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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lageraufbau eines Turboladers.
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JP 2007-170296 A und
JP 2010-138757 A offenbaren Turboladerlageraufbauten, die mit einer Rotorwelle, einem Lagergehäuse, in dem ein Lagerloch ausgebildet ist, und einem Lagerbauteil der halbschwimmenden Bauart versehen sind, das in dem Lagerloch angeordnet ist und die Rotorwelle in einem drehbaren Zustand stützt. In den vorstehend beschriebenen Turboladerlageraufbauten hat das Lagerbauteil an seinem Innenumfang einen ersten Lagerabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt, die in einem vorbestimmten Abstand in der Axialrichtung der Rotorwelle beabstandet sind. Der Bereich zwischen dem ersten Lagerabschnitt und dem zweiten Lagerabschnitt in dem Innenumfang des Lagerbauteils und dem Außenumfang der Rotorwelle bildet einen Öldurchgang für eine Zufuhr von Schmieröl zu Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts. Ein Durchgangsloch für eine Zufuhr des Schmieröls zu dem Öldurchgang ist in dem Lagerbauteil ausgebildet. Das Schmieröl, das durch ein Schmiermittelzufuhrloch des Lagergehäuses zugeführt wird, wird durch das Durchgangsloch des Lagerbauteils in den Öldurchgang zugeführt und strömt dann durch den Raum zwischen jeder der Innenflächen des ersten und des zweiten Lagerabschnitts und der Rotorwelle, um einen Ölfilm zu bilden.
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In dem Fall der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Turboladerlageraufbauten wird angenommen, dass mit einer Drehung der Rotorwelle eine Schwingung aufgrund einer Ölverwirbelung oder eine Schwingung aufgrund eines Ölschlagens bzw. -peitschens (die nachstehend beide als „Wirbelschwingung“ bezeichnet werden) der Rotorwelle durch eine dynamische Wirkung des Ölfilms hervorgerufen wird, der in dem Raum zwischen jeder der Innenflächen des ersten und des zweiten Lagerabschnitts und der Rotorwelle ausgebildet ist. Es kann in Erwägung gezogen werden, die Räume zwischen der Rotorwelle und den Lagerabschnitten zu verringern, um die Wirbelschwingung zu unterdrücken. Jedoch gibt es dann Bedenken hinsichtlich eines Festfressens der Rotorwelle aufgrund einer Filmunterbrechung.
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Es kann in Erwägung gezogen werden, Ölnuten über die gesamte Länge in der Axialrichtung von jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts auszubilden, um die Wirbelgeschwindigkeit des Ölfilms zu verringern, und dadurch die Wirbelschwingung zu unterdrücken. In dem Fall jedoch, in dem die Ölnuten über die gesamte Länge in der Axialrichtung von jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts ausgebildet werden, kann zwar die Wirbelschwingung unterdrückt werden, aber es wird wahrscheinlicher, dass das Schmieröl, das in den Öldurchgang des Lagerbauteils zugeführt wird, übermäßig zu der Außenseite des Lagers entlang den Ölnuten ausströmt. Aus diesem Grund führt das übermäßige Ausströmen des Schmieröls zu einer Erhöhung der Menge von zugeführtem Öl und führt möglicherweise zu einer Verschlechterung der Öldichtungsleistung.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lageraufbau eines Turboladers vorzusehen, der die Wirbelschwingung der Rotorwelle aufgrund des Ölfilms unterdrücken kann, der sich in dem Raum zwischen jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts des Lagerbauteils und der Rotorwelle ausbildet, und der auch das übermäßige Ausströmen von Schmieröl unterdrücken kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen Lageraufbau eines Turboladers vor, der Folgendes hat: eine Rotorwelle; ein Lagergehäuse, in dem ein Lagerloch ausgebildet ist; und ein Lagerbauteil einer halbschwimmenden Bauart, das in dem Lagerloch angeordnet ist und die Rotorwelle in einem drehbaren Zustand stützt, wobei das Lagerbauteil einen ersten Lagerabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt, die in einem vorbestimmten Abstand in einer Axialrichtung der Rotorwelle beabstandet sind, in einem Innenumfang von sich hat, wobei ein Bereich zwischen dem ersten Lagerabschnitt und dem zweiten Lagerabschnitt in dem Innenumfang des Lagerbauteils und einem Außenumfang der Rotorwelle einen Öldurchgang für eine Zufuhr von Schmieröl zu Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts bildet, wobei ein Durchgangsloch für eine Zufuhr des Schmieröls zu dem Öldurchgang in dem Lagerbauteil ausgebildet ist, und wobei eine Ölnut, die gestaltet ist, um eine Wirbelschwingung zu unterdrücken, und die teilweise geschlossen ist, in jeder von den Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts ausgebildet ist.
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In der vorliegenden Erfindung wird die Wirbelgeschwindigkeit des Ölfilms verringert und die Wirbelschwingung wird unterdrückt, und zwar durch die Ölnuten, die in den jeweiligen Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts des Lagerbauteils ausgebildet sind. Die Ölnuten sind teilweise geschlossen, um das übermäßige Ausströmen von Schmieröl zu unterdrücken.
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Die Ölnuten können an der Öldurchgangsseite offen sein und an Endseiten des Lagerbauteils geschlossen sein. Wenn die Ölnuten diejenigen sind, die an der Ölnutseite offen sind und an den Endseiten des Lagerbauteils geschlossen sind, wird das Schmieröl gleichmäßig zu dem Raum zwischen jeder Innenfläche des ersten und zweiten Lagerabschnitts und dem Außenumfang der Rotorwelle zugeführt, um einen Ölfilm zu bilden. Dies verhindert das Festfressen und unterdrückt die Wirbelschwingung.
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Eine Länge in der Axialrichtung der Ölnut kann festgelegt sein, um nicht weniger als eine Hälfte einer Länge in der Axialrichtung von jedem des ersten und zweiten Lagerabschnitts zu sein. Die Wirbelschwingung wird in geeigneter Weise durch die Ölnuten unterdrückt, deren Länge in der Axialrichtung festgelegt ist, um nicht weniger als eine Hälfte der Länge in der Axialrichtung von jedem Lagerabschnitt zu sein.
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Die Erfindung wird vollständiger verstanden von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben ist, und den begleitenden Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung gegeben sind, und daher die vorliegende Erfindung nicht begrenzen.
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Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird von der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung offensichtlich. Jedoch sollte es zu verstehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und die bestimmten Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, lediglich zur Veranschaulichung gegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung für einen Fachmann von dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
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1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Turbolader zeigt, der einen Lageraufbau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
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2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Ansicht des Lageraufbaus des Turboladers zeigt.
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3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Lagerbauteil alleine zeigt.
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4 ist eine quer verlaufende Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3.
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5 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform zeigt, in der Ölnuten des Lagerbauteils mit einer Neigung in Bezug auf die Axialrichtung ausgebildet sind.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung sind die gleichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktionalität mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ohne diese redundant zu beschreiben.
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Ein Lageraufbau eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Turbolader mit einem Turbinengehäuse 1, einem Kompressorgehäuse 2, einem Lagergehäuse 10, einem Turbinenrad 18, einem Kompressorlaufrad 19 und einer Rotorwelle 20 versehen.
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Das Lagergehäuse 10 hat einen Gehäusekörper 11, durch dessen zentralen Bereich hindurch ein Lagerloch 15 ausgebildet ist, einen turbinenseitigen Flansch 12, der um den Außenumfang herum an einem Ende des Gehäusekörpers 11 angeordnet ist, und einen kompressorseitigen Flansch 13, der um den Außenumfang herum an dem anderen Ende des Gehäusekörpers 11 angeordnet ist. Die Rotorwelle 20 ist durch ein Lagerbauteil 30 der halbschwimmenden Bauart, das später beschrieben wird, in dem Lagerloch 15 des Gehäusekörpers 11 drehbar aufgenommen. Eine Achse 21 mit großem Durchmesser ist an einem Endabschnitt der Rotorwelle 20 ausgebildet. Das Turbinenrad 18 ist an einem Endabschnitt der Achse 21 mit großem Durchmesser angebracht. Eine Achse 25 mit kleinem Durchmesser ist an dem anderen Endabschnitt der Rotorwelle 20 ausgebildet. Das Kompressorlaufrad 19 ist an der Achse 25 mit kleinem Durchmesser mit einer Dichtungsringeinfassung 26 dazwischen angeordnet. Das Turbinengehäuse 1, das zu dem Turbinenrad 18 korrespondiert, ist an dem turbinenseitigen Flansch 12 des Lagergehäuses 10 mit Schrauben bzw. Bolzen oder dergleichen befestigt. Das Kompressorgehäuse 2, das zu dem Kompressorlaufrad 19 korrespondiert, ist an dem kompressorseitigen Flansch 13 mit Schrauben bzw. Bolzen oder dergleichen befestigt. Ein Dichtungsring 28 ist in eine Ringnut 22 eingepasst, die in einem Außenumfang der Achse 21 mit großem Durchmesser der Rotorwelle 20 ausgebildet ist. Der Dichtungsring 28 ist in engem Kontakt mit einem Innenumfang eines Lochs, das außerhalb eines Endabschnitts des Lagerlochs 15 in dem Gehäusekörper 11 ausgebildet ist. Ein Dichtungsring 29 ist in eine Ringnut 27 eingepasst, die in einem Außenumfang der Dichtungsringbuchse 26 ausgebildet ist. Der Dichtungsring 29 ist in engem Kontakt mit einem Innenumfang eines Lochs, das außerhalb des anderen Endabschnitts des Lagerlochs 15 in dem Gehäusekörper 11 ausgebildet ist.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, besteht das Lagerbauteil 30 der halbschwimmenden Bauart aus einem Metallmaterial (beispielsweise aus einem kupferbasiertem Legierungsmaterial) oder einem Keramikmaterial oder dergleichen, das für Gleitlager verwendet wird, und ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Ein äußerer erster und äußerer zweiter Lagerabschnitt 31, 32 sind in dem Außenumfang des Lagerbauteils 30 angeordnet. Der erste Lagerabschnitt 31 und der zweite Lagerabschnitt 32 sind in einem vorbestimmten Abstand in der Axialrichtung der Rotorwelle 20 beabstandet (die nachstehend einfach als „Axialrichtung“ bezeichnet wird). Der erste Lagerabschnitt 31 und der zweite Lagerabschnitt 32 sind über einen kleinen Raum S1 (beispielsweise 20–100 µm) an dem Innenumfang des Lagerlochs 15 in dem Lagergehäuse 10 eingepasst. Und zwar ist der Raum S1 ein Abstand zwischen jedem von dem ersten und dem zweiten Lagerabschnitt 31, 32 des Lagerbauteils 30 und dem Innenumfang des Lagerlochs 15 in dem Lagergehäuse 10. Ein Abschnitt 33 mit kleinem Durchmesser ist zwischen dem ersten Lagerabschnitt 31 und dem Lagerabschnitt 32 in dem Außenumfang des Lagerbauteils 30 angeordnet. Ein zylindrischer Raumbereich zwischen dem Abschnitt 33 mit kleinem Durchmesser und dem Lagerloch 15 des Lagergehäuses 10 ist ein äußerer Öldurchgang 34. Schmieröl wird durch ein Schmiermittelzufuhrloch 16, das in dem Lagergehäuse 10 ausgebildet ist, in den äußeren Öldurchgang 34 zugeführt.
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Ein innerer erster und ein innerer zweiter Lagerabschnitt 35, 36 sind in dem Innenumfang des Lagerbauteils 30 angeordnet. Der erste Lagerabschnitt 35 und der zweite Lagerabschnitt 36 sind in einem vorbestimmten Abstand in der Axialrichtung beabstandet. Der erste Lagerabschnitt 35 und der zweite Lagerabschnitt 36 sind über einen kleinen Raum S2, ähnlich zu dem Raum S1, an dem Außenumfang der Rotorwelle 20 eingepasst. Und zwar ist der Raum S2 ein Abstand zwischen jedem der ersten und zweiten Lagerabschnitte 35, 36 des Lagerbauteils 30 und dem Außenumfang der Rotorwelle 20. Ein Lochabschnitt 37 mit großem Durchmesser ist zwischen dem ersten Lagerabschnitt 35 und dem zweiten Lagerabschnitt 36 in dem Innenumfang des Lagerbauteils 30 angeordnet. Ein zylindrischer Raumbereich zwischen dem Lochabschnitt 37 mit großem Durchmesser und dem Außenumfang der Rotorwelle 20 ist ein innerer Öldurchgang 38. Und zwar bilden der Bereich zwischen dem ersten Lagerabschnitt 35 und dem zweiten Lagerabschnitt 36 in dem Innenumfang des Lagerbauteils 30 und dem Außenumfang der Rotorwelle 20 den inneren Öldurchgang 38 zum Zuführen des Schmieröls zu den Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts 35, 36. Ein Durchgangsloch 45 ist durch das Lagerbauteil 30 hindurch von dem Abschnitt 33 mit kleinem Durchmesser zu dem Lochabschnitt 37 mit großem Durchmesser ausgebildet. Über das Durchgangsloch 45 ist der innere Öldurchgang 38 mit dem äußeren Öldurchgang 34 in Verbindung. Ein Nadelloch 46 ist durch das Lagerbauteil 30 hindurch von dem Abschnitt 33 mit kleinem Durchmesser zu dem Lochabschnitt 37 mit großem Durchmesser ausgebildet. Ein Anti-Verdrehungsstift 50 ist durch ein Nadelloch 17 des Lagergehäuses 10 in das Nadelloch 46 des Lagerbauteils 30 eingesetzt, um eine Drehung des Lagerbauteils 30 relativ zu dem Lagergehäuse 10 und eine Bewegung von diesem in der Axialrichtung zu verhindern.
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Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Ölnuten 40, 41 in jeder der Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts 35, 36 des Lagerbauteils 30 ausgebildet. Die Ölnuten 40, 41 sind parallel zu der Axialrichtung und teilweise geschlossen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ölnuten 40, 41 zu dem inneren Öldurchgang 38 offen und an den zwei Endseiten des Lagerbauteils 30 geschlossen. Und zwar ist jede Ölnut 40, 41 an einem Ende zu dem inneren Öldurchgang 38 offen und an dem anderen Ende in der Axialrichtung geschlossen. Die Länge L1 jeder Ölnut 40, 41 in der Axialrichtung ist festgelegt, um nicht geringer als eine Hälfte der Länge L2 des ersten und zweiten Lagerabschnitts 35, 36 in der Axialrichtung zu sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform gibt es, wie in 4 gezeigt ist, drei Ölnuten 40 in dem ersten Lagerabschnitt 35, die in Winkeln von 120° in der Umfangsrichtung beabstandet sind, aus Sicht von der Axialrichtung. Es gibt auch drei Ölnuten 41 in dem zweiten Lagerabschnitt 36, die in Winkeln von 120° in der Umfangsrichtung beabstandet sind, aus Sicht von der Axialrichtung. Die Ölnuten 40 und die Ölnuten 41 sind mit Abweichungen von 60° in der Umfangsrichtung angeordnet, aus Sicht von der Axialrichtung. Und zwar sind die Ölnuten 40 und die Ölnuten 41 bei jeweiligen Winkelpositionen angeordnet, die sich aus Sicht von der Axialrichtung voneinander unterscheiden. Dieses Anordndung gestattet, dass das Schmieröl in den inneren Öldurchgang 38 gefördert wird, um stabil zu dem ersten Lagerabschnitt 35 und dem zweiten Lagerabschnitt 36 zugeführt zu werden.
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Der Lageraufbau des Turboladers gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist wie vorstehend beschrieben gestaltet. Das Schmieröl, das durch das Schmierölzufuhrloch 16 in das Lagergehäuse 10 gefördert wird, strömt in den äußeren Öldurchgang 34 und strömt dann in jeden der Räume S1, um einen Ölfilm zu bilden. Ein Teil des Schmieröls, das in den äußeren Öldurchgang 34 strömt, wird durch das Durchgangsloch 45 des Lagerbauteils 30 in den inneren Öldurchgang 38 zugeführt und strömt dann in jeden der Räume S2, um einen Ölfilm zu bilden.
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Die Ölnuten 40, 41 sind in den Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts 35, 36 des Lagerbauteils 30 ausgebildet. Diese Ölnuten 40, 41 verringern die Wirbelgeschwindigkeit des Ölfilms, um die Wirbelschwingung zu unterdrücken, während sie das Festfressen der Rotorwelle 20 verhindern. Da die Ölnuten 40, 41 teilweise geschlossen sind, ist es möglich, das übermäßige Ausströmen des Schmieröls zu unterdrücken. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit eine Menge von zugeführtem Öl zu erhöhen. Des Weiteren, da verhindert wird, dass ein Übermaß an ausströmendem Schmieröl in Richtung zu dem Dichtungsring 28 spritzt, gibt es keine Verschlechterung einer Öldichtungsleistung. Falls die Ölnuten über die gesamte Länge in der Axialrichtung des ersten und des zweiten Lagerabschnitts 35, 36 ausgebildet werden, um die Wirbelschwingung zu verhindern, strömt übermäßig viel Schmieröl entlang den Ölnuten. Aus diesem Grund wird es notwendig, eine Zufuhrmenge von Schmieröl zu erhöhen. Im Gegensatz dazu gibt es in der vorliegenden Ausführungsform keine Notwendigkeit die Zufuhrmenge vom Öl zu erhöhen, weil die Ölnuten 40, 41 teilweise geschlossen sind.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ölnuten 40, 41 zu dem inneren Öldurchgang 38 offen und an den zwei Endseiten des Lagerbauteils 30 geschlossen. Diese Gestaltung gestattet, dass das Schmieröl gleichmäßig in die Räume S2 zugeführt wird, um den Ölfilm zu bilden, und unterdrückt die Wirbelschwingung. Da die Länge L1 von jeder Ölnut 40, 41 in der Axialrichtung festgelegt ist, um nicht weniger als eine Hälfte der Länge L2 des ersten und zweiten Lagerabschnitts 35, 36 in der Axialrichtung zu sein, ist es möglich, die Wirbelschwingung in geeigneter Weise zu unterdrücken.
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Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt ist und in einer Vielfalt von Formen innerhalb des Umfangs ausgeführt werden kann, der nicht von dem Umfang und dem Kern der Erfindung abweicht. Beispielsweise zeigt die vorliegende Ausführungsform die Form, in der die Vielzahl von Ölnuten 40, 41 in den jeweiligen Innenflächen des ersten und zweiten Lagerabschnitts 35, 36 des Lagerbauteils 30 ausgebildet sind, aber die Anzahl von Ölnuten 40, 41 kann jeweils eins sein. Die Ölnuten 40, 41 sind in der vorstehenden Ausführungsform parallel zu der Axialrichtung ausgebildet, aber sie können mit einer Neigung in Bezug auf die Axialrichtung ausgebildet sein, wie in 5 gezeigt ist. Die Ölnuten 40, 41 können mit solch einer Neigung ausgebildet sein, dass das Schmieröl, das in die Ölnuten 40, 41 strömt, zu dem Lochabschnitt 37 mit großem Durchmesser zurückgeführt wird. In diesem Fall, selbst falls das Schmieröl gezogen wird, um mit einer Drehung der Rotorwelle 20 zu verwirbeln, ist es möglich, das Ausströmen von Schmieröl weiter zu verhindern. In 5 ist die Drehrichtung der Rotorwelle 20 die Uhrzeigersinnrichtung, aus Sicht entlang der Axialrichtung von der Seite des Kompressorgehäuses 2.
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Von der auf diese Weise beschriebenen Erfindung ist es offensichtlich, dass die Erfindung in vielen Wegen variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Kern und Umfang der Erfindung zu betrachten, und es ist beabsichtigt, dass all solche Modifikationen, wie sie für einen Fachmann naheliegend wären, innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche eingeschlossen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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