KR100485710B1

KR100485710B1 - 액셜미끄럼베어링및이의작동방법

Info

Publication number: KR100485710B1
Application number: KR1019970052190A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 로스; 쟝-이브 베로; 라이문트 우흘랍
Original assignee: 에이비비 슈바이쯔 아게
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-10-11
Publication date: 2005-06-16
Also published as: CZ292032B6; JPH10121977A; EP0840027B1; CN1188192A; DE59705874D1; EP0840027A2; JP2929533B2; CZ319297A3; EP0840027A3; KR19980032748A; DE19641673A1; CN1071863C; DE19641673B4; US6024495A

Abstract

본 발명의 목적은 마모를 줄이고 이에 따라 액셜 미끄럼 베어링의 수명을 연장시킬 수 있는 간단하고 비용면에서 효과적인 방안을 제시하는 것이다. 이러한 목적으로, 고정 베어링 몸체 (20) 와 회전 베어링 칼러 (19) 사이에 배치되는 윤활 틈새 (25, 25′) 의 프로파일드 환상표면 (24, 24′) 이 축 (14) 을 중심으로 또는 이 축과 함께 회전하도록 되어 있다. 상기 환상표면은 반경방향으로 배치된 다수의 윤활유 그루브 (26, 26′) 와 원주방향으로 이들 그루브에 연결된 웨지표면 (27, 27′) 을 갖고 있다. 각 웨지표면 (27, 27′) 및 이에 인접한 윤활유 그루브 (26, 26′) 사이에는 캣치면 (28, 28′) 이 형성된다. 상기 윤활유 그루브 (26, 26′) 와 웨지표면 (27, 27′) 은 반경방향 외측에서 시일링 웨브 (29, 29′) 에 의해 한정된다. 상기 윤활유 그루브 (26, 26′) 의 영역에서 상기 시일링 웨브 (29, 29′) 는 윤활유 그루브와 베어링 하우징 (17) 의 방향으로 열려 있는 오염물 그루브 (30, 30′) 를 갖는다. 이렇게 해서, 조대하게 정화된 윤활유 (3) 에 포함되어 있는 큰 오염물 입자들은 윤활 틈새 (25, 25′) 에 도달하기 전에 원심력으로 방출되게 된다.

Description

액셜 미끄럼 베어링 및 이의 작동방법{AXIAL SLIDING BEARING AND METHOD FOR OPERATING THE BEARING}

본 발명은, 내연기관에 연결되며, 필터에서 조대하게 정화된 윤활유를 상기 내연기관의 윤활유 회로를 통해 공급받는 배기가스 터보챠저의 축을 장착하기 위한 액셜 미끄럼 베어링 (axial sliding bearing) 으로서, 이 베어링은 베어링 하우징에 견고하게 연결되는 베어링 몸체와, 상기 축과 함께 회전하는 베어링 칼러 및, 상기 베어링 몸체와 베어링 칼러 사이에 형성되는 하나 이상의 윤활 틈새로 구성되며, 이 윤활 틈새는 프로파일드 환상표면과 평면 미끄럼면으로 이루어지고 또한 오일 피드에 연결되는, 액셜 미끄럼 베어링 및 이 베어링의 작동방법에 관한 것이다.

유체역학적 미끄럼 베어링이 터보챠저를 장착하는데 자주 사용된다. 일반적으로, 고정 세그먼트 베어링이 액셜 미끄럼 베어링으로 사용되고 있다. 이들 베어링은, 베어링 하우징에 견고히 연결되며 프로파일드 환상표면을 갖는 베어링 몸체 및 소위 베어링 칼러의 평면 미끄럼면으로 구성되며, 이 미끄럼면은 축과 함께 회전하게 된다. 프로파일드 측면에는 반경방향으로 형성된 다수의 윤활 그루브 및 이에 대응하는 웨지와 캣치 루핑면이 있다 (독일특허 A1 32 44 893 호 참고). 상기 측면은 베어링 칼러에 설치될 수 있다.

터보챠저가 작동하면, 하중을 지지하는 유체역학적 윤활막이 윤활유의 전단흐름에 의해 평면 미끄럼면과 프로파일드 환상표면 사이에 형성된다. 이 윤활막의 두께는 베어링 하중에 영향을 받으며, 고압의 조건인 경우에는 약 20㎛ 로 매우 작을 수 있다.

일반적으로, 위와 같은 액셜 미끄럼 베어링의 윤활은 터보챠저에 연결된 내연기관의 윤활 시스템에 의해 이루어진다. 이 경우, 비교적 큰 윤활유 스트림이 조대하게만 여과되는데, 즉 약 35 내지 50 ㎛ 의 메시폭으로 여과된다. 그러나, 높은 회전속도와 좁은 윤활틈새 때문에, 터보챠저는 더욱 미세한 농도의 윤활유를 필요로 하게 된다. 터보챠저에 대한 개별적인 여과는 일반적으로 불가능하거나 너무 복잡하므로 비교적 많은 비용이 소요된다 (독일특허 A1 44 11 617 호 참고).

고압의 조건인 경우에는, 특히 애셜 미끄럼 베어링에서 최소 윤활막 두께는 엔진 필터를 통과하는 최대 오염물 입자 보다 작을 수 있다. 이것은 특히 웨지표면의 베어링면의 조기마모를 일으킬 수 있다. 그러나, 베어링의 필요한 웨지표면이 그의 최소값 밑으로 떨어지면, 그 베어링은 더 이상 신뢰성 있게 작동하지 못하게 된다. 이 경우, 베어링의 수명은 빨리 끝나께 된다. 그러므로, 터보챠저의 액셜 미끄럼 베어링은 마모가 잘 되는 구성요소인 것이다.

DD 49, 087 호에는 터보기계용 액셜 미끄럼 베어링이 개시되어 있는데, 이 베어링은 베어링 하우징에 견고히 연결된 베어링 몸체, 축과 함께 회전하는 베어링 칼러 및 이들 베어링 몸체와 베어링 칼러 사이에 형성된 윤활틈새로 구성되어 있다. 이 윤활틈새는 축을 중심으로 회전하는 프로파일드 환상표면과 고정 평면 미끄럼면 사이에 형성되어 있다. 환상표면에는 반경방향으로 형성된 다수의 윤활유 그루브 및 원주방향으로 이들 그루브에 연결된 웨지표면이 있으며, 이들 윤활유 그루브와 웨지표면은 환상표면상에서 교대로 배치되어 있다. 윤활유 그루브는 시일링 웨브로 외측에 대해 한정되어 있다. 각 시일링 웨브에는, 이 웨브를 통과하여 반경방향 외측으로 향하는 스캐븐징 오리피스가 있다.

그러나, 터보기계가 위와 같이 작동을 하면, 윤활유의 상당 부분이 프로파일드 환상표면의 가장자리, 구체적으로 말하면 웨지표면을 넘어 밖으로 유출될 수 있다. 이 결과 윤활틈새에서의 압력이 줄어들게 되고, 오염물 입자에 의한 마모가 촉진되며 결과적으로 베어링의 수명이 단축되게 된다.

독일특허 U1 78 19 938 호에는 배기가스 터보챠저용 액셜 미끄럼 베어링이 소개되어 있는데, 이 베어링에서, 고정 베어링 몸체와 회전 베어링 칼러 사이에 배치된 플로팅 디스크는 터보챠저의 축상에서 안내된다. 이 플로팅 디스크는 스파이럴 오일 그루브들이 있는 다중면으로 되어 있으며, 이들 오일 그루브는 양 측면에 형성되며 베어링 몸체 또는 베어링 칼러와 접촉하는 영역까지 이르고 있다. 이들 그루브의 도움으로, 베어링 몸체와 플로팅 디스크의 사이 및 플로팅 디스크와 베어링 칼러 사이에 윤활막이 형성되게 된다.

위와 같이 플로팅 디스크를 사용하는 경우에는, 터보챠저의 동력손실이 감소되고 또한 이중 윤활틈새로 인하여 터보챠저의 쓰러스트 베어링의 기울어짐 보상능력도 증가하게 된다. 또한, 디스크의 회전에 의한 상대속도는 로터의 회전속도의 약 절반으로 감소하게 되며, 이에 따라 쓰러스트 베어링의 마모양태가 현저히 개선되게 된다. 그러나, 위와 같은 플로팅 디스크의 경우에, 최소 윤활막 두께는 윤활유의 최대 오염물 입자보다 작게 되며, 따라서 플로팅 디스크가 사용되더라도 전술한 단점은 해소되지 않는다.

본 발명의 목적은, 이상과 같은 단점들의 해소를 염두에 두고, 마모가 덜 되고 수명이 연장되는 간단하고 저렴한 액셜 미끄럼 베어링을 제공하고, 아울러 이러한 베어링의 작동법도 제시하는 것이다.

위와 같은 목적은 청구항 1 의 전제부에 따른 장치에서 다음과 같은 구성, 즉 윤활막에서 압력을 형성시키기 위해 필요한 윤활 틈새의 프로파일드 환상표면이 축을 중심으로 또는 이 축과 함께 회전하도록 함으로써 이루어진다. 상기 환상 표면은 반경방향으로 형성된 다수의 윤활유 그루브 및 원주방향으로 이들 그루브에 인접해 있는 웨지표면을 갖고 있다. 각 웨지표면 및 이에 인접한 윤활유 그루브 사이에는 캣치면이 있다. 윤활유 그루브와 웨지표면은 반경방향 외측에서 시일링 웨브로 한정된다. 상기 윤활유 그루브의 영역에서 상기 시일링 웨브는 윤활유 그루브는 물론 외부로도 열려 있는 오염물 그루브를 갖는 있다.

위와 같은 구성으로, 윤활유 그루브 및 외측에서 반경방향으로 배치된 오염물 그루브가 함께 회전하게 됨으로써, 조대하게 정화된 윤활유에 포함되어 있는 큰 오염물 입자들은 윤활틈새에 도달하기 전에 윤활유 그루브의 영역에서 밖으로 원심력을 받게 된다. 동시에, 레이디얼 윤활유 그루브에서 윤활유와 오염물 입자들의 혼합물에 작용하는 원심력에 의해 분리가 이루어진다. 오염물 입자의 밀도가 더 크기 때문에, 이들 오염물 입자들은 밖으로 힘을 받게 되고 윤활유 스트림과 함께 오염물 그루브를 통해 밖으로 유출하게 된다. 이렇게 해서, 오염물 그루브는 윤활 틈새를 위한 바이패스로서 작용하게 된다. 상기 윤활 틈새는 프로파일드 환상 표면의 캣치면과 베어링 몸체의 평면 미끄럼면 사이에서 가장 좁게 되어 있다.

또한, 윤활유 그루브와 웨지표면을 외부에 대해 한정을 하는 상기 시일링 웨브로 인하여, 웨지표면의 영역에서 반경방향 밖으로 유출하는 윤활유가 적게 된다. 그러므로, 압력형성이 개선되어 큰 윤활 틈새가 가능하며 또한 마모가 줄어들어, 결과적으로 베어링의 수명이 길어지게 된다. 이러한 효과는, 베어링 몸체의 평면 미끄럼면과 베어링 칼러의 프로파일드 환상표면 사이에서의 압력형성을 개선시키는 캣치면의 배치로 더욱 증진된다. 최대 하중지지력을 갖는 베어링과 오염물 그루브를 통한 조대한 오염물 입자의 원심방출로 인하여, 현재의 배기가스 터보챠저의 구성요소의 수명에 대한 요건이 만족될 정도로 베어링 마모를 최소화할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에서, 상기 프로파일드 환상 표면은 베어링 칼러에 형성되고, 평면 미끄럼면은 베어링 몸체에 형성된다. 따라서, 윤활유 그루브에 있는 윤활유는 축과 함께 회전하게 되고 오염물 입자들은 원심작용으로 오염물 그루브를 통해 밖으로 나가게 된다. 이렇게 해서 윤활 틈새의 웨지표면의 마모가 줄어들게 되어, 칼러형 베어링의 수명이 길어지게 된다.

본 발명의 제 2 실시예에서, 플로팅 디스크가 베어링 칼러와 베어링 몸체 사이에 배치된다. 이 플로팅 디스크의 양 측면에는 프로파일드 환상 표면이 있다. 베어링 몸체와 베어링 칼러 모두는 평면 미끄럼면을 갖고 있다. 이 경우, 플로팅 디스크의 두 윤활유 그루브에 있는 윤활유는 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 오염물 입자들은 마찬가지로 원심작용으로 오염물 그루브를 통해 밖으로 나가게 된다. 이와 같은 플로팅 디스크와 오염물 그루브에 의해 베어링의 마모 양태가 개선되는 것이다.

특히 바람직하게도, 각 웨지표면은 입구 웨지깊이를 가지며, 각 오염물 그루브는 상기 입구 웨지깊이의 0.5 내지 3 배가 되는 깊이를 갖고 있다. 조대한 오염물 입자들이 대응하는 오염물 그루브의 오리피스를 쉽게 통과할 수 있고 또한 이러한 오염물 그루브를 통과하는 윤활유 스트림이 너무 크게 되지 않도록, 오염물 그루브를 상기 크기의 범위에서 적절한 크기로 만들 수 있다.

내연기관의 윤활유 회로에 배치된 필터는 메시폭을 갖는데, 이 메시폭의 도움으로 윤활유가 내연기관의 요구에 따라 조대하게 여과된다. 각 오염물 그루브의 깊이는 상기 필터의 메시폭의 두배 이상이 된다. 이러한 깊이로, 오염물 그루브가 막히는 것이 방지되는 것이다.

각 오염물 그루브의 깊이가 대응하는 웨지표면의 입구 웨지깊이의 두배 미만이 되도록 하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 오염물 입자들을 배출시키는데 필요한 오일의 양 또는 오일 소비량이 감소하게 된다.

상기 두 실시예에서, 액셜 미끄럼 베어링이 가질 수 있는 최적의 하중지지력은, 상기 캣치면의 넓이가 상기 베어링의 전체 웨지표면의 넓이의 약 1/4 이 될 때 얻어진다.

본 발명에 대한 더욱 완전한 이해와 수반된 이점들은 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로 부터 잘 알 수 있을 것이다.

도면에서 본 발명의 이해에 필수적인 것들만 나타내었다. 예컨데, 내연기관의 챠징을 포함해서 내연기관으로 부터 배기가스 터보챠저로 가는 배기가스의 경로는 도시하지 않았다. 윤활유의 흐름방향과 프로파일드 환상표면의 회전방향은 화살표로 표시하였다.

지금부터 도면을 참조하는데, 도면에서 같은 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여했다. 윤활유 회로 (1) 는 오일수조 (2), 이 오일수조 (2) 로 부터 윤활유 (3) 를 오일도관 (4) 에 전달하는 오일펌프 (5), 필터 (6), 오일도관 (4) 으로 부터 디젤기관으로 구성된 내연기관 (8) 또는 배기가스 터보챠저 (9) 로 분기되는 분지부 (7) 및 상기 오일수조 (2) 로 이어진 복귀도관 (10, 11) 로 구성되어 있다. 도면에서 단지 도식적으로 표시되어 있는 상기 배기가스 터보챠저 (9) 는 축 (14) 으로 서로 연결되어 있는 압축기 (12) 와 터빈 (13) 을 갖추고 있다. 상기 축 (14) 의 장착을 위해 레이디얼 미끄럼 베어링 (15) 이 압축기와 터빈에 설치된다. 배기가스 터보챠저 (9) 의 축방향 힘을 흡수하기 위한 목적으로, 액셜 미끄럼 베어링 (16) 이 상기 레이디얼 미끄럼 베어링 (15) 들 사이에 설치된다 (도 1).

상기 액셜 미끄럼 베어링 (16) 은 베어링 하우징 (17) 및 회전 베어링 칼러 (19) 로 구성되며, 이 베어링 칼러는 축 (14) 의 베어링 저널 (18) 에 고정연결되며 또한 고정 베어링 몸체 (20) 와 상호작용하게 된다. 이 베어링 몸체 (20) 에는 오일 공급부 (21) 가 있는데, 이 오일 공급부는 레이디얼 오일덕트로 구성되어 있고 그의 외측단에서 내연기관 (8) 과 배기가스 터보챠저 (9) 의 공통 윤활유 회로 (1) 에 연결되어 있다. 상기 레이디얼 오일덕트 (21) 의 내측단에는 환상덕트 (22) 가 마련되어 있다 (도 2).

상기 베어링 몸체 (20) 는 베어링 칼러 (19) 와 대향하는 그의 측면에서 평면 미끄럼면 (23) 을 갖고 있으며, 베어링 몸체 (20) 와 대향하는 베어링 칼러 (19) 의 측면에는 프로파일드 환상 표면 (24) 이 마련되어 있다 (도 2, 3). 액셜 미끄럼 베어링 (16) 의 하중지지 용량을 결정하는 윤활틈새 (25) 는 상기 환상 표면 (24) 과 평면 미끄럼면 (23) 사이에 형성되어 있다.

상기 환상 표면 (24) 은 다수의 웨지표면 (27) 으로 구성되며, 이들 웨지표면은 원주방향으로 레이디얼 윤활유 그루브 (26) 와 인접하여 있다. 평면 캣치면(catch surface: 28) 은 각 웨지표면 (27) 과 이에 인접한 윤활유 그루브 (26) 사이에 있다. 윤활유 그루브 (26) 와 웨지표면 (27) 모두는 반경방향 외측에서 시일링 웨브 (29) 에 의해 한정된다. 윤활유 그루브 (26) 의 영역에서 상기 시일링 웨브 (29) 는, 반경방향으로 향해 있으면서 오염물에 노출되는 오염물 그루브 (30) 를 갖고 있다. 이 오염물 그루브 (30) 는 반경방향 외측으로, 즉 베어링 하우징 (17) 의 방향으로 열려 있다 (도 3 ∼ 6). 베어링 칼러 (19) 에, 구체적으로 말하면, 그의 프로파일드 환상표면 (24) 의 베이스에 환상 그루브 (31) 가 형성되어 있다. 이 그루브는 윤활유 그루브 (26) 들을 서로 연결시켜 주며 또한 이들 윤활유 그루브를 베어링 몸체의 환상덕트 (22) 에도 연결시켜 주고 있다.

윤활 틈새 (25) 는 프로파일드 환상표면 (24) 의 캣치면 (28) 과 베어링 몸체 (20) 의 평면 미끄럼면 (23) 사이에서 가장 협소하도록 되어 있다. 웨지표면 (27) 은 입구 웨지깊이 (32) 를 가지며 오염물 그루브 (30) 는 깊이 (33) 를 가지고 있는데, 이 깊이는 상기 입구 웨지깊이 (32) 의 1.5 배이다 (도 6). 도 1 에서 도식적으로만 도시되어 있는 필터 (6) 는 메시폭 (도시 안됨) 을 갖고 있는데, 상기 오염물 그루브 (30)의 깊이 (33) 는 상기 메시폭의 약 3 배이다. 이 경우, 오염물 그루브 (30) 는 그의 깊이 (33) 보다 대략 윤활 틈새 (25) 의 폭 만큼 크게 되어 있는 그루브 폭 (34) 을 갖고 있다. 오염물 그루브 (30) 의 그루브 폭 (34) 은 도 2 에서 오염물 그루브 (30) 를 도시하기 위한 목적으로 다른 구성요소에 대해 과장하여 나타냈다.

디젤기관 (8) 이 작동을 하면, 필요한 윤활유 (3) 는 오일펌프 (5) 에 의해 오일수조 (2) 로 부터 인출되어 필터 (6) 에서 조대하게 정화된다. 윤활유 (3) 는 상기 필터로 부터 오일도관 (4) 의 분지부 (7) 를 지나 디젤기관 (8) 의 베어링 포인트 (도시 안됨) 및 배기가스 터보챠저 (9) 의 두 레이디얼 미끄럼 베어링 (15) 및 액셜 미끄럼 베어링 (16) 으로 간다 (도 1).

액셜 미끄럼 베어링 (16) 에서, 윤활유 (3) 는 고정 베어링 몸체 (20) 의 레이디얼 오일덕트 (21) 와 그의 환상덕트 (22) 및 베어링 칼러 (19) 의 환상 그루브 (31) 를 지나 윤활유 그루브 (26) 로 가게 된다 (도 2). 이렇게 해서, 윤활유 그루브 (26) 가 윤활유 회로 (1) 로 부터 영구적으로 작용하게 되고 또한 베어링 칼러 (19) 의 프로파일드 환상표면 (24) 과 외측면에 배치된 시일링 웨브 (29) 의 회전으로 인하여, 윤활유 (3) 는 윤활유 그루브 (26) 로 부터 출발하여 웨지표면 (27) 을 지나 좁은 윤활 틈새 (25) 안으로 가게 된다 (도 3). 이곳에서부터 윤활유는 전단유동으로 캣치면 (28) 방향으로 배출되어, 대부분은 시일링 웨브 (29) 를 지나 옆으로 가압 유출된다. 가장 좁은 윤활 틈새 (25) 는 시일링 틈새와 베어링 몸체 (20) 의 평면 미끄럼면 (23) 사이에 형성된다. 시일링 웨브 (29) 로 인하여, 반경방향 외측으로 가압되는 윤활유 (3) 의 유동 단면이 좁아지게 되며, 이 결과, 윤활 틈새 (25) 에서의 압력이 커지게 되고 또한 액셜 미끄럼 베어링 (16) 의 윤활유 소비량이 감소하게 된다. 레이디얼 윤활유 그루브 (26) 에서 축 (14) 과 함께 회전하는 윤활유 (3) 는 원심력의 작용으로 동시적으로 분리되게 된다. 이 경우, 오염물 입자들은 그의 큰 밀도 때문에 외측으로 힘을 받아, 일부 윤활유 (3) 와 함께 오염물 그루브 (30) 를 통해 밖으로 배출되게 된다 (도 5).

결국, 오염물 입자를 포함해서 윤활 틈새 (25) 를 통해 안내되는 주흐름과 오염물 그루브 (30) 를 통해 안내되는 일부 윤활유 (3) 는 베어링 하우징 (17) 에 마련된 오일출구 (35) 를 통해 배출되어, 복귀 도관 (11) 을 통해 디젤기관 (8) 의 오일수조 (2) 로 가게 된다 (도 1, 2).

제 2 실시에에서는, 플로팅 디스크 (36) 가 고정 베어링 몸체 (20) 와 회전 베어링 칼러 (19) 사이에 설치되어 있다 (도 7). 상기 플로팅 디스크의 양 측면에는 프로파일드 환상 표면 (24′) 이 있는데, 이 표면은 제 1 실시예의 베어링 칼러 (19) 에 있는 환상 표면 (24) 과 유사하게 형성된다. 따라서 각 환상표면 (24′) 은, 다수의 레이디얼 윤활유 그루브 (26′) 와 원주방향으로 이들 그루브에 인접하는 웨지표면 (27′) 및 평면 캣치면 (28′) 으로 구성된다. 상기 윤활유 그루브 (26′) 와 웨지표면 (27′) 은 반경방향 외측에서 시일링 웨브 (29′) 로 한정되며, 이 시일링 웨브는 제 1 실시예와 유사하게 구성되는 오염물 그루브 (30′) 을 갖고 있다. 두 환상표면 (24′) 의 윤활유 그루브 (26′) 는 플로팅 디스크 (36) 안에 있는 경사진 리세스 (37) 에 의해 서로 연결된다 (도 8, 9). 플로팅 디스크 (36) 와 마주보는 베어링 칼러 (19) 와 베어링 몸체 (20) 의 측면들에는 평면 미끄럼면 (23′) 이 제공되어 있다 (도 7). 액셜 미끄럼 베어링 (16′) 의 다른 구성은 제 1 실시예와 근본적으로 같다.

위와 같은 액셜 미끄럼 베어링 (16′) 의 구성에서, 윤활 틈새 (25′) 는 플로팅 디스크 (36) 의 양 측면에 형성된다. 제 1 윤활 틈새 (25′) 는 베어링 몸체 (20) 의 평면 미끄럼면 (23′) 과 이 미끄럼면과 마주보는 플로팅 디스크 (36) 의 프로파일드 환상표면 (24′) 사이에 배치되며, 제 2 윤활 틈새 (25′) 는 베어링 칼러 (19) 의 평면 미끄럼면 (23′) 과 이 미끄럼과 마주보는 플로팅 디스크 (36) 의 프로파일드 환상표면 (24′) 사이에 배치된다. 이 경우, 윤활유 (3) 에 포함된 오염물 입자들은 제 1 실시예와 유사한 방법으로 분리 및 배출된다. 이와는 대조적으로, 플로팅 디스크 (36) 의 프로파일드 환상 표면 (24′) 은 축 (14) 과 함께 회전하지는 않지만 이 축을 중심으로 회전하게 되는데, 하지만 이것은 오염물 그루브 (30′) 의 정화효과를 저해하지는 않는다. 플로팅 디스크 (36) 의 회전 결과로 윤활 틈새 (25′) 에서의 상대속도가 축 (14) 의 회전속도의 약 절반으로 감소되기 때문에, 액셜 미끄럼 베어링 (16′) 과 특히 그의 웨지표면 (27′) 및 캣치면 (28′) 의 마모 양태가 현저히 개선된다.

캣치면 (28, 28′) 의 넓이가 베어링의 웨지표면 (27, 27′) 의 넓이의 약 1/4 이되면 (도 3, 8), 상기 두 실시예에서 액셜 미끄럼 베어링 (16, 16′) 은 최적의 하중지지력을 가질 수 있다.

분명히, 이상의 교시에 비추어 다양한 변형이 가능하다. 그러므로, 다음의 청구범위에서 본 발명을 이상의 실시예와는 달리 실시할 수 있다.

전술한 바와 같이, 윤활유 그루브 및 외측에서 반경방향으로 배치된 오염물 그루브가 함께 회전하게 됨으로써, 조대하게 정화된 윤활유에 포함되어 있는 큰 오염물 입자들은 윤활틈새에 도달하기 전에 윤활유 그루브의 영역에서 밖으로 원심력을 받게 된다. 동시에, 레이디얼 윤활유 그루브에서 윤활유와 오염물 입자들의 혼합물에 작용하는 원심력에 의해 분리가 이루어진다. 오염물 입자의 밀도가 더 크기 때문에, 이들 오염물 입자들은 밖으로 힘을 받게 되고 윤활유 스트림과 함께 오염물 그루브를 통해 밖으로 유출하게 된다.

윤활유 그루브에 있는 윤활유는 축과 함께 회전하게 되고 오염물 입자들은 원심작용으로 오염물 그루브를 통해 밖으로 나가게 됨으로써, 윤활 틈새의 웨지표면의 마모가 줄어들게 되어, 칼러형 베어링의 수명이 길어지게 된다.

그리고, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 플로팅 디스크가 베어링 칼러와 베어링 몸체 사이에 배치된다. 이 플로팅 디스크의 양 측면에는 프로파일드 환상 표면이 있다. 베어링 몸체와 베어링 칼러 모두는 평면 미끄럼면을 갖고 있다. 이 경우, 플로팅 디스크의 두 윤활유 그루브에 있는 윤활유는 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 오염물 입자들은 마찬가지로 원심작용으로 오염물 그루브를 통해 밖으로 나가게 된다. 이와 같은 플로팅 디스크와 오염물 그루브에 의해 베어링의 마모 양태가 개선되는 것이다.

도 1 은 내연기관과 배기가스 터보챠저의 공통 윤활유 회로를 도식적으로 나타내는 도면.

도 2 는 배기가스 터보챠저의 액셜 미끄럼 베어링의 영역을 보여주는 부분 종단면도.

도 3 은 도 2 에서 선 Ⅲ-Ⅲ 을 따라 취한 베어링 칼러의 프로파일드 환상표면의 단면도.

도 4 는 도 3 에서 선 Ⅳ-Ⅳ 을 따라 취한 베어링 칼러의 단면도.

도 5 는 도 3 에 있는 윤활유 그루브와 오염물 그루브의 연결부위를 확대한 상세도.

도 6 은 도 4 에서 오염물 그루브의 영역을 확대한 상세도.

도 7 은 베어링 몸체와 베어링 칼러 사이에 배치된 플로팅 디스크가 함께 도시되어 있는, 도 2 와 유사한 도면.

도 8 은 도 7 에서 선 Ⅷ-Ⅷ 을 따라 취한 플로팅 디스크의 단면도.

도 9 는 도 8 에서 선 Ⅸ-Ⅸ 을 따라 취한 플로팅 디스크의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 윤활유 회로 3 : 윤활유

6 : 필터 8 : 내연기관

9 : 배기가스 터보챠저 14 : 축

17 : 베어링 하우징 19 : 베어링 칼러

20 : 베어링 몸체 21 : 오일 피드

23, 23′: 평면 미끄럼면 24, 24′: 프로파일드 환상표면

25, 25′: 윤활 틈새 26, 26′: 윤활유 그루브

27, 27′: 웨지표면 28, 28′: 캣치면

29, 29′: 시일링 웨브 30, 30′: 오염물 그루브

36 : 플로팅 디스크

Claims

내연기관 (8) 에 연결되며, 필터 (6) 에서 조대하게 정화된 윤활유 (3) 를 상기 내연기관의 윤활유 회로 (1) 를 통해 공급받는 배기가스 터보챠저 (9) 의 축 (14) 을 장착하기 위한 액셜 미끄럼 베어링으로서, 이 베어링은 베어링 하우징 (17) 에 견고하게 연결되는 베어링 몸체 (20) 와, 상기 축 (14) 과 함께 회전하는 베어링 칼러 (19) 및, 상기 베어링 몸체와 베어링 칼러 사이에 형성되는 하나 이상의 윤활 틈새 (25, 25′) 로 구성되며, 이 윤활 틈새는 프로파일드 환상표면 (24, 24′)과 평면 미끄럼면 (23, 23′) 으로 이루어지며 또한 오일 공급부 (21) 에 연결되는, 액셜 미끄럼 베어링에 있어서,

상기 프로파일드 환상표면 (24, 24′) 은 축 (14) 을 중심으로 또는 그와 함께 회전하도록 되어 있고 또한 반경방향으로 배치된 다수의 윤활유 그루브 (26, 26′) 및 원주방향으로 이들 그루브에 연결된 웨지표면 (27, 27′) 을 갖고 있으며, 각 웨지표면 (27, 27′) 및 이에 인접한 윤활유 그루브 (26, 26′) 사이에는 캣치면 (28, 28′) 이 형성되어 있고,

상기 윤활유 그루브 (26, 26′) 와 웨지표면 (27, 27′) 은 반경방향 외측에서 시일링 웨브 (29, 29′) 에 의해 한정되며,

상기 윤활유 그루브 (26, 26′) 의 영역에서 상기 시일링 웨브 (29, 29′) 는 윤활유 그루브와 외부로 열려 있는 오염물 그루브 (30, 30′) 를 갖는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
제 1 항에 있어서, 상기 프로파일드 환상표면 (24) 은 베어링 칼러 (19) 에 형성되고, 평면 미끄럼면 (23) 은 베어링 몸체 (20) 에 형성되는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
제 1 항에 있어서, 양 측면에 프로파일드 환상표면 (24′) 이 형성되어 있는 플로팅 디스크 (36) 는 베어링 칼러 (19) 와 베어링 몸체 (20) 사이에 배치되고, 이들 베어링 칼러 (19) 와 베어링 몸체 (20) 는 평면 미끄럼면 (23′) 을 갖는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
제 2 항 또는 3 항에 있어서, 상기 각 웨지표면 (27, 27′) 은 입구 웨지깊이 (32) 를 가지며, 각 오염물 그루브 (30, 30′) 는 상기 입구 웨지깊이 (32) 의 0.5 내지 3 배가 되는 깊이 (33) 를 갖는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
제 4 항에 있어서, 상기 캣치면 (28, 28′) 의 넓이는 액셜 미끄럼 베어링 (16) 의 웨지표면 (27, 27′) 의 넓이의 약 1/4 이 되는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
제 5 항에 있어서, 상기 필터 (6) 는 메시폭을 가지며, 상기 오염물 그루브 (30, 30′) 의 깊이 (33) 는 상기 메시폭의 두배 이상이 되는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
제 5 항에 있어서, 상기 오염물 그루브 (30, 30′) 의 깊이 (33) 는 상기 입구 웨지깊이 (32) 의 두배 미만이 되는 것을 특징으로 하는 액셜 미끄럼 베어링.
조대하게 정화된 윤활유 (3) 에 포함되어 있는 큰 오염물 입자들을 윤활 틈새 (25, 25′) 에 도달하기 전에 원심력으로 방출시키는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 3 항들 중 어느 한 항에 따른 액셜 미끄럼 베어링의 작동방법.
제 8 항에 있어서, 상기 오염물 입자들을 윤활유 그루브 (26, 26′) 의 영역에서 원심력으로 방출시키는 것을 특징으로 방법.