-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf turboaufgeladene Hubkolbenverbrennungsmotoren und insbesondere auf Verbesserungen bei der Positionierung eines Turboladers an einem Motor.
-
Es ist allseits bekannt, einen Verbrennungsmotor zur Druckbeaufschlagung der in den Motor eintretenden Luft mit einem Turbolader zu versehen, um so die Leistung des Motors im Hinblick auf Drehmomentabgabe, Emissionen und Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern.
-
Ein herkömmlicher Turbolader umfasst ein Gehäuse mit einem Rotationsverdichter, der in einer Kammer an einem Ende des Gehäuses drehbar gestützt wird, und eine Turbine, die in einer Kammer an einem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses drehbar gestützt wird. Die Turbine und der Verdichter sind über eine Antriebswelle, die durch einen Mittellagerteil des Gehäuses gestützt wird, antriebsverbunden.
-
Die Turbine ist dazu angeordnet, Abgas vom Motor aufzunehmen und die kinetische Energie des austretenden Abgases in ein Drehantriebsmoment umzuwandeln, das dem Verdichter zugeführt wird. Der Verdichter nimmt eine Luftzufuhr auf, bei der es sich um Umgebungsluft oder eine Kombination aus Umgebungsluft und rezykliertem Abgas handeln kann, verdichtet die zugeführte Luft und führt die verdichtete Luft dem Motor zu.
-
Diese Anordnung führt zu einer Reihe von Problemen, wenn der Turbolader in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird.
-
Erstens wird durch die Länge der zur Verbindung des Turboladers mit dem Motor verwendeten Kanäle und die Komplexität dieser Kanäle eine Kompromissbildung erforderlich. Wenn beispielsweise eine herkömmliche Turboladeranordnung in einem Motorraum positioniert wird, wird entweder der Länge des Einlasskanals oder des Auslasskanals Priorität verliehen.
-
Normalerweise werden Turbolader nahe der Auslassseite eines Motors platziert; bei dieser Konfiguration sind oftmals lange Einlasskanäle zur Befestigung des Einlasses des Verdichters an der Luftbox, durch die Luft eintritt, und des Auslasses des Verdichters an dem Einlasskrümmer, der sich im Falle eines Querstrommotors auf der gegenüberliegenden Seite des Motors befindet, erforderlich. Solche langen Kanallängen sind mit einigen Nachteilen behaftet, darunter zusätzliche Materialkosten, zusätzliche Masse, zusätzliche Komplexität, reduzierter Packagingraum, reduzierte Crashleistung, erhöhter Druckabfall, wodurch es zu einem reduzierten Wirkungsgrad und einer erhöhten Reaktionszeit auf Drehmoment kommt, das oftmals als „Turboloch” bezeichnet wird.
-
Zweitens weisen herkömmliche Turbolader eine relativ große Masse auf, die gestützt werden muss. Es versteht sich, dass die gesamte Turboladeranordnung durch die Hauptstruktur des Motors unter Verwendung von Halterungen oder durch direktes Befestigen am Motor starr gestützt werden muss.
-
Drittens können die Schwierigkeiten beim Packaging des Turboladers zu einer schlechten Crashleistung führen, da die relativ massive Turboladereinheit einen „Raum” einnehmen kann, in den während eines Aufpralls andere Komponenten eindringen werden. Es ist somit wahrscheinlich, dass das Vorliegen des starren Turboladers in diesem „Raum” die Übertragung von Energie aus dem Crash vom vorderen Teil des Fahrzeugs in die Insassenumgebung erhöht.
-
Viertens führt die Übertragung von abgestrahlter Wärme vom Motor zu den Komponenten auf der kalten Verdichterseite aufgrund dessen, dass sich der heiße Turbinenteil des Turboladers in großer Nähe befindet und mit dem kalten Verdichterteil des Turboladers eng verbunden ist, was zu einer Wärmeübertragung von der Turbine zum Verdichter führt, zu einer Reihe von Nachteilen, darunter das Erfordernis, für die Komponenten auf der Verdichterseite Materialien mit besserer Wärmebeständigkeit als ansonsten erforderlich wäre zu verwenden, wodurch es zu erhöhten Materialkosten kommt, höhere Temperaturen der Ladung vom Verdichterauslass aufgrund dieser Wärmewirkung, wodurch es aufgrund der höheren Ladelufteinlasstemperaturen zu einem reduzierten Motorwirkungsgrad kommt, reduzierter Wirkungsgrad aufgrund eines Bedarfs an stärkerer Nachverdichterkühlung (Zwischenkühlung) und thermische Ermüdung aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der heißen und der kalten Seite des Turboladers.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines turboaufgeladenen Motors, der die mit der Verwendung eines herkömmlichen Turboladers in Zusammenhang stehenden Probleme auf ein Minimum reduziert.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein turboaufgeladener Motor mit einer Kurbelwelle und einem Turbolader bereitgestellt, wobei der Turbolader einen Verdichter, der mindestens einem Einlass des Motors Ladeluft zuführt, eine Turbine, die mit mindestens einem Auslass des Motors verbunden ist, und eine Antriebswelle, die den Verdichter mit der Turbine antriebsverbindet, umfasst, wobei sich der Verdichter von der Turbine entfernt auf einer gegenüberliegenden Längsseite einer strukturellen Hauptkomponente des Motors befindet und die Antriebswelle an jedem Ende durch ein jeweiliges Lager drehbar gestützt wird und mindestens eines der Lager durch die strukturelle Hauptkomponente des Motors getragen wird.
-
Die strukturelle Hauptkomponente des Motors kann aus einem Zylinderblock, einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf oder einer Zylinderbank bestehen.
-
Der Verdichter kann ein Verdichtergehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, und einen Verdichterrotor, der sich in der Arbeitskammer befindet, umfassen und das Verdichtergehäuse ist auf einer Längsseite der strukturellen Hauptkomponente des Motors befestigt.
-
Die Turbine kann ein Turbinengehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, und einen Turbinenrotor, der sich in der Arbeitskammer befindet, umfassen und das Turbinengehäuse ist auf einer Längsseite der strukturellen Hauptkomponente des Motors befestigt.
-
Der Verdichterrotor kann an einem Ende der Antriebswelle zur Drehung damit befestigt sein und der Turbinenrotor kann an einem gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle zur Drehung damit befestigt sein.
-
Vorzugsweise kann die Antriebswelle in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu einer Drehachse der Kurbelwelle des Motors angeordnet sein.
-
Die strukturelle Hauptkomponente des Motors kann ein Zylinderblock sein, der mindestens einen Zylinder definiert, und die Antriebswelle des Turboladers kann sich von einer Längsseite des Zylinderblocks zu einer gegenüberliegenden Längsseite des Zylinderblocks erstrecken.
-
Die Antriebswelle des Turboladers kann in einem Bereich des Motors durch den Zylinderblock führen, der sich zwischen der Kurbelwelle und einem unteren Ende des mindestens einen Zylinders befindet.
-
Der Motor kann einen Zylinderkopf aufweisen, der an einer Längsseite davon einen oder mehrere Lufteinlässe und an einer gegenüberliegenden Längsseite davon einen oder mehrere Auslässe aufweist, und der Verdichter kann sich auf derselben Seite des Motors wie der eine oder die mehreren Lufteinlässe des Motors befinden und die Turbine kann sich auf derselben Seite des Motors wie der eine oder die mehreren Auslässe des Motors befinden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbauen eines Turboladers, der ein Verdichtergehäuse, einen Verdichterrotor, ein Turbinengehäuse, einen Turbinenrotor und eine Antriebswelle aufweist, mit einem Motor, der eine Kurbelwelle aufweist, wobei das Verfahren Vorsehen von mindestens zwei ausgerichteten Lagern am Motor zum Stützen der Antriebswelle, wobei mindestens eines der Lager durch die strukturelle Hauptkomponente des Motors getragen wird, Anbringen des Turbinenrotors oder des Verdichterrotors an einem Ende der Antriebswelle, Ineingriffbringen des anderen Endes der Antriebswelle mit den mindestens zwei Lagern, so dass die Antriebswelle in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu einer Drehachse der Kurbelwelle positioniert ist, Anbringen des jeweils anderen – des Turbinenrotors oder des Verdichterrotors – an der Antriebswelle und Befestigen des Verdichtergehäuses und des Turbinengehäuses an gegenüberliegenden Längsseiten einer strukturellen Hauptkomponente des Motors, umfasst, bereitgestellt.
-
Die strukturelle Hauptkomponente des Motors kann aus einem Zylinderblock, einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf oder einer Zylinderbank bestehen.
-
Das Verfahren kann ferner Verbinden des Verdichters mit mindestens einem Einlass des Motors und Verbinden der Turbine mit mindestens einem Auslass des Motors umfassen.
-
Das Verfahren kann ferner Auswuchten des Verdichterrotors, der Antriebswelle und des Turbinenrotors als eine Unterbaugruppe vor dem Anbauen der Unterbaugruppe am Motor umfassen.
-
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen turboaufgeladenen Motor zeigt, der gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung aufgebaut ist;
-
2 eine Draufsicht des in 1 gezeigten turboaufgeladenen Motors in Diagrammform ist, wobei ein Zylinderkopf des Motors entfernt wurde;
-
3 eine Endansicht des in 1 und 2 gezeigten turboaufgeladenen Motors in Pfeilrichtung III in 2 in Diagrammform ist;
-
4 eine Seitenansicht des in 1–3 gezeigten turboaufgeladenen Motors in Pfeilrichtung IV in 2 in Diagrammform ist; und
-
5 ein Verfahren zum Verbauen eines Turboladers mit einem Motor gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist.
-
Mit Bezug auf 1–4 wird ein 4-Zylinder-Motor in Form eines turboaufgeladenen Querstrommotors 1 mit vier in Reihe angeordneten Zylindern gezeigt.
-
Der Motor 1 umfasst einen Motorblock 2, an dem ein Zylinderkopf 3 angebracht ist. Der Motorblock 2 kann einen Zylinderblock und ein Kurbelgehäuse, die als eine einzige Komponente ausgebildet sind, umfassen oder kann den Zylinderblock und das Kurbelgehäuse als getrennte aneinander befestigte Komponenten aufweisen. In beiden Fällen definiert der Zylinderblock einen oder mehrere Zylinder und in diesem Fall gibt es vier Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d, in denen jeweils ein (nicht gezeigter) Kolben verschiebbar gestützt wird.
-
Ladeluft tritt in den Motor 1 wie durch den Pfeil „Al” angezeigt über einen Einlasskanal 4 ein. Es versteht sich, dass es sich bei der Einlassladeluft um Umgebungsluft oder eine Mischung aus Umgebungsluft und rückgeführtem Abgas handeln kann. Die eingelassene Ladeluft wird in einen Verdichter 10 gesaugt, durch den Verdichter 10 verdichtet und über den Kanal 5 zu einem Einlasskrümmer 6 strömen gelassen, der mit (nicht gezeigten) Eingängen verbunden ist, die in dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind und Lufteinlässe für den Motor darstellen. Die Ladeluft wird dann in die Zylinder des Motors 1 gesaugt und mit Kraftstoff verbrannt, wodurch eine Hubbewegung der sich in den Zylindern 2a bis 2d des Motors 1 befindenden Kolben zum Antreiben einer Kurbelwelle 12 bewirkt wird, bevor sie über Auslassleitungen als Abgas aus dem Zylinderkopf 3 in einen Auslasskrümmer 7 austritt. Das Abgas strömt über einen Kanal 8 zu einer Turbine 20, mit der es zur Bereitstellung eines Antriebsmoments für eine Antriebswelle 15, die an einem Ende mit der Turbine 20 antriebsverbunden ist und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem Verdichter 10 antriebsverbunden ist, zusammenwirkt. Das Abgas strömt dann aus der Turbine 20 in ein Auslasssystem 9, das verschiedene Nachbehandlungsvorrichtungen zur Reduzierung von Geräuschen oder Emissionen umfassen kann, und zurück in die Umgebung, wie durch den Pfeil „EO” angegeben wird.
-
Somit sind der Verdichter 10 und die Turbine 20 im Gegensatz zu einer herkömmlichen Turboladeranordnung auf gegenüberliegenden Längsseiten einer strukturellen Hauptkomponente des Motors voneinander beabstandet, so dass die heißen Abgase die Leistung des Verdichters 10 nicht beeinträchtigen und dass gestattet wird, dass kostengünstigere Materialien für die Komponenten der Ladelufteinlassseite verwendet werden können. Die strukturelle Hauptkomponente des Motors ist in diesem Fall ein Zylinderblock 2Z, jedoch könnte es sich dabei alternativ dazu um ein Kurbelgehäuse, einen Zylinderkopf oder einen Zylinderblock eines V-Motors, der hier als „Zylinderbank” bezeichnet wird, handeln. Durch eine derartige Befestigung des Verdichters 10 und der Turbine 20 an einem Querstrommotor wird der Abstand zwischen dem Verdichter 10 und den Eingängen des Motors 1 im Vergleich zu einem herkömmlichen Turbolader, der auf der Auslassseite des Motors befestigt ist, stark reduziert, da sich der Verdichter 10 nahe dem Einlasskrümmer 6 befindet und die Länge jeglicher Kanäle 5 stark reduziert ist. Bei einem herkömmlichen Turbolader müssen die Kanäle vom Verdichter zur Einlassseite des Motors entweder um ein Ende des Motors herum oder über die Oberseite des Motors hinweg verlaufen. In beiden Fällen wird wertvoller Packagingraum eingenommen und der resultierende lange Kanalverlauf führt zu erhöhten Reibverlusten und einem reduzierten Verdichterwirkungsgrad.
-
Die Antriebswelle 15 verläuft in diesem Fall durch den Zylinderblock 2Z des Motors 1 und wird über Lager 16, 17 durch die Struktur des Zylinderblocks 2Z gestützt. Die Arbeitskammern für den Verdichter 10 und die Turbine 20 werden durch die Gehäuse 10h, 20h gebildet, die mit Befestigungselementen direkt auf Längsseiten des Zylinderblocks 2Z fixiert sind, ohne dass ein Bedarf an Halterungen oder beliebigen anderen Stützstrukturen besteht.
-
Die Antriebswelle 15 ist über der Position der Kurbelwelle 12, jedoch unter dem unteren Ende der Zylinder 2a bis 2d in einem Zylinderblock 2Z des Motorblocks 2 positioniert.
-
Die Länge der Antriebswelle 15 sowie ihre Position innerhalb des Motorblocks 1 reduziert die Übertragung von Wärme von der Turbine 20 auf den Verdichter 10 erheblich.
-
Es versteht sich jedoch, dass die Antriebswelle auch an anderen Stellen, wie z. B. in einem Kurbelgehäusebereich des Motors 1 zwischen zwei Zylindern oder in dem Zylinderkopf 3 des Motors, positioniert sein könnte.
-
Insbesondere auf 2–4 bezogen, sind die vier Zylinder 2a bis 2d in der Darstellung in einem oberen Teil des Motorblocks 2, der als der Zylinderblock 2Z des Motors 1 bezeichnet wird, in Reihe angeordnet. Obwohl dies in den Figuren nicht speziell gezeigt ist, umfasst der Zylinderblock 2Z eine Anzahl an integralen Kühlleitungen und Ölleitungen zum Kühlen des Motors 1 und zur Zufuhr von Öl zu den sich bewegenden Teilen des Motors 1.
-
Der Zylinderblock 2Z weist neben den zwei Längsseiten eine im Wesentlichen flache Seite an einem oberen Ende auf, an der im Gebrauch wie im Fachgebiet allseits bekannt der Zylinderkopf 3 gesichert ist.
-
An einem unteren Ende des Zylinderblocks
2Z ist eine Anzahl an (nicht gezeigten) Auflagesätteln zum Stützen von, in diesem Fall, fünf Hauptlagern, die zum drehbaren Stützen der Kurbelwelle
12 verwendet werden, ausgebildet. Es versteht sich, dass die Kurbelwelle
12 alternativ dazu durch drei Hauptlager gestützt werden könnte. Die
US 2014/0041618 beispielsweise zeigt einen 4-Zylinder-Motor mit lediglich drei Hauptlagern.
-
Die Kurbelwelle 12 weist vier den Zylindern 2a bis 2d entsprechende Verkröpfungen 12t auf. Jede der Verkröpfungen 12t weist eine Pleuelfußlagerfläche oder einen Kurbelzapfen 12b auf, die bzw. der zum drehbaren Verbinden einer (nicht gezeigten) Pleuelstange mit der Kurbelwelle 12, wie in der Technik allseits bekannt ist, verwendet wird.
-
Die Kurbelwelle 12 rotiert um eine Längsdrehachse X-X, die durch Hauptlager definiert wird, von denen ein Teil durch auf der Kurbelwelle 12 ausgebildete Lagerzapfen 12m gebildet wird. Die Längsdrehachse X-X der Kurbelwelle 12 befindet sich vertikal auf einer Querebene P-P des Motorblocks 2 und die Kurbelwelle 12 erstreckt sich in einer Längen- oder Längsrichtung des Motorblocks 2.
-
Der Ladeluftverdichter 10 umfasst das Gehäuse 10h, das auf der Längsseite des Zylinderblocks 2Z befestigt ist. Das Verdichtergehäuse 10h definiert eine Arbeitskammer, in der ein Verdichterrotor 10r drehbar befestigt ist.
-
Die Abgasturbine 20 umfasst das Gehäuse 20h, das auf der anderen Längsseite des Zylinderblocks 2Z als der Seite, auf der das Verdichtergehäuse 10h befestigt ist, befestigt ist. Das Turbinengehäuse 20h definiert eine Arbeitskammer, in der ein Turbinenrotor 20r drehbar befestigt ist.
-
Der Verdichterrotor 10r ist mit einem Ende der Antriebswelle 15 antreibbar verbunden, und der Turbinenrotor 20r ist mit dem anderen Ende der Antriebswelle 15 antreibbar verbunden. In einigen Fällen sind die Antriebswelle 15 und der Turbinenrotor 20r als eine einzige Komponente ausgebildet.
-
Die Antriebswelle 15 wird an dem einen Ende durch ein Verdichterlager 16 und an dem anderen Ende durch ein Turbinenlager 17 gestützt. Ein weiteres Zwischenlager für die Antriebswelle 15 kann vorgesehen werden, falls dies erforderlich ist.
-
Das Verdichterlager 16 stützt die Antriebswelle 15 drehbar nahe dem Verdichterrotor 10r, und das Turbinenlager 20r stützt die Antriebswelle 15 drehbar nahe dem Turbinenrotor 20r. Das Verdichter- und das Turbinenlager 16 und 17 werden durch einen Teil der Struktur, die den Zylinderblock 2Z bildet, gestützt und sind, in diesem Fall, in eine in dem Zylinderblock 2Z ausgebildete Querbohrung pressgepasst. Die Halterungen für das Verdichter- und das Turbinenlager 16 und 17 sind somit als Teil der Struktur des Zylinderblocks 2Z ausgebildet.
-
Die Antriebswelle 15 ist in diesem Fall vertikal in einem Bereich positioniert, der an einem unteren Ende durch die Ebene P-P und an einem oberen Ende durch eine Ebene C-C, die sich am unteren Ende der Zylinder 2a bis 2d (siehe 4) befindet, definiert wird.
-
Vorteilhafterweise befindet sich die Antriebswelle 15 nahe der Ebene C-C, um den Abstand von der Turbine 20 zu den Ausgängen des Motors 1 auf ein Minimum zu reduzieren. Die genaue Positionierung hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter u. a. die Größe der Turbine 20 und der zur Verfügung stehende Raum im Motorraum.
-
Die Antriebswelle 15 befindet sich in einer Längsrichtung des Motors 1 so, dass sie, in diesem Fall, auf ein mittleres der Hauptlager 12m des Motors 1 ausgerichtet ist. In jedem Fall muss die Längspositionierung der Antriebswelle 15 derart sein, dass sie von den Kröpfungen 12t der Kurbelwelle 12 versetzt ist, so dass keine gegenseitige Beeinflussung mit den (nicht gezeigten) Pleuelstangen, die zur Verbindung der Kurbelwelle 12 mit den Kolben des Motors 1 verwendet werden, auftritt.
-
Es versteht sich, dass obgleich sich die in dem Beispiel gezeigte Antriebswelle 15 zwischen den Zylindern 2b und 2c befindet, sich die Antriebswelle 15 alternativ dazu zwischen den Zylindern 2a und 2b, zwischen den Zylindern 2c und 2d oder an den Längsenden des Motors 1 befinden könnte. Die Befestigung in der Mitte ist jedoch für einen Querstrommotor vorteilhaft, da dies normalerweise den kürzesten Abstand zwischen dem Verdichter 10 und dem Einlasskrümmer 6 und den kürzesten Abstand zwischen dem Auslasskrümmer 7 und der Turbine 20 bereitstellt.
-
Die Drehachse R-R der Antriebswelle 15 (siehe 2) ist in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zur Längsdrehachse X-X der Kurbelwelle 12 angeordnet, so dass sie quer durch den Motorblock 2 von einer Seite des Zylinderblocks 2Z zu einer gegenüberliegenden Seite des Zylinderblocks 2Z verläuft. Die Drehachse R-R der Antriebswelle 15 ist des Weiteren in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu einer Vertikalebene V-V (siehe 3), die sich von der Drehachse X-X der Kurbelwelle 12 nach oben erstreckt, angeordnet. Es versteht sich, dass der Zylinderblock 2Z im Gebrauch nicht vertikal angeordnet werden muss und dass bei Drehung aus der Vertikalen die Ausrichtung der Ebene V-V nicht länger vertikal wäre.
-
Somit stellt die Erfindung einen geteilten Turbolader bereit, der getrennte Verdichter- und Turbineneinheiten aufweist, die durch eine Antriebswelle antriebsverbunden sind, die sich quer über den Motor erstreckt, so dass sie in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu einer Längsachse einer Kurbelwelle des Motors angeordnet ist. Diese Turboladeranordnung ist besonders vorteilhaft für Querstrommotoren, jedoch könnte sie auch bei anderen Motorarten mit Eingängen und Ausgängen auf derselben Seite des Motors verwendet werden.
-
Bei einem 1-Zylinder-Motor mit einem Zylinderblock, einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf sind der Verdichter und die Turbine auf gegenüberliegenden Seiten des Zylinderblocks oder des Zylinderkopfs oder des Kurbelgehäuses des Motors positioniert, jedoch erstreckt sich die Antriebswelle, die den Verdichter mit der Turbine verbindet, in allen Fällen quer zum Motor, so dass sie in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist.
-
Bei einem Mehrzylinder-Reihenmotor mit einem Zylinderblock, einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf sind der Verdichter und die Turbine auf gegenüberliegenden Seiten des Zylinderblocks oder des Zylinderkopfs oder des Kurbelgehäuses des Motors positioniert, jedoch erstreckt sich die Antriebswelle, die den Verdichter mit der Turbine verbindet, in allen Fällen quer zum Motor, so dass sie in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist.
-
Bei einem Mehrzylindermotor mit mehr als einer Zylinderbank, einem gemeinsamen Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf für jede Zylinderbank sind der Verdichter und die Turbine auf gegenüberliegenden Seiten jeder Zylinderbank oder jedes Zylinderkopfs oder des Kurbelgehäuses des Motors positioniert, jedoch erstreckt sich die Antriebswelle, die den Verdichter mit der Turbine verbindet, in allen Fällen quer zum Motor, so dass sie in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist.
-
Es versteht sich, dass mehr als ein an einem Motor angebauter geteilter Turbolader vorliegen könnte.
-
Insbesondere auf 5 bezugnehmend, werden die grundlegenden Schritte eines Verfahrens zum Verbauen eines geteilten Turboladers mit dem in 1–4 gezeigten Motor 1 gezeigt.
-
Das Verfahren beginnt bei Kasten 100, wo alle nötigen Teile montagefertig hergestellt werden. Bei Schritt 110 werden der Verdichterrotor 10r, die Antriebswelle 15 und der Turbinenrotor 20r zur Bildung einer Unterbaugruppe zusammengebaut.
-
Die Antriebswellen- und Rotor-Unterbaugruppe wird dann in einer Auswuchtmaschine platziert und zum Auswuchten der Unterbaugruppe schnell gedreht. Nach beendetem Auswuchten der Unterbaugruppe wird der Verdichterrotor 10r von der Antriebswelle 15 wie in Kasten 120 angegeben entfernt.
-
In Kasten 130 wird angegeben, dass das Verdichter- und das Turbinenlager 16 und 17 an dem Zylinderblock 2Z angebaut werden. Dies erfolgt durch Presspassen der Lager 16, 17 in ausgerichtete Bohrungen, die bereits im Zylinderblock 2Z ausgebildet sind. Es versteht sich, dass dieser Schritt vor den Schritten 110 und 120 oder zur selben Zeit mit diesen ausgeführt werden könnte, sollte dies bevorzugt sein.
-
Dann wird die Antriebswelle 15 bei Schritt 140 mit dem Verdichterende zuerst in das Turbinenlager 17 und dann in das Verdichterlager 16 eingesetzt, um die Antriebswelle 15 in ihre korrekte Position im Zylinderblock 2Z zu positionieren.
-
Das Turbinengehäuse 20h wird dann an einer Längsseite des Zylinderblocks 2Z befestigt, wie in Kasten 150 angegeben wird. Daraufhin wird der Verdichterrotor 10r in Kasten 160 wieder an der Antriebswelle 15 angebracht, und zwar in einer Position, die der Position entspricht, in der er während des Auswuchtens der Unterbaugruppe positioniert war.
-
Das Verdichtergehäuse 10h wird dann auf der der Position der Turbine 20 gegenüberliegenden Längsseite des Zylinderblocks 2Z positioniert und wie in Kasten 170 angegeben in Position befestigt.
-
Die letzte Phase des Verbauungsverfahrens besteht in der Verbindung des Verdichters 10 und der Turbine 20 mit dem Einlasskrümmer 6 und dem Auslasskrümmer 7 des Motors 1, wie in Kasten 180 angegeben ist, was zum Abschluss des Verbauens des geteilten Turboladers mit dem Motor 1, wie in Kasten 190 angegeben wird, führt.
-
Es versteht sich, dass sich das Verfahren, auf das oben Bezug genommen wird, auf das Verbauen eines geteilten Turboladers mit einem Reihenmotor in Fällen, wo sich die Antriebswelle durch einen Zylinderblock des Motors erstreckt, bezieht. Befände sich die Antriebswelle an einer anderen Stelle am Motor, versteht sich, dass das Verfahren modifiziert werden müsste, um dies zu berücksichtigen, beispielsweise durch Ersetzen der Begriffe „Zylinderblock” im offenbarten Verfahren mit der Position der Antriebswelle entsprechenden Worten, wie z. B. „Zylinderkopf” oder „Kurbelgehäuse”.
-
Des Weiteren beschreibt das Verfahren in den Schritten 120 und 140 das Entfernen des Verdichterrotors 10r von der Antriebswelle 15 und das Einführen des Verdichterendes der Antriebswelle in die Lager 16, 17, jedoch versteht sich, dass der Turbinenrotor 20r entfernt und das Turbinenende der Antriebswelle 15 in die Lager 16, 17 eingeführt werden könnte. In diesem Falle wären auch die Schritte, die in Kasten 150–170 angegeben werden, dahingehend anders, dass das Verdichtergehäuse 10h dann zuerst in Position befestigt werden würde, dann der Turbinenrotor 20r wieder angebaut werden würde und letztlich das Turbinengehäuse 20h in Position befestigt werden würde. Das in 5 gezeigte Verfahren ist jedoch das bevorzugte Verfahren, da es wünschenswert ist, den Turbinenrotor 20r permanent an der Antriebswelle 15 zu fixieren, beispielsweise u. a. durch Schweißen. Des Weiteren könnte auch der Turbinenrotor 20r einstückig mit der Antriebswelle 15 hergestellt werden.
-
Mit dem Begriff „Querstrommotor” ist hier ein Motor gemeint, bei dem Einlässe und Auslässe für den Motor auf gegenüberliegenden Seiten des Motors oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Zylinderbank, wenn der Motor mehr als eine Zylinderbank aufweist, vorliegen. Bei solch einer „Querstrom”-Anordnung erfolgt die Gasströmung von einer Seite des Motors oder der Zylinderbank durch den Motor oder die Zylinderbank zur anderen Seite des Motors oder der Zylinderbank. Bei einem Querstrommotor mit zwei Zylinderbänken, die in „V”-Form angeordnet sind, wie z. B. u. a. einem V4-, V6-, V8-, V10- oder V12-Motor, befinden sich normalerweise die Einlässe für beide Zylinderbänke innerhalb des „V” auf Innenseiten der beiden Bänke, die das „V” bilden, und die Auslässe auf Außenseiten der beiden Bänke, die das „V” bilden. Somit könnten mit einer derartigen Anordnung zweigeteilte Turbolader am Motor angebaut werden, einer für jede Zylinderbank, wobei sich beide Verdichter innerhalb des „V” befinden und sich die zwei Turbinen auf den äußeren Längsseiten des Motors befinden.
-
Obgleich die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass alternative Ausführungsformen konstruiert werden könnten, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, abzuweichen.
-
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
-
