DE102013110843A1 - Turbocharger arrangement with cooling device - Google Patents
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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
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
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
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:
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
Die Luft im Wärmetauscher
Eine weitere Möglichkeit eine thermische Kopplung zwischen der verdichteten Luft im Wärmetauscher
Alternativ wäre jedoch durchaus eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstellbar, bei der der Wärmetauscher
Das erste Verdichterrad
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
Die Turboladeranordnung
Wie in
Von dem ersten Verdichterrad
Alternativ kann das vorgewärmte Schmiermittel auch für eine Spritzölkühlung für das erste Verdichterrad
Mittels der Oberfläche zwischen dem Leitungssystem
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
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