DE3023009A1

DE3023009A1 - Turbocharger for IC engine - has polished reflective heat shield between turbine rotor and bearing housing

Info

Publication number: DE3023009A1
Application number: DE19803023009
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 2800 Bremen Behnert
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1982-01-07

Abstract

The turbocharger has a turbine (10) on a shaft (11). The turbine casing has an end wall (12) parallel to the turbine with an axially projecting section (25) which carries a bearing housing (13). The bearing housing is sealed (14) to the shaft. An annular sheet (15) is fixed on the side of the bearing housing (13) facing the casing end wall. The side of the sheet facing the casing is polished and plated with nickel or chromium. It thus acts as a heat reflector and reduces the temperature rise and thermal stress of the bearing housing. There is an elastic and thermally insulating seal (16) between the plate and the shaft.

Description

Abgasturbolader für BrennkraftmaschinenExhaust gas turbochargers for internal combustion engines

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit einer in einem Gehäuse angeordneten von den Abgasen beaufschlagten Turbine, die über eine Welle einen Verdichter antreibt.The invention relates to an exhaust gas turbocharger for internal combustion engines with a turbine arranged in a housing and acted upon by the exhaust gases, which drives a compressor via a shaft.

Abgasturbolader werden seit geraumer Zeit zum Aufladen von Brennkraftmaschinen eingesetzt, um die Leistung der Brennkraftmaschinen zu steigern. Bei den so betriebenen Turboladern dienen die sonst nutzlos abgeleiteten Abgase zum Antrieb der Turbine, während ein mit der Turbine gekoppelter Verdichter die Brennkammern mit Frischluft oder Mischgase auflädt. Turbolader können daher bei richtiger Abstimmung eine sinnvolle Maßnahme zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen sein.Exhaust gas turbochargers have been used for charging internal combustion engines for some time used to increase the performance of internal combustion engines. With those operated in this way Turbochargers use the otherwise useless exhaust gases to drive the turbine, while a compressor coupled with the turbine supplies the combustion chambers with fresh air or charging mixed gases. Turbochargers can therefore be a sensible one with correct coordination Measure to increase the performance of internal combustion engines.

Beim Aufbau und Betrieb eines Turboladers ist jedoch mit verschiedenen Schwierigkeiten zu rechnen. So bereiten z.B. die relativ hohen Temperaturen der Abgase Probleme, weil eine zu große Erwärmung des Gehäuses negative Auswirkungen auf die Funktion haben kann.The construction and operation of a turbocharger, however, involves different Expect difficulties. For example, the relatively high temperatures of the Exhaust problems, because excessive heating of the housing has negative effects can have on the function.

Die Erwärmung eines Turboladergehäuses erfolgt durch Wärmeübertragung vom heißen Laufrad der Turbine, und zwar zu einem wesentlichen Teil durch Strahlung. Eine der Turbine benachbarte Gehäusewand wird nach dem Stephan-Boltzmannschen Gesetz überproportional der vierten Potenz der Temperatur des Strahlungskörpers ausgesetzt.A turbocharger housing is heated by heat transfer from the hot impeller of the turbine, to a large extent by radiation. A housing wall adjacent to the turbine is made according to Stephan-Boltzmann's law exposed disproportionately to the fourth power of the temperature of the radiation body.

Daher hat z.B. eine Temperaturänderung von 1 173 Grad K auf 1 273 Grad K (#T - 8,5 %). Eine Änderung der Wärmestromdichte von 10,73 W/cm² auf 14,9 W/cm² (#W = 38,8 %) zur Folge.Therefore, for example, there is a change in temperature from 1,173 degrees K to 1,273 Grade K (#T - 8.5%). A change in heat flux density from 10.73 W / cm² to 14.9 W / cm² (#W = 38.8%).

Aus der Theorie der Strahlungstechnik ist z.B. bekannt, daß ein idealer Strahler (schwarzer Strahler) eine Emissivität von E P 1 und Reflektanz von 9 = 0 hat. Im Gegensatz hierzu hat ein nicht strahlender Körper eine Reflektanz von 9 - 1 und eine Emissivität von E = 0. Um die Erwärmung eines Turboladers durch Wärmeübertragung zu vermeiden, ist es daher sinnvoll, eine Reflektionsschicht in den Strahlengang einzubauen. Diese an sich einleuchtende Maßnahme läßt sich aber nicht so ohne weiteres verwirklichen, weil beim Betrieb eines Turboladers mit der Verschmutzung, insbesondere Verkokung einer solchen Reflektionsschicht zu rechnen ist. Dadurch wird aber die Wirkung der Reflektion je nach eingesetztem Werkstoff bis nahezu auf Null vermindert und die als Hitzeschild eingesetzte Reflektionsschicht bedeutungslos.From the theory of radiation technology it is known, for example, that an ideal Emitter (black body) has an emissivity of E P 1 and reflectance of 9 = 0 has. In contrast, a non-radiating body has a reflectance of 9 - 1 and an emissivity of E = 0. About the heating of a turbocharger through heat transfer To avoid it, it makes sense to place a reflective layer in the beam path to be built in. However, this measure, which is obvious in itself, cannot be carried out without further ado realize because when operating a turbocharger with pollution, in particular Coking of such a reflective layer is to be expected. But this makes the Effect of reflection reduced to almost zero, depending on the material used and the reflective layer used as a heat shield is meaningless.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art vor zu großer Erwärmung zu schützen.The invention is therefore based on the object of an exhaust gas turbocharger of the type mentioned to protect against excessive heating.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst,d aß paralel zur Turbine ein aus einem polierten und vernickelten oder verchromten Ringblech bestehender Hitzeschild vorgesehen ist, der zur Welle hin gegen Verschnmutzung abgedichtet ist.According to the invention, this object is achieved in that the parallel to the turbine made of a polished and nickel-plated or chrome-plated ring plate existing heat shield is provided, which is sealed to the shaft against contamination is.

Die erfindungsgemäße Maßnahme verhindert bei allen Betriebszuständen eine Verzunderung, Oxydation oder Verschmutzung des Hitzeschildes und gewährleistet damit einen konstanten Reflektionsfaktor. Dabei kann das Ringblech z.B. hinter einer Z-förmig ausgebildeten Zwischenwand an einem Lagerschild angeordnet und durch eine elastische Ringdichtung zur Welle hin abgedichtet sein.The measure according to the invention prevents in all operating states scaling, oxidation or contamination of the heat shield and guaranteed thus a constant reflection factor. The ring plate can e.g. behind a Z-shaped intermediate wall arranged on a bearing plate and through a elastic ring seal to be sealed towards the shaft.

Es ist aber auch möglich, das Ringblech Z- oder U-förmig abzuwinkeln und die abgewinkelten Randkanten zum Befestigen bzw.But it is also possible to bend the sheet metal ring in a Z or U shape and the angled edges for fastening or

Abdichten zu benutzen. Diese Art der Ausbildung bietet auch die Möglichkeit, zwei Ringbleche mit räumlichem Abstand zueinander anzuordnen und damit ein Doppelschild aufzubauen.To use caulking. This type of training also offers the possibility of to arrange two ring sheets at a spatial distance from each other and thus a double shield build up.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Hitzeschild als Ausschnitt eines Turboladers, Figur 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 1, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Hitzeschild als Ausschnitt eines Turboladers, Figur 4 ein Doppelschild des Ausführungsbeispiels nach -Figur 3 u n d Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Doppelschildes.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. They show: FIG. 1 a first exemplary embodiment for a heat shield as a cutout a turbocharger, FIG. 2 a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1, Figure 3 shows a further embodiment of a heat shield as a section of a Turbocharger, Figure 4 shows a double shield of the embodiment according to Figure 3 and n d Figure 5 shows a further embodiment of a double shield.

In der Darstellung nach Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Abgasturboladers zu sehen mit einer Turbine 10 und einer damit starr verbundenen Welle 11. Die Welle 11 führt zu einem nicht näher dargestellten Verdichter. Neben der Turbine 10 ist eine Gehäusewand 12 vorgesehen, die zunächst parallel zur Rückseite der Turbine 10 verläuft und in Höhe des Turbinenaußendurchmessers sich Z-förmig abwickelt. Parallel zu dieser Gehäusewand 12 ist ein Lagerschild mit räumlichem Abstand dazu angeordnet und mit einer Wellendichtung 14 versehen. An diesem Lagerschild 13 ist auf der der Gehäusewand 12 zugewandten Seite ein Ringblech 15 angebracht, das durch eine elastische, aus Wärmeisolierstoff bestehende Ringdichtung 16 zur Welle 11 hin abgedichtet ist.The illustration according to FIG. 1 shows a section of an exhaust gas turbocharger to be seen with a turbine 10 and a shaft 11 rigidly connected to it. The shaft 11 leads to a compressor not shown in detail. Next to the turbine 10 is a housing wall 12 is provided, which is initially parallel to the rear of the turbine 10 runs and develops in a Z-shape at the level of the turbine outer diameter. Parallel a bearing plate is arranged at a spatial distance from this housing wall 12 and provided with a shaft seal 14. On this end shield 13 is on the Housing wall 12 facing side an annular plate 15 attached, which is supported by an elastic, made of heat insulating material ring seal 16 is sealed towards the shaft 11.

Das Ringblech 15 ist auf der der Gehäusewand 12 zugewandten Seite poliert und vernickelt oder verchromt. Es ist aber auch mglich, das Ringblech 15 auf dieser Seite zu vergolden oder mit einer anderen geeigneten Schicht zu versehen. Wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 zeigt, kann das Ringblech 15 auch mit Einbuchtungen 18 versehen und an diesen Stellen durch Punktschweißung mit dem Lagerschild 13 verbunden sein.The ring plate 15 is on the side facing the housing wall 12 polished and nickel-plated or chrome-plated. But it is also possible to use the ring plate 15 to be gilded on this side or provided with another suitable layer. As the exemplary embodiment according to FIG. 2 shows, the ring plate 15 can also have indentations 18 and connected to the end shield 13 at these points by spot welding be.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist das Ringblech 15 Z-förmig abgewinkelt und mit den abgewinkelten Randkanten 20, 21 zwischen dem Lagerschild 13 und der Gehäusewand 12 angeordnet. Die obere Randkante dient dabei ausschließlich der Befestigung an der Gehäusewand 12, z.B. durch Punktschweißung, während die untere Randkante 21 den Raum zur Welle 11 hin verschließt und damit die Abdichtung übernimmt. Wie Figur 4 zeigt, kann ein solches Z-förmig ausgebildetes Ringblech auch als Doppelschild aufgebaut werden. Dazu sind zwei Z-förmig abgewinkelte Ringbleche 15, 19 vorgesehen, welche in einem räumlichen Abstand zueinander durch die obere Randkante 20 des ersten Ringbleches 15 festgelegt sind. Das zweite Ringbech 19 ist dabei so ausgebildet, daß seine untere Randkante 23 über die untere Randkante 21 des ersten Ringbleches 15 greift und sich bis zum Ende dieser Randkante erstreckt. Der Raum hinter dem zweiten Ringblech 19 kann dabei noch durch eine aus Wärmeisolierstoff bestehende Ringdichtung 24 in Höhe der unteren Randkanten 22, 23 zusätzlich Beim Betrieb eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers verhindern die Ringdichtungen 16 nach Figur 1 und Figur 2 bzw. die Randkanten 21, 23 nach Figur 3 und Figur 4 eine Verschmutzung der als Hitzeschilder eingesetzten Ringbleche 15, 19, so daß die Wirkung als Hitzeschild dauerhaft erhalten bleibt. Der von der Turbine 10 ausgehende Wärmestrom erwärmt zwar die Gehäusewand 12, aber diese Wärme wird, wie durch den Pfeil 25 angedeutet, nach außen abgeleitet. Die als Hitzeschilder eingesetzten Ringbleche 15, 19 reflektieren die Wärmestrahlen und verhindern damit eine zu starke Erwärmung der dahinter liegenden Bauteile des Turboladers.In the embodiment of Figure 3, the ring plate 15 is Z-shaped angled and with the angled marginal edges 20, 21 between the end shield 13 and the housing wall 12 are arranged. The upper edge is used exclusively the attachment to the housing wall 12, e.g. by spot welding, while the lower Edge 21 closes the space to the shaft 11 and thus takes over the seal. As FIG. 4 shows, such a Z-shaped ring plate can also be used as a double shield being constructed. For this purpose, two Z-shaped angled ring plates 15, 19 are provided, which at a spatial distance from each other by the upper edge 20 of the first Annular sheet 15 are set. The second ring cup 19 is designed so that its lower edge 23 over the lower edge 21 of the first ring plate 15 engages and extends to the end of this marginal edge. The space behind that second ring plate 19 can still be made of heat insulating material Ring seal 24 at the level of the lower marginal edges 22, 23 in addition At the The ring seals 16 prevent operation of an exhaust gas turbocharger according to the invention according to Figure 1 and Figure 2 or the edge edges 21, 23 according to Figure 3 and Figure 4 a Contamination of the annular plates 15, 19 used as heat shields, so that the effect is permanently retained as a heat shield. The heat flow emanating from the turbine 10 heats the housing wall 12, but this heat is, as indicated by the arrow 25, diverted to the outside. The ring plates 15, 19 used as heat shields reflect the heat rays and thus prevent excessive heating of the ones behind them Components of the turbocharger.

Wie Überschlagsre,chnungen ergeben haben, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Maßnahme eine wesentliche Verringerung der Wärmestromdichte, und zwar auf rd. 1/10 der sonst auftretenden Werte erzielen.As rough calculations have shown, can be with the invention Measure a significant reduction in the heat flow density, namely to around 1/10 of the otherwise occurring values.

Im letzten Ausführungsbeispiel nach Figur 5 wurde auf die Gehäusewand 12 verzichtet und dafür ein Doppelschild aus zwei Ringblechen 15, 30 eingesetzt. Das Ringblech 15 ist - wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 - mit Einbuchtungen 18 versehen und an diesen Stellen durch Punktschweißung mit dem Lagerschild verbunden.In the last embodiment of Figure 5 was on the housing wall 12 and a double shield made of two ring plates 15, 30 is used instead. The ring plate 15 is - as in the exemplary embodiment according to FIG. 2 - with indentations 18 and connected to the end shield at these points by spot welding.

Uber dieses Ringblech 15 ist ein U-förmig abgewinkeltes Ringblech 30 gestreift und mit seiner oberen Randkante 31 am Turbinengehäuse 33 befestigt. Die untere Randkante 32 dichtet dabei das Ringblech 15 gegen Verschmutzung ab, so daß beide Ringbleche 15, 30 einen Ringraum bilden. In diesem Ringraum ist das Ringblech 30 ebenfalls poliert und vernickelt oder verchromt, so daß sich für die von der Turbine 10 ausgehende Wärmestrahlung ein dauerhaft gegen Verschmutzung geschützter Doppelschild ergibt.About this ring plate 15 is a U-shaped angled ring plate 30 striped and fastened with its upper edge 31 to the turbine housing 33. The lower edge 32 seals the annular sheet 15 against contamination, see above that both ring plates 15, 30 form an annular space. The ring plate is in this annular space 30 also polished and nickel-plated or chrome-plated, so that the Turbine 10 outgoing thermal radiation is permanently protected against contamination Double shield results.

Der erfindungsgemäße, aus den Ringblechen aufgebaute Hitzeschild bietet die Möglichkeit, einen Abgasturbolader vor zu großen Erwärmungen zu schützen. Dadurch ergibt sich auch eine bessere thermische Situation für die verdichtete Ladeluft bzw. die verdichteten lischgase. Auf eine Temperaturabsenkung nach Verdichtung kann daher u.U.The heat shield according to the invention, built up from the annular plates, offers the possibility of protecting an exhaust gas turbocharger from overheating. Through this there is also a better thermal situation for the compressed charge air or the compressed liquor gases. Can on a temperature decrease after compaction therefore possibly

verzichtet werden.be waived.

Zusammenstellung der Bezugsziffern 10 Turbine 11 Welle 12 Gehäusewand 13 Lagerschild 14 Wellendichtung 15 Ringblech 16 Ringdichtung 18 Einbuchtung 19 Ringblech 20 Randkante 21 23 24 Ringdichtung 25 Pfeil 30 Ringblech 31 Randkante 32 33 TurbinengehäuseCompilation of the reference numbers 10 turbine 11 shaft 12 housing wall 13 End shield 14 Shaft seal 15 Ring plate 16 Ring seal 18 Indentation 19 Ring plate 20 edge 21 23 24 ring seal 25 arrow 30 ring plate 31 edge 32 33 turbine housing

Claims

Claims 9 exhaust gas turbocharger for internal combustion engines with a arranged in a housing by the exhaust gases acted upon turbine, which has a Shaft drives a compressor, thereby g e k-e n n n z e i c h n e t that parallel to the turbine (10) made of a polished and nickel-plated or chrome-plated ring plate (15, 19, 30) existing heat shield is provided, which towards the shaft (11) against Contamination is sealed.

2.) Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that Eas ring plate (15) on a bearing shield (13) behind a Z-shaped angled partition and an elastic ring seal (16) is protected against pollution.

3.) exhaust gas turbocharger according to claim 1 or 2, characterized g e -k e n n z e i c h n e t that the ring plate (15) has indentations (18) and on these Places connected to the end shield (13) by spot welding.

4.) exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the ring plate (15, 19) angled edge edges (20, 21, -23; 31 32) has, which for fastening to a housing wall (12, 33) and for sealing the Serve heat shield.

5.) exhaust gas turbocharger according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the marginal edges (20, 21, 23) are angled in a Z-shape.

6.) exhaust gas turbocharger according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the marginal edges (31, 32) are angled in a U-shape.

7.) exhaust gas turbocharger according to one of claims 1, 4 and 5, characterized g e k e n n n z e i c h n e t that two Z-shaped angled annular plates (15, 19) as Double shield with a distance determined by a marginal edge (20) next to one another are arranged.

8.) Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1, 4 and 6, characterized in that g e k e n nn n z e i n e t that a U-shaped angled and on the inside formed as a heat shield annular plate (30) with its edge edges (31, 32) overlapping in front of a bearing plate (13) provided with a smooth ring plate (15) for formation a double shield is arranged.