DE102004061407A1

DE102004061407A1 - Exhaust gas turbocharger for internal combustion engine has bearing with two chamber whereby compressor wheel back and turbine wheel back forms first chamber wall of first and second chamber respectively

Info

Publication number: DE102004061407A1
Application number: DE200410061407
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Martin Dr. Schlegl; Steffen Dipl.-Ing. Schmitt; Frank Dipl.-Ing. Wehinger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06

Abstract

Exhaust gas turbocharger (10) has bearing (20) with two chamber, first chamber (22) and second chamber (23). The compressor wheel back (2) forms the first chamber wall (24) of first chamber and the turbine wheel back (4) forms the first chamber wall (26) of the second chamber. For the supply of the medium (21) first bearing cover (30) of first chamber has first entrance opening (34) while second bearing cover (31) of the second chamber has second entrance opening (35).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine the preamble of claim 1.

In der gattungsgemäßen Patentschrift DE 100 11 419 C2 wird ein Abgasturbolader beschrieben, der eine Abgasturbine und einen Verdichter aufweist, wobei die Abgasturbine und der Verdichter über eine Welle verbunden sind. Die Welle ist in einem Gehäuse des Abgasturboladers über mindestens ein Lager abgestützt. Das Lager ist berührungslos ausgebildet, derart, dass die Welle im Betrieb des Abgasturboladers auf Abstand und nahezu reibungsfrei zu einer gehäusefesten Lageraufnahme gehalten ist. Der Abstand entspricht der Dicke eines Polsters, das von einem im Lager vorhandenen Medium erzeugt ist. Zusätzlich zu diesem berührungslosen Lager ist ein Wälzlager vorgesehen, welches axial asymmetrisch im Abgasturbolader angeordnet ist. Damit das Lager einwandfrei funktionieren kann, muss sich im Lager zwischen rotierender Welle und der stationären, gehäuseseitigen Lageraufnahme das Polster ausbilden. Der Aufbau des Polsters benötigt einen gewissen Zeitraum, so dass insbesondere bei transienten Anfahrvorgängen des Abgasturboladers die Gefahr besteht, dass sich noch kein ausreichendes Polster gebildet hat, welches für eine reibungsfreie Lagerung erforderlich ist. Die Welle wird in diesem Betriebszustand in Kontakt mit der Lageraufnahme kommen, wodurch Reibung entsteht, die zu einem erhöhten Anfahrmoment und zu Verschleiß führt. Das eingesetzte Medium ist Luft. Die Herbeiführung des Kräftegleichgewichtes im Lager erfolgt durch einen Spalt, über den Luft zugeführt werden kann beziehungsweise über den Luft austreten kann.In the generic patent DE 100 11 419 C2 An exhaust gas turbocharger is described, which has an exhaust gas turbine and a compressor, wherein the exhaust gas turbine and the compressor are connected via a shaft. The shaft is supported in a housing of the exhaust gas turbocharger via at least one bearing. The bearing is formed without contact, such that the shaft is held in the operation of the exhaust gas turbocharger at a distance and almost frictionless to a housing-fixed bearing support. The distance corresponds to the thickness of a pad created by a medium present in the bearing. In addition to this non-contact bearing, a rolling bearing is provided, which is arranged axially asymmetrically in the exhaust gas turbocharger. In order for the bearing to function properly, the cushion must form in the bearing between the rotating shaft and the stationary, housing-side bearing support. The structure of the pad requires a certain period of time, so that there is a risk in particular during transient starting operations of the exhaust-gas turbocharger that sufficient cushion has not yet formed, which is required for friction-free mounting. In this operating state, the shaft will come into contact with the bearing mount, resulting in friction, which leads to increased starting torque and wear. The medium used is air. The bringing about of the equilibrium of forces in the bearing takes place through a gap, via which air can be supplied or can escape via the air.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in kürzester Zeit ein Kräftegleichgewicht in einem bauraumreduzierten Lager des Abgasturboladers herzustellen, um dessen Lagerreibung zu reduzieren, wodurch die Lebensdauer des Lagers sowie des gesamten Abgasturboladers erhöht wird.Of the Invention is based on the object, in a very short time a balance of power to produce in a space-reduced bearing of the exhaust gas turbocharger, to reduce its bearing friction, whereby the life of the Warehouse and the entire exhaust gas turbocharger is increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Der erfindungsgemäße Abgasturbolader nach Anspruch 1 ist zur Herbeiführung des Kräftegleichgewichtes in einem Lager als berührungsloses, aerostatisches Lager ausgebildet und weist zwei Kammern auf, wobei ein Verdichterradrücken eines Verdichters des Abgasturboladers und ein Turbinenradrücken einer Turbine des Abgasturboladers je eine Kammerwand der beiden Kammern bilden. Dadurch, dass der Verdichter und die Turbine mit ihren Radrücken als Bauteile des Lagers integriert sind, ist das Lager mit einer geringen Lagergesamtbreite in bauraumreduzierter Weise darzustellen. Die Kammern werden von zwei weiteren Kammerwänden begrenzt, die von je einem Lagerdeckel gebildet sind. Diese Lagerdeckel sind dem Verdichterradrücken und dem Turbinenradrücken gegenüber angeordnet. Die Lagerdeckel weisen je eine Eintrittsöffnung zur Zufuhr des Mediums auf. Die beiden Kammern sind bei einem Kräftegleichgewicht im Lager von den Kammerwänden druckdicht geschlossen, so dass kein Medium in die Kammern strömen könnte, wären keine Eintrittsöffnungen in den Kammern vorhanden. Es benötigt jede Kammer eine Eintrittsöffnung, da die beiden Kammern unabhängig voneinander ausgebildet sind und kein Überströmen des Mediums von einer Kammer in die andere möglich ist.Of the exhaust gas turbocharger according to the invention Claim 1 is the cause of balance of power in a warehouse as non-contact, aerostatic Bearings formed and has two chambers, wherein a Verdichterradrücken a compressor the exhaust gas turbocharger and a Turbinenradrücken a turbine of the exhaust gas turbocharger each form a chamber wall of the two chambers. Because of that Compressor and the turbine with their Radrücken as components of the camp integrated, is the bearing with a small total stock width represent in a space-reduced manner. The chambers are from two further chamber walls limited, which are each formed by a bearing cap. These bearing caps are the compressor wheel back and the turbine wheel back across from arranged. The bearing caps each have an inlet opening for supply of the medium. The two chambers are at a balance of power in the warehouse from the chamber walls pressure tight closed, so that no medium could flow into the chambers, would not be inlet openings available in the chambers. It needs each chamber has an entrance opening, because the two chambers are independent are formed from each other and no overflow of the medium from a chamber into the other possible is.

In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager ein die Kammer druckdicht schließender Kontakt der Lagerdeckel mit dem zugehörigen Radrücken aufgehoben. Das Kräfteungleichgewicht im Lager wird durch unterschiedliche Strömungsgegebenheiten im Verdichter und in der Turbine hervorgerufen. Die im Verdichter und in der Turbine auftretenden axialen Kräfte bewirken eine axiale Auslenkung des Abgasturboladers und dadurch ein Kräfteungleichgewicht im Lager. Es bildet sich eine Austrittsöffnung, aus welcher es zum Ausströmen des Mediums aus der zugehörigen Kammer kommt. Dadurch dass das Medium ausschließlich aus einer Kammer und nicht aus beiden Kammern gleichzeitig entweichen kann, ist die sich in der entsprechenden Kammer einstellende Rückstellkraft gewährleistet. Das Lager reagiert schnell auf eine Axialkrafteinwirkung.In An embodiment according to claim 2 is at a power imbalance in the camp a pressure-tight closing the contact of the bearing cap with the associated wheel rear side canceled. The power imbalance in the warehouse is due to different flow conditions in the compressor and caused in the turbine. The in the compressor and in the turbine occurring axial forces cause an axial deflection of the exhaust gas turbocharger and thereby an imbalance of forces in stock. It forms an outlet opening, from which it flows out of the Medium from the associated Chamber is coming. The fact that the medium exclusively from a chamber and can not escape from both chambers at the same time is the itself ensured in the corresponding chamber adjusting restoring force. The bearing responds quickly to an axial force.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager die Austrittsöffnung ringspaltförmig über dem gesamten Umfang des entsprechenden Radrückens ausgebildet. Aus dieser Austrittsöffnung strömt das Medium aus der entsprechenden Kammer aus. Vorteilhafterweise muss zum Ausströmen des Mediums aus der Kammer keine zusätzliche Austrittsöffnung im Lagerdeckel eingebracht werden.In A further embodiment according to claim 3 is in an imbalance of forces in the camp the outlet ring-shaped above the formed the entire circumference of the corresponding Radrückens. From this outlet opening flows the medium from the appropriate chamber. advantageously, has to emanate the medium from the chamber no additional outlet opening in the Bearing cover are introduced.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4 sind in den Eintrittsöffnungen Rückschlagventile vorgesehen. Der Vorteil der Rückschlagventile in den Eintrittsöffnungen liegt darin, dass bei einem Kräfteungleichgewicht im Lager kein Medium aus den geschlossenen Kammern über die Eintrittsöffnungen entweichen kann und sich dadurch das Kräftegleichgewicht im Lager in noch kürzerer Zeit einstellt.In A further embodiment according to claim 4 are in the inlet openings check valves intended. The advantage of the check valves in the entrance openings is that when power imbalance in the camp no medium from the closed chambers over the inlet openings can escape and thereby the balance of power in the camp in even shorter Time is setting.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist das Lager als Axiallager ausgebildet, wobei mindestens ein zweites Lager an der Welle zur Aufnahme der Radialkräfte als Radiallager in der Art eines Wälz- oder Gleitlagers ausgebildet ist. Dadurch ist eine kompakte Bauweise möglich, da ein als Radiallager ausgebildetes Lager die auftretenden Radialkräfte über seine axiale Erstreckung aufnehmen muss, so dass die axiale Erstreckung eines berührungslosen, aerostatischen Lagers im Verhältnis zu der axialen Erstreckung eines Wälz- oder Gleitlagers sehr groß wäre.In a further embodiment according to claim 5, the bearing is designed as a thrust bearing, where is formed at least a second bearing on the shaft for receiving the radial forces as a radial bearing in the manner of a rolling or sliding bearing. As a result, a compact design is possible, since a designed as a radial bearing bearings must absorb the radial forces occurring over its axial extent, so that the axial extent of a non-contact, aerostatic bearing in relation to the axial extent of a rolling or sliding bearing would be very large.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 handelt es sich bei dem Medium um ein kompressibles Medium, wie zum Beispiel Luft. Das benötigte Medium kann aus dem bereits in der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kreislauf entnommen werden. Ist das Medium Luft, so wird es zum Beispiel aus dem Luftkreislauf der Brennkraftmaschine nach dem Verdichter des Abgasturboladers entnommen.In A further embodiment according to claim 6 is at the medium around a compressible medium, such as air. The required medium can from the already provided in the engine cycle be removed. If the medium is air, it becomes, for example the air circulation of the internal combustion engine after the compressor of the Exhaust gas turbocharger removed.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist das Lager derart gestaltet, dass die Lagerdeckel mit dem zugehörigen Radrücken der zugehörigen Kammer einen die Kammer druckdicht schließenden Kontakt herstellen. Durch eine axiale Krafteinwirkung auf das Lager bildet sich die ringspaltförmige Austrittsöffnung am Umfang des zugehörigen Radrückens über die das Medium aus der entsprechenden Kammer entweichen kann. Es entweicht über die Austrittsöffnung mehr Medium als über einen an den Eintrittsöffnungen anliegenden Druck p_E zugeführt wird. Ein Druck p in der Kammer mit der Austrittsöffnung ist kleiner als der Druck p in der geschlossenen Kammer, so dass sich in der geschlossenen Kammer eine Rückstellkraft F_R einstellt, die das Kräftegleichgewicht im Lager herbeiführt.In a further embodiment according to claim 7, the bearing is designed such that the bearing cap with the associated Radrücken the associated chamber produce a pressure-tight closing the chamber contact. By an axial force acting on the bearing, the annular gap-shaped outlet opening at the periphery of the associated Radrückens forms over which the medium can escape from the corresponding chamber. It escapes through the outlet more medium than via a voltage applied to the inlet openings p _{E is} supplied. A pressure p in the chamber with the outlet opening is smaller than the pressure p in the closed chamber, so that in the closed chamber a restoring force F _{R is} established, which brings about the equilibrium of forces in the bearing.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.Further Advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings.

Dabei zeigen: there demonstrate:

1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader, bei dem im Lager ein Kräftegleichgewicht herrscht, 1 a section through an exhaust gas turbocharger according to the invention, in which there is a balance of forces in the camp,

2 einen Schnitt durch den Abgasturbolader, bei dem eine axiale, zum Verdichter weisende Kraft auf das Lager wirkt und ein Kräfteungleichgewicht erzeugt und 2 a section through the exhaust gas turbocharger, in which an axial, facing the compressor force acts on the bearing and creates an imbalance of power and

3 den Abgasturbolader entsprechend 1 mit Rückschlagventilen. 3 the exhaust gas turbocharger accordingly 1 with check valves.

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgasturboladers 10 bei einem Kräftegleichgewicht in einem Lager 20 in Schnittdarstellung, mit einem Verdichter 1 und einer Turbine 3, wobei der Verdichter 1 und die Turbine 3 über eine Welle 5 drehfest miteinander verbunden sind. Der Verdichter 1 weist einen Verdichterradrücken 2 mit einem Durchmesser D_V,R auf. Die Turbine 3 weist einen Turbinenradrücken 4 mit einem Durchmesser D_T,_R auf. Der Abgasturbolader 10 wird über das zweiteilig ausgeführte Lager 20 abgestützt, wobei das Lager 20 in einem nicht näher dargestellten Abgasturboladergehäuse des Abgasturboladers 10 untergebracht ist und sich dort abstützt. Die Bauweise des Lagers 20 ist so ausgeführt, dass das Lager 20 selbstregelnd ein Kräftegleichgewicht im Lager 20 herstellt, sobald ein Kräfteungleichgewicht aufgrund einer axial auf das Lager 20 wirkenden Kraft vorliegt.The 1 shows an exhaust gas turbocharger according to the invention 10 at a balance of power in a camp 20 in section, with a compressor 1 and a turbine 3 , where the compressor 1 and the turbine 3 over a wave 5 rotatably connected to each other. The compressor 1 has a Verdichterradrücken 2 with a diameter D _{V, R} on. The turbine 3 has a turbine rear 4 with a diameter D _T , _R on. The turbocharger 10 is via the two-part bearing 20 supported, the bearing 20 in an exhaust gas turbocharger housing not shown in detail 10 is housed and supported there. The construction of the warehouse 20 is designed so that the bearing 20 self-regulating an equilibrium of forces in the camp 20 as soon as an imbalance of forces due to an axial on the bearing 20 acting force is present.

Das Lager 20 ist als ein berührungsloses, aerostatisches Axiallager ausgebildet, welches die axial wirkenden Kräfte aufnehmen kann, die durch unterschiedliche Strömungsgegebenheiten am Verdichter 1 und an der Turbine 3 entstehen. Unter einem aerostatischen Lager ist ein Lager zu verstehen, bei dem ein kompressibles Medium, wie zum Beispiel Luft, von außen über Öffnungen in das Lager gedrückt wird. Zusätzlich ist zur Aufnahme von Radialkräften noch mindestens ein Radiallager 57 notwendig, welches in den 1 bis 3 schematisch dargestellt ist.The warehouse 20 is designed as a non-contact, aerostatic thrust bearing, which can absorb the axial forces caused by different flow conditions on the compressor 1 and at the turbine 3 arise. An aerostatic bearing means a bearing in which a compressible medium, such as air, is forced from the outside through openings in the bearing. In addition, at least one radial bearing for receiving radial forces 57 necessary, which in the 1 to 3 is shown schematically.

Das zweiteilig ausgeführte Lager 20 weist ein erstes, verdichternahes Lagerteil 201 und ein zweites, turbinennahes Lagerteil 202 auf. Beide Lagerteile 201, 202 sind als rotationssymmetrische, hohle, axial kurz erstreckende Zylinder mit einem Innendurchmesser D_K1,I D_K2,I ausgebildet und weisen je eine ein Medium 21 enthaltende, zylinderförmige Kammer 22, 23 auf. Die erste Kammer 22 mit dem Innendurchmesser D_K1,I ist dem ersten Lagerteil 201 zugeordnet, die zweite Kammer 23 mit dem Innendurchmesser D_K2,I ist dem zweiten Lagerteil 202 zugeordnet.The two-part bearing 20 has a first, near the compressor bearing part 201 and a second, turbine-near bearing part 202 on. Both bearing parts 201 . 202 are designed as a rotationally symmetrical, hollow, axially short cylinder with an inner diameter D _{K1, I} D _{K2, I} and each have a medium 21 containing, cylindrical chamber 22 . 23 on. The first chamber 22 with the inner diameter D _{K1, I} is the first bearing part 201 assigned to the second chamber 23 with the inner diameter D _{K2, I} is the second bearing part 202 assigned.

Das erste Lagerteil 201 weist eine verdichterseitig angeordnete erste Kammerwand 24 der ersten Kammer 22 auf, die von dem Verdichterradrücken 2 des Verdichters 1 gebildet ist. Turbinenseitig weist das erste Lagerteil 201 einen ersten Lagerdeckel 30 auf, der eine zweite Kammerwand 25 der ersten Kammer 22 bildet.The first bearing part 201 has a first chamber wall arranged on the compressor side 24 the first chamber 22 on the back of the compressor wheel 2 of the compressor 1 is formed. Turbine side, the first bearing part 201 a first bearing cap 30 on, a second chamber wall 25 the first chamber 22 forms.

Das zweite Lagerteil 202 weist eine turbinenseitig angeordnete erste Kammerwand 26 der zweiten Kammer 23 auf, die von dem Turbinenradrücken 4 der Turbine 3 gebildet ist. Verdichterseitig weist das zweite Lagerteil 202 einen zweiten Lagerdeckel 31 auf, der eine zweite Kammerwand 27 der zweiten Kammer 23 bildet.The second bearing part 202 has a first chamber wall arranged on the turbine side 26 the second chamber 23 on the back of the turbine 4 the turbine 3 is formed. Compressor side, the second bearing part 202 a second bearing cap 31 on, a second chamber wall 27 the second chamber 23 forms.

Die Lagerdeckel 30, 31 sind so ausgebildet, dass je eine Scheibe 300; 310 und je ein die Scheibe 300; 310 an ihrem Umfang axial fortführender Lagerdeckelrand 301; 311 die Lagerdeckel 30, 31 bilden. Eine axiale Breite B_R des Lagerdeckelrandes 301 beziehungsweise 311 ist größer als eine Wandstärke W_S der Scheiben 300 beziehungsweise 310. Der Lagerdeckelrand 301 beziehungsweise 311 ist mit der der Kammer 22 beziehungsweise 23 abgewandten Seite der Scheibe 300 beziehungsweise 310 bündig verbunden. Bei einem Kräftegleichgewicht im Lager 20 ergibt sich eine Breite B_K der Kammer 22 beziehungsweise 23 die der Breite B_R des Lagerdeckelrandes 301 beziehungsweise 311 abzüglich der Wandstärke W_S der Scheibe 300 beziehungsweise 310 entspricht.The bearing caps 30 . 31 are so educated that one disc each 300 ; 310 and one each the disc 300 ; 310 on its circumference axially continuing bearing cover edge 301 ; 311 the bearing caps 30 . 31 form. An axial width B _{R of} the bearing cover edge 301 respectively 311 is greater than a wall thickness W _{S of} the discs 300 respectively 310 , The bearing cap edge 301 respectively 311 is with the chamber 22 respectively 23 opposite side of the disc 300 respectively 310 flush connected. At a balance of power in the camp 20 results in a width B _{K of} the chamber 22 respectively 23 the width B _{R of} the bearing cover edge 301 respectively 311 minus the wall thickness W _{S of} the disc 300 respectively 310 equivalent.

Der Lagerdeckelrand 301 beziehungsweise 311 bildet einen Rand, der die Scheibe 300 beziehungsweise 310 umgibt, so dass durch den Rand ein sich axial kurz erstreckender Zylinder ergibt, in welchem die Kammer 22 beziehungsweise 23 mit dem Medium 21 eingeschlossen ist.The bearing cap edge 301 respectively 311 forms an edge that the disc 300 respectively 310 surrounds, so that by the edge results in an axially short extending cylinder, in which the chamber 22 respectively 23 with the medium 21 is included.

Der erste Lagerdeckel 30 beziehungsweise der zweite Lagerdeckel 31 weist mittig eine erste Öffnung 28 beziehungsweise eine zweite Öffnung 29 auf, in die die Welle 5 aufgenommen ist. Zwischen der Welle 5 und den Lagerdeckeln 30, 31 liegt ein erster Spalt 52 vor, der gerade so groß ist, dass er eine Reibung zwischen den Lagerdeckeln 30, 31 und der Welle 5 verhindert. Der erste Spalt 52 liegt in einer Größenordnung von 0,1 bis 0,01 mm vor.The first bearing cap 30 or the second bearing cap 31 has a first opening in the middle 28 or a second opening 29 on, in which the wave 5 is included. Between the wave 5 and the bearing caps 30 . 31 there is a first gap 52 which is just so big that it creates a friction between the bearing caps 30 . 31 and the wave 5 prevented. The first gap 52 is on the order of 0.1 to 0.01 mm.

Die Zufuhr des Mediums 21 zur ersten Kammer 22 und zur zweiten Kammer 23 erfolgt über eine erste Eintrittsöffnung 34 beziehungsweise eine zweite Eintrittsöffnung 35, die in den Scheiben 300; 310 der Lagerdeckel 30; 31 eingebracht sind. An den beiden Eintrittsöffnungen 34, 35 liegt beiderseits der Druck p_E als Überdruck an, so dass das Medium 21 den Kammern 22, 23 zuführbar ist.The supply of the medium 21 to the first chamber 22 and to the second chamber 23 takes place via a first inlet opening 34 or a second inlet opening 35 that in the slices 300 ; 310 the bearing cap 30 ; 31 are introduced. At the two inlet openings 34 . 35 on both sides of the pressure p _E as overpressure, so that the medium 21 the chambers 22 . 23 can be fed.

Die Innendurchmesser D_K1,I, D_K2,I der Kammern 22, 23 entsprechen dem Durchmesser des Verdichterradrückens D_V,R beziehungsweise dem Durchmesser des Turbinenraddurchmessers D_T,_R. Bei herrschendem Kräftegleichgewicht im Lager 20 bildet eine Verdichterradrückenaußenkante 6 des Verdichterradrückens 2 beziehungsweise eine Turbinenradrückenaußenkante 7 des Turbinenradrückens 4 mit einer den Innendurchmesser D_K1,I beziehungsweise D_K2,I begrenzenden ersten Kante 302 des ersten Lagerdeckelrandes 301 beziehungsweise zweiten Kante 312 des zweiten Lagerdeckelrandes 311 einen druckdichten Kontakt durch eine lineare Berührung der Kanten. Die Kammern 22, 23 sind damit druckdicht gegen die Umgebung abgedichtet und es herrscht ein Druck p_K in den Kammern 22, 23.The inner diameter D _{K1, I} , D _{K2, I of} the chambers 22 . 23 correspond to the diameter of the compressor wheel back D _{V, R} or the diameter of the turbine wheel diameter D _T , _R. At prevailing balance of power in the camp 20 forms a compressor wheel back outer edge 6 of the compressor wheel back 2 or a turbine rear edge 7 of the turbine wheel back 4 with a first edge bounding the inner diameter D _{K1, I} or D _{K2, I} _, respectively 302 of the first bearing cap edge 301 or second edge 312 of the second bearing cap edge 311 a pressure-tight contact by a linear contact of the edges. The chambers 22 . 23 are thus sealed pressure-tight against the environment and there is a pressure p _K in the chambers 22 . 23 ,

Bei einem Kräftegleichgewicht im Lager 20 ist der Druck p_K in der ersten Kammer 22 nicht zwingend gleich groß dem Druck p_K in der zweiten Kammer 23. Er ist nur dann in den beiden Kammern 22, 23 gleich groß, wenn der Durchmesser D_V,R des Verdichterradrückens 2 und der Durchmesser D_T,_R des Turbinenradrückens 4 gleich groß sind. Sind die Durchmesser D_V,R, D_T,R des Verdichterradrückens 2 und des Turbinenradrückens 4 verschieden groß, ist der Druck p_K in den beiden Kammern 22, 23 unterschiedlich groß.At a balance of power in the camp 20 is the pressure p _K in the first chamber 22 not necessarily equal to the pressure p _K in the second chamber 23 , He is only in the two chambers 22 . 23 the same size when the diameter D _{V, R} of Verdichterradrückens 2 and the diameter D _T , _{R of} the turbine wheel back 4 are the same size. Are the diameters D _{V, R} , D _{T, R of} the compressor wheel back 2 and the turbine wheel back 4 different in size, is the pressure p _K in the two chambers 22 . 23 different sized.

Da der Verdichter 1 mit seinem Verdichterradrücken 2 und die Turbine 3 mit ihrem Turbinenradrücken 4 im Gegensatz zu den Lagerdeckeln 30, 31 im nicht näher dargestellten Abgasturboladergehäuse beweglich gelagert sind, ergibt sich bei einem Kräftegleichgewicht im Lager 20 ein kleiner zweiter Spalt 50. Der zweite Spalt 50 ist gerade so groß, dass er eine Reibung zwischen dem Verdichterradrücken 2 und dem ersten Lagerdeckel 30 beziehungsweise zwischen dem Turbinenradrücken 4 und dem zweiten Lagerdeckel 31 verhindert und dennoch ein druckdichter Kontakt der Radrückenkanten 6, 7 mit den Kanten 302, 312 der Lagerdeckelränder 301, 311 bestehen bleibt. Der zweite Spalt 50 liegt in einer Größenordnung von 0,1 bis 0,01 mm vor.Because the compressor 1 with its compressor wheel back 2 and the turbine 3 with her turbine wheel back 4 unlike the bearing caps 30 . 31 are mounted movably in the exhaust gas turbocharger housing, not shown, resulting in an equilibrium of forces in the camp 20 a small second gap 50 , The second gap 50 is just so big that it puts friction between the compressor wheel back 2 and the first bearing cap 30 or between the Turbinenradrücken 4 and the second bearing cap 31 prevents and still a pressure-tight contact Radrückenkanten 6 . 7 with the edges 302 . 312 the bearing cap edges 301 . 311 persists. The second gap 50 is on the order of 0.1 to 0.01 mm.

In 2 ist der Abgasturbolader 10 in einer Position dargestellt, bei der kein Kräftegleichgewicht im Lager 20 herrscht, sondern eine axiale, zum Verdichter 1 weisende Kraft F_ax auf das Lager 20 wirkt. Durch die Krafteinwirkung der Kraft F_ax ist der zweite Lagerdeckel 31 näher an den Turbinenradrücken 4 herangerückt, wodurch sich die zweite Kammer 23 verkleinert. Auf der Seite des Verdichters 1 ist der erste Lagerdeckel 30 weiter vom Verdichterradrücken 2 entfernt, so dass sich eine erste Austrittsöffnung 32 in Form eines Ringspaltes an dem Verdichterradrücken 2 bildet. Das Medium 21 strömt nun aus der ersten Kammer 22 durch die erste Austrittsöffnung 32 in Richtung eines eingezeichneten Strömungspfeils 51 aus.In 2 is the exhaust gas turbocharger 10 shown in a position where no balance of power in the camp 20 prevails, but an axial, to the compressor 1 pointing force F _ax on the bearing 20 acts. By the force of the force F _ax is the second bearing cap 31 closer to the turbine rear 4 approached, resulting in the second chamber 23 reduced. On the side of the compressor 1 is the first bearing cap 30 further from the compressor wheel back 2 removed, leaving a first outlet opening 32 in the form of an annular gap on the compressor wheel back 2 forms. The medium 21 now flows out of the first chamber 22 through the first outlet 32 in the direction of an indicated flow arrow 51 out.

Das ausströmende Medium 21 bewirkt in der ersten Kammer 22 einen Druckverlust, wodurch ein Druck p₁₁ in der ersten Kammer 22 geringer ist als ein Druck p₂₁ in der zweiten Kammer 23. Eine Druckdifferenz Δp₁ bewirkt in der zweiten Kammer 23 eine Rückstellkraft F_R auf den Turbinenradrücken 4, und zwar so lange bis im Lager 20 wieder ein Kräftegleichgewicht vorliegt. Unter der Druckdifferenz Δp₁ ist der Druck p₂₁ in der zweiten Teilkammer 23 abzüglich dem Druck p₁₁ in der ersten Teilkammer 22 zu verstehen. Im Lager 20 liegt nun wieder ein Kräftegleichgewicht vor.The outflowing medium 21 effected in the first chamber 22 a pressure drop, creating a pressure p ₁₁ in the first chamber 22 is less than a pressure p ₂₁ in the second chamber 23 , A pressure difference Δp ₁ causes in the second chamber 23 a restoring force F _R on the Turbinenradrücken 4 , until the camp 20 there is again an equilibrium of forces. Under the pressure difference Δp ₁ , the pressure p ₂₁ in the second sub-chamber 23 minus the pressure p ₁₁ in the first compartment 22 to understand. In stock 20 Now there is again a balance of power.

In einer nicht näher dargestellten Position des Abgasturboladers 10, in der eine axiale, zur Turbine 3 weisende Kraft F_ax auf das Lager 20 wirkt und ebenfalls ein Kräfteungleichgewicht im Lager 20 herrscht, rückt durch die Krafteinwirkung der Kraft Fa_x der erste Lagerdeckel 30 näher an den Verdichterradrücken 2 heran, wodurch sich die erste Kammer 22 verkleinert. Auf der Seite der Turbine 3 rückt der zweite Lagerdeckel 31 weiter vom Turbinenradrücken 4 ab und es bildet sich eine zweite Austrittsöffnung 33 in Form eines Ringspaltes an dem Turbinenradrücken 4. Das Medium 21 strömt nun aus der zweiten Kammer 23 durch die zweite Austrittsöffnung 33 aus.In a position, not shown, of the exhaust gas turbocharger 10 in which one axial, to the turbine 3 pointing force F _ax on the bearing 20 acts and also a power imbalance in the camp 20 prevails, moves through the force of the force Fa _x the first bearing cap 30 closer to the compressor wheel back 2 approach, resulting in the first chamber 22 reduced. On the side of the turbine 3 moves the second bearing cap 31 further from the turbine wheel back 4 From and it forms a second outlet opening 33 in the form of an annular gap on the turbine wheel back 4 , The medium 21 now flows out of the second chamber 23 through the second exit opening 33 out.

Das ausströmende Medium 21 bewirkt in der zweiten Kammer 23 einen Druckverlust, wodurch ein Druck p₂₂ in der zweiten Kammer 23 geringer ist als ein Druck p₁₂ in der ersten Kammer 22. Eine Druckdifferenz Δp₂ bewirkt in der ersten Kammer 22 eine Rückstellkraft F_R auf den Verdichterradrücken 2, und zwar so lange bis im Lager 20 wieder ein Kräftegleichgewicht herrscht. Unter der Druckdifferenz Δp₂ ist der Druck p₁₂ in der ersten Teilkammer 22 abzüglich dem Druck p₂₂ in der zweiten Teilkammer 23 zu verstehen. Im Lager 20 liegt nun wieder ein Kräftegleichgewicht vor.The outflowing medium 21 effected in the second chamber 23 a pressure loss, creating a pressure p ₂₂ in the second chamber 23 is less than a pressure p ₁₂ in the first chamber 22 , A pressure difference Δp ₂ causes in the first chamber 22 a restoring force F _R on the Verdichterradrücken 2 , until the camp 20 again a balance of power prevails. Under the pressure difference Δp ₂ , the pressure p ₁₂ in the first sub-chamber 22 minus the pressure p ₂₂ in the second sub-chamber 23 to understand. In stock 20 Now there is again a balance of power.

In 3 ist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 10 dargestellt, entsprechend 1. In den Eintrittsöffnungen 34 und 35 des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 10 ist je ein Rückschlagventil 40; 41 untergebracht. Das Rückschlagventil 40; 41 kann zum Beispiel ein federbelastetes Sitzventil mit einer Kugel 49 sein. Ebenso kann das Rückschlagventil 40; 41 auch ein federbelastetes Sitzventil mit einem Kegel sein. In 3 sind die Rückschlagventile 40, 41 als federbelastete Sitzventile mit einer Kugel 49 ausgebildet. Sie sind so in den Ventilsitze 46, 47 aufweisende Eintrittsöffnungen 34, 35 untergebracht, dass den Radrücken 2, 4 zugewandte Federn 48 Kugeln 49 dichtend an Außenflächen 44, 45 der Scheiben 300, 310 abgewandte Ventilsitze 46, 47 drücken, damit kein Medium 21 aus den Kammern 22, 23 über die Eintrittsöffnungen 34, 35 entweichen kann.In 3 is the embodiment of the exhaust gas turbocharger according to the invention 10 represented, accordingly 1 , In the entrance openings 34 and 35 the exhaust gas turbocharger according to the invention 10 is ever a check valve 40 ; 41 accommodated. The check valve 40 ; 41 For example, a spring-loaded poppet valve with a ball 49 be. Likewise, the check valve 40 ; 41 also be a spring-loaded poppet valve with a cone. In 3 are the check valves 40 . 41 as spring-loaded poppet valves with a ball 49 educated. They are so in the valve seats 46 . 47 having inlet openings 34 . 35 housed that the Radrücken 2 . 4 facing feathers 48 roll 49 sealing on outer surfaces 44 . 45 the discs 300 . 310 remote valve seats 46 . 47 Press, so no medium 21 from the chambers 22 . 23 over the entrance openings 34 . 35 can escape.

Die Eintrittsöffnungen 34, 35 weisen einen runden Querschnitt auf. Zum Beispiel können die Eintrittsöffnungen 34, 35 auch einen Querschnitt in Form eines Schlitzes haben oder auch einen ovalen Querschnitt aufweisen. Ebenso können die Lagerdeckel 30, 31 mehrere Eintrittsöffnungen aufweisen, damit zum Beispiel eine größere Menge an Medium 21 in die Kammern 22, 23 einführbar ist. Bei den Zuleitungen und der Positionierung der Eintrittsöffnungen 34, 35 kommt es auf den verfügbaren Bauraum innerhalb des Abgasturboladers 10 an.The entrance openings 34 . 35 have a round cross-section. For example, the inlet openings 34 . 35 also have a cross-section in the form of a slot or have an oval cross-section. Likewise, the bearing caps 30 . 31 have multiple inlet openings, so for example, a larger amount of medium 21 in the chambers 22 . 23 is insertable. For the supply lines and the positioning of the inlet openings 34 . 35 it depends on the available space inside the exhaust gas turbocharger 10 at.

Bei dem Medium 21 handelt es sich um ein kompressibles Medium wie zum Beispiel Luft. Wird als Medium 21 Luft eingesetzt, so kann die Luft dem Luftkreislauf der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine entnommen werden. Bevorzugterweise wird die Luft dem Luftkreislauf direkt hinter dem Verdichter 1 oder direkt hinter einem nicht näher dargestellten Ladeluftkühler der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine entnommen.In the medium 21 it is a compressible medium such as air. Used as a medium 21 Used air, the air can be removed from the air circuit of the engine, not shown. Preferably, the air is the air circuit directly behind the compressor 1 or taken directly behind a charge air cooler not shown in detail of the internal combustion engine, not shown.

Sind zum Beispiel die Durchmesser D_V,Rund D_T,_R des Verdichterradrückens 2 und des Turbinenradrückens 4 gleich groß, ist der Druck p_E ist an beiden Eintrittsöffnungen 34, 35 gleich groß, so dass eine Druckregelung zwischen den beiden an den Eintrittsöffnungen 34, 35 anliegenden Drücken entfällt.For example, the diameters D _{V, R} and D _T , _{R of} the compressor wheel back 2 and the turbine wheel back 4 the same size, the pressure p _E is at both inlet openings 34 . 35 equal in size, allowing a pressure control between the two at the inlet openings 34 . 35 applied pressure is eliminated.

Der an den Eintrittsöffnungen 34, 35 angelegte Druck p_E des Mediums 21 kann als konstanter Druck über den gesamten Betriebsbereich der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine beziehungsweise des Abgasturboladers 10 vorliegen. In diesem Fall ist ein zusätzliches Aggregat notwendig, zum Beispiel ein Kompressor, der den an den Eintrittsöffnungen 34, 35 anliegenden Druck p_E erzeugt.The at the entrance openings 34 . 35 applied pressure p _{E of} the medium 21 can be used as a constant pressure over the entire operating range of the internal combustion engine or the exhaust gas turbocharger not shown 10 available. In this case, an additional unit is necessary, for example, a compressor, the at the inlet openings 34 . 35 applied pressure p _E generated.

Es kann aber auch ein vom Betriebszustand des Abgasturboladers 10 beziehungsweise der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine abhängiger Druck p_E an den Eintrittsöffnungen 34, 35 anliegen. Ebenso kann auch ein jedem Betriebspunkt des Abgasturboladers 10 beziehungsweise der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine angepasster variabler Druck p_E an den Eintrittsöffnungen 34, 35 anliegen. Dieser Druck p_E ist dann über eine nicht näher dargestellte Regel- und Steuereinheit der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine einzustellen.But it can also be a from the operating condition of the exhaust gas turbocharger 10 or the internal combustion engine, not shown, dependent pressure p _E at the inlet openings 34 . 35 issue. Likewise, also every operating point of the exhaust gas turbocharger 10 or the internal combustion engine not shown adapted variable pressure p _E at the inlet openings 34 . 35 issue. This pressure p _E is then set via a not shown control and control unit of the internal combustion engine, not shown.

Sind zum Beispiel die Durchmesser D_V,R und D_T,_R des Verdichterradrückens 2 und des Turbinenradrückens 4 nicht gleich groß, so sind die Drücke p_K innerhalb der Kammern 22, 23 unterschiedlich groß, so dass der Druck p_E, der an der Eintrittsöffnung 34 anliegt einen anderen Wert aufweist, als der Druck p_E, der an der Eintrittsöffnung 35 anliegt. Dadurch ist eine Druckregelung zwischen den beiden an den Eintrittsöffnungen 34, 35 anliegenden Drücken notwendig, die zum Beispiel eine Proportionaldruckregelung sein kann.For example, the diameters D _{V, R} and D _T , _{R of} the compressor wheel back 2 and the turbine wheel back 4 not equal in size, so are the pressures p _K within the chambers 22 . 23 different in size, so the pressure p _E , at the inlet 34 abuts a value other than the pressure p _E , at the inlet opening 35 is applied. As a result, a pressure control between the two at the inlet openings 34 . 35 adjacent pressures necessary, which may be, for example, a proportional pressure control.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass bei angelegtem Überdruck, je höher der angelegte Druck p_E ist, umso schneller ein Kräftegleichgewicht im Lager 20 hergestellt wird.Basically, it can be said that with applied overpressure, the higher the applied pressure p _E , the faster an equilibrium of forces in the bearing 20 will be produced.

Eine zusätzliche, die Reibung mindernde Maßnahme wäre, die Lagerdeckel 30, 31 und/oder die Radrücken des Verdichters 1 und der Turbine 3 sowie die Welle 5 mit einer Beschichtung zu versehen, die im Falle eines Festkörperkontaktes zwischen den Lagerdeckeln 30, 31 und den Radrücken 2, 4 beziehungsweise der Welle 5 die auftretende Festkörperreibung mindert.An additional friction reducing measure would be the bearing caps 30 . 31 and / or the Radrücken of the compressor 1 and the turbine 3 as well as the wave 5 provided with a coating in the event of solid contact between the bearing caps 30 . 31 and the Radrücken 2 . 4 or the wave 5 the occurring solid friction reduces.

Claims

Exhaust gas turbocharger ( 10 ) for an internal combustion engine, with a compressor wheel back ( 2 ) having compressors ( 1 ) and with a turbine wheel back ( 4 ) having turbine ( 3 ), the compressor ( 1 ) and the turbine ( 3 ) over a wave ( 5 ), which have a bearing ( 20 ), the bearing ( 20 ) contactless, aerostatic and one in a chamber ( 22 ) medium ( 21 ), wherein the medium ( 21 ) about one in stock ( 20 ) provided first inlet opening ( 34 ) into the chamber ( 22 ), characterized in that the bearing ( 20 ) two chambers, a first chamber ( 22 ) and a second chamber ( 23 ), wherein the Verdichterradrücken ( 2 ) a first chamber wall ( 24 ) of the first chamber ( 22 ) and the turbine back ( 4 ) a first chamber wall ( 26 ) of the second chamber ( 23 ) and to supply the medium ( 21 ) a first bearing cap ( 30 ) of the first chamber ( 22 ) a first entrance opening ( 34 ) and a second bearing cap ( 31 ) of the second chamber ( 23 ) a second inlet opening ( 35 ) having.

Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that at an equilibrium of forces in the bearing ( 20 ) the two chambers ( 22 . 23 ) are closed pressure-tight and at an imbalance of forces in the bearing ( 20 ) either the first chamber ( 22 ) or the second chamber ( 23 ) through a formed outlet opening ( 32 ; 33 ) is open, wherein the outlet opening ( 32 ; 33 ) connects to either the first chamber ( 22 ) or to the second chamber ( 23 ) to the outflow of the medium ( 21 ).

Exhaust gas turbocharger according to claim 3, characterized in that at an imbalance of forces in the camp ( 20 ) the outlet opening ( 32 ; 33 ) annularly shaped over the entire circumference of the Verdichterradrückens ( 2 ) or over the entire circumference of the turbine wheel back ( 4 ).

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the first inlet opening ( 34 ) a first check valve ( 40 ) and in the second inlet ( 35 ) a second check valve ( 41 ) is provided.

Exhaust gas turbocharger according to claim 4, characterized in that the bearing ( 20 ) is designed as a thrust bearing, wherein on the shaft ( 5 ) a second warehouse ( 57 ) is provided, which absorbs radial forces formed as a radial bearing.

Exhaust gas turbocharger according to claim 4 or 5, characterized in that it is in the medium ( 21 ) is a compressible medium, such as air.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bearing force equilibrium in the bearing ( 20 ) by applying an overpressure at the inlet openings ( 34 . 35 ) to the inflow of the medium ( 21 ) into the chambers ( 22 . 23 ) can be brought.