本发明涉及废气涡轮增压器的领域。
本发明涉及一种用于分离在废气涡轮增压器的容纳润滑油的轴承壳体内的润滑油流的装置和一种带有这样的装置的废气涡轮增压器。
废气涡轮增压器使用内燃机的废气，以为了压缩待供应给内燃机的燃烧用空气。通过燃烧用空气的预压缩或者增压，提高了充填量且因此也增加了在发动机的缸体中的燃料混合物，从而能够实现发动机的效率的明显的提升。就此而论所使用的废气涡轮增压器标准地由转子(该转子由涡轮叶轮(turbinenrad，有时候称为涡轮转子)、压缩机叶轮(verdichterrad，有时候称为压缩机转子)以及使这些构件相连接的轴组成)、轴承和固定的壳体件如涡轮壳体、压缩机壳体和容纳轴承的轴承壳体组合而成。
废气涡轮增压器的位于轴承壳体内的轴承标准地包括两个径向轴承和一个轴向轴承，润滑油通过为此设置的管路被供应以分别用于这些轴承的润滑。润滑油除了润滑功能外还相对于在涡轮壳体中存在的运行温度承担了冷却功能，该运行温度根据工作点能够达到直至600°c到1000°c。为了防止润滑油到达压缩机的或涡轮的邻接的壳体，轴承壳体具有相应的密封件如例如活塞环以及集油室系统。在集油室中收集的润滑油借助于重力导引到位于轴下面的油排出开口中。
背景技术：
废气涡轮增压器的涡轮能够提供为径流式涡轮，在该径流式涡轮中废气流基本上关于转子轴线以径向上来自外面的方式在涡轮叶轮的方向上导引，或实现为轴流式涡轮。在后者的情况下发动机的驱动涡轮的废气轴向地流向涡轮。废气首先同样在轴向的方向上通过涡轮壳体的在气流方向上位于轴流式涡轮的涡轮叶轮后面的气体出口导出。气体出口的相应的轴向伸延的区段围绕轴承壳体的联接到涡轮壳体处的部分。轴向延伸的涡轮壳体部分与轴的径向距离通过涡轮叶轮的半径预先确定。取决于该预先确定的径向距离，相比于压缩机侧的轴承壳体区域，更小的空间供联接到涡轮壳体处的轴承壳体区域使用。轴承壳体的与涡轮壳体相邻的部分因此沿着轴在朝向涡轮的方向上在其径向尺寸方面逐渐变细。这种逐渐变细影响在位于轴承壳体的区域中的轴承周围的空间情况且因此影响输送通过轴承的润滑油的流出可能性。
输送通过轴向轴承的润滑油的份额超过输送通过径向轴承的量。输送通过径向轴承的润滑油首先相对于轴基本上在轴向方向上从径向轴承中离开。与此相对，输送通过轴向轴承的润滑油的大部分以高的速度径向向外甩出且碰撞轴承壳体的周围的壁。轴向轴承相对于径向轴承的布置以及尤其在轴向轴承周围的空间情况在此影响油导出的可能性。
在下文参照轴承沿着带有轴流式涡轮的涡轮增压器的轴的布置，在其中在压缩机侧的径向轴承之后首先是轴向轴承且紧接着是涡轮侧的径向轴承。在轴承沿着轴的其它布置中例如在布置在压缩机侧的轴向轴承和在涡轮方向上紧接着沿着轴存在的径向轴承的情形下的布局中，在下文所描述的两个被影响的润滑油流的问题不以该形式出现。
在下文在使用术语在轴“之上”和“之下”时采用这样的坐标系，即在该坐标系中涡轮增压器竖立在水平面上且涡轮增压器的轴因此水平地伸延。用语“在…之上”和“在…之下”就此而论应关于竖向即通过重力给出的方向理解。在装配时涡轮增压器的实际的取向能够不同于之前所描述的水平的取向。
从图1中能够得出根据现有技术的带有轴流式涡轮3以及布置在压缩机侧的径向轴承12和涡轮侧的径向轴承13之间的轴向轴承14的涡轮增压器的示意性的构造。通过轴向轴承14输送到关于竖向位于轴11之上且位于轴向轴承14和涡轮侧的径向轴承13之间的空间中的润滑油尤其朝向轴承壳体10的壁甩出，所述壁在径向方向上限制了轴向轴承的区域。润滑油从该处沿着壁在涡轮侧的方向上流动。在该处润滑油撞击到涡轮侧的径向轴承13的支座上且最后以通过重力推动的方式流动到涡轮侧的径向轴承支座之下的逐渐变细的区域中。用于润滑油流的出流口或者排出口16典型地布置在压缩机侧的径向轴承12之下的区域中。到达到轴向轴承14和涡轮侧的径向轴承13之下的润滑油由于轴承壳体10的内壁的形状(所述内壁在压缩机2的方向上扩大，也就是说呈现出与轴变大的径向距离)又在重力推动的情况下在排出口16的方向上导引。
从轴向轴承14在涡轮侧的径向轴承13的方向上所运送的大量润滑油在涡轮侧的径向轴承的支座前导致构造由润滑油形成的帘幕(vorhang)。润滑油从位于该处的壳体壁以通过重力推动的方式流动到位于轴下面的区域中，且最后沿着扩大的壳体壁在排出口16的方向上引导。通过该润滑油流，从涡轮侧的径向轴承13输送的润滑油本身被阻止在排出口16的方向上流出。这导致在轴承壳体的涡轮侧上出现润滑油阻塞且能够导致相对于涡轮壳体的泄漏。由于在涡轮侧上的高的过程温度在润滑油阻塞时在涡轮壳体的直接邻近轴承壳体的区域中还能够出现积炭。
技术实现要素：
如在权利要求1到7中所定义的本发明的任务是给出一种装置，通过该装置在废气涡轮增压器的容纳润滑油的轴承壳体内在涡轮侧的径向轴承的支座处防止了润滑油阻塞且通过该装置改进了润滑油在涡轮侧的径向轴承的支座处的流出。本发明还涉及一种在权利要求8中所定义的带有该装置的废气涡轮增压器。
就本发明而论参照在轴承壳体内的承担了润滑功能的油。如果在下文使用术语油或油流，则这些术语可理解成与润滑油或润滑油流意思相同。
在根据本发明的装置中实现了至少在处于轴向轴承和涡轮侧的径向轴承之间的中间腔室的关于竖向位于轴之上的区域中提供了径向上从轴承壳体内壁伸入到中间腔室中的至少一个壁突出部。该至少一个壁突出部将中间腔室至少在其关于重力位于轴之上的区域中划分成与轴向轴承邻接的区域和与涡轮侧的径向轴承邻接的区域。通过该至少一个壁突出部能够将轴向轴承和涡轮侧的径向轴承的油流分开且因此阻止了油流的相互影响。轴向轴承的油流直接地转向到轴承壳体的从涡轮侧的径向轴承在轴向轴承的方向上偏移的区域中。通过轴向轴承的油流引起的涡轮侧的径向轴承的油流的阻挡或者阻塞能够由此减少且改进了涡轮侧的径向轴承的油流在油排出口的方向上的流出。因此尤其还提升了涡轮侧的轴密封件的效率，该轴密封件布置在涡轮侧的径向轴承的涡轮侧。
为了通过改进的油排出进一步提高涡轮侧的轴密封件的效率，能够与之前提到的壁突出部相组合附加地设置有轴向伸延的排出槽。该排出槽能够关于重力在轴轴线之上安置在轴承壳体壁中，该轴承壳体壁在涡轮侧的径向轴承的轴向伸展中包围涡轮侧的径向轴承。通过排出槽建立了在处于轴向轴承和涡轮侧的径向轴承之间的中间腔室和位于涡轮侧的径向轴承的涡轮侧的腔室之间的连接。排出槽通过以下方式用作附加的排出面，即通过排出槽将通过涡轮侧的径向轴承所输送的油的一部分从位于径向轴承的涡轮侧的腔室在处于轴向轴承和涡轮侧的径向轴承之间的中间腔室的方向上运送。因此排出槽使得通过涡轮侧的径向轴承所输送的油流的另外的分配成为可能。来自排出槽的油流通过伸出到在轴向轴承和涡轮侧的径向轴承之间的中间腔室中的壁突出部尤其与轴向轴承的油流分开且能够不由后者阻挡。
附图说明
下面根据附图示出且详细解释了根据本发明的用于分离油流的装置的实施例。在附图中带有相同作用的元件设有相同的参考符号。其中：
图1显示了根据现有技术的带有轴流式涡轮的废气涡轮增压器的示意图，该废气涡轮增压器的壳体沿着转子轴线被剖开，
图2显示了沿着轴的轴承组件以及周围的带有用于分离轴向轴承和涡轮侧的径向轴承的润滑油流的壁突出部的轴承壳体部件的示意性的截面图，
图3显示了根据图2的带有用于分离轴向轴承和涡轮侧的径向轴承的润滑油流的另外的壁突出部的示意性的截面图，且
图4显示了涡轮侧的径向轴承和轴承壳体的区域的等轴的截面图，该轴承壳体的区域在径向方向上围绕涡轮侧的径向轴承。
具体实施方式
图1显示了根据现有技术的废气涡轮增压器的示意性的截面图，该废气涡轮增压器带有压缩机2、轴承1、和轴流式涡轮3、带有固定的壳体部件(压缩机壳体20、轴承壳体10和涡轮壳体30)。压缩机叶轮21、涡轮叶轮31以及将压缩机叶轮和涡轮叶轮相互连接的轴11是废气涡轮增压器的转子的组成部分。轴11从容纳压缩机叶轮21的压缩机壳体20通过轴承壳体10引导到涡轮壳体30中，该涡轮壳体容纳涡轮叶轮31。此外作为废气涡轮增压器的可选的构件显示了过滤消声器22，该过滤消声器联接到压缩机壳体处且用于在废气涡轮增压器运行时在压缩机叶轮的位置处减弱了显著的声级。
在上面所提及的三个固定的壳体部件之间的由于转子穿过所引起的过渡部处存在密封装置。密封装置应该防止压缩机侧或涡轮侧的质量流由于在该处可能存在的较高的过程压力渗入到轴承壳体中。此外为了相对于压缩机侧或涡轮侧的质量流密封轴承壳体能够在轴承壳体中使用密封空气系统(sperrluftsytstem)。此外密封装置应该防止润滑油从轴承壳体离开进入到涡轮或压缩机中。在此润滑油用于润滑转子的轴承，但是还能够为了相对于涡轮侧高的工作温度的冷却目的而使用。
在图1中所示出的在轴承壳体10内的轴11的轴承具有压缩机侧的径向轴承12、涡轮侧的径向轴承13以及布置在两个径向轴承之间的轴向轴承14。这些轴承分别通过油输送管路15被供应润滑油。供应的润滑油借助于重力最后到达轴承壳体的内腔的关于竖向位于轴之下的区域。在该区域中在压缩机侧的径向轴承12之下布置有油排出口16。
涡轮增压器在涡轮侧具有实施为轴流式涡轮的涡轮3的气体进入壳体301以及气体离开壳体302。流向轴流式涡轮3和流出的废气的方向在图1中通过相应的箭头示出。通过气体离开壳体所定义的气体离开通道在气流方向上直接地在涡轮叶轮之后具有基本上轴向伸延的区段303。该区段在周缘上围绕轴承壳体的一部分且造成了轴承壳体的径向横截面在轴向的方向上从压缩机侧到涡轮侧逐渐变细。由此在轴向轴承14和涡轮侧的径向轴承13的区域中得到了在轴11和轴承壳体10的内壁之间的中间腔室17的相应的逐渐变细。
本发明的实施方式在图2中示意地示出。显示了轴承壳体10的一部分以及引导穿过的轴11、压缩机侧的径向轴承12、涡轮侧的径向轴承13和轴向轴承14的截面图。涡轮的气体离开壳体302在所示出的区域中在轴承壳体的径向尺寸方面限制了轴承壳体10，从而尤其中间腔室17在轴承壳体内在轴向上朝向涡轮逐渐变细。根据本发明的一种实施例设置有壁突出部40，该壁突出部在径向方向上从轴承壳体壁向内伸入到中间腔室17。壁突出部40能够至少在中间腔室17的关于竖向位于轴之上的部分中以部分环的形式构造，该部分环相应地部分环形地包围轴。以关于竖向进行测量的方式，部分环能够在与轴11的轴线a垂直的平面内例如分别在+35°到-35°、+45°到-45°或+55°到-55°的角度范围上延伸。
对于壁突出部40的形状的另一(未示出的)选择在于完全包围轴的也就是说完整地围绕轴引导的环状的壁突出部。环状的壁突出部在此在中间腔室17的位于轴11之上的区域中与轴承壳体壁连接。在中间腔室17的位于轴11之下的区域中环状的壁突出部不允许导致油流的再次的阻拦，该油流以来自涡轮侧的径向轴承13的方式在油排出口的方向上流动到压缩机侧的径向轴承12之下。对此能够至少在轴11之下的区域的一部分中在环状的壁突出部的外边缘和轴承壳体的关于重力布置在环状的壁突出部的外边缘之下的壁局部之间提供间距。换言之在位于轴之下的区域中在壁突出部和轴承壳体壁之间应该至少不存在连续的连接。尤其在轴承壳体壁的在壁突出部之下且关于重力位于最下面的点的区域中在轴承壳体壁和环状的壁突出部之间设置有间距。因此能够保证油流从涡轮侧的径向轴承13在油排出口的方向上没有阻拦地排出。此外能够有利的是，环状的壁突出部的位于轴11之下的区域关于竖向在压缩机的方向上倾斜。在该情况下从轴流式涡轮所输送的碰撞到环状的壁突出部上的油已经通过壁突出部的倾斜的部分在油排出口的方向上偏转。通过从壁突出部的倾斜的区域在油流出口的方向上流动的油流能够对于来自涡轮侧的径向轴承的油流产生有利的吸力作用。该吸力作用能够导致油的进一步改进的流出，该油通过涡轮侧的径向轴承13在流出口的方向上流动。
在壁突出部40的面向轴的面f和轴11之间设置有径向间距，从而轴11在其旋转行为上未由壁突出部40妨碍。通过带有之前所描述的特性的壁突出部40能够阻碍通过轴向轴承14运送到位于轴11之上的中间腔室17中的润滑油的大部分到达涡轮侧的径向轴承13的支座。代替地，该润滑油能够在壁突出部40的面向轴向轴承14的端面41处借助于重力排出。由此该润滑油能够直接地流动到中间腔室17的位于轴之下的区域中，该区域相对于在涡轮侧的径向轴承13的支座处的强烈逐渐变细的区域具有较大的径向横截面。通过涡轮侧的径向轴承13所输送的润滑油流在该情况下不再直接在涡轮侧的径向轴承支座处碰撞来自轴向轴承14侧的在体积方面大得多的油流。由此以有利的方式实现了两个润滑油流的分离。该分离导致在润滑油在油排出口的方向上更好的流出且使得避免在轴承壳体的涡轮侧的密封局部处由于油阻塞引起的不密封性。
为了进一步改进通过轴向轴承14输送的润滑油在壁突出部40的端面41处的排出，壁突出部或者端面41能够具有特别平滑的或者施加了覆层的表面。
在图3中示出了根据本发明的另一实施例。轴承壳体的所显示的片段相应于上文所描述的图2的片段。对于图2中所显示的壁突出部40附加地示出了另一壁突出部42，该另一壁突出部42相比于壁突出部40布置成在轴向上朝着轴向轴承14偏移。该第二壁突出部42也能够实施为径向伸入到中间腔室17中的部分环，该部分环至少部分地围住轴。部分环状的第二壁突出部在与轴的轴线a垂直的平面内延伸的角度范围相应于第一部分环状的壁突出部40在相应的平行的平面中延伸的角度范围。但也可行的是，第二壁突出部42延伸的角度范围布置成与第一壁突出部延伸的角度范围偏移。第一壁突出部40以及第二壁突出部42还能够实施为圆环部段的形状，所述圆环部段在一定的角度范围内中断。例如第二壁突出部42能够在与轴11的轴线a垂直的平面中以从竖向进行测量的方式构造在-45°和45°之间且因此能够覆盖90°的角度区域。第一壁突出部能够以带有两个部分段的中断的圆环部段的形状构造。两个部分段能够在与轴11的轴线a垂直的平面中以从竖向进行测量的方式在例如30°到80°和-80°到-30°的角度区域中延伸。因此在该示例中通过两个部分段中的每个分别覆盖50°的角度范围。也可行的是，两个壁突出部的一个以上文所描述的环状的也就是完全包围轴的壁突出部的形状提供。此外两个壁突出部能够作为环状的壁突出部提供。如下面所描述的那样，通过第一个壁突出部和第二壁突出部的这样的配置能够造成从轴向轴承所输送的润滑油的量的另外的分配。
如在图3中示出的那样，在轴11和第二壁突出部42的面向轴的侧边之间的径向间距能够此外选择比在第一壁突出部40的情况下的相应的间距大。通过两个壁突出部的这样的布置从轴向轴承14所输送的润滑油(该润滑油甩出到轴承壳体的关于竖向位于轴11的轴线a之上的壁局部处)能够首先碰撞到第二壁突出部42上且在该处排出。油的一部分滴落到轴上且因此再次在尤其径向方向上甩出到中间腔室17的壁处。尤其油还甩出到在第二壁突出部42和在径向方向上进一步伸入到中间腔室17的第一壁突出部40之间的壁局部处。油能够在第一壁突出部的排出面41处排出到中间腔室17的位于轴之下的部分中。在第一壁突出部40的面向轴的侧边f之间的径向间距能够在此如此选择，即使得油从排出面41滴落到轴上的油不能够甩出到中间腔室172的邻接涡轮侧的径向轴承14的区域中。
通过对于第一壁突出部40附加地增加了第二壁突出部42能够实现通过轴向轴承所输送的润滑油的另外的分配。轴向轴承的润滑油流的分配也许能够通过第一壁突出部和第二壁突出部的设计方案的合适的组合进一步改进。这能够例如通过两个壁突出部的上文描述的组合发生，在该组合中第一壁突出部或第二壁突出部实施为带有两个部分段的中断的圆环部段的形状。
如在第一壁突出部40的端面41的情况中那样，第二壁突出部42的端面43能够具有特别平滑的或者施加有覆层的表面且因此使得改进的润滑油排出成为可能。
如在图3中示出的那样，通过第一壁突出部40且通过第二壁突出部42至少在中间腔室17的区域内在轴11之上使中间腔室17的一共三个部分区域彼此分隔开。中间腔室17的第一部分区域171在其轴向伸展方面由轴向轴承14和第二壁突出部42限制。中间腔室的第二部分区域172在其轴向伸展方面由第一突出部40和涡轮侧的径向轴承13的支座限制。最后通过第一壁突出部和第二壁突出部给出第三部分区域173的轴向伸展的限制。
此外与关联图2和图3所描述的本发明的实施例之一相结合能够设置轴承壳体在涡轮侧的径向轴承13的支座处的配置，如在图4中所示出的那样。图4以从涡轮侧观察的方式显示了涡轮侧的径向轴承13以及周围的轴承壳体101的一部分的示意性的等轴的截面图。在轴承壳体101中在轴的轴线a之上存在至少一个基本上相对于轴轴向地伸延的排出槽50。排出槽50是用于在涡轮侧联接到涡轮侧的径向轴承支座处的腔室和中间腔室17的部分区域172之间的润滑油流的流体连接。尤其在图4中示出了两个排出槽50。在此所示出的两个排出槽50中的一个关于重力布置在轴的轴线a之上，两个排出槽50中的另一个关于重力布置在轴的轴线a之下。排出槽50布置在构造为环的轴承壳体区域101之内，该轴承壳体区域围住涡轮侧的径向轴承13。以从竖向进行测量的方式，排出槽能够在与轴的轴线a垂直的平面中分别布置在25°到70°或者-25°到-70°以及115°到160°或者-115°到-160°的角度范围中。尤其地能够对于所示出的两个排出槽附加地在轴承壳体区域101中布置另外的排出槽。还能够例如只在位于轴的轴线a之上的轴承壳体区域101中布置排出槽50，或相应地只在位于轴的轴线a之下的轴承壳体区域中布置排出槽50。
为了使借助于重力通过排出槽在中间腔室17的部分区域172的方向上引出润滑油变得容易，能够设置至少一个槽50朝向中间腔室172的相应的(未示出的)倾斜。也可行的是，为了使润滑油流入到排出槽50变得容易，在涡轮侧联接到涡轮侧的径向轴承13的腔室在排出槽的区域中附加地在轴向和径向方向上扩大。
在如图3中示出的那样带有第一壁突出部和两个壁突出部40，42的配置的情形中，此外能够通过排出槽50提供润滑油排出到中间腔室17的在涡轮侧的径向轴承13和第一壁突出部40之间的部分区域172中。此外在该情况下能够通过第二排出槽50提供润滑油排出到在第一壁突出部和第二壁突出部之间的部分区域173中。
参考符号列表
1轴承
10轴承壳体
11轴
12压缩机侧的径向轴承
13涡轮侧的径向轴承
101在涡轮侧的径向轴承的支座处的轴承壳体
14轴向轴承
15油输送管路
16油排出口
17中间腔室
171中间腔室的分隔开的/轴向轴承侧的第一部分区域
172中间腔室的分隔开的/径向轴承侧的第二部分区域
173中间腔室的分隔开的第三部分区域
2压缩机
20压缩机壳体
21压缩机叶轮
22过滤消声器
3轴流式涡轮
30涡轮壳体
31涡轮叶轮
301气体进入壳体
302气体离开壳体
303气体离开壳体的轴向伸延的区段
40第一壁突出部
41第一壁突出部的排出面/轴向轴承侧的端面
42第二壁突出部
43第二壁突出部的排出面/轴向轴承侧的端面
a轴的轴线
f第一壁突出部的面向轴的面
f'第二壁突出部的面向轴的面
50排出槽