DE102012208535A1

DE102012208535A1 - Motorbaugruppe mit turbolader

Info

Publication number: DE102012208535A1
Application number: DE102012208535A
Authority: DE
Inventors: Louis P. Begin
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: CN102797553A; US8544268B2; DE102012208535B4; CN102797553B; US20120301278A1

Abstract

Ein Turbolader weist ein Gehäuse, ein erstes Rotorrad, ein zweites Rotorrad, eine Antriebswelle, ein erstes Lager und ein zweites Lager auf. Das Gehäuse definiert einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich, einen Ansauglufteinlass, einen Ansaugluftauslass und einen Abgaseinlass. Das erste Rotorrad ist in dem ersten Bereich platziert, und das zweite Rotorrad ist in dem zweiten Bereich platziert. Das erste Lager ist an einer ersten axialen Seite des ersten Rotorrades axial zwischen dem ersten und zweiten Rotorrad platziert und trägt die Antriebswelle zur Rotation relativ zu dem Gehäuse. Das zweite Lager ist an einer zweiten axialen Seite des ersten Rotorrades platziert und trägt das erste Rotorrad zur Rotation relativ zu dem Gehäuse.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motoransaugluftströmungsanordnungen.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformation in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung dar, die nicht unbedingt Stand der Technik ist.
Verbrennungsmotoren können ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern verbrennen und dadurch Antriebsmoment erzeugen. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt Abgase. Motoren können Ansaugkanäle zum Lenken einer Luftströmung an die Brennräume und Abgaskanäle zum Lenken von Abgasen aus den Brennräumen aufweisen. Die Ansaugbaugruppe kann dazu verwendet werden, eine Luftströmung an die Ansaugkanäle zu lenken.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Motorbaugruppe kann einen Motoraufbau und einen Turbolader aufweisen. Der Motoraufbau kann einen Ansaugkanal und einen Abgaskanal definieren. Der Turbolader kann ein Gehäuse, ein erstes Rotorrad, ein zweites Rotorrad, eine Antriebswelle, ein erstes Lager und ein zweites Lager aufweisen. Das Gehäuse kann einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich, einen Ansauglufteinlass in Kommunikation mit einer Luftquelle, einen Ansaugluftauslass in Kommunikation mit dem Ansaugkanal und einen Abgaseinlass in Kommunikation mit dem Abgaskanal definieren. Das erste Rotorrad kann in dem ersten Bereich platziert sein, und das zweite Rotorrad kann in dem zweiten Bereich platziert sein. Die Antriebswelle kann sich zwischen dem ersten Rotorrad und dem zweiten Rotorrad erstrecken und mit diesen gekoppelt sein. Das erste Lager kann an einer ersten axialen Seite des ersten Rotorrades axial zwischen dem ersten und zweiten Rotorrad platziert sein, mit dem Gehäuse gekoppelt sein und die Antriebswelle zur Rotation relativ zu dem Gehäuse tragen. Das zweite Lager kann an einer zweiten axialen Seite des ersten Rotorrades platziert sein, mit dem Gehäuse gekoppelt sein und das erste Rotorrad zur Rotation relativ zu dem Gehäuse tragen.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise einzuschränken.
1 ist eine schematische Darstellung einer Motorbaugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
2 ist ein schematische Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Turboladers.
Entsprechende Bezugszeichen geben über die verschiedenen Ansichten der Zeichnung hinweg entsprechende Teile an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detaillierter unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, die vorliegende Anwendung bzw. den vorliegenden Gebrauch zu beschränken.
Es sind beispielhafte Ausführungsformen vorgesehen, sodass diese Offenbarung vollständig ist und den Schutzumfang dem Fachmann vollständig vermittelt. Es sind zahlreiche spezifische Details dargestellt, wie Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können, und nicht so ausgelegt werden sollen, dass der Schutzumfang der Offenbarung beschränkt wird. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht detailliert beschrieben.
Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, kann sie sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht, direkt in Eingriff damit, direkt verbunden damit oder direkt gekoppelt damit befinden oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu braucht, wenn ein Element als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer andere Schicht beschrieben ist, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet ist, sei auf eine ähnliche Weise zu interpretieren (beispielsweise ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, etc.). Der hier verwendete Begriff ”und/oder” umfasst jede und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.
Obwohl die Begriffe erstes, zweites, drittes, etc. hier dazu verwendet sein können, verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie ”erstes”, ”zweites” und andere numerische Begriffe, wenn sie hier verwendet sind, implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern es durch den Kontext nicht deutlich angegeben ist. Somit kann ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, wie unten beschrieben ist, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt ohne Abweichung von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden.
Eine Motorbaugruppe 10 ist in 1 gezeigt und kann einen Motoraufbau 12 aufweisen, der Zylinder 14 und Ansaug- und Abgaskanäle 16, 18 in Kommunikation mit den Zylindern 14, einen Ansaugkrümmer 20, einen Abgaskrümmer 22, ein Drosselventil 24 und einen Turbolader 26 definiert. Die Motorbaugruppe 10 ist der Einfachheit halber als eine Reihen-Vier-Zylinder-Anordnung gezeigt. Es sei jedoch zu verstehen, dass die vorliegenden Lehren Anwendung für eine Vielzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von Hubkolbenmotorkonfigurationen finden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, V-Motoren, Reihenmotoren und Boxermotoren, wie auch Konfigurationen mit oben liegender Nockenwelle sowie Nocke im Block.
Der Turbolader 26 kann ein Gehäuse 28, einen Kompressionsmechanismus 30, ein erstes Lager 32 und ein zweites Lager 34 aufweisen. Das Gehäuse 28 kann einen ersten und zweiten Bereich 36, 38, einen Ansauglufteinlass 40, einen Ansaugluftauslass 42, einen Abgaseinlass 44 und einen Abgasauslass 46 definieren. Der erste Bereich 36 kann ein erstes, zweites und drittes Element 37, 39, 41 aufweisen, die miteinander gekoppelt sind. Der erste Bereich 36 kann einen Ansaugluftbereich in Kommunikation mit dem Ansauglufteinlass 40 und dem Ansaugluftauslass 42 bilden. Genauer kann das erste Element 37 den Ansauglufteinlass 40 definieren, und das dritte Element 41 kann den Ansaugluftauslass 42 definieren.
Der zweite Bereich 38 kann einen Abgasbereich in Kommunikation mit dem Abgaseinlass 44 und dem Abgasauslass 46 bilden. Der Ansauglufteinlass 40 kann in Kommunikation mit einer Luftquelle (A) stehen, und der Ansaugluftauslass 42 kann in Kommunikation mit dem Ansaugkrümmer 20 stehen. Der Abgaseinlass 44 kann in Kommunikation mit dem Abgaskrümmer 22 stehen, und der Abgasauslass 46 kann Abgas (E) von dem Motor an die Atmosphäre liefern.
Der Kompressionsmechanismus 30 kann ein erstes Rotorrad 48, ein zweites Rotorrad 50 und eine Antriebswelle 52 aufweisen. Das erste Rotorrad 48 kann in dem ersten Bereich 36 platziert sein und kann ein Kompressorrad bilden. Das zweite Rotorrad 50 kann in dem zweiten Bereich 38 platziert sein und kann ein Turbinenrad bilden, das durch das Abgas (E) rotatotisch angetrieben wird. Die Antriebswelle 52 kann sich zwischen dem ersten und zweiten Rotorrad 48, 50 erstrecken und mit diesen gekoppelt sein.
Das erste und zweite Lager 32, 34 können mit dem Gehäuse 28 gekoppelt sein und können das erste und zweite Rotorrad 48, 50 und die Antriebswelle 52 relativ zu dem Gehäuse 28 rotatorisch tragen. Das erste Lager 32 kann an einer ersten axialen Seite 54 des ersten Rotorrades 48 axial zwischen dem ersten und zweiten Rotorrad 48, 50 platziert sein. Das zweite Lager 34 kann an einer zweiten axialen Seite 56 des ersten Rotorrades 48 gegenüberliegend der ersten axialen Seite 54 platziert sein. Eine Platzierung des ersten Rotorrades 48 zwischen dem ersten und zweiten Lager 32, 34 kann ein Rotor-Dynamikverhalten verbessern.
Das zweite Lager 34 kann in dem ersten Bereich 36 des Gehäuses 28 platziert sein. Das erste und zweite Element 37, 39 des Gehäuses 28 können aus einem Verbundmaterial geformt sein, um eine Geräuscherzeugung an dem zweiten Lager 34 zu minimieren. Das dritte Element 41 kann zusätzlich aus dem Verbundmaterial geformt sein.
Das erste Lager 32 kann ein ölfreies Lager bilden und eine radiale Abstützung für die Antriebswelle 52 bereitstellen. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel ist das erste Lager 32 schematisch gezeigt und weist ein Luftlager oder ein Magnetlager (wie ein Permanentmagnetlager) auf. Das zweite Lager 34 kann ein Schublager an der zweiten axialen Seite 56 des ersten Rotorrades 48 bilden und kann sowohl eine radiale als auch axiale Abstützung für die Antriebswelle 52 bereitstellen. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel weist das zweite Lager 34 Kugellager 58 auf, die zwischen einem Innenring 60, der mit der Antriebswelle 52 gekoppelt ist, und einem Außenring 62 gehalten sind, der mit dem Gehäuse 28 gekoppelt ist. Das zweite Lager 34 kann auf die Antriebswelle 52 pressgepasst sein. Das Ende der Antriebswelle 52, das das zweite Lager 34 trägt, kann eine hohle Bohrung 63 definieren, die den Presspassungseingriff zwischen dem zweiten Lager 34 und der Antriebswelle 52 aufnimmt.
Eine Stahlauskleidung 64 mit einer gehärteten Schubhalterung kann zwischen dem Gehäuse 28 und dem Außenring 62 platziert und an dem Gehäuse 28 durch Streben 66 angebracht sein. Eine Feder 68 kann das zweite Lager 34 axial auswärts relativ zu der zweiten axialen Seite 56 des ersten Rotorrades 48 vorspannen. Das zweite Lager 34 kann in Eingriff mit einem axialen Anschlag (für den Innenring 60), der durch eine Nut 70 definiert ist, die an einem Ende der Antriebswelle 52 fixiert ist, und mit einem axialen Anschlag (für den Außenring 62) vorgespannt sein, der durch die Stahlauskleidung 64 definiert ist.
Eine Hydrauliklagereinrichtung 72 kann zwischen der Stahlauskleidung 64 und dem Außenring 62 geformt sein. Die Hydrauliklagereinrichtung 72 kann einen Ölverteilungsring 74 definieren, der Öl an den Außenring 62 liefert. Der erste Bereich 36 des Gehäuses 28 kann eine Ölzufuhr 76 zu dem zweiten Lager 34 definieren. Die Ölzufuhr 76 kann ein Rohr mit einem ersten Auslass 78 in Kommunikation mit dem Ölverteilungsring 74 und einem zweiten Auslass 80 aufweisen, der einen Ölstrahl bildet, der den Kugellagern 58 Öl bereitstellt. Die Antriebswelle 52 kann eine Ölablenkeinrichtung 82 aufweisen, die axial zwischen dem zweiten Lager 34 und dem ersten Rotorrad 48 platziert ist.
Eine Dichtung 84 kann an der Antriebswelle 52 axial zwischen der Ölablenkeinrichtung 82 und dem ersten Rotorrad 48 platziert sein, um Öl von der Ansaugluftströmung (A) zu trennen. Die Ölablenkeinrichtung 82 kann Öl von der Dichtung 84 ablenken. Das Gehäuse 28 kann Führungsschaufeln 86 aufweisen, die in dem Ansaugluftströmungspfad zwischen dem Ansauglufteinlass 40 und dem ersten Rotorrad 48 platziert sind, um die Ansaugluftströmung (A) an das erste Rotorrad 48 zu lenken.
Die Anordnung des Turboladers 26, wie oben diskutiert ist, kann für eine angewinkelte Orientierung des Turboladers 26 relativ zu einer Schwerpunktrichtung bereitstellen. Genauer kann der erste Bereich 36 unterhalb des zweiten Bereichs 38 in einer Schwerkraftrichtung platziert sein. Die Schwerkraftrichtung kann allgemein als eine Richtung zu dem Boden hin (d. h. zu den Rädern eines Fahrzeugs, das die Motorbaugruppe 10 aufweist) definiert sein. Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels sieht die Anordnung des Turboladers 26 eine Orientierung mit abwärts gerichteter Nase vor, wie in 2 zu sehen ist. Das Gehäuse 28 kann einen Ölauslass 88 an einem Ende des ersten Bereichs 36 definieren. Die Orientierung mit abwärts gerichteter Nase des Turboladers 26 kann für die Verwendung einer einzelnen Dichtung (z. B. Dichtung 84) sorgen. Die Orientierung kann das Öl weg von der Dichtung 84 halten, während auch eine Vorlast auf das zweite Lager 34 bereitgestellt wird.

Claims

Motorbaugruppe, umfassend: einen Motoraufbau, der einen Ansaugkanal und einen Abgaskanal definiert; und einen Turbolader, mit: einem Gehäuse, das einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich, einen Ansauglufteinlass in Kommunikation mit einer Luftquelle, einen Ansaugluftauslass in Kommunikation mit dem Ansaugkanal und einen Abgaseinlass in Kommunikation mit dem Abgaskanal definiert; einem ersten Rotorrad, das in dem ersten Bereich platziert ist; einem zweiten Rotorrad, das in dem zweiten Bereich platziert ist; einer Antriebswelle, die sich zwischen dem ersten Rotorrad und dem zweiten Rotorrad erstreckt und mit diesen gekoppelt ist; einem ersten Lager, das an einer ersten axialen Seite des ersten Rotorrades axial zwischen dem ersten und zweiten Rotorrad platziert, mit dem Gehäuse gekoppelt ist und die Antriebswelle zur Rotation relativ zu dem Gehäuse trägt; und einem zweiten Lager, das an einer zweiten axialen Seite des ersten Rotorrades platziert, mit dem Gehäuse gekoppelt ist und das erste Rotorrad zur Rotation relativ zu dem Gehäuse trägt.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Lager eine radiale Abstützung für die Antriebswelle bereitstellt und das zweite Lager eine radiale und axiale Abstützung für die Antriebswelle an der zweiten axialen Seite des ersten Rotorrades bereitstellt.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Ansauglufteinlass und der Ansaugluftauslass in Kommunikation mit dem ersten Bereich des Gehäuses stehen, der Abgaseinlass in Kommunikation mit dem zweiten Bereich des Gehäuses steht, das erste Rotorrad ein Kompressorrad bildet und das zweite Rotorrad ein Turbinenrad bildet.
Motorbaugruppe nach Anspruch 3, wobei der Turbolader Führungsschaufeln aufweist, die in dem ersten Bereich des Gehäuses axial zwischen dem Ansauglufteinlass und dem ersten Rotorrad platziert sind.
Motorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die Führungsschaufeln axial zwischen dem zweiten Lager und dem ersten Rotorrad platziert sind.
Motorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse eine Ölzufuhr zu dem zweiten Lager und einen Ölablass an einem Ende des ersten Bereiches des Gehäuses, das das zweite Lager trägt, definiert.
Motorbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der Turbolader unter einem Winkel orientiert ist, wobei der erste Bereich unter dem zweiten Bereich relativ zu der Schwerpunktrichtung platziert ist.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Lager ein ölfreies Lager ist.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Lager ein Luftlager oder ein Magnetlager umfasst.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse aus einem Verbundmaterial geformt ist.