DE112013005023T5

DE112013005023T5 - Verwirbelung auslösender Lagergehäuseabstandshalter und -kern

Info

Publication number: DE112013005023T5
Application number: DE112013005023.4T
Authority: DE
Inventors: Michael Bucking
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-07-16
Also published as: US20150292517A1; US9970448B2; KR20150081308A; CN104755707A; KR102048440B1; WO2014074436A1; CN104755707B

Abstract

Ein Turbolader (10) mit einem Lagergehäuse (14) zwischen einem Turbinengehäuse und einem Verdichtergehäuse mit einem geformten Kern (16), der einen Ölablasshohlraum (20) neben einem Abstandshalter (24) bildet, der so geformt ist, dass er eine Verwirbelung zur Ölentschäumung auslöst. Eine Vertiefung (18) in einer inneren Kernwand des Lagergehäuses (14) bildet den Ölablasshohlraum (20), wobei jedes Ende (22) der Vertiefung (18) einem distalen Ende (30) des Abstandshalters (24) entspricht. Der Abstandshalter (24) ist vorzugsweise im Wesentlichen rohrförmig mit einer Reihe von Ölflussöffnungen (32), die zum Auslösen von Verwirbelung auf jeder äußeren Spanne (34) eines ausgesparten Mittelteils (28) ausgerichtet sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. November 2012 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/725,131 mit dem Titel ”Swirl Inducing Bearing Housing Spacer And Core” (Verwirbelung auslösender Lagergehäuseabstandshalter und -kern).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf Komponenten für Turbolader mit einem Lagergehäuse zwischen einem Turbinengehäuse und einem Verdichtergehäuse. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf ein Lagergehäuse mit einem geformten Abstandshalter und einem geformten Kern zur Auslösung eines Verwirbelungseffekts zur Entschäumung von Öl.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Vorteile einer Turboaufladung umfassen eine erhöhte Leistungsabgabe, einen geringeren Kraftstoffverbrauch und reduzierte Schadstoffemissionen. Die Turboaufladung von Motoren wird nicht mehr primär unter dem Blickwinkel einer hohen Leistung betrachtet, sondern wird stattdessen als ein Mittel zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Umweltverschmutzung aufgrund niedrigerer Kohlendioxid(CO2)-Emissionen angesehen. Derzeit liegt ein Hauptgrund für eine Turboaufladung in der Verwendung von Abgasenergie zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und von Emissionen. Bei turboaufgeladenen Motoren wird Verbrennungsluft vor der Zufuhr zum Motor vorverdichtet. Der Motor saugt das gleiche Volumen an Luft-Kraftstoff-Gemisch wie ein selbstsaugender Motor, jedoch wird aufgrund des höheren Drucks und somit der höheren Dichte mehr Luft- und Kraftstoffmasse auf gesteuerte Weise in eine Brennkammer zugeführt. Dadurch kann mehr Kraftstoff verbrannt werden, so dass die Leistungsabgabe des Motors in Bezug auf die Drehzahl und den Hubraum erhöht wird.
Bei der Abgasturboaufladung wird ein Teil der Abgasenergie, die normalerweise verlorengehen würde, zum Antreiben einer Turbine verwendet. Die Turbine umfasst ein Turbinenrad, das auf einer Welle angebracht ist und durch den Abgasstrom drehangetrieben wird. Der Turbolader führt einen Teil dieser normalerweise verlorengehenden Abgasenergie in den Motor zurück, was zur Motorleistung beiträgt und Kraftstoff einspart. Ein Verdichter, der durch die Turbine angetrieben wird, saugt gefilterte Umgebungsluft ein, verdichtet sie und führt sie dann dem Motor zu. Der Verdichter umfasst ein Verdichterrad, das auf derselben Welle angebracht ist, so dass eine Drehung des Turbinenrads eine Drehung des Verdichterrads bewirkt.
Turbolader umfassen in der Regel ein mit dem Auslasskrümmer des Motors verbundenes Turbinengehäuse, ein mit dem Einlasskrümmer des Motors verbundenes Verdichtergehäuse und ein das Turbinen- und das Verdichtergehäuse koppelndes Mittellagergehäuse. Das Lagergehäuse umschließt die rotierende Welle.
In einem beispielhaften Radiallagersystem dreht sich die Welle mit minimaler Reibung an einem Ölfilm in schwimmenden Radiallagern. Für den Turbolader wird die Ölzufuhr von dem Motor gespeist. Das Lagersystem ist derart konstruiert, dass die schwimmenden Radiallager, die mit einer Drehzahl unter der Wellendrehzahl rotieren, zwischen dem stationären Lagergehäuse und der rotierenden Welle angeordnet sind. Dies gestattet eine derartige Ausführung dieser Lager, dass bei keiner Betriebsdrehzahl Metallkontakt zwischen Welle und Lager besteht. Neben der Schmierfunktion hat der Ölfilm auch eine Dämpfungsfunktion, die zur Stabilität der Wellen- und Turbinenradanordnung beiträgt. Das Öl kann ebenso dem Turbolader Wärme entziehen, wenn es durch einen Ölablass zu einem Kurbelgehäuse des Motors abläuft.
Eine Durchgangsbohrung im Lagergehäuse für die rotierende Welle verläuft von einem Verdichterende zu einem Turbinenende des Lagergehäuses. Das Lagergehäuse umfasst Lager, die zumindest teilweise in der Durchgangsbohrung des Lagergehäuses angeordnet sind, und einen Lagerabstandshalter. Die Welle wird durch die Lager drehbar gehalten und weist eine Drehachse auf, die mit einer Drehachse des Turbinenrads und einer Drehachse des Verdichterrads zusammenfällt. Das Lagergehäuse umfasst Ölkanäle zum Leiten von Öl von einem Öleinlass zu den Lagern und einen Wellenölpfad zum Leiten von Öl von dem Öleinlass zu der rotierenden Welle auf eine Art und Weise, die von einer Drehposition des Lagerabstandshalters in der Durchgangsbohrung des Lagergehäuses abhängt. Der in 1 und 2 gezeigte Abstandshalter umfasst eine einzige Reihe von großen Öffnungen, insbesondere vier Öffnungen, die eine nach der anderen um die Mitte des rohrförmigen Abstandshalters in einem zylindrischen Ölablasshohlraum angeordnet sind.
Ein Kern des Lagergehäuses umfasst einen Ölablasshohlraum zwischen dem Öleinlass und dem Ölablass. Das Schmieröl fließt bei einem Druck von ungefähr vier Bar in den Turbolader. Da das Öl bei einem geringeren Druck abläuft, ist der Ölablassdurchmesser in der Regel größer als der Öleinlass. Der Ölfluss durch das Lager erfolgt in der Regel vertikal von oben nach unten. Das Öl sollte über dem Motorölpegel in das Kurbelgehäuse zurückgeführt werden. Jegliche Blockierung im Ölablass wird zu einem Gegendruck im Lagersystem führen.
Diese Offenbarung richtet sich auf Öl in dem Lagergehäuse von Turboladern, das durch sich bewegende innere Teile des Turboladers aufgewühlt und aufgeschäumt werden kann. Aufgewühltes aufgeschäumtes Öl kann einer ordnungsgemäßen Funktion des Lagergehäuseölablasshohlraums abträglich sein. Aufgeschäumtes Öl läuft erschwert aus dem Ölablass ab und hat andere negative Auswirkungen auf den Motor.
KURZDARSTELLUNG
Diese Offenbarung stellt ein Lagergehäuse mit einem zur Auslösung von Verwirbelung geformten Abstandshalter in Kombination mit einem speziell geformten Ölablasshohlraum als Teil eines Lagergehäusekerns neben dem geformten Abstandshalter bereit. Der Ölablasshohlraum wird durch einen Teil des Kerns des Lagergehäuses neben dem geformten Abstandshalter gebildet. Der den Ölablasshohlraum bildende geformte Kern und zugehörige geformte Abstandshalter verteilen Hochdrucköl gleichmäßiger.
Der geformte Abstandshalter löst einen verbesserten Verwirbelungseffekt zur besseren Ölentschäumung aus. In dem Abstandshalter fließt Öl durch eine Reihe von Öffnungen entlang der Spanne des nach innen ausgenommenen Teils des Abstandshalter, wodurch weniger Aufwühlen verursacht wird. Durch die Vertiefung des geformten Ölablasshohlraums in der Kernwand in Verbindung mit dem geformten Abstandshalter (in Kartusche) wird eine Ölaustrittsfläche durch den Ölablasshohlraum zu einem Ölablass für Strom von entschäumtem und weniger aufgewühltem Öl erhöht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen mit besserem Verständnis der Erfindung durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor, in denen:
1 eine als Querschnitt ausgeführte Draufsicht eines Lagergehäuses nach dem Stand der Technik ist, wobei ein im Wesentlichen zylindrischer Kern einen Abstandshalter umgibt;
2 ein Abstandshalter nach dem Stand der Technik mit einer einzigen Reihe von großen Öffnungen um eine Mitte des Abstandshalters ist;
3 eine als Querschnitt ausgeführte Draufsicht eines Lagergehäuses ist, wobei ein geformter Kern einen geformten Abstandshalter umgibt;
4 eine Endansicht des geformten Kerns ist;
5 eine Seitenansicht des geformten Kerns ist;
6 eine Draufsicht des geformten Kerns, die eine geformte Vertiefung eines Ölablasshohlraums zeigt, ist;
7 eine perspektivische Ansicht des geformten Kerns ist;
8 eine weggeschnittene Perspektivansicht des geformten Abstandshalters in dem Ölablasshohlraum, der durch Vertiefungen in dem geformten Kern gebildet wird, ist;
9 eine Seitenansicht des geformten Kerns ist; und
10 eine Querschnittsansicht des geformten Abstandshalters mit angegebenen Ölflussrichtungen ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Turbolader 10 ist allgemein bekannt, wobei ein Verdichterrad über eine Welle 12 durch ein Turbinenrad drehangetrieben wird. Die Welle 12 verläuft durch ein Lagergehäuse 14 zwischen einem Turbinengehäuse und einem Verdichtergehäuse.
Das Lagergehäuse 14 umfasst einen Kern 16 als einen hohlen inneren Teil des Lagergehäuses 14, das die Lagerkomponenten umschließt. Der Kern 16 weist eine Vertiefung 18 oder vorzugsweise eine Vertiefung 18 auf jeder Seite (d. h. rechts und links) in einer inneren Lagergehäusekernwand auf, die einen Ölablasshohlraum 20 bildet, und jedes Ende 22 der Vertiefung 18 bildet vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Kernwand mit einem kleineren Durchmesser als der Abstand über die Vertiefungen 18 zwischen den Enden 22 hinweg. Das Wort ”Abstand” wird hier als die Spanne der Vertiefungsfläche verwendet, bei der es sich vorzugsweise nicht um einen Kreis handelt. Wie in den 5, 6 und 8 gezeigt, kann die Vertiefung 18 auf jeder Seite eines geformten Abstandshalters 24 eine auf jeder Seite des geformten Abstandshalters 24 erweiterte Ölaustrittsfläche des Ölablasshohlraums 20 mit einer kleineren Fläche über dem geformten Abstandshalter 24 mit einer Öffnung darunter zu einem Ölablass 26 bilden.
Der geformte Abstandshalter 24 umgibt die Welle 12 und ist zwischen einem Paar Lager 27 angeordnet. Der geformte Abstandshalter 24 ist vorzugsweise im Wesentlichen rohrförmig mit einem nach innen ausgesparten Mittelteil 28 mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser der distalen Enden 30 des geformten Abstandshalters 24. Eine Reihe von Ölflussöffnungen 32 sind auf jeder äußeren Spanne 34 des nach innen ausgesparten Mittelteils 28 zwischen den distalen Enden 30 ausgerichtet. Jede Reihe von Ölflussöffnungen 32 umfasst vorzugsweise mindestens acht zum Auslösen von Verwirbelung zur Ölentschäumung ausgerichtete Öffnungen.
Die den Ölablasshohlraum 20 bildende Vertiefung 18 befindet sich neben dem geformten Abstandshalter 24. Die durch den Kern 16 gebildete Vertiefung 18 ist allgemein U-förmig oder V-förmig auf jeder Seite und ist so in dem Lagergehäuse 14 angeordnet, dass sie sich neben dem nach innen ausgesparten Mittelteil 28 des geformten Abstandshalters 24 befinden. Die Pfeile in 3 zeigen die größere Ölaustrittsfläche, die von den Vertiefungen 18 untergebracht wird, die den Ölablasshohlraum 20 bilden. In den Figuren ist die Vertiefung 18 zwar als ein flaches ”V” in 3 oder ”U” in 8 gezeigt, jedoch ist die Form des Ölablasshohlraums 20 nicht auf diese bevorzugten Profile beschränkt.
Jedes Ende 22 der Vertiefung 18 entspricht eng verbunden den distalen Enden 30 des geformten Abstandshalters 24. Die distalen Enden 30 des geformten Abstandshalters 24 sind vorzugsweise zylindrisch und auf entsprechende runde Teile des Kerns 16 an jedem Ende des nach innen ausgesparten Mittelteils 28 ausgerichtet, so dass Öl zum nach innen ausgesparten Mittelteil 28 fließt. Die distalen Enden 30 des geformten Abstandshalters 24 sind eng verbunden auf jedes Ende 22 der Vertiefung 18 in dem Lagergehäuse 14 ausgerichtet, so dass Öl hauptsächlich von den distalen Enden 30 des geformten Abstandshalters 24 nach innen fließt.
10 ist eine Querschnittsansicht des geformten Abstandshalters 24 und zeigt Ölflussrichtungen durch die Ölflussöffnungen 32 und nach innen zum nach innen ausgesparten Mittelteil 28 des geformten Abstandshalters 24. Im Vergleich zum Stand der Technik, wo eine Ölaustrittsfläche klein ist, wie durch die Pfeile von 1 gezeigt, und eine zylindrische Kernwand in enger Verbindung mit dem hauptsächlich zylindrischen Abstandshalter von 2 steht, verursacht diese Abstandshalterölflusskonstruktion weniger Aufwühlen. Die kleine Kammer um den zylindrischen Abstandshalter nach dem Stand der Technik mit großen Mittelöffnungen der Ölaustrittsfläche nach dem Stand der Technik führt oftmals zum Aufwühlen von Öl. Der hier offenbarte geformte Kern 16 mit seiner bevorzugten Vertiefung 18 auf jeder Seite des geformten Abstandshalters 24 verteilt Hochdrucköl gleichmäßiger unter weniger Aufwühlung und besserem Fluss in den und aus dem Ölablasshohlraum 20.
Der Kern 16 gestattet Ölfluss und der Ölablasshohlraum 20 befindet sich über dem Ölablass 26 zum Rückführen von Öl zum Kurbelgehäuse des Motors.
Die Erfindung ist auf veranschaulichende Weise beschrieben worden; und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie beschreibend und nicht als Einschränkung verstanden werden soll. Es sind angesichts der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Deshalb versteht sich, dass die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche auf andere Weise als in der Beschreibung speziell angeführt ausgeübt werden kann.

Claims

Turbolader (10), der Folgendes umfasst: ein Lagergehäuse (14) mit einem Kern (16), der eine Vertiefung (18) aufweist, die einen Ölablasshohlraum (20) neben einem Abstandshalter (24) bildet, der so geformt ist, dass er eine Verwirbelung zur Ölentschäumung auslöst.
Turbolader (10) nach Anspruch 1, wobei die Vertiefung (18) U-förmig in dem Lagergehäuse (14) neben einem Mittelteil (28) des Abstandshalters (24) ist und jedes Ende (22) der Vertiefung (18) distalen Enden (30) des Abstandshalters (24) entspricht.
Turbolader (10) nach Anspruch 1, wobei der Abstandshalter (24) im Wesentlichen rohrförmig ist, wobei der Mittelteil (28) nach innen ausgespart ist und einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser der distalen Enden (30) des im Wesentlichen rohrförmigen Abstandshalters (24) aufweist und eine Reihe von Ölflussöffnungen (32) auf jeder äußeren Spanne (34) des nach innen ausgesparten Mittelteils (28) ausgerichtet ist.
Turbolader (10) nach Anspruch 3, wobei jede Reihe von Ölflussöffnungen (32) mindestens acht Öffnungen umfasst.
Turbolader (10) nach Anspruch 3, wobei die distalen Enden (30) des im Wesentlichen rohrförmigen Abstandshalters (24) zylindrisch und auf entsprechende runde Wandteile des Kerns (16) ausgerichtet sind, so dass Öl zum nach innen ausgesparten Mittelteil (28) fließt.
Turbolader (10) nach Anspruch 1, wobei sich der Ölablasshohlraum (20) über einem Ölablass (26) als Teil des Kerns (16) zum Rückführen von Öl zum Kurbelgehäuse des Motors befindet.
Turbolader (10), der Folgendes umfasst: ein Lagergehäuse (14) mit einem Kern (16), der Vertiefungen (18) in dem Lagergehäuse (14) aufweist, die einen Ölablasshohlraum (20) auf jeder Seite eines im Wesentlichen rohrförmigen Abstandshalters (24) bilden; wobei der im Wesentlichen rohrförmige Abstandshalter (24) einen einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser von distalen Enden (30) des im Wesentlichen rohrförmigen Abstandshalters (24) aufweisenden nach innen ausgesparten Mittelteil (28) mit einer Reihe von Ölflussöffnungen (32), die auf jeder äußeren Spanne (34) des nach innen ausgesparten Mittelteils (28) zum Auslösen von Verwirbelung zur Ölentschäumung ausgerichtet sind, umfasst, und wobei die distalen Enden (30) des im Wesentlichen rohrförmigen Abstandshalters (24) auf jedes Ende (22) der Vertiefungen (18) in dem Lagergehäuse (14) ausgerichtet sind.