DE19523259A1 - Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB-PS 1 045 973 ist bereits ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt, der einen Verdichter mit einem Verdichterlaufrad und eine Einrichtung zum Verhindern des Ansaugens von Schmiermittel aus einem laufradsei­ tigen Lagerbereich eines Lagergehäuses des Abgasturboladers beim Auftreten eines Unterdruckes auf der Druckseite des Verdichters umfaßt. Die Einrichtung besitzt einen ventilgesteuerten Kanal, der von einem Raum hinter dem Lauf radrücken durch das Lagerge­ häuse zu einer Öffnung führt, die mit der Atmosphäre verbunden ist.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die Druck­ schriften DE-AS 12 36 855, DE 24 00 963 C2, US-PS 3 180 568 und JP 61-112 737 (A) verwiesen.

Ein Nachteil von Abgasturboladern der gattungsgemäßen Art liegt darin, daß deren Einrichtung zum Verhindern des Ansaugens von Schmiermittel aus dem laufradseitigen Lagerbereich des Abgastur­ boladers relativ kompliziert aufgebaut ist, da eine Strömungs­ verbindung zwischen dem Raum hinter dem Lauf radrücken und der Atmosphäre über einen ventilgesteuerten Kanal, der teilweise durch das Lagergehäuse geführt werden muß, herzustellen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abgasturbolader mit einer Einrichtung zum Verhindern des Ansau­ gens von Schmiermittel aus einem Lagerbereich des Abgasturbola­ ders derart auszubilden, daß diese wesentlich einfacher und ko­ stengünstiger als im gattungsgemäßen Stand der Technik herstell­ bar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches gegebenen Merkmale gelöst.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasturboladers liegt darin, daß durch den Strömungskanal zwischen dem Lauf radrücken des Ver­ dichterlaufrades und der vom Lauf radrücken beabstandeten Vorder­ seite des Laufrades eine einfache Möglichkeit des Druckaus­ gleichs geschaffen wird, falls auf der Druckseite des Verdich­ terlaufrades ein Unterdruck auftreten sollte. Dies ist bei­ spielsweise bei aufgeladenen Dieselmotoren der Fall, wenn unter gewissen Betriebsbedingungen des Motors mehr Luft angesaugt wird, als der Verdichter liefern kann.

Für die meisten Betriebszustände des Verdichters ist der Druck auf der Druckseite des Verdichters höher als auf der Saugseite. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasturboladers für derartige Betriebszustände liegt darin, daß der jeweilige Betriebspunkt des Verdichters durch die Lufteinblasung vom Laufradrücken zur Vorderseite des Laufrades stabiler wird, da ein zusätzlicher Ab­ stand des jeweiligen Betriebspunktes von der Pumpgrenze des Ver­ dichters geschaffen wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 2 liegt darin, daß bei einem Unterdruck auf der Druckseite des Verdichters der Druckausgleich zwischen dieser und der Kammer, durch den erhöhten Strömungswiderstand beim Ausströmen der Luft aus der Kammer verzögert wird, wodurch sich in der Kammer ein gegenüber der Druckseite erhöhter Druck, der in etwa dem Druck auf der Saugseite entspricht, noch besser aufbauen kann.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Sie zeigt einen Verdichter 1 eines nicht näher dargestellten Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine. Der Verdichter 1 umfaßt ein Verdichterlaufrad 2, eine Druckseite 3 und eine Saugseite 4. Der Abgasturbolader umfaßt eine Einrich­ tung 5 zum Verhindern des Ansaugens von Schmiermittel aus einem laufradseitigen Lagerbereich 6 eines Lagergehäuses 7 des Ab­ gasturboladers beim Auftreten eines Unterdruckes auf der Druck­ seite 3 des Verdichters 1. Auf einer Welle W des Abgasturbola­ ders ist das Verdichterrad 2 und ein nicht gezeigtes Turbinenrad befestigt. Die Lagerung der Welle W erfolgt in prinzipiell be­ kannter Weise in einem verdichterseitigen Lager L und einem nicht dargestellten turbinenseitigen Lager.

Die Einrichtung 5 umfaßt einen zwischen einem Lauf radrücken 8 des Verdichterlaufrades 2 und einer vom Lauf radrücken 8 beab­ standeten Vorderseite 9 des Verdichterlaufrades 2 angeordneten Strömungskanal 10.

In der gezeigten Darstellung führt der Strömungskanal 10 vom Lauf radrücken 8 des Verdichterlaufrades 2 in einen Kanal K zwi­ schen zwei Schaufeln des Verdichterlaufrades 2.

Hinter dem Verdichterlaufrad 2 befindet sich eine im Laufradrückenbereich und zum Lager L hin lagernah angeordnete Kammer 12 mit einer Strömungsverbindung SV zur Druckseite 3 des Verdichters 1. An einer Öffnung 13 der Kammer 12 zur Druckseite 3 hin sind Mittel 14 zur Erhöhung des Strömungswiderstandes für die Strömung aus der Kammer 12 zur Druckseite 3 angeordnet. Ein wirksames Mittel 14 zur Erhöhung des Strömungswiderstandes ist beispielsweise eine Kante 15, die derart ausgebildet ist, daß beim Ausströmen von Luft aus der Kammer 12 zur Druckseite 3 hin eine besonders starke Strahlkontraktion zwischen Laufradrücken 8 und der Kante 15 auftritt und damit der Strömungswiderstand an der Öffnung 13 entsprechend erhöht wird.

Bei der Auslegung des Strömungskanals 10 ist, bei gegebenem Be­ triebspunkt, der Druck in der im lagernahen Laufradrückenbereich angeordneten Kammer 12 mittels der Steigung S, der Eingangsstelle E und der Lage des Strömungskanals 10 zur Umfangsrichtung des Verdichterrades 2 einstellbar. Ein weiterer Hauptparameter zur Lufteinblasung in den Radrückenbereich ist der Gesamtquerschnitt der Strömungskanäle 10 in Orientierung parallel zur Rotations­ achse 16 des Verdichterlaufrades 2.

Ziel der Auslegung des Strömungskanales 10 ist, daß der Druck p_LR im lagernahen Laufradrückenbereich in jedem Betriebspunkt des Verdichters 2 gleich oder größer ist als der Druck p_GH im Lagergehäuse 7, um eine Ölansaugung aus dem Lagergehäuse 7 wirk­ sam zu verhindern.

Bei Betriebsbedingungen, in denen der Druck auf der Druckseite 3 des Verdichters kleiner ist als auf der Saugseite 4, wird Luft aus dem Laufradrückenbereich abgesaugt. Ohne Druckausgleich würde ein Unterdruck gegenüber dem in etwa unter Atmosphären­ druck stehenden Lagergehäuse 7 entstehen, was dazu führen würde, daß es zu einer unerwünschten Ölansaugung aus dem Lagergehäuse durch das verdichterlaufradnahe Lager L kommt. Damit besagter Unterdruck im lagernahen Bereich nicht auftritt, wird der Unter­ druck dort durch die durch den Strömungskanal 10 nachströmende Luft kompensiert. So tritt auch bei Betriebsbedingungen, in de­ nen ein Unterdruck auf der Druckseite herrscht, im lagernahen Bereich des Laufradrückens kein Unterdruck auf. Der Druck in diesem Bereich ist also größer oder gleich dem Druck im Lagerge­ häuse (p_LR p_GH). Somit ist keine Ölansaugung aus dem Lagerge­ häuse 7 möglich.

Je nach Betriebspunkt des Verdichters 2 stellt sich eine Strö­ mungsrichtung der Luft im Strömungskanal 10 ein, wobei es für jede Verdichterkennlinie gleicher Drehzahl einen Punkt gibt, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal 10 gerade Null ist. Bei Betriebspunkten des Verdichters, die von diesem Punkt in Richtung der Pumpgrenze des Verdichters liegen, findet im Strömungskanal 10 eine Strömung der Luft in Richtung Saug­ seite 4 und bei Betriebspunkten, die von diesem Punkt in Rich­ tung Stopfgrenze des Verdichters liegen eine Strömung in Rich­ tung der Kammer 11 statt. Je weiter der Betriebspunkt des Ver­ dichters von besagtem Punkt entfernt ist, desto größer ist das Geschwindigkeitsniveau im Strömungskanal 10. Zur Verhinderung der Ölansaugung wird besagter Punkt möglichst nahe an die Stopf­ grenze des Verdichters 2 gelegt.

Weitere Freiheitsgrade bei der Optimierung der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich dadurch, daß mittels entsprechender Gießtechniken auch in ihrem Querschnitt veränderliche und ge­ krümmte Strömungskanäle 10 realisierbar sind.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Strömungskanal 10 auch vom Laufradrücken 8 des Verdichterlaufrades 2 zu dessen Stirnseite 11 führen. Desweiteren können im Verdichterlaufrad 2 mehrere Strömungskanäle 10 angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verhinderung der Ölansau­ gung ist selbstverständlich nicht auf den Einsatz auf der Ver­ dichterseite des Abgasturboladers beschränkt. In analoger Weise kann ein Strömungskanal auch in einem Laufrad einer Abgasturbine angeordnet sein. Eine Ölansaugung aus dem turbinenseitigen Lager ist insbesondere dann möglich, wenn beispielsweise bei Verwen­ dung eines variablen Leitgitters der Zuströmquerschnitt zur Tur­ bine weitgehend abgeriegelt und durch die hohen Geschwindigkei­ ten am Turbinenlaufrad der statische Druck auf der Einströmseite und damit auch am Lauf radrücken des Turbinenrades entsprechend abgesenkt wird. Die Anbringung eines Strömungskanals im Turbi­ nenlaufrad ist aber wegen der sehr hohen thermischen Belastung insgesamt kritisch.

Claims (6)

1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, der einen Ver­ dichter mit einem Verdichterlaufrad und eine Einrichtung zum Verhindern des Ansaugens von Schmiermittel aus mindestens einem Lagerbereich des Abgasturboladers beim Auftreten eines Unter­ druckes auf der Druckseite des Verdichters umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen zwischen einem Laufradrücken (8) des Verdichterlaufrades (2) und einer von diesem beabstandeten Vor­ derseite (9) des Verdichterlaufrades (2) angeordneten Strömungs­ kanal (10) umfaßt.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Verdichterlaufrad (2) eine Kammer (12) mit einer Strömungsverbindung zur Druckseite (3) des Verdichters (1) ange­ ordnet ist, wobei an einer Öffnung (13) der Kammer (12) zur Druckseite (3) hin Mittel (14) zur Erhöhung des Strömungswider­ standes für die Strömung aus der Kammer (12) zur Druckseite (3) angeordnet sind.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10) vom Laufradrücken (8) des Verdich­ terlaufrades (2) zu dessen Stirnseite (11) führt.

4. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10) vom Laufradrücken (8) des Verdich­ terlaufrades (2) in einen Kanal (K) zwischen zwei Schaufeln des Verdichterlaufrades (2) führt.

5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdichterlaufrad (2) mehrere Strömungskanäle (10) ange­ ordnet sind.

6. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10) zwischen dem Laufradrücken eines Turbinenlaufrades des Abgasturboladers und einer von besagtem Laufradrücken beabstandeten Vorderseite des Turbinenlaufrades angeordnet ist.