DE19925773A1 - Exhaust turbo charger with emergency lubricant oil tank has ventilation pipe with throttle bore and back pressure valve opening into tank - Google Patents
Exhaust turbo charger with emergency lubricant oil tank has ventilation pipe with throttle bore and back pressure valve opening into tankInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Notöltank für Abgasturbolader, gemäss dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to an emergency oil tank for exhaust gas turbochargers, according to the Ober Concept of claim 1.
Die Schmierstellen eines Abgasturboladers werden zumeist mit dem Schmieröl der mit diesem verbundenen Brennkraftmaschine versorgt. Um beim Ausfall der Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine eine Havarie des Abgasturboladers zu verhindern, muss der zunächst mit hoher Drehzahl weiterlaufende Abgasturbo lader noch für eine bestimmte Zeit mit Schmieröl versorgt werden. Dazu ist am oder im Gehäuse des Abgasturboladers ein Notöltank vorgesehen, welcher ent weder im Hauptstrom oder im Nebenstrom, d. h. in Reihe oder parallel zu den Schmierstellen des Abgasturboladers angeordnet ist.The lubrication points of an exhaust gas turbocharger are mostly with the lubricating oil the connected with this internal combustion engine. In the event of failure of the Lube oil supply to the internal combustion engine is an accident of the exhaust gas turbocharger To prevent this, the exhaust gas turbo, which initially continues to run at high speed, must be prevented loaders are still supplied with lubricating oil for a certain time. This is on or an emergency oil tank is provided in the exhaust gas turbocharger housing, which ent neither in the main stream nor in the secondary stream, i.e. H. in series or parallel to the Lubrication points of the exhaust gas turbocharger is arranged.
Aus der Firmenschrift MET 83SD Turbocharger Overhaul Procedure, Januar 1996 von Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., S. 4, ist ein solcher Abgasturbolader mit ei nem im Lagergehäuse angeordneten Notöltank bekannt. Der Notöltank liegt im Hauptstrom und wird über eine Rückschlagklappe sowie eine am Notöltank ange schlossene Zuführleitung mit Öl versorgt. Zudem wird der Notöltank mittels einer Entlüftungsleitung belüftet bzw. entlüftet, welche an ihrem einen, in den Notöltank eingreifen Ende eine Drosselbohrung aufweist und mit ihrem anderen Ende in ei nen Freiraum des Lagergehäuses mündet.From the MET 83SD Turbocharger Overhaul Procedure, January 1996 from Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., p. 4, is such an exhaust gas turbocharger with egg Nem known in the bearing housing arranged emergency oil tank. The emergency oil tank is in the Main flow and is via a non-return valve and one on the emergency oil tank closed supply line supplied with oil. In addition, the emergency oil tank is by means of a Vent line vented or vented, which at one, in the emergency oil tank engage end has a throttle bore and with its other end in egg NEN space of the bearing housing opens.
Aufgrund der Anordnung der Rückschlagklappe im Hauptstrom des Schmieröls tritt in der Zuführleitung ein gewisser Druckverlust ein. Dadurch muss die Ölzufuhr entweder grösser dimensioniert werden, als dies eigentlich nötig ist oder die Lager des Abgasturboladers können nicht optimal mit Schmieröl versorgt werden. Due to the location of the check valve in the main flow of the lubricating oil there is a certain loss of pressure in the supply line. This means the oil supply either be dimensioned larger than is actually necessary or the bearings of the exhaust gas turbocharger cannot be optimally supplied with lubricating oil.
Zudem birgt die Anordnung eines solchen Stellelementes im Hauptstrom des Schmieröls latent die Gefahr einer Behinderung der Ölzufuhr bei einer eventuell auftretenden Störung in der Funktion dieses Stellelementes.In addition, the arrangement of such an actuator in the main stream of Lubricating oil latent the danger of an obstruction of the oil supply in a possibly Malfunction occurring in the function of this control element.
Die Erfindung versucht alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zu grunde, einen im Lagergehäuse eines Abgasturboladers angeordneten Notöltank mit einer verbesserten Schmierölzufuhr zu schaffen.The invention tries to avoid all these disadvantages. The task lies with her reasons, an emergency oil tank arranged in the bearing housing of an exhaust gas turbocharger with an improved supply of lubricating oil.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zusätzlich zu der Drosselbohrung ein ebenfalls in den Notöltank mündendes Rückschlagventil in der Entlüftungsleitung angeord net ist.According to the invention, this is achieved in that with a device according to the preamble of claim 1, in addition to the throttle bore Check valve opening into the emergency oil tank in the vent line is not.
Beim Ausfall der über die Zuführleitung erfolgenden Schmierölversorgung wird die sich in der Zuführleitung zurückziehende Ölsäule über die in der Entlüftungsleitung angeordnete Drosselbohrung und über das erfindungsgemäss ebenfalls in der Entlüftungsleitung befindliche Rückschlagventil belüftet. Damit entfällt die Notwen digkeit der Anordnung eines Rückschlagventils in der Zuführleitung, d. h. im Haupt strom. Aufgrund dessen ist bei der Schmierölversorgung ein geringerer Druck verlust zu verzeichnen. Letztlich kann dadurch eine verbesserte Schmierölzufuhr erreicht werden. Zudem kann die Schmierölversorgung durch den Wegfall des Rückschlagventils in der Zuführleitung sicherer und kostengünstiger realisiert wer den.If the lubricating oil supply via the supply line fails, the Oil column retreating in the supply line via that in the vent line arranged throttle bore and also according to the invention in the Check valve located venting vented. This eliminates the need accuracy of the arrangement of a check valve in the supply line, d. H. in the main electricity. Because of this, there is a lower pressure in the lubricating oil supply loss. Ultimately, this can result in an improved supply of lubricating oil can be achieved. In addition, the loss of lubrication oil supply can be avoided Check valve in the supply line is realized more safely and cost-effectively the.
Besonders vorteilhaft ist das Rückschlagventil im obersten Bereich der Entlüf tungsleitung angeordnet. Auf diese Weise kann eine einfache Kombination der Drosselbohrung und des Rückschlagventils in einem einzigen Bauteil realisiert werden, wodurch geringere Herstellungskosten entstehen.The check valve in the uppermost area of the vent is particularly advantageous line arranged. This way, a simple combination of Throttle bore and the check valve realized in a single component be, which results in lower manufacturing costs.
Schliesslich wird mit Vorteil der Schmierölbehälter einer mit dem Abgasturbolader verbundenen Brennkraftmaschine als ausserhalb des Abgasturboladers angeord netes Schmierölreservoir verwendet.Ultimately, the lubricating oil tank will advantageously be one with the exhaust gas turbocharger connected internal combustion engine as arranged outside the exhaust gas turbocharger used lubricating oil reservoir.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines mit einer Brennkraftmaschine verbundenen Abgasturboladers dargestellt. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of the invention using one with a Internal combustion engine connected exhaust gas turbocharger shown. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit einer Brennkraftmaschine ver bundenen Abgasturboladers des Standes der Technik; Figure 1 is a schematic representation of an exhaust gas turbocharger connected to an internal combustion engine of the prior art.
Fig. 2 eine Darstellung des Abgasturboladers gemäss der Fig. 1, unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine; FIG. 2 shows an illustration of the exhaust gas turbocharger according to FIG. 1, immediately after the internal combustion engine has started;
Fig. 3 eine Darstellung gemäss der Fig. 2, jedoch während des Normal betriebs des Abgasturboladers; . Fig. 3 is an illustration according to FIG 2, but during normal operation of the turbocharger;
Fig. 4 eine Darstellung gemäss der Fig. 2, jedoch während des Notölbetriebs des Abgasturboladers. FIG. 4 shows a representation according to FIG. 2, but during the emergency oil operation of the exhaust gas turbocharger.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Verdichterseite und die Turbinenseite des Abgasturboladers. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit Pfeilen be zeichnet.Only the elements essential for understanding the invention are shown. For example, the compressor side and the turbine side of the are not shown Exhaust gas turbocharger. The direction of flow of the working fluid is indicated by arrows draws.
Der Abgasturbolader 1 besteht hauptsächlich aus einem von einer gemeinsamen Welle 2 getragenen, nicht dargestellten Verdichter und einer ebenfalls nicht darge stellten Turbine, welche jeweils in einem Gehäuse angeordnet sind. Horizontal durch die Welle 2 verläuft eine Wellenachse 3. Bei der Lagerung der Welle 2 han delt es sich um eine sogenannte Innenlagerung, d. h. im Bereich zwischen dem Verdichter und der Turbine ist die Welle 2 auf entsprechenden Lagern 4 abge stützt. Der zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnete, die Lager 4 tra gende Bereich der Welle 2 ist von einem Lagergehäuse 5 umgeben, welches so wohl mit dem Verdichtergehäuse als auch mit dem Turbinengehäuse verbunden ist.The exhaust gas turbocharger 1 consists mainly of a compressor, not shown, supported by a common shaft 2 and a turbine, also not shown, which are each arranged in a housing. A shaft axis 3 runs horizontally through the shaft 2 . When storing the shaft 2 it is a so-called inner bearing, ie in the area between the compressor and the turbine, the shaft 2 is supported on corresponding bearings 4 abge. The arranged between the compressor and the turbine, the bearing 4 tra ing region of the shaft 2 is surrounded by a bearing housing 5 , which is probably connected to the compressor housing as well as to the turbine housing.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen mit einer Brennkraftmaschine 6 verbundenen Abgasturbolader 1 des Standes der Technik, wobei das Grössen verhältnis der beiden Maschinen nicht der Realität entspricht. Im Inneren des La gergehäuses 5, in dessen oberen Bereich, ist ein Notöltank 7 angeordnet. Der Notöltank 7 ist über eine Ölzuführung 8 und eine mit dieser verbundenen Zuführ leitung 9 an einem als Ölwanne ausgebildeten Schmierölreservoir 10 der Brenn kraftmaschine 6 angeschlossen. Dabei ist die Verbindung der Ölzuführung 8 mit der Zuführleitung 9 über einen Flansch 11 und mit dem Notöltank 7 über einen Tankdeckel 12 realisiert. In der Zuführleitung 9 ist eine Förderpumpe 13 und in der Ölzuführung 8 ein als Rückschlagklappe ausgebildetes Verschlusselement 14 an geordnet. Zwischen den Lagern 4 und dem Notöltank 7 sind Versorgungskanäle 15 ausgebildet. Zudem ist im untersten Teil des Lagergehäuses 5, beidseitig der Welle 2 jeweils ein Ölrücklauf 16, 16' angeordnet. Jedoch ist lediglich ein Ölrück lauf 16 über eine Rücklaufleitung 17 mit dem Schmierölreservoir 10 der Brenn kraftmaschine 6 verbunden. Der zweite Ölrücklauf 16' ist mittels eines Deckels 18 verschlossen. Im Lagergehäuse 5 ist eine Entlüftungsleitung 19 angeordnet, wel che an ihrem einen, in den Notöltank 7 eingreifen Ende eine Drosselbohrung 20 aufweist und mit Ihrem anderen Ende in einen Freiraum 21 des Lagergehäuses 5 mündet. Fig. 1 shows a schematic representation of a connected to an internal combustion engine 6 exhaust gas turbocharger 1 of the prior art, the size ratio of the two machines does not correspond to reality. Inside the La gergehäuses 5 , in the upper area, an emergency oil tank 7 is arranged. The emergency oil tank 7 is connected via an oil supply 8 and a supply line 9 connected thereto to a lubricating oil reservoir 10 of the internal combustion engine 6 designed as an oil pan. The connection of the oil supply 8 to the supply line 9 is realized via a flange 11 and to the emergency oil tank 7 via a tank cap 12 . In the feed line 9 , a feed pump 13 and in the oil feed 8 is a closure element 14 designed as a non-return flap. Supply channels 15 are formed between the bearings 4 and the emergency oil tank 7 . In addition, an oil return 16 , 16 'is arranged in the lowest part of the bearing housing 5 , on both sides of the shaft 2 . However, only an oil return 16 is connected via a return line 17 to the lubricating oil reservoir 10 of the internal combustion engine 6 . The second oil return 16 'is closed by a cover 18 . In the bearing housing 5 , a vent line 19 is arranged, which che has at its one, engage in the emergency oil tank 7 end a throttle bore 20 and opens at the other end into a free space 21 of the bearing housing 5 .
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 6 gelangen deren heisse Abgase in die Tur bine und treiben diese an. Die Turbine sorgt ihrerseits für den Antrieb des mit ihr über die Welle 2 verbundenen Verdichters. Im Verdichter komprimierte Luft ge langt über nicht dargestellte Zuführleitungen zur Brennkraftmaschine 6 und wird dort zur Aufladung, d. h. zu deren Leistungssteigerung eingesetzt. Während dieses Vorganges erreicht die Welle 2 und mit ihr die gesamte Rotorbaugruppe eine sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit. Um die damit verbundene Reibung weitgehend zu minimieren, wird die Welle 2 während dieses Vorganges ständig mit Schmieröl 22 versorgt. Dazu wird das Schmieröl 22 mittels der Förderpumpe 13 aus dem Schmierölreservoir 10 der Brennkraftmaschine 6 in den Notöltank 7 und von dort aus, über die Versorgungskanäle 15, zu den Lagern 4 transportiert, wobei der Not öltank 7 im Hauptstrom liegt und daher ständig unter Druck steht. Ausgehend von den Lagern 4 gelangt das Schmieröl 22 anschliessend über den Ölrücklauf 16 und die Rücklaufleitung 17 zurück in das Schmierölreservoir 10 der Brennkraftmaschi ne 6.When the internal combustion engine 6 is operating, its hot exhaust gases enter the door and drive it. The turbine, in turn, drives the compressor connected to it via shaft 2 . Compressed air in the compressor reaches ge via supply lines, not shown, to the internal combustion engine 6 and is used there for charging, ie for increasing their performance. During this process, the shaft 2 and with it the entire rotor assembly reaches a very high peripheral speed. In order to minimize the associated friction as far as possible, the shaft 2 is continuously supplied with lubricating oil 22 during this process. For this purpose, the lubricating oil 22 is transported by means of the feed pump 13 from the lubricating oil reservoir 10 of the internal combustion engine 6 into the emergency oil tank 7 and from there, via the supply channels 15 , to the bearings 4 , the emergency oil tank 7 being in the main flow and therefore constantly under pressure . Starting from the bearings 4 , the lubricating oil 22 then passes via the oil return 16 and the return line 17 back into the lubricating oil reservoir 10 of the internal combustion engine 6 .
Kommt es zu einem Ausfall der Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine 6, sinkt das Ölniveau im Notöltank 7. In diesem Fall wird der freigewordene Raum des Notöltanks 7 über die Entlüftungsleitung 19 und die Drosselbohrung 20 mit Luft aus dem Lagergehäuse 5 gefüllt, während die Ölzuführung 8 mittels des Ver schlusselements 14 gegen ein Zurücklaufen des Schmieröls 22 gesichert wird. Die Versorgung der Lagerstellen des Abgasturboladers 1 ist damit noch so lange ge währleistet, bis das im Notöltank 7 befindliche Schmieröl 22 aufgebraucht ist. In dieser Zeit kann entweder der Abgasturbolader 1 abgestellt oder die normale Schmierölversorgung wieder aufgenommen werden. Eine Havarie des Abgas turboladers 1 wegen fehlenden Schmieröls 22 ist jedoch ausgeschlossen.If the lubricating oil supply to the internal combustion engine 6 fails, the oil level in the emergency oil tank 7 drops. In this case, the free space of the emergency oil tank 7 is filled with air from the bearing housing 5 via the vent line 19 and the throttle bore 20 , while the oil supply 8 is secured by means of the closure element 14 against the lubricating oil 22 from running back. The supply of the bearings of the exhaust gas turbocharger 1 is thus ensured ge until the lubricating oil 22 in the emergency oil tank 7 is used up. During this time, either the exhaust gas turbocharger 1 can be switched off or the normal supply of lubricating oil can be resumed. An accident of the exhaust gas turbocharger 1 due to the lack of lubricating oil 22 is excluded.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Entlüftungsleitung 19, aus ser der Drosselbohrung 20, ein ebenfalls in den Notöltank 7 mündendes Rück schlagventil 23 angeordnet (Fig. 2). Wie beim beschriebenen Stand der Technik wird das Schmieröl 22 beim Start der Brennkraftmaschine durch die Zuführleitung 9 sowie die Ölzuführung 8 zum Abgasturbolader 1 gefördert und somit der Notöl tank 7 befüllt. Dabei werden die Lager 4 des Abgasturboladers 1 über die Versor gungskanäle 15 geschmiert. Die Entlüftung des Notöltanks 7 erfolgt mittels der Drosselbohrung 20 in den Freiraum 21 des Lagergehäuses 5.In one embodiment of the invention, in the vent line 19 , from the throttle bore 20 , a check valve 23 also opening into the emergency oil tank 7 is arranged ( FIG. 2). As in the prior art described, the lubricating oil 22 is promoted at the start of the internal combustion engine through the supply line 9 and the oil supply 8 to the exhaust gas turbocharger 1 and thus the emergency oil tank 7 is filled. The bearings 4 of the exhaust gas turbocharger 1 via the supply channels 15 are lubricated. The emergency oil tank 7 is vented into the free space 21 of the bearing housing 5 by means of the throttle bore 20 .
Beim Normalbetrieb von Brennkraftmaschine und Abgasturbolader 1 wird der Not öltank 7 vom Schmieröl 22 durchströmt, so dass die Lager 4 ausreichend versorgt sind. Das überschüssige Schmieröl 22 wird über die Drosselbohrung 20 abgeführt und dann - gemeinsam mit dem durch die Lager 4 geströmten Schmieröl 22 - über den Ölrücklauf 16 sowie die Rücklaufleitung 17 zum Schmierölreservoir 10 der Brennkraftmaschine 6 rezirkuliert (Fig. 3). Aufgrund des in diesem Betriebszustand geschlossenen Rückschlagventils 23 wird die Bypassmenge des Schmieröls 22 nicht erhöht. During normal operation of the internal combustion engine and exhaust gas turbocharger 1 , the emergency oil tank 7 is flowed through by the lubricating oil 22 , so that the bearings 4 are adequately supplied. The excess lubricating oil 22 is discharged via the throttle bore 20 and then - together with the lubricating oil 22 flowing through the bearings 4 - is recirculated via the oil return 16 and the return line 17 to the lubricating oil reservoir 10 of the internal combustion engine 6 ( FIG. 3). Due to the check valve 23 being closed in this operating state, the bypass quantity of the lubricating oil 22 is not increased.
Im Notbetrieb wird der Notöltank 7 entleert, wobei die Lager 4 weiterhin versorgt sind. Dabei werden der Notöltank 7 und das Volumen der sich in der Ölzuführung 8 zurückziehenden Ölsäule sowohl über die Drosselbohrung 20 als auch über das Rückschlagventil 23 mit Luft aus dem Lagergehäuse 5 belüftet (Fig. 4). Dabei kann ein Zurückfliessen von Schmieröl 22 in die Ölzuführung 8 vor allem deshalb verhindert werden, weil diese im obersten Bereich des Notöltanks 7 angreift. Bei weiterhin gewährleisteter Funktion kann dadurch das beim beschriebenen Stand der Technik in der Ölzuführung 8 angeordnete Verschlusselement 14 eingespart werden. In emergency operation, the emergency oil tank 7 is emptied, the bearings 4 still being supplied. The emergency oil tank 7 and the volume of the oil column retracting in the oil supply 8 are ventilated with air from the bearing housing 5 both via the throttle bore 20 and via the check valve 23 ( FIG. 4). A backflow of lubricating oil 22 into the oil feed 8 can be prevented primarily because it attacks in the uppermost region of the emergency oil tank 7 . If the function continues to be guaranteed, the closure element 14 arranged in the oil supply 8 in the prior art described can be saved.
11
Abgasturbolader
Exhaust gas turbocharger
22nd
Welle
wave
33rd
Achse
axis
44th
Lager
camp
55
Lagergehäuse
Bearing housing
66
Brennkraftmaschine
Internal combustion engine
77
Notöltank
Emergency oil tank
88th
Ölzuführung
Oil supply
99
Zuführleitung
Supply line
1010th
Schmierölreservoir
Lube oil reservoir
1111
Flansch
flange
1212th
Tankdeckel
Fuel cap
1313
Förderpumpe
Feed pump
1414
Verschlusselement, Rückschlagklappe
Closing element, check valve
1515
Versorgungskanal
Supply channel
1616
Ölrücklauf
Oil return
1717th
Rücklaufleitung
Return line
1818th
Deckel
cover
1919th
Entlüftungsleitung
Vent line
2020th
Drosselbohrung
Throttle bore
2121
Freiraum
free space
2222
Schmieröl
Lubricating oil
2323
Rückschlagventil
check valve
1616
' Ölrücklauf
'' Oil return
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