EP2042706B1 - Turboladeranordnung - Google Patents

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EP2042706B1
EP2042706B1 EP20080015918 EP08015918A EP2042706B1 EP 2042706 B1 EP2042706 B1 EP 2042706B1 EP 20080015918 EP20080015918 EP 20080015918 EP 08015918 A EP08015918 A EP 08015918A EP 2042706 B1 EP2042706 B1 EP 2042706B1
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EP
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arrangement according
turbocharger
turbocharger arrangement
internal combustion
combustion engine
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Peter Kerschenlohr
Jason Cox
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/10—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of charging or scavenging apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/14—Lubrication of pumps; Safety measures therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/007—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in parallel, e.g. at least one pump supplying alternatively
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of at least one exhaust gas turbocharger on an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such an arrangement shows, for example, the EP 1 445 448 A1 the the EP 1428999 in which an exhaust gas turbocharger is flanged on both sides of the housing of a reciprocating internal combustion engine with a V-shaped arrangement of the cylinder.
  • an exhaust gas turbocharger is flanged on both sides of the housing of a reciprocating internal combustion engine with a V-shaped arrangement of the cylinder.
  • block-like mounting brackets are provided in a complex manner, are incorporated in the media-carrying channels for supplying the exhaust gas turbocharger with lubricating oil and / or cooling water.
  • the object of the invention is to provide a turbocharger arrangement for an internal combustion engine, which is designed to be lightweight and functionally advantageous.
  • the holding device is formed by a plurality of, the media-carrying channels forming, substantially rigid, ie load or kraftab Melt or-carrying pipes. These are preferably via molded connecting flanges with the internal combustion engine and connected to the housing of an exhaust gas turbocharger.
  • the media-carrying channels to be provided anyway, in particular the coolant and lubricant channels thus form in a dual function at the same time the holding device or fastening bracket for the exhaust-gas turbocharger on the internal combustion engine by virtue of their design as force- or load-bearing pipelines. This also results in a lightweight construction, because the supporting cables with the z. B.
  • the connecting flanges can also have another, additional function in addition to their traditional function as fasteners, z. B. a housing function.
  • the pipelines may be preferably between individual spacings forming spacings, whereby a truss-like support and thus a functionally reliable mounting of exhaust gas turbochargers in a structurally relatively simple manner is possible.
  • stiffening intermediate walls with a small wall thickness can also be provided at least at partial sections of the lines.
  • the mouths of the lines are preferably in the connection flanges, in particular between at least two holes for fastening screws, which in addition to a simple mounting of the connection flanges and tight line connections are given.
  • At least a plurality of lines with stabilizing curvatures, in particular between the two connecting flanges, and / or with defined distances from each other can be implemented.
  • At least some of the lines may be provided with cooling fins formed on their outer circumference, wherein the cooling fins are particularly advantageously aligned parallel to the longitudinal axis of the lines.
  • the cooling fins contribute in addition to their cooling function in addition to the stiffening of the supporting lines.
  • the lines preferably together with the connecting flanges, can be made of light metal by die-casting.
  • two exhaust gas turbochargers may be provided, which are fastened via a respective bundle of rigid or supporting pipes, in particular via separate connection flanges to the respective supporting lines, to the internal combustion engine and to the casings of the exhaust gas turbocharger ,
  • two exhaust gas turbochargers 10, 12 are arranged on the housing of an internal combustion engine, not shown, which may be of conventional design and each having an exhaust gas turbine 14 and a compressor 16.
  • the wheels of the exhaust gas turbine 14 and the compressor 16 are connected to each other via a shaft (not shown), which are rotatably mounted in the interposed bearing housings 18 of the exhaust gas turbocharger 10, 12.
  • the non-apparent bearing of the shafts of the exhaust gas turbocharger 10, 12 are connected in a manner to be described to the pressure circulation lubricating oil system of the internal combustion engine. Furthermore, the bearing housing 18 on non-apparent cooling channels, which are supplied with cooling water of the liquid cooling system of the internal combustion engine.
  • each exhaust gas turbocharger 10, 12 via a line network 20, 22 fixedly connected to the internal combustion engine, wherein the line network 20, 22 each composed of four supporting individual lines 24, 26, 28, 30 and two integrally formed on the individual lines 24 to 30 connecting flanges 32, 34.
  • the individual lines 24 to 30 are lubricating oil and cooling water lines leading into the connecting flanges 32, 34 (visible in the Connection flanges 34) open, wherein the mouths 24a, 26a, 28a, 30a are each between at least two holes 36 for fastening screws, not shown.
  • the connecting flanges 32, 34 are by means of said mounting screws and with the interposition of appropriate seals (rubber rings or gaskets) with corresponding pads 38 on the engine and in the image plane of Fig. 1 concealed, here lower connection surfaces 40 to the bearing housings 18 of the exhaust gas turbocharger 10, 12 attached. It is understood that corresponding, corresponding to the mouths 24a, 26a, 28a, 30a of the individual lines 24 to 30 feed channels in said pads 38, 40 are provided.
  • the fastening screws penetrate on the bearing housing side to the connecting surfaces 40 integrally formed directionalenbutzen 18 a and 34 a of the connecting flanges 34th
  • the individual line 24 serves as a lubricating oil supply line, which in the flow area larger single line 26 as a lubricating oil return line.
  • the two individual lines 28, 30 as a cooling water supply line and as a cooling water return line.
  • the individual lines 24, 26, 28 and 30 thus provide the bearing housing 18 with lubricating oil and cooling water, at the same time by skillful specification and arrangement of the lines 24, 26, 28 and 30, a desired predetermined heat exchange effect, in particular in the connecting flanges 32, 34 are achieved can.
  • the individual lines 24 to 30 with their connecting flanges 32, 34 of the two line assemblies 20, 22 serve in functional unit also here as a supporting mounting bracket of the exhaust gas turbocharger 10, 12 and are designed accordingly constructive.
  • the supporting function of the individual lines 24 to 30 by design their wall thickness, provided by between the individual lines 24 to 30 Distances (without reference numeral) for enlarging the supporting base and provided by curved sections (see drawing Fig. 2 ) created on the individual lines 24 to 30. Possibly. may be provided between the individual lines 24 to 30 more, connecting webs or partitions, possibly also for certain desired sauceleit- and / or heat exchange specifications.
  • cooling fins 42 For example, as in Fig. 3 shown, some or all individual lines 24 to 30 with integrally formed, radially projecting cooling fins (generally designated 42) be provided.
  • the cooling ribs 42 preferably extend parallel to the longitudinal central axes of the individual lines 24 to 30 and thus contribute, in addition to their heat exchange function, to an increased rigidity of the supporting conductor assemblies 20, 22.
  • the cable assemblies 20, 22 with their individual lines 24 to 30 and the connecting flanges 32, 34 are made of a light metal alloy in die-casting. For smaller production quantities but also a built version with assembled items 24 to 34 may be appropriate.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zumindest eines Abgasturboladers an einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Anordnung zeigt beispielsweise die EP 1 445 448 A1 der die EP 1428999 , bei der beiderseits des Gehäuses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit V-förmiger Anordnung der Zylinder ein Abgasturbolader angeflanscht ist. Zur Befestigung der Abgasturbolader an der Brennkraftmaschine sind in aufwändiger Weise hier spezielle, blockartig ausgebildete Befestigungskonsolen vorgesehen, in die medienführende Kanäle zur Versorgung der Abgasturbolader mit Schmieröl und/oder Kühlwasser eingearbeitet sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turboladeranordnung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die gewichtsgünstig und funktionell vorteilhaft ausgeführt ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Haltevorrichtung durch mehrere, die medienführenden Kanäle ausbildende, im Wesentlichen starre, d. h. last- bzw. kraftabstützende bzw. -tragende Rohrleitungen gebildet ist. Diese sind vorzugsweise über angeformte Anschlussflansche mit der Brennkraftmaschine und mit dem Gehäuse eines Abgasturboladers verbunden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung bilden somit in einer Doppelfunktion die ohnehin vorzusehenden medienführenden Kanäle, insbesondere die Kühlmittel- und Schmiermittelkanäle durch deren Ausbildung als kraft- bzw. lasttragende Rohrleitungen gleichzeitig die Haltevorrichtung bzw. Befestigungskonsole für die Abgasturbolader an der Brennkraftmaschine. Daraus resultiert zudem auch eine leichte Konstruktion, weil die tragenden Leitungen mit den z. B. Anschlussflanschen die Funktion der schweren Befestigungskonsole mit übernehmen. Es versteht sich dabei, dass die Leitungen konstruktiv entsprechend ausgeführt sein müssen (z. B. ausreichende Wandstärken, etc.). Dabei ist durch den erfindungsgemäßen Vorschlag nicht ausgeschlossen, an dem Abgasturbolader an konstruktiv günstiger Stelle eine zusätzliche, baulich einfache Stütze anzuordnen, die z. B. eine schwingungsresistente Halterung des Abgasturboladers sicherstellt. Ferner ist es vorteilhaft, dass über die frei tragenden Leitungen eine verbesserte Kühlung der durchgeführten Medien erzielt werden kann.
  • Die Anschlussflansche können dabei neben ihrer angestammten Funktion als Befestigungsmittel auch noch eine andere, zusätzliche Funktion aufweisen, z. B. eine Gehäusefunktion.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass vier Rohrleitungen vorgesehen sind, von denen zwei Leitungen Zuführleitungen und zwei Leitungen Rücklaufleitungen für Kühlwasser und Schmieröl sind.
  • Die Rohrleitungen können bevorzugt zwischen sich Abstände bildende Einzelleitungen sein, wodurch eine fachwerkartige Abstützung und damit eine funktionssichere Halterung von Abgasturboladern auf baulich relativ einfache Weise möglich ist. Grundsätzlich können aber auch aussteifende Zwischenwände geringer Wandstärke zumindest an Teilabschnitten der Leitungen vorgesehen sein.
  • Ferner liegen die Mündungen der Leitungen bevorzugt in den Anschlussflanschen, insbesondere zwischen zumindest zwei Bohrungen für Befestigungsschrauben, wodurch neben einer einfachen Montage der Anschlussflansche auch dichte Leitungsverbindungen gegeben sind.
  • Zur Erzielung einer ausreichend steifen und robusten Halterung des Abgasturboladers können zumindest mehrere Leitungen mit stabilisierenden Krümmungen, insbesondere zwischen den beiden Anschlussflanschen, und/oder mit definierten Abständen zueinander ausgeführt sein.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können ferner zumindest einige der Leitungen mit an deren Außenumfang angeformten Kühlrippen versehen sein, wobei die Kühlrippen besonders vorteilhaft parallel zur Längsachse der Leitungen ausgerichtet sind. Damit tragen die Kühlrippen neben deren Kühlfunktion zusätzlich zur Aussteifung der tragenden Leitungen bei.
  • Fertigungstechnisch besonders günstig können die Leitungen, bevorzugt mitsamt den Anschlussflanschen, aus Leichtmetall im Druckgussverfahren hergestellt sein.
  • Schließlich können gemäß einer besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung an der Brennkraftmaschine zwei Abgasturbolader vorgesehen sein, die über jeweils ein Bündel von starren bzw. tragenden Rohrleitungen, insbesondere über voneinander getrennte Anschlussflansche an den jeweils tragenden Leitungen, an der Brennkraftmaschine und an den Gehäusen der Abgasturbolader befestigt sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die lediglich schematische Zeichnung zeigt in:
    • Fig. 1
    in raumbildlicher Darstellung zwei parallel zueinander angeordnete Abgasturbolader, die über tragende Leitungen und Anschlussflansche an einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine befestigt sind,
    Fig. 2
    die tragenden Leitungen mit den Anschlussflanschen als einzelne Bauteile, und
    Fig. 3
    einen Querschnitt gemäß Linie III - III der Fig. 2 durch zwei der Einzelleitungen.
  • Gemäß den Fig. 1 und 2 sind an dem nicht dargestellten Gehäuse einer Brennkraftmaschine zwei Abgasturbolader 10, 12 angeordnet, die handelsüblicher Bauart sein können und jeweils eine Abgasturbine 14 und einen Verdichter 16 aufweisen. Die Laufräder der Abgasturbine 14 und des Verdichters 16 sind jeweils über eine Welle (nicht ersichtlich) miteinander verbunden, die in den dazwischen befindlichen Lagergehäusen 18 der Abgasturbolader 10, 12 drehbar gelagert sind.
  • Die nicht ersichtlichen Lager der Wellen der Abgasturbolader 10, 12 sind in noch zu beschreibender Weise an das Druckumlauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen. Ferner weisen die Lagergehäuse 18 nicht ersichtliche Kühlkanäle auf, die mit Kühlwasser des Flüssigkeits-Kühlsystems der Brennkraftmaschine versorgt werden.
  • Dazu ist ein jeder Abgasturbolader 10, 12 (vgl. Fig. 2) über einen Leitungsverbund 20, 22 mit der Brennkraftmaschine fest verbunden, wobei sich der Leitungsverbund 20, 22 jeweils aus vier tragenden Einzelleitungen 24, 26, 28, 30 und zwei an die Einzelleitungen 24 bis 30 angeformten Anschlussflanschen 32, 34 zusammensetzt.
  • Die Einzelleitungen 24 bis 30 sind Schmieröl- und Kühlwasser führende Leitungen, die in die Anschlussflansche 32, 34 (ersichtlich bei den Anschlussflanschen 34) münden, wobei deren Mündungen 24a, 26a, 28a, 30a jeweils zwischen zumindest zwei Bohrungen 36 für nicht dargestellte Befestigungsschrauben liegen.
  • Die Anschlussflansche 32, 34 sind mittels der besagten Befestigungsschrauben und unter Zwischenschaltung entsprechender Dichtungen (Gummiringe oder Flachdichtungen) mit korrespondierenden Anschlussflächen 38 an der Brennkraftmaschine und in der Bildebene der Fig. 1 verdeckten, hier unterseitigen Anschlussflächen 40 an den Lagergehäusen 18 der Abgasturbolader 10, 12 befestigt. Es versteht sich, dass entsprechende, mit den Mündungen 24a, 26a, 28a, 30a der Einzelleitungen 24 bis 30 korrespondierende Zuführkanäle in den besagten Anschlussflächen 38, 40 vorgesehen sind. Die Befestigungsschrauben durchdringen dabei lagergehäuseseitig an die Anschlussflächen 40 angeformte Schraubenbutzen 18a bzw. 34a der Anschlussflansche 34.
  • Die Einzelleitung 24 dient als Schmieröl-Zuführleitung, die im Durchströmquerschnitt größere Einzelleitung 26 als Schmieröl-Rücklaufleitung. Die beiden Einzelleitungen 28, 30 als Kühlwasser-Zuführleitung und als Kühlwasser-Rücklaufleitung. Die Einzelleitungen 24, 26, 28 und 30 versorgen somit die Lagergehäuse 18 mit Schmieröl und Kühlwasser, wobei gleichzeitig durch geschickte Vorgabe und Anordnung der Leitungen 24, 26, 28 und 30 auch ein gewünschter vorgegebener Wärmetauscheffekt, insbesondere in den Anschlussflanschen 32, 34 erzielt werden kann.
  • Die Einzelleitungen 24 bis 30 mit deren Anschlussflanschen 32, 34 der beiden Leitungsverbunde 20, 22 dienen in Funktionseinheit ferner hier als tragende Befestigungskonsole der Abgasturbolader 10, 12 und sind entsprechend konstruktiv gestaltet.
  • So ist die tragende Funktion der Einzelleitungen 24 bis 30 durch Auslegung deren Wandstärke, durch zwischen den Einzelleitungen 24 bis 30 vorgesehene Abstände (ohne Bezugszeichen) zur Vergrößerung der tragenden Basis und durch vorgesehene Krümmungsabschnitte (siehe Zeichnung Fig. 2) an den Einzelleitungen 24 bis 30 geschaffen. Ggf. können zwischen den Einzelleitungen 24 bis 30 mehrere, verbindende Stege oder Zwischenwände vorgesehen sein, ggf. auch für bestimmte gewünschte Wärmeleit- und/oder Wärmetauschvorgaben.
  • So können beispielsweise wie in Fig. 3 dargestellt, einige oder alle Einzelleitungen 24 bis 30 mit angeformten, radial abragenden Kühlrippen (allgemein mit 42 bezeichnet) versehen sein. Die Kühlrippen 42 verlaufen bevorzugt parallel zu den Längsmittelachsen der Einzelleitungen 24 bis 30 und tragen damit neben deren Wärmetauschfunktion zu einer erhöhten Steifigkeit der tragenden Leitungsverbunde 20, 22 bei.
  • Die Leitungsverbunde 20, 22 mit deren Einzelleitungen 24 bis 30 und den Anschlussflanschen 32, 34 sind aus einer Leichtmetalllegierung im Druckgussverfahren hergestellt. Bei geringeren Fertigungsstückzahlen kann aber auch eine gebaute Version mit zusammengefügten Einzelteilen 24 bis 34 zweckmäßig sein.
  • Bei der dargestellten Anordnung zweier Abgasturbolader 10, 12 parallel und benachbart zueinander kann zur Erzielung einer schwingungsresistenten Halterung ggf. eine einfache Strebe (nicht dargestellt) die beiden Abgasturbolader 10, 12 bzw. deren Lagergehäuse 18 miteinander verbinden.

Claims (10)

  1. Turboladeranordnung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der der wenigstens eine Abgasturbolader (10, 12) mittels einer Haltevorrichtung an der Brennkraftmaschine gehaltert ist, wobei die Haltevorrichtung der Turboladeranordnung ferner medienführende Kanäle (24, 26, 28, 30), insbesondere für Kühlwasser und Schmiermittel, aufweist, die zwischen Abgasturbolader (10, 12) und Brennkraftmaschine verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung durch mehrere freitragende, die medienführenden Kanäle ausbildende starre Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) gebildet ist.
  2. Turboladeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) über Anschlussflansche (32, 34) mit der Brennkraftmaschine und dem Lagergehäuse (18) des Abgasturboladers (10, 12) verbunden sind.
  3. Turboladeranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vier Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) vorgesehen sind, von denen zwei Leitungen Zuführleitungen (24, 28) und zwei Leitungen Rücklaufleitungen (26, 30) für Kühlwasser und Schmieröl sind.
  4. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen durch voneinander beabstandete Einzelleitungen (24, 26, 28, 30) gebildet sind.
  5. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) in den Anschlussflanschen (32, 34) liegen, insbesondere jeweils zwischen zumindest zwei Bohrungen (36) für Befestigungsschrauben liegen.
  6. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) mit vorgegebenen Krümmungen ausgeführt sind.
  7. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) mit an deren Außenumfang angeformten Kühlrippen (42) versehen ist.
  8. Turboladeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (42) parallel zur Längsmittelachse der Rohrleitungen (24, 26, 28, 30) ausgerichtet sind.
  9. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (24, 26, 28, 30), bevorzugt mitsamt bevorzugt den Anschlussflanschen (32, 34), aus Leichtmetall im Druckgussverfahren hergestellt sind.
  10. Turboladeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Brennkraftmaschine zwei Abgasturbolader (10, 12) vorgesehen sind, die jeweils über voneinander getrennte Rohrleitungsbündel (20, 22), insbesondere über deren Anschlussflansche (32, 34), an der Brennkraftmaschine (bei 38) und an den Lagergehäusen (18) der Abgasturbolader (10, 12) befestigt sind.
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