-
Schmiervorrichtung für die Lager von Abgasturboladern von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung für die Lager von Abgasturboladem
von Brennkraftmaschinen, bei der die Schmiermittelkanäle zu den Lagern im unteren
Drehzahlbereich an eine Druckölquelle und im oberen Drehzahlbereich an eine Druckgasquelle
anschließbar sind.
-
Bei einer Schmiervorrichtung dieser Art (deutsche Patentschrift
1030 636) ist es bekannt, die Schmierung der Lager in Abhängigkeit von dem
in diesen herrschenden Schmiermitteldrück durch einen drehzahlabhängigen Regler
zu steuern. Eine derartige Vorrichtung läßt sich jedoch bei Abgasturboladern von
Brennkraftmaschinen wegen der bei diesen vorliegenden besonderen Schmierverhältnisse
und Betriebszustände nicht ohne weiteres anwenden. Ab-
gesehen davon wäre
bei der Anwendung dieser Vorrichtung bei Abgasturboladern von Brennkraftmaschinen
deren drehzahlabhängiger Regler von Nachteil.
-
Auch eine andere bekannte Schmiervorrichtung der in Frage stehenden
Art (USA.-Patentschrift 2 879 111), mittels welcher ein Lager sowohl luftgeschmiert
als auch ölgeschmiert sein kann, ist für die Schmierung der Lager von Abgasturboladern
von Brennkraftmaschinen nicht geeignet, und zwar insbesondere, weil bei dieser Vorrichtung
zur Zuführung des öls eine handbetätigte ölpumpe erforderlich ist.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schmiervorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich in einfacher Weiese bei Abgasturboladern
von Brennkraftmaschinen verwirklichen und anwenden läßt und bei welcher ein drehzahlabhängiger
Regler oder eine handbetätigte ölpumpe nicht erforderlich sind.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Schmiervorrichtung
vor, welche sich dadurch kennzeichnet, daß den Schmiermittelkanälen ein selbsttätig
in Abhängigkeit vom Auslaßdruck des die Druckgasquelle bildenden Laders als Maß
für die Drehzahl arbeitendes Dreiwegesteuerventil zur umschaltbaren Zufuhr von DruckZil
und Druckgas zu den Lagern vorgeschaltet ist.
-
Dabei wird die von der Laderseite des Abgasturboladers gelieferte
Luft zur Schmierung der Lager desselben verwendet, wenn der Abgasturbolader eine
Drehzahl erreicht hat, die ausreicht, daß er einen Luftdruck von vorbestimmtem Wert
erzeugt. Bevor die Brennkraftmaschine diese Drehzahl erreicht, d. h. während
des Leerlaufs oder des Betriebes derselben unter sehr geringer Belastung, wird den
Lagern des Abgasturboladers unter Druck stehendes Schmieröl vom Schmiersystem der
Maschine oder einer anderen Schmiermittelquelle zug führt. Der Wechsel von der Ce
öl- zur Luftschmierung und von der Luft- zur ölschmierung erfolgt automatisch
durch das in Ab-
hängigkeit von dem Auslaßdruck des Abgasturboladers arbeitende
Dreiwegesteuerventil. So schließt C
dieses Dreiwegesteuerventil das öleinlaßventil
und öffnet das Lufteinlaßventil zu den Lagern, wenn sich in dem Lader ein Druck
aufgebaut hat, dessen Größe zur Ausbildung des gewünschten Schmierluftdruckes ausreicht.
Andererseits wird durch das Dreiwegesteuerventil das öleinlaßventil geöffnet und
das Lufteinlaßventil geschlossen, wenn der Luftdruck in dem Lader diesen Wert unterschreitet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der neuen Schmiervorrichtung
weist das Dreiwegesteuerventil einen dem Laderdruck ausgesetzten Arbeitskolben sowie
einen ebenfalls unter der Wirkung des Laderdrucks stehenden, den Gaseinlaßkanal
steuernden Ventilkörper und einen einerseits dem öldruck ausgesetzten und andererseits
unter Einwirkung des Arbeitskolbens stehenden, die ölzufuhr steuernden Ventilkörper
auf.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der neuen Schmiervorrichtung
ist vorgesehen, daß der Arbeitskolben des Dreiwegesteuerventils unter der Wirkung
einer dem Laderdruck entgegenwirkenden Feder und der den Gaseinlaßkanal steuernde
Ventilkörper
unter der Wirkung einer ün Schließsinne auf ihn wirkenden Feder stehen.
-
Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß sich bei der neuen Schmiervorrichtung
die den Ventilkörpern nachgeschalteten Teile der ölzuführung sowie des Gaseinlaßkanals
unmittelbar an der stromabwärtigen Seite des den Gaseinlaßkanal steuernden Ventilkörpers
vereinigen.
-
Weitere Merkmale" Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben
sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch
einen Abgasturbolader einer Brennkraftinaschine mit der erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung
und F i g. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die wesentlichsten Teile
des Abgasturboladers nach Fig. 1.
-
Die F i g. 1 zeigt einen Abgasturbolader von Brennkraftmaschinen,
dessen Turbinengehäuse 10 ein in üblicher Weise beschaufeltes Turbinenrad
11 zum Antrieb der Welle 12 umschließt. Das Turbinen-Crehäuse 10 ist
mit einem angeflanschten Einlaßkanal 15 versehen, der die Abgase der Maschine
dem Turbinenrad 11 zuführt. Die Turbine selbst ist von üb-
licher Bauart
und arbeitet in bekannter Weise, d. h., die unter hohem Druck stehenden und
in die Turbine gelangenden Gase werden innerhalb des Turbinenrades entspannt und
bewirken dessen Umlauf, während die entspannten Gase durch den Turbinenauslaßkanal
15 a austreten.
-
An das Turbinengehäuse 10 ist ein Lagerg gehäuse 17 angeschlossen.
Die beiden Teile 10, 17 werden durch einen Spannring 20 unter Abdichtung
zusammengehalten. Das Lagergehäuse 17 weist asymmetrische Gestalt auf und
besitzt einen zentralen Teil 21 sowie einen nach auswärts gerichteten Teil 24 am
einen Ende des zentralen Teils 21. Der zentrale Teil 21 ist mit einer Bohrung
25 versehen, die von der Welle 12 durchsetzt wird. Innerhalb dieser Bohrung
25 trägt der zentrale Teil 21 Lagerschalen 26 und 27, die einen
freien Lauf der Welle 12 gewährleisten. Mit der Welle 12 ist ein Axiallagerring
51 fest verbunden und mit dieser drehbar. Der Lagerring 51 ist zwischen
ortsfesten Schmiermittelführungselementen 67 und 68 angeordnet, die
beide an dem benachbarten Ende des zentralen Teils 21 befestigt sind. An dem flanscharti-en
Teil 24 des Lager,- ehäuses 17 ist eine Ladergehäuseplatte 30 befestigt,
die einen sich nach außen erstreckenden Teil 31 aufweist. Ferner ist an dem
flanschartigen Teil 24 des Lagergehäuses 17 ein Ladergehäuse 35 mittels
eines Spannringes 32
angebracht.
-
Die Welle 12 ist mit einem Fortsatz 36 von vermindertem Durchmesser
versehen, und auf diesem Fortsatz 36 ist das Rad 37 eines Zentrifugalladers
befestigt, welches eine Vielzahl von Schaufeln 40 trägt. Das Ladergehäuse
35 bildet einen im allgemeinen ringförmigen Sammelraum 41, dem die hochgespannten
Gase vom Lader zugeführt werden. Dieser Sammelraum 41 steht mit einem tangential
ansetzenden, nicht im einzelnen wiedergegebenen Auslaß in Verbindung, der wiederum
durch eine nicht dargestellte Rohrleitung mit der Ansaugleitung der mit dem Turbolader
zusammenwirkenden Brennkraftmaschine verbunden ist.
-
Das Ladergehäuse 35 ist so ausgebildet, daß ein Einlaßkanal
50 entsteht, der mit der Atmosphäre oder mit dem stromaufwärts des Einlaßkanals
50 an-(Te , ordneten Teil des Ansaugsystems der Brennkraftmaschine in Verbindung
steht.
-
Befindet sich die mit dem Turbolader verbundene Brennkraftmaschine
im Betrieb, so versetzen die Ab-
gase derselben das Turbinenrad
11 zum Antrieb des Laderrads 37 in Umlauf. Die Drehung des Laderrads
37 versorgt die Brennkraftmaschine mit Druckluft, wodurch in die Maschinenzylinder
eine größere Menge Luft gedrückt wird, als sonst durch die Pumpwirkung der Maschinenkolben
angesaugt werden würde. Diese Ladewirkuno", in Verbindung mit einer erhöhten Brennstoffzufuhr
zu den Maschinenzylindern ruft eine erhöhte Leistungskennlinie solcher Brennkraftmaschinen
mit Vorverdichtung hervor.
-
Die Schmiervorrichtung des dargestellten Abgasturboladers bestitzt
ein Dreiwegesteuerventil 69, welches in F i g. 2 näher veranschaulicht
ist. Die verschiedenen Teile des Dreiwegesteuerventils 69 befinden sich in
einem rohrförmigen Ventilgehäuse 71.
Das Lagergehäuse 17 weist eine
Ausnehmung zur Aufnahme des Ventilgehäuses 71 auf. Das offene äußere Ende
des Ventilgehäuses 71 ist mittels einer Schraubkappe 72 verschlossen,
deren zentrale Bohrung 73 an die ölleitung 74 angeschlossen ist. In F i
g. 2 ist die Verbindung der Leitung 74 mit einer Druckschmierölquelle schematisch
angedeutet. Das Ventilgehäuse 71 ist mit einer inneren Ringnut
76
versehen, die mit Durchlässen 75 in Verbindung steht, welche radial
von der Bohrung 73 ausgehen. Diese Durchlässe 75 und die Nut
76 stellen die Verbindung zwischen der Bohrung 73 und einem in der
Seitenwand des Ventilgehäuses 71 ausgebildeten Längskanal 77 her.
Der Kanal 77 ist an seinem unteren Ende mit einer am Fuß des Ventilgehäuses
71 axial angeordneten Kammer 78 verbunden.
-
Die Kammer 78 steht mit mehreren gegenseitig verbundenen, in
dem Gehäuseteil 21 vorgesehenen Schmiermittelkanälen 79 in Verbindung, die
gemäß F i g. 2 am linken Ende durch Stopfen 81 verschlossen sind.
Die Schmiermittelkanäle 79 sind ihrerseits auf Grund von Durchlässen
82 und 83 mit dem Bereich der Gleitlaaer 27 und 26 verbunden.
-
Das Ventilgehäuse 71 ist ferner mit einer mittleren Längsbohrung
84 versehen, in der ein abgedichteter Arbeitskolben 86 frei beweglich ist.
Die eine Extremstellung des Kolbens 86 wird durch eine Innenschulter
87 des Ventilgehäuses 71 bestimmt. Oberhalb des Kolbens
86 ist zwischen diesem und dem inneren Ende der Kappe 72 eine Druckfeder
89 angeordnet. Die Feder 89 bewegt den Kolben abwärts gegen die Schulter
87, wenn der unterhalb des Kolbens 89
herrschende Druck dies zuläßt.
-
In dem Raum oberhalb des Kolbens 86 ist weiterhin eine Entlüftungsöffnung
91 vorgesehen, die den Austritt der Luft oberhalb des Kolbens 86 bei
dessen Aufwärtsbewegung ermöglicht. Eine weitere, nicht dargestellte Entlüftungsöffnung
ist natürlich in dem Lagergehäuse 17 vorgesehen, um den Austritt der die
Lager durchströmenden Luft zu ermöglichen und dadurch zu verhindern, daß der Luftdruck
innerhalb des Gehäuses 17 wesentlich über den Atmosphärendruck ansteigt.
-
Von dem Kolben 86 geht eine Kolbenstange 92
aus, die
einen in der Kappe 72 befindlichen Durchlaß frei durchsetzt und in die Kappenbohrung
73 eingreift. Das obere Ende dieser Stange 92 liegt gegen einen Ventilkörper
93 an, der in der Bohrung 73 verschiebbar
ist und,
wenn er aus seiner in F i g. 2 wiedergegebenen Stellung aufwärts bewegt wird, die
Durchlässe 75 von der Verbindung mit den Schmiermittelkanälen 79 trennt.
Am unteren Teil des Ventilgehäuses 71 nimmt die Bohrung 84 einen Ventilkörpeer
94 auf, welcher mit einem Sitz 95 innerhalb des Ventilgehäuses zum Verschliegen
des unteren Endes der Bohrung 84 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 94 ist nicht mit
dem Kolben 86 verbunden und steht unter der Wirkung einer im Schließsinne
auf ihn wirkenden Druckfeder 96.
-
In dem sich flanschartig nach außen erstreckenden Gehäuseteil 24 ist
eine Lufteinlaßöffnung 97 vorgesehen, die mit einem radialen Durchlaß
98 des Ventilgehäuses 71 fluchtet, wobei die Durchlässe
97
und 98 insgesamt als Lufteinlaßkanal zu bezeichnen sind. Es könnten
aber auch mehrere Durchlässe 97,
98 und damit Einlaßkanäle vorgesehen
sein. Wie F i g. 2 zeigt, steht der Kanal 98 mit dem unterhalb des
Kolbens 86 befindlichen Teil, der Bohrung 84, in Verbindung. Beim Anlassen
der Brennkraftmaschine nehmen die verschiedenen Teile des Dreiwegesteuerventils
69
die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Stellungen ein. Mit dem
Anlassen wird verhältnismäßig schnell in den ölleitungen ein Druck aufgebaut, und
dieser wirkt durch die Leitung 74, die Bohrung 73, die Durchlässe
75, die Nut 76 und den Kanal 77 über die Kammer 78 in
die Schmiermittelkanäle 79, 82 und 83. Während eines kurzen Zeitraumes
nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine werden daher die Lager 26, 27 der
Turboladerwelle 12 mit dem unter Druck, stehenden Schmieröl versorgt.
-
Steigt der vom Lader erzeugte Druck an, so wirkt sich dies in dem
Lufteinlaßkanal 97, 98 und in dem Teil der Kammer 84 unterhalb des Kolbens
86 aus. Erreicht dieser Druck eine Höhe, die ausreicht, die von der Feder
89 ausgeübte Kraft zu überwinden, so wird der Kolben 86 aufwärts bewegt
und damit der Ventilkörper 93 zum Versperren der Durchlässe 75
sowie
zur Unterbrechung des Schmierölstroms zu den Lagern 26, 27 nach oben verschoben.
-
Der in der Kammer 84 unterhalb des Kolbens 86
aufgebaute Druck
wirkt weiter auf die Oberseite des Ventilkörpers 94 und überwindet, wenn er eine
bestimmte Höhe erreicht hat, die Kraft der Feder 96
unter Öffnen des Ventilkörpers
94, indem dieser sich von dem Sitz 95 wegbewegt. Hierdurch tritt die unter
Druck stehende Luft längs des Ventilkörpers 94 in die Schmiermittelkanäle
79, 82, 83 ein und bewirkt eine Luftschmierung der Lager 26, 27. Die
auf diese Weise in die Lager 26, 27 gelangende Luft tritt dabei durch den
geringen Spielspalt zwischen der Welle 12 und den inneren Lagerflächen. Sinkt im
Betrieb der Luftdruck unter den vorbestimmten und zur Schmierung der Lager
26, 27 erforderlichen Druck ab, so wird die beschriebene Funktion des Dreiwegesteuerventils
69 umgekehrt und den Lagern 26, 27 wieder Schmieröl zugeführt, während
eine Unterbrechung des Druckluftstromes erfolgt.