsflansch 9, einen zweiten Befestigungsflansch 11 und einen dritten Befestigungsflansch 13. An dem ersten Befestigungsflansch 9 ist eine Turbine 15 eines Hochdruck-Abgasturboladers 17 befestigt. An dem zweiten Befestigungsflansch 11 ist eine Turbine 19 eines ersten Niederdruck-Abgasturboladers 21 befestigt und an dem dritten Befestigungsflansch 13 ist eine Turbine 23 eines zweiten Niederdruck-Abgasturboladers 25 befestigt.
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Das Trägergehäuse 5 weist außerdem einen ersten Verbindungsflansch 27 sowie einen zweiten Verbindungsflansch 29 auf. Der erste Verbindungsflansch 27 ist mit einer ersten Abgasführung 31 verbunden, so dass von einer ersten Zylinderbank 33 ausgestoßenes Abgas durch die Abgasführung 31 über den ersten Verbindungsflansch 27 in das Trägergehäuse 5 eintreten kann.
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Der zweite Verbindungsflansch 29 ist mit einer zweiten Abgasführung 35 verbunden, durch die Abgas von einer zweiten Zylinderbank 37, die in 1 verdeckt, jedoch in 2 dargestellt ist, durch die Abgasführung 35 und den zweiten Verbindungsflansch 29 strömen und so in das Trägergehäuse 5 eintreten kann.
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Das Trägergehäuse 5 weist auch eine Ventilaufnahme 39 auf, in der ein Ventil 41, nämlich ein sogenanntes Waste-Gate angeordnet ist, um einen Bypass für das von den Verbindungsflanschen 27, 29 heranströmende Abgas um den ersten Befestigungsflansch 9 herum zu dem zweiten Befestigungsflansch 11 und dem dritten Befestigungsflansch 13 freizugeben oder zu verschließen. Das Ventil 41 ist abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 vorzugsweise durch ein Motorsteuergerät ansteuerbar, um vorzugsweise eine variable Abgasmenge um die Hochdruck-Turbine 15 herumleiten zu können.
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Weiterhin weist das Trägergehäuse 5 einen Anschlussflansch 43 auf, der mit einer dritten Abgasführung 45, die hier als gekrümmte Rohrleitung ausgebildet ist, verbunden ist. Die dritte Abgasführung 45 ist ihrerseits mit einem Ausgang 47 der Turbine 15 des Hochdruck-Abgasturboladers 17 verbunden, so dass aus der Hochdruck-Turbine 15 austretendes Abgas durch die dritte Abgasführung 45 und durch den Anschlussflansch 43 in das Trägergehäuse 5 zurückströmen kann.
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Das Trägergehäuse 5 bildet eine Abgasleitung, durch die das von den Zylinderbänken 33, 37 heranströmende Abgas den mit dem Trägergehäuse 5 verbundenen Turbinen 15, 19, 23 zugeleitet wird. Die dabei auftretenden Abgasströme sind in 2 schematisch durch Pfeile P angedeutet. Dabei zeigt 2 eine zweite Ansicht des Ausführungsbeispiels des Verbrennungsmotors 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Die in 2 dargestellten, durch die Pfeile P repräsentierten Strömungspfade stellen einen Betriebszustand dar, in dem das Ventil 41 einen den ersten Befestigungsflansch 9 umgehenden Fluidpfad sperrt, so dass kein Bypass um die Hochdruck-Turbine 15 verwirklicht wird. Dementsprechend strömt der in das Trägergehäuse 5 eintretende Abgasstrom vollständig durch die Hochdruck-Turbine 15.
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Von den Zylinderbänken 33, 37 kommend, tritt das Abgas über die Abgasführungen 31, 35 und die Verbindungsflansche 27, 29 in das Trägergehäuse 5 ein. Wie sich anhand der Figuren zeigt, weist das Trägergehäuse 5 eine im Wesentlichen langgestreckte Form auf, wobei sich seine Längsrichtung quer, insbesondere senkrecht zu einer durch die Zylinderbänke 33, 37 definierten Längsrichtung des Verbrennungsmotors 1 erstreckt. Dabei ist das Trägergehäuse 5 an einer Stirnseite, hier insbesondere an einer Abtriebsseite des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Dabei ist es bauraumsparend direkt über einem Abtrieb 49 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet und integriert sich somit optimal in dessen äußere Form. Der erste Verbindungsflansch 27 ist an einem ersten Ende - in Längsrichtung gesehen - des Trägergehäuses 5 angeordnet, während der zweite Verbindungsflansch 29 - ebenfalls in Längsrichtung gesehen - an einem gegenüberliegenden Ende des Trägergehäuses 5 angeordnet ist. Es ergibt sich somit eine Querströmung der in das Trägergehäuse 5 eintretenden Abgasströme aufeinander zu, wobei diese sich im Wesentlichen mittig zwischen den beiden längsseitigen Enden des Trägergehäuses 5 im Bereich des ersten Befestigungsflansches 9 treffen und dort zu einem Gesamtabgasstrom vereinigt werden, der durch den ersten Befestigungsflansch 9 in die Turbine 15 des Hochdruck-Abgasturboladers 17 eintritt. Dort treibt das Abgas die Turbine 15 an und verlässt sie wieder über den Ausgang 49, wo es in die dritte Abgasführung 45 einströmt.
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Durch diese gelangt es zu dem Anschlussflansch 43, durch den es wiederum in das Trägergehäuse 5 eintritt. Hier wird der Abgasstrom wieder aufgeteilt in zwei Teilströme, wobei ein erster Teilstrom zu dem zweiten Befestigungsflansch 11 strömt, der im Bereich des ersten Endes des Trägergehäuses 5, mithin im Bereich des ersten Verbindungsflansches 27, also insbesondere seitlich an dem Verbrennungsmotor 1 und im Bereich der ersten Zylinderbank 33 angeordnet ist. Durch diesen zweiten Befestigungsflansch 11 tritt der erste Teilstrom in die Turbine 19 des ersten Niederdruck-Abgasturboladers 21 ein. Diese verlässt er schließlich in Richtung auf ein nicht näher beschriebenes Abgassystem.
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Ein zweiter Teilstrom strömt in dem ersten Teilstrom entgegengesetzter Richtung zu dem dritten Befestigungsflansch 13, der im Bereich des zweiten Endes des Trägergehäuses 5, mithin im Bereich des zweiten Verbindungsflansches 29, also seitlich an dem Verbrennungsmotor 1 im Bereich der zweiten Zylinderbank 37 angeordnet ist. Somit ergibt sich insgesamt eine Aufteilung des durch den Anschlussflansch 43 eintretenden Abgasstroms in zwei Querströmungen, die quasi in engegengesetzte Richtung gerichtet sind wie die ursprünglich durch die Verbindungsflansche 27, 29 in das Trägergehäuse 5 eintretenden Abgasströme. Durch den dritten Befestigungsflansch 13 tritt der zweite Teilstrom in die Turbine 23 des zweiten Niederdruck-Abgasturboladers 25 ein, treibt dies an, und verlässt sie wieder in Richtung auf ein nicht weiter beschriebenes Abgassystem.
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Es zeigt sich, dass der erste Verbindungsflansch 27 und der zweite Verbindungsflansch 29 in Bezug auf die Längsrichtung des Trägergehäuses 5 gesehen leicht nach unten zu den Zylinderbänken 33, 37 hin abgewinkelt sind. Die Befestigungsflansche 9, 11, 13 sind dagegen bevorzugt eher nach oben gerichtet, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Befestigungsflansch 9 unmittelbar nach oben gerichtet ist, während der zweite und der dritte Befestigungsflansch 11, 13 leicht nach schräg oben abgekrümmt sind. Dabei beziehen sich die Bezeichnungen „oben“ und „unten“ auf die Einbaulage des Verbrennungsmotors 1, die letztlich durch die Lage einer Ölwanne 51 vorgegeben ist, wobei die Ölwanne 51 stets unten angeordnet ist.
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Der Anschlussflansch 43 ist bei dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel zu der Stirnseite des Abtriebs 49 hin ausgerichtet, so dass er ohne Weiteres mit Hilfe der vorzugsweise um etwa 180° umgebogenen, dritten Abgasführung 45 mit dem entsprechend orientierten Ausgang 47 der Turbine 15 verbunden werden kann.
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3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Ausführungsbeispiels des Trägergehäuses 5 gemäß den 1 und 2. gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Zuvor in Zusammenhang mit den 1 und 2 erläuterte Merkmale und Ausgestaltungen sind in 3 besonders deutlich zu erkennen, weshalb auch insoweit auf die vorangegangene Beschreibung der 1 und 2 verwiesen wird.
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In 3 wird deutlich, dass das Trägergehäuse 5 vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, wobei bei einem Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein kann, dass das Trägergehäuse mehrteilig und insbesondere aus miteinander gefügten Schalenelementen gebildet sein kann. Es ist möglich, dass das Trägergehäuse 5 als Gussteil gebildet ist.
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In 3 ist der Befestigungsbereich 7 dargestellt, mit dem das Trägergehäuse 5 mechanisch an dem Verbrennungsmotor 1 vorzugsweise durch Schrauben oder mithilfe von Stehbolzen befestigt wird. Dargestellt sind auch die Befestigungsflansche 9, 11 und 13 sowie die Verbindungsflansche 27, 29. Auch die Ventilaufnahme 39 und der Anschlussflansch 43 sind in ihrer geometrischen Anordnung an dem Trägergehäuse 5 dargstellt.
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Anhand von 3 wird besonders deutlich, dass das Trägergehäuse 5 selbst eine Abgasleitung bildet, wobei eine Wandung des Trägergehäuses 5 die in diesem ausgebildeten Strömungspfade umschließt beziehungsweise begrenzt. Auch wird deutlich, dass ein erster Strömungspfad für das Abgas von den Verbindungsflanschen 27, 29 zu dem ersten Befestigungsflansch 9 führt, während ein zweiter Strömungspfad von dem Anschlussflansch 43 zu dem zweiten Befestigungsflansch 11 und zu dem dritten Befestigungsflansch 13 führt.
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Die Ventilaufnahme 39 ist so angeordnet, dass durch sie eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Strömungspfad und dem zweiten Strömungspfad freigebbar ist, sodass durch ein in der Ventilaufnahme 39 angeordnetes, in 3 nicht dargestelltes Ventil Abgas unter Umgehung des ersten Befestigungsflanschs 9 direkt von den Verbindungsflanschen 27, 29 den Befestigungsflanschen 11, 13 zugeführt werden kann.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit dem Trägergehäuse 5, der Abgasturbolader-Anordnung 3 und dem Verbrennungsmotor 1 eine bauraumsparende, teilearme, in die Form des Verbrennungsmotors 1 integrierte Bauweise möglich ist, wobei zugleich Gewicht gespart wird, weil das Trägergehäuse 5 eine Vielzahl von Funktionen übernimmt. Dabei dient es insbesondere einer Abgasführung inklusive mindestens einer, vorzugsweise zweier Abgasquerbindungen, der mechanischen Befestigung der Abgasturbolader 17, 21, 25 und der der Integration einer Waste-Gate-Funktion, mithin eines Hochdruckturbinen-Bypasses.
