DE3838149A1 - Aufladesystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine mit zwei baugleichen, jeweils einen Radialverdichter und eine Radialturbine aufweisenden Abgasturboladern gemäß den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Ein Aufladesystem der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-PS 31 08 288 bekannt. Beide Abgasturbolader sind mit ihren Turbinengehäusen seitlich an einem gemeinsamen Turbinenabströmgehäuse angeflanscht. Eine derartige Baueinheit erfordert einen erheblichen Platzbedarf und ist mit hohen Herstellungskosten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aufladesystem der gattungsgemäßen Bauart zu schaffen, das kompakt baut und wenige Einzelteile aufweist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Aufladesystem zeichnet sich durch eine doppelflutige Verdichtereinheit aus, die von beiden Radialturbinen aus gleichzeitig entreibbar ist. Die doppel­ flutige Verdichtereinheit besteht aus nur einem Verdichter­ gehäuse, an dem beidseitig außen kleinere Radialturbinen an­ geflanscht sind. Hierdurch wird ein Aufladesystem mit einem geringen Platzbedarf und niedrigen Herstellkosten erzielt.

Die Aufteilung in 2 getrennte Radialturbinen anstelle der 2flutigen Turbine vermeidet insbesondere eine den Gaswechsel des Zylinders behindernde Beeinflussung durch einen anderen Zylinder, dessen Zündbestand kleiner als 240° KW ist. Bei unveränderter, bisher üblicher Zusammenfassung von 2 bzw. 3 Zylindern abgasseitig werden diese nun aber den beiden, gas­ seitig völlig getrennten Radialturbinen zugeführt.

Um in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Aufladesystem mit möglichst vielen baugleichen Einzelteilen zu erhalten, besitzt die Verdichtereinheit gemäß den Merkmalen des An­ spruchs 2 ein Verdichtergehäuse mit einem mittigen Spiral­ gehäuseabschnitt und von diesem nach beiden Seiten ab­ führenden Einlaßgehäuseabschnitten. Um dabei insbesondere in gießtechnischer Hinsicht eine Vereinfachung zu erreichen, ist gemäß den Merkmalen des Anspruches 3 das Verdichtergehäuse in der Meridianebene des Spiralgehäuseabschnittes geteilt.

Gemäß Anspruch 4 wird eine einfache Verbindung von Verdichter­ gehäuse und Turbinengehäusen dadurch erreicht, daß an den Einlaßgehäuseabschnitten Anschlußflansche zur Befestigung der Turbinengehäuse über Rippen angegossen sind.

Bedingt durch die kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Aufladesystems ist es gemäß Anspruch 5 in vorteilhafter Weise möglich, sämtliche Laufräder auf nur einer gemeinsamen Laufradwelle anzuordnen und diese innerhalb der Turbinen­ gehäuse in nur zwei zwischen den Turbinenrädern liegenden Lagern abzustützen. Gegenüber dem bekannten Aufladesystem ist es dadurch möglich, die Lagerung der Laufradwelle auf zwei Lagerstellen zu reduzieren.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Aufladesystems besteht darin, daß die doppelflutige Verdichtereinheit über beide Radialturbinen antreibbar ist. Um hierbei eine wesentliche Verbesserung des Aufladegrades der Brennkraftmaschine im unteren und im mittleren Drehzahlbereich zu erzielen, ist gemäß den Merkmalen des Anspruches 6 vorgesehen, daß die Radialturbinen mit Abgas aus getrennten, von verschiedenen Zylindergruppen abgeführten Abgasleitungen beaufschlagt sind, die durch eine Bypassleitung verbunden sind, durch die mittels Abgas Steuerventile gesteuert Abgas aus beiden Abgasleitungen auf eine Radialturbine umlenkbar ist.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung ist ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Aufladesystem in einem Längsschnitt,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung den An­ schluß des Aufladesystems über getrennte Abgasleitungen an einer Brennkraftmaschine.

Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Aufladesystem 1 umfaßt eine doppelflutige Verdichtereinheit 2, an der beidseitig außen je eine vom Abgas einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine beaufschlagte Radialturbine 3 und 4 an­ geflanscht ist. Die Verdichtereinheit 2 besitzt ein Ver­ dichtergehäuse 5, das einen mittigen Spiralgehäuseabschnitt 6 aufweist, von dem nach entgegengesetzten Richtungen sich axial erstreckende Einlaßgehäuseabschnitte 7 und 8 abführen. Das Verdichtergehäuse 5 ist in der Meridianebene des Spiral­ gehäuseabschnittes 6 geteilt. Hierdurch ergeben sich zwei baugleiche Gehäusehälften, durch die das Verdichtergehäuse 5 auf einfache Weise durch Gießen hergestellt werden kann. Beide Gehäusehälften sind durch nicht dargestellte Schrauben miteinander verbunden. Das Verdichtergehäuse 5 besitzt auf beiden Seiten mit axialem Abstand von beiden Einlaßöffnungen 9 und 10 entfernt liegende Anschlußflansche 11 und 12, die über Rippel 13 und 14 mit dem Verdichtergehäuse 5 verbunden sind. An diesen Anschlußflanschen 11 und 12 sind die beiden Turbinengehäuse 15 und 16 der Radialturbinen 3 und 4 mittels Schrauben 17 angeflanscht.

Die erfindungsgemäße Kombination der beiden Abgas-Radial­ turbinen 3 und 4 mit einer doppelflutigen Verdichtereinheit 2 ergibt ein relativ kurz bauendes Aufladesystem 1. Durch die kurze, gedrungene Bauweise ist es möglich, beide Lauf­ räder 18 und 19 der Radialturbinen 3 und 4 und das Lauf­ rad 20 der Verdichtereinheit 2 auf einer gemeinsamen durch­ gehenden Laufradwelle 21 anzuordnen und diese innerhalb der Turbinengehäuse 15 und 16 in zwei Lagern 22 und 23 zu lagern. Die zwischen den Laufrädern 18 und 19 angeordneten Lager 22 und 23 sind dabei in besonderen Lagergehäusen 24 und 25 unter­ gebracht, die zusammen mit den Anschlußflanschen 11 und 12 an den Turbinengehäusen 15 und 16 gehalten sind. Zur Durch­ führung der Laufradwelle 21 besitzen sowohl die Anschluß­ flansche 11 und 12 als auch die Lagergehäuse 24 und 25 zen­ tral liegende Durchgangsöffnungen, die jeweils mittels ent­ sprechender Dichtungen gegenüber der Laufradwelle 21 abge­ dichtet sind.

Neben einem einfachen Aufbau und der gedrungenen Bauweise bietet das erfindungsgemäße Aufladesystem 1 den weiteren Vorteil, daß die Verdichtereinheit über beide Radialturbinen 3 und 4 gleichzeitig angetrieben wird. Um hierbei eine unter­ schiedliche Beaufschlagung der Radialturbinen 3 und 4 infolge von ungleichmäßigen Druckwellenverläufen in der Abgasleitung zu vermeiden, werden die Radialturbinen 3 und 4 über ge­ trennte Abgasleitungen von Zylindern mit einem ausreichen­ den Zündabstand beaufschlagt. In Fig. 2 ist ein solcher Anschluß des Aufladesystems 1 an eine Brennkraftmaschine 26 mit insgesamt sechs Zylindern schematisch dargestellt. An die Radialturbine 3 ist eine Abgassammelleitung 27 angeschlossen, in welcher die ersten drei Zylinder der Brennkraftmaschine 26 auspuffen. Hiervon getrennt ist an die Radialturbine 4 eine Abgassammelleitung 28 ange­ schlossen, in welcher die letzten drei Zylinder der Brennkraftmaschine 26 auspuffen. Die jeweils in eine der Sammelleitung 27 oder 28 auspuffenden Zylinder haben dabei einen so großen Zündabstand voneinander, daß eine gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen ist. Um bei diesem Aufladeprinzip gleichzeitig eine Verbesserung des Aufladesystems im Teillastbereich der Brennkraft­ maschine zu erreichen, sind die beiden Abgassammel­ leitungen stromauf der Radialturbinen 3 und 4 durch eine Bypassleitung 29 miteinander verbunden. An den jeweiligen Anschlußstellen der Leitungen sind besondere Abgassteuerventile 30 und 31 eingebaut, über welche das Abgas aus der Sammelleitung 27 in die Sammelleitung 28 oder umgekehrt umgelenkt werden kann. Damit ist es möglich, im unteren und mittleren Drehzahlbereich entweder die Radialturbine 3 oder die Radialturbine 4 mit dem gesamten Abgasstrom der Brennkraft­ maschine 26 zu beaufschlagen. Im mittleren Drehzahlbereich wird der Abgasstrom aus einer der beiden Abgassammelleitungen 27 oder 28 von der zunächst alleine beaufschlagten Radial­ turbine 3 oder 4 zur zweiten Radialturbine umgeleitet, bis im oberen Drehzahlbereich der normale Betrieb der beiden Radial­ turbinen 3 und 4 mit getrennter Beaufschlagung durch je eine Zylindergruppe der Brennkraftmaschine 26 erfolgt. Die­ se Form der Register- oder Sequenzaufladung hat auch noch den Vorteil, daß im Gegensatz zu der bekannten Anordnung mit zwei Abgasturboladern das Hochfahren des zweiten Abgas­ turboladers beim Umschalten nicht erforderlich ist, so daß der damit verbundene hohe Regelaufwand entfällt. Die Steuerung der beiden Abgassteuerventile 30 und 31 erfolgt zweckmäßig über geeignete pneumatische Stellzylinder von einem zen­ tralen Steuergerät aus.

Claims (6)

1. Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine mit zwei bau­ gleichen jeweils einen Radialverdichter und eine Radial­ turbine aufweisenden Abgasturboladern, deren Turbinen- und Verdichterlaufräder auf einer axial fluchtend zueinander ausgerichteten Laufradwelle befestigt sind und deren Ver­ dichter- und Turbinengehäuse eine Baueinheit bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialverdichter zu einer zweiflutigen Verdichter­ einheit (2) zusammengefaßt sind, an der beidseitig außen die Radialturbinen (3, 4) angeflanscht sind.

2. Aufgeladesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinheit (2) ein Verdichtergehäuse (5) mit einem mittigen Spiralgehäuseabschnitt (6) und von diesem nach beiden Seiten abführenden Einlaßgehäuseabschnitten (7, 8) aufweist.

3. Aufgeladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtergehäuse (5) in der Meridianebene des Spiral­ gehäuseabschnittes (6) geteilt ist.

4. Aufgeladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Einlaßgehäuseabschnitten (7, 8) Anschlußflansche (11, 12) zur Befestigung der Turbinengehäuse (15, 16) über Rippen (13, 14) angegossen sind.

5. Aufgeladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (18, 19, 20) auf einer gemeinsamen Laufrad­ welle (21) befestigt sind, die in den Turbinengehäusen (15, 16) in zwischen den Turbinenrädern (18, 19) liegenden Lagern (22, 23) abgestützt ist.

6. Aufgeladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialturbinen (3, 4) mit Abgas aus getrennten, von verschiedenen Zylindergruppen abgeführten Abgasleitungen (27, 28) beaufschlagt sind, die durch eine Bypassleitung (29) verbunden sind, durch die mittels Abgassteuerventile (30, 31) gesteuert Abgas aus beiden Abgasleitungen (28, 29) auf eine Radialturbine (3 oder 4) umlenkbar ist.