DE102012202387B4 - Lageraufbau eines Turboladers - Google Patents
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Abstract
Lageraufbau eines Turboladers, der Folgendes aufweist: eine Rotorwelle (20); ein Lagergehäuse (10), in dem ein Lagerloch (15) ausgebildet ist; und ein Lagerbauteil (30) einer halbschwimmenden Bauart, das in dem Lagerloch (15) angeordnet ist und die Rotorwelle (20) in einem drehbaren Zustand stützt, wobei ein erster Lagerabschnitt (35) und ein zweiter Lagerabschnitt (36), die in einem vorbestimmten Abstand in einer Axialrichtung der Rotorwelle (20) beabstandet sind, an dem Innenumfang des Lagerbauteils (30) ausgebildet sind, wobei ein Bereich zwischen dem ersten Lagerabschnitt (35) und dem zweiten Lagerabschnitt (36) an dem Innenumfang des Lagerbauteils (30) und ein Außenumfang der Rotorwelle (20) einen Öldurchgang (38) für eine Zufuhr von Schmieröl zu Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts (35, 36) bilden, wobei ein Durchgangsloch (45) zur Zufuhr des Schmieröls zu dem Öldurchgang (38) in dem Lagerbauteil (30) ausgebildet ist, und wobei eine Ölnut (40, 41), die gestaltet ist, um eine Wirbelschwingung zu unterdrücken, und die teilweise geschlossen ist, in jeder der Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts (35, 36) ausgebildet ist, wobei die Ölnut (40, 41) an der Öldurchgangsseite offen ist und an der Endseite des Lagerbauteils (30) geschlossen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lageraufbau eines Turboladers.
-
JP 2007-170296 A JP 2010-138757 A - In dem Fall der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Turboladerlageraufbauten wird angenommen, dass mit einer Drehung der Rotorwelle eine Schwingung aufgrund einer Ölverwirbelung oder eine Schwingung aufgrund eines Ölschlagens bzw. -peitschens (die nachstehend beide als „Wirbelschwingung” bezeichnet werden) der Rotorwelle durch eine dynamische Wirkung des Ölfilms hervorgerufen wird, der in dem Raum zwischen jeder der Innenflächen des ersten und des zweiten Lagerabschnitts und der Rotorwelle ausgebildet ist. Es kann in Erwägung gezogen werden, die Räume zwischen der Rotorwelle und den Lagerabschnitten zu verringern, um die Wirbelschwingung zu unterdrücken. Jedoch gibt es dann Bedenken hinsichtlich eines Festfressens der Rotorwelle aufgrund einer Filmunterbrechung.
- Es kann in Erwägung gezogen werden, Ölnuten über die gesamte Länge in der Axialrichtung von jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts auszubilden, um die Wirbelgeschwindigkeit des Ölfilms zu verringern, und dadurch die Wirbelschwingung zu unterdrücken. In dem Fall jedoch, in dem die Ölnuten über die gesamte Länge in der Axialrichtung von jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts ausgebildet werden, kann zwar die Wirbelschwingung unterdrückt werden, aber es wird wahrscheinlicher, dass das Schmieröl, das in den Öldurchgang des Lagerbauteils zugeführt wird, übermäßig zu der Außenseite des Lagers entlang den Ölnuten ausströmt. Aus diesem Grund führt das übermäßige Ausströmen des Schmieröls zu einer Erhöhung der Menge von zugeführtem Öl und führt möglicherweise zu einer Verschlechterung der Öldichtungsleistung.
- Weitere Lageraufbauten eines Turboladers sind aus der nachveröffentlichten
US 2011/0 176 907 A1 US 5 169 242 A , derUS 2007/0 003 175 A1 DE 10 2012 202 387 A1 bekannt. - Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lageraufbau eines Turboladers vorzusehen, der die Wirbelschwingung der Rotorwelle aufgrund des Ölfilms unterdrücken kann, der sich in dem Raum zwischen jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts des Lagerbauteils und der Rotorwelle ausbildet, und der auch das übermäßige Ausströmen von Schmieröl unterdrücken kann.
- Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Lageraufbau eines Turboladers gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- In der vorliegenden Erfindung wird die Wirbelgeschwindigkeit des Ölfilms verringert und die Wirbelschwingung wird unterdrückt, und zwar durch die Ölnuten, die in den jeweiligen Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts des Lagerbauteils ausgebildet sind. Die Ölnuten sind teilweise geschlossen, um das übermäßige Ausströmen von Schmieröl zu unterdrücken.
- Die Ölnuten sind an der Öldurchgangsseite offen und an Endseiten des Lagerbauteils geschlossen. Dadurch wird das Schmieröl gleichmäßig zu dem Raum zwischen jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts und dem Außenumfang der Rotorwelle zugeführt, um einen Ölfilm zu bilden. Dies verhindert das Festfressen und unterdrückt die Wirbelschwingung.
- Die Wirbelschwingung wird in geeigneter Weise durch die Ölnuten unterdrückt, deren Länge in der Axialrichtung festgelegt ist, um nicht weniger als eine Hälfte einer Länge des ersten Lagerabschnitts und nicht geringer als eine Hälfte einer Länge des zweiten Lagerabschnitts in der Axialrichtung zu sein.
- Die Erfindung wird vollständiger verstanden von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben ist, und den begleitenden Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung gegeben sind, und daher die vorliegende Erfindung nicht begrenzen.
- Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird von der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung offensichtlich. Jedoch sollte es zu verstehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und die bestimmten Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, lediglich zur Veranschaulichung gegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung für einen Fachmann von dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
-
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Turbolader zeigt, der einen Lageraufbau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. -
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Ansicht des Lageraufbaus des Turboladers zeigt. -
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Lagerbauteil alleine zeigt. -
4 ist eine quer verlaufende Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in3 . -
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform zeigt, in der Ölnuten des Lagerbauteils mit einer Neigung in Bezug auf die Axialrichtung ausgebildet sind. - Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung sind die gleichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktionalität mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ohne diese redundant zu beschreiben.
- Ein Lageraufbau eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf
1 bis4 beschrieben. Wie in1 gezeigt ist, ist der Turbolader mit einem Turbinengehäuse1 , einem Kompressorgehäuse2 , einem Lagergehäuse10 , einem Turbinenrad18 , einem Kompressorlaufrad19 und einer Rotorwelle20 versehen. - Das Lagergehäuse
10 hat einen Gehäusekörper11 , durch dessen zentralen Bereich hindurch ein Lagerloch15 ausgebildet ist, einen turbinenseitigen Flansch12 , der um den Außenumfang herum an einem Ende des Gehäusekörpers11 angeordnet ist, und einen kompressorseitigen Flansch13 , der um den Außenumfang herum an dem anderen Ende des Gehäusekörpers11 angeordnet ist. Die Rotorwelle20 ist durch ein Lagerbauteil30 der halbschwimmenden Bauart, das später beschrieben wird, in dem Lagerloch15 des Gehäusekörpers11 drehbar aufgenommen. Eine Achse21 mit großem Durchmesser ist an einem Endabschnitt der Rotorwelle20 ausgebildet. Das Turbinenrad18 ist an einem Endabschnitt der Achse21 mit großem Durchmesser angebracht. Eine Achse25 mit kleinem Durchmesser ist an dem anderen Endabschnitt der Rotorwelle20 ausgebildet. Das Kompressorlaufrad19 ist an der Achse25 mit kleinem Durchmesser mit einer Dichtungsringeinfassung26 dazwischen angeordnet. Das Turbinengehäuse1 , das zu dem Turbinenrad18 korrespondiert, ist an dem turbinenseitigen Flansch12 des Lagergehäuses10 mit Schrauben bzw. Bolzen oder dergleichen befestigt. Das Kompressorgehäuse2 , das zu dem Kompressorlaufrad19 korrespondiert, ist an dem kompressorseitigen Flansch13 mit Schrauben bzw. Bolzen oder dergleichen befestigt. Ein Dichtungsring28 ist in eine Ringnut22 eingepasst, die in einem Außenumfang der Achse21 mit großem Durchmesser der Rotorwelle20 ausgebildet ist. Der Dichtungsring28 ist in engem Kontakt mit einem Innenumfang eines Lochs, das außerhalb eines Endabschnitts des Lagerlochs15 in dem Gehäusekörper11 ausgebildet ist. Ein Dichtungsring29 ist in eine Ringnut27 eingepasst, die in einem Außenumfang der Dichtungsringbuchse26 ausgebildet ist. Der Dichtungsring29 ist in engem Kontakt mit einem Innenumfang eines Lochs, das außerhalb des anderen Endabschnitts des Lagerlochs15 in dem Gehäusekörper11 ausgebildet ist. - Wie in
2 und3 gezeigt ist, besteht das Lagerbauteil30 der halbschwimmenden Bauart aus einem Metallmaterial (beispielsweise aus einem kupferbasiertem Legierungsmaterial) oder einem Keramikmaterial oder dergleichen, das für Gleitlager verwendet wird, und ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Ein äußerer erster und äußerer zweiter Lagerabschnitt31 ,32 sind in dem Außenumfang des Lagerbauteils30 angeordnet. Der erste Lagerabschnitt31 und der zweite Lagerabschnitt32 sind in einem vorbestimmten Abstand in der Axialrichtung der Rotorwelle20 beabstandet (die nachstehend einfach als „Axialrichtung” bezeichnet wird). Der erste Lagerabschnitt31 und der zweite Lagerabschnitt32 sind über einen kleinen Raum S1 (beispielsweise 20–100 μm) an dem Innenumfang des Lagerlochs15 in dem Lagergehäuse10 eingepasst. Und zwar ist der Raum S1 ein Abstand zwischen jedem von dem ersten und dem zweiten Lagerabschnitt31 ,32 des Lagerbauteils30 und dem Innenumfang des Lagerlochs15 in dem Lagergehäuse10 . Ein Abschnitt33 mit kleinem Durchmesser ist zwischen dem ersten Lagerabschnitt31 und dem Lagerabschnitt32 in dem Außenumfang des Lagerbauteils30 angeordnet. Ein zylindrischer Raumbereich zwischen dem Abschnitt33 mit kleinem Durchmesser und dem Lagerloch15 des Lagergehäuses10 ist ein äußerer Öldurchgang34 . Schmieröl wird durch ein Schmiermittelzufuhrloch16 , das in dem Lagergehäuse10 ausgebildet ist, in den äußeren Öldurchgang34 zugeführt. - Ein innerer erster und ein innerer zweiter Lagerabschnitt
35 ,36 sind in dem Innenumfang des Lagerbauteils30 angeordnet. Der erste Lagerabschnitt35 und der zweite Lagerabschnitt36 sind in einem vorbestimmten Abstand in der Axialrichtung beabstandet. Der erste Lagerabschnitt35 und der zweite Lagerabschnitt36 sind über einen kleinen Raum S2, ähnlich zu dem Raum S1, an dem Außenumfang der Rotorwelle20 eingepasst. Und zwar ist der Raum S2 ein Abstand zwischen jedem der ersten und zweiten Lagerabschnitte35 ,36 des Lagerbauteils30 und dem Außenumfang der Rotorwelle20 . Ein Lochabschnitt37 mit großem Durchmesser ist zwischen dem ersten Lagerabschnitt35 und dem zweiten Lagerabschnitt36 in dem Innenumfang des Lagerbauteils30 angeordnet. Ein zylindrischer Raumbereich zwischen dem Lochabschnitt37 mit großem Durchmesser und dem Außenumfang der Rotorwelle20 ist ein innerer Öldurchgang38 . Und zwar bilden der Bereich zwischen dem ersten Lagerabschnitt35 und dem zweiten Lagerabschnitt36 in dem Innenumfang des Lagerbauteils30 und dem Außenumfang der Rotorwelle20 den inneren Öldurchgang38 zum Zuführen des Schmieröls zu den Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts35 ,36 . Ein Durchgangsloch45 ist durch das Lagerbauteil30 hindurch von dem Abschnitt33 mit kleinem Durchmesser zu dem Lochabschnitt37 mit großem Durchmesser ausgebildet. Über das Durchgangsloch45 ist der innere Öldurchgang38 mit dem äußeren Öldurchgang34 in Verbindung. Ein Nadelloch46 ist durch das Lagerbauteil30 hindurch von dem Abschnitt33 mit kleinem Durchmesser zu dem Lochabschnitt37 mit großem Durchmesser ausgebildet. Ein Anti-Verdrehungsstift50 ist durch ein Nadelloch17 des Lagergehäuses10 in das Nadelloch46 des Lagerbauteils30 eingesetzt, um eine Drehung des Lagerbauteils30 relativ zu dem Lagergehäuse10 und eine Bewegung von diesem in der Axialrichtung zu verhindern. - Wie in
3 und4 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Ölnuten40 ,41 in jeder der Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts35 ,36 des Lagerbauteils30 ausgebildet. Die Ölnuten40 ,41 sind parallel zu der Axialrichtung und teilweise geschlossen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ölnuten40 ,41 zu dem inneren Öldurchgang38 offen und an den zwei Endseiten des Lagerbauteils30 geschlossen. Und zwar ist jede Ölnut40 ,41 an einem Ende zu dem inneren Öldurchgang38 offen und an dem anderen Ende in der Axialrichtung geschlossen. Die Länge L1 jeder Ölnut40 ,41 in der Axialrichtung ist festgelegt, um nicht geringer als eine Hälfte der Länge L2 des ersten und zweiten Lagerabschnitts35 ,36 in der Axialrichtung zu sein. - In der vorliegenden Ausführungsform gibt es, wie in
4 gezeigt ist, drei Ölnuten40 in dem ersten Lagerabschnitt35 , die in Winkeln von 120° in der Umfangsrichtung beabstandet sind, aus Sicht von der Axialrichtung. Es gibt auch drei Ölnuten41 in dem zweiten Lagerabschnitt36 , die in Winkeln von 120° in der Umfangsrichtung beabstandet sind, aus Sicht von der Axialrichtung. Die Ölnuten40 und die Ölnuten41 sind mit Abweichungen von 60° in der Umfangsrichtung angeordnet, aus Sicht von der Axialrichtung. Und zwar sind die Ölnuten40 und die Ölnuten41 bei jeweiligen Winkelpositionen angeordnet, die sich aus Sicht von der Axialrichtung voneinander unterscheiden. Dieses Anordndung gestattet, dass das Schmieröl in den inneren Öldurchgang38 gefördert wird, um stabil zu dem ersten Lagerabschnitt35 und dem zweiten Lagerabschnitt36 zugeführt zu werden. - Der Lageraufbau des Turboladers gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist wie vorstehend beschrieben gestaltet. Das Schmieröl, das durch das Schmierölzufuhrloch
16 in das Lagergehäuse10 gefördert wird, strömt in den äußeren Öldurchgang34 und strömt dann in jeden der Räume S1, um einen Ölfilm zu bilden. Ein Teil des Schmieröls, das in den äußeren Öldurchgang34 strömt, wird durch das Durchgangsloch45 des Lagerbauteils30 in den inneren Öldurchgang38 zugeführt und strömt dann in jeden der Räume S2, um einen Ölfilm zu bilden. - Die Ölnuten
40 ,41 sind in den Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts35 ,36 des Lagerbauteils30 ausgebildet. Diese Ölnuten40 ,41 verringern die Wirbelgeschwindigkeit des Ölfilms, um die Wirbelschwingung zu unterdrücken, während sie das Festfressen der Rotorwelle20 verhindern. Da die Ölnuten40 ,41 teilweise geschlossen sind, ist es möglich, das übermäßige Ausströmen des Schmieröls zu unterdrücken. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit eine Menge von zugeführtem Öl zu erhöhen. Des Weiteren, da verhindert wird, dass ein Übermaß an ausströmendem Schmieröl in Richtung zu dem Dichtungsring28 spritzt, gibt es keine Verschlechterung einer Öldichtungsleistung. Falls die Ölnuten über die gesamte Länge in der Axialrichtung des ersten und des zweiten Lagerabschnitts35 ,36 ausgebildet werden, um die Wirbelschwingung zu verhindern, strömt übermäßig viel Schmieröl entlang den Ölnuten. Aus diesem Grund wird es notwendig, eine Zufuhrmenge von Schmieröl zu erhöhen. Im Gegensatz dazu gibt es in der vorliegenden Ausführungsform keine Notwendigkeit die Zufuhrmenge vom Öl zu erhöhen, weil die Ölnuten40 ,41 teilweise geschlossen sind. - In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ölnuten
40 ,41 zu dem inneren Öldurchgang38 offen und an den zwei Endseiten des Lagerbauteils30 geschlossen. Diese Gestaltung gestattet, dass das Schmieröl gleichmäßig in die Räume S2 zugeführt wird, um den Ölfilm zu bilden, und unterdrückt die Wirbelschwingung. Da die Länge L1 von jeder Ölnut40 ,41 in der Axialrichtung festgelegt ist, um nicht weniger als eine Hälfte der Länge L2 des ersten und zweiten Lagerabschnitts35 ,36 in der Axialrichtung zu sein, ist es möglich, die Wirbelschwingung in geeigneter Weise zu unterdrücken. - Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt ist und in einer Vielfalt von Formen innerhalb des Umfangs ausgeführt werden kann, der nicht von dem Umfang und dem Kern der Erfindung abweicht. Beispielsweise zeigt die vorliegende Ausführungsform die Form, in der die Vielzahl von Ölnuten
40 ,41 in den jeweiligen Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts35 ,36 des Lagerbauteils30 ausgebildet sind, aber die Anzahl von Ölnuten40 ,41 kann jeweils eins sein. Die Ölnuten40 ,41 sind in der vorstehenden Ausführungsform parallel zu der Axialrichtung ausgebildet, aber sie können mit einer Neigung in Bezug auf die Axialrichtung ausgebildet sein, wie in5 gezeigt ist. Die Ölnuten40 ,41 können mit solch einer Neigung ausgebildet sein, dass das Schmieröl, das in die Ölnuten40 ,41 strömt, zu dem Lochabschnitt37 mit großem Durchmesser zurückgeführt wird. In diesem Fall, selbst falls das Schmieröl gezogen wird, um mit einer Drehung der Rotorwelle20 zu verwirbeln, ist es möglich, das Ausströmen von Schmieröl weiter zu verhindern. In5 ist die Drehrichtung der Rotorwelle20 die Uhrzeigersinnrichtung, aus Sicht entlang der Axialrichtung von der Seite des Kompressorgehäuses2 . - Von der auf diese Weise beschriebenen Erfindung ist es offensichtlich, dass die Erfindung in vielen Wegen variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Kern und Umfang der Erfindung zu betrachten, und es ist beabsichtigt, dass all solche Modifikationen, wie sie für einen Fachmann naheliegend wären, innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche eingeschlossen sind.
Claims (6)
- Lageraufbau eines Turboladers, der Folgendes aufweist: eine Rotorwelle (
20 ); ein Lagergehäuse (10 ), in dem ein Lagerloch (15 ) ausgebildet ist; und ein Lagerbauteil (30 ) einer halbschwimmenden Bauart, das in dem Lagerloch (15 ) angeordnet ist und die Rotorwelle (20 ) in einem drehbaren Zustand stützt, wobei ein erster Lagerabschnitt (35 ) und ein zweiter Lagerabschnitt (36 ), die in einem vorbestimmten Abstand in einer Axialrichtung der Rotorwelle (20 ) beabstandet sind, an dem Innenumfang des Lagerbauteils (30 ) ausgebildet sind, wobei ein Bereich zwischen dem ersten Lagerabschnitt (35 ) und dem zweiten Lagerabschnitt (36 ) an dem Innenumfang des Lagerbauteils (30 ) und ein Außenumfang der Rotorwelle (20 ) einen Öldurchgang (38 ) für eine Zufuhr von Schmieröl zu Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts (35 ,36 ) bilden, wobei ein Durchgangsloch (45 ) zur Zufuhr des Schmieröls zu dem Öldurchgang (38 ) in dem Lagerbauteil (30 ) ausgebildet ist, und wobei eine Ölnut (40 ,41 ), die gestaltet ist, um eine Wirbelschwingung zu unterdrücken, und die teilweise geschlossen ist, in jeder der Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts (35 ,36 ) ausgebildet ist, wobei die Ölnut (40 ,41 ) an der Öldurchgangsseite offen ist und an der Endseite des Lagerbauteils (30 ) geschlossen ist. - Lageraufbau eines Turboladers nach Anspruch 1, wobei eine Länge der Ölnut (
40 ,41 ) in der Axialrichtung festgelegt ist, um nicht geringer als eine Hälfte einer Länge des ersten Lagerabschnitts (35 ) und nicht geringer als eine Hälfte einer Länge des zweiten Lagerabschnitts (36 ) in der Axialrichtung zu sein. - Lageraufbau eines Turboladers nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ölnut (
40 ,41 ) parallel zu der Axialrichtung oder mit einer Neigung in Bezug auf die Axialrichtung ausgebildet ist. - Lageraufbau eines Turboladers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl der Ölnuten (
40 ,41 ) in jeder der Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts (35 ,36 ) ausgebildet ist. - Lageraufbau eines Turboladers nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Ölnuten (
40 ,41 ) in gleichen Abständen aus Sicht von der Axialrichtung angeordnet sind. - Lageraufbau eines Turboladers nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vielzahl von Ölnuten (
40 ,41 ), die in der Innenfläche des ersten Lagerabschnitts (35 ) ausgebildet sind, und die Vielzahl von Ölnuten, die in der Innenfläche des zweiten Lagerabschnitts (36 ) ausgebildet sind, bei jeweiligen Winkelpositionen angeordnet sind, die sich aus Sicht von der Axialrichtung voneinander unterscheiden.
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