DE3617403A1 - LUBRICATION SYSTEM FOR A TURBOCHARGER - Google Patents
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Description
Schmiersystem für einen TurboladerLubrication system for a turbocharger
Die Erfindung bezieht sich generell auf Turbolader und insbesondere auf einen Turbolader mit einem verbesserten Schmiersystem.The invention relates generally to turbochargers and, more particularly, to a turbocharger having an improved one Lubrication system.
Es ist eine Anzahl von vorbekannten Einrichtungen bekannt, die eine in einem Gehäuse drehbare Welle hydrostatisch dämpfen (US-PSen 3 181 841, 3 158 413). Bei diesen vorbekannten Einrichtungen ist eine dünne Schmiermittelschicht, gewöhnlich als Quetschfilmdämpfer bezeichnet, zwischen einer äußeren Lauffläche eines Lagers und dem Gehäuse eingeschlossen, in welchem die Welle drehbar gelagert ist. Dieser Quetschfilmdämpfer dämpft Vibrationen der Welle infolge hydrostatischer Wirkung.A number of prior art devices are known which include a shaft rotatable in a housing damping hydrostatically (U.S. Patents 3,181,841, 3,158,413). In these previously known devices is a thin one Lubricant layer, usually as a squeeze film damper referred to, enclosed between an outer running surface of a bearing and the housing in which the Shaft is rotatably mounted. This squeeze film damper dampens shaft vibrations due to hydrostatic Effect.
Mit diesem hydrostatisch gedämpften Lager ist jedoch eine Reihe von Nachteilen verbunden. Ein Nachteil besteht darin, daß nach einem gewissen Zeitraum das Schmiermittel, welches den Quetschfilmdämpfer bildet, sich verschlechtert. Wenn kein frisches Schmiermittel dem Quetschfilmdämpfer zugeführt wird, wird die Dämpfwirkung immer schlechter. Dies trifft auch dann zu, wenn das Schmiermittel aus dem Quetschfilmdämpfer durch Leckage entweicht.However, a number of disadvantages are associated with this hydrostatically damped bearing. A disadvantage consists in the fact that after a certain period of time the lubricant, which forms the squeeze film damper, worsens. If no fresh lubricant is supplied to the squeeze film damper, the dampening effect getting worse. This also applies if the lubricant leaks from the squeeze film damper escapes.
Die Erfindung schafft eine Turboladerkonstruktion, bei der die geschilderten Nachteile bekannter Einrichtungen 5 vermieden werden.The invention creates a turbocharger construction in which the described disadvantages of known devices 5 can be avoided.
Der Turbolader gemäß Erfindung weist ein Gehäuse mit einer Durchgangsbohrung auf, in welcher ein rohrförmiger Lagerträger angeordnet ist. Der Lageträger ist so dimensio- " niert, daß mindestens ein Teil so radial einwärts von dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil angeordnet ist, daß eine ringförmige Kammer gebildet wird.The turbocharger according to the invention has a housing with a through hole in which a tubular bearing bracket is arranged. Able support is defined so dimensioned "means that at least a part is arranged radially inward of the housing or a housing part, that an annular chamber is formed.
Die Welle erstreckt sich durch den Lagerträger und trägt eine Turbine am einen Ende und einen KompressorThe shaft extends through the bearing bracket and carries a turbine at one end and a compressor
am anderen Ende. Zwei in axialem Abstand angeordnete Lager dienen zur Verbindung der Welle mit dem Lagerträger und somit dem Gehäuse.on the other end. Two axially spaced bearings are used to connect the shaft to the Bearing bracket and thus the housing.
Unter Druck stehendes Schmiermittel ist strömungsmäßig mit dem einen Ende einer ringförmigen Kammer verbunden. In ähnlicher Weise verbindet ein durch den Lagerträger geführter Fluidkanal das andere Ende der ringförmigen Kammer mit der einen Seite des Lagers in strömungsmäßiger Beziehung. Im Betrieb fließt daher Schmiermittel zuerst durch die ringförmige Kammer,und dann nach Austritt aus der ringförmigen Kammer wird das Lager geschmiert. Das Öl innerhalb der ringförmigen Kammer bildet einen Quetschfilmdämpfer zur hydrostatischen Dämpfung der Lager und führt so zu einer Minimalisierung der Schwingungen zwischen dem Gehäuse und der Welle.Pressurized lubricant is fluidically annular to one end Chamber connected. Similarly, a fluid channel passed through the bearing bracket connects the other end of the annular chamber with one side of the bearing in fluidic relationship. Therefore flows during operation Lubricant is first passed through the annular chamber, and then after exiting the annular chamber the bearing lubricated. The oil inside the annular Chamber forms a squeeze film damper for hydrostatic damping of the bearings and thus leads to a minimization the vibrations between the housing and the shaft.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:An embodiment of the invention is described with reference to the drawings. It shows:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt in schematischerFig. 1 is an axial longitudinal section in schematic
Darstellung,Depiction,
Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit daraus undFig. 2 shows an enlarged detail thereof and
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3Figure 3 is a cross-section along line 3-3
in Fig. 2 .in Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Turboladers 10 gemäß Erfindung gezeigt, der ein Hauptgehäuse 12 und eine Welle 14 aufweist, die im Gehäuse in noch zu beschreibender Weise gelagert ist. Ein Kompressor 16 ist an einem Ende der Welle befestigt, während eine Turbine 18 am anderen Ende der Welle 14 sitzt.In Fig. 1, a preferred embodiment of the turbocharger 10 according to the invention is shown, which has a main housing 12 and a shaft 14 which is in the housing is stored in a manner to be described. A compressor 16 is attached to one end of the shaft, while a turbine 18 sits at the other end of the shaft 14.
Bei Drehung des Kompressors 16 saugt dieser Luft über den schematisch gezeigten Einlaß 20 an und gibt komprimierte Luft am Auslaß 22 an den Einlaß 24 einer Verbrennungskraftmaschine 26 ab. Die Abgasleitung 28 der Verbrennungskraftmaschine 26 ist mit dem Einlaß 30 der Turbine 18 verbunden, und die Abgasleitung 32 der Turbine i8 öffnet sich in die freie Atmosphäre. In konventioneller Weise treibt das Abgas des Motors 26 die Turbine an, die wiederum den Kompressor 16 über die Welle 14 antreibt.When the compressor 16 rotates, it sucks in air via the inlet 20 shown schematically and releases it Compressed air at the outlet 22 to the inlet 24 of an internal combustion engine 26. The exhaust pipe 28 of the Internal combustion engine 26 is connected to the inlet 30 of the turbine 18, and the exhaust line 32 of the turbine i8 opens into the free atmosphere. In conventional In this way, the exhaust gas from the engine 26 drives the turbine, which in turn drives the compressor 16 via the shaft 14.
Das Gehäuse 12 weist eine Durchgangsbohrung 34 (Fig. 2) auf, die zur Welle 14 koaxial verläuft. Ein rohrförmiges Lagergehäuse 36 mit einem Flansch 38 am Ende ist in die Durchgangsbohrung 34 mit Preßsitz eingefügt, bis das Flanschende 38 gegen das Hauptgehäuse 12 zur Anlage kommt. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus Aluminium aus Gewichtsgründen, während das Lagergehäuse 36 aus Gründen der Stabilität aus Stahl besteht.The housing 12 has a through hole 34 (FIG. 2) which runs coaxially with the shaft 14. A tubular bearing housing 36 with a flange 38 on End is press fit into through bore 34 until flange end 38 is against the main housing 12 comes to the plant. The housing 12 is preferably made of aluminum for weight reasons, while the bearing housing 36 is made of steel for reasons of stability.
Ein rohrförmiger Lagerträger 40 mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 42 an einem Ende wird dann innerhalb des Lagergehäuses 36 so positioniert, daß die Flansche 38 und 42 flach aneinander liegen. Eine Sicherungsrunganordnung 44 befestigt das Lagergehäuse 36 und den Lagerträger 40 aneinander und daher auch an das Gehäuse 12 gegenüber axialer Bewegung.A tubular bearing bracket 40 with an outwardly extending flange 42 at one end is used then positioned within bearing housing 36 so that flanges 38 and 42 lie flat against one another. One Securing arrangement 44 secures the bearing housing 36 and the bearing bracket 40 to one another and therefore also to one another the housing 12 against axial movement.
Zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Lager 48, 50 halten die Turboladerwelle 14 drehbar an
dem Lagerträger 40. Jedes Lager 48, 50 besteht vorzugsweise aus einem Kugellager mit einem Innenlaufring, der mit der
Welle 14 verbunden und mit einem Außenlaufring der gegen
radiale Bewegung gegenüber dem Innenumfang 52 des Lagerträgers 40 gesichert ist. Die Lager 48 und 50 sind
zusätzlich zwischen der Welle 14 und dem Lagerträger 40 nahe dessen Ende montiert.
Der Lagerträger 40 (Fig. 2 und 3) ist so dimensioniert, daß seine beiden Enden einen radialen
inneren Abstand zur Innenoberfläche des Lagergehäuses 36 aufweisen, so daß ringförmige Kammern 54 in dem
Spalt gebildet werden. Eine federnde Dichtung 56 ist zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 36 und dem Lagerträger
40 nahe des äußeren Endes jeder ringförmigen Kammer 54 angeordnet (Fig. 2), während eine entsprechende federnde
Dichtung 58 zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 36 und dem Lagerträger 40 nahe des inneren Endes jeder ringförmigen
Kammer 54 sitzt. Die radiale Weite jeder ringförmigen Kammer 54 ist sehr klein, typischerweise nur wenige
Tausendstel Zoll breit.Two axially spaced bearings 48, 50 hold the turbocharger shaft 14 rotatably on the bearing bracket 40. Each bearing 48, 50 preferably consists of a ball bearing with an inner race that is connected to the shaft 14 and with an outer race that counteracts radial movement with respect to the Inner circumference 52 of the bearing bracket 40 is secured. The bearings 48 and 50 are additionally mounted between the shaft 14 and the bearing bracket 40 near the end thereof.
The bearing bracket 40 (FIGS. 2 and 3) is dimensioned so that its two ends have a radially inner distance from the inner surface of the bearing housing 36, so that annular chambers 54 are formed in the gap. A resilient seal 56 is disposed between tubular housing 36 and bearing bracket 40 near the outer end of each annular chamber 54 (Fig. 2), while a corresponding resilient seal 58 is disposed between tubular housing 36 and bearing bracket 40 near the inner end of each annular chamber Chamber 54 is seated. The radial width of each annular chamber 54 is very small, typically only a few thousandths of an inch wide.
Eine erste ringförmige Sprühdüse 60 ist im Inneren des Lagerträgers 40 enthalten und besitzt ein axiales Ende 62, das am äußeren Laufring des ersten Lagers 48 anliegt. In ähnlicher Weise ist eine zweite ringförmige Sprühdüse 64 im Inneren des Lagerträgers 40 - enthalten und steht mit ihrem äußeren axialen Ende 66 in Anlage zu der äußeren Lauffläche des zweiten Lagers 50. Das innere axiale Ende 70 der Sprühdüse 6 4 liegt an einem sich radial nach innen erstreckenden Teil 72 oder Flansch 72 des Lagerträgers 40 an.A first annular spray nozzle 60 is contained inside the bearing bracket 40 and has a axial end 62 which rests against the outer race of the first bearing 48. Similar is a second annular spray nozzle 64 contained in the interior of the bearing bracket 40 - and stands with its outer axial end 66 in contact with the outer running surface of the second bearing 50. The inner axial end 70 of the spray nozzle 6 4 rests a radially inwardly extending part 72 or flange 72 of the bearing bracket 40.
Eine Schraubendruckfeder 74 ist zwischen dem inneren axialen Ende 76 der Sprühdüse 60 und dem Flansch 72 des Lagerträgers gefügt. Die Druckfeder 74 gleicht die Last gleichmäßig zwischen den äußeren Laufringen der Lager 48, 50 aus, um Vibrationen minimal zu halten, die durch ungleich belastete Lager verursacht sein könnten. Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte, unter Druck stehende Schmiermittelquelle 80 ist mit einer Fluidkupplung 82 des Gehäuses 12 verbunden. Die Kupplung 82 steht wiederum in strömungsmäßiger Verbindung mit zwei Kanälen 84, 86, die im Gehäuse 12 angeordnet sind.A coil compression spring 74 is between the inner axial end 76 of the spray nozzle 60 and the flange 72 of the bearing bracket joined. The compression spring 74 balances the load evenly between the outer races of the Bearings 48, 50 to keep vibrations to a minimum, which could be caused by unevenly loaded bearings. A pressurized lubricant source 80 shown schematically in FIG. 1 is provided with a Fluid coupling 82 of the housing 12 connected. The coupling 82 is in turn in flow connection with two channels 84, 86 which are arranged in the housing 12.
Der Kanal 84 ist strömungsmäßig mit einer sich radial erstreckenden Öffnung 88 im Lagergehäuse 36 nahe des äußeren Endes der einen ringförmigen Kammer 54 verbunden. Entsprechend ist der andere Kanal 86 strömungsmäßig mit einer radialen Öffnung 90 im Lagergehäuse 36 nahe des äußeren Endes der anderen ringförmigen Kammer 54 verbunden.The channel 84 is fluidly proximate with a radially extending opening 88 in the bearing housing 36 the outer end of the one annular chamber 54 connected. The other channel is correspondingly 86 fluidically with a radial opening 90 in bearing housing 36 near the outer end of the other annular chamber 54 connected.
Ein Kanal 91 (Fig. 2) wird durch zueinander fluchtende Bohrungen in der Sprühdüse 6 0 und dem Lagerträger 40 gebildet. Das eine Ende des Kanals 91 öffnet sich nahe des inneren Endes der einen ringförmigen Kammer 54 , während das andere Ende des Kanals 91 an der Innenseite des Lagers 48 liegt. Der Kanal 91 läuft im übrigen schräg mit Bezug auf die Wellenachse, d. h. er erstreckt sich von der ringförmigen Kammer 94 zum Lager 48. Ein ähnlicher schräger Kanal 94 ist in der Sprühdüse 64 und dem Lagerträger 40 gebildet, wobei das eine EndeA channel 91 (Fig. 2) is through aligned holes in the spray nozzle 6 0 and the bearing bracket 40 formed. One end of the channel 91 opens near the inner end of the one annular Chamber 54, while the other end of the channel 91 is on the inside of the bearing 48. Channel 91 runs in the rest obliquely with respect to the shaft axis, d. H. it extends from the annular chamber 94 to the bearing 48. A similar inclined channel 94 is formed in spray nozzle 64 and bearing bracket 40, one end
des Kanals 94 zur anderen ringförmigen Kammer 54 nahe dessen innerem Ende offen ist, während das andere Ende des Kanals 74 sich zur Innenseite 96 des anderen Lagers 50 öffnet.of the channel 94 to the other annular chamber 54 close the inner end of which is open, while the other end of the channel 74 extends to the inside 96 of the other bearing 50 opens.
Zwei Ölschleuderringe 100 sind in axialem AbstandTwo oil slingers 100 are axially spaced
auf der Welle 12 befestigt, so daß jeweils ein Ölschleuderring in der Nähe des äußeren Endes jedes Lagers 48 bzw. 50 angeordnet ist. Jeder Ölschleuderring 100 weist ein sich radial erstreckendes Teil 102 , -,(-j vorzugsweise mit Propeller, auf, der auf gleicher Höhe wie die zugeordneten Lager 48 oder 50 und in deren Nähe angeordnet ist. Jeder Ölschleuderring 100 ist ferner frei verbunden mit einer Schmiermittelsammeikammer 104 (Fig.1), die in dem Gehäuse 12 gebildet ist. ,j- Im Betrieb wird Schmiermittel der Quelle 80 untermounted on the shaft 12, so that each one oil slinger near the outer end of each Bearing 48 and 50 is arranged. Each slinger 100 has a radially extending portion 102, -, (- j preferably with propeller, on, which is at the same height how the associated bearing 48 or 50 and is arranged in their vicinity. Each slinger 100 is also free connected to a lubricant collecting chamber 104 (FIG. 1) which is formed in the housing 12. , j- In operation, lubricant is drawn from source 80 below
Druck zur Fluidkupplung 82 und in das Gehäuse 12 gefördert, wobei das Schmiermittel der Quelle 80 durch die Kanäle 84 und 86 in die äußeren Enden der ringförmigen Kammer 54 fließt. Das Schmiermittel fließt dann axial einwärts durch die ringförmigen Kammern 54, gelangt in die sich schräg erstreckenden Kanäle 91 und 94 und wird auf die Lager 48 bzw. 50 gesprüht, um diese zu schmieren.Pressure is conveyed to the fluid coupling 82 and into the housing 12, the lubricant from source 80 through channels 84 and 86 into the outer ends of the annular chamber 54 flows. The lubricant then flows axially inward through the annular chambers 54, entering the itself obliquely extending channels 91 and 94 and is sprayed onto the bearings 48 and 50, respectively, in order to lubricate them.
Nachdem das Schmiermittel durch die Lager 48, 50 gelangt ist, wird es radial auswärts durch die Ölschleuderringe 100 in die Schmiermittelsammeikammer 104 geschleudert. Von dort wird das Schmiermittel durch einen Anschluß 106 (Fig. 1) abgesaugt und durch das Schmiermittelsystem in konventioneller Weise erneut bereitgestellt.After the lubricant has passed through the bearings 48, 50, it is radially outward through the Oil slingers 100 thrown into the lubricant collection chamber 104. From there the lubricant gets through a port 106 (Fig. 1) sucked and again through the lubricant system in a conventional manner provided.
Da die ringförmigen Kammern 54 eine geringe radiale Weite aufweisen, bilden sie einen Quetschfilmdämpfer zur hydrostatischen Aufhängung des Lagerträgers 40 und daher auch der Lager 48, 50 relativ zum Gehäuse 12.Since the annular chambers 54 have a small radial width, they form a squeeze film damper for hydrostatic suspension of the bearing carrier 40 and therefore also of the bearings 48, 50 relative to the housing 12.
Ein hauptsächlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Ölfilm durch die Quetschfilmdämpfer oder ringförmigen Kammern 54 auch zur Schmierung der Lager 48 und 50 verwendet wird. Entsprechend der Erfindung wird sichergestellt, daß eine konstante und frische ZufuhrA main advantage of the invention is that the oil film through the squeeze film damper or annular chambers 54 are also used to lubricate bearings 48 and 50. According to the invention ensured a constant and fresh feed
von Öl zum Quetschfilmdämpfer stattfindet , so daß viele der zuvor bekannten Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden werden. Die strömungsmäßige Verbindung der ringförmigen Kammern 54 in Serie mit dem Schmiermittelfluß zu den Hauptlagern 48 und 50 stellt zudem eine wesentlich einfachere, kostengünstigere und doch gänzlich wirkungsvolle Konstruktion dar.of oil to the squeeze film damper takes place, so that many the previously known disadvantages of known devices can be avoided. The flow connection of the annular chambers 54 in series with the flow of lubricant to the main bearings 48 and 50 also provides an essential simpler, cheaper, yet completely effective construction.
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