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Die vorliegende Offenbarung betrifft Turboladerbaugruppen, die ein Lagerkühlsystem aufweisen.
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Verbrennungsmotoren können eine abgasgetriebene Kompressor- oder Turboladerbaugruppe verwenden, um den Krümmerluftdruck (MAP) anzuheben, wodurch eine erhöhte Motorleistung für einen gegebenen Motorhubraum bereitgestellt wird. Eine typische Turboladerbaugruppe weist eine Turbinenbaugruppe in Fluidkommunikation mit den Abgasen und eine Kompressorbaugruppe in Fluidkommunikation mit den Ansauggasen auf. Ein Anteil der Energie, die in den Abgasen enthalten ist, dient dazu, ein Turbinenrad, das in der Turbinenbaugruppe angeordnet ist, zu drehen oder zu rotieren. Das Turbinenrad ist mit einem Kompressorlaufrad der Kompressorbaugruppe durch eine gemeinsame Welle verbunden. Somit rotieren das Turbinenrad und das Kompressorlaufrad gemeinsam. Im Betrieb führt oder zieht, wenn die Abgase das Turbinenrad rotieren, das rotierende Kompressorlaufrad Ansauggase in die Kompressorbaugruppe, wo die Ansauggase zur anschließenden Einführung in den Verbrennungsmotor mit Druck beaufschlagt werden.
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Eine herkömmliche Turboladerbaugruppe kann auch eine Lagerbaugruppe aufweisen, um die Last der Welle, die das Turbinenrad und das Kompressorlaufrad verbindet, zu stützen. Bei einigen Turboladerbaugruppen stützt eine Gas- oder Luftlagerbaugruppe die Last der Welle. Luftlagerbaugruppen verwenden einen dünnen Gasfilm (wie Luft), der als Schmiermittel dient, wobei zwei Flächen in relativer Bewegung getrennt werden. Im Betrieb strömt ein Gasfilm zwischen dem Luftlager und der Welle der Turboladerbaugruppe, um die Welle und die Luftlagerbaugruppe selbst vor Verschleiß zu schützen.
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Die
US 5 248 245 A offenbart eine magnetisch gekoppelte Zentrifugalpumpe mit einem Pumpengehäuse, einer Welle, die an einem Ende ein Pumpenlaufrad und an dem anderen Ende einen Magneten aufweist, der mit einem Magneten einer Rotationsvorrichtung gekoppelt ist. Hierbei wird die gepumpte Flüssigkeit zur Kühlung der Magnetbereiche und zur Schmierung von Lagern verwendet.
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Die
US 5 113 670 A beschreibt eine Luftkreislaufmaschine, die hydrodynamische Lager aufweist. Zur Kühlung der hydrodynamischen Lager wird Lagerkühlluft eingeblasen, aus der zuvor Partikel entfernt wurden. Zudem erfolgt eine Dosierung einer Massendurchflussgeschwindigkeit und eines Drucks der das hydrodynamische Lager umströmenden Kühlluft, um eine angepasste Kühlung zu erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turboladerbaugruppe bereitzustellen, die auf baulich einfache und zuverlässige Weise eine angemessene Kühlung für die Turboladerbaugruppe ermöglichen kann.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Turboladerbaugruppen. Erfindungsgemäß weist die Turboladerbaugruppe eine Kompressorbaugruppe, ein Turbinenrad, eine Welle, eine Lagerbaugruppe und eine Kühlgasleitung auf. Die Kompressorbaugruppe weist ein Kompressorlaufrad auf. Das Kompressorlaufrad weist einen äußersten Laufradrand auf und besitzt eine maximale Querschnittsabmessung an dem äußersten Laufradrand. Die Welle verbindet das Kompressorlaufrad und das Turbinenrad. Die Lagerbaugruppe umgibt zumindest einen Abschnitt der Welle. Die Kühlgasleitung ist in Fluidkommunikation mit der Kompressorbaugruppe und der Lagerbaugruppe angeordnet. Zumindest ein Abschnitt der Kühlgasleitung ist benachbart dem äußersten Laufradrand angeordnet, so dass die Kühlgasleitung derart konfiguriert ist, einen Anteil von Ansauggasen, die entlang des äußersten Laufradrandes strömen, aufzunehmen und den Anteil der Ansauggase zu der Lagerbaugruppe zu führen, um die Lagerbaugruppe zu kühlen.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Kühlgasleitung einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweisen. Der erste Endabschnitt kann benachbart dem äußersten Laufradrand angeordnet sein, um einen Eintritt des Anteils der Ansauggase in die Kühlgasleitung zu unterstützen. Der erste Endabschnitt der Kühlgasleitung kann ein gekrümmtes Teil aufweisen, das derart konfiguriert und geformt ist, um einen Eintritt des Anteils der Ansauggase in die Kühlgasleitung zu unterstützen. Zumindest ein Teil des ersten Endabschnitts kann den äußersten Laufradrand überlappen.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Kompressorlaufrad ein erstes Laufradende und ein zweites Laufradende definieren. Der erste Endabschnitt der Kühlgasleitung kann benachbart dem zweiten Laufradende angeordnet sein, so dass ein Anteil der Ansauggase in die Kühlgasleitung strömen kann.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Turboladerbaugruppe ferner eine Kompressorrückplatte aufweisen, die benachbart dem Kompressorlaufrad angeordnet ist. Die Kühlgasleitung kann als eine Kühlgasöffnung konfiguriert sein, die sich durch die Kompressorrückplatte erstreckt.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Welle derart konfiguriert sein, um eine Rotationsachse zu rotieren. Die Kühlgasöffnung kann entlang einer Öffnungsachse länglich sein, und die Öffnungsachse kann in Bezug auf die Rotationsachse schräg angewinkelt sein. Der Turbolader kann ferner ein Zentralgehäuse aufweisen, das zwischen die Kompressorbaugruppe und das Turbinenrad gekoppelt ist. Die Kompressorrückplatte kann mit dem Zentralgehäuse monolithisch geformt sein. Der zweite Endabschnitt der Kühlgasleitung kann in dem Zentralgehäuse angeordnet sein.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der zweite Endabschnitt der Kühlgasleitung benachbart der Lagerbaugruppe angeordnet sein. Somit kann die Kühlgasleitung derart konfiguriert sein, einen Anteil der Ansauggase in die Lagerbaugruppe zu lenken.
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Die vorliegende Offenbarung kann auch Fahrzeuge, wie Autos, betreffen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Fahrzeug eine Turboladerbaugruppe und einen Motor aufweisen, der einen Ansaugkrümmer und einen Abgaskrümmer aufweist. Die Turboladerbaugruppe weist eine Kompressorbaugruppe auf, die in Fluidkommunikation mit dem Ansaugkrümmer angeordnet ist. Die Kompressorbaugruppe weist ein Kompressorlaufrad auf, das ein erstes Laufradende und ein zweites Laufradende definiert. Die Turboladerbaugruppe weist ferner eine Turbinenbaugruppe auf, die in Fluidkommunikation mit dem Abgaskrümmer angeordnet ist. Die Turbinenbaugruppe weist ein Turbinenrad auf, das näher an dem zweiten Laufradende als an dem ersten Laufradende angeordnet ist. Die Turboladerbaugruppe weist ferner eine Welle, die das Kompressorlaufrad und das Turbinenrad miteinander verbindet, sowie eine Luftfolienlagerbaugruppe auf, die zumindest einen Abschnitt der Welle umgibt. Überdies weist die Turboladerbaugruppe eine Kompressorrückplatte auf, die das zweite Laufradende im Wesentlichen bedeckt. Die Kompressorrückplatte definiert eine Mehrzahl von Kühlgasöffnungen. Jede Kühlgasöffnung erstreckt sich durch die Kompressorrückplatte und ist in Fluidkommunikation mit der Kompressorbaugruppe und der Luftfolienlagerbaugruppe angeordnet. Ferner ist jede Kühlgasöffnung derart konfiguriert und geformt, einen Anteil von Ansauggasen, die entlang des Kompressorlaufrades strömen, aufzunehmen und einen solchen Anteil der Ansauggase zu der Luftfolienlagerbaugruppe zu lenken, um die Luftfolienlagerbaugruppe zu kühlen.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist das Kompressorlaufrad einen äußersten Laufradrand auf und besitzt eine maximale Querschnittsabmessung an dem äußersten Laufradrand. Zumindest ein Teil jeder Kühlgasöffnung ist benachbart dem äußersten Laufradrand angeordnet.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Kompressorrückplatte eine Mehrzahl von inneren Rückplattenflächen aufweisen. Jede innere Rückplattenfläche kann zumindest eine Kühlgasöffnung definieren. Jede innere Rückplattenfläche weist ein gekrümmtes Teil auf, das benachbart dem äußersten Laufradrand angeordnet ist. Jedes gekrümmte Teil ist derart konfiguriert und geformt, um zu ermöglichen, dass ein Anteil der Ansauggase in jede Kühlgasöffnung eintritt. Zumindest ein Stück des gekrümmten Teils kann den äußersten Laufradrand überlappen.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist zumindest eine der Kühlgasöffnungen entlang einer Öffnungsachse länglich. Die Welle kann so konfiguriert sein, um eine Rotationsachse zu rotieren, und die Öffnungsachse ist in Bezug zu der Rotationsachse schräg angewinkelt.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Fahrzeug ferner ein Zentralgehäuse aufweisen, das zwischen die Kompressorbaugruppe und die Turbinenbaugruppe gekoppelt ist. Die Kompressorrückplatte kann mit dem Zentralgehäuse monolithisch geformt sein. Zumindest eine der Kühlgasöffnungen kann im Wesentlichen zylindrisch sein.
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Es sind auch Verfahren zum Kühlen einer Luftfolienlagerbaugruppe beschrieben. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Verfahren auf, dass Ansauggase unter Verwendung einer Kompressorbaugruppe komprimiert werden. Die Kompressorbaugruppe weist ein Kompressorgehäuse, ein Kompressorlaufrad, das in dem Kompressorgehäuse angeordnet ist, sowie eine Kompressorrückplatte auf, die mit dem Kompressorgehäuse gekoppelt ist. Das Kompressorlaufrad definiert einen äußersten Laufradrand und besitzt eine maximale Querschnittsabmessung an dem äußersten Laufradrand. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Anteil der Ansauggase, die entlang des äußersten Laufradrandes strömen, in die Luftfolienlagerbaugruppe über eine Kühlgasöffnung geführt wird, die sich durch die Kompressorrückplatte erstreckt. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass ein Anteil der Ansauggase durch ein Lagergehäuse der Luftfolienlagerbaugruppe geführt wird, um die Luftfolienlagerbaugruppe zu kühlen.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor und eine Turboladerbaugruppe aufweist;
- 2 ist eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Turboladerbaugruppe, die in 1 schematisch gezeigt ist; und
- 3 ist eine vergrößerte schematische Seitenansicht im Schnitt eines Abschnitts der Turboladerbaugruppe, die in 1 um den Schnitt 3 von 2 gezeigt ist.
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Bezug nehmend auf 1 weist ein Fahrzeug 8, wie ein Auto, einen Verbrennungsmotor 10 auf, der derart konfiguriert ist, ein Getriebe (nicht gezeigt) mit Leistung zu beaufschlagen. Der Verbrennungsmotor 10 kann ein kompressionsgezündeter oder funkengezündeter Verbrennungsmotor sein. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Motorblock 12 auf, der eine Mehrzahl von Zylindern 14 definiert. Obwohl vier Zylinder 14 in 1 gezeigt sind, kann der Verbrennungsmotor 10 mehr oder weniger Zylinder 14 aufweisen. Ein Ansaugkrümmer 16 und ein Abgaskrümmer 18 sind an dem Verbrennungsmotor 10 montiert. Der Ansaugkrümmer 16 dient dazu, Ansauggase 20, wie Luft oder rückgeführte Abgase, an die Zylinder 14 des Verbrennungsmotors 10 zu kommunizieren. Die Zylinder 14 definieren zumindest teilweise einen Brennraum mit variablem Volumen, der dazu dient, die Ansauggase 20 mit einem Kraftstoff (nicht gezeigt) zu verbrennen. Die Produkte der Verbrennung oder Abgase 22 werden von den Zylindern 14 in den Abgaskrümmer 18 ausgestoßen.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist ferner eine Turboladerbaugruppe 24 auf. Die Turboladerbaugruppe 24 weist eine Turbinenbaugruppe 26, eine Kompressorbaugruppe 28 und ein Zentralgehäuse 30 auf. Die Turboladerbaugruppe 26 weist ein Turbinenrad 32 auf, das in der Turbinenbaugruppe 26 rotierbar ist. Gleichermaßen weist die Kompressorbaugruppe 28 ein Kompressorlaufrad 34 auf, das in der Kompressorbaugruppe 28 rotierbar ist. Das Zentralgehäuse 30 lagert eine Welle 36, die dazu dient, das Turbinenrad 32 mit dem Kompressorlaufrad 34 zu verbinden. Somit rotieren das Turbinenrad 32 und das Kompressorlaufrad 34 gemeinsam. Die Kompressorbaugruppe 28 ist in Fluidkommunikation mit einer Einlassleitung 28 angeordnet, die dazu dient, Ansauggase 20 zu der Turboladerbaugruppe 24 einzuführen. Die Kompressorbaugruppe 28 ist auch in Fluidkommunikation mit dem Ansaugkrümmer 16 angeordnet, um Ansauggase 20 dorthin einzuführen. Zusätzlich ist die Turbinenbaugruppe 26 in Fluidkommunikation mit dem Abgaskrümmer 18 angeordnet, um Abgase 22 davon aufzunehmen. Die Abgase 22 werden von einem Auslass 40 an eine Abgasaustragsleitung 42 zur anschließenden Freisetzung an die Atmosphäre kommuniziert.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist ein Abgasrückführungs-(AGR-)System 44 auf. Das AGR-System 44 weist ein Ventil 46 auf, das dazu dient, einen Anteil 48 der Abgase 22 in einen Durchgang 50 zur anschließenden Einführung in die Einlassleitung 38 selektiv und variabel zu kommunizieren. Der Anteil 48 der Abgase 22 kann in den Durchgang 50 entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Turbinenbaugruppe 26 eingeführt werden. Das AGR-System 44 kann dazu verwendet werden, gewisse Emissionsbestandteile, wie Stickoxide, zu reduzieren.
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Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 werden Abgase 22 von den Zylindern 14 in den Abgaskrümmer 18 ausgestoßen. Die Abgase 22 werden in das Turbinengehäuse 52 übertragen, wo ein Anteil der Energie, der in den Abgasen 22 enthalten ist, dazu verwendet wird, das Turbinenrad 32 zu drehen oder zu rotieren. Die Abgase 22 werden dann an die Abgasaustragsleitung 42 kommuniziert. Da die Welle 36 das Kompressorlaufrad 34 und das Turbinenrad 32 miteinander verbindet, bewirkt eine Rotation des Turbinenrades 32 ein Drehen oder rotieren des Kompressorlaufrades 34. Die Rotation des Kompressorlaufrades 34 bewirkt eine Einführung der Ansauggase 20 in die Kompressorbaugruppe 28, wo die Ansauggase 20 mit Druck beaufschlagt und zur Einführung in die Zylinder 14 in den Ansaugkrümmer 16 eingeführt werden. Durch Erhöhung des Drucks in dem Ansaugkrümmer 16 wird die Dichte der Ansauggase 20 erhöht. Als eine Folge dieser Dichtezunahme wird eine größere Menge an Kraftstoff in den Zylindern 14 oxidiert und verbrannt, wodurch der Spitzendruck in den Zylindern 14 erhöht wird. Somit kann ein größerer Leistungsbetrag aus einem turboaufgeladenen Verbrennungsmotor im Vergleich zu einem selbstansaugenden Verbrennungsmotor mit demselben Hubraum erzeugt werden.
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Bezug nehmend auf die 2 und 3 weist bei einer beispielhaften Ausführungsform die Turboladerbaugruppe 24 eine Turbinenbaugruppe 26 auf, die ihrerseits ein Turbinengehäuse 52 aufweist. Das Turbinengehäuse 52 definiert eine Turbinenschnecke oder -spirale 54, die dazu dient, Abgase 22 radial einwärts zu dem Turbinenrad 32 zu lenken, um dessen Rotation zu bewirken. Die Turbinenbaugruppe 26 kann ferner einen Mechanismus mit variabler Geometrie (nicht gezeigt) aufweisen, der dazu dient, das Strömungsmuster der Abgase 22 (1) von der Turbinenspirale 54 zu dem Turbinenrad 32 zu variieren. Die Strömung der Abgase 22 (1) entlang des Turbinenrades 32 bewirkt eine Rotation oder Drehung des Turbinenrades 32. Da die Welle 36 mit dem Turbinenrad 32 gekoppelt ist, bewirkt die Drehung des Turbinenrades 32 genauso eine Rotation der Welle 36. Die Rotation der Welle 36 treibt ihrerseits die Rotation des Kompressorlaufrades 34 an, das in der Kompressorbaugruppe 28 angeordnet ist.
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Die Kompressorbaugruppe 28 weist ein Kompressorgehäuse 63 auf, das einen Einlass 62 definiert, der dazu dient, Ansauggase 20 axial zu dem Kompressorlaufrad 34 zu lenken. Das Kompressorgehäuse 63 definiert einen inneren Kompressorhohlraum 65, der in Fluidkommunikation mit dem Einlass 62 angeordnet ist, sowie eine Kompressorspirale 68, die dazu dient, komprimierte Ansauggase 20 radial auswärts zu dem Ansaugkrümmer 16 zu lenken (1). Das Kompressorlaufrad 34 ist in dem Kompressorinnenhohlraum 65 angeordnet und weist einen Einführabschnitt 80, einen Abführabschnitt 82 und eine Mehrzahl von Kompressorschaufeln 86 auf, die entlang des Einführabschnittes 80 und des Abführabschnittes 82 angeordnet sind. Das Kompressorlaufrad 34 weist ein erstes Laufradende 108 an dem Einführabschnitt 80 und ein zweites Laufradende 110 an dem Abführabschnitt 82 auf. Das erste Laufradende 108 ist weiter von dem Turbinenrad 32 entfernt angeordnet, als das zweite Laufradende 110.
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Bei Rotation des Kompressorlaufrades 34 zeiht der Einführabschnitt 80 Ansauggase 20 in das Kompressorgehäuse 63. Sobald sich die Einlassgase 20 in dem Kompressorgehäuse 63 befinden, führen die Kompressorschaufeln 86 die Strömung der Einlassgase 20 von dem Einführabschnitt 80 zu dem Abführabschnitt 82. Während das Kompressorlaufrad 34 rotiert, lenkt der Abführabschnitt 82 die Ansauggase 20 von dem Kompressorlaufrad 34 zu der Kompressorspirale 68. Die Kompressorspirale 68 lenkt dann die komprimierten Ansauggase 20 zu dem Ansaugkrümmer 16 (1).
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Das Kompressorlaufrad 34 kann eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form besitzen. Somit kann das Kompressorlaufrad 34 verschiedene Querschnittsabmessungen oder -durchmesser entlang seiner Länge aufweisen. Insbesondere kann die Querschnittsabmessung des Kompressorlaufrades 34 in einer ersten Richtung, die durch Pfeil A angegeben ist, von dem ersten Laufradende 108 zu dem zweiten Laufradende 110 zunehmen. Der Abführabschnitt 82 weist einen äußersten Laufradrand 88 auf, der eine Haupt- oder Maximal-Laufrad-Querschnittsabmessung oder einen Haupt- oder Maximal-Laufrad-Querschnittsdurchmesser D1 definiert. Die maximale Laufrad-Querschnittsabmessung D1 betrifft die größte Querschnittsabmessung des Kompressorlaufrades 34. Der äußerste Laufradrand 88 kann beispielsweise an oder nahe dem zweiten Laufradende 110 angeordnet sein. Daher kann die maximale Laufrad-Querschnittsabmessung D1 beispielsweise dem Durchmesser des Kompressorlaufrades 34 an dem zweiten Laufradende 110 entsprechen, wie entlang einer zweiten Richtung gemessen ist, die durch Pfeil B angegeben ist. Die Kompressorbaugruppe 28 kann ferner ein Diffusorteil 64, das dazu dient, die Geschwindigkeit der Ansauggase 20 zu reduzieren, sowie einen Mechanismus für variable Geometrie (nicht gezeigt) aufweisen, der dazu dient, das Strömungsmuster der Ansauggase 20 von dem Kompressorlaufrad 34 zu der Kompressorspirale 68 zu variieren, die durch das Kompressorgehäuse 63 definiert ist.
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Das Zentralgehäuse 30 ist zwischen dem Turbinengehäuse 52 und dem Kompressorgehäuse 63 verbunden. Das Turbinengehäuse 52 kann mit dem Zentralgehäuse 30 mit einem beliebigen geeigneten Koppler 104, wie einer Klemme, gekoppelt sein. Das Zentralgehäuse 30 definiert einen inneren Zentralhohlraum 74, und die Welle 36 ist zumindest teilweise in dem inneren Zentralhohlraum 74 angeordnet. Das Zentralgehäuse 30 kann eine Kompressorrückplatte 79 neben der Kompressorbaugruppe 28 aufweisen. Somit kann die Kompressorrückplatte 79 monolithisch mit dem Zentralgehäuse 30 geformt sein. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Kompressorrückplatte 79 nicht Teil des Zentralgehäuses 30 sein braucht. Beispielsweise kann die Kompressorrückplatte 79 eine diskrete Komponente sein, die zwischen dem Kompressorgehäuse 63 und dem Zentralgehäuse 30 gekoppelt ist. Ferner kann die Kompressorrückplatte 79 monolithisch mit dem Kompressorgehäuse 63 geformt sein. Ungeachtet ihres Aufbaus sollte die Kompressorrückplatte 79 im Wesentlichen das Kompressorlaufrad 34 bedecken. Genauer kann die Kompressorrückplatte 79 im Wesentlichen das zweite Laufradende 110 bedecken. Demgemäß kann die Kompressorrückplatte 79 beispielsweise benachbart dem zweiten Laufradende 110 angeordnet sein.
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Die Turboladerbaugruppe 24 weist ferner eine Lagerbaugruppe 75 auf, die zumindest teilweise in dem Zentralgehäuse 30 angeordnet ist. Dies bedeutet, zumindest ein Anteil der Lagerbaugruppe 75 kann in dem inneren Zentralhohlraum 74 angeordnet sein. Die Lagerbaugruppe 75 kann eine Luftfolienlagerbaugruppe oder irgendeine andere geeignete Lagerbaugruppe sein. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Lagerbaugruppe 75 eine Luftfolienlagerbaugruppe und weist ein Lagergehäuse 76 auf, das zumindest teilweise in dem Zentralgehäuse 30 angeordnet ist. Das Lagergehäuse 76 definiert einen inneren Lagerhohlraum 77, der so konfiguriert, geformt und bemessen ist, um zumindest einen Anteil der Welle 36 aufzunehmen. Demgemäß umgibt das Lagergehäuse 76 zumindest einen Anteil der Welle 36. Die Lagerbaugruppe 75 weist ferner eine nachgiebige, federbelastete Folienlagerauskleidung 78 auf, die in dem Lagergehäuse 76 angeordnet ist. Genauer ist die Auskleidung 78 in dem inneren Lagerhohlraum 77 angeordnet. Wenn sich die Welle 36 bei einer relativ hohen Drehzahl dreht, kann das Gas (wie Luft) zwischen der Welle 36 und der Auskleidung 78 strömen, wodurch die Auskleidung 78 weg von der Welle 36 getrieben wird. Das druckbeaufschlagte Gas, das die Auskleidung 78 und die Welle 36 trennt, wirkt als ein Schmiermittel, wodurch ein Verschleiß an der Welle 36 minimiert wird.
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Die Welle 36 ist derart konfiguriert, um eine Rotationsachse R zu rotieren, und kann sich entlang der Rotationsachse R ausdehnen. Wenn die Drehzahl der Welle 36 zunimmt, wird mehr Wärme in der Lagerbaugruppe 75 erzeugt. Um die Temperatur in der Lagerbaugruppe 75 zu verringern, weist die Turboladerbaugruppe 24 ein Lagerkühlsystem 84 auf, das derart konfiguriert ist, Kühlgase (wie einen Anteil 98 der Ansauggase 20) in die Lagerbaugruppe 75 zu liefern, um die Lagerbaugruppe 75 zu kühlen. Das Lagerkühlsystem 84 weist eine oder mehrere Kühlgasleitungen 90 auf, die dazu dienen, den Anteil 98 der Ansauggase 20 in das Luftlagergehäuse 76 zu kommunizieren. Um dies durchzuführen, koppeln die Kühlgasleitungen 90 den inneren Kompressorhohlraum 65 fluidtechnisch mit dem inneren Lagerhohlraum 77. Folglich können die Kühlgase (d.h. der Anteil 98 der Ansauggase 20) von dem inneren Kompressorhohlraum 65 in den inneren Lagerhohlraum 77 gelangen, um die Auskleidung 78 und andere Teile der Lagerbaugruppe 75 zu kühlen. Der Anteil 98 der Ansauggase 20 (d.h. die Kühlgase) können durch einen Abschnitt des inneren Zentralhohlraumes 74 gelangen, um den inneren Lagerhohlraum 77 zu erreichen.
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Die Kühlgasleitungen 90 können ähnliche oder verschiedene Konfigurationen oder Konstrukte aufweisen. Beispielsweise kann eine der Kühlgasleitungen 90 eine Kühlgasöffnung 92 definieren, die ihrerseits durch die Kompressorrückplatte 79 definiert ist. Die Kühlgasöffnung 92 kann sich durch die Kompressorrückplatte 79 erstrecken und dient dazu, den Anteil 98 der Ansauggase 20 (d.h. die Kühlgase) von dem inneren Kompressorhohlraum 65 zu dem inneren Lagerhohlraum 77 zu lenken. Wie hier verwendet ist, umfasst der Begriff „Öffnung“ ohne Beschränkung ein Loch, eine Durchbrechung, einen Kanal, eine Nut oder irgendeinen Typ von Struktur oder Pore, die in der Lage ist, Gase von dem inneren Kompressorhohlraum 65 zu dem inneren Lagerhohlraum 77 zu fördern. Bei der gezeigten Ausführungsform definiert die Kompressorrückplatte 79 eine Mehrzahl von Öffnungen 92, die in Fluidkommunikation mit dem inneren Kompressorhohlraum 65 und dem inneren Lagerhohlraum 77 angeordnet sind. Jede Kühlgasöffnung 92 kann sich entlang einer zentralen Öffnungsachse O ausdehnen, die schräg in Bezug auf die Rotationsachse R angewinkelt ist. Die Kompressorrückplatte 79 weist eine oder mehrere innere Rückplattenflächen 100 auf, die jeweils zumindest eine Kühlgasöffnung 92 definieren.
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Jede Kühlgasöffnung 92 kann im Wesentlichen zylindrisch sein und weist einen ersten Endabschnitt 94 und einen zweiten Endabschnitt 96 gegenüberliegend dem ersten Endabschnitt 94 auf. Der erste Endabschnitt 94 befindet sich näher zu dem Kompressorlaufrad 34 als der zweite Endabschnitt 96. Genauer kann der erste Endabschnitt 94 benachbart dem äußersten Laufradrand 88 angeordnet sein, so dass der Anteil 98 der Ansauggase 20, die den Abführabschnitt 82 verlassen, in die Kühlgasöffnung 92 eintreten können, während die verbleibenden Ansauggase 20 in die Kompressorspirale 98 eintreten. Im Betrieb treten die Kühlgase (d.h. der Anteil 98 der Ansauggase 20) in die Kühlgasöffnung 92 über den ersten Endabschnitt 94 ein und treten dann über den zweiten Endabschnitt 96 aus. Der zweite Endabschnitt 96 kann benachbart oder nahe der Lagerbaugruppe 75 angeordnet sein, so dass die Kühlgase in das Lagergehäuse 76 eintreten können.
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Zumindest ein Stück des ersten Endabschnitts 94 der Kühlgasöffnungen 92 kann den äußersten Laufradrand 88 überlappen. Demgemäß kann zumindest ein Teil der inneren Rückplattenfläche 100 den äußersten Laufradrand 88 überlappen. Die innere Rückplattenfläche 100 kann ein gekrümmtes Teil 102 an dem ersten Endabschnitt 94 aufweisen, um einen Eintritt des Anteils 98 der Ansauggase 20 in die Kühlgasöffnung 92 zu unterstützen. Das gekrümmte Teil 102 kann den Vorteil der Trägheit der entlang des Kompressorlaufrads 34 strömenden Ansauggase 20 aufweisen, um einen Eintritt des Anteils 98 der Ansauggase 20 in die Kühlgasöffnung 92 zu unterstützen. Somit ist das gekrümmte Teil 102 derart konfiguriert und geformt, um einen Eintritt des Anteils 98 der Einlassgase 20, die entlang des äußersten Laufradrandes 88 strömen, in die Kühlgasöffnung 92 zu unterstützen. Die Form des gekrümmten Teiles 102 kann so ausgelegt sein, die Gase, die von der Kompressorbaugruppe 28 genommen werden, zu minimieren, während ausreichend Gase bereitgestellt werden, um die Lagerbaugruppe 75 zu kühlen. Zumindest ein Stück des gekrümmten Teiles 102 kann den äußersten Laufradrand 88 überlappen. Wie oben diskutiert ist, wird, sobald der Anteil 98 der Ansauggase 20 in die Kühlgasöffnung 92 eintritt, ein derartiger Anteil 98 als Kühlgase bezeichnet. Die Kühlgase (d.h. der Anteil 98 der Ansauggase 20) strömen durch die Kühlgasöffnung 92 und in das Lagergehäuse 76 über den zweiten Endabschnitt 96. Wenn die Kühlgase durch das Lagergehäuse 76 strömen, kühlen die Kühlgase die Auskleidung 78, das Lagergehäuse 76 und andere Teile der Lagerbaugruppe 75. Wenn die Drehzahl der Welle 36 zunimmt, wird mehr Wärme in der Lagerbaugruppe 75 erzeugt. Da Kühlgase von der Kompressorbaugruppe 28 abstammen, werden, wenn die Drehzahl der Welle 36 zunimmt, mehr Kühlgase in die Lagerbaugruppe 75 geliefert.
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Nachdem die Kühlgase durch die Lagerbaugruppe 75 geströmt sind, können diese Kühlgase die Turboladerbaugruppe 24 durch irgendeine geeignete Leitung zur anschließenden Freisetzung an die Atmosphäre verlassen. Bei der gezeigten Ausführungsform können die Kühlgase die Turboladerbaugruppe 24 über eine oder mehrere Auslassleitungen 106 verlassen, die durch das Turbinengehäuse 52 definiert sind. Die Auslassleitungen 106 können in Fluidkommunikation mit dem Auslass 40, der Austragsleitung 42 oder beiden stehen (siehe 1).
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Die vorliegende Offenbarung betrifft auch beispielhafte Verfahren zum Kühlen der Luftfolienlagerbaugruppe 75. Dieses beispielhafte Verfahren kann ein Komprimieren des Einlassgases 20 unter Verwendung der Kompressorbaugruppe 28 umfassen. Wie oben diskutiert ist, weist die Kompressorbaugruppe 28 das Kompressorgehäuse 63, das Kompressorlaufrad 34, das in einem Kompressorgehäuse 63 angeordnet ist, sowie eine Kompressorrückplatte 79 auf, die mit dem Kompressorgehäuse 63 gekoppelt ist. Das Verfahren kann ferner ein Führen des Anteils 98 der Ansauggase 20, die entlang des äußersten Laufradrandes 88 strömen, in die Lagerbaugruppe 75 (wie eine Luftfolienlagerbaugruppe) über eine Kühlgasöffnung 92 umfassen, die sich durch die Kompressorrückplatte 79 erstreckt. Überdies kann das Verfahren ferner ein Führen des Anteils 98 der Ansauggase 20 durch das Lagergehäuse 76 der Lagerbaugruppe 75 umfassen, um die Lagerbaugruppe 75 zu kühlen.
