EP1264965A2 - Lagergehäuse eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Lagergehäuse eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1264965A2
EP1264965A2 EP02009633A EP02009633A EP1264965A2 EP 1264965 A2 EP1264965 A2 EP 1264965A2 EP 02009633 A EP02009633 A EP 02009633A EP 02009633 A EP02009633 A EP 02009633A EP 1264965 A2 EP1264965 A2 EP 1264965A2
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bearing housing
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bearing
space
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • EP 0 794 319 A1 describes an exhaust gas turbocharger Internal combustion engine described, which is typically the basic parts Compressor stage, bearing housing and turbine stage shows. Compressor impeller and Turbine impeller sit on a common rotor shaft that runs between the Impellers by means of hydrodynamic bearings, or hydrodynamically in one Bearing body is stored in the bearing housing.
  • the hydraulic bearing, or the Bearing body is preferably connected to the engine lubricating oil circuit connected, but can also be connected to an external oil reservoir become.
  • sealing air is applied on the turbine side in order to avoid Avoid exhaust gases entering the bearing housing.
  • the measuring device has a so-called settling tank. Of another is between the oil drain line of the turbocharger and the a bypass valve at the highest point of the oil drain line of the still tank provided, whereby the oil emerging from the exhaust gas turbocharger immediately the oil pan can be fed.
  • the object of the present invention is therefore to provide an exhaust gas turbocharger to provide a sufficiently large space at the beginning, with this an adequate separation of oil from the lubricating oil system and Air flowing out of the exhaust gas turbocharger via the rotor shaft seals Compressor and turbine in its bearing housing and thus in the oil circuit can reach, can be guaranteed and which also reduces effort can be integrated into the exhaust gas turbocharger.
  • annular space with a complete Separation of oil and air sufficient volume within the bearing housing of the exhaust gas turbocharger is provided, in particular in that the Bearing housing an oil space to accommodate the hydrodynamic bearing Has rotor shaft and the annular space for venting the lubricating oil, the oil space at least partially coaxially, the annular space on the one hand by means of a Overflow from an external oil reservoir, as well as an oil drain to the engine room of the engine and on the other hand connected to the oil space with an oil passage and the bearing housing depending on the volume of the integrated therein Annulus the available space between the compressor and turbine stage fills, is an integrated in the bearing housing ventilation of the oil space for the Storage of the rotor shaft has been created, which in the bearing housing oil mist is made available a sufficiently large space, to accomplish the separation of oil and air. At the same time it will the oil mist can also be used as additional bearing housing cooling.
  • the subject of the invention thus uses that between the turbine and compressor stages available space to make the bearing housing as large as possible design and thus the annular space for venting the lubricating oil, d. H. the Integrate ventilation system in the bearing housing.
  • a preferred embodiment is one Exhaust gas turbocharger according to the invention for an internal combustion engine with a Annulus with a sufficient for the complete separation of oil and air Volume shown within the bearing housing.
  • a meridian section through the exhaust gas turbocharger 1 shows a compressor stage 2, one Turbine stage 3 and a bearing housing 4 arranged between them.
  • a spiral guide channel which is a radial flows through the compressor wheel 5 of the compressor stage 2
  • a guide channel which has a turbine wheel 6 (through which axially flows) encloses, flanged.
  • Ver Whyr- 5 and turbine wheel 6 sit on a common rotor shaft 7, which in known manner by means of hydraulic radial bearings or bushings in Bearing housing 4 is mounted.
  • the hydrodynamic bearing of the rotor shaft 7 is by means of a cylindrical one Bearing body 8 sheathed, which in turn with the formation of an oil space 9 in the Bearing housing 4 is installed.
  • the annular space 10 is partially arranged coaxially around the oil space 9 and on the one hand by means of an overflow 11 with an external oil reservoir, and by means of a Oil drain 12 connected to the engine compartment, and on the other hand with an oil passage can be connected to the oil space.
  • This is the cycle through the rotor shaft seals in the oil chamber 9 penetrating and with the Air located there to an oil mist, air mixed in the annular space 10 by the oil separated again and discharged via the oil drain 12.
  • the one at the Housing walls 4 precipitating oil mist 13 has a cooling effect.
  • the bearing body 8 advantageously installed in the bearing housing 4 is so executed that on the one hand by means of radial bores 20 and an oil groove 21 in Circumference of the cylindrical bearing body, an oil passage from the annular space 10 in the Bearing body 8 and on the other hand via further circumferential openings 22 Oil passage from the bearing body 8 into the oil space 9, which in turn is a Has connection 23 with the annular space 10 of the bearing housing 4, made is.
  • the bearing housing 4 is therefore designed so that it depends on the Volume of the integrated annulus 10 the available space between the Compressor 2 and turbine stage 3 fills.

Abstract

Um für einen Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Verdichterstufe (2), einem Lagergehäuse (4) und einer Turbinenstufe (3), wobei Verdichter- und Turbinenlaufrad (5,6) auf einer gemeinsamen Rotorwelle (7) sitzen, dem ein Entlüftungssystem zur Separation von Öl aus dem Schmierölkreislauf und Luft, die aus der Verdichter- und Turbinenstufe (2,3) in das Lagergehäuse (4) eindringt, zugeordnet ist, einen genügend großen Raum zur Verfügung zu stellen, mit diesem eine ausreichende Separation von Öl aus dem Schmiersystem und Luft, die über die Rotorwellendichtungen des Abgasturboladers aus dem Verdichter und der Turbine in dessen Lagergehäuse gelangen kann, gewährleistet werden kann und der sich zudem aufwandmindernd in den Abgasturbolader integrieren lässt, ist vorgesehen, dass als Entlüftungssystem ein Ringraum (10) mit einem zur vollständigen Separation von Öl und Luft ausreichendem Volumen innerhalb des Lagergehäuses (4) angelegt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beispielsweise ist aus der EP 0 794 319 A1 ein Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine beschrieben, der in typischer Weise die grundlegenden Teile Verdichterstufe, Lagergehäuse und Turbinenstufe aufzeigt. Verdichterlaufrad und Turbinenlaufrad sitzen auf einer gemeinsamen Rotorwelle, die zwischen den Laufrädern mittels hydrodynamischem Lager, bzw. hydrodynamisch in einem Lagerkörper im Lagergehäuse gelagert ist. Die hydraulische Lagerung, bzw. der Lagerkörper ist in bevorzugter Weise an den Motorschmierölkreislauf angeschlossen, kann aber auch mit einem externen Ölreservoir verbunden werden.
Bei Abgasturboladern mit einer derartigen zwischen Verdichter- und Turbinenrad angeordneten hydrodynamischen Lagerung der Rotorwelle besteht immer das Problem, bzw. die Notwendigkeit der Abdichtung des Lagerraumes zur Verdichter- bzw. Turbinenseite. Diese Abdichtung wird bekanntlich mittels berührungsloser Dichtungen wie beispielsweise Labyrinthdichtungen oder mittels kontaktierenden, d. h. berührenden Dichtungen wie beispielsweise Kolbenringen ausgeführt, wobei diese Abdichtung eine gewisse Menge eines Leckvolumenstromes zulässt.
Zusätzlich wird in den meisten Fällen turbinenseitig Sperrluft aufgebracht, um das Eindringen von Abgasen in das Lagergehäuse zu vermeiden.
Auf diese Weise dringt Luft in den Lager- bzw. Ölraum des Lagergehäuses ein, die sich mit dem von den Lagern abgespritzten Öl zu einem Ölnebel vermengt. Da üblicherweise Lagergehäuse einen kleinen Innenraum aufweisen, kann sich der Ölnebel nicht niederschlagen, sondern wird durch den üblichen Ölablauf des Lagergehäuses aus dem Abgasturbolader transportiert.
Damit die verbleibende Luftmenge nicht zu einer Anhebung des Triebraumdruckes der aufzuladenden Brennkraftmaschine führt, müssen außerhalb des Abgasturboladers Maßnahmen zur Entlüftung des Ölablaufs durchgeführt werden, da bekanntlich eine gute Trennung zwischen Öl und Luft nur mit großem Volumen möglich ist. Bei kleinen Entlüftungsräumen, die derzeit im Abgasturbolader möglich sind, ist die Abluft des Ölablaufs in der Regel noch nicht ganz ölfrei, was zu einer nicht unerheblichen Umweltbelastung führt.
Es beschreibt beispielsweise die DE 195 23 480 A1 einen Abgasturbolader, der in einen Motor-Ölkreislauf eingebunden ist und dem ein externes Entlüftungssystem zugeordnet ist. Der Abgasturbolader ist dem Kurbelgehäuse des Motors in den Motor-Ölkreislauf nachgeschaltet und weist eine Ölablaufleitung auf, die zu einer Messeinrichtung führt. Damit kann die Menge der über die Rotorwellendichtungen des Abgasturboladers aus dessen Verdichter und Turbine in den Ölkreislauf gelangenden Entlüftungsgase ermittelt werden.
Die Messeinrichtung weist einen sogenannten Beruhigungsbehälter auf. Des weiteren ist zwischen der Ölablaufleitung des Abgasturboladers und dem höchsten Punkt der Ölablaufleitung des Beruhigungsbehälters ein Bypassventil vorgesehen, wodurch das aus dem Abgasturbolader austretende Öl unmittelbar der Ölwanne zuführbar ist.
Dies sind alles aufwendige Mittel, die zusätzlichen Platz beanspruchen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art einen genügend großen Raum zur Verfügung zu stellen, mit diesem eine ausreichende Separation von Öl aus dem Schmierölsystem und Luft, die über die Rotorwellendichtungen des Abgasturboladers aus dessen Verdichter und Turbine in dessen Lagergehäuse und damit in den Ölkreislauf gelangen kann, gewährleistet werden kann und der sich zudem aufwandmindernd in den Abgasturbolader integrieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass als Entlüftungssystem ein Ringraum mit einem zur vollständigen Separation von Öl und Luft ausreichenden Volumen innerhalb des Lagergehäuses des Abgasturboladers vorgesehen ist, insbesondere dadurch, dass das Lagergehäuse einen Ölraum zur Aufnahme des hydrodynamischen Lagers der Rotorwelle aufweist und der Ringraum zur Entlüftung des Schmieröles den Ölraum zumindest teilweise koaxial umfasst, wobei der Ringraum einerseits mittels eines Überlaufs von einem externen Ölreservoir, sowie einem Ölablauf zum Triebraum des Motors und andererseits mit einem Öldurchgang mit dem Ölraum verbunden ist und das Lagergehäuse in Abhängigkeit des Volumens des darin integrierten Ringraums den verfügbaren Raum zwischen der Verdichter- und Turbinenstufe ausfüllt, ist eine in das Lagergehäuse integrierte Entlüftung des Ölraums für die Lagerung der Rotorwelle geschaffen worden, wobei im Lagergehäuse dem entstehenden Ölnebel ein ausreichend großer Raum zur Verfügung gestellt wird, um die Separation von Öl und Luft zu bewerkstelligen. Gleichzeitig wird damit auch der Ölnebel als zusätzliche Lagergehäusekühlung verwendbar.
Der Erfindungsgegenstand nutzt also den zwischen Turbine- und Verdichterstufe verfügbaren Bauraum optimal aus, um das Lagergehäuse so groß wie möglich zu gestalten und damit den Ringraum zur Entlüftung des Schmieröls, d. h. das Entlüftungssystem in das Lagergehäuse zu integrieren.
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine mit einem Ringraum mit einem zur vollständigen Separation von Öl und Luft ausreichenden Volumen innerhalb des Lagergehäuses dargestellt.
Ein Meridianschnitt durch den Abgasturbolader 1 zeigt eine Verdichterstufe 2, eine Turbinenstufe 3 und ein dazwischen angeordnetes Lagergehäuse 4.
Am Lagergehäuse 4 ist, in prinzipiell bekannter Weise und deshalb hier im einzelnen nicht gezeigt, verdichterseitig ein spiralförmiger Leitkanal, der ein radial durchströmtes Verdichterrad 5 der Verdichterstufe 2 umschließt, sowie turbinenseitig ein Leitkanal, der ein (hier axial durchströmtes) Turbinenrad 6 umschließt, angeflanscht.
Verdichter- 5 und Turbinenrad 6 sitzen auf einer gemeinsamen Rotorwelle 7, die in bekannter Weise mittels hydraulischer Radiallager oder Büchsen im Lagergehäuse 4 gelagert ist.
Das hydrodynamische Lager der Rotorwelle 7 ist mittels eines zylindrischen Lagerkörpers 8 ummantelt, der wiederum unter Ausbildung eines Ölraums 9 in das Lagergehäuse 4 eingebaut ist.
Weiterhin ist innerhalb des Lagergehäuses 4 ein Entlüftungssystem in Form eines Ringraums 10 mit einem zur vollständigen Separation von Öl und Luft ausreichenden Volumen vorgesehen.
Der Ringraum 10 ist teilweise koaxial um den Ölraum 9 angeordnet und einerseits mittels eines Überlaufs 11 mit einem externen Ölreservoir, sowie mittels eines Ölablaufs 12 mit dem Triebraum des Motors verbunden, sowie andererseits mit einem Öldurchgang mit dem Ölraum verbindbar. Über diesen Kreislauf wird die durch die Rotorwellendichtungen in den Ölraum 9 eindringende und sich mit dem dort befindlichen Öl zu einem Ölnebel vermengte Luft im Ringraum 10 vom Öl wieder separiert und über den Ölablauf 12 abgeführt. Der sich an den Gehäusewänden 4 niederschlagende Ölnebel 13 wirkt dabei kühlend.
Der in vorteilhafter Weise im Lagergehäuse 4 eingebaute Lagerkörper 8 ist so ausgeführt, dass einerseits mittels radialer Bohrungen 20 und einer Ölnut 21 im Umfang des zylindrischen Lagerkörpers ein Öldurchgang vom Ringraum 10 in den Lagerkörper 8 und andererseits über weitere Umfangsöffnungen 22 ein Öldurchgang aus dem Lagerkörper 8 in den Ölraum 9, der wiederum eine Verbindung 23 mit dem Ringraum 10 des Lagergehäuses 4 aufweist, hergestellt ist.
Das Lagergehäuse 4 ist deshalb so ausgebildet, dass es in Abhängigkeit des Volumens des integrierten Ringraumes 10 den verfügbaren Raum zwischen der Verdichter- 2 und Turbinenstufe 3 ausfüllt.
Bezugszeichen:
1
Abgasturbolader
2
Verdichterstufe
3
Turbinenstufe
4
Lagergehäuse
5
Verdichterrad
6
Turbinenrad
7
Rotorwelle
8
Lagerkörper
9
Ölraum
10
Ringraum
11
Überlauf
12
Ölablauf
13
Ölnebel
20
Bohrungen
21
Ölnut
22
Umfangsöffnungen
23
Verbindung

Claims (3)

  1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer Verdichterstufe, einem Lagergehäuse und einer Turbinenstufe, wobei Verdichter- und Turbinenlaufrad auf einer gemeinsamen Rotorwelle sitzen, die Rotorwelle zwischen Verdichterund Turbinenlaufrad mittels hydraulischem Lager im Lagergehäuse gelagert ist, das hydraulische Lager in einen Schmierölkreislauf eingebunden ist und dem ein Entlüftungssystem zur Separation von Öl aus dem Schmierölkreislauf und Luft, die aus der Verdichter- und Turbinenstufe in das Lagergehäuse eindringt, zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Entlüftungssystem ein Ringraum (10) mit einem zur vollständigen Separation von Öl und Luft ausreichenden Volumen innerhalb des Lagergehäuses (4) vorgesehen ist.
  2. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (4) einen Ölraum (9) zur Aufnahme des hydrodynamischen Lagers der Rotorwelle (7) aufweist und der Ringraum (10) zur Entlüftung des Schmieröls den Ölraum (9) zumindest teilweise koaxial umfasst, wobei der Ringraum (10) einerseits mittels eines Überlaufs (11) mit einem Ölreservoir, sowie mittels eines Ölablaufs (12) mit dem Triebraum des Motors und andererseits mit einem Öldurchgang (20 bis 23) mit dem Ölraum (9) verbindbar ist und das Lagergehäuse (4) in Abhängigkeit des Volumens des darin integrierten Ringraums (10) einen verfügbaren Bauraum zwischen der Verdichter- (2) und Turbinenstufe (3) ausfüllt.
  3. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Lager der Rotorwelle (7) mittels eines zylindrischen Lagerkörpers (8) ummantelt ist, der in den Ölraum (9) des Lagergehäuses (4) einbaubar ist und so ausgeführt ist, das einerseits mittels radialer Bohrungen (20) und einer Ölnut (21) im Umfang des zylindrischen Lagerkörpers (8) ein Öldurchgang vom Ringraum (10) in den Lagerkörper (8) und andererseits über weitere Umfangsöffnungen (22) ein Öldurchgang aus dem Lagerkörper (8) in den Ölraum (9), der wiederum eine Verbindung (23) mit dem Ringraum (10) des Lagergehäuses (4) aufweist, herstellbar ist.
EP02009633A 2001-05-05 2002-04-27 Lagergehäuse eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine Ceased EP1264965A3 (de)

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