DE102013110843A1 - Turbocharger arrangement with cooling device - Google Patents

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DE102013110843A1
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Karl-Heinz Rohne
Fabian Schönbächler
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turboladeranordnung mit einem Kühlsystem. Die Turboladeranordnung (1) umfasst ein erstes Verdichterrad (3), wobei das erste Verdichterrad (3) auf einer drehbar gelagerten Welle (2) angeordnet ist, mehrere Lager (6, 7) zur Lagerung der Welle (2), einen Wärmetauscher (9), welcher ausgebildet ist, verdichtete Luft aus dem ersten Verdichterrad (3) durchströmen zu lassen, eine Schmiermittelzufuhr (14) zur Bereitstellung von Schmiermittel (10) zur Schmierung der Lager (6, 7). Erfindungsgemäss ist der Wärmetauscher (9) in der Schmiermittelzufuhr (14) angeordnet, damit ein Wärmeaustausch zwischen der Luft in dem Wärmetauscher (9) mit dem Schmiermittel (10) erzielbar ist, wodurch einerseits die Luft in dem Wärmetauscher (9) abgekühlt und andererseits das Schmiermittel (10) vorgewärmt wird, bevor das Schmiermittel (10) den Lagern (6, 7) zur Schmierung zugeführt wird.The present invention relates to a turbocharger assembly having a cooling system. The turbocharger arrangement (1) comprises a first compressor wheel (3), the first compressor wheel (3) being arranged on a rotatably mounted shaft (2), a plurality of bearings (6, 7) for supporting the shaft (2), a heat exchanger (9 ) configured to flow compressed air from the first compressor wheel (3), a lubricant supply (14) for providing lubricant (10) for lubricating the bearings (6, 7). According to the invention, the heat exchanger (9) in the lubricant supply (14) is arranged so that a heat exchange between the air in the heat exchanger (9) with the lubricant (10) can be achieved, whereby on the one hand the air in the heat exchanger (9) cooled and on the other hand Lubricant (10) is preheated before the lubricant (10) is supplied to the bearings (6, 7) for lubrication.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turboladeranordnung mit Kühlvorrichtung zur Kühlung von verdichteter Luft einer Verdichteranordnung. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Turboladeranordnung mit mehrstufiger Verdichteranordnung und mit einer Kühlvorrichtung. The present invention relates to a turbocharger arrangement with cooling device for cooling compressed air of a compressor arrangement. Furthermore, the present invention relates to a turbocharger arrangement with a multi-stage compressor arrangement and with a cooling device.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Um eine vorgegebene Leistung eines Turboladers mit ein- oder mehrstufigem Verdichter zu gewährleisten, wird bei Turboladern aus dem Stand der Technik oftmals die verdichtete Luft gekühlt, bevor diese dem Motor zugeführt wird. Zu diesem Zweck verwenden diese Turbolader einen Ladeluftkühler. Der Ladeluftkühler verbessert den thermodynamischen Prozesswirkungsgrad und vergrössert die dem Motor pro Ladungswechsel zugeführte Luftmenge. In dem Buch von Merker et al. „Grundlagen Verbrennungsmotoren – Funktionsweise, Simulation, Messtechnik“, 6., ergänzte Auflage, Vieweg+Teubner Verlag, wird auf Seite 202 beispielweise ein Turbolader mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung beschrieben, welcher einen Ladeluftkühler umfasst. Die Kühlung der verdichteten Luft erfolgt dabei derart, dass mit einem Kühlmittel wie beispielsweise Wasser ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der verdichteten Luft durchgeführt wird. Das Kühlmittel nimmt dabei die abzuführende Wärme auf, welche beim Verdichtungsprozess erzeugt wird, und führt diese anschliessend wieder ab, indem das Kühlmittel aus dem Ladeluftkühler wieder abgeleitet wird. To ensure a given performance of a turbocharger with single or multi-stage compressor, turbochargers of the prior art often cool the compressed air before it is fed to the engine. For this purpose, these turbochargers use a charge air cooler. The charge air cooler improves the thermodynamic process efficiency and increases the amount of air supplied to the engine per charge change. In the book of Merker et al. "Fundamentals Combustion Engines - Functioning, Simulation, Measurement Technology", 6th, supplemented edition, Vieweg + Teubner Verlag, is on page 202 For example, a turbocharger with a multi-stage compressor arrangement is described which comprises a charge air cooler. The cooling of the compressed air takes place in such a way that with a coolant such as water, a heat exchange between the coolant and the compressed air is performed. The coolant absorbs the dissipated heat, which is generated during the compression process, and then performs this again by the coolant is discharged from the intercooler again.

Um zudem eine Schmierung der Lager des Turboladers sicherzustellen, welche die rotierende Welle tragen, werden die Lager über eine Schmiermittelzufuhr mit Oel als Schmiermittel beaufschlagt. Zusätzlich zur Schmiermittelzufuhr sehen manche Turboladeranordnungen sogenannte Notöltanks vor. In der EP2054597 wird solch eine Anwendung beschrieben. Diese soll sicherstellen, dass bei einem Defekt oder einem Ausfall der regulären Schmiermittelzufuhr, die Lager durch die Notöltank dennoch fortlaufend während des Auslaufens des Schmieröls bis zum Stillstand mit Schmiermittel versorgt werden, um den Betrieb der Turboladeranordnung nicht zu gefährden. In addition, to ensure lubrication of the bearing of the turbocharger, which carry the rotating shaft, the bearings are supplied via a lubricant supply with oil as a lubricant. In addition to the supply of lubricant, some turbocharger arrangements provide so-called emergency oil tanks. In the EP2054597 such an application is described. This is to ensure that in case of failure or a failure of the regular lubricant supply, the bearings are still supplied by the emergency oil tank continuously during the leakage of the lubricating oil to a standstill with lubricant in order not to jeopardize the operation of the turbocharger assembly.

Das Vorsehen von separaten Vorrichtungen zur Kühlung von verdichteter Luft und einer Schmiermittelzufuhr für eine Turboladeranordnung wie eingangs beschrieben, führt jedoch stets zu einem technischen Mehraufwand, welcher in den Wartungs- und Betriebskosten der Motoranlage zu berücksichtigen ist. However, the provision of separate devices for cooling compressed air and a lubricant supply for a turbocharger assembly as described above, always leads to a technical overhead, which must be taken into account in the maintenance and operating costs of the engine system.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turboladeranordnung mit Kühlvorrichtung derart weiterzubilden, dass der Aufwand zur Bereitstellung von Kühlmittel und Schmiermittel zur Verwendung in der Turboladeranordnung reduziert wird. The object of the present invention is to refine a turbocharger arrangement with a cooling device in such a way that the expense of providing coolant and lubricant for use in the turbocharger arrangement is reduced.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. The object is solved by the features of independent claim 1.

Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Turboladeranordnung gelöst, umfassend ein erstes Verdichterrad, wobei das erste Verdichterrad auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet ist, mehrere Lager zur Lagerung der Welle, einen Wärmetauscher, welcher ausgebildet ist, verdichtete Luft aus dem ersten Verdichterrad durchströmen zu lassen, eine Schmiermittelzufuhr zur Bereitstellung von Schmiermittel zur Schmierung der Lager, und wobei der Wärmetauscher in der Schmiermittelzufuhr angeordnet ist, damit ein Wärmeaustausch zwischen der Luft in dem Wärmetauscher mit dem Schmiermittel erzielbar ist, wodurch einerseits die Luft in dem Wärmetauscher abgekühlt und andererseits das Schmiermittel vorgewärmt wird, bevor das Schmiermittel den Lagern zur Schmierung zugeführt wird. In particular, the object is achieved by a turbocharger arrangement, comprising a first compressor wheel, wherein the first compressor wheel is arranged on a rotatably mounted shaft, a plurality of bearings for supporting the shaft, a heat exchanger, which is designed to flow compressed air from the first compressor wheel, a lubricant supply for providing lubricant for lubricating the bearings, and wherein the heat exchanger is arranged in the lubricant supply, so that a heat exchange between the air in the heat exchanger with the lubricant can be achieved, whereby on the one hand, the air is cooled in the heat exchanger and on the other hand, the lubricant is preheated before the lubricant is supplied to the bearings for lubrication.

Da der Wärmetauscher in der Schmiermittelzufuhr angeordnet ist, findet zwischen der Luft im Wärmetauscher und dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr eine thermische Kopplung statt. Since the heat exchanger is arranged in the lubricant supply, a thermal coupling takes place between the air in the heat exchanger and the lubricant in the lubricant supply.

Die vorliegende Erfindung reduziert auf vorteilhafte Weise den technischen Aufwand zur Kühlung der verdichteten Luft und der optimalen Schmierung der Lager. Das Schmiermittel wird durch einen Wärmeaustausch mit der verdichteten Luft auf eine optimale Temperatur vorgewärmt. Zugleich wird die verdichtete Luft aus dem Verdichter abgekühlt. Ein vorgewärmtes Schmiermittel hat den Vorteil, dass bei der Verwendung von Oel als Schmiermittel die Viskosität des Oels reduziert wird und auf diese Weise die Lagerverluste verringert werden. The present invention advantageously reduces the technical complexity of cooling the compressed air and the optimum lubrication of the bearings. The lubricant is preheated to an optimum temperature by heat exchange with the compressed air. At the same time the compressed air is cooled from the compressor. A preheated lubricant has the advantage that when using oil as a lubricant, the viscosity of the oil is reduced and in this way the bearing losses are reduced.

Das Schmiermittel kann ausserdem in vorteilhafter Weise zur Spritzölkühlung für die Verdichterstufe der Turboladeranordnung eingesetzt werden. Auf diese Weise kann auf die Verwendung von zusätzlichen mit Motorkühlwasser versehenen Kühlkreisläufen zwischen Motor und Turboladeranordnung verzichtet werden. The lubricant can also be used advantageously for spray oil cooling for the compressor stage of the turbocharger assembly. In this way, can be dispensed with the use of additional provided with engine cooling water cooling circuits between the engine and turbocharger assembly.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Teil der Schmiermittelzufuhr eine Oberfläche aufweist, welche mit dem Wärmetauscher in Kontakt steht. In a preferred embodiment of the present invention, it is provided that a part of the lubricant supply a surface which is in contact with the heat exchanger.

Unter dem Begriff des Kontakts ist dabei folgendes zu verstehen:
Zum einen kann ein Teil oder ein Abschnitt der Oberfläche der Schmiermittelzufuhr einen direkten physikalischen Kontakt mit einer Oberfläche des Wärmetauschers eingehen. Durch einen Kontakt der beiden Oberflächen kann dann eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft im Wärmetauscher und dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr hergestellt werden.
The term contact should be understood to mean the following:
First, a portion or portion of the surface of the lubricant supply may enter into direct physical contact with a surface of the heat exchanger. By a contact of the two surfaces can then be made a thermal coupling between the compressed air in the heat exchanger and the lubricant in the lubricant supply.

Zum anderen ist es auch möglich, wenn ein Teil oder ein Abschnitt der Oberfläche der Schmiermittelzufuhr mit der verdichteten Luft im Wärmetauscher in Kontakt kommt, um einen Wärmeaustausch zwischen der verdichteten Luft im Wärmetauscher und dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr zu ermöglichen. Die Leitung oder ein Leitungssystem, durch welche das Schmiermittel transportiert wird, kann dann vorzugsweise direkt durch den Wärmetauscher geführt werden. Der Wärmetauscher ist dann in diesem Fall in der Schmiermittelzufuhr angeordnet. Für die Güte und die Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel ist deshalb auch die Grösse der Oberfläche der Schmiermittelzufuhr von Bedeutung.On the other hand, it is also possible if a part or a portion of the surface of the lubricant supply comes into contact with the compressed air in the heat exchanger in order to allow a heat exchange between the compressed air in the heat exchanger and the lubricant in the lubricant supply. The line or a conduit system through which the lubricant is transported can then be preferably passed directly through the heat exchanger. The heat exchanger is then arranged in the lubricant supply in this case. For the quality and speed of the heat exchange between the compressed air and the lubricant, therefore, the size of the surface of the lubricant supply of importance.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Wärmetauscher in seinem Inneren ein Leitungssystem, durch welches verdichtete Luft strömt, wobei das Leitungssystem mindestens eine Oberfläche umfasst, damit die verdichtete Luft mit dem Schmiermittel, welches in den Wärmetauscher einleitbar ist, thermisch koppelbar ist. In und durch das Leitungssystem, welches im Wesentlichen im Inneren des Wärmetauschers angeordnet ist oder zumindest ein Bestandteil des Wärmetauschers darstellt, strömt die verdichtete und warme Luft, welche von dem ersten Verdichterrad in das Leitungssystem des Wärmetauschers eingeleitet wird. Die verdichtete Luft durchströmt mittels dem Leitungssystem den Wärmetauscher und tritt an einem andere Ende des Wärmetauschers wieder aus dem Wärmetauscher heraus, um beispielweise dem Motor oder einer weiteren Verdichterstufe zugeführt zu werden. Mittels der Oberfläche des Leitungssystems im Wärmetauscher, welche die verdichtete Luft im Leitungssystem von dem Schmiermittel zumindest physikalisch trennt, damit in dieser Ausführungsform keine körperliche Vermischung von Luft und Schmiermittel erfolgt, erfolgt dann der Wärmeaustausch zwischen der verdichteten Luft im Leitungssystem und dem zu erwärmenden Schmiermittel im Wärmetauscher. Das zu erwärmende Schmiermittel wird dabei in den Wärmetauscher eingeleitet, zum Beispiel über eine Schmiermittelzufuhr. Auf diese Weise kann also ebenfalls eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel mittels des Leitungssystems hergestellt werden, welche in einem Wärmetausch zwischen verdichteter Luft und Schmiermittel resultiert. Die Grösse der Oberfläche des Leitungssystems innerhalb des Wärmetauschers für die verdichtete Luft beeinflusst dann ebenso die Güte des Wärmeaustausches zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel. In a further preferred embodiment of the present invention, the heat exchanger comprises in its interior a conduit system through which compressed air flows, wherein the conduit system comprises at least one surface, so that the compressed air with the lubricant, which is introduced into the heat exchanger, can be thermally coupled. In and through the conduit system, which is arranged substantially in the interior of the heat exchanger or at least forms a part of the heat exchanger, flows the compressed and warm air, which is introduced from the first compressor in the line system of the heat exchanger. The compressed air flows through the heat exchanger by means of the line system and exits at another end of the heat exchanger out of the heat exchanger, for example, to be supplied to the engine or another compressor stage. By means of the surface of the conduit system in the heat exchanger, which at least physically separates the compressed air in the line system from the lubricant so that no physical mixing of air and lubricant takes place in this embodiment, the heat exchange between the compressed air in the line system and the lubricant to be heated in heat exchanger. The lubricant to be heated is introduced into the heat exchanger, for example via a lubricant supply. In this way, therefore, a thermal coupling between the compressed air and the lubricant can also be produced by means of the conduit system, which results in a heat exchange between compressed air and lubricant. The size of the surface of the conduit within the heat exchanger for the compressed air then also affects the quality of the heat exchange between the compressed air and the lubricant.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schmiermittelzufuhr oberhalb der Lager angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Richtung des Schmiermittelflusses aufgrund der Gravitation gelenkt wird. Dies ist von Bedeutung, wenn beispielsweise eine Notölpumpe ausfällt, welche für die Beförderung des Schmiermittels zu den Lagern sorgt. Dann ist zumindest die Versorgung der Lager mit Schmieröl sichergestellt. In a preferred embodiment of the present invention, the lubricant supply is located above the bearings. This has the advantage that the direction of the lubricant flow is directed due to gravity. This is important, for example, if an emergency oil pump fails, which provides for the transport of the lubricant to the bearings. Then at least the supply of lubricants bearing is ensured.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Schmiermittel Oel eingesetzt. In a preferred embodiment of the present invention, oil is used as the lubricant.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weisst die Schmiermittelzufuhr einen Tank mit Schmiermittel auf. Der Tank kann dabei in vorteilhafter Weise als ein Notöltank ausgebildet sein, welcher Oel als Schmiermittel bereitstellt, wenn eine reguläre Schmiermittelzufuhr ausfallen sollte. Der Tank kann dabei innerhalb der Turboladeranordnung installiert sein und zwar in der Nähe der Hauptölverbraucher. Der Tank kann jedoch auch ausserhalb der Turboladeranordnung oder ausserhalb der Motoranlage installiert sein, von der eine Leitung mit Schmiermittel zur Motoranlage geführt wird. Von Vorteil ist es, wenn der Tank oberhalb der Lager angeordnet ist, welche die rotierende Welle tragen. Dann wird das Schmiermittel aus dem Tank allein aufgrund der Gravitation durch die Leitung in den Wärmetauscher geführt, was unter Umständen die Einsparung einer Notölpumpe begünstigt, welche sonst das Schmiermittel aus dem Tank zu den Lagern pumpen müsste. In a preferred embodiment of the present invention, the lubricant supply has a tank of lubricant. The tank can be formed in an advantageous manner as a Notöltank, which provides oil as a lubricant when a regular supply of lubricant should fail. The tank may be installed inside the turbocharger assembly near the main oil consumers. However, the tank may also be installed outside the turbocharger assembly or outside the engine system, from which a conduit of lubricant is fed to the engine system. It is advantageous if the tank is arranged above the bearings, which carry the rotating shaft. Then the lubricant from the tank is guided solely by gravity through the line in the heat exchanger, which may favor the saving of an emergency oil pump, which would otherwise pump the lubricant from the tank to the camps.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte der Tank mindestens eine Oberfläche bereitstellen, welche mit einer Oberfläche des Wärmetauschers in Kontakt steht, um eine thermische Kopplung zwischen dem Tank und dem Wärmetauscher herbeizuführen. In another embodiment of the present invention, the tank could provide at least one surface which contacts a surface of the heat exchanger to effect thermal coupling between the tank and the heat exchanger.

In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnten der Tank und der Wärmetauscher auch als eine gemeinsame Komponente ausgebildet sein. In einem solchen Fall wäre in dem Wärmetauscher der Tank für das Schmiermittel bereits integriert. Der Wärmetauscher könnte dann zusätzlich ein Reservoir mit Schmiermittel enthalten. Das Schmiermittel wäre dann mittels des Reservoirs mit der verdichteten Luft, welche den Wärmetauscher durchströmt, thermisch koppelbar ist. Das Reservoir könnte austauschbar sein. Das Reservoir könnte aber auch eine Verbindung zu einer Schmierölzufuhrvorrichtung aufweisen, um das Reservoir mit Schmiermittel zu füllen. In an alternative embodiment of the present invention, the tank and the heat exchanger could also be formed as a common component. In such a case, the tank for the lubricant would already be integrated in the heat exchanger. The heat exchanger could then additionally contain a reservoir with lubricant. The lubricant would then be by means of the reservoir with the compressed air, which is the heat exchanger flows through, is thermally coupled. The reservoir could be interchangeable. However, the reservoir could also have a connection to a lubricating oil supply device to fill the reservoir with lubricant.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfasst die Turboladeranordnung eine mehrstufige Verdichteranordnung mit einem ersten Verdichterrad, einem zweiten Verdichterrad, wobei das erste Verdichterrad und das zweite Verdichterrad auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet ist; und wobei zwischen dem ersten Verdichterrad und dem zweiten Verdichterrad mindestens ein Radiallager angeordnet ist, einen Wärmetauscher, welcher ausgebildet ist, verdichtete Luft aus dem ersten Verdichterrad durchströmen zu lassen, eine Schmiermittelzufuhr zur Bereitstellung von Schmiermittel zur Schmierung der Lager, wobei der Wärmetauscher in der Schmiermittelzufuhr angeordnet ist, damit ein Wärmeaustausch zwischen der Luft in dem Wärmetauscher mit dem Schmiermittel erzielbar ist, wodurch einerseits die Luft in dem Wärmetauscher abgekühlt und andererseits das Schmiermittel vorgewärmt wird, bevor das Schmiermittel den Lagern zur Schmierung zugeführt wird. In a preferred embodiment of the present invention, the turbocharger assembly includes a multi-stage compressor assembly having a first compressor wheel, a second compressor wheel, the first compressor wheel and the second compressor wheel being mounted on a rotatably mounted shaft; and wherein at least one radial bearing is disposed between the first compressor wheel and the second compressor wheel, a heat exchanger configured to flow compressed air from the first compressor wheel, a lubricant supply for providing lubricant for lubricating the bearings, the heat exchanger in the lubricant supply is arranged, so that a heat exchange between the air in the heat exchanger with the lubricant can be achieved, whereby on the one hand cooled the air in the heat exchanger and on the other hand, the lubricant is preheated before the lubricant is supplied to the bearings for lubrication.

Die Verwendung einer Turboladeranordnung mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung, umfasst einzelne Verdichterräder, welche in Serie geschaltet sind und von einer gemeinsamen Welle getragen werden. Zwischen beiden Verdichterrädern ist mindestens ein Lager angeordnet. Zwischen beiden Verdichterrädern herrscht ein axialer Abstand, welcher von dem mindestens einen Lager definiert wird, welches zwischen den beiden Verdichterrädern angeordnet ist. Durch die voneinander in einem Abstand angeordneten beiden Verdichterräder wird unter anderem der Vorteil erzielt, dass ein höheres Druckverhältnis der Ladeluft erreicht werden kann. Die aus dem ersten Verdichterrad austretende und verdichtete Luft wird über den Wärmetauscher zwischengekühlt, bevor die abgekühlte Luft dem zweiten Verdichterrad zugeführt wird. The use of a turbocharger assembly having a multi-stage compressor assembly includes individual compressor wheels which are connected in series and carried by a common shaft. Between the two compressor wheels at least one bearing is arranged. Between both compressor wheels there is an axial distance, which is defined by the at least one bearing, which is arranged between the two compressor wheels. Due to the fact that the two compressor wheels are arranged at a distance from each other, the advantage is achieved inter alia that a higher pressure ratio of the charge air can be achieved. The air exiting and compressed from the first compressor wheel is intercooled via the heat exchanger before the cooled air is supplied to the second compressor wheel.

Die Schmiermittelzufuhr kann dabei vorteilhafterweise zwischen beiden Verdichterrädern angeordnet sein. Dies ermöglicht, dass einerseits das mindestens eine Lager zwischen den Verdichterrädern mit Schmiermittel, welches als Oel ausgebildet sein kann, beaufschlagt wird. Andererseits wird auf diese Weise eine sogenannte Spritzölkühlung zur Kühlung von beispielsweise mindestens einem Verdichterrad und einem Verdichtergehäuse ermöglicht, so dass ein anderes Kühlmittel, wie etwa Motorkühlwasser, eingespart werden kann. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf zwei Verdichterräder beschränkt. The lubricant supply can advantageously be arranged between the two compressor wheels. This makes it possible, on the one hand, to act on the at least one bearing between the compressor wheels with lubricant, which may be in the form of oil. On the other hand, a so-called spray oil cooling for cooling, for example, at least one compressor wheel and a compressor housing is made possible in this way, so that another coolant, such as engine cooling water, can be saved. The present invention is not limited to two compressor wheels.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Turboladeranordnung mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung ist es vorgesehen, dass ein Teil der Schmiermittelzufuhr eine Oberfläche aufweist, welche mit dem Wärmetauscher in Kontakt steht. In a preferred embodiment of the turbocharger arrangement with a multi-stage compressor arrangement, it is provided that a part of the lubricant supply has a surface which is in contact with the heat exchanger.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Turboladeranordnung mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung umfasst der Wärmetauscher in seinem Inneren ein Leitungssystem, durch welches verdichtete Luft strömt, wobei das Leitungssystem mindestens eine Oberfläche umfasst, damit die verdichtete Luft mit dem Schmiermittel, welches in den Wärmetauscher einleitbar ist, thermisch koppelbar ist. In das Leitungssystem, welches im Wesentlichen im Inneren des Wärmetauschers angeordnet ist oder zumindest ein Bestandteil des Wärmetauschers darstellt, strömt die verdichtete und warme Luft, welche von dem ersten Verdichterrad in das Leitungssystem des Wärmetauschers eingeleitet wird. Die verdichtete Luft durchströmt mittels dem Leitungssystem den Wärmetauscher und tritt an einem andere Ende des Wärmetauschers wieder aus dem Wärmetauscher heraus, um beispielweise dem Motor oder einer weiteren Verdichterstufe zugeführt zu werden. Mittels der Oberfläche des Leitungssystems im Wärmetauscher, welche die verdichtete Luft im Leitungssystem von dem Schmiermittel zumindest physikalisch trennt, damit keine körperliche Vermischung von Luft und Schmiermittel erfolgt, erfolgt dann der Wärmeaustausch zwischen der verdichteten Luft im Leitungssystem und dem zu erwärmenden Schmiermittel im Wärmetauscher. Das zu erwärmende Schmiermittel wird dabei in den Wärmetauscher eingeleitet, zum Beispiel über eine Schmiermittelzufuhr. Auf diese Weise kann also ebenfalls eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel mittels des Leitungssystems im Wärmetauscher hergestellt werden, welche in einem Wärmetausch zwischen verdichteter Luft und Schmiermittel resultiert. Die Grösse der Oberfläche des Leitungssystems innerhalb des Wärmetauschers für die verdichtete Luft beeinflusst dann ebenso die Güte des Wärmeaustausches zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel. In a preferred embodiment of the turbocharger arrangement with a multi-stage compressor arrangement, the heat exchanger comprises in its interior a conduit system through which compressed air flows, wherein the conduit system comprises at least one surface, so that the compressed air with the lubricant, which is introduced into the heat exchanger, can be thermally coupled is. In the line system, which is arranged substantially in the interior of the heat exchanger or at least forms a part of the heat exchanger, flows the compressed and warm air, which is introduced from the first compressor in the line system of the heat exchanger. The compressed air flows through the heat exchanger by means of the line system and exits at another end of the heat exchanger out of the heat exchanger, for example, to be supplied to the engine or another compressor stage. By means of the surface of the conduit system in the heat exchanger, which at least physically separates the compressed air in the conduit system from the lubricant, so that no physical mixing of air and lubricant takes place, then the heat exchange between the compressed air in the conduit system and the lubricant to be heated in the heat exchanger. The lubricant to be heated is introduced into the heat exchanger, for example via a lubricant supply. In this way, therefore, a thermal coupling between the compressed air and the lubricant can also be produced by means of the conduit system in the heat exchanger, which results in a heat exchange between compressed air and lubricant. The size of the surface of the conduit within the heat exchanger for the compressed air then also affects the quality of the heat exchange between the compressed air and the lubricant.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Turboladeranordnung mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung ist die Schmiermittelzufuhr oberhalb der Lager angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Richtung des Schmiermittelflusses aufgrund der Gravitation gelenkt wird. Auf eine Pumpe zur Beförderung des Schmiermittelflusses zu den Lagern kann in solch einem Fall verzichtet werden. In a preferred embodiment of the turbocharger arrangement with a multi-stage compressor arrangement, the lubricant supply is arranged above the bearings. This has the advantage that the direction of the lubricant flow is directed due to gravity. A pump for conveying the lubricant flow to the bearings may be dispensed with in such a case.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Turboladeranordnung mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung umfasst die Schmiermittelzufuhr einen Tank mit Schmiermittel, wobei das Schmiermittel als Öl ausgebildet sein kann. Der Tank kann dabei in vorteilhafter Weise als ein Notöltank ausgebildet sein, welcher Öl als Schmiermittel bereitstellt, wenn eine reguläre Schmiermittelzufuhr ausfallen sollte. Der Tank kann dabei innerhalb der Turboladeranordnung installiert sein und zwar in der Nähe der Hauptölverbraucher. Der Tank kann jedoch auch ausserhalb der Turboladeranordnung oder ausserhalb der Motoranlage installiert sein, von der eine Leitung mit Schmiermittel zur Motoranlage geführt wird. Von Vorteil ist es, wenn der Tank oberhalb der Lager angeordnet ist, welche die rotierende Welle tragen. Dann wird das Schmiermittel aus dem Tank allein aufgrund der Gravitation durch die Leitung in den Wärmetauscher geführt, was unter Umständen die Einsparung einer Notölpumpe begünstigt, welche sonst das Schmiermittel aus dem Tank zu den Lagern pumpen müsste. In a preferred embodiment of the turbocharger assembly having a multi-stage compressor assembly, the lubricant supply includes a tank of lubricant, wherein the lubricant may be formed as oil. The tank can be formed in an advantageous manner as a Notöltank, which oil as a lubricant provides when a regular lubricant supply should fail. The tank may be installed inside the turbocharger assembly near the main oil consumers. However, the tank may also be installed outside the turbocharger assembly or outside the engine system, from which a conduit of lubricant is fed to the engine system. It is advantageous if the tank is arranged above the bearings, which carry the rotating shaft. Then the lubricant from the tank is guided solely by gravity through the line in the heat exchanger, which may favor the saving of an emergency oil pump, which would otherwise pump the lubricant from the tank to the camps.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte der Tank mindestens eine Oberfläche bereitstellen, welche mit einer Oberfläche des Wärmetauschers in Kontakt steht, um eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel herbeizuführen. Der Tank und der Wärmetauscher könnten dabei auch als eine gemeinsame Komponente ausgebildet sein, das heisst, dass in dem Wärmetauscher den Tank für das Schmiermittel bereits integriert ist. Der Wärmetauscher könnte also zusätzlich ein Reservoir mit Schmiermittel enthalten. Das Schmiermittel wäre dann mittels des Reservoirs mit der verdichteten Luft, welche den Wärmetauscher durchströmt, thermisch koppelbar ist. Das Reservoir könnte austauschbar sein. Das Reservoir könnte aber auch eine Verbindung zu einer Schmiermittelzufuhrvorrichtung aufweisen, um das Reservoir mit Schmiermittel zu füllen. Eine beispielhafte Anwendung der erfindungsgemässen Turboladeranordnung mit einer einstufigen oder mehrstufigen Verdichteranordnung könnte der Einsatz in einem Zweitaktmotor sein. Das Reservoir im Wärmetauscher könnte aber auch alternativ durch mindestens eine innerhalb des Wärmetauschers angeordnete Oberfläche oder Trennwand gebildet werden, wobei die Oberfläche die Medien Luft und Schmiermittel innerhalb des Wärmetauschers physikalisch voneinander trennt. Als ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel könnte die Turboladeranordnung mit einer einstufigen oder einer mehrstufigen Verdichteranordnung für einen Zweitaktmotor eingesetzt werden. In another embodiment of the present invention, the tank could provide at least one surface in contact with a surface of the heat exchanger to provide thermal coupling between the compressed air and the lubricant. The tank and the heat exchanger could also be designed as a common component, that is, in the heat exchanger, the tank for the lubricant is already integrated. The heat exchanger could thus also contain a reservoir with lubricant. The lubricant would then be thermally coupled by means of the reservoir with the compressed air, which flows through the heat exchanger. The reservoir could be interchangeable. However, the reservoir could also be connected to a lubricant supply device to fill the reservoir with lubricant. An exemplary application of the inventive turbocharger arrangement with a single-stage or multi-stage compressor arrangement could be the use in a two-stroke engine. Alternatively, the reservoir in the heat exchanger could alternatively be formed by at least one surface or partition wall disposed within the heat exchanger, the surface physically separating the media, air, and lubricant within the heat exchanger. As a preferred application, the turbocharger assembly could be used with a single stage or multi-stage compressor assembly for a two-stroke engine.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen: The invention will be described with reference to exemplary embodiments, which are explained in more detail with reference to drawings. Hereby show:

1 zeigt eine Turboladeranordnung mit einer einstufigen Verdichteranordnung und mit einer Kühlvorrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 shows a turbocharger assembly with a single-stage compressor assembly and with a cooling device according to a first embodiment of the present invention;

2 zeigt eine Turboladeranordnung mit einer zweistufigen Verdichteranordnung mit Kühlvorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a turbocharger assembly with a two-stage compressor assembly with cooling device according to a second embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile identische Bezugszeichen verwendet. In the following description, identical reference numerals are used for the same and like-acting parts.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Turboladeranordnung 1 mit einer einstufigen Verdichteranordnung. Die Turboladeranordnung umfasst dabei ein Verdichterrad 3 und ein Turbinenrad 5, welche auf einer drehbar gelagerten Welle 2 angeordnet sind. Die Welle wird von mehreren Lagern getragen, mindestens ein Radiallager 6 und mindestens ein Axiallager 7. Eine Schmiermittelzufuhr 14, welche als Leitung ausgebildet sein kann, befördert Schmiermittel, was vorzugsweise Öl sein kann, zur Schmierung der Lager 6, 7. Der Wärmetauscher ist dabei in der Schmiermittelzufuhr angeordnet. Der Wärmetauscher 9 kann dabei innerhalb oder ausserhalb der Turboladeranordnung 1 angeordnet sein. 1 shows a first embodiment of a turbocharger assembly 1 with a single-stage compressor arrangement. The turbocharger assembly includes a compressor wheel 3 and a turbine wheel 5 which on a rotatably mounted shaft 2 are arranged. The shaft is supported by several bearings, at least one radial bearing 6 and at least one thrust bearing 7 , A lubricant supply 14 , which may be designed as a conduit, conveys lubricant, which may preferably be oil, for the lubrication of the bearings 6 . 7 , The heat exchanger is arranged in the lubricant supply. The heat exchanger 9 can be inside or outside the turbocharger arrangement 1 be arranged.

Die Luft im Wärmetauscher 9 ist dabei mit dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr 14 thermisch koppelbar. Der Wärmetauscher 9 ist dabei ausgebildet, verdichtete Luft aus dem Verdichterrad 3 durchströmen zu lassen. Zunächst wird Luft 11 von aussen von dem Verdichterrad 3 angesaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft 12 wird anschliessend über eine Leitung dem Wärmetauscher 9 zugeführt. Es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen der im Wärmetauscher 9 befindlichen Luft und dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr 14. In diesem Sinne ist also das Schmiermittel aus der Schmiermittelzufuhr 14 dabei also mittels des Wärmetauschers 9 mit der Luft thermisch koppelbar. Die Schmiermittelzufuhr 14 kann dabei als Leitung ausgebildet sein, von der ein Abschnitt direkt in den Wärmetauscher 9 hinein und wieder hinaus geführt wird, dass bedeutet, dass der Wärmetauscher 9 in diesem Sinne in der Schmiermittelzufuhr 14 angeordnet ist. Alternativ könnte ein Abschnitt der Leitung auch mit einer – vorzugsweise trennenden – Oberfläche des Wärmetauschers 9 in direktem Kontakt stehen. Durch den Wärmeaustausch im Wärmetauscher 9 wird das Schmiermittel vorgewärmt, bevor es auf die Lager 6, 7 verteilt wird. Zugleich wird jedoch auch die verdichtete Luft im Wärmetauscher 9 abgekühlt, bevor diese über eine Leitung 13 aus dem Wärmetauscher 9 heraus zu einem an den Turbolader angeschlossenen Motor (nicht dargestellt) geführt wird. Auf diese Weise kann die Leistung und der Wirkungsgrad des Motors gesteigert werden, da in der verdichteten und abgekühlten Luft im gleichen Volumen des Motorraums eine größere Luftmenge enthalten ist. Auf diese Weise kann mehr Kraftstoff im Motorraum verbrannt werden. Ein Tank 16, der mit der Schmiermittelzufuhr 14 verbunden ist, kann vorgesehen sein, um als Notöltank eingesetzt zu werden, wenn die in der Turboladeranordnung 1 bereitgestellten Schmiermittelzufuhrsysteme ausfallen oder aufgrund einer Leckage nicht mehr ausreichend Schmiermittel in der Turboladeranordnung 1 vorhanden ist. Die Schmiermittelzufuhr 14 ist mit dem Tank 16 verbunden, so dass das vorgewärmte Schmiermittel direkt in den Tank 16 fliessen und dort als Vorrat gespeichert werden kann. Alternativ könnte der Tank 16 jedoch auch ausserhalb der Turboladeranordnung 1 angeordnet sein um bei Bedarf mittels der Schmiermittelzufuhr 14, welche als Leitung ausgebildet sein kann, Schmiermittel bereitstellen, welches nach erfolgter Vorwärmung durch den Wärmetauscher 9 auf die Lager über eine Auslassöffnung 17 am Tank 16 verteilt wird und welches ebenso für eine Spritzölkühlung des verdichterseitigen Gehäuses verwendet werden kann. Der Tank 16 könnte alternativ jedoch auch unterhalb der Lager 6, 7 angeordnet sein. Eine Pumpe (nicht dargestellt) müsste dann dafür sorgen, dass das Schmiermittel zu den Lagern 6, 7 befördert wird. The air in the heat exchanger 9 is there with the lubricant in the lubricant supply 14 thermally coupled. The heat exchanger 9 is formed, compressed air from the compressor wheel 3 to flow through. First, there is air 11 from the outside of the compressor wheel 3 sucked and compressed. The compressed air 12 is then via a line to the heat exchanger 9 fed. There is a heat exchange between that in the heat exchanger 9 located air and the lubricant in the lubricant supply 14 , In this sense, so the lubricant from the lubricant supply 14 doing so by means of the heat exchanger 9 thermally coupled with the air. The lubricant supply 14 can be designed as a line, of which a section directly into the heat exchanger 9 in and out again, that means the heat exchanger 9 in this sense in the lubricant supply 14 is arranged. Alternatively, a portion of the conduit could also be provided with a preferably-separating surface of the heat exchanger 9 to be in direct contact. By the heat exchange in the heat exchanger 9 The lubricant is preheated before it reaches the bearings 6 . 7 is distributed. At the same time, however, the compressed air in the heat exchanger 9 cooled down before this over a pipe 13 from the heat exchanger 9 out to a motor connected to the turbocharger (not shown). In this way, the performance and the efficiency of the engine can be increased because in the compressed and cooled air in the same volume of the engine compartment, a larger amount of air is included. To this Way, more fuel can be burned in the engine compartment. A tank 16 that with the lubricant supply 14 may be provided to be used as emergency oil tank when in the turbocharger assembly 1 provided lubricant supply systems fail or because of leakage no longer sufficient lubricant in the turbocharger assembly 1 is available. The lubricant supply 14 is with the tank 16 connected, so that the preheated lubricant directly into the tank 16 flow and can be stored there as a stock. Alternatively, the tank could 16 but also outside the turbocharger arrangement 1 be arranged to if necessary by means of the lubricant supply 14 , which may be designed as a conduit, provide lubricant, which after preheating by the heat exchanger 9 on the bearings via an outlet opening 17 at the tank 16 is distributed and which can also be used for a spray oil cooling of the compressor-side housing. The Tank 16 but could alternatively also below the camp 6 . 7 be arranged. A pump (not shown) would then have to provide the lubricant to the bearings 6 . 7 is transported.

Eine weitere Möglichkeit eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft im Wärmetauscher 9 und dem Schmiermittel herzustellen, kann auch darin bestehen, wenn das Schmiermittel direkt in den Wärmetauscher 9 der 1 strömt, bevor es in den Tank 16 eingeleitet wird. Der Wärmetauscher 9 selbst umfasst dann in seinem Inneren beispielsweise ein Leitungssystem 18, wobei das Leitungssystem 18 in dem Wärmetauscher 9 eine Oberfläche 19 aufweist, welche die Luft im Leitungssystem 8 von dem Schmiermittel im Wärmetauscher 9 voneinander physikalisch trennt. Das Schmiermittel und die Luft stehen dabei in dieser Ausführungsform vorzugsweise nicht in einen direkten physikalischen Kontakt miteinander. Durch das Leitungssystem 18 strömt dann die verdichtete und warme Luft, welche von dem ersten Verdichterrad 3 in den Wärmetauscher 9 eingeleitet wird und welche an einem Ende des Wärmetauschers 9 den Wärmetauscher 9 wieder verlässt. Mittels der trennenden Oberfläche zwischen dem Leitungssystem 18 im Wärmetauscher 9 und dem zu erwärmenden Schmiermittel im Wärmetauscher 9 erfolgt dann der Wärmeaustausch zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel. Auf diese Weise kann also ebenfalls eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel hergestellt werden. Als Resultat des Wärmetausches wird die verdichtete Luft abgekühlt und das Schmiermittel erwärmt. Je grösser dabei die Oberfläche des Leitungssystems 18 im Wärmetauscher ist, desto effizienter und schneller kann der Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien Luft und Schmiermittel erfolgen. Über eine Öffnung im Wärmetauscher 9 (nicht dargestellt) könnte das vorgewärmte Schmiermittel nach einem erfolgten Wärmetausch mit der verdichteten Luft im Wärmetauscher 9 den Wärmetauscher 9 wieder verlassen. Das Schmiermittel könnte dann direkt in den Tank 16 eingeleitet werden, welcher auch als Notöltank ausgebildet sein kann. Über eine Öffnung 17 im Tank 16 könnte dann das vorgewärmte Schmiermittel zur Schmierung auf die Lager 6, 7 oder zur Spritzölkühlung der Verdichterstufe 3 abgelassen werden. Another possibility is a thermal coupling between the compressed air in the heat exchanger 9 and to produce the lubricant can also be when the lubricant directly into the heat exchanger 9 of the 1 flows before it enters the tank 16 is initiated. The heat exchanger 9 itself then includes in its interior, for example, a pipe system 18 , where the pipe system 18 in the heat exchanger 9 a surface 19 which shows the air in the pipe system 8th from the lubricant in the heat exchanger 9 physically separated from each other. The lubricant and the air in this embodiment are preferably not in direct physical contact with each other. Through the pipe system 18 then flows the compressed and warm air, which from the first compressor wheel 3 in the heat exchanger 9 is introduced and which at one end of the heat exchanger 9 the heat exchanger 9 leaves again. By means of the separating surface between the pipe system 18 in the heat exchanger 9 and the lubricant to be heated in the heat exchanger 9 then takes place the heat exchange between the compressed air and the lubricant. In this way, so also a thermal coupling between the compressed air and the lubricant can be produced. As a result of the heat exchange, the compressed air is cooled and the lubricant is heated. The larger the surface of the pipe system 18 in the heat exchanger, the more efficient and faster the heat exchange between the two media air and lubricant can take place. Via an opening in the heat exchanger 9 (not shown) could the preheated lubricant after a successful heat exchange with the compressed air in the heat exchanger 9 the heat exchanger 9 leave again. The lubricant could then be directly into the tank 16 be introduced, which may also be designed as Notöltank. About an opening 17 in the tank 16 could then be the preheated lubricant for lubrication on the bearings 6 . 7 or for spray oil cooling of the compressor stage 3 be drained.

Alternativ wäre jedoch durchaus eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstellbar, bei der der Wärmetauscher 9 in der Schmiermittelzufuhr 14 angeordnet ist, doch bei welcher sich beide Medien, also Luft und Schmiermittel, physikalisch miteinander vermischen. Dazu würde dann beispielsweise das Schmiermittel direkt in den Wärmetauscher 9 eingebracht und die Luft im Wärmetauscher 9 würde dann nicht mit einem Leitungssystem 18 innerhalb des Wärmetauschers 9 durch den Wärmetauscher 9 geführt werden, sondern würde sich im Wärmetauscher 9 frei bewegen von einem Ende zu einem anderen Ende des Wärmetauschers 9. Alternatively, however, an embodiment of the present invention would be conceivable in which the heat exchanger 9 in the lubricant supply 14 is arranged, but in which both media, so air and lubricant, physically mix together. For this purpose, for example, the lubricant would be directly into the heat exchanger 9 introduced and the air in the heat exchanger 9 then would not be with a pipe system 18 inside the heat exchanger 9 through the heat exchanger 9 but would be in the heat exchanger 9 moving freely from one end to another end of the heat exchanger 9 ,

2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Turboladeranordnung 20 mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung 30. Die Turboladeranordnung 20 umfasst ein erstes Verdichterrad 3, ein zweites Verdichterrad 4 und ein Turbinenrad 5, welche auf einer drehbar gelagerten Welle 2 angeordnet sind. Die Welle wird von mehreren Lagern getragen, mindestens ein Radiallager 6 und mindestens ein Axiallager 7. Bei der mehrstufigen Verdichteranordnung 30 kann das erste Verdichterrad 3 als ein Niederdruck-Verdichterrad und das zweite Verdichterrad 4 als ein Hochdruck-Verdichterrad ausgebildet sein. 2 shows a second embodiment of a turbocharger assembly 20 with a multi-stage compressor arrangement 30 , The turbocharger arrangement 20 includes a first compressor wheel 3 , a second compressor wheel 4 and a turbine wheel 5 which on a rotatably mounted shaft 2 are arranged. The shaft is supported by several bearings, at least one radial bearing 6 and at least one thrust bearing 7 , In the multi-stage compressor arrangement 30 can be the first compressor wheel 3 as a low pressure compressor wheel and the second compressor wheel 4 be designed as a high pressure compressor wheel.

Das erste Verdichterrad 3 und das zweite Verdichterrad 4 sind in dieser Ausführungsform der 2 in Serie geschaltet sind und werden von einer gemeinsamen Welle getragen. Zwischen dem ersten Verdichterrad 3 und dem zweiten Verdichterrad 4 ist mindestens ein Lager 6 oder ein Lager 7 angeordnet. Zwischen dem ersten Verdichterrad 3 und dem zweiten Verdichterrad 4 herrscht ein Abstand, welcher von dem mindestens einen Lager 6 oder dem Lager 7 definiert wird, welches zwischen dem ersten Verdichterrad 3 und dem zweiten Verdichterrad 4 angeordnet ist. Durch die voneinander beabstandeten beiden Verdichterräder 3, 4 wird unter anderem der Vorteil erzielt, dass ein höheres Druckverhältnis vor dem Motor erreicht werden kann. The first compressor wheel 3 and the second compressor wheel 4 are in this embodiment the 2 are connected in series and are supported by a common shaft. Between the first compressor wheel 3 and the second compressor wheel 4 is at least one warehouse 6 or a warehouse 7 arranged. Between the first compressor wheel 3 and the second compressor wheel 4 there is a distance, which of the at least one bearing 6 or the warehouse 7 is defined, which between the first compressor wheel 3 and the second compressor wheel 4 is arranged. By the spaced apart two compressor wheels 3 . 4 Among other things, the advantage is achieved that a higher pressure ratio before the engine can be achieved.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten sogenannten Back-to-Back-Verdichterstufen, bei denen beide Verdichterstufen auf der gemeinsam tragenden Welle nicht voneinander beabstandet sind, bringt die in 2 dargestellte Form der Anordnung der einzelnen Verdichterräder 3, 4 folgende Vorteile mit sich: Nur geringe Wellenbelastung, da es keine überhängende Verdichterradmasse auf der Verdichterseite des Turboladers gibt, Vermeidung aufwendiger Leitungsführung zwischen der Niederdruck- und Hochdruck-Verdichterstufe, geringere Schwingungsanregung eintrittsseitig bei der Hochdruckverdichterstufe und ein beherrschbarer Axialschub, welcher durch eine Druckdifferenz zwischen der Verdichter- und Turbinenseite entsteht, denn dieser muss von Axialschublagern aufgenommen werden, deren Belastbarkeit jedoch begrenzt ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass ein grösserer Bauraum für das Gasaustrittsgehäuse der Turbine zur Verfügung steht, was zu einer besseren, turbinenseitigen Abströmung des Gases mit guten Druckrückgewinn führt. In contrast to the known from the prior art so-called back-to-back compressor stages in which both compressor stages are not spaced from each other on the common shaft, brings in 2 illustrated form of the arrangement of the individual compressor wheels 3 . 4 the following advantages: Only low shaft load, as there is no overhanging Verdichterradmasse on the compressor side of the turbocharger are, avoiding expensive wiring between the low-pressure and high-pressure compressor stage, lower vibration excitation on the inlet side of the high-pressure compressor stage and a manageable axial thrust, which is caused by a pressure difference between the compressor and turbine side, because this must be absorbed by axial thrust bearings However, their capacity is limited. Another advantage is the fact that a larger space for the gas outlet housing of the turbine is available, resulting in a better, turbine-side outflow of the gas with good pressure recovery.

Die Turboladeranordnung 20 der 2 umfasst eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von verdichteter Luft über einen Wärmetauscher 9 und eine Schmiermittelzufuhr 14 zur Bereitstellung von Schmiermittel. The turbocharger arrangement 20 of the 2 comprises a cooling device for cooling compressed air via a heat exchanger 9 and a lubricant supply 14 for providing lubricant.

Wie in 1 bereits eingehend dargestellt, kann auch in 2 zwischen der verdichteten Luft im Wärmetauscher 9 und dem Schmiermittel eine thermische Kopplung auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Die in 1 beschriebenen Möglichkeiten der Realisierung einer thermischen Kopplung sind deshalb auch für die Turboladeranordnung 20 in 2 umsetzbar. As in 1 already shown in detail, can also in 2 between the compressed air in the heat exchanger 9 and the lubricant can be thermally coupled in a variety of ways. In the 1 described ways of implementing a thermal coupling are therefore also for the turbocharger assembly 20 in 2 implemented.

Von dem ersten Verdichterrad 3 wird von aussen Luft 11 angesaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft 12 wird dem Wärmetauscher 9 zugeführt. Der Wärmetauscher 9 ist in einer Ausführungsform in der Schmiermittelzufuhr 14 angeordnet. Dabei hat ein Teil oder ein Abschnitt der Schmiermittelzufuhr 14, welche zum Beispiel als Oberfläche eines Rohres oder Leitung ausgebildet sein kann, entweder direkten Kontakt mit einer Oberfläche des Wärmetauschers 9 oder führt direkt in den Wärmetauscher 9 hinein. Ein Wärmeaustausch erfolgt dann zwischen der Luft im Wärmetauscher 9 und dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr 14 in einem Abschnitt oder Bereich innerhalb des Wärmetauschers 9, in welchem sich ein Abschnitt der Schmiermittelzufuhr 14 innerhalb des Wärmetauschers 9 befindet. Der Wärmetauscher 9 kann dabei also in diesem Sinne in der Schmiermittelzufuhr 14 angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Luft im Wärmetauscher 9 mit dem Schmiermittel in der Schmiermittelzufuhr 14 thermisch gekoppelt werden. Die auf diese Weise abgekühlte Luft im Wärmetauscher 9 wird anschliessend über eine Leitung 13 in das zweite Verdichterrad 4 eingeführt oder alternativ direkt zum Motor (nicht dargestellt) geleitet. Das vorgewärmte Schmiermittel wird in einen Tank 16 geleitet, welcher als Notöltank dienen kann, und von dort über eine Auslassöffnung 17 im Tank 16 auf die Lager 6, 7 verteilt. From the first compressor wheel 3 gets air from outside 11 sucked and compressed. The compressed air 12 becomes the heat exchanger 9 fed. The heat exchanger 9 is in one embodiment in the lubricant supply 14 arranged. It has a part or a portion of the lubricant supply 14 which may for example be formed as a surface of a pipe or conduit, either direct contact with a surface of the heat exchanger 9 or leads directly into the heat exchanger 9 into it. A heat exchange then takes place between the air in the heat exchanger 9 and the lubricant in the lubricant supply 14 in a section or area within the heat exchanger 9 , in which a portion of the lubricant supply 14 inside the heat exchanger 9 located. The heat exchanger 9 can thus in this sense in the lubricant supply 14 be arranged. In this way, the air in the heat exchanger 9 with the lubricant in the lubricant supply 14 thermally coupled. The thus cooled air in the heat exchanger 9 is then via a line 13 in the second compressor wheel 4 introduced or alternatively passed directly to the engine (not shown). The preheated lubricant is placed in a tank 16 directed, which can serve as Notöltank, and from there via an outlet opening 17 in the tank 16 to the camps 6 . 7 distributed.

Alternativ kann das vorgewärmte Schmiermittel auch für eine Spritzölkühlung für das erste Verdichterrad 3 verwendet werden. Vorzugsweise sind in 1 und 2 die Schmiermittelzufuhr 14 und der Tank 16 oberhalb der Lager 6, 7 angeordnet, so dass aufgrund der Gravitation die Flussrichtung des Schmiermittels automatisch erfolgt – nämlich in Richtung der Welle 2 und der Lager 6, 7. Auf diese Weise lässt sich eine Pumpe, welche als zusätzliche Notölpumpe zur Beförderung des Schmiermittels ausgebildet sein kann, an dessen Verbrauchsort einsparen. In einer alternativen Ausführungsform der thermischen Kopplung und wie ausführlich unter 1 beschrieben, wird das Schmiermittel direkt in den Wärmetauscher 9 eingeleitet. Der Wärmetauscher 9 selbst umfasst dann in seinem Inneren beispielsweise ein Leitungssystem 18, welches gegenüber dem Schmiermittel in dem Wärmetauscher 9 eine Oberfläche 19 aufweist. Durch das Leitungssystem 18 strömt dann die verdichtete und warme Luft, welche von dem ersten Verdichterrad 3 in den Wärmetauscher 9 eingeleitet wird und welche an einem Ende des Wärmetauschers 9 den Wärmetauscher wieder verlässt. Alternatively, the preheated lubricant for a splash oil cooling for the first compressor 3 be used. Preferably, in 1 and 2 the lubricant supply 14 and the tank 16 above the camp 6 . 7 arranged so that due to the gravity of the flow direction of the lubricant is carried out automatically - namely in the direction of the shaft 2 and the camp 6 . 7 , In this way, a pump, which may be designed as an additional emergency oil pump for the transport of the lubricant, save on its consumption location. In an alternative embodiment of the thermal coupling and as detailed below 1 described, the lubricant is directly in the heat exchanger 9 initiated. The heat exchanger 9 itself then includes in its interior, for example, a pipe system 18 which is opposite to the lubricant in the heat exchanger 9 a surface 19 having. Through the pipe system 18 then flows the compressed and warm air, which from the first compressor wheel 3 in the heat exchanger 9 is introduced and which at one end of the heat exchanger 9 leaves the heat exchanger again.

Mittels der Oberfläche zwischen dem Leitungssystem 18 im Wärmetauscher 9, welche die verdichtete Luft im Leitungssystem 18 von dem zu erwärmenden Schmiermittel im Wärmetauscher 9 trennt, erfolgt dann ein Wärmetausch zwischen dem zu erwärmenden Schmiermittel im Wärmetauscher 9 und der verdichteten Luft. Auf diese Weise kann also ebenfalls eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft und dem Schmiermittel hergestellt werden. Als Resultat des Wärmetausches wird die verdichtete Luft abgekühlt und das Schmiermittel erwärmt. Über eine Öffnung im Wärmetauscher 9 (nicht dargestellt) könnte das vorgewärmte Schmiermittel nach einem erfolgten Wärmetausch mit der verdichteten Luft im Wärmetauscher 9 den Wärmetauscher 9 wieder verlassen. Das Schmiermittel könnte dann direkt in den Tank 16 eingeleitet werden, welcher auch als Notöltank ausgebildet sein kann. Über eine Öffnung 17 im Tank 16 könnte dann das vorgewärmte Schmiermittel zur Schmierung auf die Lager 6, 7 oder zur Spritzölkühlung der Verdichterstufe 3 abgelassen werden. Als mögliches Anwendungsbeispiel könnte die Turboladeranordnung der vorliegenden Erfindung mit einer einstufigen oder einer mehrstufigen Verdichteranordnung für einen Zweitaktmotor eingesetzt werden. By means of the surface between the pipe system 18 in the heat exchanger 9 , which the compressed air in the pipe system 18 from the lubricant to be heated in the heat exchanger 9 separates, then carried out a heat exchange between the lubricant to be heated in the heat exchanger 9 and the compressed air. In this way, so also a thermal coupling between the compressed air and the lubricant can be produced. As a result of the heat exchange, the compressed air is cooled and the lubricant is heated. Via an opening in the heat exchanger 9 (not shown) could the preheated lubricant after a successful heat exchange with the compressed air in the heat exchanger 9 the heat exchanger 9 leave again. The lubricant could then be directly into the tank 16 be introduced, which may also be designed as Notöltank. About an opening 17 in the tank 16 could then be the preheated lubricant for lubrication on the bearings 6 . 7 or for spray oil cooling of the compressor stage 3 be drained. As a possible application example, the turbocharger assembly of the present invention could be used with a single-stage or multi-stage compressor assembly for a two-stroke engine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Turboladeranordnung turbocharger assembly
2 2
Welle wave
3 3
Verdichterrad compressor
4 4
Verdichterrad compressor
5 5
Turbinenrad turbine
6 6
Radiallager radial bearings
7 7
Axiallager thrust
9 9
Wärmetauscher heat exchangers
11 11
Luftstrom von aussen Air flow from the outside
12 12
Verdichtete Luft Compressed air
13 13
Abgekühlte und verdichtete Luft Cooled and compressed air
14 14
Schmiermittelzufuhr lubricant supply
16 16
Tank tank
17 17
Auslassöffnung outlet
18 18
Leitungssystem line system
19 19
Oberfläche des Leitungssystems Surface of the pipe system
20 20
Turboladeranordnung turbocharger assembly
30 30
Verdichteranordnung compressor assembly

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2054597 [0003] EP 2054597 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Merker et al. „Grundlagen Verbrennungsmotoren – Funktionsweise, Simulation, Messtechnik“, 6., ergänzte Auflage, Vieweg+Teubner Verlag, wird auf Seite 202 [0002] Merker et al. "Fundamentals of Combustion Engines - Functionality, Simulation, Measurement Technology", 6th, supplemented edition, Vieweg + Teubner Verlag, on page 202 [0002]

Claims (15)

Turboladeranordnung (1), umfassend: – ein erstes Verdichterrad (3), wobei das erste Verdichterrad (3) auf einer drehbar gelagerten Welle (2) angeordnet ist; – mehrere Lager (6, 7) zur Lagerung der Welle (2); – einen Wärmetauscher (9), welcher ausgebildet ist, verdichtete Luft aus dem ersten Verdichterrad (3) durchströmen zu lassen; – eine Schmiermittelzufuhr (14) zur Bereitstellung von Schmiermittel (10) zur Schmierung der Lager (6, 7); dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in der Schmiermittelzufuhr (14) angeordnet ist, damit ein Wärmeaustausch zwischen der Luft in dem Wärmetauscher (9) mit dem Schmiermittel (10) erzielbar ist, wodurch einerseits die Luft in dem Wärmetauscher (9) abgekühlt und andererseits das Schmiermittel (10) vorgewärmt wird, bevor das Schmiermittel (10) den Lagern (6, 7) zur Schmierung zugeführt wird. Turbocharger arrangement ( 1 ), comprising: - a first compressor wheel ( 3 ), wherein the first compressor wheel ( 3 ) on a rotatably mounted shaft ( 2 ) is arranged; - several warehouses ( 6 . 7 ) for supporting the shaft ( 2 ); A heat exchanger ( 9 ), which is formed, compressed air from the first compressor wheel ( 3 ) to flow through; A lubricant supply ( 14 ) for providing lubricant ( 10 ) for the lubrication of the bearings ( 6 . 7 ); characterized in that the heat exchanger ( 9 ) in the lubricant supply ( 14 ) is arranged so that a heat exchange between the air in the heat exchanger ( 9 ) with the lubricant ( 10 ), whereby on the one hand the air in the heat exchanger ( 9 ) and on the other hand the lubricant ( 10 ) is preheated before the lubricant ( 10 ) the camps ( 6 . 7 ) is supplied for lubrication. Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Schmiermittelzufuhr (14) eine Oberfläche (15) aufweist, welche mit dem Wärmetauscher (9) in Kontakt steht. Turbocharger arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a part of the lubricant supply ( 14 ) a surface ( 15 ), which with the heat exchanger ( 9 ) is in contact. Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzufuhr (14) oberhalb der Lager (6, 7) angeordnet ist. Turbocharger arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the lubricant supply ( 14 ) above the bearings ( 6 . 7 ) is arranged. Turboladeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzufuhr (14) einen Tank (16) mit Schmiermittel (10) aufweist. Turbocharger arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lubricant supply ( 14 ) a tank ( 16 ) with lubricant ( 10 ) having. Turboladeranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (16) oberhalb der Lager (6, 7) angeordnet ist. Turbocharger arrangement ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the tank ( 16 ) above the bearings ( 6 . 7 ) is arranged. Turboladeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in seinem Inneren ein Leitungssystem (18) umfasst, durch welches verdichtete Luft strömt, wobei das Leitungssystem (18) mindestens eine Oberfläche (19) umfasst, damit die verdichtete Luft mit dem Schmiermittel, welches in den Wärmetauscher (9) einleitbar ist, thermisch koppelbar ist. Turbocharger arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 9 ) in its interior a pipe system ( 18 ), through which compressed air flows, wherein the conduit system ( 18 ) at least one surface ( 19 ), so that the compressed air with the lubricant, which in the heat exchanger ( 9 ), is thermally coupled. Turboladeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (10) Oel ist. Turbocharger arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the lubricant ( 10 ) Oil is. Turboladeranordnung (20) mit einer mehrstufigen Verdichteranordnung (30), umfassend: – ein erstes Verdichterrad (3); – ein zweites Verdichterrad (4); – wobei das erste Verdichterrad (3) und das zweite Verdichterrad (4) auf einer drehbar gelagerten Welle (2) angeordnet ist; und – wobei zwischen dem ersten Verdichterrad (3) und dem zweiten Verdichterrad (4) mindestens ein Radiallager (6) angeordnet ist; – einen Wärmetauscher (9), welcher ausgebildet ist, verdichtete Luft aus dem ersten Verdichterrad (3) durchströmen zu lassen; – eine Schmiermittelzufuhr (14) zur Bereitstellung von Schmiermittel (10) zur Schmierung der Lager (6, 7); dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in der Schmiermittelzufuhr (14) angeordnet ist, damit ein Wärmeaustausch zwischen der Luft in dem Wärmetauscher (9) mit dem Schmiermittel (10) erzielbar ist, wodurch einerseits die Luft in dem Wärmetauscher (9) abgekühlt und andererseits das Schmiermittel (10) vorgewärmt wird, bevor das Schmiermittel (10) den Lagern (6, 7) zur Schmierung zugeführt wird. Turbocharger arrangement ( 20 ) with a multi-stage compressor arrangement ( 30 ), comprising: - a first compressor wheel ( 3 ); A second compressor wheel ( 4 ); - wherein the first compressor wheel ( 3 ) and the second compressor wheel ( 4 ) on a rotatably mounted shaft ( 2 ) is arranged; and - wherein between the first compressor wheel ( 3 ) and the second compressor wheel ( 4 ) at least one radial bearing ( 6 ) is arranged; A heat exchanger ( 9 ), which is formed, compressed air from the first compressor wheel ( 3 ) to flow through; A lubricant supply ( 14 ) for providing lubricant ( 10 ) for the lubrication of the bearings ( 6 . 7 ); characterized in that the heat exchanger ( 9 ) in the lubricant supply ( 14 ) is arranged so that a heat exchange between the air in the heat exchanger ( 9 ) with the lubricant ( 10 ), whereby on the one hand the air in the heat exchanger ( 9 ) and on the other hand the lubricant ( 10 ) is preheated before the lubricant ( 10 ) the camps ( 6 . 7 ) is supplied for lubrication. Turboladeranordnung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Schmiermittelzufuhr (14) eine Oberfläche (15) aufweist, welche mit dem Wärmetauscher (9) in Kontakt steht. Turbocharger arrangement ( 20 ) according to claim 8, characterized in that a part of the lubricant supply ( 14 ) a surface ( 15 ), which with the heat exchanger ( 9 ) is in contact. Turboladeranordnung (20) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzufuhr (14) oberhalb der Lager (6, 7) angeordnet ist. Turbocharger arrangement ( 20 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the lubricant supply ( 14 ) above the bearings ( 6 . 7 ) is arranged. Turboladeranordnung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzufuhr (14) einen Tank (16) mit Schmiermittel (10) aufweist. Turbocharger arrangement ( 20 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the lubricant supply ( 14 ) a tank ( 16 ) with lubricant ( 10 ) having. Turboladeranordnung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in seinem Inneren ein Leitungssystem (18) umfasst, durch welches verdichtete Luft strömt, wobei das Leitungssystem (18) mindestens eine Oberfläche (19) umfasst, damit die verdichtete Luft mit dem Schmiermittel, welches in den Wärmetauscher einleitbar ist, thermisch koppelbar ist. Turbocharger arrangement ( 20 ) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the heat exchanger ( 9 ) in its interior a pipe system ( 18 ), through which compressed air flows, wherein the conduit system ( 18 ) at least one surface ( 19 ), so that the compressed air with the lubricant, which is introduced into the heat exchanger, can be thermally coupled. Turboladeranordnung (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (16) oberhalb der Lager (6, 7) angeordnet ist. Turbocharger arrangement ( 20 ) according to claim 11, characterized in that the tank ( 16 ) above the bearings ( 6 . 7 ) is arranged. Turboladeranordnung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (10) Öl ist. Turbocharger arrangement ( 20 ) according to one of the preceding claims 8 to 13, characterized in that the lubricant ( 10 ) Oil is. Zweitaktmotor mit einer Turboladeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Turboladeranordnung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 14. Two-stroke engine with a turbocharger arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 7 or a turbocharger arrangement ( 20 ) according to one of claims 8 to 14.
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