DE102013114146A1

DE102013114146A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE102013114146A1
Application number: DE102013114146.3A
Authority: DE
Inventors: Sung-Jin Yang; Seung Yeon Lee; Kwang-Hwan KIM; Kyung-wook Jin; Ui Yeon Park; Jun Gwan Park; Gil-Beom Lee; Kyung-jae Jung
Original assignee: Hyundai Motor Co; Hyundai Wia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Hyundai Wia Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-03-26
Also published as: US20150086345A1; CN104454143B; CN104454143A; US9464639B2; KR20150034848A

Abstract

Ein Turbolader mit einer Kühlungsstruktur kann ein Mittelgehäuse, an welchem eine Welle drehbar montiert ist, ein Turbinenflügelrad, das an dem einen Ende der Welle angeordnet ist, ein Kompressorflügelrad, das an dem anderen Ende der Welle angeordnet ist, ein Turbinengehäuse, das an dem Mittelgehäuse befestigt ist und das Turbinenflügelrad derart abdeckt, dass ein Abgas zu dem Turbinenflügelrad strömt, ein Kompressorgehäuse, das an dem Mittelgehäuse befestigt ist und das Kompressorflügelrad derart abdeckt, dass eine Ansaugluft zu dem Kompressorflügelrad strömt, und einen Wärmetauscher des Spiralentyps aufweisen, der in einer Drehrichtung der Welle und in einem Raum zwischen dem Mittelgehäuse und dem Turbinenflügelrad ausgebildet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 25. September 2013 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2013-0113905 , deren gesamter Inhalt für alle Zwecke durch diese Bezugnahme hierin einbezogen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer Kühlungsstruktur, bei welchem eine Turbine mittels eines Abgases gedreht wird, ein Kompressor, der von der Turbine betrieben wird, die Leistung eines Motors durch Komprimieren von Ansaugluft erhöht, und die Qualität des Abgases verbessert wird.
Beschreibung bezogener Technik
Turbolader wurden im Allgemeinen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für den Motor von Schwerlastkraftwagen oder Schiffen verwendet. In letzter Zeit werden diese Turbolader für Fahrzeuge verwendet, um eine große Leistung aus kleinen Motoren zu erzielen. Ferner verbessern die Turbolader die Qualität eines Abgases, indem der Kraftstoff vollständiger verbrannt wird. Die allgemeine Funktion und Gestaltung der Turbolader sind in der Technik bekannt.
Die Turbolader weisen eine Turbine, die von einem Abgas gedreht wird, und einen Kompressor auf, welcher derart betrieben wird, dass er Ansaugluft von der Turbine komprimiert, wobei die Turbine und der Kompressor mittels einer Welle verbunden sind. Bei den Turboladern überträgt sich Wärme mit etwa 200 bis 800 Grad auf ein Mittelgehäuse und die Welle derart, dass die Wärmeübertragung von der abgestrahlten Wärme durch Montieren einer Hitzeschildstruktur minimiert wird.
Es gibt ein Verfahren, das die Wärmeübertragung durch Herstellen eines Hitzeschildes mit wenigstens zwei Materialschichten und einem Wärmeisolator und Sicherstellen einer Wärmeisolationsluftschicht in dem Hitzeschild minimieren kann, und Studien zur Minimierung der Wärmeübertragung zwischen Gehäusen werden noch durchgeführt. Zum Beispiel gibt es im Stand der Technik die WO 2010123761 A2 und WO 2009068460 A1 .
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollte nicht als ein Zugeständnis oder irgendeine Form der Andeutung angesehen werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der einem technisch versierten Fachmann bereits bekannt ist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Bestreben vorgenommen, einen Turbolader mit einer Kühlungsstruktur zu schaffen, der die Vorteile der Verbesserung der Haltbarkeit eines Lagers und der Stabilisierung der gesamten Leistung durch Mininieren der an eine Welle und ein Mittelgehäuse übertragenen Wärme hat.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung schaffen einen Turbolader mit einer Kühlungsstruktur, welcher ein Mittelgehäuse, an welchem eine Welle drehbar montiert ist, ein Turbinenflügelrad, das an dem einen Ende der Welle angeordnet ist, ein Kompressorflügelrad, das an dem anderen Ende der Welle angeordnet ist, ein Turbinengehäuse, das an dem Mittelgehäuse befestigt ist und das Turbinenflügelrad derart abdeckt, dass ein Abgas zu dem Turbinenflügelrad strömt, ein Kompressorgehäuse, das an dem Mittelgehäuse befestigt ist und das Kompressorflügelrad derart abdeckt, dass eine Ansaugluft zu dem Kompressorflügelrad strömt, und einen Wärmetauscher des Spiralentyps aufweisen kann, der in einer Drehrichtung der Welle und in einem Raum zwischen dem Mittelgehäuse und dem Turbinenflügelrad ausgebildet ist.
Der Wärmetauscher des Spiralentyps kann eine Kühlspirale aufweisen, und die Kühlspirale erstreckt sich in einer Drehrichtung des Turbinenflügelrades. Die Kühlspirale kann von der einen Seite des Mittelgehäuses mit einem Kühlmittel versorgt werden und kann das Kühlmittel zu der anderen Seite des Mittelgehäuses abführen. Eine mit einem Einlass und einem Auslass des Wärmetauschers des Spiralentyps verbundene Kühlmittelkammer kann in dem Mittelgehäuse ausgebildet sein.
In einigen Fällen kann die Kühlspirale eine erste Spirale, die den Kühlmittelfluss in der Drehrichtung des Turbinenflügelrades durchführt, eine zweite Spirale, die benachbart zu der ersten Spirale angeordnet ist und den Kühlmittelfluss in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Turbinenflügelrades durchführt, und eine Umlenkspirale aufweisen, die an einer Verbindungsstelle der ersten Spirale und der zweiten Spirale angeordnet ist. In anderen Fällen kann die Kühlspirale eine äußere Spirale, wobei das eine Ende mit einem Einlass des Wärmetauschers des Spiralentyps verbunden ist, und das andere Ende mit einem Auslass des Wärmetauschers des Spiralentyps verbunden ist, eine innere Spirale, die an der Innenseite der äußeren Spirale angeordnet ist, und eine Verbindungsspirale aufweisen, welche die äußere Spirale und die innere Spirale verbindet.
Der Turbolader kann ferner einen Hitzeschild aufweisen, der zwischen dem Wärmetauscher des Spiralentyps und dem Turbinenflügelrad angeordnet ist und Wärme blockiert.
Der Durchmesser der Kühlspirale kann etwa 1 bis 5 mm sein, und ein Kühlmittel kann in der Kühlspirale fließen. Das Kühlmittel kann Wasser, Luft, Öl oder Argon umfassen.
Um wenigstens einige der Probleme in dem Stand der Technik zu lösen, ist bei dem Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung der Wärmetauscher des Spiralentyps zwischen dem Mittelgehäuse und dem Turbinenflügelrad angeordnet, und das Kühlmittel zirkuliert durch den Wärmetauscher des Spiralentyps derart hindurch, dass die an das Mittelgehäuse und die Welle übertragene Wärme minimiert werden kann.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin einbezogen sind, und der folgenden ausführlichen Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erläutern, ersichtlich sind oder darin ausführlicher dargelegt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die einen beispielhaften Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine detaillierte teilweise Schnittansicht, die einen beispielhaften Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Vorderansicht, die eine beispielhafte Kühlspirale für einen Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen beispielhaften Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, welcher mit einer Kühlspirale ausgestattet ist.
5 ist eine Vorderansicht, die eine andere beispielhafte Kühlspirale für einen Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun wird auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) ausführlich Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung(en) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben ist, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu bestimmt ist, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist die Erfindung(en) dazu bestimmt, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche im Sinn und Bereich der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
1 ist eine Schnittansicht, die einen Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 1 weist ein Turbolader mit einer Kühlungsstruktur ein Kompressorflügelrad 100, eine Welle 110, ein Turbinenflügelrad 120, einen Wärmetauscher des Spiralentyps 130, ein Turbinengehäuse 140, ein Mittelgehäuse 150 und ein Kompressorgehäuse 160 auf.
Die Welle 110 ist durch die Mitte des Mittelgehäuses 150 hindurch mittels eines Lagers drehbar angeordnet, das Turbinenflügelrad 120 ist an dem einen Ende der Welle 110 montiert, und das Kompressorflügelrad 100 ist an dem anderen Ende der Welle 110 montiert.
Das Turbinengehäuse 140 ist das Turbinenflügelrad 120 abdeckend an dem Mittelgehäuse 150 montiert und führt ein Abgas an das Turbinenflügelrad 120 zu und ab. Das Kompressorgehäuse 160 ist das Kompressorflügelrad 100 abdeckend an dem Mittelgehäuse 150 montiert und führt Ansaugluft an das Kompressorflügelrad 100 zu und ab.
Der Wärmetauscher des Spiralentyps 130 ist in einem engen Raum zwischen dem Turbinenflügelrad 120 und dem Mittelgehäuse 150 angeordnet und absorbiert die dazwischen erzeugte Wärme. Demensprechend wird eine Erhöhung der Temperatur des Mittelgehäuses 150 durch das Abgas begrenzt, und die Schmierungstemperatur des Lagers wird verringert, so dass die Haltbarkeit des gesamten Turboladers verbessert wird.
2 ist eine detaillierte teilweise Schnittansicht, die den Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 2 weist der Wärmetauscher des Spiralentyps 130 einen Einlass 200, eine Kühlspirale 210 und einen Auslass 220 auf, und der Einlass 200 und der Auslass 220 sind mit einer Kühlmittelkammer verbunden, die in dem Mittelgehäuse 150 ausgebildet ist.
Das Mittelgehäuse 150 ist an der einen Seite angeordnet, und ein Hitzeschild 132 ist an der anderen Seite mit der Kühlspirale 210 dazwischen angeordnet. Der Hitzeschild 132 verhindert, dass Wärme von dem Turbinenflügelrad 120 an das Mittelgehäuse 150 übertragen wird, und schützt den Wärmetauscher des Spiralentyps 130.
3 ist eine Vorderansicht, die einen Typ von Kühlspiralen in dem Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 3 weist der Wärmetauscher des Spiralentyps 130 die Kühlspirale 210, den Einlass 200 und den Auslass 220 auf, und die Kühlspirale 210 weist eine erste Spirale 310, eine zweite Spirale 320 und eine Umlenkspirale 300 auf.
Die erste Spirale 310 ist derart ausgebildet, dass ein Kühlmittel im Uhrzeigersinn fließt, und ist mit dem Einlass 200 verbunden, und die zweite Spirale 320 ist mit dem Auslass 220 verbunden, wobei das andere Ende mit dem anderen Ende der ersten Spirale 310 derart verbunden ist, dass das Kühlmittel entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn fließt. Die Umlenkspirale 300, die den Fluss des Kühlmittels umkehrt, ist an der Verbindungsstelle der ersten Spirale 310 und der zweiten Spirale 320 angeordnet.
Wie in der Figur gezeigt, sind die erste Spirale 310 und die zweite Spirale 320 der Kühlspirale 210 spiralförmig in Richtung zu der Mitte der Welle 110 benachbart zueinander angeordnet.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, welcher mit einer Kühlspirale ausgestattet ist. 4 zeigt einen Fall, wenn der Wärmetauscher des Spiralentyps an dem Mittelgehäuse angeordnet ist, wobei der Hitzeschild aus dem Zustand von 2 entfernt ist.
5 ist eine Vorderansicht, die einen anderen Typ von Kühlspiralen in dem Turbolader mit einer Kühlungsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 5 weist der Wärmetauscher des Spiralentyps 130 einen Einlass 200, einen Auslass 220, eine Kühlspirale 210 und eine Verbindungsspirale 520 auf, und die Kühlspirale 210 weist eine innere Spirale 510 und eine äußere Spirale 500 auf.
Die äußere Spirale 500 ist mit dem Einlass 200 und dem Auslass 220 verbunden, die äußere Spirale 500 ist in einem vorbestimmten Abstand an der Außenseite der inneren Spirale 510 angeordnet, und die innere Spirale 510 und die äußere Spirale 500 sind um die Mittelachse der Welle 110 koaxial angeordnet.
Die Verbindungsspirale 520, welche die äußere Spirale 500 und die innere Spirale 510 verbindet, ist ferner vorgesehen. Dementsprechend zirkuliert ein durch den Einlass 200 hindurch zugeführtes Kühlmittel durch die äußere Spirale 500, die Verbindungsspirale 520, die innere Spirale 510 und den Auslass 220 hindurch.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser der Kühlspirale 210 in dem Bereich von etwa 1 bis 5 mm sein, und das Kühlmittel kann die von dem Turbinenflügelrad 120 an das Mittelgehäuse 150 übertragene Wärme absorbieren, während es in der Kühlspirale 210 fließt. Ferner kann das Kühlmittel Wasser, Luft, Öl, Argon oder dergleichen umfassen.
Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „innen” oder „außen” usw. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Positionen solcher Merkmale, wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben.
Die vorhergehenden Beschreibungen der speziellen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zu Zwecken der Erläuterung und Beschreibung dargelegt. Sie sind nicht dazu bestimmt, vollständig zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es dadurch anderen technisch versierten Fachleuten zu ermöglichen, sowohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als auch verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Bereich der Erfindung durch die hierzu beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2013-0113905 [0001]
WO 2010123761 A2 [0005]
WO 2009068460 A1 [0005]

Claims

Turbolader mit einer Kühlungsstruktur, aufweisend ein Mittelgehäuse, an welchem eine Welle drehbar montiert ist; ein Turbinenflügelrad, das an dem einen Ende der Welle angeordnet ist; ein Kompressorflügelrad, das an dem anderen Ende der Welle angeordnet ist; ein Turbinengehäuse, das an dem Mittelgehäuse befestigt ist und das Turbinenflügelrad derart abdeckt, dass ein Abgas zu dem Turbinenflügelrad strömt; ein Kompressorgehäuse, das an dem Mittelgehäuse befestigt ist und das Kompressorflügelrad derart abdeckt, dass eine Ansaugluft zu dem Kompressorflügelrad strömt; und einen Wärmetauscher des Spiralentyps, der in einer Drehrichtung der Welle und in einem Raum zwischen dem Mittelgehäuse und dem Turbinenflügelrad ausgebildet ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher des Spiralentyps eine Kühlspirale aufweist, und die Kühlspirale sich in einer Drehrichtung des Turbinenflügelrades erstreckt.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei die Kühlspirale von der einen Seite des Mittelgehäuses mit einem Kühlmittel versorgt wird und das Kühlmittel zu der anderen Seite des Mittelgehäuses abführt.
Turbolader nach Anspruch 3, wobei eine mit einem Einlass und einem Auslass des Wärmetauschers des Spiralentyps verbundene Kühlmittelkammer in dem Mittelgehäuse ausgebildet ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei die Kühlspirale aufweist: eine erste Spirale, die den Kühlmittelfluss in der Drehrichtung des Turbinenflügelrades durchführt; eine zweite Spirale, die benachbart zu der ersten Spirale angeordnet ist und den Kühlmittelfluss in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Turbinenflügelrades durchführt; und eine Umlenkspirale, die an einer Verbindungsstelle der ersten Spirale und der zweiten Spirale angeordnet ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei die Kühlspirale aufweist: eine äußere Spirale, wobei das eine Ende mit einem Einlass des Wärmetauschers des Spiralentyps verbunden ist, und das andere Ende mit einem Auslass des Wärmetauschers des Spiralentyps verbunden ist; eine innere Spirale, die an der Innenseite der äußeren Spirale angeordnet ist; und eine Verbindungsspirale, welche die äußere Spirale und die innere Spirale verbindet.
Turbolader nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Hitzeschild, der zwischen dem Wärmetauscher des Spiralentyps und dem Turbinenflügelrad angeordnet ist und Wärme blockiert.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei ein Durchmesser der Kühlspirale etwa 1 bis 5 mm ist, und ein Kühlmittel in der Kühlspirale fließt.
Turbolader nach Anspruch 8, wobei das Kühlmittel Wasser, Luft, Öl oder Argon umfasst.