DE102011003001A1

DE102011003001A1 - Turbinengehäuse

Info

Publication number: DE102011003001A1
Application number: DE102011003001A
Authority: DE
Inventors: Josef Bättig; Jürg Weber; Marcel Joho; Christoph Mathey; Jerome Bonetta; Zhanjun Hou
Original assignee: ABB Turbo Systems AG
Current assignee: Accelleron Industries AG
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-07-26
Also published as: WO2012098175A1

Abstract

Das Turbinengehäuse (1) des zweistufigen Abgasturboladers, welches die gesamte Abgasführung des Hochdruckturboladers (2) und des Niederdruckturboladers (3) umschliesst, ist als ein massiver Gehäuse-Block ausgebildet, welcher als Fundament für die restlichen Bauteile der beiden Turbolader (2, 3) dient. Dank gleichgerichteter Strömungsführung wird der Anschluss des Ladeluftkühlers (4) am zweistufigen Abgasturbolader erleichtert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader für Verbrennungsmotoren. Sie betrifft das Turbinengehäuse eines zweistufigen Abgasturboladers, welcher eine Hochdruckstufe (HD) mit einer HD-Turbine und einem HD-Verdichter, sowie in Serie dazu angeordnet, eine Niederdruckstufe (ND) mit einer ND-Turbine und einem ND-Verdichter umfasst. Das Turbinengehäuse beinhaltet die gesamte Abgasführung der Hoch- und Niederdruckstufen.
Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere Hubkolbenmotoren, eingesetzt. Zwei- und Vier-Taktmotoren mit grossen Hubräumen werden üblicherweise einstufig mit einem oder mehreren parallel arbeitenden Abgasturboladern aufgeladen. Mit zunehmender Motorenleistung, sowie in jüngster Zeit vermehrt aufgrund verschärfter Emissionsanforderungen, bietet die zweistufige Aufladung gegenüber der einstufigen Aufladung beträchtliche Vorteile.
Beim Anbau von zwei in Serie geschalteten, konventionellen Turboladern an einem grossen Verbrennungsmotor können sich Platzprobleme ergeben. Insbesondere im Heissgasbereich, also bei den Bauteilen rund um die Abgasturbinen muss aufgrund der Verbindungsstutzen und Dehnungskompensationselementen für den Abgasturbolader viel Bauraum reserviert werden. Dadurch können Mehrkosten und Mehraufwände bei der Montage entstehen.
Ein weiteres Problem, welches zwei separat befestigte und über Verbindungsrohre miteinander verbundene Turbolader verursachen können, betrifft die Vibration der massiven Bauelemente. Um die Vibration im zulässigen Rahmen halten zu können, sind aufwändige Befestigungsvorkehrungen zu treffen. Bei der Anordnung der Turboalder auf den grossen Verbrennungsmotoren ist dies nicht ohne weiteres möglich und ebenfalls mit viel Aufwand verbunden.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen die gesamte Abgasführung der Hochdruck- und der Niederdruckstufen in einem gemeinsamen Gehäuse erfolgt. In der DE2502125 ist ein zweistufiger Abgasturbolader mit zwei achsparallelen Turboladern mit gegenläufiger Strömungsrichtung beschrieben. Gegenläufige Strömungsrichtung bedeutet dabei, dass die beiden Turbolader spiegelverkehrt zueinander angeordnet sind, derart, dass die beiden Turbinen benachbart und die beiden Verdichter an entgegengesetzten, freien Enden angeordnet sind. Die Turbolader weisen aussenliegende Lager auf, welche jeweils beidseits ausserhalb des Turbinengehäuses angeordnet sind, um die Lager nicht der heissen Strömung auszusetzen und die für die Wartung wichtige Zugänglichkeit zu gewährleisten. Das Turbinengehäuse umfasst damit neben den Öffnungen für Zu- und Abfuhr des Abgases und den Durchführungen der Wellen zu den Verdichtern, weitere Öffnungen für die aussenliegende Lagerung der Wellen. Jede zusätzliche Öffnung in. einem Gehäuse ist mit Mehrkosten bei der Herstellung verbunden und schwächt die Stabilität des Gehäuses.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein die gesamte Abgasführung der Hochdruck- und Niederdruckstufen eines zweistufigen Abgasturboladers umschliessendes Turbinengehäuse zu schaffen, welches eine einfache und platzsparende Anordnung des zweistufigen Abgasturboladers erlaubt und in sich stabil aufgebaut ist.
Erfindungsgemäss ist das Turbinengehäuse des zweistufigen Abgasturboladers, welches die gesamte Abgasführung der Hochdruck- und Niederdruckstufen umschliesst, als ein massiver Gehäuse-Block ausgebildet, welcher als Fundament für die restlichen Bauteile der beiden Turbolader dient. Mit Fundament ist gemeint, dass das Turbinengehäuse die übrigen Bauteile trägt, und so der gesamte Aufbau des zweistufigen Abgasturboladers über das Fundament, also das Turbinengehäuse, auf dem massiven Motorblock, oder einer auf dem Motoblock angeordneten Konsole befestigt ist. Um diese tragende Funktion wahrnehmen zu können, weist das Turbinengehäuse eine relativ grosse Masse auf. Die grosse, träge Masse bewirkt in Kombination mit einer steifere Konstruktion eine hohe Verwindungssteifigkeit. Der dadurch insgesamt äusserst steife Aufbau des zweistufigen Abgasturboladers weist hohe Eigenfrequenzen auf.
Die Befestigung des zweistufigen Abgasturboladers erfolgt erfindungsgemäss über das Turbinengehäuse. Entweder direkt auf einer Konsole des Verbrennungsmotors, oder auf einem Ladeluftkühler (Haupt- oder Zwischenkühler) oder einer anderen Motorkomponente.
Erfindungsgemäss sind im Turbinengehäuse die beiden Turboalder derart angeordneten, dass ihre Turbinen und Verdichter bezüglich ihrer jeweiligen axialen Richtung gleichgerichtet durchströmt werden, oder in anderen Worten, derart, dass die Verdichter auf der gleichen Seite des Turbinengehäuses angeordnet sind. Dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile bei der Montage und Demontage, da die beiden Turbolader als Module von einer Seite in das Turbinengehäuse hineingeschoben oder wieder heraus gezogen werden können. Zudem lässt sich das erfindungsgemäss ausgestaltete Turbinengehäuse mit der Rückwand direkt am Verbrennungsmotor oder einer anderen Gehäusewand befestigen, da die Zugänglichkeit zu den Service benötigenden Teilen von ausschliesslich von vorne erfolgen muss.
Die Achsen der Turbolader der beiden Stufen sind parallel zueinander, oder in einem kleinen Winkel von etwa 10° bis 45°, konvergierend oder divergierend, zueinander angeordnet. Durch die V-förmige Anordnung können sich Platzeinsparungen im Bereich des Turbinengehäuses oder des am entgegengesetzten Ende befindlichen Lufteintritts der Verdichter ergeben.
Das kompakte und einteilige Turbinengehäuse führt zu geringen Herstellungskosten, da die beiden Gasaustrittsgehäuse-Hälften herkömmlicher Turbolader entfallen. Das Übergangsstück zwischen der HD-Turbine und der ND-Turbine entfällt, ebenso allfällige Kompensatoren im Bereich der gasführenden Rohre oder im Befestigungsbereich der beiden Turbinen, welche bei herkömmlichen, zweistufigen Abgasturboladern separat am Untergrund befestigt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anschliessend ist anhand von Figuren das erfindungsgemäss ausgestaltete Turbinengehäuse näher beschrieben. Hierbei zeigt
1 eine isometrische Ansicht auf einen zweistufigen Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäss ausgestalteten Turbinengehäuse und darin eingesetzten Hochdruck- und Niederdruckturboladern sowie einem Ladeluftkühler,
2 eine Ansicht von oben auf die Anordnung nach 1,
3 einen entlang III-III, also entlang der Achse des Niederdruckturboladers, geführten Schnitt durch die Anordnung nach 2, wobei von den übrigen Bauteilen des zweistufigen Abgasturboladers ausser dem Turbinengehäuse lediglich die Umrisse und keine weiteren Details dargestellt sind,
4 einen entlang IV-IV, also entlang der Achse des Hochdruckturboladers, geführten Schnitt durch die Anordnung nach 2, wobei wiederum von den übrigen Bauteilen des zweistufigen Abgasturboladers ausser dem Turbinengehäuse lediglich die Umrisse und keine weiteren Details dargestellt sind
5 eine Ansicht von vorne auf die Anordnung nach 1,
6 einen entlang VI-VI geführten Schnitt durch die Anordnung nach 5, wobei wiederum von den übrigen Bauteilen des zweistufigen Abgasturboladers ausser dem Turbinengehäuse lediglich die Umrisse und keine weiteren Details dargestellt sind
7 eine isometrische Ansicht auf das leere Turbinengehäuse der Anordnung nach 1, wobei die Gehäusewände teildurchlässig dargestellt sind, so dass die von aussen an sich verdeckten, inneren Gehäusedetails sichtbar sind,
8 eine Ansicht von oben auf das leere Turbinengehäuse nach 7, wobei wiederum die Gehäusewände teildurchlässig dargestellt sind, so dass die von aussen an sich verdeckten, inneren Gehäusedetails sichtbar sind,
9 eine Ansicht von oben auf eine alternative Variante der Anordnung nach 1, mit – aus Sicht des Turbinengehäuses – konvergent verlaufenden Achsen der Turbolader,
10 eine Ansicht von oben auf eine weitere alternative Variante der Anordnung nach 1, mit – aus Sicht des Turbinengehäuses – divergent verlaufenden Achsen der Turbolader, und
11 eine Ansicht von oben auf einen zweistufigen Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäss ausgestalteten Turbinengehäuse, mit eingesetztem Hochdruckturbolader und zwei Niederdruckturboladern, wobei die Gehäusewände des Turbinengehäuses teildurchlässig dargestellt sind, so dass die von aussen an sich verdeckten, inneren Gehäusedetails sichtbar sind.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Der in der 1 in einer Ansicht von schräg vorne, in der 2 in einer Ansicht von oben und in der 5 in einer Ansicht von vorne dargestellte, erfindungsgemäss ausgestaltete, zweistufige Abgasturbolader umfasst einen Turbolader 2 der Hochdruck-Stufe, mit einer Turbine und einem Verdichter, einen Turbolader 3 der Niederdruck-Stufe, mit ebenfalls einer Turbine und einem Verdichter, wobei die beiden Stufen über ein gemeinsames Turbinengehäuse 1 verfügen. In der Folge wird in der Beschreibung den Bauteilen der Niederdruckstufe jeweils das Kürzel ND und denjenigen der Hochdruckstufe das Kürzel HD vorangestellt. In der Aussenansicht des erfindungsgemäss ausgestalteten, zweistufigen Abgasturboladers sind von den beiden Stufen jeweils lediglich die Verdichtergehäuse 22 und 32 zu sehen, sowie vom HD-Verdichter den Luftansaugstutzen 21 und der dem ND-Verdichter vorgeschaltete Filterschalldämpfer 31 zum Ansaugen der zu verdichtenden Luft. Zwischen dem Luftaustritt 37 des ND-Verdichters und dem Luftansaugstutzen 21 des HD-Verdichters ist ein Ladeluftkühler 4 dargestellt. Der dargestellte Ladeluftkühler (ein Zwischenkühler) ist lediglich als quaderförmiger Block dargestellt, ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Grössenverhältnisses zu dem Abgasturbolader. In allen Figuren nicht dargestellt sind die Abgasanschlussrohre, also die Gaszuführungsleitung zur Gaseintrittsöffnung 261 im Turbinengehäuse und die Gasabführleitung von der Gasaustrittsöffnung 14 im Turbinengehäuse zur Auspuffanlage. Ebenfalls nicht dargestellt ist die Luftzufuhrleitung vom Luftaustritt 27 des HD-Verdichters zu einem allenfalls vorhandenen, weiteren Ladeluftkühler und anschliessend zu den Brennkammern des Verbrennungsmotors. Die in der Ansicht von oben durch die Gasaustrittsöffnung 14 im Turbinengehäuse teilweise ersichtlichen Details aus dem Innern des Turbinengehäuses, namentlich die Trennwand 15 zwischen zwei im Turbinengehäuse 1 vorhandenen Kammern sowie das Gaseintrittsgehäuse 36 der ND-Turbine, werden weiter unten anhand der nachfolgenden Figuren erläutert.
Das erfindungsgemäss ausgestaltete Turbinengehäuse umfasst in der ersten, in 7 und 8 im Detail dargestellten Variante, zwei Öffnungen 17 und 18 in einer vorderen Stirnseite, zur Aufnahme und Befestigung der beiden achsparallel zueinander angeordneten und in die gleiche Richtung durchströmten Turbolader, welche jeweils über einen Radialverdichter sowie eine Axialturbine verfügen.
Durch diese Anordnung mit in gleicher Richtung durchströmten Turboladern lassen sich die Verdichter der beiden Stufen direkt und ohne lange Zuleitungen am Ladeluftkühler zwischen den beiden Verdichterstufen anschliessen. Sowohl vertikal als auch horizontal können ND-Luftaustritt und HD-Luftansaugstutzen aufeinander ausgerichtet und eng benachbart angeordnet werden. Bei der Montage des Ladeluftkühlers bringt dies enorme Vorteile, da der Ladeluftkühler als Modul direkt an die Flansche der Verdichter angeschlossen werden kann. Es müssen nicht erst noch Rohre positioniert und befestigt werden. Analog ist die Demontage für Wartungszwecke gegenüber den herkömmlichen Anordnungen stark vereinfacht, da nicht erst alle Rohre demontiert werden müssen, sondern direkt die Befestigungsmittel des Ladeluftkühlers gelöst und das Modul ausgebaut werden kann.
Diese Anordnung mit in gleicher Richtung durchströmten Turboladern bringt den weiteren Vorteil, dass der zweistufige Abgasturbolader mit der Rückseite (gegenüberliegend der Stirnseite) des Turbinengehäuses zum Motor angeordnet werden kann. Dadurch dass sich die Gaseintrittsöffnung zur HD-Turbine auf dieser Rückseite befindet, können auch hier zusätzliche Rohre im Heissgasbereich weggelassen werden, welche bei achsparallelen Turboladern mit gegengerichteten Strömungsrichtungen, notwendig sind.
Natürlich ergeben sich durch die Anordnung mit in gleicher Richtung durchströmten Turboladern auch bei der Montage, der Demontage und der Wartung der Turbolader Vorteile, da etwa die Montagekräne nicht an zwei verschiedenen Orten eingesetzt werden müssen.
Der innere Aufbau des Turbinengehäuses lässt sich anhand der 6 erläutern. Diese zeigt einen horizontal jeweils auf der Höhe der Achse der Turbolader geführten, gestuften Schnitt durch die beiden Turbolader und das Turbinengehäuse. Die kleinen schwarzen Pfeile stellen den Strömungsverlauf des heissen Abgases dar. Das Turbinengehäuse 1 umfasst erfindungsgemäss zwei Kammern, die kombinierte HD-Gasaustrittskammer 12a und ND-Gaseintrittskammer 12b sowie die ND-Gasaustrittskammer 13. Die Kammer 12 und die ND-Gasaustrittskammer 13 sind in der dargestellten Ausführungsform durch die innere Trennwand 15 voneinander getrennt. In der Trennwand 15 ist eine Öffnung zur Aufnahme des ND-Gaseintrittsgehäuses 36 vorgesehen. Das Abgas tritt durch die HD-Gaseintrittsöffnung 261 in das Turbinengehäuse ein, wird über die Laufschaufeln 25 der HD-Turbine geführt und gelangt anschliessend in den Teilbereich der Kammer 12, die HD-Gasaustrittskammer 12a. In der Kammer 12 breitet sich das Abgas aus und gelangt über den zweiten Teilbereich, die ND-Gaseintrittskammer 12b in den Bereich der Laufschaufeln 35 der ND-Turbine. Anschliessend wird das Abgas aus der ND-Gasaustrittskammer 13 über die Gasaustrittsöffnung 14 der Auspuffanlage zugeführt. Anstelle von nur einer Trennwand, können die beiden. Kammern auch durch mehrere Gehäuseteile voneinander getrennt sein, und es können neben den beiden Hauptkammern, auch noch weitere Hohlräume vorhanden sein, welche entweder ungenutzt bleiben, oder aber zur Aufnahme von Füllmaterial vorgesehen sind, etwa zu Isolationszwecken oder zur Dämpfung von Vibrationen.
Anhand der 3 und 4 lässt sich der Montagevorgang, also das Einsetzen der übrigen Teile des Turboladers in das Turbinengehäuse erklären. 3 zeigt einen entlang der Achse des ND-Turboladers 3 geführten Vertikalschnitt. Als erstes Bauelement wird bei der Montage des ND-Turboladers das Gaseintrittsgehäuse 36 der ND-Turbine in eine dafür vorgesehene, in 7 ersichtliche Öffnung 16 in der Trennwand 15 eingesetzt und im Bereich 39 entlang des Umfangs der Öffnung an der Trennwand befestigt. Das Gaseintrittsgehäuse 36 der ND-Turbine ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und passt durch die Öffnung 18 in der Wand des Turbinengehäuses. Ist das Gaseintrittsgehäuse 36 der ND-Turbine eingesetzt und befestigt, wird anschliessend das Modul mit den übrigen Teilen des ND-Turboladers ausser dem Turbinengehäuse von links in das Turbinengehäuse eingesetzt. Das Modul umfasst mehrere, in den Figuren lediglich mit ihren Umrissen angedeutete Bauteile. Der Filterschalldämpfer 31 führt dem Verdichter im Verdichtergehäuse 32 Luft zu. Alternativ kann anstelle eines Filterschalldämpfers die Luft über einen Luftansaugstutzen dem Verdichter zugeführt werden, etwa wenn im Motorraum unzureichend Frischluft verfügbar ist. Das Verdichtergehäuse ist mit dem Lagergehäuse verbunden, in welchem die Welle des Turboladers drehbar gelagert ist. Die Lagerung erfolgt zwischen den Laufrädern von Verdichter und Turbine. Die letzte Komponente des Turbolader-Einschubs, welcher als ein Modul in die in 7 ersichtliche Öffnung 18 im Turbinengehäuse eingesetzt werden kann, ist der Nabenkörper 34 mit den Laufschaufeln 35 der ND-Turbine. Der Einfachheit halber, wurde auf eine detaillierte Darstellung des gesamten, an sich bekannten Innenlebens des Turboladers verzichtet, soweit dieses für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist. Das in das Turbinengehäuse eingeschobene Modul wird abschliessend im Bereich 38 entlang des Umfangs der Öffnung in der Wand des Turbinengehäuses am Turbinengehäuse befestigt. Diese Befestigungsmittel sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Analog zu der Darstellung des ND-Turboladers in 3, zeigt 4 einen entlang der Achse des HD-Turboladers 3 geführten Vertikalschnitt durch den HD-Turbolader und das Turbinengehäuse. Im Hintergrund ist zudem das Gehäuse des ND-Turboladers sowie das in dem Bereich des ND-Turboladers breitere und höhere Turbinengehäuse zu sehen. Bei der Montage des HD-Turboladers wird als Bauelement das Gaseintrittsgehäuse 26 der HD-Turbine durch die wiederum in 7 ersichtliche Öffnung 17 in der vorderen Stirnseite des Turbinengehäuses hindurch in die Gaseintrittsöffnung 11 in der Rückseite des Turbinengehäuses eingesetzt und an der Wand des Turbinengehäuses befestigt. Das Gaseintrittsgehäuse 26 weist am freien, aus dem Turbinengehäuse ragenden Ende einen Befestigungsflansch zum Befestigen einer Abgaszuführleitung auf. Ist das Gaseintrittsgehäuse 26 der HD-Turbine eingesetzt und befestigt, wird anschliessend das Modul mit den übrigen Teilen des HD-Turboladers ausser dem Turbinengehäuse in das Turbinengehäuse eingesetzt. Das Modul umfasst wiederum die bereits beim ND-Turbolader erwähnten Bauteile, mit dem Unterschied, dass anstelle des Filterschalldämpfers der HD-Verdichter zwingend über einen Luftansaugstutzen mit bereits im ND-Verdichter verdichteter Luft versorgt wird. Im Vorliegenden Fall ist zwischen den beiden Verdichtern der Ladeluftkühler 4 zwischengeschaltet, so dass der Luftansaugstutzen 21 die Luft aus dem Ladeluftkühler 4 dem HD-Verdichter im Verdichtergehäuse 22 zuführt. Das in das Turbinengehäuse eingeschobene Modul wird abschliessend im Bereich 28 entlang des Umfangs der Öffnung in der Wand des Turbinengehäuses am Turbinengehäuse befestigt. Diese Befestigungsmittel sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Die Befestigungen 38 für den ND-Turbolader und 28 für den HD-Turbolader sind vorteilhafterweise massiv ausgestaltet, so dass sie stark genug sind, das Gesamte Gewicht des jeweiligen Turboladers zu tragen. Ein Vorteil des erfindungsgemäss ausgestalteten Turbinengehäuses besteht darin, dass durch den einfachen aber stabilen Aufbau, das Turbinengehäuse als Fundament, also tragende Einheit, des gesamten, zweistufigen Abgasturboladers dient. Die beiden Turbolader der jeweiligen Stufe sind starr mit dem Turbinengehäuse verbunden. Zusammen mit dem steifen Turbinengehäuse ergeben sich hohe Eigenfrequenzen, was für den Betrieb des Abgasturboladers auf dem Verbrennungsmotor von grossem Wert ist.
Die Befestigung des zweistufigen Abgasturboladers über das Turbinengehäuse erfolgt vorteilhafterweise mit einer kreuzförmig angeordneten Nut-Kamm-Verbindung auf einer Konsole des Verbrennungsmotors, einem Kühler oder einer anderen Motorkomponente, wobei sich der Dehnungs-Nullpunkt im Bereich der Auflagefläche zwischen den Achsen der beiden Turbolader befindet. Das Turbinengehäuse selbst wird entweder mit genügend langen (dehnfähigen) Bolzen oder mittels Klemmpratzen gegen die Auflagefläche gespannt.
9 und 10 zeigen zwei Varianten des erfindungsgemäss ausgestalteten, zweistufigen Abgasturboladers, bei welchen die Achsen der Turbolader der beiden Stufen nicht parallel verlaufen. Entsprechend verlaufen die Abschnitte der Stirnseiten des Turbinengehäuses 1 im Bereich des HD-Turboladers und im Bereich des ND-Turboladers ebenfalls nicht parallel. Verlaufen die beiden Achsen A_HD und A_ND der Turbolader aus Sicht des Turbinengehäuses konvergent, also aufeinander zu, ergibt sich durch die angewinkelte Anordnung des HD-Turboladers gegenüber dem ND-Turbolader im Bereich des Ladeluftkühlers 4 ein gegenüber der Anordnung der Turbolader mit parallel verlaufenden Achsen einen reduzierten Platzbedarf. Entsprechend kann der Ladeluftkühler in 9 weniger lang ausgeführt sein. Umgekehrt ergibt sich im Bereich des Turbinengehäuses ein reduzierter Platzbedarf, wenn die beiden Achsen A_HD und A_ND der Turbolader aus Sicht des Turbinengehäuses divergent, also auseinandergehen, verlaufen.
Analog zu der Ausführung mit zwei Abgasturboladern, könnte das Turbinengehäuse durch Einsetzen von weiteren Trennwänden auch für einen drei- oder mehrstufigen Abgasturbolader erweitert werden.
Auch liesse sich durch entsprechende Ergänzung auf der Seite der jeweiligen Stufe die Niederdruckstufe oder die Hochdruckstufe mit einem zweiten, zum ersten Turbolader parallel arbeitenden Turbolader ergänzen. In diesem Fall würde keine weitere Zwischenwand benötigt, vielmehr müsste lediglich die entsprechende Kammer erweitert und die Öffnungen für den oder die zusätzlichen Turbolader in die jeweiligen Wände des Turbinengehäuses eingelassen werden.
Natürlich liesse sich ein solcher zweiter Turbolader einer Stufe auch jeweils auf je einer Seite des Turboladers der anderen Stufe anbringen, wobei in diesem Fall das Turbinengehäuse symmetrisch bezüglich des in der Mitte angeordneten Turboladers ausgeführt sein, und gegebenenfalls eine zweite Trennwand eingesetzt werden müsste.
11 zeigt ein entsprechendes Beispiel mit zwei aussenliegenden ND-Turboladern und einem HD-Turbolader dazwischen. Das Turbinengehäuse weist eine zusätzliche Kammer für den Gasaustritt der Turbine des zweiten ND-Turboladers 3' auf, welche durch die Trennwand 15' von gemeinsamen Kammer des Gasaustritts der HD-Turbine abgetrennt ist. Zudem umfasst das Turbinengehäuse eine zusätzliche Gasaustrittsöffnung 14'. In dieser Ausführungsform sind die ND-Turbolader bei gleichem HD-Turbolader nur etwa 70% so gross, wie bei der zweistufigen Lösung mit je einem Turbolader pro Stufe.
Bezugszeichenliste

1: Turbinengehäuse
11: Gaseintrittsöffnung in der Wand des Turbinengehäuses
12: Verbindungskammer
12a: HD-Gasaustrittskammer
12b: ND-Gaseintrittskammer
13: ND-Gasaustrittskammer
14: Gasaustrittsöffnung im Turbinengehäuse
15: Trennwand zwischen der Verbindungskammer und dem ND-Gasaustritt
16: Öffnung in der Trennwand
17: Öffnung in der Wand des Turbinengehäuses für HD-Turbolader
18: Öffnung in der Wand des Turbinengehäuses für ND-Turbolader
2: Turbolader der Hochdruckstufe (HD)
21: Luftansaugstutzen des HD-Verdichters
22: HD-Verdichtergehäuse
23: HD-Lagergehäuse
24: Nabenkörper der HD-Turbine
25: Laufschaufeln der HD-Turbine
26: Gaseintrittsgehäuse der HD-Turbine
261: Gaseintrittsöffnung im Gaseintrittsgehäuse der HD-Turbine
27: Luftaustritt des HD-Verdichters
28: Befestigung des HD-Turboladers am Turbinengehäuse
29: Befestigung des HD-Gaseintrittsgehäuses am Turbinengehäuse
3: Turbolader der Niederdruckstufe (ND)
31: Filterschalldämpfer im Ansaugbereich des ND-Verdichters
32: ND-Verdichtergehäuse
33: ND-Lagergehäuse
34: Nabenkörper der ND-Turbine
35: Laufschaufeln der ND-Turbine
36: Gaseintrittsgehäuse der ND-Turbine
37: Luftaustritt des ND-Verdichters
38: Befestigung des ND-Turboladers am Turbinengehäuse
39: Befestigung des ND-Gaseintrittsgehäuses an der Zwischenwand
4: Ladeluftkühler
A_ND: Achse des Turboladers der Niederdruckstufe
A_HD: Achse des Turboladers der Hochdruckstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2502125 [0005]

Claims

Turbinengehäuse eines zweistufigen, einen Hockdruckturbolader (2) und einen Niederdruckturbolader (3) umfassenden Abgasturboladers, welches Turbinengehäuse (1) in zwei Hohlräume (12, 13) unterteilt ist, wobei der eine Hohlraum (12) den Gasaustritt der Turbine des Hochdruckturboladers mit dem Gaseintritt der Turbine des Niederdruckturboladers verbindet, und der zweite Hohlraum (13) den Gasaustritt der Turbine des Niederdruckturboladers bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse auf einer ersten Stirnseite zwei Öffnungen (17, 18) zur Aufnahme der beiden Turbolader (2, 3) aufweist, wobei durch die Anordnung der Öffnungen auf einer Stirnseite festgelegt ist, dass sich die Verdichter der beiden Turbolader jeweils auf der gleichen Seite des Turbinengehäuses befinden.
Turbinengehäuse nach Anspruch 1, wobei die zwei Hohlräume (12, 13) durch eine Trennwand (15) voneinander getrennt sind, und die Trennwand eine Öffnung (16) zur Aufnahme eines Gaseintrittsgehäuses (36) der Turbine des Niederdruckturboladers aufweist.
Turbinengehäuse nach Anspruch 2, wobei die Öffnung (18) in der Stirnseite zur Aufnahme des Niederdruckturboladers einen grösseren Durchmesser aufweist als die Öffnung (16) in der Trennwand, derart, dass sich das Gaseintrittsgehäuse (36) der Turbine des Niederdruckturboladers durch die Öffnung (18) in der Stirnseite zur Aufnahme des Niederdruckturboladers durchschieben lässt.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine zweite, der ersten Stirnseite entgegengesetzten Stirnseite des Turbinengehäuses eine Öffnung (11) zur Aufnahme eines Gaseintrittsgehäuses (26) der Turbine des Hochdruckturboladers aufweist.
Turbinengehäuse nach Anspruch 4, wobei die Öffnung (17) in der Stirnseite zur Aufnahme des Hochdruckturboladers einen grösseren Durchmesser aufweist als die Öffnung (11) in der zweiten Stirnseite des Turbinengehäuses, derart, dass sich das Gaseintrittsgehäuse (26) der Turbine des Hochdruckturboladers durch die Öffnung (17) in der Stirnseite zur Aufnahme des Hochdruckturboladers durchschieben lässt.
Befestigungsvorrichtung für einen zweistufigen Abgasturbolader, umfassend ein Turbinengehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Turbinengehäuse (1) an einem Untergrund befestigt ist, und die übrigen Teile (2, 3) des zweistufigen Abgasturboladers vom Turbinengehäuse (1) getragen werden.
Zweistufiger Abgasturbolader, umfassend mindestens einen ersten Turbolader einer Niederdruckstufe und mindestens einen zweiten Turbolader einer Hochdruckstufe, wobei die mindestens zwei Turbolader ein gemeinsames Turbinengehäuse aufweisen, welches nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Zweistufiger Abgasturbolader nach Anspruch 7, umfassend einen Ladeluftkühler (4) zwischen den Verdichtern der beiden Turbolader, wobei die beiden Turbolader derart im Turbinengehäuse angeordnet sind, dass ein Luftaustritt (37) des Verdichters des Niederdruckturboladers und ein Luftansaugstutzen (21) des Verdichters des Hochdruckturboladers derart benachbart zueinander angeordnet sind, so dass sie direkt und ohne zusätzliche Verbindungsrohre mit dem Ladeluftkühler (4) verbindbar sind.
Zweistufiger Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Niederdruckstufe zwei Turbolader und die Hochdruckstufe einen Turbolader umfasst, und das Turbinengehäuse einen dritten Hohlraum (13') umfasst, wobei der eine Hohlraum (12) den Gasaustritt der Turbine des Hochdruckturboladers mit den Gaseintritten der beiden Turbinen der Niederdruckturbolader verbindet, der zweite Hohlraum (13) den Gasaustritt des einen und der dritte Hohlraum (13') den Gasaustritt der anderen Niederdruckturbine bildet.
Zweistufiger Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Niederdruckstufe einen Turbolader und die Hochdruckstufe zwei Turbolader umfasst, wobei der eine Hohlraum des Turbinengehäuses die beiden Gasaustritte der Turbinen der beiden Hochdruckturbolader mit dem Gaseintritt der Turbine des Niederdruckturboladers verbindet, und der zweite Hohlraum den Gasaustritt der Niederdruckturbine bildet.