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Einleitung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit Zwangsansaugung und insbesondere auf einen Turbolader.
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Turbolader erhöhen das Volumen und die Dichte der Luft, die während eines Ansaugtaktes in den Verbrennungsmotor gesaugt wird. Genauer gesagt liefern Turbolader einen Überdruck im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, indem sie ein Verdichter-Rad in einem Verdichter-Gehäuse verwenden, das mit einer Abgasturbine in einem Turbinen-Gehäuse des Turboladers gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird. Zwischen dem Verdichter-Gehäuse und dem Mittelgehäuse des Turboladers besteht eine Druckdifferenz, die dazu führen kann, dass Luft und/oder Schmiermittel unter hohen Druckdifferenzen zwischen dem Verdichter-Gehäuse und dem Mittelgehäuse hindurchströmt.
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Eine ringförmige Kolbenringdichtung wird häufig verwendet, um die Menge an Luft und/oder Schmiermittel zu begrenzen, die zwischen dem Verdichter-Gehäuse und dem Mittelgehäuse passieren kann, wenn der Turbolader zur Erzeugung von Ladedruck verwendet wird. Die Kolbenringdichtungen bieten eine bekannte Einschränkung oder Verengung eines Luftstromweges. Um jedoch eine erhebliche Reduzierung des Blow-by zu erreichen und die Ziele für Emissionen, Kraftstoffverbrauch und volumetrische Effizienz für eine bestimmte Anwendung zu erreichen, kann es notwendig sein, die Anzahl der verwendeten Kolbenringdichtungen zu erhöhen. Die Verwendung einer größeren Anzahl von Kolbenringdichtungen kann die Kosten, die physische und die Montagekomplexität des Turboladers erhöhen.
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Die
DE 203 07 447 U1 beschreibt eine Axialgleitlageranordnung mit einem zur gemeinsamen Drehung mit einem rotierenden Bauteil vorgesehenen Druckring und einem zur drehfesten Montage an einem stationären Bauteil vorgesehenen Gegenring, wobei der Druck- und Gegenring einander zugewandte, radial ausgerichtete Lagerflächen aufweisen, zwischen denen bei Betrieb ein reibungsminimierender Ölfilm gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring ferner mit einer radialen Gleitfläche an einer dem Gegenring abgewandten Stirnfläche zum Zusammenwirken mit einer radialen Gleitfläche eines drehfesten Gleitringes einer Gleitringdichtungsanordnung versehen ist.
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Es kann als Aufgabe betrachtet werden, einen neuen und verbesserten Turbolader bereitzustellen, der die Vorteile eines eingeschränkten Luftströmungsweges oder eines eingeschränkten Blow-by-Weges bietet und gleichzeitig die Leistung eines Turboladers beibehält oder verbessert und die Kosten und die Komplexität der Herstellung und Montage des Turboladers reduziert.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß umfasst ein Turbolader ein Verdichter-Gehäuse, das eine Verdichter-Kammer definiert. Der Turbolader umfasst auch ein Turbinen-Gehäuse, das eine Turbinen-Kammer definiert, und ein mittleres Gehäuse, das axial zwischen dem Verdichter-Gehäuse und dem Turbinen-Gehäuse angeordnet ist. Ein Turbinenrad ist in der Turbinen-Kammer angeordnet, und eine Turbinenwelle ist mit dem Turbinenrad verbunden. Ein Verdichter-Rad ist in der Verdichter-Kammer angeordnet und mit der Turbinenwelle gegenüber dem Turbinenrad verbunden. Das Verdichter-Rad hat einen Schaft mit einem zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt und einem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser. Der zylindrische Abschnitt mit reduziertem Durchmesser hat einen kleineren Durchmesser als der zylindrische Außendurchmesser. Eine ringförmige Rückplatte ist am Verdichter-Gehäuse neben dem Verdichter-Rad montiert. Die ringförmige Rückplatte definiert eine abgestufte zylindrische Bohrung mit einem Abschnitt mit maximalem Durchmesser und einem Abschnitt mit minimalem Durchmesser. Der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser erstreckt sich vom Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser radial nach innen und hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser. Der zylindrische Außendurchmesser-Abschnitt ist innerhalb des Abschnitts mit maximalem Durchmesser angeordnet, und der zylindrische Abschnitt mit reduziertem Durchmesser ist innerhalb des Abschnitts mit minimalem Durchmesser angeordnet. Der zylindrische Außendurchmesser des Verdichter-Rads ist größer oder gleich dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser der ringförmigen Rückplatte. Die abgestufte zylindrische Bohrung und der Schaft definieren einen Spalt mit variabler Breite.
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Der Spalt zwischen dem zylindrischen Außendurchmesser und dem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser des Verdichter-Rads definiert einen umlaufenden Blowby-Pfad mit dem Abschnitt mit maximalem Durchmesser und dem Abschnitt mit minimalem Durchmesser der ringförmigen Rückplatte.
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Der Turbolader umfasst ein Lager, das zwischen der ringförmigen Rückplatte und dem Verdichter-Gehäuse angeordnet ist, wobei das Lager die Turbinenwelle drehbar lagert und vom Verdichter-Rad durch eine ringförmige Scheibe getrennt ist.
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Eine ringförmige Kolbenringdichtung ist innerhalb des Abschnitts mit dem minimalen Durchmesser der abgestuften zylindrischen Bohrung angeordnet und steht mit diesem in Kontakt. Die abgestufte zylindrische Bohrung bildet einen Dichtsteg zwischen der ringförmigen Kolbenringdichtung und dem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser des Verdichter-Rads.
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In einer weiteren Ausführungsform definiert der Dichtsteg einen umlaufenden Blowby-Pfad mit einer vorgegebenen Form und einer vorgegebenen Pfadlänge, der so gewählt ist, dass der Blowby von einer Hochdruckzone im Verdichter-Gehäuse durch das mittlere Gehäuse zu einer Niederdruckzone im Turbinen-Gehäuse eliminiert wird. In der Hochdruckzone herrscht ein höherer Atmosphärendruck als in der Niederdruckzone.
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In einer weiteren Ausführungsform hat der zylindrische Anteil des Verdichter-Rads mit reduziertem Durchmesser eine axiale Anteilbreite mit reduziertem Durchmesser.
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In einer weiteren Ausführungsform hat die ringförmige Kolbenringdichtung eine axiale Ringbreite und der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser eine axiale Stufenbreite. Die axiale Ringbreite ist größer als die axiale Stufenbreite, und die axiale Breite mit reduziertem Durchmesser ist größer als die axiale Ringbreite.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält die abgestufte zylindrische Bohrung ferner eine nach außen gerichtete Fläche, die sich vom Abschnitt mit maximalem Durchmesser bis zum Abschnitt mit minimalem Durchmesser der abgestuften zylindrischen Bohrung radial nach innen zur Turbinenwelle hin erstreckt. Der Abschnitt mit dem kleinsten Durchmesser erstreckt sich axial zum mittleren Gehäuse hin zu einer nach innen gerichteten Fläche, die sich radial von der Turbinenwelle weg erstreckt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die abgestufte zylindrische Bohrung der ringförmigen Rückplatte axial innerhalb des Verdichter-Rades ausgerichtet und erstreckt sich radial auf den zylindrischen Anteil mit reduziertem Durchmesser des Verdichter-Rades.
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In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die nach außen gerichtete Fläche senkrecht zur abgestuften zylindrischen Bohrung, und der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser erstreckt sich senkrecht sowohl zur nach außen gerichteten Fläche als auch zur nach innen gerichteten Fläche. Die nach außen gerichtete Fläche und die abgestufte zylindrische Bohrung sind an einem abgerundeten Abschnitt verbunden. Der abgerundete Anteil hat einen vorbestimmten Radius, der verhindert, dass das Verdichter-Rad gegen die ringförmige Rückplatte gebunden wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Turboladers nach einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 ist eine Schnittdarstellung des Turboladers aus 1 entlang der Linie 2-2 nach einer beispielhaften Ausführungsform;
- 3A ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Anteils des beispielhaften Turboladers aus 2 und zeigt eine Rückplatte mit einem Anteil mit minimalem Durchmesser entsprechend einer beispielhaften Ausführung; und
- 3B ist eine weiter vergrößerte Schnittdarstellung eines Anteils des beispielhaften Turboladers aus 3A, die ein Detail des Anteils mit dem minimalen Durchmesser der ringförmigen Rückplatte nach einer beispielhaften Ausführung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird ein Turbolader nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen bei 10 gezeigt. Der Turbolader 10 kann aus einer Vielzahl verschiedener Turbolader Typen bestehen, ohne dass der Umfang oder die Absicht dieser Offenbarung beeinträchtigt wird. Der Turbolader 10 kann zum Beispiel ein Single-Scroll-Turbolader, ein Twin-Scroll-Turbolader, ein Turbolader mit variabler Geometrie, ein elektrischer Turbolader oder ähnliches sein. Der Turbolader 10 umfasst in einem Aspekt ein Verdichter-Gehäuse 12 mit einer ringförmigen Rückplatte 14. Der Turbolader 10 enthält außerdem ein mittleres Gehäuse 16. In einigen Beispielen hat das mittlere Gehäuse 16 eine im Wesentlichen zylindrische Form und definiert einen Hohlraum 15. Der Hohlraum 15 hat gegenüberliegende Enden 17 und 19, die dem Verdichter-Gehäuse 12 bzw. einem Turbinen-Gehäuse 18 zugewandt sind. Eines der gegenüberliegenden Enden 17, 19 ist ein offenes Ende 19. Das offene Ende 19 ist dem Verdichter-Gehäuse 12 zugewandt und zur Aufnahme der ringförmigen Rückplatte 14 angepasst. In weiteren Beispielen kann der Anteil des mittleren Gehäuses 16 einschließlich des offenen Endes 19 mit dem Verdichter-Gehäuse 12 einheitlich gebildet werden.
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Wir wenden uns nun den 3A und 3B zu und beziehen uns weiterhin auf die 1 und 2, wobei das Verdichter-Gehäuse 12 eine Kompressor-Kammer 20 definiert. Ein Verdichter-Rad 22 ist in der Verdichter-Kammer 20 angeordnet. Das Turbinen-Gehäuse 18 definiert eine Turbinen-Kammer 24. Ein Turbinenrad 26 ist in der Turbinen-Kammer 24 angeordnet. In einigen Beispielen ist die ringförmige Rückplatte 14 direkt mit dem Verdichter-Gehäuse 12 verbunden. Genauer gesagt ist die ringförmige Rückplatte 14 mit dem Verdichter-Gehäuse 12 durch eine oder mehrere Befestigungselemente 21 verbunden. Die Befestigungselemente 21 können eine Vielzahl von verschiedenen Formen annehmen, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das heißt, das Befestigungselement 21 kann ein Sicherungsring, ein E-Clip, ein Sprengring oder ein anderes Befestigungselement 21 dergleichen sein. In einer alternativen Ausführung wird bei einigen Beispielen die ringförmige Rückplatte 14 in das offene Ende 19 des mittleren Gehäuses 16 eingesetzt und darin mit einem oder mehreren Befestigungselementen 21 gehalten oder geklemmt.
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Ein Lager 30 ist zwischen der ringförmigen Rückplatte 14 und dem mittleren Gehäuse 16 angeordnet. Das mittlere Gehäuse 16 und die ringförmige Rückenplatte 14 enthalten jeweils Lagersitzbereiche 16A bzw. 14A, die das Lager 30 darin aufnehmen. Eine Turbinenwelle 32 wird drehbar im Lager 30 aufgenommen und von diesem abgestützt. Eine oder mehrere ringförmige Ringscheiben 34 sind zwischen dem Lager 30 und der ringförmigen Rückplatte 14 eingelegt. Die eine oder mehrere Ringscheiben 34 sind ebenfalls zwischen dem Lager 30 und dem Verdichter-Rad 22 angeordnet. Die Turbinenwelle 32 ist um eine Achse A drehbar. Die Ringscheiben 34 sind aus einem metallischen Material gebildet, das die gewünschte Oberflächenreibung und Kompressionseigenschaften bietet. In einigen Beispielen sind die Ringscheiben 34 aus Stahl, Messing oder ähnlichem gefertigt. Die Ringscheiben 34 sind im Wesentlichen flache Scheiben mit einer Öffnung (nicht speziell dargestellt), durch die sich die Turbinenwelle 32 erstreckt. Das Lager 30 kann einer von verschiedenen Typen sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Drucklager, ein Kugellager, ein Nadellager, ein Gleitlager oder ähnliches, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Lager 30 ist durch einen Bund 35 um die Turbinenwelle 32 herum getrennt oder abgestützt. Der Bund 35 ist eine zylindrische Hülse, die um die Turbinenwelle 32 und innerhalb des Lagers 30 passt. In mehrfacher Hinsicht hilft der Bund 35, das Lager 30 auf der Turbinenwelle 32 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zu fixieren. Der Bund 35 kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie Keramik, Verbundwerkstoffen, Metallen, Metalllegierungen oder ähnlichem, geformt werden.
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Die ringförmige Rückenplatte 14 hat eine abgestufte zylindrische Bohrung 36. Genauer gesagt umfasst die ringförmige Rückenplatte 14 einen Abschnitt mit maximalem Durchmesser 38 und einen Abschnitt mit minimalem Durchmesser 40. Der maximale und der minimale Durchmesser 38, 40 sind jeweils um die Achse A der Turbinenwelle 32 orientiert. Der Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 hat einen größeren Durchmesser als der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40. In mehreren Aspekten erstreckt sich der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser um 40 radial nach innen vom Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser. Der Abschnitt 38 mit maximalem Durchmesser erstreckt sich axial von der Verdichter-Kammer 20 in Richtung des mittleren Gehäuses 16. Eine nach außen gerichtete Fläche 42 verbindet den Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 mit dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40. Genauer gesagt erstreckt sich die nach außen gerichtete Fläche 42 vom Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 radial nach innen und endet am Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40, wodurch eine ringförmige Stufe oder ein Flansch gebildet wird.
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Die nach außen gerichtete Fläche 42 ist mit dem Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 in einem Winkel α' verbunden, und die nach außen gerichtete Fläche 42 ist mit dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 in einem Winkel β' verbunden. Es ist zu schätzen, dass die Winkel α' und β' variieren können, ohne dass sie vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abweichen. Die Winkel α' und β' sind in mehrfacher Hinsicht so gewählt, dass das Potenzial für das Verdichter-Rad 22, sich an der ringförmigen Rückplatte 14 zu binden oder anderweitig physikalisch zu stören, reduziert oder wesentlich eliminiert wird. Darüber hinaus sind, unter besonderer Berücksichtigung des Winkels α', die nach außen gerichtete Fläche 42 und der Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 an einem abgerundeten Abschnitt 44A verbunden. Der gerundete Abschnitt 44A hat einen vorbestimmten Radius, der so gewählt ist, dass das Verdichter-Rad 22 nicht gegen die ringförmige Rückplatte 14 gebunden wird. Die genauen Abmessungen des gerundeten Anteils 44A können je nach den Gesamtabmessungen des Turboladers 10 und der Anwendung, für die der Turbolader 10 verwendet werden soll, erheblich variieren. Beispielsweise kann in einem relativ großen Turbolader 10, der in einem großen Lastwagen, einem Halbkombi oder ähnlichem verwendet wird, der abgerundete Anteil 44A einen entsprechend größeren Radius haben als der abgerundete Anteil 44A eines kleinen Turboladers 10, der für die Verwendung in einem Motorrad, einem Kleinwagen oder ähnlichem vorgesehen ist.
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In einem Beispiel sind die beiden Winkel α und β etwa 90°. Das heißt, die nach außen gerichtete Fläche 42 erstreckt sich senkrecht zum Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 und die nach außen gerichtete Fläche 42 erstreckt sich senkrecht zum Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40. Dementsprechend sind die Abschnitte mit maximalem und minimalem Durchmesser 38, 40 parallel oder im Wesentlichen konzentrisch und koaxial zueinander. Der Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 hat einen durchgehend konstanten Durchmesser und definiert einen zylindrischen Bereich der ringförmigen Rückplatte 14. Der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 definiert auch einen zylindrischen Bereich der ringförmigen Rückplatte 14 mit einem durchgehend gleichmäßigen Durchmesser.
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Der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 erstreckt sich axial von der nach außen weisenden Fläche 42 bis zu einer nach innen weisenden Fläche 45. Die nach innen gerichtete Fläche 45 befindet sich in der Nähe des mittleren Gehäuses 16 und erstreckt sich radial nach außen und von der Turbinenwelle 32 weg. Das heißt, die nach innen gerichtete Fläche 45 steht im Wesentlichen senkrecht zum Abschnitt 40 mit dem minimalen Durchmesser. Dementsprechend sind die nach innen gerichtete Fläche 45 und die nach außen gerichtete Fläche 42 im Wesentlichen parallel zueinander. Der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 hat eine axiale Stufenbreite von 46. Die axiale Stufenbreite 46 ist kleiner als der axiale Abstand, über den sich der Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 erstreckt.
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Das Verdichter-Rad 22 erstreckt sich von einer Nase 48 bis zu einem Schaft 50 mit einer Vielzahl von radial verlaufenden, dreidimensional geformten Verdichter-Schaufeln 52, die dazwischen ausgebildet sind. Die Verdichter-Schaufeln 52 können eine Vielzahl von Formen annehmen, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können die Verdichter-Schaufeln 52 so geteilt sein, dass sich die abwechselnden Verdichter-Schaufeln 52 für unterschiedliche axiale und/oder radiale Abstände erstrecken als benachbarte Verdichter-Schaufeln 52. In einem anderen Beispiel können die Verdichter-Schaufeln 52 vorwärts oder rückwärts gekrümmt sein. In einem weiteren Beispiel können die Verdichter-Schaufeln 52 eine gerade radiale Struktur aufweisen, so dass jede der Verdichter-Schaufeln 52 in einer geraden Linie senkrecht zur Achse A der Turbinenwelle 32 verläuft oder aus ihr austritt. Die Verdichter-Schaufeln 52 können sich auch umgekehrt verjüngen oder eine zunehmende radiale Ausdehnung von der Nase 48 zum Schaft 50 aufweisen. Eine zylindrische Öffnung 54 wird durch mindestens einen Anteil des Verdichter-Rads 22 gebildet. Das Verdichter-Rad 22 enthält in mehrfacher Hinsicht eine im Wesentlichen scheibenförmige Rückplatte 56. Der Schaft 50 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur scheibenförmigen Rückplatte 56 und zum mittleren Gehäuse 16 des Turboladers 10. Der Schaft 50 ist dem mittleren Gehäuse 16 des Turboladers 10 zugewandt, während sich die Nase 48 entlang der Achse A vom mittleren Gehäuse 16 weg erstreckt.
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Mindestens ein Anteil des Schafts 50 des Verdichter-Rads 22 ist innerhalb des Abschnitts 38 mit maximalem Durchmesser der ringförmigen Rückplatte 14 angeordnet. Genauer gesagt enthält der Schaft 50 des Verdichter-Rads 22 einen zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt 58 und einen zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60. Der zylindrische Außendurchmesser-Abschnitt 58 des Schafts 50 des Verdichter-Rads 22 ist innerhalb des Abschnitts 38 der ringförmigen Rückplatte 14 angeordnet und passt konzentrisch in diesen Abschnitt mit maximalem Durchmesser. Ebenso wird der zylindrische Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 von dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 der ringförmigen Rückplatte 14 aufgenommen und passt konzentrisch in diesen. Eine radiale Fläche 62 ist unter einem Winkel β" mit dem zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt 58 verbunden. Die radiale Fläche 62 ist ebenfalls unter einem Winkel α" mit dem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 verbunden. Wie bei den Winkeln α" und β" sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die Winkel α" und β" variieren können, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Winkel α" und β" sind in mehrfacher Hinsicht so gewählt, dass das Potenzial des Verdichter-Rads 22, die ringförmige Rückplatte 14 zu binden oder anderweitig physikalisch zu stören, reduziert oder wesentlich eliminiert wird. Darüber hinaus sind, unter besonderer Berücksichtigung des Winkels α", die radiale Fläche 62 und dem zylindrische Außendurchmesser-Abschnitt 58 an einem abgerundeten Anteil 44B verbunden. Der abgerundete Abschnitt 44B hat einen vorbestimmten Radius, der so gewählt ist, dass das Verdichter-Rad 22 nicht an die ringförmige Kolbenringdichtung 64 gebunden wird. Die genauen Abmessungen des gerundeten Anteils 44B des Verdichter-Rads 22 können je nach den Gesamtabmessungen des Turboladers 10 und der Anwendung, für die der Turbolader 10 verwendet werden soll, erheblich variieren.
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Die radiale Fläche 62 ist im Wesentlichen parallel zur nach außen gerichteten Fläche 42 der ringförmigen Rückenplatte 14 und zeigt zu dieser. Der zylindrische Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 erstreckt sich über eine axiale Breite, im Folgenden als axiale reduzierte Anteilsbreite 63 bezeichnet. In mehreren Aspekten ist die axiale reduzierte Anteilsbreite 63 größer als die axiale Stufenbreite 46. Die axiale reduzierte Anteilsbreite 63 ist größer als die axiale Stufenbreite 46, um ein vorgegebenes Maß an axialer Bewegung der Turbinenwelle 32 und des Verdichter-Rads 22 innerhalb des Verdichter-Gehäuses 12 und der ringförmigen Rückplatte 14 zu ermöglichen, ohne das Verdichter-Gehäuse 12 oder die ringförmige Rückplatte 14 physisch zu berühren. Außerdem ist der zylindrische Außendurchmesser-Abschnitt 58 des Verdichter-Rads 22 größer oder gleich dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40.
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Der Schaft 50 wird bei der Montage des Turboladers 10 in die ringförmige Rückplatte 14 eingesetzt. Der Schaft 50 ist im Wesentlichen konzentrisch mit der ringförmigen Rückplatte 14 und von dieser durch einen Spalt D beabstandet. Der Spalt D wird vom Abschnitt mit dem maximalen Durchmesser 38 zum zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt 58 und vom Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 zum zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 gemessen. In verschiedener Hinsicht hat der Spalt D eine vorgegebene Breite oder Größe, die für eine bestimmte Anwendung des Turboladers 10 ausgewählt wurde. Zum Beispiel ist bei einem großen Turbolader für den Einsatz mit einem Motor mit großem Hubraum die Lücke D relativ groß im Vergleich zu einer kleineren Lücke bei einem kleinen Turbolader, der für den Einsatz mit einem Motor mit kleinem Hubraum ausgelegt ist. Ebenso kann die Menge der Turbolader, der Motortyp (Benzin, Diesel usw.) usw. in die vorgegebene Lücke D für eine bestimmte Anwendung des Turboladers 10 einfließen. Der Spalt D kann auch entlang der axialen Ausdehnung des Schaftes 50 und der ringförmigen Rückenplatte 14 variieren. Der Spalt D ist in mehrfacher Hinsicht so gewählt, dass eine Trennung zwischen dem Schaft 50 und der ringförmigen Rückenplatte 14 gewährleistet ist und das Potenzial für einen physischen Kontakt zwischen dem Schaft 50 und der ringförmigen Rückenplatte 14 verringert wird.
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Eine ringförmige Kolbenringdichtung 64 ist innerhalb und in Kontakt mit dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 der abgestuften zylindrischen Bohrung 36 angeordnet. Die ringförmige Kolbenringdichtung 64 greift dichtend in den zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 des Schafts 50 des Verdichter-Rads 22 ein. Da der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 der ringförmigen Rückplatte 14 einen kleineren Durchmesser hat als der zylindrische Außendurchmesser-Abschnitt 58 des Schafts 50, ist die ringförmige Kolbenringdichtung 64 in und in drehendem Dichtungseingriff mit dem Schaft 50 angeordnet. Die ringförmige Kolbenringdichtung 64 hat ebenfalls eine axiale Ringbreite 66. Die axiale Ringbreite 66 ist ein axialer Abstand, um den sich die ringförmige Kolbenringdichtung 64 erstreckt. In mehreren Aspekten ist die axiale Ringbreite 66 größer als die axiale Stufenbreite 46, während die axiale reduzierte Anteilbreite 63 größer als die axiale Ringbreite 66 ist. Da die axiale reduzierte Anteilsbreite 63 größer ist als die axiale Ringbreite 66, passt die ringförmige Kolbenringdichtung 64 in die axiale reduzierte Anteilsbreite 63, ohne die Drehbewegung des Schafts 50 innerhalb der ringförmigen Rückplatte 14 zu behindern. Da der Schaft 50 unter bestimmten Betriebsbedingungen eine axiale Verschiebung erfahren kann, verringert die ringförmige Kolbenringdichtung 64 durch eine axiale Ringbreite 66, die größer als die axiale Stufenbreite 46 ist, die Möglichkeit, dass der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 der ringförmigen Rückplatte den Schaft 50 physisch berührt.
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In Kombination mit der abgestuften zylindrischen Bohrung 36 bildet die ringförmige Kolbenringdichtung 64 einen Dichtsteg 68 mit dem zylindrischen Anteil mit reduziertem Durchmesser 60 des Schaftes 50 des Verdichter-Rades 22. Allgemeiner gesagt, der umlaufende Blowby-Pfad 70 hat eine vorbestimmte Form und eine vorbestimmte Pfadlänge, die so gewählt ist, dass das Blowby von der Hochdruckzone im Verdichter-Gehäuse 12 durch das mittlere Gehäuse 16 zur Niederdruckzone im Turbinen-Gehäuse 18 im Wesentlichen eliminiert wird. Der Dichtsteg 68 definiert einen Anteil des kreisförmigen Blowby-Pfades 70, durch den unter bestimmten Betriebsbedingungen des Turboladers 10 Druckluft oder andere Gase fließen können.
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Konkret erzeugt das Verdichter-Gehäuse 12 des Turboladers 10 im Betrieb und unter Last eine Zone mit hohem Atmosphärendruck. Im Gegensatz dazu erzeugen die durch das Turbinen-Gehäuse 18 strömenden Abgase eine Zone mit niedrigem atmosphärischen Druck, der niedriger ist als der hohe atmosphärische Druck im Verdichter-Gehäuse 12. Da der Hochdruck sich tendenziell mit dem Niederdruck ausgleicht, bewirkt die Druckdifferenz über den Turbolader 10, dass die Hochdruckluft im Verdichter-Gehäuse 12 versucht, sich in Richtung des Niederdruckaustritts im Turbinen-Gehäuse 18 zu bewegen.
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Wenn man zulässt, dass Hochdruckluft aus dem Verdichter-Gehäuse 12 durch das mittlere Gehäuse 16 zum Turbinen-Gehäuse 18 strömt, ergeben sich mehrere potenzielle Probleme. So kann der Turbolader 10 beispielsweise an Effizienz verlieren, weil Hochdruckluft, die sonst in den Motor eindringen würde, an den Auspuff oder die Belüftung verloren geht, der Turbolader 10 kann möglicherweise nicht sein Potenzial ausschöpfen. In einem zweiten Beispiel kann die ordnungsgemäße Schmierung des Turboladers 10 durch die Einleitung von Luft in das mittlere Gehäuse 16, das/die Lager 30, die Turbinenwelle 32 des Turboladers 10 usw. beeinträchtigt werden. Das heißt, dass Hochdruckluft Öl oder andere Schmiermittel verdrängen kann, die sonst schmieren würden und die Reibungsbeanspruchung der Lager 30, der Turbinenwelle 32 und dergleichen verringern. In einem dritten Beispiel, das sich etwas auf das zweite Beispiel bezieht, kann Luft, die in das mittlere Gehäuse 16 eintritt, auch Schmiermittel aus einem ansonsten im Wesentlichen geschlossenen System in den Einlass oder Auslass des Motors drücken. Dementsprechend kann Schmiermittel, wie z.B. Öl, direkt oder über die Verbrennung im Motor verloren gehen, wenn der Turbolader 10 keinen ausreichenden Dichtsteg 68 zur Überwindung solcher Probleme aufweist.
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Der kreisförmige Blowby-Pfad 70 wird allgemeiner durch den Spalt D über den gesamten axialen und radialen Abstand definiert, wobei der Schaft 50 und die ringförmige Rückplatte 14 eine Rotationsschnittstelle miteinander haben, sowie durch die Schnittstelle zwischen der ringförmigen Kolbenringdichtung 64 und dem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 des Schafts 50. Das heißt, dass die Hochdruckluft aus dem Verdichter-Gehäuse 12 unter Umständen hinter die scheibenförmige Rückplatte 56 des Verdichter-Rades 22 wandern und in den Spalt D zwischen dem Schaft 50 und der ringförmigen Rückplatte 14 eindringen kann. Wenn die Hochdruckluft entlang des Spaltes D zwischen dem Abschnitt mit maximalem Durchmesser 38 und dem zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt 58 in Richtung des mittleren Gehäuses 16 strömt, wird die Bewegung der Luft durch das Vorhandensein des Abschnittes mit minimalem Durchmesser 40 in Kombination mit dem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 des Schaftes 50 behindert. Da die ringförmige Kolbenringdichtung 64 auf dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 der ringförmigen Rückplatte 14 und innerhalb des zylindrischen Abschnitts mit reduziertem Durchmesser 60 des Schafts 50 angeordnet ist, wird außerdem der Luftstrom aus dem Verdichter-Gehäuse 12 zum Turbinen-Gehäuse 18 weiter behindert. Insbesondere weil der zylindrische Außendurchmesser-Abschnitt 58 des Schafts 50 des Verdichter-Rads 22 größer oder gleich dem Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser 40 ist, ist die ringförmige Kolbenringdichtung 64 in und in drehbarem Dichtungseingriff mit dem Schaft 50 angeordnet. Der Dichtsteg 68 wird daher durch die radialen und axialen Abmessungen der ringförmige Kolbenringdichtung 64 definiert, wobei die ringförmige Kolbenringdichtung 64 innerhalb und in drehbarem Dichtungseingriff mit dem Schaft 50 angeordnet ist.
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Es ist zu beachten, dass der Spalt D entlang des axialen und/oder radialen Abstands zwischen dem zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt 58 und dem Höchstdurchmesser-Abschnitt 38 sowie zwischen dem minimalen Durchmesser 40 und dem zylindrischen Anteil mit reduziertem Durchmesser 60 gleiche oder unterschiedliche physikalische Abmessungen haben kann. Während in der vorstehenden Beschreibung die abgestufte zylindrische Bohrung 36 der ringförmigen Rückplatte 14 und der Schaft 50 des Verdichter-Rads 22 nur eine einzige Stufe aufweisen, die jeweils zwei Durchmesser definiert, können sowohl die abgestufte zylindrische Bohrung 36 als auch der Schaft 50 mehr als zwei Stufen aufweisen, die jeweils zwei oder mehr Durchmesser definieren, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Schaft 50 kann beispielsweise mehrere Abschnitte mit dem zylindrischen Außendurchmesser-Abschnitt 58 und mit dem zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 haben, und die abgestufte zylindrische Bohrung 36 kann mehrere Abschnitte mit dem maximalen Durchmesser 38 und dem minimalen Durchmesser 40 haben. In einem Beispiel, in dem der Schaft 50 mehrere zylindrische Abschnitte mit reduziertem Durchmesser 60 und die abgestufte zylindrische Bohrung 36 mehrere Abschnitte mit minimalem Durchmesser 40 aufweist, ist die abgestufte zylindrische Bohrung 36 auch mit mehreren ringförmigen Kolbenringdichtungen 64 ausgestattet. Jeder der ringförmigen Kolbenringdichtungen 64 ist an einem der Abschnitte mit dem minimalen Durchmesser 40 montiert und bildet mit dem konzentrisch angeordneten und axial ausgerichteten zylindrischen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 60 des Schafts 50 einen Dichtsteg 68.
