CZ5382U1

CZ5382U1 - Turbocharger shaft bearing housing

Info

Publication number: CZ5382U1
Application number: CZ19965806U
Authority: CZ
Inventors: Stanislav Doc. Ing. Csc. Beroun; Celestýn Ing. Scholz
Original assignee: Technická universita v Liberci; Dopravní Podnik Měst Mostu A Litvínova A.S.; Krušnohorské Strojírny A.S.
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1996-11-11

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká ložiskové skříně plnicího turbodmychadla, s řešením problému snížení teploty ložiskové skříně na straně hnací turbíny, snížení teplotního zatížení mazacího oleje a zvýšení životnosti a spolehlivosti plnicího turbodmychadla kapalinovým chlazením.The invention relates to a turbocharger bearing housing, with the problem of reducing the temperature of the drive casing on the drive turbine, reducing the thermal load of the lubricating oil and increasing the service life and reliability of the turbocharger by liquid cooling.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Přeplňování pístových spalovacích motorů, zejména vozidlových pro kategorie užitkových a nákladních vozidel, je účinným prostředkem ke zvyšování výkonových a ekologických parametrů motorů. Plnicí turbodmychadla, používaná ke stlačení plnicího vzduchu, jsou vystavena značnému teplotnímu zatížení v důsledku vysokých teplot výfukových plynů na turbínové straně plnicího agregátu. U vznětových (naftových) motorů dosahují teploty výfukových plynů na vstupu do turbíny hodnot kolem 700 °C, u zážehových motorů ještě vyšší (v některých případech až 830 ’C), u plynových zážehových motorů seřízených na velmi chudou směs jsou vstupní teploty výfukových plynů do turbíny srovnatelné s naftovými motory, tj. kolem 700 °C, prostupem tepla z turbínové strany (turbínové skříně i rotoru) do ložiskové (středové) skříně plnicího turbodmychadla působí relativně vysoké teploty i v místě ložiska rotoru turbodmychadla na jeho turbínové straně. K účinnému zvládnutí tohoto problému, tj. k udržení teplot v místě turbínového ložiska v přijatelných mezích, musí ložiskovým tělesem protékat dostatečné množství oleje, který kromě mazání ložisek rotoru v ložiskové skříni odvádí z ložiskového tělesa teplo a tímto ochlazujícím účinkem přispívá k dosažení potřebné tepelné rovnováhy uvnitř ložiskového tělesa. Efekt ochlazování ložiskového tělesa protékajícím olejem ale zanikne při zastavení motoru a potom zpravidla dojde k celkovému zvýšení teplot v ložiskovém tělese, které může dosáhnout stavu, při kterém zbytky oleje na vnitřních stěnách ložiskové skříně začnou karbonizovat, produkty tohoto procesu při dalším spuštění motoru svými abrazivními účinky rychle poškozují ložiskové plochy v tělese, plnicí turbodmychadlo postupně ztrácí potřebné provozní vlastnosti: kromě nedostatečného stlačení v důsledku zhoršené mechanické účinnosti začne zvětšením vůlí v uložení rotoru na turbínové straně pronikat olej do turbíny. Motor s takto poškozeným plnicím turbodmychadlem bude mít nižší výkon, zvýší se spotřeba oleje v motoru a ve výfukových plynech se objeví zvýšené kouření v důsledku spalování oleje v turbíně.Supercharging of reciprocating internal combustion engines, especially for commercial and commercial vehicle categories, is an effective means of increasing engine performance and environmental performance. The turbochargers used to compress the charge air are subjected to considerable thermal loads due to the high exhaust gas temperatures on the turbine side of the filling unit. For diesel engines, turbine inlet temperatures reach around 700 ° C, and even higher for petrol engines (in some cases up to 830 ° C), for very lean gasoline engines, the exhaust gas inlet temperatures are turbines comparable to diesel engines, ie about 700 ° C, heat transfer from the turbine side (turbine housing and rotor) to the bearing (center) housing of the turbocharger cause relatively high temperatures even at the turbocharger rotor bearing on its turbine side. In order to effectively manage this problem, i.e. to maintain the temperatures at the turbine bearing within acceptable limits, a sufficient amount of oil must flow through the bearing housing, which, in addition to lubricating the rotor bearings in the bearing housing, dissipates heat from the bearing housing and contributes to achieving the necessary thermal balance by this cooling effect. inside the bearing housing. However, the cooling effect of the bearing body through the flowing oil will disappear when the engine is stopped, and as a rule the temperature in the bearing housing will generally increase, which may result in the oil residue on the inner walls of the bearing housing becoming carbonized. rapidly damaging the bearing surfaces in the body, the turbocharger gradually loses the necessary operating characteristics: in addition to insufficient compression due to impaired mechanical efficiency, oil will penetrate into the turbine by increasing the clearance in the rotor rotor housing. The engine with such a damaged turbocharger will have less power, oil consumption in the engine will increase, and increased smoke will emerge in the exhaust due to oil combustion in the turbine.

Uvedené nebezpečí poškození plnicího turbodmychadla se týká jak motorů vznětových tak zážehových. U motorů vznětových (naftových) se lze takovému nebezpečí vyhnout několikaminutovým chodem motoru ve volnoběžných otáčkách, při kterých rychle klesne teplota výfukových plynů na relativně nízkou hodnotu (zpravidla pod 200 °C) a tím dojde k tak výraznému snížení teploty v celém výfukovém systému, že po zastavení motoru není zvýšení teploty v ložiskovém tělese zpravidla nebezpečné. Zcela jiná situace je ale u zážehových (benzínových i plynových) motorů, kde v důsledku kvantitativní regulace motoru je prochlazování motoru při volno-1CZ 5382 Ul běžných otáčkách málo účinné, neboť teploty výfukových plynů u těchto motorů ve volnoběhu zpravidla neklesnou pod 450 C a po jejich zastavení se teplota v ložiskové skříni po ztrátě ochlazujícího účinku oleje zvýší po několika minutách na hodnotu přes 250 °C: při takovéto teplotě potom dochází ke karbonizaci zbytků oleje na vnitřních stěnách ložiskové skříně a následnému poškození ložiskových ploch. Odstranění tohoto nebezpečí je možné pouze zvláštními provozními a konstrukčními úpravami.The risk of damage to the turbocharger mentioned applies to both diesel and gasoline engines. For diesel (diesel) engines, this can be avoided by running the engine for a few minutes at idling speed, where the exhaust gas temperature drops to a relatively low value (typically below 200 ° C), thus drastically reducing the temperature throughout the exhaust system. after stopping the engine, the temperature increase in the bearing housing is usually not dangerous. However, a completely different situation is for petrol (gas and gas) engines where, due to the quantitative regulation of the engine, the engine's cooling down at idle-1CZ 5382UL is not very effective at normal speed, as the engine exhaust temperatures generally do not fall below 450C and after after a few minutes, the temperature in the bearing housing is increased to over 250 ° C after a loss of the cooling effect of the oil: at such a temperature, the residual oil remains on the inner walls of the bearing housing and the bearing surfaces are damaged. The removal of this danger is only possible by special operating and structural modifications.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky odstraňuje ložisková skříň plnícího turbodmychadla, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že tepelný štít ložiskové skříně a část ložiskové skříně vysunutá do vnitřního pláště turbínové skříně a k oběžnému kolu turbíny, jsou spojeny do jednoho odlitku. Mezi tepelným štítem a částí ložiskové skříně je vytvořena kruhová dutina, která je přítokovým kanálem a výstupním kanálem, napojena do kapalinového chladícího systému motoru.The above mentioned drawbacks are eliminated by the bearing housing of the charging turbocharger, according to the invention, in that the bearing housing heat shield and the bearing housing part are extended into the inner casing of the turbine casing and the turbine impeller. A circular cavity is formed between the heat shield and the bearing housing portion, which is connected to the liquid cooling system of the engine by the inlet duct and the outlet duct.

Konstrukční provedení podle tohoto technického řešení odstraňuje problém vysokého teplotního zatížení ložiskové skříně plnicího turbodmychadla. Spojením ložiskové skříně s tepelným štítem do jednoho bloku a propojením dutin kanálu se umožní chlazení ložiskové skříně pomocí tlakového spádu chladícího systému motoru. Po zastavení motoru se průtok chladící kapaliny kruhovou dutinou udržuje termosifonovým účinkem.The design of this technical solution eliminates the problem of high temperature loading of the bearing turbocharger bearing housing. By connecting the bearing housing with the heat shield to one block and connecting the channel cavities, the bearing housing can be cooled by the pressure drop of the engine cooling system. After stopping the engine, the flow of coolant through the circular cavity is maintained by the thermosiphon effect.

Přehled obrázků na výkreseList of drawings in the drawing

Na obr. je znázorněno uspořádání ložiskové skříně plnicího turbodmychadla s vytvořenou kruhovou chladicí dutinou ve vysunuté ložiskové skříni směrem k turbínové straně a s vyznačením přítokového a výstupního kanálu pro připojení do chladicího systému motoru. Krátkým čárkováním je na obrázku vyznačen obrys původního tepelného štítu nasazeného na vysunutou část ložiskové skříně a oddělující vzduchovou mezerou vnitřní plášť turbínové skříně a oběžné kolo turbíny od ložiskové skříně.Referring now to the Fig. 1, there is shown a filling turbocharger bearing housing arrangement with an annular cooling cavity formed in an extended bearing housing towards the turbine side and with an inlet and an outlet conduit for connection to the engine cooling system. By short dashing, the outline of the original heat shield mounted on the extended bearing housing part is shown in the figure and separating the air casing of the turbine casing and the turbine impeller from the bearing housing.

Příklad provedení technického řešeníAn example of a technical solution

Ložisková skříň 1 plnicího turbodmychadla je upravena pro kapalinové chlazení v partii nejvyššího tepelného zatížení tím, že spojením původního tepelného štítu 2 s původním tvarem vysunuté části χ ložiskové skříně 1 směrem do turbínové skříně 4 a k oběžnému kolu turbíny 5 do jednoho odlitku je z původně vzduchové mezery mezi původním tvarem vysunuté části χ ložiskové skříně 1 a původním tepelným štítem 2 vytvořena kruhová dutina 6 pro chladicí kapalinu, která je přítokovým 7 a výstupním kanálem 8 napojena do chladicího systému motoru, přítokový a výstupní kanál jsou vytvořeny vnějšími nálitky na ložiskové skříni 1. Průmyslová využitelnostThe charge turbocharger bearing housing 1 is adapted for liquid cooling in a portion of the highest thermal load by connecting the original heat shield 2 to the original shape of the χ bearing housing 1 towards the turbine housing 4 and the turbine 5 impeller in one casting from the original air gap a circular coolant cavity 6 is formed between the original shape of the ejected bearing housing 1 and the original heat shield 2, which is connected to the engine cooling system by the inlet 7 and outlet duct 8, the inlet and outlet ducts are formed by outer risers on the bearing housing 1. Industrial usability

Ložisková skříň plnicího turbodmychadla je využitelná v motorářském průmyslu při výrobě nových motorů vznětových i zážehových s jmenovitým výkonem 120 - 300 kW i při opravách dnešních přeplňovaných motorů, zejména však u motorů plynovýchThe turbocharger bearing housing is usable in the motor industry for the production of new diesel and petrol engines with a nominal output of 120-300 kW, as well as for the repair of today's turbocharged engines, especially for gas engines

-2CZ 5382 Ul zážehových pro vozidlové i stacionární aplikace. Použití chlazené ložiskové skříně plnicího turbodmychadla podle užitného vzoru významně zvýší spolehlivost a životnost plnicích turbodmychadel a sníží tepelné zatížení mazacího oleje v motoru.-2C 5382 Ul for petrol and stationary applications. The use of a cooled turbocharger bearing housing, according to the utility model, will significantly increase the reliability and service life of the turbochargers and reduce the thermal load of the lubricating oil in the engine.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Charge turbocharger bearing housing with heat shield to protect against heat transfer from the turbine side to the bearing housing, characterized in that the heat shield (2) of the bearing housing (1) and the bearing housing part (3) extended into the inner housing of the turbine housing ( 4) and to the turbine impeller (5) are connected into a single casting, whereby a circular cavity (6) is formed between the heat shield (2) and the bearing housing part (3), which is an inflow channel (7) and an outlet channel (8) connected to the liquid cooling system of the engine.