DE3310576A1

DE3310576A1 - Turbolader mit einfachen waermeabstrahlerelementen

Info

Publication number: DE3310576A1
Application number: DE19833310576
Authority: DE
Inventors: Ziro Yokosuka Hinami; Katsunori Miyamura; Kousaku Oomuro
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1983-10-13
Also published as: JPS58149537U; GB2117831A; GB8307199D0

Description

ν■· · ft

Turbolader mit einfachen VJärmeabstrahlerelementen

B_e s_c_h reib u_n g

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader zum Vorkomprimieren von A.nspup.luft unter dem Antrieb von Abgasen und betrifft insbesondere eine Anordnung für die wirksame Kühlung eines solchen Turboladers.

In einer: Turbolader werden die Lager der Turbinenwelle ständig mit einer großen tMenge an Kühl- und Schmieröl gespeist, damit sie die hohen Drehzahlen der Turbinenwelle von mehr als 100 000 U/min unbeschadet aushalten können. Gewisse bekannte Turbolader haben jedoch noch immer gewisse Mangel hinsichtlich der wirksamen Kühlung der Lager wegen der starken Wärmeentwicklung im bzw. am Turbinengehäuse. Bei derartigen Turboladern besteht deshalb die Gefahr von Hitzeschäden an den Lagern unter hohen Betriebsbelastungen. Zur Erläuterung derartiger tongel ist nachstehend ein herkömmlicher Turbolader im einzelnen beschrieben.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Turboladers, welcher mit einfachen Wärmeabstrahierelementen versehen ist, welche einer Überhitzung der Lager vorbeugen.

Somit schafft die Erfindung also einen Turbolader mit einem Turbinengehäuse, in welchem ein von unter Druck stehenden Abgasen beaufschlagter Turbinenläufer enthalten ist, einem Kompressorgehäuse, in welchem ein Kompressorläufer für die Erzeugung von komprimierter Luft gelagert ist, einem zwischen dem Turbinengehäuse und dem Kompressorgehäuse angeordneten Mittelgehäuse, in welchem mittels Lagern eine an ihren beiden Enden den Turbinenläufer bzw. den Kompressorläufer tragende Turbinenwelle gelagert ist, Einrichtungen für die Zufuhr von Kühl-

und Schmieröl zu den Lagern im Betrieb des Turboladers, einer Anzahl von das Turbinengehäuse fest mit dem Mittelgehäuse verbindenden Schrauben, welche sich jeweils in satter Anlage an größeren Teilen des Turbinengehäuses sowie des Mittelgehäuses befinden, einer Anzahl von mit den Schrauben zusammenwirkenden Unterlegscheiben zur Gewährleistung eines satten Kontakts zwischen dem Turbinengehäuse und

dem Mittelgehäuse, und mit einer Anzahl von durch die Schrauben festgehaltenen,in satter Berührung mit diesen stehenden Wärmeabstrahierelementen, welche jeweils eine beträchtlich große, der offenen Atmosphäre ausgesetzte Oberfläche aufweisen.

Im folgenden sind' Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erlautort. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines herkömmlichen Turboladers, 0 an welchem die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils des Turboladers, an welchem

eine erste Ausfuhrungsform der Erfindung praktische Anwendung findet,
15

Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung der Pfeile III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform

der Erfindung und
20

Fig. 5 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Vor der ins einzelne gehenden Beschreibung der Erfindung selbst sei zunächst ein herkömmlicher Turbolader beschrieben, an welchem die Erfindung anwendbar ist.

Ein in Fig. 1 dargestellter herkömmlicher Turbolader 10 hat einen Turbinenläufer 12 und einen Kompressorläufer 14, welche getrennt voneinander in einem Turbinengehäuse 16 bzw. einem Kompressorgehäuse 18 angeordnet sind. Die beiden Läufer 12 und 14 sind auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 20 gemeinsam mit dieser drehbar befestigt. Das Turbinenteil des Turboladers 10 ist an einem Auslaßflansch 22 eines Auspuffkrümmers anschließbar, während das Kompressorteil an einem

^5 Einlaßkrümmer 24 anschließbar ist. Zwischen dem Turbinengehäuse 16 und dem Kompressorgehäuse 18 ist ein Mittelgehäuse 26 angeordnet und abdichtend mit den beiden anderen Gehäusen verbunden. In dem Mittelgehäuse 26 ist die Turbinenwelle 20 mittels schwimmender Lager

28 und 30 drehbar gelagert. Das Mittelgehäuse 26 hat einen Schmieröleinlaß 32 und einen Öldurchlaß 34 für die Zufuhr einer ausreichenden Menge eines Kühl- und Schmieröls zu den Lagern 28 und 30. Das von den Lagern 28 und 30 abfließende Öl gelangt in eine Kammer 36 des Mittelgehäuses 26, von welchem es über einen Ölauslaß 38 abfließt, um erneut in Umlauf gesetzt zu werden. Zwischen der Innenseite des Turoinenläuiero 12 und eiern Mittelgehäuse 26 ist ein wärmeisolierendes Teil HO angeordnet.

Bei dem dargestellten herkömmlichen Turbolader 10 erfolgt die Verbindung zwischen dem Turbinengehäuse 16 und dem Mittelgehäuse 26 mittels einer Anzahl von Schrauben 42 und einer entsprechenden Anzahl von Unterlegscheiben 44. Zum Zweck der Verbindung hat das Mittelgehäuse einen radial auswärts abstehenden Flansch 26a und das Turbinen gehäuse 16 hat an der offenen Seite einen Sitz 16a, während das wärmeisolierende Teil 40 an seinem offenen Ende einen radial abstehenden Rand 4Ca aufweist. Beim Herstellen der Verbindung finden die äußeren Bereiche des Flanschs 26a des Mittelgehäuses 26 sowie des am wärmeisolierenden Teil 40 hervorstehenden Randes ¹IOa Aufnahme im Sitz I6a des Turbinengehäuses 16. Die Schrauben 42 werden unter Zwischenlage der Beilagescheiben 44 zwischen ihrem Kopf und der offenen Seite des Turbinengehäuses 16 in dieses eingeschraubt, wie in Fig. 1 deutlich zu erkennen.

5 Bei einer solchen, mittels Schrauben hergestellten Verbindung besteht die Gefahr, daß die Schrauben 42 und Beilagescheiben 44 eine hoch wärmeleitfähige Wärmebrücke zwischen dem Turbinengehäuse 16 und dem Mittelgehäuse 26 bilden, so daß es im schlimmsten Falle vorkoinnen kann daß die Lager 28 und 30 durch überhutzung zerstört werden.

³^ In der Praxis tritt unmittelbar nach dem Stillsetzen des Turboladers häufig eine starke Erhitzung des Mittelgehäuses 26 auf, da in diesem Zustand die Zufuhr des kühlenden Schmieröls aufgehört hat.

Ein wesentliches Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung von Einrichtungen, welche die vorstehend geschilderte Gefahr beseitigen.

Fig. 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung in der praktischen Anwendung an einem Turbolader der vorstehend beschrie-

benen Art. Dabei entspricht Fig. 2 dem in Fig. 1 durch einen gestrichelten Kreis A bezeichneten Bildausschnitt. In dieser ersten Ausführungsform werden einen Boden aufweisendes zylindrische Elemente 46 als Wärmeabstrahier verwendet. Jedes dieser Elemente 46 hat ein offenes Ende und ein durch einen von einer Bohrung durchsetzten Boden 46a geschlossenes Ende. Die Elemente 46 sind aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material gefertigt, z.B. aus einem Netallblech. Wie man in der Zeichnung erkennt ist jedes Wärmeabstrahlerelement 46 mittels einer die Bohrung des Bodens 46a durchsetzenden Schraube 42 unter Zwischenlage einer Beilegescheibe 44 derart an der offenen Seite des Turbinengehäuses 16 angeschraubt, daß seine zylindrische Umfangswand den Kopf der Schraube 42 koaxial umgibt und das offene Ende der freien Umgebung zugewandt ist.

Da die Wärmeabstrahlerelemente 46 durch die Schrauben 42 in satter Anlage am Turbinengehäuse 16 gehalten sind, wird die im Turbinengehäuse 16 entstehende Wärme über die Wandungen der Turbinengehäuses 16 auf die Wärmeabstrahlerelemente 46 übertragen und von diesen in die freie Umgebung abgestrahlt. Dies bedeutet, daß die Lager 28 und 30 gegen überhitzung geschützt sind. Auf diese Weise ist die Gefahr einer Hitzeschädigung der Lager 28 und 30 beseitigt oder wenigstens weitgehend verringert.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber der ersten Ausführungsform leicht abgewandelte zweite Ausführungsform der Erfindung. Ein in dieser Ausführungsform verwendetes Wärraeabstrahlerelement 47 besteht aus einem einen BOden aufweisenden, zylindrischen Element 48, welches die gleiche Form hat wie das Elemnt 46 der ersten Ausführungsform, zusätzlich jedoch eine Anzahl von radial von der Umfangswand des zylindrischen Elements 48 abstehenden Kühlrippen 50 aufweist. Die Kühlrippen 50 sind vorzugsweise einstückig mit dem zylindrischen Element 48 ausgebildet. Durch das Vorhandensein der Kühlrippen 50 ist die wärmeabstrahlende Oberfläche des Elements 47 im Vergleich zu der des Elements 46 der ersten Ausführungsform beträchtlich vergrößert, so daß von der zweiten Ausführungsform eine beträchtlich größere Kühlwirkung zu erwarten ist.

λ m *

» ft A ·

1 Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsfonn der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Wärmeabstrahlerelement 52 eine einfache ebene Scheibe aus einem eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoff, z.B. Kupfer, Aluminium od. dergl.. Das Element

5 52 ist vorzugsweise derart an der Schraube 42 befestigt, daß sein Umfangsrand um ein beträchtliches Stück in die freie Umgebung hervorst-ht.

Claims

Patentansprüche

25MJ Turbolader, gekennzeichnet durch ein Turbinengehäuse (16), in welchem ein durch unter Druck stehende Abgase angetriebener Turbinenläufer (12) gelagert ist, durch ein Kompressorgehäuse (Ί8) , in welchem ein Kompressorläufer (14) zum Verdichten von Luft gelagert ist, durch ein zwischen dem Turbinengehäuse und dem Kompressorgehäuse angeordnetes Mittelgehäuse (26), in welchem mittels Lagern (28, 30) eine an ihren Enden den Turbinenläufer bzw. den Kompressorläufer tragende Turbinenwelle (20) gelagert ist, durch Einrichtungen (32, 34) für die Versorgung der Lager mit kühlendem und schmierendem Öl während des Betriebs des Turboladers, durch

³^ eine Anzahl von das Turbinengehäuse fest mit dem Mittelgehäuse verbindenden Schrauben (42), welche sich jeweils in satter Anlage an größeren Teilen des Turbinengehäuses und des Mittelgehäuses befinden, durch eine Anzahl von den einzelnen Schrauben zugeordneten, mit ihnen

zusammenwirkenden Unterlegscheiben (44) zum Gewährleisten einer festen Verbindung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Mittelgehäuse,, und durch eine Anzahl- von in inniger Berührung mit den Schrauben stehenden und von ihnen festgehaltenen Wärmeabstrahlerelementen (46, 47, 52), welche jeweils eine der freien Umgebung ausgesetzte Oberfläche von beträchtlicher Ausdehnung aufweisen.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabstrahlerelemente aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoff sind.
3- Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmeabstrahierelement ein einen Boden aufweisendes, zylindrisches Teil (46, 48) darstellt, welches derart mit der jeweiligen Schraube (42) verbunden ist, daß seine Umfangswand den Kopf der Schraube in radialem Abstand koaxial umgibt und die offene Seite der freien Umgebung zugewandt ist.
4. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Boden aufweisende zylindrische Element (48) an seiner äußeren Umfangswand eine Anzahl von Kühlrippen (52) aufweist.
5. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabstrahlerelemente (46, 48, 52) aus Kupfer oder Aluminium sind.