DE102017212580B4

DE102017212580B4 - Kühlvorrichtung für abgasturbolader

Info

Publication number: DE102017212580B4
Application number: DE102017212580.2A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Miyazaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-22
Also published as: CN107664062A; DE102017212580A1; JP6485414B2; JP2018017163A; CN107664062B

Abstract

Ein Kühlmittelabflussanschluss (35) eines innerhalb eines unteren Abgasturboladers (30) vorgesehenen Wassermantels (31) erstreckt sich von einem oberen Abschnitt des Wassermantels (31) schräg nach oben, und ein Kühlmittelzuflussanschluss (24) eines Wassermantels (21) eines oberen Abgasturboladers (20) erstreckt sich von einem kühlmittelzuflussseitigen Ende des Wassermantels (21) schräg nach oben. Ein innerhalb eines Kühlmittelverbindungsrohrs (42) vorgesehener Luftblasensammelbereich (X) ist durch ein Luftblasenablassrohr (43) mit einem Vorratstank (7) verbunden.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader.
Stand der Technik
Ein Verbrennungsmotor, bei dem ein oberer Abgasturbolader und ein unterer Abgasturbolader in einem Verbrennungsmotorkörper so angeordnet sind, dass der untere Abgasturbolader unterhalb des oberen Abgasturboladers liegt, und sich die Rotationsachsen der Abgasturbolader in Links-/Rechts-Richtung eines Fahrzeugs erstrecken (siehe JP 2012-012989 A ), ist allgemein bekannt. Bei diesem Verbrennungsmotor wird Kühlmittel des Verbrennungsmotors verwendet, um die Abgasturbolader zu kühlen, wobei für jeden der Abgasturbolader ein Kühlmittelzufuhrrohr, durch das Kühlmittel an den Abgasturbolader geleitet wird und ein Kühlmittelrückführrohr, durch das Kühlmittel vom Abgasturbolader in den Verbrennungsmotor zurückgeführt wird, unabhängig angeordnet ist.
Wenn die Abgasturbolader hohe Temperaturen erreichen, wird das durch Wassermäntel der Abgasturbolader strömende Kühlmittel stark aufgeheizt. Im Ergebnis verdampft das Kühlmittel in den Wassermänteln und wandelt sich in Wasserdampf um, wodurch im Kühlmittel Luftblasen gebildet werden. In diesem Fall können sich diese Luftblasen, abhängig von der Form des Wassermantels, sammeln und in einem bestimmten Bereich im Wassermantel zurückgehalten werden. Wenn Luftblasen in einem bestimmten Bereich so zurückgehalten werden, kann ein Innenwandabschnitt des Wassermantels, in dem die Luftblasen zurückgehalten werden, nicht gekühlt werden, was zu verschiedenen Problemen, einschließlich thermischer Verformung, führen kann. Bei dem obigen Verbrennungsmotor ist daher in einem Gehäuse des Abgasturboladers durch Bearbeitung des Gehäuses des Abgasturboladers ein Kanal angeordnet, durch den Luftblasen aus dem Wassermantel abgelassen werden.
Weitere Kühlvorrichtungen für Abgasturbolader sind in den Druckschriften DE 39 28 477 C2 , EP 0 160 243 B2 , EP 0 383 172 A2 und DE 20 2014 104 426 U1 gezeigt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die unabhängige Bereitstellung des Kühlmittelzufuhrrohrs und des Kühlmittelrückführrohrs für jeden der Abgasturbolader erhöht jedoch nicht nur die Komponentenzahl, sondern benötigt auch Zeit für die Montagearbeit dieser Rohre. Des Weiteren wird eine erhebliche Zahl an Arbeitsstunden benötigt, um den Luftblasenablasskanal im Gehäuse des Abgasturboladers bereitzustellen. Im Ergebnis sinkt die Produktivität der Kühlvorrichtung für Abgasturbolader erheblich.
Unter Berücksichtigung der obigen Probleme stellt die vorliegende Erfindung eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader bereit, die so vereinfacht ist, dass die Produktivität der Kühlvorrichtung für Abgasturbolader verbessert ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader bereitgestellt, die einen oberen Abgasturbolader und einen unteren Abgasturbolader aufweist. Der obere Abgasturbolader ist in einem Verbrennungsmotorkörper so angeordnet, dass sich seine Rotationsachse in Vorne-/Hinten-Richtung oder Links-/Rechts-Richtung eines Fahrzeugs erstreckt. Der untere Abgasturbolader ist so angeordnet, dass er unterhalb des oberen Abgasturboladers liegt, und sich seine Rotationsachse in Vorne-/Hinten-Richtung oder Links-/Rechts-Richtung des Fahrzeugs erstreckt. Die Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet ist, dass: (i) die Kühlvorrichtung einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider aufweist, der so konfiguriert ist, dass er innerhalb des Verbrennungsmotors strömendes Kühlmittel mit Luftblasen in Gas und Flüssigkeit trennt, (ii) ein Kühlmittelabflussanschluss eines innerhalb des unteren Abgasturboladers vorgesehenen Wassermantels und ein Kühlmittelzuflussanschluss eines innerhalb des oberen Abgasturboladers vorgesehenen Wassermantels durch ein Kühlmittelverbindungsrohr miteinander verbunden sind; (iii) das Kühlmittel vom Wassermantel des unteren Abgasturboladers durch das Kühlmittelverbindungsrohr in den Wassermantel des oberen Abgasturboladers zirkuliert, und sich der Kühlmittelabflussanschluss des Wassermantels des unteren Abgasturboladers von einem oberen Abschnitt des Wassermantels des unteren Abgasturboladers horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstreckt; und (iv) sich der Kühlmittelzuflussanschluss des Wassermantels des oberen Abgasturboladers von einem kühlmittelzuflussseitigen Ende des Wassermantels des oberen Abgasturboladers horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstreckt, und ein im Kühlmittelverbindungsrohr vorgesehener Luftblasensammelbereich durch ein Luftblasenablassrohr mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider verbunden ist.
Bei der Kühlvorrichtung kann ein oberster Abschnitt des Kühlmittelverbindungsrohrs durch das Luftblasenablassrohr mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider verbunden sein.
Bei der Kühlvorrichtung kann das Kühlmittelverbindungsrohr einen gebogenen Abschnitt mit einem konvex nach oben gebogenen Teil aufweisen, und kann ein oberster Abschnitt des gebogenen Teils des Kühlmittelverbindungsrohrs durch das Luftblasenablassrohr mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider verbunden sein.
Bei der Kühlvorrichtung kann sich ein Kühlmittelabflussanschluss des Wassermantels des oberen Abgasturboladers von einem oberen Abschnitt des Wassermantels des oberen Abgasturboladers horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstrecken.
Des Weiteren kann bei der Kühlvorrichtung ein Kühlmittelabflussanschluss des Wassermantels des oberen Abgasturboladers mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider oder einem anderen vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider unabhängigen Gas-Flüssigkeit-Abscheider verbunden sein.
Gemäß der Kühlvorrichtung für Abgasturbolader der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben, ist es möglich, die Zahl an Rohren, durch die Kühlmittel zirkuliert, durch Verbinden des Kühlmittelabflussanschlusses des innerhalb des unteren Abgasturboladers vorgesehenen Wassermantels und des Kühlmittelzuflussanschlusses des innerhalb des oberen Abgasturboladers vorgesehenen Wassermantels durch das Kühlmittelverbindungsrohr, zu reduzieren. Des Weiteren ist es ohne eine komplizierte Bearbeitung möglich, durch Verwendung einer Struktur, in der Luftblasen durch das Kühlmittelverbindungsrohr abgelassen werden, einfach einen Luftblasenablasskanal bereitzustellen.
Figurenliste
Anhand der begleitenden Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente kennzeichnen, werden im Folgenden Merkmale, Vorteile, sowie die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei:

1 eine schematische Ansicht ist, die eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Seitenansicht ist, die einen Abgasturbolader in der Kühlvorrichtung für Abgasturbolader graphisch darstellt;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 2 ist;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 2 ist;
5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C von 2 ist;
6 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist;
7 eine schematische Ansicht ist, die eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader einer zweite Ausführungsform der vorliegende Erfindung zeigt; und
8 eine schematische Ansicht ist, die eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Kühlvorrichtung für Abgasturbolader einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, zeigen die Bezugszeichen 1 bis 8 die Kühlvorrichtung für Abgasturbolader, einen Kühler, eine Wasserpumpe, einen Verbrennungsmotorkörper, einen Zylinderblock, einen Zylinderkopf, einen ersten Vorratstank bzw. einen zweiten Vorratstank. Wie in 1 gezeigt, sind ein oberer Abgasturbolader 20 und ein unterer Abgasturbolader 30 an einer Seitenwand 9 des Verbrennungsmotorkörpers 4 so angeordnet, dass der untere Abgasturbolader 30 unterhalb des oberen Abgasturboladers 20 liegt, und dass sich die Rotationsachsen der Abgasturbolader 20, 30 in Links-/Rechts-Richtung eines Fahrzeugs erstrecken. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Rotationsachsen der Abgasturbolader 20, 30 in die gleiche Richtung wie die Rotationsachse einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Die Abgasturbolader 20, 30 können aber auch so angeordnet sein, dass sich deren Rotationsachsen in Vorne-/Hinten-Richtung des Fahrzeugs erstrecken. Des Weiteren müssen sich die Rotationsachsen der Abgasturbolader nicht genau in Vorne-/Hinten-Richtung oder Links-/Rechts-Richtung des Fahrzeugs erstrecken. Mit anderen Worten kann die Richtung der Rotationsachsen der Abgasturbolader relativ zur Vorne-/Hinten-Richtung und zur Links-/Rechts-Richtung des Fahrzeugs schräg sein.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der obere Abgasturbolader 20 ein Hochlastturbolader, und der untere Abgasturbolader 30 ein Niedriglastturbolader. In diesem Fall wird beispielsweise wenn die Verbrennungsmotorlast niedrig ist, nur der Niedriglastturbolader aktiviert, und wenn die Verbrennungsmotorlast hoch ist, nur der Hochlastturbolader aktiviert. Wenn die Verbrennungsmotorlastlast noch höher wird, werden sowohl der Niedriglastturbolader als auch der Hochlastturbolader aktiviert. Somit ist es unter Verwendung der zwei Abgasturbolader, dem Niedriglastturbolader und dem Hochlastturbolader, möglich, über einen großen Lastbereich, von einer hohen Verbrennungsmotorlast bis zu einer niedrigen Verbrennungsmotorlast, eine geeignete Aufladung des Verbrennungsmotors durchzuführen.
In 1 sind ein Wassermantel 21 des oberen Abgasturboladers 20 und ein Wassermantel 31 des unteren Abgasturboladers 30 graphisch gezeigt, und ein Zirkulationsverlauf des Kühlmittels, das durch die Wassermäntel 21, 31 der Abgasturbolader 20, 30 strömen kann, ist durch Pfeile W gezeigt. Im Besonderen wird das vom Kühler 2 gekühlte Kühlmittel von der Wasserpumpe 3 in einen Wassermantel des Zylinderblocks 5 geleitet. Anschließend wird das aus dem Wassermantel des Zylinderblocks 5 abgeführte Kühlmittel in den Wassermantel 31 des unteren Abgasturboladers 30 geleitet, und wird dann in den Wassermantel 21 des oberen Abgasturboladers 20 geleitet. Dann wird das vom Wassermantel 21 abgeführte Kühlmittel des oberen Abgasturboladers 20 durch den Zylinderkopf 6 dem Kühler 2 zurückgeführt. Somit zirkuliert das vom Kühler 2 abgeführte Kühlmittel durch den Verbrennungsmotorkörper 4 und die Abgasturbolader 30, 20. Im Folgenden werden der Wassermantel 21 des oberen Abgasturboladers 20 und der Wassermantel 31 des unteren Abgasturboladers 30 als oberer Wassermantel 21 bzw. als unterer Wassermantel 31 bezeichnet.
Wenn die Abgasturbolader 20, 30 hohe Temperaturen erreichen, wird das durch die Wassermäntel 21, 31 der Abgasturbolader 20, 30 strömende Kühlmittel stark aufgeheizt. Im Ergebnis verdampft Kühlmittel in den Wassermänteln 21, 31 und wandelt sich in Wasserdampf um, wodurch im Kühlmittel Luftblasen gebildet werden. Wenn sich in diesem Fall die Luftblasen in bestimmten Bereichen in den Wassermänteln 21, 31 sammeln und zurückgehalten werden, können Abschnitte der Innenwände der Wassermäntel 21, 31, in denen die Luftblasen zurückgehalten werden, nicht gekühlt werden, was zu thermischer Verformung etc. führen kann. Wenn in den Wassermänteln 21, 31 Luftblasen gebildet werden, ist es daher notwendig die gebildeten Luftblasen von den Wassermänteln 21, 31 nach außen abzulassen.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform werden in diesem Fall die in den Wassermänteln 21, 31 gebildeten Luftblasen auf der einen Seite, wie durch einen Pfeil V gezeigt, zum ersten Vorratstank 7, und auf der anderen Seite zusammen mit dem Kühlmittel zum zweiten Vorratstank 8 geleitet. Im Verbrennungsmotorkörper 4 gebildete Luftblasen werden auch in den zweiten Vorratstank 8 geleitet. Die in den ersten Vorratstank 7 oder den zweiten Vorratstank 8 geleiteten Luftblasen werden innerhalb des ersten Vorratstanks 7 oder des zweiten Vorratstanks 8 gekühlt, und der die Luftblasen bildende Wasserdampf wird in flüssiges Kühlmittel zurückumgewandelt. Dann wird das Kühlmittel in den Wassermantel innerhalb des Zylinderblocks 5 zurückgeführt, wie von den Pfeilen Z in 1 gezeigt. Der erste Vorratstank 7 und der zweite Vorratstank 8 dienen auch als Gas-Flüssigkeit-Abscheider, die Flüssigkeit und Gas trennen. Somit werden in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung der erste Vorratstank 7 und der zweite Vorratstank 8 als Gas-Flüssigkeit-Abscheider verwendet. Dementsprechend können im Folgenden der erste Vorratstank 7 und der zweite Vorratstank 8 auch als Gas-Flüssigkeit-Abscheider bezeichnet sein. Natürlich können außer den Vorratstanks verschiedene Arten an Gas-Flüssigkeit-Abscheidern als Gas-Flüssigkeit-Abscheider verwendet werden.
Als nächstes werden der obere Abgasturbolader 20 und der untere Abgasturbolader 30 beschrieben, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. 2 zeigt ein typisches Beispiel eines Abgasturboladers 10 mit der gleichen Struktur wie der obere Abgasturbolader 20 und der untere Abgasturbolader 30. Um eine überflüssige Beschreibung zu vermeiden, wird nur die Struktur des typischen Beispiels des in 2 gezeigten Abgasturboladers 10 beschrieben, und die Beschreibung des oberen Abgasturboladers 20 und des unteren Abgasturboladers 30 wird weggelassen.
Wie in 2 gezeigt, weist der Abgasturbolader 10 Wassermäntel 11, ein Verdichtergehäuse 12, ein Verdichterlaufrad 13, in die Wassermäntel 11 führende Kühlmittelzuflussanschlüsse 14, aus den Wassermänteln 11 führende Kühlmittelabflussanschlüsse 15, ein mittleres Gehäuse 16, eine Welle 17, ein Turbinengehäuse 18 und ein Turbinenrad 19 auf. Das Verdichtergehäuse 12, das mittlere Gehäuse 16 und das Turbinengehäuse 18 sind so angeordnet, dass sie das Verdichterlaufrad 13, die Welle 17 bzw. das Turbinenrad 19 umgeben. Die Wassermäntel 11 sind jeweils innerhalb des Verdichtergehäuses 12, des mittleren Gehäuses 16 und des Turbinengehäuses 18 vorgesehen.
Der Abgasturbolader 10 hat mehrere vom Wassermantel 11 zu kühlende Abschnitte. Im Folgenden werden diese zu kühlenden Abschnitte der Reihe nach beschrieben. Ein erster zu kühlender Abschnitt des Abgasturboladers 10 ist das Verdichtergehäuse 12. Zunächst wird anhand von 2 und 3 die Notwendigkeit der Kühlung des Verdichtergehäuses 12 beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 2.
Wenn Ansaugluft vom Verdichterlaufrad 13 verdichtet wird, steigt die Ansauglufttemperatur auf 170°C oder höher. In manchen Fällen wird Blow-by-Gas aufweisende Ansaugluft in das Verdichterlaufrad 13 des Abgasturboladers 10 eingeleitet. Das Blow-by-Gas weist Schmieröl in Form von Nebel auf, und wenn die Temperatur des Schmieröls durch das Verdichterlaufrad 13 ansteigt, verkohlt das Schmieröl (in einem sogenannten Verkokungsprozess) in einem stromabwärts des Verdichterlaufrads 13 gelegenen Diffusor, was zu einem Absinken der Aufladeeffizienz führt. Um eine solche Verkokung zu verhindern, ist es in diesem Fall notwendig, das Verdichtergehäuse 12 zu kühlen. Daher ist der Wassermantel 11 innerhalb des Verdichtergehäuses 12 so vorgesehen, dass er das Verdichterlaufrad 13 und einen Verdichtungsluftkanal umgibt, und das Verdichtergehäuse 12 vom durch den Wassermantel 11 strömenden Kühlmittel gekühlt wird.
Ein zweiter zu kühlender Abschnitt des Abgasturboladers 10 ist das mittlere Gehäuse 16. Im Folgenden wird anhand von 2 und 4 die Notwendigkeit der Kühlung des mittleren Gehäuses 16 beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 2. Wenn die Welle 17 eine hohe Rotationsgeschwindigkeit erreicht, wird an die Welle 17 und ein Lager geleitetes Schmieröl durch Reibungswärme zwischen der Welle 17 und dem Lager so aufgeheizt, dass das Schmieröl verkoken kann. Um eine solche Verkokung zu verhindern, ist es notwendig, das Schmieröl zu kühlen, und daher ist es notwendig, das mittlere Gehäuse 16 zu kühlen. Daher ist der Wassermantel 11 innerhalb des mittleren Gehäuses 16 so vorgesehen, dass er die Welle 17 und das Lager umgibt, wobei das mittlere Gehäuse 16 vom durch den Wassermantel 11 strömenden Kühlmittel gekühlt wird.
Ein dritter zu kühlender Abschnitt des Abgasturboladers 10 ist das Turbinengehäuse 18. Im Folgenden wird anhand von 2 und 5 die Notwendigkeit der Kühlung des Turbinengehäuses 18 beschrieben. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C von 2. Das Turbinengehäuse 18 und das Turbinenrad 19 sind Hochtemperaturabgas, z.B. Abgas von 500°C oder höher, ausgesetzt. Wenn das Turbinengehäuse 18 aus einem Metall mit einem vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt, z.B. Aluminium, ist, kann das Turbinengehäuse 18 durch die Abgashitze teilweise geschmolzen und beschädigt werden. Um eine solche Beschädigung am Turbinengehäuse 18 zu verhindern, ist es notwendig, das Turbinengehäuse 18 zu kühlen. Daher ist der Wassermantel 11 innerhalb des Turbinengehäuses 18 so vorgesehen, dass er das Turbinenrad 19 umgibt, wobei das Turbinengehäuse 18 vom durch den Wassermantel 11 strömenden Kühlmittel gekühlt wird.
Wie oben beschrieben, ist innerhalb des Verdichtergehäuses 12, des mittleren Gehäuses 16 und des Turbinengehäuses 18 jeweils ein Wassermantel 11 vorgesehen, um den Abgasturbolader 10 zu kühlen. Die Wassermäntel 11 haben, wie sie vorgesehen sind, einige Aspekte gemeinsam. In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Wassermäntel 11 so vorgesehen, dass sie die Rotationsachse des Abgasturboladers 10, d.h. die Rotationsachsen des Verdichterlaufrads 13, der Welle 17 und des Turbinenrads 19 umgeben. Des Weiteren ist der in den Wassermantel 11 führende Kühlmittelzuflussanschluss 14 und der in den Wassermantel 11 führende Kühlmittelabflussanschluss 15 in einer Seitenwand jedes Gehäuses angeordnet. Weil die Wassermäntel 11 diese Aspekte gemeinsam haben, wird im Folgenden nur der Wassermantel 11 des Verdichtergehäuses 12 beschrieben, und die Beschreibung des Wassermantels 11 des mittleren Gehäuses 16 und des Wassermantels 11 des Turbinengehäuses 18, die eine überflüssige Beschreibung wäre, wird weggelassen.
Um nur den Wassermantel 11 des Verdichtergehäuses 12 zu beschreiben, sind in den in 1 und 6 bis 8 gezeigten Ausführungsformen die Bezugszeichen, die den Wassermantel 11, das Verdichtergehäuse 12, das Verdichterlaufrad 13, den Kühlmittelzuflussanschluss 14 und den in 2 gezeigten Kühlmittelabflussanschluss 15 bezeichnen, für den oberen Abgasturbolader 20 an der Ziffer der Zehnerstelle zu 2 geändert, und für den unteren Abgasturbolader 30 an der Ziffer der Zehnerstelle zu 3 geändert. Im Besonderen werden der Wassermantel, das Verdichtergehäuse, das Verdichterlaufrad, der Kühlmittelzuflussanschluss und der Kühlmittelabflussanschluss des oberen Abgasturboladers 20 als ein Wassermantel 21, ein oberes Verdichtergehäuse 22, ein oberes Verdichterlaufrad 23, ein Kühlmittelzuflussanschluss 24 und ein Kühlmittelabflussanschluss 25 bezeichnet, und der Wassermantel, das Verdichtergehäuse, das Verdichterlaufrad, der Kühlmittelzuflussanschluss und der Kühlmittelabflussanschluss des unteren Abgasturboladers 30 als ein Wassermantel 31, ein unteres Verdichtergehäuse 32, ein unteres Verdichterlaufrad 33, ein Kühlmittelzuflussanschluss 34 und ein Kühlmittelabflussanschluss 35 bezeichnet.
Wie in 1 und 6 gezeigt, ist der Kühlmittelzuflussanschluss 24 an einem kühlmittelzuflussseitigen Ende des Wassermantels 21 des oberen Abgasturboladers 20, d.h. des oberen Wassermantels 21, angeordnet, und der Kühlmittelabflussanschluss 25 ist an einem Kühlmittelabflussseitenende des oberen Wassermantels 21 angeordnet. Der Kühlmittelzuflussanschluss 34 ist an einem kühlmittelzuflussseitigen Ende des Wassermantels 31 des unteren Abgasturboladers 30, d.h. des unteren Wassermantels 31, angeordnet, und der Kühlmittelabflussanschluss 35 ist an einem Kühlmittelabflussseitenende des unteren Wassermantels 31 angeordnet. Der Kühlmittelzuflussanschluss 34 des unteren Wassermantels 31 ist durch ein Kühlmittelzuführrohr 40 mit dem Wassermantel innerhalb des Zylinderblocks 5 verbunden, und der Kühlmittelabflussanschluss 25 des oberen Wassermantels 21 ist durch ein Kühlmittelrückführrohr 41 mit einem Wassermantel innerhalb des Zylinderkopfs 6 verbunden.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Kühlmittelabflussanschluss 35 des unteren Wassermantels 31 und der Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 durch ein Kühlmittelverbindungsrohr 42 miteinander verbunden. Daher fließt in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung das Kühlmittel innerhalb des Zylinderblocks 5 durch das Kühlmittelzuführrohr 40 in den unteren Wassermantel 31, fließt dann durch das Kühlmittelverbindungsrohr 42 in den oberen Wassermantel 21, und wird dann durch das Kühlmittelrückführrohr 41 in den Wassermantel innerhalb des Zylinderkopfs 6 zurückgeführt. Somit ist es durch Verbinden des Kühlmittelabflussanschlusses 35 des unteren Wassermantels 31 und des Kühlmittelzuflussanschlusses 24 des oberen Wassermantels 21 unter Verwendung des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 möglich, die Verrohrung, durch die das Kühlmittel durch die zwei Abgasturbolader 20, 30 zirkuliert, zu vereinfachen.
Als nächstes wird das Zurückhalten von Luftblasen im Wassermantel 31, der innerhalb des unteren Verdichtergehäuses 32 des unteren Abgasturboladers 30, d.h. des unteren Wassermantels 31, vorgesehen ist, und die Abführung der zurückgehaltenen Luftblasen beschrieben. Wenn das durch den unteren Wassermantel 31 strömende Kühlmittel durch das untere Verdichtergehäuse 32 aufgeheizt wird, wird es verdampft und in Luftblasen umgewandelt. Im Besonderen ist die Temperatur des Kühlmittels in der Nähe des Kühlmittelzuflussanschlusses 34 des unteren Wassermantels 31 noch niedrig, und steigt nach und nach an, wenn das Kühlmittel weiter durch den unteren Wassermantel 31 fließt. Wenn das Kühlmittel durch einen untersten Abschnitt des unteren Wassermantels 31 fließt, fängt das Kühlmittel an zu verdampfen, so dass Luftblasen gebildet werden.
Somit wirkt eine nach oben gerichtete Auftriebskraft auf die Luftblasen, die die Luftblasen dazu bringt, sich nach oben zu bewegen, wenn im unteren Wassermantel 31 Luftblasen gebildet werden, weil das spezifische Gewicht der Luftblasen kleiner ist als das spezifische Gewicht des Kühlmittels. Wenn die so nach oben bewegten Luftblasen in einem oberen Abschnitt des unteren Wassermantels 31 zurückgehalten werden, kann ein Innenwandabschnitt des unteren Wassermantels 31, in dem die Luftblasen zurückgehalten werden, nicht mehr gekühlt werden, was zu thermischer Verformung etc. führen kann. Wenn im unteren Wassermantel 31 Luftblasen gebildet werden, ist es daher notwendig, die gebildeten Luftblasen aus dem unteren Wassermantel 31 nach außen abzulassen.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist der untere Wassermantel 31 daher so vorgesehen, dass im unteren Wassermantel 31 gebildete Luftblasen vom Kühlmittelabflussanschluss 35 abgeführt werden. Wie im Besonderen in 6 gezeigt, sind in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung der Kühlmittelzuflussanschluss 34 und der Kühlmittelabflussanschluss 35 in der Seitenwand des unteren Verdichtergehäuses 32 auf der relativ zur Rotationsachse des unteren Verdichterlaufrads 33 oberen Seite angeordnet, und der Kühlmittelabflussanschluss 35 ist des Weiteren so angeordnet, dass er sich vom oberen Abschnitt des unteren Wassermantels 31 schräg nach oben erstreckt. Wenn der Kühlmittelabflussanschluss 35 so angeordnet ist, dass er sich vom oberen Abschnitt des unteren Wassermantels 31 schräg nach oben erstreckt, werden die im oberen Abschnitt des unteren Wassermantels 31 zurückgehaltenen Luftblasen von der Kühlmittelströmung mitgenommen und vom Kühlmittelabflussanschluss 35 abgeführt. Somit werden die Luftblasen nicht im unteren Wassermantel 31 zurückgehalten.
Im Folgenden wird das Zurückhalten von Luftblasen im Wassermantel 21, der innerhalb des oberen Verdichtergehäuses 22 des oberen Abgasturboladers 20 vorgesehen ist, d.h. des oberen Wassermantels 21, und die Abführung der zurückgehalten Luftblasen beschrieben. Das Kühlmittel, das den Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantel 21 erreicht, wurde schon im unteren Wassermantel 31 aufgeheizt, so dass dieses Kühlmittel auch in der Nähe des Kühlmittelzuflussanschlusses 24 des oberen Wassermantels 21 verdampft und in Luftblasen umgewandelt werden kann.
Um solche Luftblasen vom oberen Wassermantel 21 abzuführen, ist der Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Abgasturboladers 20 auf der relativ zur Rotationsachse des oberen Verdichterlaufrads 23 oberen Seite angeordnet, und der Kühlmittelzuflussanschluss 24 ist so angeordnet, dass er sich vom kühlmittelzuflussseitigen Ende des oberen Wassermantels 21 schräg nach oben erstreckt. Im Ergebnis werden einige der in der Nähe des Kühlmittelzuflussanschlusses 24 des oberen Wassermantels 21 gebildeten Luftblasen vom Kühlmittelzuflussanschluss 24 abgeführt. Im Besonderen treiben einige der in der Nähe des Kühlmittelzuflussanschlusses 24 des oberen Wassermantels 21 gebildeten Luftblasen zusammen mit dem Kühlmittel in Richtung des Kühlmittelabflussanschlusses 25, und werden andere Luftblasen durch die Auftriebskraft entgegen der Kühlmittelströmung bewegt und vom Kühlmittelzuflussanschluss 24 abgeführt.
Somit werden im unteren Wassermantel 31 gebildete Luftblasen vom Kühlmittelabflussanschluss 35 abgeführt, und einige in der Nähe des Kühlmittelzuflussanschlusses 24 des oberen Wassermantels 21 gebildete Luftblasen werden vom Kühlmittelzuflussanschluss 24 abgeführt. In diesem Fall werden die vom Kühlmittelabflussanschluss 35 des unteren Wassermantels 31 abgeführten Luftblasen und die vom Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 abgeführten Luftblasen in das Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführt. Als nächstes werden anhand von 6 die in das Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführten Luftblasen beschrieben. Wie in 6 gezeigt, erstreckt sich ein Ende des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 vom Kühlmittelabflussanschluss 35 des unteren Wassermantels 31 schräg nach oben, und das andere Ende des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 erstreckt sich vom Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 schräg nach oben. Dementsprechend bewegen sich die Luftblasen innerhalb des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 nach oben und sammeln sich in einem Teil des Kühlmittelverbindungsrohrs 42. Weil das Kühlmittelverbindungsrohr 42 einen in 6 gezeigten konvex nach oben gebogenen Teil aufweist, sammeln sich die Luftblasen am gebogenen Teil oben. Ein Bereich, in dem sich die Luftblasen so sammeln, wird als Luftblasensammelbereich X bezeichnet.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Luftblasensammelbereich X durch ein Luftblasenablassrohr 43 mit dem Vorratstank 7 verbunden. Im Besonderen eröffnet sich in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ende des Luftblasenablassrohrs 43 in einer oberen Wand des Kühlmittelverbindungsrohrs 42, das den Luftblasensammelbereich X bereitstellt, und das Luftblasenablassrohr 43 erstreckt sich von dieser Öffnung nach oben und ist mit dem Vorratstank 7 verbunden. Dementsprechend werden die vom Luftblasensammelbereich X abgeführten Luftblasen durch das Luftblasenablassrohr 43 in den Vorratstank 7 geleitet. Im Vorratstank 7, d.h. dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7, wird der die Luftblasen bildender Wasserdampf gekühlt und in flüssiges Kühlmittel zurückumgewandelt.
Somit kann durch ein einfaches Verbindungsverfahren des Luftblasenablassrohrs 43 mit dem Kühlmittelverbindungsrohr 42 ein Luftblasenablassweg bereitgestellt werden, so dass die Produktivität der Kühlvorrichtung für Abgasturbolader verbessert werden kann. In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Luftblasenablassrohr 43 mit einem obersten Abschnitt verbunden, der im Kühlmittelverbindungsrohr 42 am weitesten oben liegt, d.h. mit dem obersten Abschnitt des gebogenen Abschnitts des Kühlmittelverbindungsrohrs 42. Auch wenn es nur eine kleine Menge an in das Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführte Luftblasen gibt, können diese Luftblasen so zuverlässig aus dem Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführt werden.
Der Kühlmittelabflussanschluss 35 des unteren Wassermantels 31 kann so angeordnet sein, dass er sich vom Kühlmittelabflussseitenende des unteren Wassermantels 31 horizontal erstreckt, oder kann so angeordnet sein, dass er sich vom Kühlmittelabflussseitenende des unteren Wassermantels 31 nach oben erstreckt. Ebenso kann der Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 so angeordnet sein, dass er sich vom Kühlmittelabflussseitenende des oberen Wassermantels 21 horizontal erstreckt, oder kann so angeordnet sein, dass er sich vom Kühlmittelabflussseitenende des oberen Wassermantels 21 nach oben erstreckt.
Wie aus der obigen Beschreibung verstanden werden kann, sind in der vorliegenden Erfindung der obere Abgasturbolader 20 und der untere Abgasturbolader 30 im Verbrennungsmotorkörper 4 so angeordnet, dass der untere Abgasturbolader 30 unterhalb des oberen Abgasturboladers 20 liegt. Bei der Kühlvorrichtung für Abgasturbolader, bei der die Abgasturbolader 20, 30 so angeordnet sind, dass deren Rotationsachsen sich in Vorne-/Hinten-Richtung oder Links-/Rechts-Richtung des Fahrzeugs erstrecken, sind der Kühlmittelabflussanschluss 35 des innerhalb des unteren Abgasturboladers 30 vorgesehenen Wassermantels 31 und der Kühlmittelzuflussanschluss 24 des innerhalb des oberen Abgasturboladers 20 vorgesehenen Wassermantels 21 durch das Kühlmittelverbindungsrohr 42 miteinander verbunden. Somit zirkuliert das Kühlmittel vom Wassermantel 31 des unteren Abgasturboladers 30 durch das Kühlmittelverbindungsrohr 42 in den Wassermantel 21 des oberen Abgasturboladers 20, wobei sich der Kühlmittelabflussanschluss 35 des Wassermantels 31 des unteren Abgasturboladers 30 vom oberen Abschnitt des Wassermantels 31 des unteren Abgasturboladers 30 horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstreckt. Der Kühlmittelzuflussanschluss 24 des Wassermantels 21 des oberen Abgasturboladers 20 erstreckt sich vom kühlmittelzuflussseitigen Ende des Wassermantels 21 des oberen Abgasturboladers 20 horizontal oder schräg nach oben oder nach oben. Der im Kühlmittelverbindungsrohr 42 vorgesehene Luftblasensammelbereich X ist durch das Luftblasenablassrohr 43 mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7 verbunden.
In der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist der oberste Abschnitt des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 durch das Luftblasenablassrohr 43 mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7 verbunden. Auf diese Weise werden die in das Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführten Luftblasen zuverlässig vom Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführt. In der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Kühlmittelverbindungsrohr 42 den konvex nach oben gebogenen Teil auf, wobei der oberste Abschnitt des gebogenen Teils des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 durch das Luftblasenablassrohr 43 mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7 verbunden ist. Auf diese Weise werden die Luftblasen zuverlässig aus dem Kühlmittelverbindungsrohr 42 abgeführt.
Wie in 6 gezeigt, ist der Kühlmittelabflussanschluss 25 des Wassermantels 21 des oberen Abgasturboladers 20, d.h. des Kühlmittelabflussanschlusses 25 des oberen Wassermantels 21, so angeordnet, dass er sich von einem oberen Abschnitt des Wassermantels schräg nach oben erstreckt. Wenn der Kühlmittelabflussanschluss 25 so angeordnet ist, dass er sich vom oberen Abschnitt des oberen Wassermantels 21 schräg nach oben erstreckt, werden die im oberen Abschnitt des oberen Wassermantels 21 zurückgehaltenen Luftblasen von der Kühlmittelströmung mitgenommen und vom Kühlmittelabflussanschluss 25 abgeführt. Daher werden die Luftblasen nicht im oberen Wassermantel 21 zurückgehalten. Die vom oberen Wassermantel 21 abgeführten Luftblasen werden durch den Zylinderkopf 6 in den Vorratstank 8 geleitet. In diesem Fall kann der Kühlmittelabflussanschluss 25 des oberen Wassermantels 21 auch so angeordnet sein, dass er sich vom oberen Abschnitt des oberen Wassermantels 21 horizontal oder nach oben erstreckt.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 zeigt die zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Unterschiede zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform sind, dass sich in der zweiten Ausführungsform der Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 und der Kühlmittelabflussanschluss 35 des unteren Wassermantels 31 von dem kühlmittelzuflussseitigen Ende des oberen Wassermantels 21 bzw. der Kühlmittelabflussseitenende des unteren Wassermantels 31 horizontal erstrecken, und dass sich das mit dem Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 verbundene Kühlmittelverbindungsrohr 42 und das mit dem Kühlmittelabflussanschluss 35 des unteren Wassermantels 31 verbundene Kühlmittelverbindungsrohr 42 vom Kühlmittelzuflussanschluss 24 bzw. dem Kühlmittelabflussanschluss 35 horizontal erstrecken. Die Konfiguration der zweiten Ausführungsform entspricht ansonsten der der ersten Ausführungsform, und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
In der zweiten Ausführungsform hat das Kühlmittelverbindungsrohr 42 keinen konvex nach oben gebogenen Teil, und Luftblasen sammeln sich an einer höchsten Stelle im Kühlmittelverbindungsrohr 42, d.h. in der Nähe einer Verbindungsstelle zwischen dem Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 und dem Kühlmittelverbindungsrohr 42. Dementsprechend ist in der zweiten Ausführungsform der Luftblasensammelbereich X an der Verbindungsstelle zwischen dem Kühlmittelzuflussanschluss 24 des oberen Wassermantels 21 und dem Kühlmittelverbindungsrohr 42 vorgesehen, wobei das Luftblasenablassrohr 43 am Luftblasensammelbereich X mit dem Kühlmittelverbindungsrohr 42 verbunden ist. Die zweite Ausführungsform hat gegenüber der ersten Ausführungsform die Vorteile, dass die Länge des Kühlmittelverbindungsrohrs 42 und der Rohrleitungsplatz für das Kühlmittelverbindungsrohr 42 reduziert werden kann.
8 zeigt eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In der ersten Ausführungsform ist der zweckbestimmte Vorratstank 7, d.h. der zweckbestimmte Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7, als Gas-Flüssigkeit-Abscheider für in den Abgasturboladern 20, 30 gebildete Luftblasen vorgesehen. In der dritten Ausführungsform wird jedoch der mit dem Kühler 2 verbundene Vorratstank 8, d.h. der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 8, verwendet, um das Kühlmittel, das die in den Abgasturboladern 20, 30 gebildeten Luftblasen aufweist, in Gas und Flüssigkeit zu trennen. Auf diese Weise kann die Zahl der Vorratstanks reduziert werden. Wie aus 1 und 8 klar ersichtlich, ist in den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung der Kühlmittelabflussanschluss 25 des Wassermantels 21 des oberen Abgasturboladers 20 mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7 oder dem anderen vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider 7 unabhängigen Gas-Flüssigkeit-Abscheider 8 verbunden.

Claims

Kühlvorrichtung (1) für Abgasturbolader (20, 30), die aufweisen: einen oberen Abgasturbolader (20), der in einem Verbrennungsmotorkörper so angeordnet ist, dass sich seine Rotationsachse in Vorne-/Hinten-Richtung oder Links-/Rechts-Richtung eines Fahrzeugs erstreckt; und einen unteren Abgasturbolader (30), der so angeordnet ist, dass er unterhalb des oberen Abgasturboladers (20) liegt und sich seine Rotationsachse in Vorne-/Hinten-Richtung oder Links-/Rechts-Richtung des Fahrzeugs erstreckt, wobei die Kühlvorrichtung (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass: (i) die Kühlvorrichtung (1) einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider (7) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er innerhalb des Verbrennungsmotors strömendes Kühlmittel mit Luftblasen in Gas und Flüssigkeit trennt, (ii) ein Kühlmittelabflussanschluss eines innerhalb des unteren Abgasturboladers (30) vorgesehenen Wassermantels (31) und ein Kühlmittelzuflussanschluss eines innerhalb des oberen Abgasturboladers (20) vorgesehenen Wassermantels (21) durch ein Kühlmittelverbindungsrohr (42) miteinander verbunden sind; (iii) das Kühlmittel vom Wassermantel (31) des unteren Abgasturboladers (30) durch das Kühlmittelverbindungsrohr (42) in den Wassermantel (21) des oberen Abgasturboladers (20) zirkuliert, und sich der Kühlmittelabflussanschluss des Wassermantels (31) des unteren Abgasturboladers (30) von einem oberen Abschnitt des Wassermantels (31) des unteren Abgasturboladers (30) horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstreckt; und (iv) sich der Kühlmittelzuflussanschluss des Wassermantels (21) des oberen Abgasturboladers (20) von einem kühlmittelzuflussseitigen Ende des Wassermantels (21) des oberen Abgasturboladers (20) horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstreckt, und ein im Kühlmittelverbindungsrohr (42) vorgesehener Luftblasensammelbereich durch ein Luftblasenablassrohr (43) mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider (7) verbunden ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberster Abschnitt des Kühlmittelverbindungsrohrs (42) durch das Luftblasenablassrohr (43) mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider (7) verbunden ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelverbindungsrohr (42) einen konvex nach oben gebogenen Teil aufweist, und dass ein oberster Abschnitt des gebogenen Teils des Kühlmittelverbindungsrohrs (42) durch das Luftblasenablassrohr (43) mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider (7) verbunden ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Kühlmittelabflussanschluss des Wassermantels (21) des oberen Abgasturboladers (20) von einem oberen Abschnitt des Wassermantels (21) des oberen Abgasturboladers (20) horizontal oder schräg nach oben oder nach oben erstreckt.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittelabflussanschluss des Wassermantels (21) des oberen Abgasturboladers (20) mit dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider (7) oder einem anderen vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider (7) unabhängigen Gas-Flüssigkeit-Abscheider (8) verbunden ist.