DE102013225464B4

DE102013225464B4 - Kühlmittelmantel für einen Turbolader-Ölablass

Info

Publication number: DE102013225464B4
Application number: DE102013225464.4A
Authority: DE
Inventors: Patrick Matthews; Robert Andrew Wade
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: US20140157773A1; US9518505B2; DE102013225464A1; CN203962146U; RU140703U1

Abstract

System, das einen Turbolader enthält, das Folgendes umfasst:ein Turbolader-Lagergehäuse, das eine Turbolader-Antriebswelle stützt;einen Ölablass, der einen Einlass, der mit dem Turbolader-Lagergehäuse fluidtechnisch in Verbindung steht, und einen Auslass, der mit einer Ölwanne fluidtechnisch in Verbindung steht, enthält; undeinen Kühlmittelmantel, der den Ölablass umhüllt, wobei sich der Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, entlang einer gesamten Länge des Ölablasses zwischen einem Turboladergehäuse und einem Kraftmaschinenblock erstreckt.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Turbolader für Brennkraftmaschinen.
Kraftmaschinen können einen Turbolader verwenden, um die Ausgangsdichte des Drehmoments/der Leistung der Kraftmaschine zu vergrößern. In einem Beispiel kann ein Turbolader einen Kompressor und eine Turbine enthalten, die durch eine Antriebswelle verbunden sind, wobei die Turbine an die Seite des Auslasskrümmers gekoppelt ist, während der Kompressor an die Seite des Einlasskrümmers gekoppelt ist. Auf diese Weise liefert die abgasgetriebene Turbine Energie an den Kompressor, um die Strömung der Luft in die Kraftmaschine zu vergrößern. Beispiele hierfür sind in den Dokumenten DE 21 56 704 A und DE 10 2009 015 036 A1 offenbart.
In einer Beispielkonfiguration ist die Antriebswelle, die zwischen einem Kompressorrad und einem Turbinenrad angeordnet ist, drehbar in entsprechenden Rotorlagern auf der Turbinenseite und der Kompressorseite angebracht. Die Rotorlager können im Allgemeinen Gleitlager oder Wälzlager mit Ölschmierung sein, z. B. mit Kraftmaschinenöl. Das Kraftmaschinenöl kann z. B. über eine Druckleitung zu den einzelnen Lagerstellen geleitet werden. Das Schmiermittel kann die Lager sowohl schmieren als auch kühlen.
Die Erfinder haben hier potentielle Schwierigkeiten bei dem oben beschriebenen Ölschmierungssystem erkannt. Der Wärmefluss in der Nähe des Turboladers kann z. B. die Ölzufuhr und/oder den Ölabfluss des Turboladers beeinflussen. Ein vergrößerter Wärmefluss kann zur Überhitzung und der zugeordneten Verkohlung oder dem zugeordneten Kochen des Schmieröls, dem Verstopfen der Zufuhr und/oder des Ablasses und folglich zur Verringerung der Schmierung des Turboladers führen. Da der Turbolader bei hohen Drehzahlen arbeitet, kann die verringerte Schmierung zu einer Verschlechterung der Lager und folglich einer Verringerung der Kraftmaschinenleistung führen. Ferner kann das Kochen an verschiedenen Orten auftreten, einschließlich in den Lagern, was außerdem die Leistung verringern kann.
In einem speziellen Beispiel ist der Turbolader im Tal einer V-Typ-Kraftmaschine mit innenseitigen Auslassleitungen angebracht. Die Ölzufuhr und der Ölabfluss der Turboladerlager können sich innerhalb des Tals befinden, wobei der Ölabfluss eng sein kann, wie er zwischen den Zylinderköpfen und den Auslassleitungen verläuft. Der enge Kanal kann für das Kochen des Öls besonders anfällig sein. Der Aufbau von Resten innerhalb dieses Abflusses kann die Leitung einschränken und ferner die Schmierung des Turboladers verhindern.
In einer Ausführungsform schafft die vorliegende Offenbarung einen Kühlmittelmantel für einen Turbolader-Ölablass, der dem heißen Öl, wie es aus dem Turbolader fließt, Wärme entzieht, was die Temperatur des Öls verringert und das Kochen des Öls abschwächt.
In einem weiteren Beispiel stellt die vorliegende Offenbarung ein System dar, das einen Turbolader enthält, das ein Turbolader-Lagergehäuse, das eine Turbolader-Antriebswelle stützt; einen Ölablass, der einen Einlass, der mit dem Turbolader-Lagergehäuse fluidtechnisch in Verbindung steht, und einen Auslass, der mit einer Ölwanne fluidtechnisch in Verbindung steht, enthält; und einen Kühlmittelmantel, der den Ölablass umhüllt, umfasst. Der Kühlmittelmantel ist geeignet, um dem Turbolader-Lagergehäuse ein Kühlmittel bereitzustellen und um dem heißen Öl innerhalb des Ölablasses, wie es aus dem Turbolader austritt, Wärme zu entziehen. Auf diese Weise kann der Kühlmittelmantel des Ölablasses außerdem die Zuführung des Kühlmittels zu dem Turbolader-Lagergehäuse ausführen und dadurch wenigstens eine äußere Kühlmittelleitung zu dem Turbolader eliminieren. Innerhalb des Tals einer V-Typ-Kraftmaschine kann der Raum für die Verrohrung begrenzt sein, deswegen kann der Ölablass eng sein, wobei die Kühlung des heißen Öls in dem engen Ölablass die Möglichkeit des Kochens des Öls verringert, was zum Aufbau von Resten und zur Einschränkung des Ablasses führen kann.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offensichtlich, wenn sie allein oder im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um eine Auswahl der Konzepte, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind, in vereinfachter Form einzuführen. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.

1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Kraftmaschine mit einer zentralen Turboladeranordnung.
2 zeigt schematische Seitenansichten einer zentralen Turboladeranordnung.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Turboladers, der einen Kompressor und eine Turbine aufweist.
4 zeigt eine Schnittansicht eines Kühlmittelmantels für einen Turbolader-Ölablass der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt ein Verfahren, bei dem Kühlmittel und Öl durch einen Turbolader strömen.

Die vorliegende Offenbarung beschreibt einen Kühlmittelmantel für einen Ölablass eines Turboladers ausführlich. Der Kühlmittelmantel ist geeignet, um dem Öl, wie es den Turbolader verlässt, Wärme zu entziehen. Das in dem Turbolader verwendete Öl funktioniert als Schmierung und Kühlmittel für schnell rotierende Komponenten. Das Öl innerhalb des Turboladers ist infolge des schnellen Rotierens der Turbine, der Antriebswelle und des Kompressorantriebsrads einer großen Wärme und außerdem der Wärme der Abgase, die verwendet werden, um die Turbine anzutreiben, ausgesetzt. Diese große Wärme kann zum Kochen des Schmieröls führen, was schädigende Reste in den Turboladerkomponenten zurücklässt und die Schmierfähigkeiten innerhalb des Turboladers verringert. Das Bereitstellen eines Kühlmittelmantels für einen Turbolader-Ölablass in Teilen oder entlang seiner Gesamtheit kann das Kochen innerhalb des engen Ölablasses abschwächen. Das Kochen innerhalb des Ölablasses kann Einschränkungen und ferner die Unterdrückung der Turboladerschmierung verursachen. Dies kann in Turboladern besonders relevant sind, die in dem Tal von V-Typ-Kraftmaschinen angebracht sind, bei denen der Ölablass zwischen den Auslasskrümmern in den Kraftmaschinenblock verläuft, wo er in die Ölwanne abfließt. Aufgrund dieser Einschränkung an den Raum kann der Ölablass einer derartigen V-Typ-Kraftmaschine einen kleinen Durchmesser besitzen und folglich für das Kochen des Öls anfälliger sein. Zusätzlich zu der Verhinderung des Kochens bei dem Ölablass besitzt ein vom Kühlmittel eingehüllter Ölablass die Wirkung des Verringerns der Öltemperatur, wobei er die Kühlkapazität des Öls vergrößern kann, das zu dem Turbolader oder anderen Kraftmaschinenkomponenten im Kreislauf zurückgeführt wird. Außerdem kann dieser Kühlmittelmantel konfiguriert sein, dem Turbolader-Lagergehäuse und dem Kühlmittelsystem des Kraftmaschinenblocks Kühlmittel zuzuführen. Der Kühlmittelmantel kann sich in einigen Ausführungsformen über die Länge des Ölablasses erstrecken, wohingegen es in weiteren Ausführungsformen vorteilhaft sein kann, einen Kühlmittelmantel nur für Segmente oder spezifische Bereiche des Ölablasses bereitzustellen.
Das Kühlen ist im hohen Grade signifikant, insbesondere in dem Fall des turbinenseitigen Lagers, weil eine signifikante Wärmemenge durch das heiße Turbinenrad in die Welle geleitet wird. Falls diese große Wärme ungesteuert ist, kann sie im Ergebnis der anschließenden Erwärmung der Welle, die durch die heiße Turbine verursacht wird, zur Überhitzung des Schmieröls und einer zugeordneten Verkohlung des Schmieröls, das in den ungeschützten Teilen der Lager verbleibt, führen. Die Verkohlung des Schmieröls kann verursachen, dass die Rotorlager mit Ruß bedeckt werden, was einen Turboladerschaden durch das geänderte Gleichgewicht der Komponenten, die bei hohen Drehzahlen rotieren, oder die Ansammlung von Resten, die zu einem Verschleiß an den Metallkomponenten führen können, verursachen kann. Falls das Schmieröl außerdem überhitzt worden ist, was Verkokungsreste auf den Turboladerkomponenten bildet, ist für diese Komponenten weniger Schmierung verfügbar und wird mehr Wärme aus der vergrößerten Reibung erzeugt, was zu einer weiteren Verkokung und einem weiteren Schaden führt.
Das druckgespeiste Öl, das verwendet wird, um herkömmliche Turbolader zu schmieren und zu kühlen, fließt in eine Ölwanne ab. Ein besonderes Problem bei den Turboladern, die in dem Tal von V-Typ-Kraftmaschinen angebracht sind, ist, dass der Ölablass eng sein kann, wie er zwischen den Zylinderköpfen und den Auslassleitungen verläuft. Der enge Kanal ist für das Kochen des Öls besonders anfällig. Der Aufbau von Resten innerhalb dieses Ablassrohrs kann die Leitung einschränken und ferner die Schmierung des Turboladers verhindern.
Wenn nun die Figuren im Einzelnen betrachtet werden, so zeigt 1 eine schematische Draufsicht einer beispielhaften V-Typ-Kraftmaschine 100 mit einer zentralen Turboladeranordnung 124, die zwischen den Bänken 102 und 104 der Kraftmaschine positioniert ist. 2 zeigt eine Ansicht der Kraftmaschine 100 von einem ersten Ende 108, z. B. von einem vorderen Ende. In den 1-2 geben die fetten Pfeile die Richtung der Luft- oder Abgasströmung durch die verschiedenen Kanäle in der Kraftmaschine 100 an. 3 zeigt einen Turbolader mit einer zugeordneten Turbine und einem zugeordneten Kompressor, die in dem Tal der V-Typ-Kraftmaschine 100 angebracht sein könnten. 4 zeigt einen Kühlmittelmantel für einen Turbolader-Ölablass der vorliegenden Offenbarung ausführlich.
In 1 kann die Kraftmaschine 100 so konfiguriert sein, dass die Zylinder und die Kolben in zwei getrennten Ebenen oder „Bänken“ ausgerichtet sind, die eine „V“-Form bilden, wenn sie entlang der Achse der (in 2 gezeigten) Kurbelwelle 314 betrachtet werden, wie oben beschrieben worden ist. 1 zeigt einen Kraftmaschinenblock 185, in dem eine erste Bank 102 auf einer ersten Seite der Kraftmaschine und eine zweite Bank 104 auf einer zweiten Seite der Kraftmaschine untergebracht sind. Die Bänke können sich schneiden und ein Tal 106 zwischen den Bänken bilden. Das Tal 106 bildet in der Kraftmaschine zwischen den Bänken und von einem oberen Abschnitt der Bänke versenkt einen zentralen Raum. Außerdem besitzt die Kraftmaschine 100 in einer Richtung parallel zu der (in 2 gezeigten) Kurbelwelle 314 der Kraftmaschine 100 ein erstes Ende 108 (z. B. ein vorderes Ende) und entgegengesetzt ein zweites Ende 110 (z. B. ein hinteres Ende).
Die erste und die zweite Bank enthalten jede mehrere Zylinder mit entsprechenden Auslassöffnungen 112 und Einlassöffnungen 114, die entlang der Köpfe 340 der Zylinder angeordnet sind. Zwei Beispielzylinder sind in 2 ausführlich gezeigt und hier im Folgenden ausführlicher beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass, obwohl die Beispielkraftmaschine in 1 eine V-6-Kraftmaschine zeigt, die Bänke irgendeine Anzahl von Zylindern enthalten können. Die Kraftmaschine 100 kann z. B. unter anderem eine V-4-, V-8- oder V-12-Kraftmaschine sein. Außerdem muss ein Turbolader nicht in einer V-Typ-Kraftmaschine angebracht sein und könnte in einer Reihenkraftmaschine oder einer anderen Kraftmaschinenkonfiguration enthalten sein. Außerdem stellt 1 eine Kraftmaschine 100 mit zwei Turboladern, einen für jede Kraftmaschinenbank, dar, wobei der Kühlmittelmantel für den Turbolader-Ölablass der vorliegenden Offenbarung in Kraftmaschinenausführungsformen mit irgendeiner Anzahl von Turboladern anwendbar ist.
Die Einwärts-Zylinder-Auslassöffnungen 112, die sich an den Bänken der Kraftmaschine 100 befinden, können auf den Seiten der (in 2 gezeigten) Zylinderköpfe 340 dem Tal 106 benachbart positioniert sein. Die Auswärts-Zylinder-Einlassöffnungen 114 können den Seiten der Zylinderköpfe 340, die den Seiten, die dem Tal zugewandt sind, entgegengesetzt sind, benachbart positioniert sein. Auf diese Weise kann das Abgas, das die Zylinder verlässt, bei einer verringerten Menge des Leitungssystems zu den Turbinen geleitet werden, die zwischen den Bänken positioniert sind. Alternativ können die Zylinder-Auslassöffnungen den Seiten der Zylinderköpfe, die den Seiten gegenüberliegend sind, die dem Tal zugewandt sind, benachbart positioniert sein, während die Einlassöffnungen auf den Seiten der Zylinderköpfe, die dem Tal benachbart sind, positioniert sein können. In dem letzteren Szenario kann jedoch eine größere Menge des Leitungssystems erforderlich sein, um die Auslässe des Auslasskrümmers an die Einlässe der Turbinen, die sich zwischen den Bänken der Kraftmaschine befinden, zu koppeln.
Die erste Bank 102 enthält einen Einwärts-Auslasskrümmer 116, der an die Auslassöffnungen 112 gekoppelt ist, und einen Auswärts-Einlasskrümmer 118, der an die Einlassöffnungen 114 in der ersten Bank gekoppelt ist. Die zweite Bank 104 enthält einen Einwärts-Auslasskrümmer 120, der an die Auslassöffnungen 112 gekoppelt ist, und einen Auswärts-Einlasskrümmer 122, der an die Einlassöffnungen 114 in der zweiten Bank gekoppelt ist. Die Einwärts-Auslasskrümmer können den Seiten der Bänke, die dem Tal der Kraftmaschine zugewandt sind, benachbart positioniert sein. In einem Beispiel können die Auslasskrümmer in die Zylinderköpfe an den Bänken integriert sein, wobei die mehreren Auslassöffnungen in eine einzige Leitung, die den Krümmer bildet, einspeisen. In einem weiteren Beispiel können separate Krümmer und Köpfe verwendet werden. Außerdem können die Auslasskrümmer durch verschiedene Verfahren gekühlt werden. Die Krümmer können z. B. wassergekühlt sein.
Die Auslasskrümmer können mit den Auslässen der Krümmer, die dem Raum zwischen den Bänken der Kraftmaschine zugewandt sind, orientiert sein. Ferner kann ein Auslass eines gegebenen Auslasskrümmers einem Ende des gegebenen Auslasskrümmers benachbart sein. Der Auslasskrümmer-Auslass 141 kann z. B. einem Ende des Auslasskrümmers 116 am Ende 108 der Kraftmaschine benachbart sein. Gleichermaßen kann der Auslasskrümmer-Auslass 151 einem Ende des Auslasskrümmers 120 am Ende 110 der Kraftmaschine benachbart sein. Ferner können die Auslässe des ersten und des zweiten Auslasskrümmers den gegenüberliegenden ersten bzw. zweiten Enden der Kraftmaschine benachbart sein. Ein Auslass des Auslasskrümmers 116 kann z. B. dem Ende 108 benachbart sein, während ein Auslass des Auslasskrümmers 120 dem gegenüberliegenden Ende 110 der Kraftmaschine 100 benachbart sein kann. Die Auslässe 141 und 151 des Auslasskrümmers können direkt an einen Einlass 140 einer Turbine 132 bzw. einen Einlass 152 einer Turbine 144 gekoppelt sein, die zwischen den Bänken der Kraftmaschine positioniert sind.
Die zentrale Turboladeranordnung 124 enthält einen ersten Turbolader 126, der zwischen den Bänken und über dem Tal der Kraftmaschine 100 dem ersten Ende 108 benachbart positioniert ist, und einen zweiten Turbolader 128, der zwischen den Bänken und über dem Tal der Kraftmaschine 100 dem zweiten Ende 110 benachbart positioniert ist. Die Turbolader 126 und 128 können parallel angeordnet sein, wobei ein Turbolader jeder Zylinderbank zugeordnet ist. Der Turbolader 128 kann z. B. der Bank 104 zugeordnet sein, während der Turbolader 126 der Bank 102 zugeordnet sein kann. Die Zuordnung eines Turboladers zu einer gegebenen Bank kann das Koppeln des Kompressorausgangs des Turboladers mit dem Einlasskrümmer an der gegebenen Bank und das Koppeln des Turbineneingangs des Turboladers mit dem Auslasskrümmer an der gegebenen Bank enthalten. Eine derartige Konfiguration kann das Installieren im Vergleich zu einer Konfiguration eines einzigen Turboladers vereinfachen, bei der ein einziger Turbolader beiden Bänken der Kraftmaschine zugeordnet ist. Ferner können die zwei Turbolader direkt über dem Tal 106 positioniert sein, so dass ein Raum zwischen den Turboladern und einer Mulde des Tals 106 der Kraftmaschine ausgebildet ist.
Der erste Turbolader 126 enthält einen Kompressor 130 und eine Turbine 132, die durch eine Welle 134 verbunden sind. Die Welle 134 kann z. B. in einer Richtung parallel zur Kurbelwelle positioniert sein. Die Welle 134 ist durch Lager im Turbolader-Lagergehäuse 275 gestützt. Das Lagergehäuse enthält Kühlmittel- und Ölbehälter (die in 3 gezeigt sind). Der Ölbehälter wird über einen Ölkanal 286 versorgt. Der Ölkanal ist fluidtechnisch an den Ölkreislauf des (nicht gezeigten) Zylinderblocks gekoppelt. Das Öl verlässt den Ölkreislauf innerhalb des Kraftmaschinenblocks 185 und tritt am Öleinlass 245 in den Ölkanal 286 ein, wo es an dem Lagergehäuse 275 in den Turbolader 126 eingespeist wird, um die rotierenden Komponenten zu kühlen und zu schmieren. Das Öl verlässt den Turbolader 126 über den Ölablass 295, der mit der Ölwanne 310 fluidtechnisch in Verbindung steht.
Für die Deutlichkeit sind in 1 ein einziges Turbolader-Lagergehäuse und seine zugeordneten Kühlmittel- und Ölkanäle gezeigt. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass jeder Turbolader in einer Kraftmaschine mit Öl und Schmiermittel versorgt wird und ein Gehäuse- und Behältersystem zum Kühlen und Schmieren der Lager und anderer beweglicher Komponente besitzt, wobei diese Elemente im Wesentlichen zum Turbolader 128 ähnlich sind, aber aus 1 für die Deutlichkeit weggelassen sind.
Der Turbolader wird außerdem über den Kühlmittelmantel 400, der an dem Kühlmittelmantel-Einlass 242 in den Zylinderblock eintritt, mit Kühlmittel versorgt. Der Kühlmittelmantel 400 der vorliegenden Offenbarung umhüllt den Ölablass, wobei er dem heißen Öl innerhalb des Ölablasses Wärme entzieht, wie er entgegensetzt zu dem Öl strömt, um die Lager innerhalb des Lagergehäuses 275 zu kühlen. Das Kühlmittel verlässt den Turbolader über den Kühlmittelkanal 266. Der Kühlmittelkanal 266 ist fluidtechnisch an das Kühlmittelsystem der Kraftmaschine 100 gekoppelt und tritt am Kühlmittelkanal-Auslass 255 in den Kraftmaschinenblock 185 ein. Der Kühlmittelmantel 400 kann über eine Pumpe mit einer (nicht gezeigten) zusätzlichen Leitung, die am Kühlmitteleinlass 242 eintritt, versorgt werden.
In 1 ist ein einziges Beispiel der Kühlmittel- und Ölkanäle gezeigt, der Kühlmittelmantel 400 kann jedoch den Ölablass 295 entweder im Umfang oder in verschiedenen Bereichen entlang der Länge des Ölablasses nur teilweise umhüllen. Außerdem können der Ölkanal 286 und der Kühlmittelkanal 266 in verschiedenen Orientierungen oder unterschiedlichen Bereichen in den Kraftmaschinenblock 185 eintreten. Außerdem können sich der Kühlmittelkanal-Auslass 255 und der Ölkanal-Einlass 245 in einer gegenüberliegenden Kraftmaschinenbank der V-Typ-Kraftmaschine befinden. In einem weiteren Beispiel kann der Kühlmittelkanal 266 nicht in den Kraftmaschinenblock 185 eintreten, um sich mit dem Kühlmittelsystem für die Kraftmaschine 100 zu verbinden, wobei er Teil eines isolierten Turbolader-Kühlmittelsystems sein kann.
Der Kompressor und die Turbine des ersten Turboladers 126 können so orientiert sein, dass ein Einlass 136 des Kompressors 130 dem ersten Ende 108 zugewandt ist, während ein Auslass 138 der Turbine 132 dem zweiten Ende 110 zugewandt ist.
Der zweite Turbolader 128 enthält einen Kompressor 142 und eine Turbine 144, die durch eine Welle 146 verbunden sind. Die Welle 146 kann z. B. in einer Richtung parallel zur Kurbelwelle positioniert sein. Der Kompressor und die Turbine des zweiten Turboladers 128 können so orientiert sein, dass ein Einlass 148 des Kompressors 142 dem zweiten Ende 110 zugewandt ist, während ein Auslass 150 der Turbine 144 dem Turbinenauslass 138 des ersten Turboladers zugewandt ist. Wie oben beschrieben worden ist, enthält dieser Turbolader außerdem ein Lagergehäuse und die zugeordneten Kühlmittel- und Ölkanäle und -auslässe, die für die Deutlichkeit aus der Zeichnung weggelassen worden sind, wobei sie aber im Wesentlichen zu jenen ähnlich sind, die dem Turbolader 126 zugeordnet gezeigt sind.
Die Turbinen 132 und 144 können durch die Abgase von der Kraftmaschine angetrieben sein, wobei sie dadurch die Kompressoren 130 und 142 über die jeweiligen Antriebswellen 134 und 146 antreiben. Die Kompressoren können konfiguriert sein, die den Zylindern zugeführte Einlassluft zu komprimieren und dadurch eine Aufladung für die Kraftmaschine bereitzustellen. Es wird erkannt, dass in weiteren Beispielen alternative Turboladerkonfigurationen verwendet werden können. Die zentrale Turboladeranordnung kann z. B. einen einzigen Kompressor enthalten, der durch Wellen an zwei zentral positionierte Turbinen gekoppelt ist, wobei die Turbinenauslässe zwischen den Bänken der Kraftmaschine 100 einander zugewandt sind.
Ferner kann die Positionierung der Komponenten der Turbolader, die zwischen den Bänken der Kraftmaschine positioniert sind, von der Positionierung einer Konfiguration der Kraftmaschine und verschiedener Positionen der Komponenten der Kraftmaschine abhängen. In einem Beispiel können der erste und der zweite Turbolader im gleichen Abstand und entlang derselben Achsen parallel zu der Kurbelwelle über dem Tal der Kraftmaschine positioniert sein. In einem weiteren Beispiel können der erste Turbolader oder eine oder mehrere seiner Komponenten in einem ersten Abstand über dem Tal positioniert sein, während der zweite Turbolader oder eine oder mehrere seiner Komponenten in einem zweiten Abstand, der von dem ersten Abstand verschieden ist, über dem Tal der Kraftmaschine positioniert sein können.
In einigen Beispielen können ein oder mehrere Kompressor-Umgehungskanäle und/oder Kompressor-Umleitventile bereitgestellt sein. Wie in 1 gezeigt ist, können ein erster Kompressor-Umgehungskanal 137 und ein erstes Kompressor-Umleitventil 139 bereitgestellt sein, um es zu ermöglichen, dass die Einlassluft den Kompressor 130 umgeht. Ähnlich können ein zweiter Kompressor-Umgehungskanal 127 und ein zweites Kompressor-Umleitventil 129 bereitgestellt sein, um es zu ermöglichen, dass die Einlassluft den Kompressor 142 umgeht. Auf diese Weise kann die durch die Kompressoren 130 und 142 strömende Luftmenge durch das Variieren der Menge der Umgehungsluft über die Ventile 139 bzw. 129 einzeln gesteuert werden. In weiteren Beispielen können ein einziger Kompressor-Umgehungskanal und ein zugeordnetes Umleitventil (z. B. ein Stoßventil) bereitgestellt sein, um es zu ermöglichen, dass die Einlassluft beide Kompressoren über einen gemeinsamen Umgehungskanal umgeht. Die Position der Umleitventile 139 und 129 kann über ein Steuersystem 180 einzeln gesteuert werden, um die Durchflussmenge der Einlassluft durch die Kanäle, die an die Einlässe der Kompressoren 130 bzw. 142 gekoppelt sind, zu variieren.
Außerdem können Auslass-Turbinen-Umgehungskanäle und/oder Turbinen-Umleitventile bereitgestellt sein. Derartige Turbinen-Umleitventile werden hier als Ladedrucksteuerventile beschrieben, so dass sie leichter von den oben beschriebenen Kompressor-Umleitventilen unterschieden werden können. Wie in 1 gezeigt ist, kann ein erstes Ladedrucksteuerventil 123 entlang dem Turbinen-Umgehungskanal 121 bereitgestellt sein, um es zu ermöglichen, dass die Abgase die Turbine 132 umgehen. Ähnlich kann ein zweites Ladedrucksteuerventil 133 entlang dem Turbinen-Umgehungskanal 131 bereitgestellt sein, um es zu ermöglichen, dass die Abgase die Turbine 144 umgehen. Auf diese Weise kann die Menge der Abgase, die durch die Turbinen 132 und 144 strömen, über das Steuersystem 180 einzeln gesteuert werden, um die Menge der Abgase zu variieren, die durch die Ladedrucksteuerventile 123 bzw. 133 strömen.
In einigen Beispielen können die Turbinen Turbinen mit variabler Geometrie sein, die konfiguriert sind, die Geometrie (z. B. den Durchflussquerschnitt des Turbineneinlaufs oder den Düsenwinkel) der Turbine basierend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs einzustellen. Auf diese Weise kann die Aufladung der Kraftmaschine über einen weiten Bereich der Betriebsbedingungen (z. B. der Kraftmaschinendrehzahlen, - lasten usw.) bereitgestellt werden, was die Leistung des Fahrzeugs vergrößert. Die Turbine mit variabler Geometrie kann einen Aktuator (z. B. einen Membranaktuator, einen elektrischen Servoaktuator) enthalten, der konfiguriert ist, die Geometrie der Turbine einzustellen. Geeignete Turbinen mit variabler Geometrie enthalten eine Turbine mit einstellbaren Schaufeln und eine Turbine mit einstellbarer Düse. Falls eine Turbine mit variabler Geometrie verwendet wird, können in einigen Beispielen die Ladedrucksteuerventile und die Umleitleitungen in der Kraftmaschine 100 nicht enthalten sein oder umgekehrt. In weiteren Beispielen kann jedoch eine Turbine mit fester Geometrie verwendet werden. Wenn eine Turbine mit fester Geometrie verwendet wird, können die Ladedrucksteuerventile, die konfiguriert sind, die Turbogeschwindigkeit durch eine Turbinen-Umgehungsleitung, die stromaufwärts und stromabwärts der Turbine angekoppelt ist, einzustellen, außerdem in dem Turboladersystem enthalten sein. In weiteren Beispielen können jedoch sowohl ein Ladedrucksteuerventil als auch eine Turbine mit variabler Geometrie in dem Turboladersystem enthalten sein. In weiteren Beispielen kann jedoch nur das Ladedrucksteuerventil oder die Turbine mit variabler Geometrie in dem Turboladersystem enthalten sein, wobei ein Kompressor mit fester oder variabler Geometrie verwendet werden kann. Es wird erkannt, dass das Turboladersystem betrieben werden kann, um variierende Pegel der Aufladung während verschiedener Betriebsbedingungen bereitzustellen. Die Geometrie der Turbine und/oder das der Turbine bereitgestellte Abgas können z. B. eingestellt werden, um den durch das Turboladersystem bereitgestellten Betrag der Aufladung zu ändern.
Ein Zwischenkanal 154, z. B. eine gemeinsame Leitung, kann die der Mitte zugewandten Turbinenauslässe 138 und 150 des ersten und des zweiten Turboladers miteinander koppeln. Weil die Turbinenauslässe in einem Mittelabschnitt der Kraftmaschine zwischen den Bänken einander zugewandt sein können, kann das Koppeln der Turbinenauslässe auf diese Weise die Menge des Leitungssystems verringern, die erforderlich ist, um das Abgas aus der Kraftmaschine zu leiten. Der Zwischenkanal 154 kann eine Verbindung 156 enthalten. Die Verbindung 156 kann irgendein Typ der Verbindung sein, der das Abgas aus den Auslässen der Turbinen in einer gemeinsamen Leitung kombiniert und das Abgas von den Turbinen hinab durch das Tal der Kraftmaschine leitet. Die Verbindung 156 kann z. B. eine T-Verbindung oder einen ähnlichen Typ des Leitungssystems enthalten.
Das Abgas von den Turbinen kann über eine gemeinsame Auslassleitung 158 über die Verbindung 156 abwärts zu dem Tal 106 geleitet werden. Die Leitung 158 kann unter den Turboladern innerhalb des Tals der Kraftmaschine positioniert sein und kann unter einem der Turbolader hindurchgehen, um die Kraftmaschine zu verlassen. Die Leitung 158 kann z. B. unter dem Turbolader 128 hindurchgehen, um die Kraftmaschine am Ende 110 zu verlassen. Sobald die Auslassleitung 158 die Kraftmaschine verlassen hat, kann sie z. B. an ein Abgasnachbehandlungssystem oder ein Auspuffrohr des Fahrzeugs gekoppelt sein.
Die Luft kann über eine Leitung 160, die am Ende 108 der Kraftmaschine 100 positioniert ist, in die Kraftmaschine eintreten. Die Luft kann z. B. nach dem Durchgang durch einen Luftfilter in die Leitung 160 eintreten. Die Leitung 160 kann eine Verzweigungsstelle 162 enthalten, die die Leitung 160 in einen ersten Zweig 164, der an den Einlass 136 des Kompressors 130 gekoppelt ist, und einen zweiten Zweig 166, der an den Einlass 148 des Kompressors 142 gekoppelt ist, aufteilt. Auf diese Weise kann die Luft zu den Einlässen beider Kompressoren 130 und 142 geleitet werden. Weil die Einlässe der Kompressoren gegenüberliegenden Enden der Kraftmaschine zugewandt sein können, kann die Leitung 160 ein Leitungssystem enthalten, das über einer Oberseite der Kraftmaschine positioniert ist. Der Leitungszweig 166 der Leitung 160 kann z. B. über der Bank 102 positioniert sein, um die Luft dem Einlass 148 des Kompressors 142 zuzuführen. Alternativ kann die Positionierung der Zweige 164 und 166 der Einlassleitung 160 von einer Konfiguration der Kraftmaschine 100 abhängen. Die Zweigleitungen 164 und 166 können z. B. über verschiedenen, unter verschiedenen und/oder um verschiedene Kraftmaschinenkomponenten positioniert sein, bevor sie an die jeweiligen Kompressoreinlässe 136 und 148 gekoppelt sind.
Die Kompressorauslässe 168 und 172 der Kompressoren 130 bzw. 142 können einer gemeinsamen Bank der Kraftmaschine zugewandt sein. 1 zeigt z. B. die Kompressorauslässe 168 und 172, die der Bank 104 zugewandt sind. In einem weiteren Beispiel können die Kompressorauslässe beide der Bank 102 zugewandt sein. Auf diese Weise können die Auslässe 168 und 172 der Kompressoren 130 und 142 an eine gemeinsame Leitung oder einen gemeinsamen Kanal 170 gekoppelt sein. Die Leitung 170 kann über der Bank der Kraftmaschine, der die Kompressorauslässe zugewandt sind, positioniert sein. Wenn z. B. die Kompressorauslässe beide der Bank 104 zugewandt sind, wie in 1 gezeigt ist, kann die Leitung 170 über der Bank 104 positioniert sein. Außerdem kann die gemeinsame Leitung 170 über dem Auslasskrümmer 120 positioniert sein und/oder über den Auslasskrümmer 120 geleitet werden. In weiteren Beispielen kann die Positionierung der Leitung 170 von einer speziellen Kraftmaschinenkonfiguration abhängen. Die Leitung 170 kann z. B. unter dem Auslasskrümmer 120 positioniert sein.
Die komprimierte Luft, die die Kompressoren über die Leitung 170 verlässt, kann an einer Verzweigungsstelle 174 in eine erste Zweigleitung 175 und eine zweite Zweigleitung 177 aufgeteilt werden. Die Verzweigungsstelle kann sich einem Ende der Kraftmaschine benachbart über einer Bank der Kraftmaschine, z. B. dem Ende 110 benachbart und über der Bank 104, befinden. Die erste und die zweite Zweigleitung 175 und 177 können an den ersten bzw. den zweiten Einlasskrümmer 118 und 122 gekoppelt sein. Auf diese Weise kann die komprimierte Luft von den Kompressorauslässen beiden Einlasskrümmern an den gegenüberliegenden Bänken der Kraftmaschine 100 zugeführt werden. Weil die gemeinsame Kompressor-Ausgangsleitung 170 über einer gemeinsamen Bank der Kraftmaschine positioniert sein kann, kann die Zweigleitung 175 um verschiedene und/oder über verschiedenen Kraftmaschinenkomponenten positioniert sein, um mit dem Einlasskrümmer 118 gekoppelt zu sein. In einem weiteren Beispiel kann die Verbindung 174 entlang der Leitung 170 zwischen den Kopplungen mit den Kompressorauslässen positioniert sein. In diesem Fall können die Zweigleitungen 175 und 177 über verschiedenen und/oder um verschiedene Kraftmaschinenkomponenten positioniert sein und/oder über und/oder um verschiedene Kraftmaschinenkomponenten geleitet werden, um mit den jeweiligen Einlasskrümmern gekoppelt zu sein.
Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 180 Informationen von mehreren Sensoren 184 empfängt und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 186 sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 184 Luftmassendurchflusssensoren (MAF-Sensoren), Temperatursensoren und verschiedene andere Sensoren enthalten, die an die Kraftmaschine und/oder die Auslasskomponenten gekoppelt sind. Weitere Sensoren, wie z. B. Druck- und Temperatursensoren, können an verschiedene Orte in dem Fahrzeug gekoppelt sein. In einem weiteren Beispiel können die Aktuatoren Kraftstoffeinspritzdüsen, z. B. die Kraftstoffeinspritzdüse 320, Ventilaktuatoren, Ladedrucksteuerventil- und Umleitventilaktuatoren und verschiedene andere enthalten. Das Steuersystem 180 kann einen Controller 182 enthalten. Der Controller kann Eingangsdaten von verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren in Ansprechen auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf Anweisungen oder Code, die darin entsprechend einer oder mehrerer Routinen programmiert oder codiert sind, auslösen. In einem Beispiel kann der Controller ein Mikrocomputer sein, der eine Mikroprozessoreinheit, Eingabe-/Ausgabeports, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, Schreib-Lese-Speicher, Haltespeicher und einen Datenbus enthält.
Ein Beispiel-Turbolader 126 ist in 2 ausführlich gezeigt. Die in 2 gezeigten Zylinder 304 und 306 können unter anderen Zylindern der Kraftmaschine in einigen Beispielen völlig gleich sein und können völlig gleiche Komponenten enthalten. Als solcher wird der Zylinder 304 ausführlicher beschrieben. Außerdem wird der Turbolader 128 in 2 nicht erklärt, wobei aber verstanden werden kann, dass er im Wesentlichen der gleiche ist.
In 2 enthält der Zylinder 304 eine Verbrennungskammer 308, die durch die Verbrennungskammerwände 311 definiert ist. Ein Kolben 312 ist innerhalb der Verbrennungskammer 308 beweglich angeordnet und über einen Kurbelarm 316 an eine Kurbelwelle 314 gekoppelt. Unter der Kurbelwelle 314 befindet sich eine Ölwanne 310, die konfiguriert ist, das Öl zu sammeln, wie es aus der Kraftmaschine 100 fließt, wo es dazu dient, die Elemente der Kraftmaschine 100 einschließlich der Kurbelwelle 314 zu schmieren und zu kühlen. Der Zylinder 304 kann eine Zündkerze 318 enthalten, um der Verbrennungskammer 308 einen Zündfunken zuzuführen. In einigen Beispielen kann jedoch die Zündkerze 318 weggelassen sein, z. B. wenn die Kraftmaschine 100 konfiguriert ist, die Verbrennung durch Kompressionszündung bereitzustellen. Die Verbrennungskammer 308 kann eine Kraftstoffeinspritzdüse 320 enthalten, die in diesem Beispiel als eine kanalbasierte Kraftstoffeinspritzdüse konfiguriert ist. In anderen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzdüse 320 jedoch als eine Direkt-in-den-Zylinder-Einspritzdüse konfiguriert sein.
Der Zylinder 304 kann ferner wenigstens ein Einlassventil 322, das über einen Einlassventil-Aktuator 324 betätigt wird, und wenigstens ein Auslassventil 326, das über einen Auslassventil-Aktuator 328 betätigt wird, enthalten. Der Zylinder 304 kann zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile zusammen mit den zugeordneten Ventilaktuatoren enthalten. In diesem speziellen Beispiel sind die Aktuatoren 324 und 328 als Nockenaktuatoren konfiguriert, in weiteren Beispielen können jedoch elektromagnetische Ventilaktuatoren (EVA) verwendet werden. Der Einlassventil-Aktuator 324 kann betrieben werden, um das Einlassventil 322 zu öffnen und zu schließen, um die Einlassluft über die Einlassöffnung 114, die mit dem (in 1 gezeigten) Einlasskrümmer 118 in Verbindung steht, in die Verbrennungskammer 308 einzulassen. Ähnlich kann der Auslassventil-Aktuator 328 betrieben werden, um das Auslassventil 326 zu öffnen und zu schließen, um die Produkte der Verbrennung aus der Verbrennungskammer 308 in die Auslassöffnung 112 und dann zum Auslasskrümmer 116 abzulassen. Auf diese Weise kann die Einlassluft über die Einlassöffnung 114 der Verbrennungskammer 308 zugeführt werden und können die Produkte der Verbrennung aus der Verbrennungskammer 308 über die Auslassöffnung 112 abgelassen werden.
Die Abgase von der Kraftmaschinenbank 102 werden über den Auslasskrümmer 116 zum Turbineneinlass 140 geleitet, wo sie in die Turbine 132 eintreten, um den Turbolader 126 anzutreiben, der durch das Turboladergestell 317 gestützt ist. Die Turbine 132 ist über die (in 1 gezeigte) Welle 134 mit dem Kompressor 130 verbunden, um eine Rotation bereitzustellen, die geeignet ist, die Luft zu komprimieren. Die Luft tritt am Kompressoreinlass 136 in den Kompressor 130 ein.
Das Öl, das überall in dem Turbolader 126 verwendet wird, um die Turboladerkomponenten einschließlich der Turbine und des Lagergehäuses (die in 3 gezeigt sind) zu schmieren und zu kühlen, fließt aus dem Turbolader 126 über den Ölablass 295 in die Ölwanne 310 ab. Der Ölablass 295 verlässt den Turbolader 126 und tritt in das Tal 106 der V-Typ-Kraftmaschine ein, wobei er sich dann durch den Zylinderblock windet, um die Ölwanne 310 zu erreichen. Der Ölablass 295 umgeht das Leitungssystem einschließlich der Verbindung 156, die den Turbolader 126 und den Turbolader 128 (die in 1 gezeigt sind) verbindet. Infolge des für den Ölablass 295 verfügbaren engen Raums kann die Ablassrohrleitung notwendigerweise einen engen Durchmesser besitzen. Die hohen Temperaturen in dem Turbolader, der oben erörtert worden ist, erzeugen heißes Öl, das für das Kochen anfällig ist. Das Kochen in einem Ölablass mit engem Durchmesser kann zur Einschränkung der Ölströmung und zur Unterdrückung der Schmierung und der Kühlung innerhalb der Turbolader 126 und 128 führen. Die vorliegende Offenbarung schafft einen Kühlmittelmantel 400 um den Ölablass 295, der in 4 weiter ausführlich beschrieben ist. Der Kühlmittelmantel 400 lässt Kühlmittel zirkulieren, das dem heißen Öl innerhalb des Ölablasses 295 Wärme entziehen kann und sowohl die Wahrscheinlichkeit des Kochens des Öls abschwächt als auch zu niedrigeren Öltemperaturen in der Ölwanne 310 führt. Dieses kühlere Öl kann zu den Turboladern 126 und 128 und weiteren Komponenten der Kraftmaschine 100 mit größeren Schmier- und Kühlungskapazitäten zurückgeführt werden.
Es sind Variationen in dem Weg des Ölablasses 295 und des Kühlmittelmantels 400 möglich. In Abhängigkeit von den Raumgrenzen eines speziellen Kraftmaschinenblocks oder den Anforderungen einer speziellen Kraftmaschine kann die Führung des Ölablasses 295, des Kühlmittelmantels 400, des Ölkanals 286 und des Kühlmittelkanals 266 unterschiedlich sein. Der Kühlmittelkanal-Auslass 255 kann in vielen Bereichen oder in dem Zylinderkopf in den Kraftmaschinenblock 185 eintreten oder kann in einer alternativen Ausführungsform als Teil eines geschlossenen Turbolader-Kühlmittelsystem von dem Kraftmaschinenblock 185 isoliert sein. Gleichermaßen kann der Ölkanal 286 über den Öleinlass 245 gespeist sein, der in verschiedenen Positionen überall in dem Kraftmaschinenblock angeordnet sein kann. Außerdem müssen die Kanäle nicht durch eine oder zu einer spezifischen Kraftmaschinenbank strömen, wie in 2 dargestellt ist, sondern können in ihrer Orientierung geändert werden, um sich für die Anforderungen unterschiedlicher Konfigurationen der Kraftmaschine, des Krümmers oder des Turboladers zu eigenen.
Es sollte erkannt werden, dass der Zylinder 304 oder die anderen Zylinder der Kraftmaschine 100 die gleichen oder ähnliche Komponenten wie die des Zylinders 304 enthalten können, wie oben beschrieben worden ist. Außerdem sollte es selbstverständlich sein, dass die Bänke 102 und 104 irgendeine Anzahl von Zylindern, z. B. 4, 8 oder 12 Zylinder, enthalten können.
3 zeigt eine Schnittansicht einer Beispielausführungsform des Turboladers 126. Es ist selbstverständlich, dass der in 1 gezeigte Turbolader 126 im Wesentlichen der Gleiche sein kann und sich möglicherweise in der Orientierung unterscheidet. Außerdem kann eine Kraftmaschine einen einzigen Turbolader enthalten. Die Turbine 132 setzt die Energie des Abgases in Rotationsenergie zum Drehen der Antriebswelle 134, die mit einem Flügelrad 240 verbunden ist, um. Das Abgas von dem Auslasskrümmer 116 tritt durch den Turbineneinlass 140 in das Turbinengehäuse 280 ein. Das Abgas strömt durch einen Spiralkanal, der durch 282a und 282b angegeben ist. Die Strömung des Abgases durch die Turbine 132 erzeugt eine Kraft auf die Schaufel 270, die an die Nabe 290 gekoppelt ist, die verursacht, dass sich die Schaufel 270, die Nabe 290 und die Antriebswelle 134 drehen. Die Antriebswelle 134 ist in dem Lagergehäuse 275 durch Lager gestützt. Diese Lager können entweder einfache Gleitlager oder Kugellager sein. Für die Turbine 132 sind zwei Schaufeln 270a und 270b gezeigt, ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt aber, dass in der Turbine 132 mehr Schaufeln vorhanden sein können. Dem Lagergehäuse 275, der Schaufel 270 und anderen beweglichen Teilen in dem Turbolader 126 wird Schmieröl über den Ölkanal 286 zugeführt, der den Ölbehälter 243 speist, der hier in Form zweier Keulen eines einzigen Behälters zu sehen ist, der die Antriebswelle 134 umgibt. Das Öl verlässt den Turbolader 126 über den Ölablass 295, der in 4 ausführlicher gezeigt ist.
Die Komponenten innerhalb des Turbolader-Lagergehäuses werden außerdem durch das Kühlmittel gekühlt, das über den Kühlmittelmantel 400, der in den Kühlmittelbehälter 244 strömt, in das Turbolader-Lagergehäuse 275 eintritt. Der Kühlmittelbehälter 244 ist in der Schnittansicht als zwei Lappen des Behälters zu sehen, der die Antriebswelle 134 umgibt. Das Kühlmittel verlässt den Kühlmittelbehälter 244 über den Kühlmittelkanal 266, der zum Kühlmittelkanal-Auslass 255 strömt, wo er in den Kraftmaschinenblock 185 mündet, um das Kühlmittel den Komponenten innerhalb der Kraftmaschine 100 zuzuführen.
Der Kompressor 130 enthält ein Flügelrad 240, einen Diffusor 230, eine Kompressorkammer 222, eine aktive Gehäusebehandlung 210 und ein Gehäuse 220. Die Drehung des Flügelrads 240 zieht Gas in den Kompressor 130. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Gas die von einem äußeren Luftkanal gezogene Luft, Abgas (wie z. B. wenn eine lange Schleifen-EGR verwendet wird), gasförmigen Kraftstoff (wie z. B. wenn die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs verwendet wird) und Kombinationen daraus enthalten. Das Gas strömt von dem Kompressoreinlass 136 und wird durch das Flügelrad 240 durch den Diffusor 230 in die Kompressorkammer 222 beschleunigt. Der Diffusor 230 und die Kompressorkammer 222 verlangsamen das Gas, was eine Druckzunahme in der Kompressorkammer 222 verursacht. Das Gas unter Druck kann aus der Kompressorkammer 222 zu den Einlasskrümmern 122 und 118 strömen.
Das Flügelrad 240 enthält eine Nabe 254 und eine Schaufel 250. Es sollte selbstverständlich sein, dass die Schaufel 250 verschiedene Konfigurationen, einschließlich von Varianten der Form oder der Anzahl der Flossen, aufweisen kann. Das Flügelrad 240 enthält eine Rotationsachse, die auf die Rotationsachse für die Antriebswelle 134 und die Turbinennabe 290 ausgerichtet ist. Die Rotationsachse ist zu der Strömung des Gases am Kompressoreinlass im Wesentlichen parallel und zu der Strömung des Gases am Diffusor im Wesentlichen senkrecht.
Das Gehäuse 220 enthält einen Kompressoreinlass 138 und den Einlasskanal 204. Der Einlasskanal 204 kann im Wesentlichen zylinderförmig sein.
In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Kühlmittelmantels für den (in 3 gezeigten) Turbolader 128 dargestellt. In 4 werden gleiche Bezugszeichen wie in den 1-3 verwendet. 4 zeigt das Lagergehäuse 275 in der Umgebung des Ölablasses 295, der in das Tal 106 einer V-Typ-Kraftmaschine eintritt. Der Ölablass 295 enthält einen Einlass, der mit dem Turbolader-Lagergehäuse 275 (das in 3 ausführlicher gezeigt ist) fluidtechnisch in Verbindung steht, und einen Auslass, der mit einer Ölwanne 310 (die in den 1 und 2 gezeigt ist) fluidtechnisch in Verbindung steht. In diesem Beispiel ist der Ölablass zwischen den Auslassleitungen der Auslasskrümmer 116 und 120 angeordnet. Der Ölablass 295 kann einen engen Durchmesser besitzen, um in den Raum zu passen, der in dem Tal 106 in der Mitte der Kraftmaschinenbänke 102 und 104 verfügbar ist. Aus diesem Grund kann die Überhitzung des Öls innerhalb des Ölablasses 295 zum Kochen und dem Aufbau von Resten, der den Ölablass 295 einschränken und die Schmierung und die Ölkühlung innerhalb des Turboladers verhindern kann, führen.
Der Kühlmittelmantel 400 ist um den Ölablass 295 angeordnet, um das Öl innerhalb des Ölablasses 295 zu kühlen. Der Kühlmittelmantel 400 kann koaxial zu dem Ölablass 295 sein und kann sich entlang einer gesamten Länge des Ölablasses erstrecken. In einer alternativen Ausführungsform kann der Kühlmittelmantel auf einen Abschnitt des Ölablasses eingeschränkt sein und sich nicht entlang der gesamten Länge des Ölablasses erstrecken. Außerdem kann der Kühlmittelmantel den Ölablass nicht umlaufend umhüllen und kann teilweise um den Ölablass angeordnet sein.
Der Kühlmittelmantel 400 ist geeignet, um ein Kühlmittel auf Wasserbasis oder einen anderen Typ des Kühlmittels, das dem Öl in dem Ölablass 295 Wärme entziehen und abführen kann, zu führen. Der Kühlmittelmantel kann geeignet sein, um die Öltemperatur des Öls innerhalb des Ölablasses unter eine Schwellentemperatur, bei der das Kochen des Öls auftritt, zu kühlen. Die Richtung der Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittelmantels kann einer Richtung der Ölströmung innerhalb des Ölablasses entgegengesetzt sein, wie in 4 gezeigt ist. Der Kühlmittelmantel kann das Kühlmittel für ein Lagergehäuse für den Turbolader bereitstellen und kann außerdem die einzige Fluidleitung sein, die ein Kühlmittel dem Lagergehäuse für den Turbolader bereitstellt. Der Kühlmittelmantel kann das Kühlmittel zu dem Kühlmittelkreislauf für die Kraftmaschine 100 zirkulieren lassen und kann alternativ ein geschlossenes System sein, das nur dem Turbolader 126 oder beiden Turboladern 128 und 126 dient.
In 5 ist ein Verfahren gezeigt, durch das Kühlmittel und Öl durch den Turbolader strömen, um die Komponenten innerhalb eines Turboladers und zusätzliche Elemente überall in einer Kraftmaschine zu kühlen und zu schmieren. Das Verfahren 500 beginnt mit einem Start der Kraftmaschine und geht zu dem Schritt 502 weiter, wo das Öl einem Turbolader zugeführt wird. Das Öl wird dem Turbolader über den Ölkanal 286 zugeführt, der fluidtechnisch an einen Ölkreislauf der Kraftmaschine gekoppelt ist. Das Öl wird verwendet, um die rotierenden Komponenten eines Turboladers, wie z. B. des oben beschriebenen Turboladers 126, zu kühlen und zu schmieren. Das Öl wird im Schritt 504 von dem Turbolader 126 über einen Ölablass 295 zu dem Kraftmaschinenblock 185 abgelassen. Während das Öl aus dem Turbolader fließt, wird das Kühlmittel von der Kraftmaschine 100, die den Turbolader 126 enthält, im Schritt 506 zu dem Kühlmittelmantel 400 geleitet, der peripher um den Ölablass 295 angeordnet ist. Im Schritt 508 stellt der Kühlmittelmantel 400 das Kühlmittel dem Turbolader 126 bereit. Bei 510 wird das dem Turbolader 126 bereitgestellte Kühlmittel verwendet, um die Turboladerlager in dem Lagergehäuse 275 zu kühlen. Das Kühlmittel wird im Schritt 512 von dem Turbolader-Lagergehäuse 275 über den Kühlmittelkanal 266 zu der Kühlmittelzufuhr für die Kraftmaschine geleitet.
Das Verfahren 500 zum Bereitstellen von Kühlmittel und Öl für einen Turbolader wird während des gesamten Betriebs der Kraftmaschine 100 wiederholt. Außerdem sollte es selbstverständlich sein, dass die Schritte des Verfahrens 500 gleichzeitig während des gesamten Betriebs der Kraftmaschine stattfinden können, obwohl sie der Reihe nach beschrieben sind. Außerdem wurde das Verfahren 500 bezüglich des Turboladers 126 beschrieben, wobei es aber außerdem für den Betrieb des Turboladers 128 oder jeden zusätzlichen gilt. Außerdem ist der Kühlmittelmantel 400, wie im Verfahren 500 beschrieben ist, peripher um den Ölablass 295 angeordnet. Der Ölablass der vorliegenden Offenbarung kann verschiedene Konfigurationen in Bezug auf den Ölablass annehmen, so dass er geeignet ist, dem heißen Öl innerhalb des Ölablasses Wärme zu entziehen, wobei er teilweise um den Ölablass angeordnet sein kann oder alternativ den Ölablass in einem eingeschränkten Bereich und nicht entlang seiner gesamten Länge umhüllen kann.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein System, das einen Turbolader enthält, das Folgendes umfasst: ein Turbolader-Lagergehäuse, das eine Turbolader-Antriebswelle stützt; einen Ölablass, der einen Einlass, der mit dem Turbolader-Lagergehäuse fluidtechnisch in Verbindung steht, und einen Auslass, der mit einer Ölwanne fluidtechnisch in Verbindung steht, enthält; und einen Kühlmittelmantel, der den Ölablass umhüllt. Das Verfahren des Leitens des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel und des Ablassens des Öls durch den Ölablass erlaubt, dass das Kühlmittel dem Öl innerhalb des Ölablasses Wärme entzieht und das Kochen des heißen Öls abschwächt. Der Kühlmittelmantel besitzt den Vorteil des Kühlens des Öls, das aus dem Turbolader fließt, was die Wahrscheinlichkeit des Kochens innerhalb des Ölablasses verringert, aber außerdem die Temperatur des Öls innerhalb der Ölwanne verringert. Der Kühlmittelmantel kann nützlich sein, dem Öl, wie es aus dem Turbolader fließt, Wärme zu entziehen, wobei er aber außerdem konstruiert sein kann, dem Turbolader Kühlmittel bereitzustellen, und ferner in den umfassenderen Kühlmittelkreislauf der Kraftmaschine integriert sein kann. Der Kühlmittelmantel kann verschiedene Strukturen an der Außenseite des Ölablasses annehmen und kann sich über die Länge des Ölablasses erstrecken oder kann auf einen Abschnitt des Ölablasses eingeschränkt sein.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

System, das einen Turbolader enthält, das Folgendes umfasst: ein Turbolader-Lagergehäuse, das eine Turbolader-Antriebswelle stützt; einen Ölablass, der einen Einlass, der mit dem Turbolader-Lagergehäuse fluidtechnisch in Verbindung steht, und einen Auslass, der mit einer Ölwanne fluidtechnisch in Verbindung steht, enthält; und einen Kühlmittelmantel, der den Ölablass umhüllt, wobei sich der Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, entlang einer gesamten Länge des Ölablasses zwischen einem Turboladergehäuse und einem Kraftmaschinenblock erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei der Turbolader in einem Tal zwischen einer ersten Kraftmaschinenbank und einer zweiten Kraftmaschinenbank einer Kraftmaschine, die an den Turbolader gekoppelt ist, positioniert ist, und wobei die Ölwanne in einem Kraftmaschinenblock der Kraftmaschine positioniert ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei der Ölablass zwischen den Auslassleitungen der ersten Kraftmaschinenbank und der zweiten Kraftmaschinenbank positioniert ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelmantel über einen Kraftmaschinenblock mit einem Kühlmittelkreislauf der Kraftmaschine fluidtechnisch in Verbindung steht und wobei der Ölablass mit einem Ölkreislauf des Kraftmaschinenblocks fluidtechnisch in Verbindung steht.
Turbolader nach Anspruch 3, wobei der Kühlmittelmantel den Ölablass in einem eingeschränkten Bereich des Ölablasses umhüllt und wobei wenigstens Segmente des Kühlmittelmantels jeder der Auslassleitungen benachbart sind, wobei die Auslassleitungen erste und zweite Auslasskrümmer der ersten Kraftmaschinenbank und der zweiten Kraftmaschinenbank sind.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Zuführen von Öl von einem Kraftmaschinenblock einer V-Typ-Kraftmaschine mit Einwärts-Auslassleitungen zu einem Turbolader, wobei der Turbolader zwischen den Bänken der V-Typ-Kraftmaschine positioniert ist; Ablassen des Öls aus dem Turbolader zurück zu dem Kraftmaschinenblock; und Leiten des Kühlmittels von der V-Typ-Kraftmaschine benachbart zu dem abfließenden Öl, wobei sich ein Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, entlang einer gesamten Länge des Ölablasses zwischen einem Turboladergehäuse und einem Kraftmaschinenblock erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Leiten des Kühlmittels das Leiten des Kühlmittels von dem Kraftmaschinenblock peripher um das abfließende Öl und dann zu dem Turbolader enthält, um ein Turbolader-Lagergehäuse zu kühlen.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Zurückleiten des Kühlmittels von dem Turbolader-Lagergehäuse zurück zu einer Kühlmittelzufuhr der V-Typ-Kraftmaschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leiten des Kühlmittels peripher um das abfließende Öl das Leiten des Kühlmittels zu einem Kühlmittelmantel enthält, der einen Ölablass, der das abfließende Öl enthält, umhüllt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das abfließende Öl zwischen einem ersten und einem zweiten Auslasskrümmer einer ersten und einer zweiten Kraftmaschinenbank der V-Typ-Kraftmaschine hindurchgeht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das abfließende Öl in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Strömung des geleiteten Kühlmittels abfließt.
System für einen Turbolader, das Folgendes umfasst: einen druckgespeisten Öleinlass, der dem Turbolader Öl bereitstellt; einen Ölablass, um das Öl aus dem Turbolader abzulassen; und einen Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, wobei sich der Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, entlang einer gesamten Länge des Ölablasses zwischen einem Turboladergehäuse und einem Kraftmaschinenblock erstreckt.
System nach Anspruch 12, das ferner eine V-Typ-Kraftmaschine umfasst, wobei der Turbolader in einem Tal der V-Typ-Kraftmaschine angebracht ist.
System nach Anspruch 12, wobei sich der Ölablass zwischen den Auslasskrümmern der V-Typ-Kraftmaschine befindet und der Ölablass mit den Turboladerlagern und einer Ölwanne fluidtechnisch in Verbindung steht.
System nach Anspruch 12, wobei der Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, auf einen Abschnitt des Ölablasses eingeschränkt ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Kühlmittelmantel, der um den Ölablass angeordnet ist, fluidtechnisch an einen Kühlmittelbehälter innerhalb eines Lagergehäuses für den Turbolader gekoppelt ist.
System nach Anspruch 16, wobei der Kühlmittelmantel eine einzige Kühlmittelzufuhr zu dem Turbolader ist.
System nach Anspruch 16, das ferner einen Kühlmittelkanal, der fluidtechnisch an den Kühlmittelbehälter innerhalb des Lagergehäuses gekoppelt ist, zu einem Kühlmittelkreislauf für die V-Typ-Kraftmaschine umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei der Kühlmittelmantel zu dem Ölablass koaxial ist.