DE19714341C2 - Verbrennungsmotor, insbesondere Diesel-Schiffsmotor, mit einem Turbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Diesel- Schiffsmotor, mit einem Turbolader gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Verbrennungsmotoren, insbesondere Schiffsmotoren, von denen die Erfindung hier ausgeht, sind üblicherweise Dieselaggregate. Damit diese eine entsprechende Leistung erbringen, und dennoch kompakt gebaut werden können, sind solche Schiffsmotoren mit sogenannten Turboladern ausgestattet. Das Grundprinzip dieser Turbolader besteht darin, die kinetische Energie, sozusagen die Druckmittelenergie, des Abgases mechanisch so zu nutzen, daß mit Hilfe dieser Energie das einzuspritzende Brennstoff/Luft-Gemisch bei der Einspritzung bereits bei einem ent­ sprechenden Druck in die Zylinder eingespritzt werden kann. Dies hat eine deutliche Leistungssteigerung, insbesondere bei Dieselmotoren, zur Folge. Der Grund dafür liegt darin, daß Dieselmotoren ohnehin eine deutlich höhere Kompression im Verbrennungsraum aufweisen als herkömmliche Verbrennungsmotoren auf Benzin oder Gasbasis.

Turbolader müssen, um wirtschaftlich arbeiten zu können, möglichst nahe am eigentlichen Verbrennungsmotor installiert sein. Größere Druckmittelwege würden auch Druckmittelverluste erzeugen. Da der Turbolader, insbesondere bei einer räumlich sehr nahen Anordnung am Verbrennungsmotor, demzufolge natürlich mit relativ heißen Verbrennungsabgasen beaufschlagt wird, und durch den sogenannten Ladevorgang zusätzlich noch selbst thermische Energie erzeugt wird, werden solche Turbolader in der Regel sehr heiß. Ein Beispiel für eine Kühlanordnung, bei welcher der Turbolader nachfolgend zum Motorkühler mitdurchflossen wird, ist aus der DE-OS 19 40 909 bekannt. Nachteilig ist hierbei, daß zunächst der Abgaskühler durchströmt wird und erst nachfolgend das Kühlmittel in den Turbolader geführt wird. Hierdurch sind die beiden Kühlstrecken nicht aufeinander abgestimmt.

Hinzu kommt bei der Verwendung in Schiffsmotoren, daß diese sich quasi im Dauerbetrieb befinden. Der Turbolader ist im übrigen ein mechanisches Hochleistungsbauteil, welches somit neben der mechanischen Belastung auch noch der besagten thermischen Belastung ausgesetzt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zum einen die thermische Belastung des Turboladers zu vermindern und eine thermische Abstimmung des Gesamtsystemes zu erreichen, und zum anderen dies in einer sehr kompakten Bauform zu realisieren.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verbrennungsmotor der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weitere bauliche, konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere im Hinblick auf die Aufgabenstellung der thermischen Entlastung des Turboladers, bei gleichzeitiger kompakter Bauform des Gesamtsystems, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Das Wesen der Erfindung besteht hierbei darin, dem Turbolader zum einen ein Abgaskühlsystem vorzuschalten, welches zum anderen quasi direkt am Verbrennungsmotorblock bzw. an den austretenden Abgasrohren angeordnet ist. Dies ist derart realisiert, daß Verbrennungsmotor, Abgaskühlsystem, sowie Turboladersystem eine zusammengefaßte Baueinheit sind, die in kompakter Weise in den vorgesehenen Einbauraum, insbesondere eines Schiffes, eingebaut werden kann. Der erfindungsgemäß plazierte Abgaskühler ist derart am Motorblock befestigt, daß der gesamte Motor baulich kaum größer wird.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Abgaskühler aus einem wasserumspülten bzw. durchspülten Rohr-in-Rohr-System. In diesem Rohr-in-Rohr- System laufen im Innenrohr alle Abgase der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors zusammen. Diese zusammengefaßten Abgase treten dann aus einem gemeinsamen Flansch aus, auf welchem der Turbolader montiert wird. Dieses zusammenfassende Abgasrohr ist von einem zweiten Rohr größeren Durchmessers umgeben, derart, daß das Abgasrohr, also das benannte Innenrohr, kühlend umspült wird.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß der Anschlußflansch für den Turbolader direkt auf dem Abgaskühler montiert ist. Dadurch entsteht eine extrem kompakte Bauform. Der Innenraum zwischen innerem und äußerem Rohr, welcher hierbei von Kühlmittel umspült wird, ist in zwei Abschnitte geteilt.

Dadurch entstehen zwei Kühlräume. Die Trennwand zwischen beiden Kühlmittelräumen ist dabei zweckmäßigerweise wie bereits ausgeführt, im Bereich des Turbolader-Anschlußflansches angeordnet. Der Flansch hat eine Verbindung zum Innenrohr, so daß durch die mittige Öffnung des Flansches die gesammelten Abgase in den am Flansch befestigten Turbolader eintreten. Desweiteren weist jedoch der Anschlußstutzen des Flansches ebenfalls zwei weitere Durchgangskanäle auf, derart, daß das Kühlmittel, in den einen Kühlmittelraum des Abgaskühlers eingespeist wird und von dort bis zur Trennwand strömt, und dort wiederum durch die entsprechende Kanalführung im Flansch in der Flanschebene austritt bzw. in den am Flansch aufmontierten Turbolader eintritt. Innerhalb des Turboladers wird derselbe dann mit dem dort einströmenden Kühlmittel ebenfalls gekühlt und flüssigkeitsschlüssig wieder in der Flanschebene in einen weiteren Kanal eingespeist, der wiederum im Bereich der Trennwand des Abgaskühlers in den zweiten Kühlmittelraum mündet. Dieser zweite Kühlmittelraum wird dann ebenfalls durchspült und am Ende des Abgaskühlers aus demselben herausgeführt.

Das Kühlmittel wird somit einer Seite des Abgaskühlers zugeführt, von dort aus strömt baulich im Flansch integriert in den Turbolader, durchströmt denselben kühlend, und strömt von dort aus wieder über einen zweiten im Anschlußflansch des Turboladers integrierten Kühlmittelkanal dann in den zweiten Kühlmittelraum des Abgaskühlers und von dort aus zum Kühlmittelausgang.

Durch die Teilung des Abgaskühlers in zwei Druckmittelräume, und zwar im Bereich des Anschlußflansches des Turboladers wird eine integrierte und schlüssige Durchspülung sowohl des Abgaskühlers als auch des Turboladers mit ein und demselben Kühlmittel bzw. Kühlmittelsystem erreicht.

Dies führt zu einer effizienten und baulich kompakten Anordnung. Die gleichzeitige Kühlung von Abgas und Turbolader mit ein und demselben Kühlsystem führt außerdem zu einer guten thermischen Abstimmung des gesamten Systemes auf nahezu eine einheitliche und konstante Betriebstemperatur.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 zeigt den Abgaskühler, jedoch ohne Verbrennungsmotor.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittdarstellung.

Fig. 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Abgaskühler, jedoch ohne Verbrennungsmotor und ohne Turbolader. Der Anschluß für den Turbolader ist jedoch gezeigt.

An dem Gehäuse 1 des Abgaskühlers sind an den beiden Enden Flansche angeordnet, einer für den Kühlmitteleingang 3 und einer für den Kühlmittelausgang 2. Unterhalb am Gehäuse sind exemplarisch lediglich zwei von einer Mehrzahl von Abgaseingängen 4 angeordnet, die mit den Abgasrohren der einzelnen Zylinder des nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors verbunden sind. Etwa in der Mitte des Abgaskühlers ist der Anschlußflansch 10 für den ebenfalls nicht weiter dargestellten Turbolader angeordnet. Der Flansch weist in der Flanschebene eine große mittige Durchgangsöffnung 13 auf, über welche das aus den einzelnen Abgaseingängen 4 gesammelte Abgas austritt, und in den auf dem Flansch 10 zu montierenden Turbolader eingeleitet wird.

Innerhalb des Gehäuses 1 sind die über die Abgaseingänge 4 eintretenden Abgase des Verbrennungsmotors in einem Innenrohr zusammengeführt und treten in der oben beschriebenen Weise aus der Durchgangsöffnung 13 wieder aus. Der Kühlwassereingang 3 und der Kühlwasserausgang 2 korrespondieren in der nachfolgend beschriebenen Weise mit den Kühlmittelöffnungen 11 und 12, die im Anschlußflansch 10 integriert sind. Auf diese Weise wird der Turbolader vom selben Kühlmittelkreislauf gespeist wie der Abgaskühler. Die erfindungsgemäße Kühlmittelführung ist in den nachfolgenden Abbildungen weiter verdeutlicht.

Fig. 2 zeigt den Abgaskühler in einer Querschnittdarstellung durch den Turboladeranschlußflansch 10. Hierbei ist zu erkennen, daß die Abgaseingänge 4 in das besagte Innenrohr, welches als Abgassammelrohr 5 bezeichnet wird, einmünden. Das Abgassammelrohr 5 ist gasschlüssig mit der Durchgangsöffnung 13 des Turboladeranschlußflansches 10 verbunden. Von dort tritt das gesammelte Abgas in Turbolader ein. Durch das erfindungsgemäße Rohr-in-Rohr-System befindet sich Zwischenraum zwischen Abgassammelrohr 5 und Gehäuse 1 die Kühlkammer 20.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Führung des Kühlmittels. Hierbei ist eine Längsschnittdarstellung durch den Abgaskühler gezeigt. Innerhalb des Gehäuses 1 ist das Abgassammelrohr 5 angeordnet, durch welches das über die Abgasanschlüsse gesammelte Abgas gemeinsam zu der Durchgangsöffnung 13 des Turboladeranschlußflansches 10 in den Turbolader geführt wird. Auf dem Weg dorthin wird das Abgas in der folgenden Weise gekühlt. Über den Kühlmitteleingang tritt das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf bzw. -reservoir in die erste Kühlmittelkammer 20b ein und umspült kühlend dort den entsprechenden Abschnitt des Abgassammelrohres 5. Der Kühlraum 20 ist in die erste und zweite Kühlkammer 20a bzw. 20b durch eine entsprechende Trennwand 30 geteilt. Von der ersten Kühlkammer 20b strömt das Kühlmittel in die im Turboladeranschlußflansch 10 integrierte Kühlmittelöffnung 12 und von dort in den hier nicht weiter dargestellten Turbolader hinein, kühlt diesen und strömt von dort wieder in die Kühlmittelöffnung 11 in die zweite Kühlkammer 20a des Abgaskühlers. Dort umspült sie den anderen Abschnitt des Abgassammelrohres, und kühlt dort die Abgase. Von dort aus strömt das Kühlmittel dann zum Kühlmittelausgang des Abgaskühlers und wird dem Kühlmittelkreislauf- bzw. Reservoir wieder zurückgeführt.

Damit ergibt sich zum einen, daß der Abgasanschluß und Kühlmittelanschluß des Turboladers in einem gemeinsamen Flansch integriert sind. Zum anderen ergibt sich, daß Turbolader und Abgaskühler in einer sehr kompakten Weise einen gemeinsamen Kühlmitteldurchfluß bzw. -kreislauf haben.

Claims (4)

1. Verbrennungsmotor, insbesondere Diesel-Schiffsmotor, mit einem Turbolader, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Turbolader ein Abgaskühlsystem angeordnet ist, auf welchem der Turbolader direkt und flüssigkeitsschlüssig angeordnet ist und vom Kühlmittelfluß des Abgaskühlers kühlend mitdurchströmt wird, und alle Abgaskanäle des Verbrennungsmotors Abgaskühler geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskühler selbst zwei Kühlmittelkammern (20a, 20b) enthält, die gemeinsam das gesamte Abgas sowie den Turbolader kühlen, derart, daß eine erste Kühlmittelkammer (20b) am Kühlmitteleingang (3) mit dem Kühlmittel­ kreislauf/Kühlmittelreservoir und ausgangsseitig mit dem Kühlmitteleingang (12) des Turboladers verbunden ist und daß der Kühlmittelausgang des Turboladers mit dem Kühlmitteleingang (11) einer zweiten Kühlmittelkammer (20a) und der Kühlmittelausgang (2) dieser zweiten Kühlmittelkammer (20a) mit dem Kühlmittelkreislauf/Kühlmittelreservoir verbunden ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskühler aus einem Rohr-in-Rohr-System besteht, wobei das Innen­ rohr (5) über Anschlußflansche (4) mit den einzelnen Abgasrohren des Ver­ brennungsmotors verbunden ist und ein weiterer Flansch (10) zur Verbindung des abgasführenden Innenrohres (5) mit dem Turbolader vorgesehen ist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelein- und der Kühlmittelausgang (11, 12) des Turboladers in derselben Flanschebene angeordnet und in demselben Flansch (10) integriert angeordnet sind, wie die Durchgangsöffnung (13) für den Eintritt des Abgases in Turbolader.

4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Teilung des Abgaskühlmittelraumes in zwei Kühlmittelräume (20a, 20b) zwischen Innenohr (5) und Gehäuse (1) etwa mittig und quer zu deren Längsrichtung eine Trennwand (30) angeordnet ist.