DE3235538A1

DE3235538A1 - Exhaust turbocharger for internal combustion engines

Info

Publication number: DE3235538A1
Application number: DE19823235538
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt Dommes; Wilfried Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Gerwig
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1982-09-25
Filing date: 1982-09-25
Publication date: 1984-03-29

Abstract

The invention relates to an exhaust turbocharger for internal combustion engines, with a housing in which a shaft bearing a turbine impeller is rotatably mounted, which housing is formed by an inner hub part and an outer housing part, the hub part being arranged so as to project freely towards the turbine impeller, at least approximately from the middle of the housing onwards, and the housing being of open construction on the turbine side and being closed off by a cover, the said turbocharger being in accordance with Patent Application P 3217636.8. In order to reduce further the risk of coke deposition and a temperature-dependent ageing of the lubricating oil in the region of the cover, the cover is thermally insulated on the inner side of its wall. The thermal insulation can be provided by a ceramic layer or by the insertion of a shell which forms a free annular space. The surface temperatures of the shell can be additionally reduced by controlled introduction of a coolant into the free annular space.

Description

Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen Exhaust gas turbochargers for internal combustion engines

Zusatz zu Patentanrneldung P 32 17 636.8 Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen geääß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Addition to patent application P 32 17 636.8 The invention relates to a Exhaust gas turbocharger for internal combustion engines according to the preamble of the claim 1.

Mit dem gattungsgemäßen Abgasturbolader kann bereits eine wesentliche Absenkung der Beharrungstemperaturen im turbnenseitigen Dichtungskereich und eine Verminderung der biverkokung sowie des Nachheizens im Gehäuse von der Turbinenseite her erzielt werden. Als kritisch bei hohen Lasten der Brennkraftaaschine und damit verbundenen, hohen Temr peratureinwirkungen hat sich jedoch noch die Innenwand des Deckels erwiesen, an der noch immer eine hohe Temperaturbeanspruchung des Schmieröles auftritt. Auch über die Lagerung der Welle, insbesondere über die turbinenseitige Lagerung, kann noch eine nicht zu vernachlässigende Aufheizung des Schmieröles erfolgen.With the generic exhaust gas turbocharger, an essential Lowering of the steady-state temperatures in the turbine-side sealing area and a Reduction of bivocoking and reheating in the housing from the turbine side can be achieved forth. As critical at high loads of the internal combustion engine and thus associated, high temperature effects, however, still has the inner wall of the Lid proved that the lubricating oil is still exposed to high temperatures occurs. Also on the bearing of the shaft, especially on the turbine side Storage, the lubricating oil can still be heated up which cannot be neglected.

Auf gabe der Erfindung ist es deshalb, den Abgasturbolader gemäß dem Hauptpatent in Bezug zu den angeführten Beobachtungen weiter zu verbessern.On task of the invention is therefore to use the turbocharger according to the To further improve the main patent in relation to the observations mentioned.

Diese Auf gabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 erzielt. Wie sich gezeigt hat, kann durch diese Maßnahme nochmals eine wesentliche Absenkung der temperaturabhängigen Belastung des Schmieröles erzielt und damit eine frühzeitige Alterung oder Verkokung des Schmieröles ausgeschlossen werden.This task is according to the invention with the characterizing features of claim 1 achieved. As has been shown, this measure can Another significant reduction in the temperature-dependent load on the lubricating oil and thus premature aging or coking of the lubricating oil is excluded will.

Zweckmäßigerweise kann die innere Wand des Deckels mit einer wärmeisolierenden Schicht, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, überzogen werden. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, daß sie ohne konstruktive Änderungen an einem vorhandenen Abgasturbolader vollziehbar ist.Appropriately, the inner wall of the lid with a heat insulating Layer, for example made of a ceramic material, are coated. One Such training has the advantage that it can be used without structural changes to one Existing exhaust gas turbocharger executable is.

Eine noch wirksamere Wärmeisolierung kann durch die Merkmale des Patentanspruches 3 erzielt werden. Die Schale berührt den Deckel nur an ihren endseitigen Bereichen, so daß aufgrund des freien Ringraumes im wesentlichen nur eine Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt. Die Festlegung der Schale innerhalb des Deckels kann zweckääßigerweise entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 4 vollzogen werden.An even more effective thermal insulation can be achieved through the features of the patent claim 3 can be achieved. The bowl only touches the lid at its end areas, so that essentially only a heat transfer due to the free annular space occurs through radiation. The definition of the shell within the lid can expediently be carried out according to the features of claim 4.

Eine weitere, wesentliche Verbesserung der Wärmeisolierung kann gemäß Patentanspruch 5 erzielt werden, weil durch die Kühlung des Ringraumes zusätzliche Wärme abgeführt und dementsprechend die Temperatur der Schale weiter gesenkt werden kann. Durch die Merkmale des Patentanspruches 6 wird eine gleichmäßige Kühlung der Schale über deren gesatte axiale Länge erzielt. Zweckmäßigerweise können die Leitwände durch das Vorsehen von Sicken im Deckel oder in der Schale hergestellt werden.Another significant improvement in thermal insulation can be according to Claim 5 can be achieved because additional cooling of the annular space Heat dissipated and accordingly the temperature of the shell can be further reduced can. The features of claim 6 is a uniform cooling of the Shell achieved over its full axial length. Appropriately, the baffles by providing beads in the lid or in the bowl.

Die Durchströmung des Ringraumes zwischen dem Deckel und der Schale durch das Kühi'um, insbesondere durch Kühlluft, kann beispielsweise mittels einer separaten Pumpe oder durch Anzapfen einer bereits vorhandenen Druckmittelquelle erfolgen. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung gemäß Patentanspruch 8 vorgeschlagen, nach der die Kühlluft stromab des Verdichters von der Ladeluft abgezweigt wird. Die an der Abführöffnung wieder austre gende Kühlluft kann entweder wieder sturz auf des Verdichters in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine eingeleitet, durch Austritt innerhalb des Gehäuses des Abgasturboladers mit dem Entlüftungssystem der Brennkraftmaschine abgebaut oder aber einfach an die Atmosphäre abgegeben werden.The flow through the annular space between the lid and the bowl through the Kühi'um, in particular through cooling air, for example by means of a separate pump or by tapping an existing pressure medium source take place. However, an embodiment according to claim 8 is preferably proposed, after which the cooling air is branched off from the charge air downstream of the compressor. The cooling air emerging again at the discharge opening can either fall again initiated on the compressor into the intake line of the internal combustion engine Exit inside the housing of the exhaust gas turbocharger with the ventilation system of the Internal combustion engine dismantled or simply released into the atmosphere.

Eine weitere Veringerung der Gehäusetemperaturen und der Nachheizung im Stillstand der Brennkraftmaschine kann durch die Merkmale des Patentanspruches 9 verwirklicht werden.A further reduction in the housing temperatures and the after-heating when the internal combustion engine is at a standstill, the features of claim 9 be realized.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mit weiteren Einzelheiten naher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen erfindungsgemäßen, auf der Turbinenseite im Langsschnitt dargestellen Abgasturbolader, Fig. 2 den Deckel mit der eingesetzten Schale in vergrößerter Darstellung und Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III - III der Fig. 2.The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail with further details. The drawing shows in Fig. 1 an inventive, exhaust gas turbocharger shown in longitudinal section on the turbine side, FIG. 2 the cover with the shell inserted in an enlarged view and FIG. 3 shows a cross section according to line III - III of FIG. 2.

Der Abgasturbolader 2 weist ein Gehäuse 4 auf, welches sich aus einem Gehäuseteil 6 und einem Nabenteil 8 zusammensetzt. Im Nabenteil 8 ist über 1agerbüchsen 10, 12 eine Welle 14 drehbar gelagert, welche einerseits ein nicht dargestelltes Verdichterrad und andererseits ein Turbinenlaufrad 16 trägt. Das Verdichterrad sitzt in bekannter Weise in einem an dem Gehäuse 4 befestigten Spiralgehäuse 18.The exhaust gas turbocharger 2 has a housing 4, which consists of a Housing part 6 and a hub part 8 composed. In the hub part 8 is over 1 bearing bushes 10, 12 a shaft 14 rotatably mounted, which on the one hand a not shown Compressor wheel and on the other hand a turbine wheel 16 carries. The compressor wheel is seated in a known manner in a spiral housing 18 fastened to the housing 4.

Der Gehäuseteil 6 ist zum Twtinenlaufrad 16 hin offen ausgebildet und endseitig mit einem radial abragenden, umlaufenden Flansch 20 versehen. Das Nabenteil 8 ist etwa ab der senkrechten Gehäusemitte (Mittellinie 22) frei zur Turbinenseite abragend ausgebildet, wodurch sich ein zwischen dem Gehäuseteil 6 und dem Nabenteil 8 freier Ringraum 24 ergibt. In diesen Ringraum 24 erstreckt sich mit Abstand sowohl zum Gehäuseteil 6 als auch zum Nabenteil 8 die Umfangswand 26 eines topfförmigen Deckels 28, welcher am Randbereich bei 30 mit Pressitz im Gehäuseteil 6 gehalten ist. Der Berüfuungsbereich zwischen dem Deckel 28 und dem Gehäuseteil 6 liegt etwa in der Gehäusemitte 22.The housing part 6 is designed to be open towards the twin impeller 16 and provided at the end with a radially protruding, circumferential flange 20. That Hub part 8 is free to the turbine side approximately from the vertical housing center (center line 22) formed protruding, whereby a between the housing part 6 and the hub part 8 free annular space 24 results. In this annular space 24 extends at a distance both to the housing part 6 and to the hub part 8, the peripheral wall 26 of a cup-shaped Cover 28, which is held at the edge area at 30 with a press fit in the housing part 6 is. The contact area between the cover 28 and the housing part 6 is approximately in the middle of the housing 22.

In der radial verlaufenden Wand des Deckels 28 ist eine Bohrung 32 eingebracht, durch die die Welle 14 hindurchragt und über Dichtringe 34 abgedichtet ist.A bore 32 is located in the radially extending wall of the cover 28 introduced through which the shaft 14 protrudes and sealed by sealing rings 34 is.

Das Turbinenlauirad 16 ist von einem Turbinengehäuse 36 umschlossen, welches mittels Klenmscheiben 38 und Schraubverbindungen 40 mit dem Gehäuseteil 6 verbunden ist. Zwischen dem Flansch 20 und dem Turbinengehäuse 36 ist ein Hitzeschild 46 eingespannt. Der Hitzeschild 46 schirmt den Deckel 28 unmittelbar gegen die das Turbinenlaufrad 16 beaufschlagenden Abgase ab.The turbine impeller 16 is enclosed by a turbine housing 36, which by means of clamping disks 38 and screw connections 40 with the Housing part 6 is connected. A heat shield is located between the flange 20 and the turbine housing 36 46 clamped. The heat shield 46 shields the cover 28 directly against the Turbine impeller 16 from acting exhaust gases.

Im Gehäuse 4 sind nicht näher bezeichnete Kanäle zum Zu- und Abführen von Schmieröl zu den Lagerbüchsen 10, 12 vorgesehen.In the housing 4 are unspecified channels for supply and discharge of lubricating oil to the bearing bushes 10, 12 is provided.

Der Deckel 28 besteht aus einem relativ dickwandigem Gußteli, welches die von der Welle 14 über die Dichtringe 34 abströeende Wäre schnell an den kühleren Bereich bei 30 des Gehäuses 4 ableitet.The cover 28 consists of a relatively thick-walled Gußteli, which the outflowing from the shaft 14 via the sealing rings 34 would quickly reach the cooler one Area at 30 of the housing 4 derives.

In den Deckel 28 ist mit Abstand eine dünnwandige Schale 60 aus Blech eingesetzt, wodurch ein zwischen den Wanden des Deckels 28 bzw. der Schale 60 freier Ringraum 62 gebildet ist. Die Schale 60 ist einerseits durch eine umlaufende Ringschulter 64 in den Deckel 28 gehalten und stützt sich an ihrer stirnseitigen Wand mit einer kreisförmigen Öffnung an einem ringförmigen, axialen Vorsprung 66 des Deckels 28 ab. Wie ersichtlich ist,-kann durch die flächenmäßig sehr geringe Berührung zwischen dem Deckel 28 und der Schale 60 im wesentlichen nur ein verschlechterter (iarmedbergang durch Strahlung erfolgen.In the cover 28 is a thin-walled shell 60 made of sheet metal at a distance inserted, whereby a between the walls of the lid 28 and the shell 60 is freer Annular space 62 is formed. The shell 60 is on the one hand by a circumferential ring shoulder 64 held in the cover 28 and is supported on its front wall with a circular opening on an annular, axial projection 66 of the cover 28 away. As can be seen, the very little contact between the lid 28 and the shell 60 essentially only a deteriorated (armed transition done by radiation.

In das Gehäuseteil 6 sowie in überdeckung in die Umfangswand des Deckels 28 ist eine Zuführöffnung 68 sowie eine Abführöffnung 70 eingearbeitet, welche öffnungen etwa diametral gegenüberliegen und in den Ringraum 62 einmünden. Die Zuführöffnung 68 ist über eine gestrichelt dargestellte Leitung 72 mit dem Verdichter stromab des Verdichterlaufrades verbunden, wodurch der Ringraum 62 mit Ladedruck beaufschlagt wird. Die aus der Abführöffnung 70 ausströmende Kühl luft wird mittels der gestrichelt dargestellten Leitung 74 mit einem dazwischengeschalteten Rückschlagventil 76 stramab der Abgasturbine in den AbgasW2kt eingeleitet. Es versteht sich, daß die beiden Leitungen 72, 74 gegebenenfalls in das Gehäuse 4 des Abgasturboladers integriert sein können.In the housing part 6 and in overlap in the peripheral wall of the cover 28, a feed opening 68 and a discharge opening 70 are incorporated, which openings are approximately diametrically opposite and open into the annular space 62. The feed opening 68 is downstream of the compressor via a line 72 shown in dashed lines of the compressor impeller connected, whereby the annular space 62 is acted upon with boost pressure will. The cooling air flowing out of the discharge opening 70 is shown in dashed lines by means of the line 74 shown with an interposed check valve 76 stramab the exhaust gas turbine introduced into the exhaust gas plant. It goes without saying that the two Lines 72, 74 optionally integrated into the housing 4 of the exhaust gas turbocharger could be.

Durch das Rückschlagventil 76 soll bei einem den Ladedruck übersteigenden Abgasdruck ein RUckströmen heißer Abgase verhindert werden.The check valve 76 is intended to be used in the event of a pressure exceeding the boost pressure Exhaust gas pressure, a backflow of hot exhaust gases can be prevented.

In die Umfangswand der Schale 60 (siehe Fig. 2 und 3) sind im Bereich der Zu- und Abführöffnung 68, 70 axial verlaufende Sicken 78, 80 eingeformt, welche im Sinne von lait wänden eine vermehrte Leitung von Kühlluft in axialer Richtung bis zum stirnseitigen Bereich der Schale 60 bewirken und somit eine gleichmäßige Umströmung der Schale 60 und der Kolbenringpartie sicherstellen.In the peripheral wall of the shell 60 (see FIGS. 2 and 3) are in the area the supply and discharge opening 68, 70 axially extending beads 78, 80 formed, which in the sense of lait walls, an increased conduction of cooling air in the axial direction cause up to the frontal area of the shell 60 and thus a uniform Ensure that there is flow around the shell 60 and the piston ring section.

Die welle 14 ist im Bereich der Lager 10, 12 mit einer Oberflächenbeschichtung 82 aus Keramik versehen, wodurch auch der W'anr'übergang von der Welle 14 über die Lager 10, 12 auf das Nabenteil 8 des Gehäuses 4 vermandext ist.The shaft 14 is in the area of the bearings 10, 12 with a surface coating 82 made of ceramic, whereby the W'anr'übergang from the shaft 14 over the Bearing 10, 12 is screwed onto the hub part 8 of the housing 4.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise können sowohl der Deckel 28 als auch die Schale 60 aus einem dünnwandigem Blechteil geformt und durch Verpressen oder Schweißen miteinander verbunden sein. Die Sicken 78, 80 oder entsprechende itwände können auch an dem äußeren Deckel 28 angebracht werden.It goes without saying that the invention does not apply to the illustrated embodiment is limited. For example, both the lid 28 and the tray 60 Formed from a thin-walled sheet metal part and pressed or welded together be connected. The beads 78, 80 or corresponding it walls can also be attached to the outer cover 28 are attached.

Anstelle der Schale 60 kann an der inneren Wandseite des Deckels 28 eine wärmeisolierende Schicht, z. B. aus Keramik oder Plasma aufgebracht sein.Instead of the shell 60, on the inner wall side of the cover 28 a heat insulating layer, e.g. B. made of ceramic or plasma.

Claims

Claims Addition to patent application P 32 17 636.8 1. Exhaust gas turbocharger for internal combustion engines, with a housing in which a turbine wheel is supported Shaft is rotatably mounted, which housing consists of an inner hub part and a outer housing part is formed, the hub part at least approximately from the middle of the housing Arranged freely protruding from the turbine runner and the housing open on the turbine side is executed and is closed by a lid in which the -turSinenseiige. Shaft seal is arranged, as well as with a between the turbine impeller and the cover arranged heat shield, which together with a turbine housing is attached to the housing, according to patent application P 32 17 636.8, d a -d u r c h g e it is not indicated that the cover (28) is thermally insulated on its inner wall side is 2. Akgas turbocharger according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the cover (28) on its inner wall side with a heat insulating Layer like ceramic is coated.

3. AbgasturbDlader according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a bowl (60) is inserted in the cover (28) in such a way that a free annular space (62) is formed between the cover (28) and the shell (60).

Exhaust gas turbocharger according to Claims 1 and 3, d a d u r c h g e -k It is noted that the shell (60) is on the one hand supported by an annular shoulder (64) and on the other hand on an annular projection (66) on the bore for the passage the shaft (14) is held in the cover (28).

5. exhaust gas turbocharger according to claims 1, 3 and 4, d a d u r c h g e k e n n n n e i n e t that in the annular space (62) an inlet and outlet opening (68 or 70) are provided for a cooling medium.

6. exhaust gas turbocharger according to claim 5, d a d u r c h gek e n n -z e i c h n e t that in the annular space (62) guide walls (beads 78, 80) for a targeted Cooling medium flow are arranged.

7. Exhaust gas turbocharger according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the guide walls by axially extending beads (78, 80) in the peripheral wall the shell (60) are formed.

8. Exhaust gas turbocharger according to claims 5-7, d a d u r c h g e -k It is noted that the feed opening (68) stramab des with the compressor Compressor impeller is connected.

9. The exhaust gas turbocharger according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i -c h n e t that at least the turbine-side bearing area of the turbine wheel (16) supporting shaft (14) covered with a heat insulating layer (82) such as ceramic is.