DE3923239A1 - Turbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Dieser Abgasturbolader ist bekannt durch das Gebrauchsmuster 78 19 938.

Turbolader erzeugen bekanntlich bei hohen Drehzahlen ein unan­ genehm pfeifendes Geräusch. Diese hohen Drehzahlen treten insbesondere bei ebenfalls hohen Motordrehzahlen auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Geräuschminderung. Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs.

Überraschend wurde festgestellt, daß die Geräusche des Turbo­ laders nicht unmittelbar von den hohen Drehzahlen des Turbo­ laders, sondern durch die hohe Drehzahl des Kraftfahrzeug­ motors hervorgerufen wird. Die Geräuscherzeugung wird dadurch sehr stark gemindert, daß der Schmieröldruck, der grundsätz­ lich von der Drehzahl des Kraftfahrzeugmotors abhängt, be­ grenzt wird, und zwar auf einen Bereich begrenzt wird, der einerseits groß genug ist für die optimale Schmierung des Turboladers, der aber andererseits nicht so hoch ist, daß die genannten unangenehmen Geräusche entstehen.

Durch die Ausführung nach Anspruch 3 kann eine hohe Regelge­ nauigkeit erzielt werden, indem das Schmierölangebot unabhän­ gig von der Motordrehzahl dem gewünschten Schmieröldruck und der gewünschten Schmierölleckage in dem Turbolader angepaßt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Abgasturbo­ lader;

Fig. 2 ein geeignetes Druckregelventil.

Der Abgasturbolader nach Fig. 1 ist aus den drei Gehäuse­ teilen Turbinengehäuse 1, Lagergehäuse 2, Verdichtergehäuse 3 zusammengesetzt. Alle diese Gehäuseteile sind gegeneinander zentriert, und zwar Turbinengehäuse 1 gegenüber dem Lager­ gehäuse 2 mit Vorsprung 5 in Ausnehmung 6. In dem Lagerge­ häuse 2 ist die Welle 7 in hydraulischen Radiallagern mit Lagerbuchsen 8 und 9 sowie Axiallager 33 drehbar gelagert. Die hydraulischen Lager 8, 9 und 33 werden durch Bohrungen 10, 11, 12 mit Drucköl versorgt. Das Drucköl tritt zu beiden Seiten der Lagerbuchsen 8, 9 an der Welle und in den Lage­ rungen wieder aus und fließt durch Öffnung 13 in den Ölsumpf der Brennkraftmaschine ab. Auf dem einen Wellenende ist das Abgasturbinenrad 14 mit Nabe 15 und Turbinenschaufeln 16 gelagert. Der Zentrifugalverdichter 3 am anderen Wellenende besteht aus der Nabe 17 und den Schaufeln 18. Der bisher beschriebene Abgasturbolader ist konventionell.

Das Axiallager besteht aus einer Axiallagernut 32, in der die Axiallagerhaltescheibe 33 kämmt. Die Axiallagerhaltescheibe 33 ist mit dem Lagergehäuse 2 bzw. Verdichtergehäuse 3 fest ver­ bunden und gewährleistet so die axiale Festlegung der Welle 7. Die Axiallagernut 32 wird durch die auf der Welle 7 axial festgelegten Scheiben 35 und 36 gebildet. Der Achsabstand der Scheiben 35 und 36 wird festgelegt durch die Abstandshülse 38. Die Länge der Abstandshülse 38 ist etwas größer als die Breite der Halteplatte 33. Die Bohrung in der Halteplatte 33 ist so groß, daß zwischen der Abstandshülse 38 und der Bohrung ein Ringraum 34 entsteht. Dieser Ringraum 34 wird durch Kanal 37 mit Drucköl gespeist. Da die Länge der Abstandshülse geringfügig größer ist als die Dicke der Halteplatte 33, kann sich das Drucköl durch die Spalte hindurchquetschen. Bei Relativbewegung zwischen der Halteplatte 33 und den Scheiben 35, 36 entsteht auf den Berührflächen ein hydrodynamisch trag­ fähiger Schmierölfilm.

Die Zwischenscheiben 43 und 44 sind so dimensioniert, daß sie sich auf der Welle bzw. der Abstandshülse 38 drehen können. Das in den Ringraum geförderte Drucköl dringt nun sowohl in die Spalte zwischen der Halteplatte 33 und den Zwischen­ scheiben 43, 44 als auch in die Spalte zwischen den Zwischen­ scheiben 43, 44 und den Scheiben 35, 36, so daß bei Relativ­ bewegung für die Zwischenscheiben 43, 44 eine schwimmende Lagerung entsteht.

Bei einem solchen Turbolader ergeben sich gute Schmiereigen­ schaften. Es stellt sich jedoch heraus, daß bei hohen Dreh­ zahlen des Turboladers, welche mit hohen Motordrehzahlen funktionsgemäß zusammenfallen, die bekannten Pfeifgeräusche entstehen. Es wurde nun die Theorie entwickelt, daß diese Pfeifgeräusche dadurch entstehen, daß bei hohem Schmieröl­ druck sich die Dämpfungscharakteristik der Gleitlagerungen sehr ungünstig ändert und daß durch die härter werdende Dämpfungscharakteristik der gesamte Turbolader zu einem in sich schwingungsfähigen System wird. In der Tat stellt sich heraus, daß sich die pfeifenden Geräusche weitgehend vermei­ den lassen, wenn der Schmieröldruck sich nicht über einen Grenzwert hinaus erhöhen kann. Zur Begrenzung des Schmieröl­ drucks wird z.B. ein Druckregelventil nach Fig. 2 verwandt.

In Fig. 2 ist mit 52 das Lagergehäuse des Turboladers bezeichnet. In die Schmierölbohrung 10 ist das Druckregel­ ventil eingeschraubt. Die Durchflußrichtung ist mit den Pfeilen 53 bezeichnet. Ein Zapfen 54 ist mit seinem dickeren Ende (Einlaßteil) 55 in den oberen Teil der Bohrung 10 einge­ schraubt. Das dünnere Ende (Auslaßteil) 56 des Zapfens weist in die Durchflußrichtung. Der Zapfen 54 weist eine Axialboh­ rung 57 auf. Diese ist im Einlaßteil axial offen und mündet abflußseitig mit Radialbohrungen 58 auf dem Außenumfang des Auslaßteils 56 des Zapfens. Im übrigen ist der Axialkanal 57 an der Abflußseite verschlossen. Auf dem dünneren Ende 56 des Zapfens ist ein Schiebering 58 in Achsrichtung beweglich.

Die radialen Löcher 60 des Schieberings bilden die Steuer­ kanten für die Radialkanäle 58 des Zapfens. Der Schiebering ist durch Feder 61 gegen das dicke Ende 55 des Zapfens abge­ stützt, so daß die Feder gegen den abflußseitigen Druck wirkt. Der Schiebering 58 weist einen Bund 62 auf, der die abflußseitige Bohrung kolbenartig abdichtet. Der Federraum (Raum zwischen dem dicken Ende 55 des Zapfens 54 und dem Bund 62 des Schieberings 58) ist durch den Entlastungskanal 63 mit dem Rücklauf verbunden und daher druckentlastet.

Durch Sprengring 64 wird der Schiebering 58 auf dem Zapfen festgehalten.

Das Druckregelventil dient dem Zweck, den abflußseitigen Druck in der Bohrung 10 konstant zu halten und auf einen relativ geringen Wert zu begrenzen. Der Druck muß zwar zur ordnungsgemäßen Schmierung ausreichen. Er kann jedoch sehr niedrig sein, da die Lagerung im wesentlichen auf hydrodyna­ mischer Schmierung besteht und daher ein statischer, im Schmieröl herrschender Druck nicht erforderlich ist. Es sei bemerkt, daß dieser für den Turbolader erforderliche Schmier­ öldruck wesentlich geringer sein kann als der Schmieröldruck, den die Schmierölpumpe des Kraftfahrzeugs bei der Motordreh­ zahl erzeugt, bei der der Turbolader frühestens anläuft. Es ist daher durchaus möglich und kann erforderlich sein, den Druck auf Werte zwischen 1 und 2 bar zu begrenzen. Der Druck sollte so niedrig wie möglich sein, wobei auch der niedrige Druck eine ausreichende Schmierung des Turboladers gewährlei­ sten muß.

Zur Funktion:

Bei hohem Schmierölverbrauch fällt der abflußseitige Druck in der Bohrung 10 ab. Dadurch kann die Feder 61 den Schiebering in Durchflußrichtung (Pfeil 53) verschieben, so daß die Radialkanäle 58 weiter geöffnet werden. Nimmt der abflußsei­ tige Verbrauch ab, so steigt dort der Druck, der auf dem Schiebering 58 anliegt und der Feder 61 entgegenwirkt. Dadurch wird der Schiebering gegen die Stromrichtung (Pfeil 3) verschoben und die Radialbohrung 8 ganz oder teilweise durch den Schiebering verschlossen. Dadurch wird der Zustrom dem Verbrauch angepaßt und es stellt sich in dem Turbolader ein konstanter Druck ein.

Es ist ersichtlich, daß auch andere Druckregelventile möglich sind. Hervorzuheben ist jedoch, daß diese Druckregelventile eine geringe Einbaugröße besitzen sollten, damit sie in dem Turbolader oder in unmittelbarer Nähe des Turboladers einge­ baut werden können. Da der für den Turbolader optimale Schmieröldruck niedriger ist als der von dem Schmiersystem des Kraftfahrzeugs im übrigen aufzubringende Druck, dürfte es in den meisten Fällen unangebracht sein, statt einer Druck­ regelung des dem Turbolader zugeführten Schmieröls das gesamte Schmierölsystem mit einer auf den Turbolader zuge­ schnittenen Druckregelung durch Druckregelventil oder Regel­ pumpe zu versehen.

Das gezeigte Druckregelventil hat den Vorteil, daß der Schmierölzustrom zu dem Turbolader dem Schmierölverbrauch, d.h. der bei dem gewünschten Druck entstehenden Schmieröl­ leckage angepaßt wird. Daher ist es auch bei hohen Motordreh­ zahlen nicht erforderlich, einen Teil des zugeführten Schmieröls zur Konstanthaltung des Drucks wieder in den Tank zurückzuführen. Gleichwohl kann es zur Erhöhung der Regel­ genauigkeit zweckmäßig sein, dem Druckregelventil ein Strom­ regelventil vorzuordnen. Hierdurch kann die Regelgenauigkeit verbessert werden.

Wenn jedoch ein Druckregelventil üblicher Bauart, z.B. Druck­ begrenzungsventil (vgl. hierzu übliche Ausführungsformen z.B. in dem Buch Backe: "Grundlagen der Olhydraulik", 4. Auflage 1979 S. 235-244), so ist die Vorschaltung eines Stromregelventils besonders zweckmäßig, da dadurch nicht nur die Regelgenauigkeit verbessert, sondern auch vermieden wird, da überschüssiges Öl unter Erzeugung einer Verlustleistung in den Tank zurückgeführt werden muß.

Ein geeignetes Stromregelventil ergibt sich z.B. aus der DE-OS 34 20 194.

Claims (3)

1. Turbolader in Kraftfahrzeugen mit hydrodynamischen und/oder hydrostatischen Gleit­ lagern, welche mittels einer an den Kraftfahrzeugmotor angekuppelten Schmierölpumpe mit Schmieröl beschickt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmieröldruck auf einen engen Schwankungsbereich ausgeregelt wird, wobei der Förderdruck vorzugsweise niedriger als 2 bar bleibt.

2. Turbolader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer ungeregelten Schmierölpumpe mit einem Druckregelventil.

3. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckregelventil ein Stromregelventil vorgeschaltet ist.