DE1938376U

DE1938376U - Abgasturbolader mit zwischenkuehler.

Info

Publication number: DE1938376U
Application number: DEJ12581U
Authority: DE
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1963-04-05
Filing date: 1964-04-06
Publication date: 1966-05-12
Also published as: DE1451905B1; GB1071452A; GB1071451A; US3211362A; FR1394361A; US3257069A

Description

Dipl.-lng. H. Zoepke

I 12 581/46a Gbm
International Harvester Company
180 North Michigan Avenue
Chicago, Illinois (Y.St.A.)

Abgasturbolader mit Zwischenkühler

Die Neuerung betrifft Turboverdichter, wie sie durch Auspuffgase von Verbrennungsmotoren zu deren Aufladung betrieben werden, insbesondere einen mit einem Zwischenkühler ausgerüsteten Abgasturbolader.

Bisher verwendete Konstruktionen lassen es häufig nicht zu, daß viele der an sich vorhandenen Vorzüge des Abgasturboverfahrens auch voll ausgenutzt werden können, und zwar hauptsächlich deshalb nicht, weil die dem Motor zugeführte verdichtete Luft sich zu stark erhitzt. Zwecks Abhilfe ist bereits vorgeschlagen worden, die Luft über einen Wärmeaustauscher zu leiten, wobei dieser zwischen dem Verdichterauslaß und Ansaugsammler anzuordnen wäre. Allen diesen bekannten Anordnungen ist gemeinsam, daß die Wärmeaustauscher bzw. Zwischenkühler stets eine besondere Einheit bilden und zudem noch viel Platz beanspruchen. Hierin ist einer der Gründe dafür zu suchen, daß man bisher auf Zwischenkühler, namentlich bei kleineren Motoren, verzichtet hat.

Wo sich aber bei bekannten Turboverdichtern Ansätze zu einer raumsparenden Kompaktbauweise zeigen, ist z.B. ein Zwischenkühler ringförmig um das Ansauggehäuse herumgelegt (brit. Patent 674 689). Auch die Lamellenbauweise eines Wärmetauschers mit dem weiteren Kennzeichen einer Wickelspirale ist bekannt geworden, so u.a. bei

einem Warmwasser-Heizgerät nach US-Patent 2 657 018. Der Einbau ist hier aber so erfolgt, daß das Gerät um die Ausdehnung des Kühlers länger gebaut werden muß, d.hs, der Kühler sitzt nicht auf einem bereits für einen anderen Zweck vorhandenen Bauteil, ZoB. auf dem Luftansaugstutzen, sondern er beansprucht einen besonderen Raum innerhalb des Apparategehäuses.

Die wichtigste Aufgabenstellung ist daher, den Kühler mit dem Verdichter zu einer kompakten, leichten und kostensparenden Einheit zusammenzufassen, wobei in erster Linie an eine Anwendung bei Automobilmotoren gedacht ist. Hieraus folgt zwangsläufig, daß eine solche Einheit einfach aufgebaut, billig und rationell herstellbar sowie bei störungsfreiem Lauf von langer Lebensdauer sein sollte.

In praktischer Ausführung der Neuerung umgibt der Zwischenkühler einen Teil des Verdichtergehäuses, ohne daß Kühlerteile über die Außenkontur hinausragen. Gerade dieser Umstand ist bei den oft beengten Platzverhältnissen von entscheidender Wichtigkeit. Hinzu kommt noch, daß die Kühlerstruktur teilweise als tragendes Element in den Gesamtaufbau des Verdichters mit einbezogen wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung ist der Kühler in Spiral- oder Wickelbauweise ausgeführt, wobei für die Heißluft Kanäle vorgesehen sind, die einen wirksamen Wärmeübergang auf das Kühlwasser garantieren. Es wurde darauf geachtet, daß die Strömungsquerschnitte so gestaltet sind, daß kein zu hoher Druckabfall eintreten kann» Die Natur der besonderen Kühlerstruktur bringt es mit sich, daß der wirksame Kühlerweg beliebig verkürzt oder verlängert werden kann, wodurch sich gute Anpassungsmöglichkeiten an verschiedene Betriebsbedingungen ergeben.

Die Neuerung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen Turboverdichter; Figur 2 zeigt eine Ansicht von der Reglerseite;

Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Zwischenkühler querschnitt es j

Figur 4 zeigt einen Teil des Zwischenkühlers.

In einem Turbinengehäuse 20 mit anschließendem Gehäuseteil 22 sind außer den üblichen Lagern Turbinenrotor 24, Verdichterrotor 26 und Rotorbremseinheit 27 untergebracht« An das Gehäuse 22 ist ferner der den Lufteinlaß und -Auslaß tragende Gehäuseteil 30 mit dem Zwischenkühler oder Wärmeaustauscher 28 angeflanscht. In Figur 1 und 2 ist ferner eine Regeleinheit 32 zu erkennen, die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist.

Der Gehäuseteil 22 ist ringförmig ausgebildet und weist die koaxial angeordneten labenteile 34 und 36 mit den Lagern 38 und 40 auf· Die Welle 42 durchdringt beide Lager und trägt auf einem Ende den Turbinenrotor 24, der zweckmäßigerweise mit der Welle 42 ein integrales Bauteil bildet. Das gegenüberliegende Wellenende 44 durchdringt Teil 2 7 und nimmt dann den Verdichterrotor 26 auf, welcher seinerseits mittels Unterlegscheibe und Mutter 46 auf dem Wellenende befestigt ist» Die Innenfläche des Rotors wird gegen eine Dichtung 48 gepreßt, die sich im Teil 27 befindet. Die Dichtung stößt gegen eine Zwischenscheibe 50, die ihrerseits an der Lagerbüchse 38 und der Ringkante der Welle 42 anliegt. Das Schublager 52 am Ende der Buchse 34 liegt zwischen der Dichtung 48 und der Scheibe 50. Das turbinenseitige Ende der Rotorwelle sitzt in einer normalen Dichtung 54? die mit dem Dichtungsteil 56 der Buchse 36 zusammenwirkt. Das Schmieröl wird dem Schmiersystem des Motors über eine nicht dargestellte Leitung entnommen, die zur Einlaßöffnung 60 im Gehäuse 22 führt. Das Öl sammelt sich in dem Hohlraum 62 des Gehäuses, von wo es durch den Kanal 66 dem Hauptölkreislauf wieder zugeführt wird.

Der Turbinenrotor wird von dem Gehäuse 20 umschlossen, das einen tangentialen Einlaßkanal 68 aufweist, der in einen von der Platte 72 getragenen Leitschaufelring 70 ausläuft. Nach herkömmlicher

Praxis sind die Leitschaufel]! 70 schräggestellt, um die Drehung des die Schaufeln 74 des Rotors 24 durchströmenden Gases zu erhöhen. Das Gas verläßt das Gehäuse 20 durch die Düse 76= Die einzelnen Gehäuseteile und der Zwischenkühler sind mit dem Hauptgehäuse durch einen einfachen Doppelring 78 verbunden, wobei dieser Ring den Plansch 80 des Zwischenkühlers 28 umfaßt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Ringflansch 84 des Turbinengehäuses 20 mittels einer Anzahl Bolzen 82 mit dem Doppelring 78 verbunden. Um ein genaues Zusammenpassen des Gehäuses zu gewährleisten, ist ein zusätzlicher Ring 86 vorgesehen. Diese Anordnung stellt eine einfache und sichere Verbindung dar, die bei großer Paßgenauigkeit eine besonders schnelle Demontage ermöglicht»

Der Zwischenkühler stützt sich mittels eines Ringflansches auf dem Düsenteil 92 ab, der die Leitschaufeln 96 trägt, die andererseits an der Gehäusewand 22 anliegen. Die durch die Ansaugöffnung 100 und das anschließende Rohr 98 einströmende Luft wird zunächst durch die Schaufeln 102 verdichtet, durchströmt darauf die Leitschaufeln 96 und gelangt schließlich über den Zwischenkühler 28 und die Öffnung 104 in das Ansaugsystem des Motors» Das Gehäuse 30 wird wieder mittels einer einfachen Ringklammer 106 mit dem Gehäuse des Kühlers 28 verbunden.

Der Zwischenkühler arbeitet im Gegenstrom mit Wasser und Luft und besteht aus Kühlerlamellen, die von Innen- und Außenblechen 108, 110 gebildet werden. Diese Bleche sind in geeigneter Weise, z.B. durch Punktschweißung, an den Stellen 116, 118 und 124 verbunden, so daß Wasserkanäle 120, 122 entstehen. Die spiralig gewundenen Lamellen bilden den Kühlerblock, der durch Rippen 128 in Zickzackform in seiner Lage gehalten wird. Im Betrieb tritt Kühlwasser durch den Einlaßstutzen 112 ein, durchströmt die Kühlerspirale und verläßt diese wieder durch den Auslaßstutzen 114·

Diese besondere Gestaltung des Zwischenkühlers im Zusammenwirken mit den übrigen Teilen des Turboverdichters hat es möglich gemacht, daß die Abmessungen des ganzen Aggregats durch den Kühlereinbau nicht vergrößert werden. Bei vielseitigen Einbaumöglichkeiten ist eine gute Anpassung an einen breiten Leistungsbereich vorhanden. So erlaubt es z.B. die flexible Spiralstruktur des Kühlers, dessen Außendurchmesser und damit die wirksame Kühlfläche ohne zeitraubende Änderungsarbeiten zu variieren, während bei Kühlern der üblichen Bauart nicht selten neue G-ußteile, Anschlußflansche und Dichtungen benötigt werden, sobald sich die Einbaumaße des Turboverdichters und des Motors ändern.

Im Zusammenwirken aller seiner Teile, insbesondere dank eines verbesserten Turboverdichters von einfacher, kompakter Bauart mit verbessertem Wirkungsgrad, bedingt durch Anwendung eines neuartigen Zwischenkühlers, begründet der vorgeschlagene Turboverdichter einen echten technischen Portschritt gegenüber dem Stand der Technik.

Claims

i U I Λ / I, II! , I / η /-ι Schutzansprüche

1. Zur Aufladung von Verbrennungsmotoren, vornehmlich Fahrzeugmotoren, bestimmter Turboverdichter, insbesondere Abgas-Turbolader, mit Zwischenkühleinrichtung für die Ladeluft, die als ringförmiger5 die Ansaugkammer oder einen anderen Bauteil des Verdichters umgebender Kühlerblock ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlerblock aus spiralförmigen, um die Verdichter-Ansaugkammer (98) verlegten bzw. gewickelten Lamellentafeln (108, 110) besteht, die an ihren Längsseiten (116_? 118) zur Bildung von Kühlwasser-Umlaufkanälen (120, 122), in denen Wasser im Gegenlauf zu der in zwischen den Kühlwasserkanälen (120, 122) befindlichen Leitkanälen durchströmenden, verdichteten Luft umläuft, jeweils paarweise miteinander verbunden sind»

2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmig verlaufenden Kühlwasserkanale (120, 122) mit Ausnahme des innersten, der Ansaugkamiaer (98) des Verdichters zugewandten Kanals durch eine mittig verlaufende Einschnürung (124) in den Lamellentafeln (108, 110) in zwei nebeneinanderliegende Kanalleitgruppen getrennt sind, in deren einer (120) das über den am Außenumfang des Kühlergehäuses (28) befindlichen Eintrittsstutzen (112) eintretende Kühlwasser von außen nach innen und in deren anderer (122) das Kühlwasser von innen nach außen zu dem gleichfalls am Außenumfang des Kühlergehäuses angeordneten Austrittsstutzen (114) geführt ist.

ο Turboverdichter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kühlwasserkanäle (120, 122) bildenden Lamellenpaare (108, 110) durch zwischen ihnen angeordnete, vorzugsweise zickzackförmig verlegte Rippenbänder (128), in gegenseitigem Abstand bzw. lagegerecht gehalten sind.

4· TurboVerdichter nach den Ansprüchen 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkühler (28) sich an seiner einen Innenseite auf dem Ansaugkammerrohr (98) des Verdichters und mit seiner anderen Innenseite, unter Zwischenschaltung eines Ringflansches (90), auf dem zentralen Düsenteil (92) des Verdichters abstützt, während er an seinen äußeren Umfangsseiten einerseits an dem Turboverdichtergehäuse (22) und andererseits an einem den Luftauslaß des Verdichters aufweisenden, dessen Luftansaugrohr (98) ringförmig umgebenden Gehäuseteil (30) befestigt ist.

5» Turboverdichter nach Anspruch 4_S dadurch gekennzeichnet, daß zur verdichterseitigen Befestigung des Zwischenkühlers (28) ein im wesentlichen U-förmig gestalteter Ringflansch (78) vorgesehen ist, dessen einer Schenkel mit dem Turbinengehäuse (20) verschraubt ist und dessen anderer Schenkel hinter den nach außen abgebogenen Flansch (88) eines am Zwischenkühler (28) befestigten und den Verdichterrotor (26) umschließenden Deckels (80) greift.

üblichen Preisen