CH698902A2 - Axiallagerdichtung for an exhaust gas turbocharger. - Google Patents
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Abstract
Um bei einer Axiallagerdichtung eines Turboladers mit einer Rotorwelle 1, Turbine und Verdichter, bei der ein Lagerkörper 2 des Axiallagers feststehend am Turboladergehäuse angeordnet ist, so dass zwischen der Rotorwelle 1 und der Bohrung des Lagerkörpers 2 ein Ölraum 8 belassen ist, der Lagerkörper 2 mit einem drehenden Lagerkamm 3 zusammenwirkt, und sich in axialer Richtung der Rotorwelle einem Dichtring 5 des Verdichtergehäuses ausschliesst, so dass sich zwischen Dichtring 5 und Lagerkörper 2 ein Dichtspalt 6 ausbilden kann, wobei der Dichtring 5 eine zusätzliche Dichtung 7 aufweist, sicherzustellen, dass bei höheren Drehzahlen im Axiallager ein Lufteintrag vermieden wird und die Funktion des Axiallagers aufrechterhalten bleibt, ist vorgesehen, dass der Dichtspalt 6 zwischen Dichtring 5 und Lagerkörper 2 in radialer Richtung bezüglich der Rotorwelle 1 ausgebildet und so weit nach aussen gezogen ist, dass der darin vorhandene Öldruck im Betrieb des Turboladers immer grösser als der jeweilige Luftdruck im das Axiallager umgebenden Gehäuse ist.To an axial bearing gasket of a turbocharger with a rotor shaft 1, turbine and compressor, in which a bearing body 2 of the thrust bearing is fixedly arranged on the turbocharger housing, so that between the rotor shaft 1 and the bore of the bearing body 2, an oil chamber 8 is left, the bearing body 2 with a rotating bearing comb 3 cooperates, and excludes a sealing ring 5 of the compressor housing in the axial direction of the rotor shaft so that a sealing gap 6 can form between the sealing ring 5 and the bearing body 2, wherein the sealing ring 5 has an additional seal 7, ensure that at higher Speeds in the thrust bearing an air entry is avoided and the function of the thrust bearing is maintained, it is provided that the sealing gap 6 between the sealing ring 5 and bearing body 2 is formed in the radial direction with respect to the rotor shaft 1 and pulled so far out that the oil pressure contained therein Operation of the turbocharger always larger than the respective air pressure in the housing surrounding the thrust bearing.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Axiallagerdichtung für einen Abgasturbolader mit einer Rotorwelle, die an einem Ende in einem Turbinengehäuse in einer Gehäusebohrung geführt ein Turbinenrad und am anderen Ende in einem Verdichtergehäuse in einer Gehäusebohrung geführt ein Verdichterrad trägt, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a thrust bearing gasket for an exhaust gas turbocharger with a rotor shaft which guided at one end in a turbine housing in a housing bore a turbine wheel and at the other end in a compressor housing in a housing bore carries a compressor, according to the preamble of claim 1.
[0002] Die Rotorwelle wird in herkömmlicher Weise an Radial- und Axiallagern, einschliesslich geeigneter Schmiersysteme, getragen, die innerhalb einem mittigen Lagergehäuse angeordnet sind, das zwischen dem Turbinen- und dem Verdichtergehäuse geschaltet ist. The rotor shaft is supported in a conventional manner to radial and thrust bearings, including suitable lubrication systems, which are disposed within a central bearing housing, which is connected between the turbine and the compressor housing.
[0003] Dabei ist ein Axiallager für die Rotorwelle mindestens im Bereich des Verdichterrades, beziehungsweise Verdichtergehäuses vorgesehen, welches eine Dichtungseinrichtung aufweist, das mit einer Öldichtungsbaugruppe einschliesslich zum Beispiel einer Schwimmscheibe oder Fest- oder Kippsegmenten in Wechselwirkung steht. In this case, a thrust bearing for the rotor shaft is provided at least in the region of the compressor wheel, or compressor housing, which has a sealing device which interacts with an oil seal assembly including, for example, a floating disk or fixed or tilting segments.
[0004] Das Öl wird dabei bekanntlich dem Lagergehäuse über einen Öleinlass vom Ölsystem der Verbrennungskraftmaschine zugeführt und durch Öldurchgänge in die Lagerbaugruppen eingespeist. The oil is known to be supplied to the bearing housing via an oil inlet from the oil system of the internal combustion engine and fed through oil passages in the bearing assemblies.
[0005] Beispielsweise ist in der EP 1 394 365 A1 ein derartiger Abgasturbolader beschrieben, bei dem eine Dichtungsanordnung von einer Gehäusewand und einem Axiallager ausgebildet ist. Zur axialen Lagerung greift hierzu ein ortsfestes, also feststehendes Lagerteil in eine von zwei mit der Rotorwelle verbundenen Drehteilen ein. For example, such an exhaust gas turbocharger is described in EP 1 394 365 A1, in which a sealing arrangement is formed by a housing wall and a thrust bearing. For axial storage, a fixed, ie stationary bearing part engages in one of two rotary parts connected to the rotor shaft.
[0006] Als Axiallager kommen üblicherweise Festsegmentlager zum Einsatz. Diese bestehen aus einem fest mit dem Lagergehäuse verbundenen Lagerkörper und einer mit der Welle rotierenden Gleitfläche eines so genannten Lagerkamms. As axial bearings are usually fixed-segment bearings are used. These consist of a fixedly connected to the bearing housing bearing body and a rotating shaft with the sliding surface of a so-called bearing comb.
[0007] Aus der DE 19 641 673 B4 ist beispielsweise ein Axiallager für Abgasturbolader bekannt, bei dem eine zwischen dem feststehenden Lagerkörper und dem drehenden Lagerkamm angeordnete Schwimmscheibe auf der Rotorwelle geführt wird. From DE 19 641 673 B4, for example, a thrust bearing for exhaust gas turbocharger is known, in which a arranged between the fixed bearing body and the rotating bearing cam floating disk is guided on the rotor shaft.
[0008] Ein Lagerkörper des Axiallagers ist also feststehend am Lagergehäuse und damit am Gehäuse des Abgasturboladers befestigt, während ein weiterer Lagerkörper, der Lagerkamm mit der Rotorwelle rotiert. Zwischen dem feststehenden Lagerkörper und dem drehenden Lagerkamm kann eine Schwimmscheibe angeordnet sein, so dass auf beiden Seiten der Schwimmscheibe jeweils ein Schmierspalt ausgebildet werden kann. A bearing body of the thrust bearing is thus fixed to the bearing housing and thus attached to the housing of the exhaust gas turbocharger, while another bearing body, the bearing comb rotates with the rotor shaft. Between the fixed bearing body and the rotating bearing comb, a floating disk may be arranged, so that in each case a lubricating gap can be formed on both sides of the floating disk.
[0009] Der feststehende Lagerkörper schliesst in Axialerrichtung der Rotorwelle auf der der Schwimmscheibe abgekehrten Seite an einen rotierenden Ring des Verdichtergehäuses, der eine Dichtung trägt, an, so dass sich zwischen dem rotierenden Dichtring des Verdichtergehäuses und dem feststehenden Lagerkörper ein Dichtspalt in Form eines Axialspiels ausbilden kann. The fixed bearing body closes in the axial direction of the rotor shaft on the side facing away from the floating disk to a rotating ring of the compressor housing, which carries a seal, so that between the rotating sealing ring of the compressor housing and the fixed bearing body a sealing gap in the form of an axial play can train.
[0010] Zwischen der Oberfläche der Rotorwelle und der axialen Bohrung des feststehenden Lagerkörpers ist ein Ölraum in Form eines rotierenden Fluidtorus vorgesehen, der über Öldurchgänge zu dem Dichtspalt zwischen feststehendem Lagerkörper und dem rotierenden Dichtring des Verdichtergehäuses und den Schmierspalten der anderen Lagerelementen führt. Between the surface of the rotor shaft and the axial bore of the fixed bearing body, an oil space in the form of a rotating fluid torus is provided which leads through oil passages to the sealing gap between the fixed bearing body and the rotating sealing ring of the compressor housing and the lubrication gaps of the other bearing elements.
[0011] Dem rotierenden Fluidtorus wird über einen Öleinlass im feststehenden Lagerkörper Schmieröl zugeführt. Lubricating oil is supplied to the rotating fluid torus via an oil inlet in the stationary bearing body.
[0012] Beim rotierenden Dichtring des Verdichtergehäuses sei noch bemerkt, dass bei vielen Anwendungen es bekannt ist, dass dieser ausserdem als Labyrinthring ausgeführt sein kann, er also ein Labyrinth als Teil einer Labyrinthdichtung zur Abdichtung des Verdichtungsraumes enthält. When rotating sealing ring of the compressor housing should also be noted that in many applications it is known that this can also be designed as a labyrinth ring, so it contains a labyrinth as part of a labyrinth seal for sealing the compression space.
[0013] Bei Turboladern dieser Art kann es allerdings vorkommen, dass durch die Fliehkräfte im rotierenden Fluidtorus des Axiallagers ein Druckgradient entsteht, der dem Förderdruck des Öls im Öleinlass des feststehenden Lagerkörpers übersteigt, so dass das Öl gegen diesen Druckgradienten nicht nachlaufen kann. In turbochargers of this type, however, it may happen that a pressure gradient arises by the centrifugal forces in the rotating fluid torus of the thrust bearing, which exceeds the delivery pressure of the oil in the oil inlet of the fixed bearing body, so that the oil can not run against this pressure gradient.
[0014] Es kann damit im Verlauf des Betriebes zu einer Tendenz kommen, bei der bei höheren Ladedrücken, d.h. bei höheren Umdrehungszahlen des Abgasturboladers angesaugte Luft aus dem Verdichtungsraum des Verdichtergehäuses über die verdichterseitige Dichtung, zum Beispiel über eine Labyrinthdichtung, ins Lagergehäuse, insbesondere in den rotierenden Fluidtorus, also in den Ölraum des feststehenden Lagerkörpers strömt, so dass sogar zum Beispiel bei Verwendung einer Schwimmscheibe, diese trocken liegen könnte. It may thus come in the course of operation to a tendency in which at higher charging pressures, i. At higher rotational speeds of the exhaust gas turbocharger sucked air from the compression chamber of the compressor housing via the compressor-side seal, for example via a labyrinth seal, into the bearing housing, in particular in the rotating fluid torus, ie in the oil space of the fixed bearing body flows, so even for example when using a floating disk this could be dry.
[0015] Eine Abdichtung nur mittels der bisherigen Dichtung ist nur bis zu einem gewissen Unterdruck im Axiallager, d.h. im rotierenden Fluidtorus möglich. A seal only by means of the previous seal is only up to a certain negative pressure in the thrust bearing, i. E. possible in the rotating fluid torus.
[0016] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem voran beschriebenen Axiallager sicherzustellen, dass auch bei höheren Drehzahlen des Abgasturboladers und den im Falle des Ausfallens der Förderung von Schmieröl durch den Öleinfluss daraus resultierenden Unterdrücken im Axiallager ein Lufteintrag vermieden wird und die Funktion des Axiallagers aufrechterhalten bleibt. The invention is therefore based on the object at a thrust bearing described above to ensure that even at higher speeds of the exhaust gas turbocharger and in the case of failure of the promotion of lubricating oil by the oil from the resulting negative pressure in the thrust bearing air intake is avoided and the function of the thrust bearing is maintained.
[0017] Erfindungsgemäss wird die genannte Aufgabe bei einer gattungsbildenden Axiallagerdichtung dadurch gelöst, dass der Dichtspalt zwischen dem rotierenden Dichtring des Verdichtergehäuses und dem feststehenden Lagerkörper in radialer Richtung bezüglich der Rotorwelle ausgebildet und soweit nach aussen gezogen ist, dass der darin vorhandene Öldruck im Betrieb des Abgasturboladers immer grösser als der jeweilige Luftdruck im das Axiallager umgebende Gehäuse ist. According to the invention the above object is achieved in a generic Axiallagerdichtung in that the sealing gap between the rotating sealing ring of the compressor housing and the fixed bearing body is formed in the radial direction with respect to the rotor shaft and pulled outwards so far that the oil pressure therein in the operation of Exhaust gas turbocharger always greater than the respective air pressure in the thrust bearing surrounding housing.
[0018] Die Ausbildung eines derartigen Dichtspaltes wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass die radiale Höhe des Ölraums, d.h. des Fluidtorus im feststehenden Lagerkörper deutlich kleiner als seine axiale Breite ist, in vorteilhafter Weise maximal ein Drittel der axialen Breite des Ölraums beträgt, und dass die Dichtung des rotierenden Dichtrings in axialer Richtung der Rotorwelle wirkt und bezüglich des äusseren Durchmesser des Ölraums mit einem um die radiale Länge des Dichtspaltes vergrösserten Durchmessers um die Rotorwelle positioniert ist. The formation of such a sealing gap is achieved in a particularly advantageous manner in that the radial height of the oil space, i. E. the fluid torus in the stationary bearing body is significantly smaller than its axial width, advantageously at most one third of the axial width of the oil space, and that the seal of the rotating sealing ring acts in the axial direction of the rotor shaft and with respect to the outer diameter of the oil space with a radial length of the sealing gap of increased diameter is positioned around the rotor shaft.
[0019] Durch diese Ausbildung des Durchmessers der Dichtung des Dichtrings zur Abdichtung des Axiallagers gegenüber der Luft im Verdichtungsraum gegenüber des äusseren Durchmessers des Ölraums und der des Dichtspalts wird eine Förderwirkung des Schmieröls in Richtung Verdichtungsraum erzielt. By this design of the diameter of the seal of the sealing ring for sealing the thrust bearing against the air in the compression space relative to the outer diameter of the oil chamber and the sealing gap, a conveying effect of the lubricating oil is achieved in the direction of compression space.
[0020] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Further details of the invention will become apparent from the following description of a schematically illustrated in the drawings preferred embodiment.
[0021] Es zeigt die einzige Figur einen Teillängsschnitt durch einen Abgasturbolader im Bereich der erfindungsgemässen Axiallagerdichtung. The single FIGURE shows a partial longitudinal section through an exhaust gas turbocharger in the region of the axial bearing seal according to the invention.
[0022] Die erfindungsgemässe Axiallagerdichtung umfasst den am Gehäuse des Abgasturboladers befestigten und bezüglich der Rotorwelle 1 feststehenden Lagerkörper 2, einen weiteren Lagerkörper 3 in Form eines mit der Rotorwelle 1 drehenden Lagerkamms, sowie den sich in axialer Richtung der Rotorwelle 1 auf der dem Verdichtergehäuse zugekehrten Seite sich an den feststehenden Lagerkörper 2 anschliessenden Dichtring 5 des Verdichtergehäuses. Zwischen feststehendem Lagerkörper 2 und drehenden Lagerkamm 3 ist eine Schwimmscheibe 4 eingeschlossen. The axial bearing seal according to the invention comprises the bearing body 2 fastened to the housing of the exhaust-gas turbocharger and fixed relative to the rotor shaft 1, a further bearing body 3 in the form of a bearing comb rotating with the rotor shaft 1, and the rotor shaft 1 facing the compressor housing in the axial direction Side itself to the fixed bearing body 2 subsequent sealing ring 5 of the compressor housing. Between fixed bearing body 2 and rotating bearing comb 3 a floating disk 4 is enclosed.
[0023] Zwischen Dichtring 5 und feststehendem Lagerkörper 2 ist ein Dichtspalt 6 ausgebildet, wobei der Dichtring 5 beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Labyrinthdichtung 7 aufweist. Selbstverständlich sind hier auch andere Dichtungsausbildungen denkbar. Between sealing ring 5 and stationary bearing body 2, a sealing gap 6 is formed, wherein the sealing ring 5 in the illustrated embodiment has an additional labyrinth seal 7. Of course, other seal designs are conceivable here.
[0024] Zwischen der Oberfläche der Rotorwelle 1 und der axialen Bohrung des feststehenden Lagerkörpers 2 ist ein Ölraum 8 in Form eines rotierenden Fluidtorus vorgesehen, in diesen durch einen Öleinlass 9 Öl beziehungsweise Schmiermittel aus dem Ölsystem der Brennkraftmaschine gefördert wird, um auf beiden Stirnseiten der Schwimmscheibe 4 jeweils einen Schmierspalt auszubilden und gegenüber der Ladeluft des Verdichtungsraums des Verdichters im Dichtspalt 6 eine Dichtwirkung durch das dorthin geförderte Öl zu erzielen. Between the surface of the rotor shaft 1 and the axial bore of the fixed bearing body 2, an oil chamber 8 is provided in the form of a rotating fluid torus, in this oil or lubricant from the oil system of the internal combustion engine is promoted by an oil inlet 9 to both sides of the Floating disc 4 each form a lubricating gap and compared to the charge air of the compression chamber of the compressor in the sealing gap 6 to achieve a sealing effect by the oil delivered there.
[0025] Der Ölraum 8 ist als Umfangsnut in der Bohrung des feststehenden Lagerkörpers 2 ausgebildet. The oil chamber 8 is formed as a circumferential groove in the bore of the fixed bearing body 2.
[0026] Der Dichtspalt 6 zwischen Dichtring 5 und feststehendem Lagerkörper 2 ist in radialer Richtung bezüglich der Rotorwelle 1 orientiert und soweit nach aussen gezogen, dass der darin vorhandene Öldruck immer grösser als der jeweiligen Luftdruck im das Axiallager umgebende Gehäuse ist. The sealing gap 6 between the sealing ring 5 and stationary bearing body 2 is oriented in the radial direction with respect to the rotor shaft 1 and pulled outward so far that the oil pressure present therein is always greater than the respective air pressure in the surrounding thrust housing.
[0027] Die Förderwirkung des Öls im Dichtspalt 6 ist abhängig von der Abgasturboladerdrehzahl und der Grösse des Durchmessers auf dem sich die Dichtung, hier Labyrinthdichtung 7 befindet. The conveying effect of the oil in the sealing gap 6 is dependent on the exhaust gas turbocharger speed and the size of the diameter on which the seal, here labyrinth seal 7 is located.
[0028] Dabei ist die radiale Höhe 10 des Ölraums 8, beziehungsweise des rotierenden Fluidtorus deutlich kleiner als seine axiale Breite ausgebildet. In vorteilhafter Weise beträgt diese radiale Höhe 10 maximal ein Drittel der axialen Breite des Ölraums 8. In this case, the radial height 10 of the oil chamber 8, and the rotating fluid torus is formed significantly smaller than its axial width. This radial height 10 is advantageously at most one third of the axial width of the oil space 8.
[0029] Die Labyrinthdichtung 7 des Dichtrings 5 erstreckt sich in axialer Richtung der Rotorwelle 1 und ist bezüglich des äusseren Durchmessers 11 des Ölraums 8 mit einem um die radiale Länge 12 des Dichtspaltes 6 zwischen Dichtring 5 und feststehendem Lagerkörper 2 vergrösserten Durchmesser 13 um die Rotorwelle 1 positioniert. The labyrinth seal 7 of the sealing ring 5 extends in the axial direction of the rotor shaft 1 and with respect to the outer diameter 11 of the oil chamber 8 with an enlarged by the radial length 12 of the sealing gap 6 between the sealing ring 5 and stationary bearing body 2 diameter 13 to the rotor shaft 1 positioned.
[0030] Durch die so verbesserte Förderwirkung des Öls durch den Öleinlass 9 bis zum Dichtspalt 6, die sich bei zunehmender Drehzahl des Abgasturboladers verstärkt, wird ein Ladelufteintrag in das Schmieröl völlig vermieden. Dies gilt auch dann, wenn der Luftdruck im Triebraum, d.h. im Verdichtungsraum, höher ist, als der Druck des Schmieröls vor der Axiallagerdichtung. Due to the thus improved conveying action of the oil through the oil inlet 9 to the sealing gap 6, which increases with increasing speed of the exhaust gas turbocharger, a charge air entry into the lubricating oil is completely avoided. This also applies if the air pressure in the drive room, i. in the compression chamber, is higher than the pressure of the lubricating oil before the thrust bearing seal.
[0031] Die Förderwirkung für das Öl in Richtung Triebraum bzw. Verdichtungsraum also durch den Dichtspalt 6, ist abhängig von der Drehzahl des Abgasturboladers und der Höhe 13 des Dichtspaltes 6, also der Grösse des Durchmessers 13, auf der sich die Dichtung, hier Labyrinthdichtung 7 des Dichtringes 5 bezüglich der Rotorwelle 1 befindet, so dass sich diese entsprechend der Wahl dieser Grössen einstellen lässt. The conveying effect of the oil in the direction of engine room or compression chamber so by the sealing gap 6, is dependent on the speed of the exhaust gas turbocharger and the height 13 of the sealing gap 6, so the size of the diameter 13, on which the seal, here labyrinth seal 7 of the sealing ring 5 with respect to the rotor shaft 1, so that they can be adjusted according to the choice of these sizes.
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