KR101846657B1 - 터보차저용 실링장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤링과 샤프트의 접촉성을 유지하여, 피스톤링의 비정상적 마모현상을 방지하기 위한 것으로, 본 발명에서는, 터빈휠과 함께 회전하며, 외주면 일부에 링홈이 형성된 샤프트; 상기 링홈과 함께 샤프트의 일부를 감싸는 형상으로 마련된 터빈하우징; 상기 링홈 내에 구비된 피스톤링; 및 상기 피스톤링이 컴프레서를 향하는 링홈의 내면으로부터 터빈휠 측으로의 이동을 제한하도록 구성하는 이동제한수단;을 포함하여 구성되는 터보차저용 실링장치가 소개된다.

Description

터보차저용 실링장치{SEALING DEVICE FOR TURBO CHARGER}
본 발명은 피스톤링과 샤프트의 접촉성을 유지하여, 피스톤링의 비정상적 마모현상을 방지하도록 한 터보차저용 실링장치에 관한 것이다.
터보차저에서 터빈하우징과 터빈휠 샤프트 사이에는 피스톤링이 구비되고, 터빈하우징과 터빈휠 샤프트의 링홈에 장착된 피스톤링은 터보차저의 운전시 회전하는 터빈휠 샤프트의 원심력과 컴프레서측 과급압과 터빈측 배압의 차이에 기인하는 축방향 힘에 의해서 기밀이 유지된다.
그러나, 컴프레서측 과급압 대비 터빈측 배압이 높은 운전 조건에서는 터빈휠 샤프트에 축력이 컴프레서측으로 작용하게 되고, 이때 터빈휠 배면압이 터빈하우징 내압보다 낮은 경우, 피스톤링 좌우 및 내측면과 터빈휠 샤프트의 링홈 사이에 발생된 틈새를 통하여 터빈하우징 내측으로부터 터빈휠 배면측으로 오일의 누유가 발생될 수 있다.
다만, 운전 조건의 급격한 변경(차량 배기브레이크 작동, 후처리 재생을 위한 인위적 배압 상승 등)을 통해 터빈휠 측의 배면압이 매우 높아지게 되면, 피스톤링이 컴프레서 측으로 상대 이동하게 됨으로써, 터빈휠 측으로 넘어오는 오일을 피스톤링이 차단하여 오일 리크가 거의 발생되지 않게 된다.
그런데, 이러한 운전 조건의 급격한 변경시, 터빈하우징과의 마찰에 의해 피스톤링의 측면 마모가 발생하게 되고, 궁극적으로는 엔진 마일리지 증대에 따른 피스톤링 마모가 증대되는바, 결국 과다한 오일이 터빈휠 측으로 넘어가게 되면서 터보차저 후단의 후처리장치를 오염시키거나 열화 및 손상 등을 일으키는 원인이 되는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2010-530491 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 피스톤링과 샤프트의 접촉성을 유지하여, 피스톤링의 비정상적 마모현상을 방지하도록 한 터보차저용 실링장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 터빈휠과 함께 회전하며, 외주면 일부에 링홈이 형성된 샤프트; 상기 링홈과 함께 샤프트의 일부를 감싸는 형상으로 마련된 터빈하우징; 상기 링홈 내에 구비된 피스톤링; 및 상기 피스톤링이 컴프레서를 향하는 링홈의 내면으로부터 터빈휠 측으로의 이동을 제한하도록 구성하는 이동제한수단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이동제한수단은, 상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면과, 이에 접촉하는 피스톤링의 단부가 자력에 의해 서로 끌어당기도록 구성할 수 있다.
상기 이동제한수단은, 상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면과, 이에 접촉하는 피스톤링의 단부가 서로 다른 극성을 갖도록 자화하여 구성할 수 있다.
상기 이동제한수단은, 상기 피스톤링의 외경이 컴프레서 측에서 터빈휠 측을 향해 짧아지도록 피스톤링의 외주면을 경사지게 형성하고; 상기 피스톤링과 마주하는 터빈하우징의 내면에는 경사지게 형성된 피스톤링의 일부가 수용 및 지지되도록 지지홈을 형성할 수 있다.
상기 피스톤링의 외주면에 제1경사면을 형성하고; 상기 제1경사면에 대응하는 지지홈의 내면에는 제1경사면에 대응하는 형상으로 제2경사면을 형성할 수 있다.
상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면, 또는 이에 접촉하는 피스톤링의 일면 중 적어도 어느 하나 이상에는 오일통로를 형성할 수 있다.
상기 오일통로는, 상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면, 또는 이에 접촉하는 피스톤링의 일면 중 적어도 어느 하나 이상에 방사상으로 형성된 오일갤러리;를 포함할 수 있다.
상기 오일갤러리가 상기 링홈의 내면에 형성된 경우, 상기 오일갤러리는 피스톤링과 접촉된 부분을 벗어나지 않도록 형성하고; 상기 오일갤러리가 상기 피스톤링의 일면에 형성된 경우, 상기 오일갤러리는 피스톤링의 내주면까지 이어지지 않도록 형성할 수 있다.
상기 오일통로는, 상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면, 또는 이에 접촉하는 피스톤링의 일면 중 적어도 어느 하나 이상에 이웃하는 오일갤러리를 서로 연결하도록 형성한 오일챔버;를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 차량의 운전조건에 관계없이 피스톤링이 컴프레서 측을 향하는 링홈의 내면에 상시 접촉된 상태를 유지함으로써, 피스톤링이 샤프트의 축방향을 따라 터빈휠 측으로 이동하지 못하게 되고, 이에 피스톤링의 급격한 이동작용에 기인한 피스톤링의 마모현상을 방지하여 후처리장치의 열화 및 손상 위험을 방지하는 효과가 있다.
또한, 링홈의 내면 또는 피스톤링의 일면에 오일통로를 형성함으로써, 상시 접촉하고 있는 링홈의 내면과 피스톤링 사이의 소착을 방지하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저용 실링장치의 제1실시예의 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 터보차저용 실링장치의 제2실시예 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 오일통로의 형상을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 터보차저용 실링장치는 크게, 샤프트(10)와, 터빈하우징(20)과, 피스톤링(30) 및 이동제한수단을 포함하여 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 샤프트(10)는 단부에 터빈휠(T)이 장착되어 터빈휠(T)과 함께 회전하며, 외주면 일부에는 그 원주 방향으로 피스톤링(30)이 구비되기 위한 링홈(11)이 형성될 수 있다.
터빈하우징(20)은, 상기 링홈(11)과 함께 샤프트(10)의 일부를 감싸는 형상으로 마련될 수 있는 것으로, 피스톤링의 외주면이 터빈하우징(20)의 내주면에 접촉 상태로 구비될 수 있다.
그리고, 피스톤링(30)의 일부가 상기 링홈(11) 내에 구비될 수 있다. 이때에, 상기 링홈(11)이 이루는 샤프트(10)의 축방향 길이는 피스톤링(30)의 두께보다 더 길게 형성되어 피스톤링(30)과 링홈(11) 사이는 소정의 간극을 두도록 형성할 수 있다.
특히, 본 발명의 이동제한수단은 상기 피스톤링(30)이 컴프레서(C)를 향하는 링홈(11)의 내면(11a)으로부터 터빈휠(T) 측으로 이동을 제한하도록 구성할 수 있다.
예컨대, 단면이 대략 사각의 홈 형상으로 형성된 링홈(11)의 내면(11a) 중, 컴프레서(C) 측에 가장 가깝게 형성된 내벽면에 피스톤링(30)이 상시 접촉하도록 구성할 수 있다.
따라서, 터빈측 배압이 급격하게 높아지는 운전조건은 물론 터빈측 배압이 낮은 운전조건에서도 피스톤링(30)이 컴프레서(C) 측을 향하는 링홈(11)의 내면(11a)에 상시 접촉된 상태를 유지하게 되는바, 차량의 운전조건이 급격하게 변경되더라도 피스톤링(30)이 샤프트(10)의 축방향을 따라 터빈휠(T) 측으로 이동하지 못하게 된다. 이에 피스톤링(30)의 급격한 이동작용에 기인한 피스톤링(30)의 마모현상을 방지하게 됨으로써, 궁극적으로는 후처리장치의 열화 및 손상 위험을 방지하게 되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이동제한수단의 제1실시예 구성을 나타낸 도면으로, 상기 이동제한수단은 상기 컴프레서(C)를 향하는 링홈(11)의 내면(11a)과, 상기 링홈(11)의 내면(11a)에 접촉하는 피스톤링(30)의 단부가 자력에 의해 서로 끌어당기도록 구성할 수 있다.
즉, 링홈(11)의 내면(11a) 및 피스톤링(30)의 단부 모두가 자력을 갖도록 구성하거나, 둘 중 적어도 하나가 자력을 갖도록 구성하면서 나머지 하나에 자성체를 구성함으로써, 피스톤링(30)이 링홈(11)의 내면(11a)에 상시 접촉할 수 있게 구성한다.
또한, 상기 이동제한수단은, 상기 컴프레서(C)를 향하는 링홈(11)의 내면(11a)과, 이에 접촉하는 피스톤링(30)의 단부가 서로 다른 극성을 갖도록 자화하여 구성할 수 있다.
예컨대, 링홈(11)의 내면(11a)이 (+)극성을 갖는 경우, 피스톤링(30)의 단부는 (-)극성을 갖도록 구성함으로써, 피스톤링(30)이 링홈(11)의 내면(11a)에 상시 접촉할 수 있게 구성한다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 이동제한수단의 제2실시예 구성을 도시한 것으로, 상기 이동제한수단은 상기 피스톤링(30)의 외경이 컴프레서(C) 측에서 터빈휠(T) 측을 향해 짧아지는 형상이 되도록 피스톤링(30)의 외주면을 경사지게 형성하고, 상기 피스톤링(30)과 마주하는 터빈하우징(20)의 내면에는 경사지게 형성된 피스톤링(30)의 외주면 일부가 수용 및 지지되도록 지지홈(21)을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 피스톤링(30)의 외주면에 제1경사면(32)을 형성하고, 상기 제1경사면(32)에 대응하는 지지홈(21)의 내면에는 제1경사면(32)에 대응하는 형상으로 제2경사면(22)을 형성할 수 있다.
즉, 피스톤링(30)의 단면 형상을 종래의 직사각 또는 정사각 형상에서, 피스톤의 외주면에 해당하는 일면을 경사지게 형성하여 그 단면 형상을 사다리꼴 형상으로 형성함으로써, 제1경사면(32)이 제2경사면(22)에 맞닿아 피스톤링(30)의 축방향 이동을 구조적으로 구속하게 된다.
따라서, 피스톤링(30)이 컴프레서(C) 측을 향하는 링홈(11)의 내면(11a)에 상시 접촉된 상태를 유지하게 되는바, 차량의 운전조건이 급격하게 변경되더라도 피스톤링(30)이 샤프트(10)의 축방향을 따라 터빈휠(T) 측으로 이동하지 못하게 되는 것이다.
한편, 도 3을 참조하면, 본 발명은 상기 컴프레서(C)를 향하는 링홈(11)의 내면(11a), 또는 이에 접촉하는 피스톤링(30)의 일면(31a)에 오일통로를 형성할 수 있다.
즉, 상기한 이동제한수단에 의해 피스톤링(30)의 축방향 이동을 구속함에 따라, 상시 접촉상태를 유지하는 링홈(11)의 내면(11a)과 피스톤링(30) 사이의 소착을 방지하도록 오일이 공급될 수 있는 오일통로를 형성하게 된다.
예컨대, 상기 오일통로는, 상기 컴프레서(C)를 향하는 링홈(11)의 내면(11a), 또는 이에 접촉하는 피스톤링(30)의 일면(31a) 중 적어도 어느 하나 이상에 방사상으로 형성된 오일갤러리(13,33)를 포함할 수 있다.
즉, 링홈(11)의 내면(11a)이나 피스톤링(30)의 일면(31a) 중 적어도 어느 하나 이상에 방사상으로 오일갤러리(13,33)를 형성함으로써, 상기 오일갤러리(13,33)를 통해 접촉면에 오일이 공급되는바, 오일 유막 절단에 따른 접촉면의 소착을 방지할 수 있다.
이때에, 상기 오일갤러리가 상기 링홈(11)의 내면(11a)에 형성된 경우에는, 상기 오일갤러리(13)는 피스톤링(30)과 접촉된 부분을 벗어나지 않도록 형성할 수 있다.
즉, 상기 링홈(11)의 내면(11a)에 형성된 오일갤러리(13)의 일단은 상기 샤프트(10)의 외주면에서부터 형성하되, 오일갤러리(13)의 타단이 피스톤링(30)의 일면(31a)과 접촉되는 부분을 넘어서지 않도록 형성함으로써, 오일갤러리(13) 내에 유입되는 오일이 링홈(11) 내부로 리크되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 오일갤러리가 상기 피스톤링(30)의 일면(31a)에 형성된 경우에는, 상기 오일갤러리(33)는 피스톤링(30)의 내주면까지 이어지지 않도록 형성할 수 있다.
즉, 상기 피스톤링(30)에 형성된 오일갤러리(33)의 일단은 상기 피스톤링(30)의 외주면에서부터 형성하되, 오일갤러리(33)의 타단이 피스톤링(30)의 내주면까지는 이어지지 않도록 형성함으로써, 오일갤러리(33) 내에 유입되는 오일이 링홈(11) 내부로 리크되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 상기 오일통로는, 상기 컴프레서(C)를 향하는 링홈(11)의 내면(11a), 또는 이에 접촉하는 피스톤링(30)의 일면(31a) 중 적어도 어느 하나 이상에는 이웃하는 오일갤러리(13,33)를 서로 연결하도록 형성한 오일챔버(14,34)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 오일챔버(14,34)는 링홈(11)의 내면(11a) 또는 피스톤의 일면에 그 원주방향을 따라 원형으로 형성할 수 있으며, 상기 오일갤러리(13,33)의 타단에 이어지도록 형성할 수 있다.
즉, 오일갤러리(13,33)를 통해 유입되는 오일이 오일챔버(14,34) 내에 유입되면서 이웃하는 다른 오일갤러리(13,33) 내로 유입될 수 있는바, 접촉면 전체에 골고루 오일이 공급될 수 있어, 접촉면 소착 위험 방지에 더욱 효과적인 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 운전조건에 관계없이 피스톤링(30)이 컴프레서(C) 측을 향하는 링홈(11)의 내면(11a)에 상시 접촉된 상태를 유지함으로써, 피스톤링(30)이 샤프트(10)의 축방향을 따라 터빈휠(T) 측으로 이동하지 못하게 되고, 이에 피스톤링(30)의 급격한 이동작용에 기인한 피스톤링(30)의 마모현상을 방지하여 후처리장치의 열화 및 손상 위험을 방지하게 된다.
더욱이, 본 발명은 링홈(11)의 내면(11a) 또는 피스톤링(30)의 일면(31a)에 오일통로를 형성함으로써, 상시 접촉하고 있는 링홈(11)의 내면(11a)과 피스톤링(30) 사이의 소착을 방지하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 샤프트 11 : 링홈
11a : 링홈의 내면 13 : 오일갤러리
14 : 오일챔버 20 : 터빈하우징
21 : 지지홈 22 : 제2경사면
30 : 피스톤링 31a : 피스톤링의 일면
32 : 제1경사면 33 : 오일갤러리
34 : 오일챔버
C : 컴프레서 T : 터빈휠

Claims (9)

  1. 터빈휠과 함께 회전하며, 외주면 일부에 링홈이 형성된 샤프트;
    상기 링홈과 함께 샤프트의 일부를 감싸는 형상으로 마련된 터빈하우징;
    상기 링홈 내에 접촉 상태로 구비된 피스톤링; 및
    컴프레서를 향하는 링홈의 내면으로부터 터빈휠 측으로의 피스톤링의 이동을 제한하도록 구성하는 이동제한수단;을 포함하고,
    상기 이동제한수단은,
    상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면과, 이에 접촉하는 피스톤링의 단부가 자력에 의해 서로 끌어당기도록 구성한 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동제한수단은,
    상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면과, 이에 접촉하는 피스톤링의 단부가 서로 다른 극성을 갖도록 자화하여 구성한 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동제한수단은,
    상기 피스톤링의 외경이 컴프레서 측에서 터빈휠 측을 향해 짧아지도록 피스톤링의 외주면을 경사지게 형성하고;
    상기 피스톤링과 마주하는 터빈하우징의 내면에는 경사지게 형성된 피스톤링의 일부가 수용 및 지지되도록 지지홈을 형성한 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 피스톤링의 외주면에 제1경사면을 형성하고;
    상기 제1경사면에 대응하는 지지홈의 내면에는 제1경사면에 대응하는 형상으로 제2경사면을 형성한 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면, 또는 이에 접촉하는 피스톤링의 일면 중 적어도 어느 하나 이상에는 오일통로를 형성한 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 오일통로는,
    상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면, 또는 이에 접촉하는 피스톤링의 일면 중 적어도 어느 하나 이상에 방사상으로 형성된 오일갤러리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 오일갤러리가 상기 링홈의 내면에 형성된 경우, 상기 오일갤러리는 피스톤링과 접촉된 부분을 벗어나지 않도록 형성하고;
    상기 오일갤러리가 상기 피스톤링의 일면에 형성된 경우, 상기 오일갤러리는 피스톤링의 내주면까지 이어지지 않도록 형성한 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 오일통로는,
    상기 컴프레서를 향하는 링홈의 내면, 또는 이에 접촉하는 피스톤링의 일면 중 적어도 어느 하나 이상에 이웃하는 오일갤러리를 서로 연결하도록 형성한 오일챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 실링장치.
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