DE102013205020B4

DE102013205020B4 - Steuerung einer Gleichgewichtsdrift in einer rotierenden Baugruppe eines Turboladers

Info

Publication number: DE102013205020B4
Application number: DE102013205020.8A
Authority: DE
Inventors: Carl Eric Fonville; Louis P. Begin
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: US8991175B2; CN103362641B; DE102013205020A1; US20130255252A1; CN103362641A

Abstract

Turbolader (34) für einen Verbrennungsmotor (10), wobei der Turbolader (34) umfasst: ein Lagergehäuse (62), das eine Lagerbohrung (60) und eine Druckwand (64) aufweist; ein Achslager (58), das in der Lagerbohrung (60) angeordnet ist; eine Welle (38) mit einem ersten Ende (40) und einem zweiten Ende (42), wobei die Welle (38) zur Drehung um eine Achse (43) in der Lagerbohrung (60) durch das Achslager (58) getragen ist; ein Turbinenrad (46), das benachbart zu dem ersten Ende (40) an der Welle (38) fixiert und ausgebildet ist, um durch Nachverbrennungsgase, die von dem Motor (10) ausgestoßen werden, um die Achse (43) gedreht zu werden; ein Kompressorrad (52), das benachbart zu dem zweiten Ende (42) an der Welle (38) fixiert und ausgebildet ist, um eine Luftströmung, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine Zufuhr zu dem Motor (10) unter Druck zu setzen; und eine Drucklagerbaugruppe (66), die auf die Welle (38) gepresst und ausgebildet ist, um Druckkräfte zu übertragen, die durch das Turbinenrad (46) auf die Druckwand (64) ausgeübt werden; wobei die Drucklagerbaugruppe (66) einen Druckring (70) und eine Druckscheibe (72) aufweist; eine Druckplatte (71), die zwischen dem Druckring (70) und der Druckscheibe (72) angeordnet ist und durch eine Druckhalterung (73) gegen die Druckwand (64) in Position gehalten ist, wobei die Druckhalterung (73) an dem Lagergehäuse (62) befestigt ist; wobei die Druckplatte (71) aus einem weicheren Material als das Lagergehäuse (62) gebildet ist; wobei die Drucklagerbaugruppe (66) derart auf die Welle (38) gepresst ist, dass eine radiale Bewegung zwischen der Drucklagerbaugruppe (66) und der Welle (38) während des Betriebs des Turboladers (34) minimiert ist; ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Steuern einer Gleichgewichtsdrift in einer rotierenden Baugruppe eines Turboladers.
HINTERGRUND
Von Verbrennungsmotoren (ICE) wird oft gefordert, beträchtliche Niveaus an Leistung für längere Zeiträume auf einer zuverlässigen Basis zu erzeugen. Viele solche ICE-Baugruppen verwenden eine turbokomprimierende Einrichtung, wie beispielsweise einen durch eine Abgasturbine angetriebenen Turbolader, um die Luftströmung zu komprimieren, bevor diese in den Einlasskrümmer des Motors eintritt, um die Leistung und die Effizienz zu erhöhen.
Speziell ist ein Turbolader ein Zentrifugalgaskompressor, der mehr Luft und folglich mehr Sauerstoff in die Verbrennungskammern des ICE drängt, als ansonsten mit dem Atmosphärendruck aus der Umgebung erreichbar ist. Die zusätzliche Masse an Sauerstoff enthaltender Luft, die in den ICE gedrängt wird, verbessert die volumetrische Effizienz des Motors und ermöglicht, dass dieser mehr Kraftstoff in einem gegebenen Zyklus verbrennt und dass dadurch mehr Leistung erzeugt wird.
Ein typischer Turbolader verwendet eine zentrale Welle, die durch ein oder mehrere Lager getragen wird und eine Drehbewegung zwischen einem durch Abgas angetriebenen Turbinenrad und einem Luftkompressorrad überträgt. Sowohl das Turbinen- als auch das Kompressorrad sind an der Welle fixiert, und sie stellen in Kombination mit verschiedenen Lagerkomponenten die rotierende Baugruppe des Turboladers dar. Da die rotierende Baugruppe häufig bei Drehzahlen über 100.000 Umdrehungen pro Minute (RPM) arbeitet, ist das Gleichgewicht einer solchen Baugruppe für die langfristige Haltbarkeit des Turboladers wesentlich.
Aus der DE 10 2008 058 618 A1 ist ein Turbolader für einen Verbrennungsmotor mit einem Lagergehäuse, einem Achslager, einer Welle, einem Turbinenrad, einem Kompressorrad und einer Drucklagerbaugruppe bekannt. Das Lagergehäuse weist eine Lagerbohrung und eine Druckwand auf. Das Achslager ist in der Lagerbohrung angeordnet. Die Welle weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf und ist zur Drehung um eine Achse in der Bohrung durch das Achslager getragen. Das Turbinenrad ist benachbart zu dem ersten Ende an der Welle fixiert und ausgebildet ist, um durch Nachverbrennungsgase, die von dem Motor ausgestoßen werden, um die Achse gedreht zu werden. Das Kompressorrad ist benachbart zu dem zweiten Ende an der Welle fixiert und ausgebildet ist, um eine Luftströmung, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine Zufuhr zu dem Motor unter Druck zu setzen. Die Drucklagerbaugruppe ist auf die Welle gepresst und ausgebildet, um Druckkräfte zu übertragen, die durch das Turbinenrad auf die Druckwand ausgeübt werden. Der Turbolader weist zusätzlich eine Druckplatte auf, die zwischen einem Druckring und einer Druckscheibe der Drucklagerbaugruppe angeordnet ist.
Die DE 44 13 101 A1 beschreibt einen ähnlichen Turbolader.
In der DE 10 2010 034 766 A1 und der DE 10 2009 058 068 A1 sind ebenfalls ähnliche Turbolader beschrieben, bei denen die Druckplatte durch einen Lagerdeckel in Position gehalten ist.
Ferner beschreibt die DE 10 2010 027 770 A1 einen Turbolader mit einem Gleitlager, bei dem eine Druckplatte aus einem weicheren Material als das Lagergehäuse gebildet ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Turbolader zu schaffen, der besser gegenüber Verschleiß und Beschädigung geschützt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine Ausführungsform der Offenbarung ist auf einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor gerichtet, welcher ein Lagergehäuse mit einer Lagerbohrung und einer Druckwand aufweist. Das Lagergehäuse weist ein Achslager auf, das in der Bohrung angeordnet ist. Der Turbolader weist auch eine Welle mit einem ersten und einem zweiten Ende auf, wobei die Welle für eine Drehung um eine Achse in der Bohrung durch das Achslager getragen wird. Der Turbolader weist auch ein Turbinenrad auf, das an der Welle benachbart zu dem ersten Ende fixiert und ausgebildet ist, um durch Nachverbrennungsgase, die von dem Motor ausgestoßen werden, um die Achse gedreht zu werden. Der Turbolader weist zusätzlich ein Kompressorrad auf, das an der Welle benachbart zu dem zweiten Ende fixiert und ausgebildet ist, um eine Luftströmung, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine Zufuhr zu dem Motor unter Druck zu setzen. Darüber hinaus weist der Turbolader eine Drucklagerbaugruppe auf, die auf die Welle gepresst und ausgebildet ist, um Druckkräfte zu übertragen, die durch die Turbine auf die Druckwand ausgeübt werden. Das Pressen der Drucklagerbaugruppe auf die Welle minimiert die radiale Bewegung zwischen der Drucklagerbaugruppe und der Welle. Die Drucklagerbaugruppe weist ferner einen Druckring und eine Druckscheibe auf.
Motoröl wird derart geleitet, dass es die Drucklagerbaugruppe schmiert und einen Ölfilm zwischen der Druckscheibe und dem Druckring erzeugt.
Die Welle kann eine Schulter aufweisen. In einem solchen Fall kann das Kompressorrad durch ein Befestigungselement, wie beispielsweise eine Gegenmutter, auf der Welle gehalten werden, und das Kompressorrad kann gegen die Drucklagerbaugruppe und die Drucklagerbaugruppe gegen die Schulter gedrückt werden, wenn das Befestigungselement festgezogen wird.
Der Druckring kann ausgebildet sein, um die Druckscheibe gegen die Schulter zu drücken, wenn das Befestigungselement festgezogen wird.
Das Pressen der Drucklagerbaugruppe auf die Welle kann eine Presspassung in dem Bereich von ungefähr 5–15 μm zwischen der Drucklagerbaugruppe und der Welle erzeugen.
Das Kompressorrad kann auf die Welle gepresst werden. Das Pressen des Kompressorrades auf die Welle kann eine Presspassung in dem Bereich von ungefähr 25–30 μm zwischen dem Kompressorrad und der Welle erzeugen.
Die Drucklagerbaugruppe kann auf der Welle entlang der Achse zwischen dem Achslager und dem Kompressorrad positioniert sein.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auf einen Verbrennungsmotor mit dem vorstehend beschriebenen Turbolader gerichtet.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Weise(n) zum Ausführen der beschriebenen Erfindung leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung gebracht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Motors mit einem Turbolader gemäß der Offenbarung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Turboladers, der in 1 gezeigt ist, wobei der Turbolader ein Lagergehäuse aufweist, das die rotierende Welle des Turboladers trägt.
3 ist eine vergrößerte, schematische teilweise Querschnittsansicht des in 2 gezeigten Lagergehäuses, die speziell eine Drucklagerbaugruppe und ein Kompressorrad zeigt, die auf die Welle gepresst sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, stellt 1 einen Verbrennungsmotor 10 dar. Der Motor 10 umfasst auch einen Zylinderblock 12 mit mehreren Zylindern 14, die darin angeordnet sind. Wie es gezeigt ist, weist der Motor 10 auch einen Zylinderkopf 16 auf. Jeder Zylinder 14 weist einen Kolben 18 auf, der ausgebildet ist, um darin eine Hubbewegung auszuführen. Verbrennungskammern 20 sind in den Zylindern 14 zwischen der Unterseitenfläche des Zylinderkopfs 16 und den Oberseiten der Kolben 18 gebildet. Wie Fachleuten bekannt ist, sind die Verbrennungskammern 20 ausgebildet, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch für eine anschließende Verbrennung in diesen aufzunehmen.
Der Motor 10 weist auch eine Kurbelwelle 22 auf, die ausgebildet ist, um sich in dem Zylinderblock 12 zu drehen. Die Kurbelwelle 22 wird durch die Kolben 18 dadurch gedreht, dass ein geeignet proportioniertes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungskammern 20 verbrannt wird. Nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Innern einer bestimmten Verbrennungskammer 20 verbrannt ist, dient die Hubbewegung eines speziellen Kolbens 18 dazu, Nachverbrennungsgase 24 aus dem entsprechenden Zylinder 14 auszustoßen. Der Motor 10 weist auch eine Ölpumpe 26 auf. Die Ölpumpe 26 ist ausgebildet, um unter Druck stehendes Motoröl 28 verschiedenen Lagern zuzuführen, wie beispielsweise denjenigen der Kurbelwelle 22. Die Ölpumpe 26 kann direkt durch den Motor 10 oder durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden.
Der Motor 10 weist zusätzlich ein Einleitungssystem 30 auf, das ausgebildet ist, um eine Luftströmung 31 aus der Umgebung in die Zylinder 14 zu leiten. Das Einleitungssystem 30 weist eine Einlassluftleitung 32, einen Turbolader 34 und einen Einlasskrümmer 36 auf. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann das Einleitungssystem 30 zusätzlich einen Luftfilter stromaufwärts des Turboladers 34 aufweisen, um Fremdpartikel oder andere durch die Luft getragene Verunreinigungen aus der Luftströmung 31 zu entfernen. Die Einlassluftleitung 32 ist ausgebildet, um die Luftströmung 31 aus der Umgebung zu dem Turbolader 34 zu leiten, während der Turbolader ausgebildet ist, um die aufgenommene Luftströmung unter Druck zu setzen und um die unter Druck gesetzte Luftströmung in den Einlasskrümmer 36 zu entladen. Der Einlasskrümmer 36 verteilt wiederum die zuvor unter Druck gesetzte Luftströmung 31 auf die Zylinder 14 für eine Mischung mit einer geeigneten Menge an Kraftstoff und eine anschließende Verbrennung des resultierenden Kraftstoff-Luft-Gemischs.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist der Turbolader 34 eine Stahlwelle 38 mit einem ersten Ende 40 und einem zweiten Ende 42 auf. Ein Turbinenrad 46 ist an der Welle 38 benachbart zu dem ersten Ende 40 angebracht und ausgebildet, um durch Nachverbrennungsgase 24, die von den Zylindern 14 ausgestoßen werden, zusammen mit der Welle 38 um eine Achse 43 gedreht zu werden. Das Turbinenrad 46 ist typischerweise aus einem temperaturbeständigen und oxidationsbeständigen Material gebildet, wie beispielsweise aus einer Nickel-Chrom-basierten „Inconel”-Superlegierung, um Temperaturen der Nachverbrennungsgase 24 standzuhalten, die bei einigen Motoren 2.000 Grad Fahrenheit (1.093,33°C) erreichen. Das Turbinenrad 46 ist im Innern eines Turbinengehäuses 48 angeordnet, das eine Schnecke oder eine Spirale 50 aufweist. Die Spirale 50 nimmt die Nachverbrennungs-Abgase 24 auf und leitet die Abgase zu dem Turbinenrad 46. Die Spirale 50 ist ausgebildet, um spezielle Leistungseigenschaften zu erreichen, wie beispielsweise bezüglich der Effizienz und des Ansprechens des Turboladers 34.
Wie es ferner in 2 gezeigt ist, weist der Turbolader 34 auch ein Kompressorrad 52 auf, das zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 40, 42 an der Welle 38 befestigt ist. Das Kompressorrad 52 wird mittels eines speziell ausgebildeten Befestigungselements an der Welle 38 gehalten, wie beispielsweise mittels einer Gegenmutter 53. Wie Fachleute verstehen werden, ist eine Gegenmutter 53 ein Typ eines Befestigungselements, das ein zusammengedrücktes Innengewinde oder ein Innengewinde mit ungleichmäßiger Gewindesteigung aufweist, um mit einem Außengewinde einer passenden Komponente, wie beispielsweise der Welle 38, in Eingriff zu gelangen. Eine solche Gewindeausbildung an der Gegenmutter 53 dient dazu, die Wahrscheinlichkeit dafür zu verringern, dass sich die Gegenmutter während des Betriebs des Turboladers 34 von der Welle 38 löst. Zusätzlich kann die Richtung des Gewindes der Gegenmutter 53 derart ausgewählt werden, dass die Gegenmutter eine Neigung zum Festziehen anstatt zum Lösen aufweist, wenn die Welle 38 durch die Nachverbrennungsgase 24 hochgedreht wird.
Das Kompressorrad 52 ist ausgebildet, um die Luftströmung 31, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine letztendliche Zufuhr zu den Zylindern 14 unter Druck zu setzen. Das Kompressorrad 52 ist im Innern einer Kompressorabdeckung 54 angeordnet, die eine Schnecke oder eine Spirale 56 aufweist. Die Spirale 56 nimmt die Luftströmung 31 auf und leitet die Luftströmung zu dem Kompressorrad 52. Die Spirale 56 ist ausgebildet, um spezielle Leistungseigenschaften zu erreichen, wie beispielsweise eine Spitzenluftströmung und eine Spitzeneffizienz des Turboladers 34. Dementsprechend wird die Welle 38 durch die Nachverbrennungs-Abgase 24, die durch das Turbinenrad 46 angetrieben werden, in Drehung versetzt, und die Drehung wird wiederum aufgrund dessen auf das Kompressorrad 52 übertragen, dass das Kompressorrad an der Welle fixiert ist. Wie Fachleute verstehen werden, beeinflussen die variable Strömung und die variable Kraft der Nachverbrennungs-Abgase 24 den Betrag des Ladedrucks, der durch das Kompressorrad 52 über den Betriebsbereich des Motors 10 erzeugt werden kann. Das Kompressorrad 52 ist typischerweise aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit gebildet, die das Kompressorrad mit einer verringerter Rotationsträgheit und einem schnelleren Ansprechen beim Hochdrehen versieht.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 wird die Welle 38 zur Drehung um die Achse 43 durch ein Achslager 58 getragen. Das Achslager 58 ist in einer Bohrung 60 eines Lagergehäuses 62 angebracht und wird durch die Zufuhr von unter Druck stehendem Öl 28, das durch die Pumpe 26 zugeführt wird, geschmiert und gekühlt. Das Lagergehäuse 62 weist eine Druckwand 64 auf. Das Lagergehäuse 62 kann aus einem robusten Material gegossen sein, wie beispielsweise aus Eisen, um der Bohrung 60 unter erhöhten Temperaturen und erhöhten Lasten während des Betriebs des Turboladers 34 eine Dimensionsstabilität zu verleihen. Das Achslager 58 ist ausgebildet, um die radiale Bewegung und die Schwingungen der Welle 38 zu kontrollieren. Wie es gezeigt ist, kann das Achslager 58 ein vollständig schwimmender oder ein halbschwimmender Typ sein, der aus einem relativ weichen Material gebildet ist, beispielsweise aus Messing oder Bronze, sodass eine beliebige Verunreinigung, die durch das Lagersystem hindurchtritt, in das weiche Lagermaterial eingebettet wird und die Welle 38 oder die Bohrung 60 nicht beschädigt. Das Achslager 58 kann auch als ein Rollen- oder Kugellager ausgebildet sein, um die Reibungsverluste des Turboladers während des Betriebs der Welle 38 weiter zu verringern.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist der Turbolader 34 auch eine Drucklagerbaugruppe 66 auf. Die Drucklagerbaugruppe 66 weist einen Druckring 70 und eine Druckscheibe 72 auf. Der Turbolader 34 weist auch eine Druckplatte 71 auf, die durch eine Druckhalterung 73 gegen die Lagerwand 64 in Position gehalten wird. Die Lagerfläche der Druckplatte 71 ist typischerweise aus einem relativ weichen Material gebildet, beispielsweise aus Messing oder Bronze, sodass irgendeine Verunreinigung, die durch das Lagersystem hindurchtritt, in das weiche Lagermaterial eingebettet wird und den Druckring 70 oder die Druckscheibe 72 nicht beschädigt. Die Druckhalterung 73 kann durch eine Klemme oder durch eine oder mehrere Schrauben in Position gehalten oder auf andere Weise an dem Gehäuse 62 befestigt werden, um die Drucklagerbaugruppe 66 sicher gegen die Lagerwand 64 zu haltern.
Die Drucklagerbaugruppe 66 wirkt der Nettodruckkraft entgegen, die sich in dem Turbolader 34 entwickelt, wenn eine solche Kraft in Richtung des Kompressorrades 52 wirkt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Drucklagerbaugruppe 66 zusätzlich eine zusätzliche Druckscheibe, die an der Seite des Kompressorrades 52 positioniert ist, und auch andere Konfigurationen aufweisen, wie es Fachleuten bekannt ist. Wie es gezeigt ist, ist die Drucklagerbaugruppe 66 auf der Welle 38 entlang der Achse 43 zwischen dem Achslager 58 und dem Kompressorrad 52 angeordnet, und sie wird auf die Welle gepresst. Die Lagerbaugruppe 66 wird durch die Zufuhr von unter Druck stehendem Motoröl 28, das mittels der Pumpe 26 zugeführt wird, geschmiert und gekühlt. Während des Betriebs des Turboladers 34, d. h. dann, wenn das Turbinenrad 46 durch die Nachverbrennungsgase 24 angetrieben wird, überträgt die Druckscheibe 72 Druckkräfte, die durch das Turbinenrad auf die Druckplatte 71 ausgeübt werden. Dass die Lagerbaugruppe 66 auf die Welle 38 gepresst wird, dient dazu, die radiale Bewegung zwischen der Drucklagerbaugruppe und der Welle zu minimieren.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist die Welle 38 eine Schulter 68 auf. Während der Montage des Turboladers 34 wird das Kompressorrad 52 dann, wenn die Gegenmutter 53 auf der Welle 38 festgezogen wird, gegen die Drucklagerbaugruppe 66 gedrückt, und die Drucklagerbaugruppe wird gegen die Schulter 68 gedrückt. Dementsprechend klemmt das Festziehen der Gegenmutter 53 die Drucklagerbaugruppe 66 zwischen dem Kompressorrad 52 und der Schulter 68 ein.
Der Druckring 70 ist ausgebildet, um während der Montage der Drucklagerbaugruppe 66 auf der Welle 38 die Druckscheibe 72 gegen die Schulter 68 zu drücken, wenn die Gegenmutter 53 festgezogen wird. Während des Betriebs des Turboladers 34 wird das unter Druck stehende Öl 28 von der Pumpe 26 dem Lagergehäuse 62 zugeführt und derart geleitet, dass es die Drucklagerbaugruppe 66 schmiert und einen Ölfilm zwischen der Druckscheibe 72 und der Druckplatte 71 erzeugt. Ein solcher Ölfilm dient dazu, die Wahrscheinlichkeit eines direkten physikalischen Kontakts zwischen der Druckscheibe 72 und der Druckplatte 71 zu verringern. Eine solche Verringerung des direkten Kontakts zwischen der Druckscheibe 72 und der Druckplatte 71 dient wiederum dazu, die Lebensdauer der Drucklagerbaugruppe 66 und die Haltbarkeit des Turboladers 34 zu verlängern.
Um einen kontinuierlichen festen oder engen Kontakt an der Grenzfläche zwischen der Drucklagerbaugruppe 66 und der Welle 38 zu bewirken, können die Innendurchmesser des Druckrings 70 und der Druckscheibe 72 und der Außendurchmesser der Welle 38, wie es in 3 gezeigt ist, derart bemessen sein, dass sie eine Presspassung zwischen den passenden Komponenten erzeugen, wie sie allgemein durch den gestrichelten Bereich 74 angezeigt ist. Die Presspassung 74 zwischen dem Druckring 70 und der Welle 38 und zwischen der Druckscheibe 72 und der Welle 38 kann beispielsweise in dem ungefähren Bereich von 5–15 μm liegen. Ein solcher Presspassungsbereich ist wahrscheinlich ausreichend, um den gewünschten festen Kontakt aufrecht zu erhalten, wenn sich der Druckring 70, die Druckscheibe 72 und die Welle 38 während des Betriebs des Turboladers 34 ausdehnen und zusammenziehen, wie beispielsweise zwischen den Temperaturextremen, denen sie wahrscheinlich in dem Lagergehäuse 62 ausgesetzt sind.
Wie es zusätzlich in 3 gezeigt ist, kann das Kompressorrad 52 ebenso auf die Welle 38 gepresst werden. Der Innendurchmesser des Kompressorrades 52 kann derart ausgewählt werden, dass eine Presspassung, die allgemein durch den gestrichelten Bereich 76 angezeigt ist, zwischen dem Kompressorrad und dem Außendurchmesser der Welle 38 erzeugt wird. Die Presspassung 76 zwischen dem Kompressorrad 52 und der Welle 38 kann beispielsweise in dem ungefähren Bereich von 25–30 μm liegen. Eine solche Presspassung zwischen dem Kompressorrad 52 und der Welle 38 ist typischerweise größer als diejenige der Drucklagerbaugruppe 66 und der Welle, da Aluminiumlegierungen größere thermische Ausdehnungskoeffizienten als Stahl besitzen, das typischerweise für den Druckring 70 und die Druckscheibe 72 verwendet wird. Zusätzlich weist das Kompressorrad 52 einen größeren Außendurchmesser als die Drucklagerbaugruppe 66 auf, und infolgedessen erfährt der Außendurchmesser des Kompressorrades typischerweise eine größere Ausdehnung aufgrund der Zentrifugalkräfte, die er während des Betriebs des Turboladers 30 erfährt.
Die vorstehend beschriebene Presspassung 76 zwischen der Drucklagerbaugruppe 66 und der Welle 38 und auch zwischen dem Kompressorrad 52 und der Welle ist wünschenswert, um die radiale Bewegung der Lagerbaugruppe und des Kompressorrades relativ zu der Welle zu begrenzen. Eine solche radiale Bewegung ist im Allgemeinen unerwünscht, da sie zu einer Gleichgewichtsdrift, einer dynamischen Instabilität, einer Rotorschwingung, einem Geräusch und einer möglichen Überlastung des Achslagers 58 führen kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 weist das Lagergehäuse 62 ein Ablassvolumen 78 für das Motoröl auf, das dem Lagergehäuse mittels der Pumpe 26 zugeführt wird. Das Ablassvolumen 78 ist ein inneres Reservoir, das in das Lagergehäuse 62 eingebunden ist und das Öl aufnimmt, nachdem das Öl durch das Achslager 58 und die Drucklagerbaugruppe 66 hindurchgetreten ist. Wie es in 1 gezeigt ist, entfernt ein Auslassdurchgang 80 das Öl aus dem Lagergehäuse 62 nach der Schmierung der Drucklagerbaugruppe 66 und der Sammlung des Öls in dem Ablassvolumen 78. Wie es zusätzlich in 1 gezeigt ist, steht der Auslassdurchgang 80 mit der Pumpe 26 in Fluidverbindung, um das Öl aus dem Ablassvolumen 78 zu der Pumpe zurückzuführen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die Erfindung stützen und beschreiben, der Umfang der Erfindung ist jedoch ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Erfindung auszuüben, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Turbolader (34) für einen Verbrennungsmotor (10), wobei der Turbolader (34) umfasst: ein Lagergehäuse (62), das eine Lagerbohrung (60) und eine Druckwand (64) aufweist; ein Achslager (58), das in der Lagerbohrung (60) angeordnet ist; eine Welle (38) mit einem ersten Ende (40) und einem zweiten Ende (42), wobei die Welle (38) zur Drehung um eine Achse (43) in der Lagerbohrung (60) durch das Achslager (58) getragen ist; ein Turbinenrad (46), das benachbart zu dem ersten Ende (40) an der Welle (38) fixiert und ausgebildet ist, um durch Nachverbrennungsgase, die von dem Motor (10) ausgestoßen werden, um die Achse (43) gedreht zu werden; ein Kompressorrad (52), das benachbart zu dem zweiten Ende (42) an der Welle (38) fixiert und ausgebildet ist, um eine Luftströmung, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine Zufuhr zu dem Motor (10) unter Druck zu setzen; und eine Drucklagerbaugruppe (66), die auf die Welle (38) gepresst und ausgebildet ist, um Druckkräfte zu übertragen, die durch das Turbinenrad (46) auf die Druckwand (64) ausgeübt werden; wobei die Drucklagerbaugruppe (66) einen Druckring (70) und eine Druckscheibe (72) aufweist; eine Druckplatte (71), die zwischen dem Druckring (70) und der Druckscheibe (72) angeordnet ist und durch eine Druckhalterung (73) gegen die Druckwand (64) in Position gehalten ist, wobei die Druckhalterung (73) an dem Lagergehäuse (62) befestigt ist; wobei die Druckplatte (71) aus einem weicheren Material als das Lagergehäuse (62) gebildet ist; wobei die Drucklagerbaugruppe (66) derart auf die Welle (38) gepresst ist, dass eine radiale Bewegung zwischen der Drucklagerbaugruppe (66) und der Welle (38) während des Betriebs des Turboladers (34) minimiert ist; wobei Motoröl (28) derart geleitet wird, dass es die Drucklagerbaugruppe (66) schmiert und einen Ölfilm zwischen der Druckscheibe (72) und der Druckplatte (71) erzeugt; und wobei das Lagergehäuse (62) ein Ablassvolumen (78) aufweist, das ein inneres Reservoir innerhalb des Lagergehäuses (62) ist und das Motoröl (28) aufnimmt, nachdem dieses durch das Achslager (58) und die Drucklagerbaugruppe (66) hindurchgetreten ist.
Turbolader (34) nach Anspruch 1, wobei die Welle eine Schulter (68) aufweist, wobei das Kompressorrad (52) mittels eines Befestigungselements (53) an der Welle gehalten ist und wobei nach Festziehen des Befestigungselements (53) das Kompressorrad (52) gegen die Drucklagerbaugruppe (66) gedrückt ist und die Drucklagerbaugruppe (66) gegen die Schulter (68) gedrückt ist.
Turbolader (34) nach Anspruch 2, wobei der Druckring (70) ausgebildet ist, um die Druckscheibe (72) gegen die Schulter (68) zu drücken, wenn das Befestigungselement festgezogen ist.
Turbolader (34) nach Anspruch 1, wobei die Drucklagerbaugruppe (66) mittels einer Presspassung in dem Bereich von ungefähr 5–15 μm zwischen der Drucklagerbaugruppe (66) und der Welle (38) auf die Welle (38) gepresst ist.
Turbolader (34) nach Anspruch 1, wobei das Kompressorrad (52) auf die Welle (38) gepresst ist.
Turbolader (34) nach Anspruch 5, wobei das Kompressorrad mittels einer Presspassung in dem Bereich von ungefähr 25–30 μm zwischen dem Kompressorrad (52) und der Welle (38) auf die Welle gepresst ist.
Turbolader (34) nach Anspruch 1, wobei die Drucklagerbaugruppe (66) auf der Welle (38) entlang der Achse (43) zwischen dem Achslager (58) und dem Kompressorrad (52) positioniert ist.