KR101344179B1 - 샤프트 시일 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 압축기의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 시일링을 개선하는 것이다. 시일은 베어링 하우징 (5) 내의 컬렉팅 챔버 (51) 둘레로 확대된다. 상기 컬렉팅 챔버에 인접하여 시일은 일종의 래비린스를 포함하며, 상기 래비린스는 예컨대 적어도 하나의 돌출된 돌출부 (42) 에 의해 형성된다. 최종적으로, 시일 시스템은 베어링 하우징 내의 컬렉팅 그루브 (52) 를 포함한다.

Description

샤프트 시일 {SHAFT SEAL}
본 발명은 과급된 내연기관을 위한 배기가스 터보차저의 분야에 관한 것이다.
배기가스 터보차저는 내연기관, 특히 왕복 피스톤 내연기관의 성능을 향상시키기 위해 이용된다. 이 경우, 배기가스 터보차저는 일반적으로 원심 압축기 및 방사류 또는 축류 터빈을 구비한다. 터빈과 압축기의 사이에는 샤프트용 베어링을 갖는 베어링 하우징이 위치한다.
압축기 휠의 후방 챔버에 대한 저장 챔버의 시일링 (sealing) 은 통상적인 배기가스 터보차저의 경우에는 일반적으로 비접촉 샤프트 시일에 의해 행해진다. 시일의 과제는, 한편으로는 베어링 밖으로 분무되는 윤활 오일이 압축기 휠의 후방 챔버 내로 유출되는 것을 저지하는 것이며, 다른 한편으로는 압축기 휠의 후방 챔버로부터 오일 챔버 내로의 공기의 대량 흐름, 즉 이른바 블로우 바이 (Blow-by) 를 최소화하는 것이다.
오일 시일링은 엔진 시동시 압축기가 낮은 회전수로 인해 공기를 충분히 운반하지 못함으로써 악화되며, 따라서 압축기 채널 내에는 단기간에 저장 챔버에 대해 약간의 저압이 생길 수 있다. 이에 반해, 보다 높은 회전수에서는 압축기 휠의 후방 챔버에는 오일 챔버에 대한 초과 압력이 우세하다.
도 1 (ABB TPL 터보차저의 개략적인 스케치) 및 도 2 (JP 2003-293783) 에는 종래 기술에서 공지된 2 개의 시일 변형예가 도시되어 있다. 양자의 경우에서, 오른쪽으로부터 분무되는 오일은, 함께 회전하는 시일링 디스크에 의해 시일링 부분으로부터 차폐된다. 디스크의 왼쪽에서는 시일링 디스크 및 인접하는 고정형 부품에 의해 좁은 틈이 형성되며, 이 틈은 오일이 내부 시일링 영역 내로 유입되는 것을 제한을 통해, 또한 회전시, 복귀를 통해 저지한다. 블로우 바이를 막는 오일 챔버의 시일링은 양자의 경우에서 래비린스 (labyrinth) 에 의해 실현된다.
본 발명의 목적은 압축기의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 시일링을 개선하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따른 시일이 베어링 하우징 (bearing housing) 내의 컬렉팅 챔버 (collecting chamber) 둘레로 확대되며, 상기 컬렉팅 챔버는 회전하는 분무 디스크의 상류에 연결되어 있음으로써 달성된다. 상기 컬렉팅 챔버는 고정형 부품 내의 그루브 (groove) 로 구성되며, 상기 그루브는 하부 영역에 출구를 구비한다. 상기 컬렉팅 챔버는 오일 흐름의 대부분을 배출시켜, 분무 디스크 및 시일의 나머지 부분 상에 존재하는 오일량을 감소시키고, 이로 인해 밀봉성이 개선된다.
상기 컬렉팅 챔버에 인접하여 시일이 일종의 래비린스를 포함하며, 상기 래비린스는 예컨대 적어도 하나의 돌출된 돌출부에 의해 형성되고, 상기 래비린스는 오일이 시일링 디스크를 따라 흐르는 것을 저지한다.
최종적으로, 시일 시스템은 베어링 하우징 내의 컬렉팅 그루브 (collecting groove) 를 구비하며, 분무된 오일은 이 컬렉팅 그루브를 통하여 배출되고, 따라서 오일은 회전하는 샤프트 상에 다시 나타나지 않는다.
선택적으로, 샤프트, 또는 샤프트 상에 속해 있는 부품은 방사상 내부에 놓인 오일 침전 도랑을 구비하며, 상기 오일 침전 도랑으로부터 오일은 방사상 바깥쪽으로 분무되고, 그 후 베어링 하우징 내의 컬렉팅 챔버 내에서 베어링 하우징을 통해 흘러나온다.
선택적으로, 블로우 바이를 막는 시일링을 위한 래비린스는 시일링 디스크 및 중간 벽에 의해 형성된다. 이로 인해 압축기 휠 내로의 열 도입이 감소되고, 시일은 보다 유리한 재료 페어링 (pairing of materials) 으로 인해 접촉에 대해 더욱 내성이 있다.
이하, 본 발명에 따른 장치를 도면에 개략적으로 도시하여 보다 상세히 설명한다.
모든 도면에서, 동일하게 작용하는 요소는 동일한 참조부호로 나타낸다.
도 1 은 종래 기술에 따른 압축기의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 시일링의 단면도이다.
도 2 는 종래 기술에 따른 압축기의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 시일링의 단면도이다.
도 3 은 컬렉팅 챔버를 가진, 압축기의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 본 발명에 따라 형성된 시일링의 단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 압축기 휠
2 : 샤프트
3 : 중간 벽
4 : 시일링 디스크
5 : 베어링 하우징
6 : 샤프트의 상부 부품
31 : 중간 벽과 시일링 디스크 사이의 래비린스
41, 42 : 시일링 디스크에서의 돌출부
51 : 컬렉팅 챔버
52 : 컬렉팅 그루브
53 : 리세스
54 : 오일 출구
61 : 샤프트의 상부 부품 내의 도랑
도입부에서 언급한 바와 같이, 도 1 및 도 2 는 압축기 휠 (1) 의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 통상적인 시일링을 나타낸다. 압축기 휠의 후방 챔버는 압축기 휠 (1) 과, 인접하는 베어링 하우징, 즉 중간 벽 (3) 사이에 연 장된다. 양자의 경우에서, 오른쪽으로부터, 베어링 하우징 (5) 와 샤프트 (2) 와 함께 회전하는 부품들 사이에 분무되는 오일은 샤프트 (2) 와 함께 회전하는 시일링 디스크 (4) 에 의해 시일링 부분으로부터 차폐된다. 시일링 디스크의 왼쪽에서는 상기 시일링 디스크 및 인접하는 베어링 하우징, 즉 중간 벽 (3) 에 의해 좁은 틈이 형성되며, 상기 틈은 오일이 내부 시일링 영역 내로 유입되는 것을 제한을 통해, 또한 회전시, 복귀를 통해 저지한다. 블로우 바이를 막는 오일 챔버의 시일링은 양자의 경우에서 중간 벽 (3) 과 압축기 휠 (1) 사이의 래비린스를 갖고 실현된다.
이에 반해, 도 3 에 따른 본 발명의 시일은 회전하는 시일링 디스크 (4) 의 상류에 연결되어 있는 컬렉팅 챔버 (51) 둘레로 확대되어 있다. 둘레를 따라 연장되는 컬렉팅 챔버 (51) 는 베어링 하우징 (5) 내의 방사상 안쪽으로 개방된 그루브로 구성되며, 상기 그루브는 하부 영역에 오일 출구 (54) 를 구비한다. 상기 '하부 영역' 은 중력과 관련되어 있으며, 이에 의해 오일이 컬렉팅 챔버 (51) 의 하부 영역에 축적되고, 상응하여 오일 출구를 통해 배출된다. 컬렉팅 챔버 (51) 는 오일 출구를 통해 오일 흐름의 대부분을 배출시켜, 시일링 디스크 (4) 및 시일의 나머지 부분에 존재하는 오일량을 감소시키고, 이로 인해 전체적으로 밀봉성이 개선된다.
상기 컬렉팅 챔버에 인접하여, 본 발명에 따른 시일은 일종의 래비린스를 구비한다. 상기 래비린스는 도 3 에 따르면 시일링 디스크 (4) 에 적어도 하나의 돌출부 (42) 를 구비하며, 상기 돌출부는 베어링 하우징 (5) 내의 마주하고 있는 그루브 (53) 내로 돌출한다. 이 래비린스는 오일이 시일링 디스크 (4) 를 따라 흐르는 것을 저지해야 한다. 여러 개의 돌출부가 제공될 수도 있으며, 상기 돌출부는 하나 또는 여러 개의 리세스 (recess) 내로 돌출한다. 돌출부는 하우징쪽에 배치되어 시일링 디스크 내의 상응하는 리세스 내로 돌출될 수도 있다.
최종적으로, 본 발명에 따른 시일 시스템은 베어링 하우징 (5) 내의 방사상 바깥쪽으로 개방된 컬렉팅 그루브 (52) 를 구비하며, 분무된 오일이 상기 컬렉팅 그루브를 통하여 배출되고, 이에 의해 회전하는 샤프트 상에 오일이 다시 나타나지 않는다. 컬렉팅 그루브 (52) 내에 모여진 오일은 또다시 하부 영역에서 오일 출구 (54) 내로 흐른다.
선택적으로, 상기 컬렉팅 챔버의 둘레 영역에 추가의 돌출부 (41) 가 제공될 수 있다. 또한 샤프트 내로, 또는 샤프트와 함께 회전하는 샤프트의 상부 부품 (6) 내로 도랑 (61) 이 도입될 수 있으며, 상기 도랑은 상기 컬렉팅 챔버의 효과를 강화시킨다.
선택적으로, 압축기 휠의 후방 챔버에 대한 터보차저의 저장 챔버의 본 발명에 따른 시일링은, 블로우 바이를 막는 시일링을 위한 래비린스를 포함한다. 이 래비린스는 시일링 디스크 (4) 와 중간 벽 (3) 사이에 배치될 수 있다. 압축기 휠 (1) 로부터 멀어지는 래비린스의 이동은 압축기 휠 내로의 열의 도입을 감소시킨다. 이 이외에, 시일은 보다 유리한 재료 페어링을 토대로 접촉에 대한 내성을 얻는다.
선택적으로, 시일링 효과를 더욱 높이기 위해 시일은 압축기 휠과 베어링 하 우징, 예컨대 중간 벽 사이의 추가의 래비린스 또는 다른 시일로 보완될 수 있다.

Claims (9)

  1. 베어링 하우징 내에서 오일의 작용을 받는 챔버에 대한 압축기 휠 (1) 의 후방 챔버의 시일로서,
    상기 베어링 하우징 내에는 샤프트 (2) 가 회전 가능하게 설치되어 있고, 상기 샤프트 (2) 와 연결된 시일링 디스크 (4) 를 포함하는 시일에 있어서,
    저장 챔버와 시일링 디스크 (4) 의 사이에 베어링 하우징 (5) 내에는, 방사상 안쪽으로 개방된 주위 (peripheral) 그루브가 도입되며, 상기 그루브는 샤프트 (2) 와 함께 컬렉팅 챔버 (51) 를 형성하는 것을 특징으로 하는 시일.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트 내로, 또는 상기 샤프트와 함께 회전하는 상부 부품 (6) 내로, 상기 컬렉팅 챔버를 방사상 안쪽으로 확대시키는 도랑 (61) 이 도입되는 것을 특징으로 하는 시일.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 컬렉팅 챔버 (51) 의 하부 영역 둘레에 오일 출구 (54) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 시일.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시일링 디스크 (4) 와 상기 베어링 하우징 (5) 은 서로 마주하고 있는 영역을 구비하며, 이 영역 내에는 적어도 하나의 돌출부 (42) 와 적어도 하나의 리세스 (53) 가 제공되고, 상기 돌출부 (42) 는 상기 리세스 (53) 내로 뻗어 있으며, 상기 돌출부 (42) 와 상기 리세스 (53) 는 래비린스를 형성하는 것을 특징으로 하는 시일.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시일링 디스크 (4) 와 상기 베어링 하우징 (5) 의 사이에서 상기 베어링 하우징 (5) 내에는, 방사상 바깥쪽으로 개방된 주위 (peripheral) 컬렉팅 그루브 (52) 가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 시일.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 컬렉팅 챔버 (51) 의 하부 영역 둘레에 오일 출구 (54) 가 제공되며, 상기 컬렉팅 그루브 (52) 는 하부 영역에서 마찬가지로 상기 오일 출구 (54) 내로 통하는 것을 특징으로 하는 시일.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시일링 디스크 (4) 와, 상기 압축기 휠 (1) 과 함께 압축기 휠의 후방 챔버를 한정하는 하우징부 (3) 의 사이에는 래비린스 시일 (31) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 시일.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압축기 휠 (1) 과, 상기 압축기 휠 (1) 과 함께 압축기 휠의 후방 챔버를 한정하는 하우징부 (3) 의 사이에는 래비린스 시일이 제공되는 것을 특징으로 하는 시일.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 오일 챔버에 대한 압축기의 후방 챔버의 시일을 구비한 배기가스 터보차저.
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