DE102014101398B4

DE102014101398B4 - Turbolader-Verdichter mit integrierter Rückplatte und Lagergehäuse

Info

Publication number: DE102014101398B4
Application number: DE102014101398.0A
Authority: DE
Inventors: Louis P. Begin; Brian J. Edwards
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: DE102014101398A1; CN103982292B; US9470106B2; CN103982292A; US20140227089A1

Abstract

Turbolader (10), umfassend:
ein Turbinengehäuse (14), das eine Turbinenkammer (20) definiert;
ein Verdichtergehäuse (16), das eine Verdichterkammer (22) definiert;
ein Turbinenrad (24), das in der Turbinenkammer (20) angeordnet ist;
eine Turbinenwelle (26), die mit dem Turbinenrad (24) verbunden ist;
ein Verdichterrad (28), das in der Verdichterkammer (22) angeordnet und mit der Turbinenwelle (26) verbunden ist;
eine Verdichter-Rückplatte (18) benachbart des Verdichterrades (28); und
einen Lagereinsatz (32), der direkt zwischen der Verdichter-Rückplatte (18) und dem Turbinengehäuse (14) sandwichartig angeordnet ist und die Turbinenwelle (26) drehbar lagert,
wobei die Verdichter-Rückplatte (18) und das Turbinengehäuse (14) jeweils eine Ausnehmung aufweisen, in welche der Lagereinsatz (32) derart über Presssitz eingepasst ist, dass ein Abschnitt eines axialen Endes des Lagereinsatzes (32) in der Verdichter-Rückplatte (18) aufgenommen ist und ein Abschnitt des anderen axialen Endes des Lagereinsatzes (32) in dem Turbinengehäuse (14) aufgenommen ist; und
wobei die Verdichter-Rückplatte (18) direkt mit dem Turbinengehäuse (14) verbunden ist, sodass eine Fläche der Verdichter-Rückplatte (18) mit einer Fläche des Turbinengehäuses (14) in Kontakt steht.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Turbolader und insbesondere einen Turbolader-Verdichter mit integrierter Rückplatte und Lagergehäuse.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformation in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung bereit, die nicht unbedingt Stand der Technik ist.
Turboaufgeladene Motoren verwenden komprimierte Luft, die zur Folge hat, dass eine größere Menge an Luft in den Motor getrieben wird, wodurch mehr Leistung erzeugt wird. Die Energie, die dazu verwendet wird, den Turboverdichter anzutreiben, wird aus den Abgasen entnommen. Wenn die Abgase den Motor verlassen, werden sie durch ein in der Abgasströmung platziertes Turbinenrad geführt. Die Gase treiben das Turbinenrad an, das direkt über eine Turbinenwelle mit einem Verdichterrad verbunden ist. Eine erhöhte Abgasströmung treibt das Turbinenrad schneller an, wobei mehr Luft an den Motor geliefert wird, wodurch mehr Leistung erzeugt wird. Daher verwendet der Turbolader die Entnahme von Energie aus dem Abgas, um die Motoreffizienz zu verbessern.
Turbolader werden in der Regel als eine Leistungssteigerung bei Sportfahrzeugen betrachtet, jedoch werden Turbolader heute regelmäßiger dazu verwendet, um ein größeres Drehmoment bei Motoren mit kleinem Hubraum bereitzustellen. Die Vorteile der Verwendung eines turboaufgeladenen Motors umfassen verbesserte Kraftstoffeffizienz und reduzierte Abgasemissionen. Die Komponenten des Turboladers umfassen im Allgemeinen ein Gehäuse, das eine Verdichterkammer und eine Turbinenkammer definiert, wobei ein Verdichterrad in der Verdichterkammer angeordnet ist und ein Turbinenrad in der Turbinenkammer angeordnet ist. Es ist eine Turbinenwelle zur Verbindung zwischen dem Turbinenrad und dem Verdichterrad vorgesehen.
Ein herkömmlicher Turbolader kann ein Zentralgehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und einer Rückplatte des Verdichters aufweisen. Das Zentralgehäuse kann einen Lagereinsatz zum drehbaren Lagern der Turbinenwelle tragen. Diese Anordnung erfordert enge Toleranzen für alle Gehäusekomponenten, um die Position der Turbinen-und Verdichterräder relativ zu den Gehäusekomponenten genau zu steuern. Da die Gehäusekomponenten miteinander zusammengebaut sind, muss der Schaufelspitzenabstand der Verdichter-und Turbinenräder genau gesteuert werden, um einen effizienten Turbolader bereitzustellen.
US 5 993 173 A offenbart einen Turbolader mit einem Hauptgehäuse, welches ein Turbinengehäuse und ein Verdichtergehäuse umfasst. In dem Turbinengehäuse ist ein Turbinenrad untergebracht, und in dem Verdichtergehäuse ist ein Verdichterrad untergebracht. Zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse befindet sich eine Dichtplatte. Das Turbinenrad ist mit dem Verdichterrad durch eine Welle verbunden. Die Welle ist in einem Metalllager gelagert, welches wiederum in einem Lagerkörper untergebracht ist. Der Lagerkörper weist im mittleren Abschnitt ein radiales Flanschelement auf, das zwischen dem Turbinengehäuse und der Dichtplatte eingeklemmt ist. Hierbei ist das Flanschelement in eine stufenförmige Aussparung des Turbinengehäuses eingepasst. Zur Fixierung des Lagerkörpers ist ein Positionierungsstift in diesen eingesetzt. Die Dichtplatte ist durch Bolzen an dem Turbinengehäuse befestigt. Weiterer Stand der Technik ist aus US 4 565 505 A , US 2005 / 0 210 875 A1 und US 2008 / 0 019 629 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Turbolader bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Turbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Der Turbolader der vorliegenden Offenbarung sieht einen Turbolader mit reduzierter Komplexität, reduzierter Teileanzahl und reduzierter Toleranzsumme vor.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken von ausgewählten Ausführungsformen und nicht allen möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Die Zeichnung ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Turboladers gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
Entsprechende Bezugszeichen geben über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg entsprechende Teile an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun werden Beispielausführungsformen anhand der begleitenden Zeichnungen umfassender beschrieben.
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.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und ist nicht zur Beschränkung bestimmt. Wie hier verwendet ist, können Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ dazu bestimmt sein, genauso die Pluralformen zu enthalten, sofern es der Kontext nicht anderweitig deutlich angibt. Die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „einschließlich“ und „mit“ sind inklusive und legen daher die Anwesenheit festgelegter Merkmale, Aufgaben, Schritte, Betriebsabläufe, Elemente und/oder Komponenten fest, schließen jedoch nicht die Anwesenheit oder den Zusatz eines oder mehrerer anderer Merkmale, Aufgaben, Schritte, Betriebsabläufe, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen daraus aus. Die Verfahrensschritte, Prozesse sowie Betriebsabläufe, die hier beschrieben sind, sind nicht so auszulegen, dass sie ihre Ausführung in der bestimmten Reihenfolge, die diskutiert oder veranschaulicht ist, unbedingt erfordern, sofern sie nicht als Reihenfolge der Ausführung speziell festgelegt ist. Es sei auch zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.
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, in Eingriff damit, verbunden damit oder 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 anderen 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. Die 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.
Mit Bezug auf die Figur weist der Turbolader 10 ein Gehäuse 12 auf, das ein Turbinengehäuse 14, ein Verdichtergehäuse 16 und eine Verdichter-Rückplatte 18 besitzt. Das Turbinengehäuse 14 definiert eine Turbinenkammer 20, und das Verdichtergehäuse 16 definiert eine Verdichterkammer 22. Ein Turbinenrad 24 ist in der Turbinenkammer 20 angeordnet, und eine Turbinenwelle 26 ist mit dem Turbinenrad 24 und einem Verdichterrad 28 verbunden, das in der Verdichterkammer 22 angeordnet ist. Die Verdichter-Rückplatte 18 ist direkt mit dem Turbinengehäuse 14 verbunden. Insbesondere kann die Verdichter-Rückplatte 18 mit dem Turbinengehäuse 14 durch eine Klemme 30 oder alternativ durch ein Gewindebefestigungsmittel oder ein anderes Verbindungsmittel verbunden sein.
Zwischen der Verdichter-Rückplatte 18 und dem Turbinengehäuse 14 ist ein Lagereinsatz 32 sandwichartig angeordnet. Das Turbinengehäuse 14 und die Verdichter-Rückplatte 18 weisen jeweils Lagersitzbereiche 14A, 18A auf, die den Lagereinsatz 32 darin aufnehmen. Eine Lagerwelle 34 ist drehbar in dem Lagereinsatz 32 aufgenommen und weist eine erste Kolbenringdichtung 36 auf, die mit der Verdichter-Rückplatte 18 in Eingriff steht. Ein Hitzeschild 38 ist zwischen dem Turbinenrad 24 und dem Lagereinsatz 32 vorgesehen. Der Hitzeschild 38 kann in dem ausgenommenen Hohlraum angebracht sein, der den Lagersitz 14A des Turbinengehäuses 14 definiert, und kann eine zweite Kolbenringdichtung 40 aufweisen, die zwischen der Lagerwelle 34 und dem Hitzeschild 38 abdichtet. Der Lagereinsatz 32 ist über Presssitz in das Turbinengehäuse 14 und die Verdichter-Rückplatte 18 eingepasst. Die Lagerwelle 34 ist in dem Lagereinsatz 32 aufgenommen, und die Turbinenwelle 26 erstreckt sich durch die Lagerwelle 34. Diese Turbinenwelle 26 kann an das Turbinenrad 24 geschweißt oder angefügt sein und ist mit dem Verdichterrad 28 typischerweise über Gewinde oder unter Verwendung eines Gewinde-Befestigungselements verbunden. Die Lagerwelle 34 kann sandwichartig zwischen dem Turbinenrad 24, der Turbinenwelle 26 und dem Verdichterrad 28 angeordnet sein, wobei sie radial durch die Turbinenwelle 26 gelagert ist.
Bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung führt der Lagereinsatz die Lagerwelle 34 und die Turbinenwelle 26 radial und ist zwischen dem Turbinengehäuse 14 und der Verdichter-Rückplatte 18 gelagert. Die Konstruktion beseitigt die Notwendigkeit eines zentralen Gehäuses, so dass das Problem summierter Toleranzen beseitigt wird. Die Konstruktion reduziert die Komplexität, die Teilezahl und die Toleranzsumme.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zu Darstellungs- und Beschreibungszwecken vorgesehen worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer besonderen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese besondere Ausführungsform begrenzt, sondern sind, wo anwendbar, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Selbige kann auch auf vielerlei Weisen verändert werden. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung von der Offenbarung anzusehen, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang der Offenbarung enthalten sein.

Claims

Turbolader (10), umfassend: ein Turbinengehäuse (14), das eine Turbinenkammer (20) definiert; ein Verdichtergehäuse (16), das eine Verdichterkammer (22) definiert; ein Turbinenrad (24), das in der Turbinenkammer (20) angeordnet ist; eine Turbinenwelle (26), die mit dem Turbinenrad (24) verbunden ist; ein Verdichterrad (28), das in der Verdichterkammer (22) angeordnet und mit der Turbinenwelle (26) verbunden ist; eine Verdichter-Rückplatte (18) benachbart des Verdichterrades (28); und einen Lagereinsatz (32), der direkt zwischen der Verdichter-Rückplatte (18) und dem Turbinengehäuse (14) sandwichartig angeordnet ist und die Turbinenwelle (26) drehbar lagert, wobei die Verdichter-Rückplatte (18) und das Turbinengehäuse (14) jeweils eine Ausnehmung aufweisen, in welche der Lagereinsatz (32) derart über Presssitz eingepasst ist, dass ein Abschnitt eines axialen Endes des Lagereinsatzes (32) in der Verdichter-Rückplatte (18) aufgenommen ist und ein Abschnitt des anderen axialen Endes des Lagereinsatzes (32) in dem Turbinengehäuse (14) aufgenommen ist; und wobei die Verdichter-Rückplatte (18) direkt mit dem Turbinengehäuse (14) verbunden ist, sodass eine Fläche der Verdichter-Rückplatte (18) mit einer Fläche des Turbinengehäuses (14) in Kontakt steht.
Turbolader (10) nach Anspruch 1, wobei die Verdichter-Rückplatte (18) mit dem Turbinengehäuse (14) durch eine Klemme (30) verbunden ist.
Turbolader (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Lagerwelle (34) zwischen der Turbinenwelle (26) und dem Lagereinsatz (32).
Turbolader (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Dichtung (36), die zwischen der Lagerwelle (34) und der Verdichter-Rückplatte (18) angeordnet ist.
Turbolader (10) nach Anspruch 1, ferner mit einem Hitzeschild (38), das zwischen dem Turbinenrad (24) und dem Lagereinsatz (32) angeordnet ist.
Turbolader (10) nach Anspruch 5, ferner mit einer Dichtung (40), die zwischen der Lagerwelle (34) und dem Hitzeschild (38) angeordnet ist.