Abgasturbolader mit verbessertem Kühlsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Verdichtergehäuse und einem Lagergehäuse mit einem von einem Kühlmedium durchflossene Kühlkanäle aufweisenden Kühl system.

Abgasturbolader dienen dazu, den Wirkungsgrad eines Verbren nungsmotors zu verbessern und damit dessen Leistung zu steigern. Der Abgasturbolader weist hierzu eine Turbine mit einem Tur binenrad und einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, wobei die beiden Laufräder auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Das Turbinenrad wird hierbei über einen Abgasmassenstrom einer angeschlossenen Brennkraftmaschine angetrieben und treibt wiederum das Verdichterrad an. Der Verdichter verdichtet an gesaugte Frischluft und führt diese der Brennkraftmaschine zu. Die gemeinsame Welle ist in einem Lagergehäuse des Turboladers gelagert. Des Weiteren ist das Turbinenrad der Turbine in einem Turbinengehäuse angeordnet und das Verdichterrad des Verdichters in einem Verdichtergehäuse.

Eine an einen derartigen Abgasturbolader gestellte Anforderung besteht darin, die hohen Temperaturen aufzunehmen, die bei spielsweise aufgrund des heißen Abgasmassenstroms entstehen können. Hierzu ist es bekannt, Turbolader mit einem gekühlten Turbinengehäuse und einem gekühlten Lagergehäuse und einer gemeinsamen Kühlmittelzufuhr zu versehen. Ein derartiger Ab gasturbolader ist in der WO 2012/107481 Al beschrieben. Weitere Abgasturbolader mit gekühltem Turbinengehäuse und gekühltem Lagergehäuse sind aus der WO 2012/107483 Al und der WO 2012/107479 Al bekannt. Es ist ferner bei derartigen Brennkraftmaschinen bekannt, Abgas nach einer Zwischenkühlung rückzuführen und der vom Verdichter angesaugten Ladeluft zuzuführen. Bei einem derartigen Verfahren zur Abgasrückführung (AGR) werden je nach Betriebspunkt und Wirkungsgrad des Verdichters und der Menge des zugeführten Abgases im Verdichter hohe Temperaturen für die Ladeluft er reicht .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader der eingangs beschriebenen Art vorzusehen, der ein besonders leistungsfähiges Kühlsystem aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Abgasturbolader der angegebenen Art dadurch gelöst, dass das Verdichtergehäuse ein weiteres von einem Kühlmittel durchflossene Kanäle aufweisendes Kühlsystem besitzt und dass beide Kühlsysteme Schnittstellen aufweisen, die über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind .

Erfindungsgemäß wird daher eine Lösung vorgeschlagen, bei der das Kühlsystem im Lagergehäuse mit einem Kühlsystem im Verdich tergehäuse kombiniert wird. Hierdurch werden zusätzliche Schnittstellen sowie eine erforderliche Verschlauchung im Bauraum vermieden, die für eine gesonderte Kühlung des Ver dichters erforderlich wären. Es wird daher einerseits erreicht, dass auch das Verdichtergehäuse gekühlt wird, und andererseits, dass dies mit einem geringen Montageaufwand und einem geringen Aufwand an zusätzlichen Teilen erreicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Schnittstellen radial außerhalb von Kühlmittelkernen der Kühlsysteme des Verdich tergehäuses und Lagergehäuses angeordnet. Die Verbindung der Kühlsysteme beider Gehäuse erfolgt daher radial außerhalb von den in beiden Gehäusen vorgesehenen Kühlmittelkernen, die das Verdichterrad im Verdichtergehäuse und die Lagereinrichtung im Lagergehäuse ringförmig umgeben.

Das die beiden Kühlsysteme im Verdichtergehäuse und im La gergehäuse verbindende Verbindungselement ist vorzugsweise als Steckverbindungselement ausgebildet. Ferner ist das Verbin dungselement vorzugsweise als Rohrverbindungsstück ausgebildet, das Radial- und/oder Axialdichtungen aufweist. Wenn das Ver bindungselement als Steckverbindungselement ausgebildet ist, lässt sich eine besonders einfache Verbindung realisieren.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Ver bindungselement als Dichtring/Formdichtring ausgebildet.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die beiden Schnittstellen für die Verbindung der Kühlsysteme parallel zueinander auszubilden und gegenüberliegend anzuordnen, ferner die Verbindung so zu gestalten, dass die Achse des Verbin dungselementes parallel zur Hauptachse des Abgasturboladers verläuft (in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Fügerichtung) .

Die Achsen der beiden Schnittstellen werden daher so angeordnet, dass sich die beiden Achsen überdecken (koaxiale Anordnung) . Durch eine derartige Anordnung lassen sich die Fertigungs- und Montagekosten beträchtlich senken.

Wie erwähnt, werden die Achsen der Schnittstellen vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich überdecken. Die Achsen müssen jedoch nicht zwingend koaxial zueinander angeordnet sein, sondern können auch voneinander abweichen, beispielsweise maximal 10 mm zueinander und/oder 15 Grad zueinander versetzt angeordnet werden . Mit einer derartigen Anordnung wird der Vorteil erreicht, dass die Schnittstellen in bereits genutzten Bearbeitungsebenen liegen und eine separate Aufspannung für die Bearbeitung entfällt .

Bei der Montage kann das Verbindungselement in einem der beiden Gehäuse vormontiert werden. Bei der Montage des Verdichter gehäuses wird zeitgleich das Verbindungselement gefügt. Bedingt durch die ohnehin genauen Toleranzen der beiden Gehäuse zu einander ist eine axiale Fixierung des Verbindungselementes nicht erforderlich. Aufgrund der axialen Positionierung des Verdichtergehäuses zum Lagergehäuse sowie der entsprechenden Klemmkraft wird das Verbindungselement in seiner Position gehalten. Axial kann diese Position über eine Anschlagfläche je Schnittstelle gesichert werden.

Wenn das Verbindungselement als Rohrverbindungsstück ausge bildet ist, kann es beispielsweise als schnell montierbare Steckverbindung oder als abgedichtete Steckverbindung ausge führt sein. Eine axiale Fixierung des Verbindungselementes wird an sich nicht als notwendig erachtet, kann jedoch erfolgen, beispielsweise mittels einem Blech und einer Schraube.

Das weitere Kühlsystem im Verdichtergehäuse kann vom Kühlsystem im Lagergehäuse versorgt werden. Bei einer anderen Ausfüh rungsform steht das weitere Kühlsystem im Verdichtergehäuse mit einer eigenen Kühlmittelzuleitung in Verbindung, wobei diese Kühlmittelzuleitung vorzugsweise zwei parallele Kühlkreisläufe im Verdichtergehäuse und im Lagergehäuse versorgt.

Speziell ist das weitere Kühlsystem im Verdichtergehäuse so ausgebildet, dass es einen radial inneren Kühlmittelkern und einen sich hiervon nach außen bis zur Schnittstelle für das Verbindungselement zum Lagergehäuse erstreckenden Kühlkanal aufweist .

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung für ein kombiniertes Kühlsystem zwischen Verdichtergehäuse und Lagergehäuse betrifft ein weitgehend internes System, das keine äußeren Schlauch verbindungen aufweist. Es findet lediglich ein Verbindungs element Verwendung, das die Kühlmittelverbindung zwischen Verdichtergehäuse und Lagergehäuse herstellt. Ein vorzugsweise innerer Kühlkanal stellt die Verbindung zwischen diesem Ver bindungselement bzw. der entsprechenden Schnittstelle und dem inneren Kühlkern des Verdichtergehäuses her.

Bei der erwähnten weiteren Ausführungsform mündet die Kühl mittelzuleitung in das Verdichtergehäuse und erstreckt sich dabei im Verdichtergehäuse als Kühlkanal bis zum Verbin dungselement, wobei vom Kühlkanal ein zum inneren Kühlmittelkern des Verdichtergehäuses verlaufender Kühlkanal abzweigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Aus- führungsform eines Abgasturboladers;

Figur 2 räumliche Ansichten von diversen Verbindungs elementen zwischen Kühlsystemen;

Figur 3 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Aus- führungsform eines Abgasturboladers; Figur 4 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform eines Abgasturboladers ohne Verbindungselement zwischen Lagergehäuse und Verdichtergehäuse ; und

Figur 5 einen Vertikalschnitt durch noch eine andere

Ausführungsform eines Abgasturboladers.

Der in Figur 1 dargestellte Abgasturbolader besitzt in üblicher Weise von unten nach oben gesehen ein Turbinengehäuse, ein Lagergehäuse 1 und ein Verdichtergehäuse 2. Im Inneren der Gehäuse ist drehbar eine Welle 7 gelagert, die ein Verdichterrad und ein Turbinenrad sowie entsprechende Lagereinrichtungen aufweist. Einzelheiten von diesen Teilen spielen im Wesentlichen für die vorliegende Erfindung keine Rolle.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es um die Kühlsysteme, die in den einzelnen Gehäusen angeordnet sind. Dabei handelt es sich um ein im Turbinengehäuse angeordnetes Kühlsystem, ein im Lagergehäuse angeordnetes Kühlsystem sowie um ein im Ver dichtergehäuse 2 angeordnetes Kühlsystem. Das im Lagergehäuse 1 angeordnete Kühlsystem besitzt einen sich ringförmig um die Welle 7 erstreckenden Kühlmittelkern 21, und das Verdichtergehäuse 2 weist einen sich ringförmig um das Verdichterrad erstreckenden Kühlmittelkern 3 auf.

Bei dieser Ausführungsform stehen die Kühlsysteme des Lager gehäuses und des Verdichtergehäuses über ein Verbindungselement 5 miteinander in Verbindung. Eine Versorgung mit Kühlmittel kann daher von Seiten des Lagergehäuses 1 erfolgen, wobei das Kühlmittel, beispielsweise Wasser, über das Verbindungselement 5 und einen Kühlkanal 4 zum Kühlmittelkern 3 des Verdichter gehäuses gelangt. Einzelheiten des entsprechenden Verbindungselementes 5 sind in Figur 2 gezeigt. Bei dem Verbindungselement 5 kann es sich um ein Rohrverbindungsstück handeln, das mit entsprechenden O-Ringen 8 versehen ist. Dieses Rohrverbindungsstück kann über eine Steckverbindung am Lagergehäuse 1 oder Verdichtergehäuse 2 fixiert werden. Neben der in Figur 2 dargestellten Radialdichtung kann die entsprechende Verbindung zwischen Lagergehäuse 1 und Verdichtergehäuse 2 auch Axialdichtungen aufweisen.

Die entsprechende Verbindung zwischen Lagergehäuse 1 und Verdichtergehäuse 2 kann auch als Dichtring 10 ausgebildet sein, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Auch hier verbindet der Dichtring 10 das im Lagergehäuse angeordnete Kühlsystem mit dem im Verdichtergehäuse 2 ausgebildeten Kühlsystem, wobei dort die Verbindung über den Kühlkanal 4 zum Kühlmittelkern 3 erfolgt.

Um die Fertigungs- und Montagekosten zu senken, sind die Schnittstellen 11, 12 für die Verbindung der Kühlsysteme des

Lagergehäuses 1 und Verdichtergehäuses 2 so ausgeführt, dass die Achse 6 der Kühlleitung (des Verbindungselementes) parallel zu der Hauptachse des Abgasturboladers verläuft. Hierzu sind die Schnittstellen 11, 12 parallel zueinander ausgeführt. Des Weiteren sind diese Schnittstellen 11, 12 gegenüberliegend und so angeordnet, dass sich die beiden Achsen der Schnittstellen überdecken. Die spezielle Ausgestaltung dieser Schnittstellen 11, 12 sowie die Lage der Achse 6 der Verbindungsleitung sind in Figur 4 dargestellt.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kombination der Kühlsysteme des Lagergehäuses 1 und des Verdichtergehäuses 3. Hierbei erfolgt die Kühlmittelversorgung über eine Zuleitung 20, die an das Verdichtergehäuse 2 angeschlossen ist und in diesem in einen Kühlkanal übergeht. Dieser Kühlkanal setzt sich über das Verbindungselement 5 in das Lagergehäuse 1 fort. Im Kühlkanal im Verdichtergehäuse 2 zweigt ein Kühlkanal 4 zum Kühlmittelkern 3 im Verdichtergehäuse 2 ab. Es sind daher zwei parallele

Kühlkreise ausgebildet, von denen einer im Lagergehäuse 1 und einer im Verdichtergehäuse 2 angeordnet ist. Die Versorgung beider Kühlkreise erfolgt über die Kühlmittelzuleitung 20.