KR101877119B1 - 터보 차저 - Google Patents

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Abstract

터보 차저에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 터보 차저는: 샤프트; 샤프트가 회동 가능하게 장착되고, 내측이 샤프트의 반경 방향을 지지하고, 양측이 샤프트의 축 방향을 지지하며, 샤프트에 오일을 공급하는 센터하우징; 및 중심부에 샤프트가 관통 결합되고, 센터하우징에 배치되며, 센터하우징에서 오일이 누설되는 것을 방지하는 디플렉터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터보 차저{TURBO-CHARGER}
본 발명은 터보 차저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베어링의 구성을 간소화하여 조립 공차와, 조립시간 및 부품 수를 최소화할 수 있는 터보 차저에 관한 것이다.
일반적으로 터보 차저(turbo-charger)는 고속으로 회전하는 축(shaft)을 지지하는 저널 베어링(journal bearing)과 회전체의 축방향 힘을 지지하는 스러스트 베어링(thrust bearing), 스러스트 베어링과 같이 축방향 힘을 지지하며 윤활 역할을 하는 스러스트 링(thrust ring), 저널 베어링을 센터 하우징에 고정시키는 저널 베어링 고정핀 등으로 회전하는 축을 지지한다.
종래의 터보 차저는 상술한 바와 같이 여러 부품으로 구성되어 있어 조립 후 축방향 공차가 발생하고, 축과 베어링 사이에 동심도가 맞지 않아 베어링의 성능이 저하되며, 스러스트 베어링을 고정시키기 위한 나사 체결과 저널 베어링을 고정시키기 위한 저널 베어링 고정핀 등 터보 차저의 성능과 무관한 불필요한 부품 조립시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2015-0075197호(2015.07.03, 발명의 명칭: 전동식 터보 차저)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 터보 차저에 장착되는 베어링의 구성을 간소화하여 조립 공차와, 조립시간 및 부품 수를 최소화할 수 있는 터보 차저를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 터보 차저는: 샤프트; 상기 샤프트가 회동 가능하게 장착되고, 내측이 상기 샤프트의 반경 방향을 지지하고, 양측이 상기 샤프트의 축 방향을 지지하며, 상기 샤프트에 오일을 공급하는 센터하우징; 및 중심부에 상기 샤프트가 관통 결합되고, 상기 센터하우징에 배치되며, 상기 센터하우징에서 오일이 누설되는 것을 방지하는 디플렉터부를 포함한다.
본 발명에서 상기 센터하우징은, 양측에 상기 디플렉터부가 배치되는 수용부가 형성되는 케이싱; 상기 케이싱의 내측에 형성되고, 상기 샤프트를 회동 가능하게 감싸면서 상기 샤프트의 반경 방향 둘레를 지지하는 저널 베어링부; 및 상기 수용부에 형성되고, 상기 샤프트의 축 방향 단부를 지지하는 스러스트 베어링부를 포함한다.
본 발명에서 상기 센터하우징은, 상기 케이싱의 상부면에 개구되게 형성되고, 외부로부터 오일이 유입되는 오일 공급유로; 및 상기 케이싱의 하부면에 개구되게 형성되고, 상기 오일 공급유로를 통해 유입되는 오일을 외부로 배출시키는 오일 배출유로를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 오일 공급유로는, 상기 저널 베어링부에 길이 방향을 따라 복수 개로 이격 형성되고, 상기 샤프트를 향하는 저널 베어링 유로와 연통된다.
본 발명에서 상기 저널 베어링 유로는, 상기 오일 공급유로에서 상기 샤프트를 향하여 최단 거리로 형성되는 제1 저널 베어링 유로; 및 상기 제1 저널 베어링 유로의 양측으로, 상기 오일 공급유로에서 상기 샤프트를 향하여 곡형으로 형성되는 제2 저널 베어링 유로를 포함한다.
본 발명에서 상기 스러스트 베어링부는, 상기 수용부의 일면에 상기 오일 공급유로와 연통되게 형성되고, 상기 오일 공급유로를 통해 유입되는 오일을 상기 디플렉터부를 향해 유출하는 오일 유출부; 상기 수용부 상에 상기 디플렉터부와 대면되게 돌출되고, 상기 샤프트를 중심으로 복수 개로 이격 형성되는 돌출부; 및 상기 수용부의 타면에 상기 오일 배출유로와 연통되게 형성되는 오일 유입부를 포함한다.
본 발명에서 상기 스러스트 베어링부는, 상기 오일 유출부를 중심으로 양측에 원호형으로 형성되는 가이드홈을 더 포함한다.
본 발명에서 상기 돌출부는 상기 샤프트의 회전 방향으로 상기 수용부에서 돌출되는 높이가 상향 경사지게 형성된다.
본 발명에서 상기 센터하우징은, 상기 오일 유입부를 통해 유입되는 오일이 상기 오일 배출유로로 안내되도록, 상기 오일 유입부에서 상기 오일 배출유로를 향해 하향 경사지게 형성되는 경사부를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 디플렉터부는 상기 센터하우징을 향하여 평면으로 형성되는 평판부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 터보 차저에 장착되는 센터하우징의 구성을 간소화하여 조립 공차와, 조립시간 및 부품 수를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 축방향 조립 공차를 감소시켜, 부품 수 감소로 인한 샤프트와 센터하우징 간의 동심도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 오일 유로를 이용하여 저널 베어링부의 윤활 효과를 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 오일 유로가 대칭적으로 형성되어, 양쪽에 균등한 오일이 분배되어 냉각이 균일하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저의 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디플렉터부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부의 돌출부의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부와 디플렉터부의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부와 디플렉터부의 하중 지지의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링부와 오일 유로의 단면도이다.
도 10은 도 9의 A-A의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링부의 측단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 터보 차저의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저의 정단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저의 분해 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디플렉터부의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부의 돌출부의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부와 디플렉터부의 측면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부와 디플렉터부의 하중 지지의 개략도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링부와 오일 유로의 단면도이고, 도 10은 도 9의 A-A의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링부의 측단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저는 샤프트(100), 센터하우징(200), 디플렉터부(300)를 포함한다.
샤프트(100)는 센터하우징(200)에 회동 가능하게 장착된다. 샤프트(100)의 일단부에는 컴프레서(미도시)가 장착되고, 샤프트(100)의 타단부에는 터빈(미도시)이 장착된다.
센터하우징(200)은 중심부에 샤프트(100)가 회동 가능하게 장착하는 것으로, 센터하우징(200)의 내측은 샤프트(100)의 반경 방향 둘레의 하중을 지지하고, 센터하우징(200)의 양측은 샤프트(100)의 축 방향 단부의 하중을 지지한다. 센터하우징(200)은 샤프트(100)에 윤활 및 냉각 작용을 하는 오일을 공급한다. 따라서 샤프트(100)는 오일 공급에 의해 회전 작동이 원할하게 이루어지고, 센터하우징(200)과의 접촉에 의해 마모 또는 발열 현상이 방지될 수 있다.
디플렉터부(300)는 중심부에 관통되는 샤프트(100)와 압입 결합되고, 센터하우징(200)의 양측(도 1 기준 좌우측)에 각각 배치되며, 센터하우징(200)에서 오일이 누설되는 것을 방지한다.
디플렉터부(300)는 센터하우징(200)의 수용부(211)에 장착되고, 디플렉터부(300)와 센터하우징(200) 사이에는 오일 링 등에 의해 실링될 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 센터하우징(200)은 케이싱(210), 저널 베어링부(230), 스러스트 베어링부(250), 오일 공급유로(213), 오일 배출유로(215), 경사부(217)를 포함한다.
케이싱(210)은 양측(도 1 기준 좌우측)에 디플렉터부(300)가 배치되는 수용부(211)가 형성된다. 수용부(211)는 케이싱(210)의 양단에 디플렉터부(300)를 수용할 수 있도록 원형으로 오목하게 형성된다.
디플렉터부(300)에서 수용부(211)에 수용되는 평판부(301)는 수용부(211)의 형상에 대응되게 원형으로 형성된다. 평판부(301)는 디플렉터부(300)에서 센터하우징(200)의 수용부(211)를 향하여 평면으로 형성된다. 평판부(301)의 직경은 수용부(211)의 직경보다 작거나 같게 형성된다.
저널 베어링부(230)는 케이싱(210)의 내측에 형성되고, 샤프트(100)를 회동 가능하게 감싸면서 샤프트(100)의 반경 방향 둘레의 하중을 지지한다. 저널 베어링부(230)에는 저널 베어링부(230)의 길이 방향을 따라 복수 개로 이격되는 저널 베어링 유로(231)가 형성된다, 저널 베어링 유로(231)은 저널 베어링 유로(231)의 내부에 오일 공급유로(213)와 연통되고, 샤프트(100)를 향하여 형성된다. 따라서 저널 베어링 유로(231)를 통해 센터하우징(200) 내부로 유입되는 오일이 샤프트(100)의 길이 방향을 따라 고르게 공급될 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 저널 베어링 유로(231)는 제1 저널 베어링 유로(233)와 제2 저널 베어링 유로(235)를 포함한다.
제1 저널 베어링 유로(233)는 오일 공급유로(213)에서 샤프트(100)를 향하여 최단 거리로 형성된다. 즉, 제1 저널 베어링 유로(233)는 샤프트(100)를 향하여 수직으로 형성된다.
제2 저널 베어링 유로(235)는 제1 저널 베어링 유로(233)의 양측에 형성되는 것으로, 오일 공급유로(213)에서 샤프트(100)를 향하여 곡형(曲形)으로 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 저널 베어링 유로(231)는 제1 저널 베어링 유로(233)와 제2 저널 베어링 유로(235)에 의해 저널 베어링부(230)에 3개의 유로로 형성되고, 샤프트(100)에 오일이 공급되는 면적이 증대되므르, 오일의 공급이 원활하게 이루어지며 윤활 효과가 극대화될 수 있다.
저널 베어링부(230)에는 저널 베어링부(230)의 길이 방향을 따라 복수 개의 저널 베어링면(225)이 돌출 형성된다. 저널 베어링면(225)은 샤프트(100)와 인접하여 샤프트(100)의 반경 방향 둘레의 하중을 지지한다. 저널 베어링면(225)은 저널 베어링부(230)의 양측에 각각 형성되는 것이 바람직하다. 저널 베어링면(225)은 저널 베어링부(230)에 2개가 형성되어 샤프트(100)를 지지하면서 샤프트(100)와의 마찰 발생을 최소화할 수 있다.
오일 공급유로(213)는 케이싱(210)의 일면(도 1 기준 상부면)에 개구되게 형성되고, 외부로부터 오일이 유입된다. 오일 공급유로(213)는 저널 베어링부(230)의 저널 베어링 유로(231)와 연통되어 샤프트(100)의 길이 방향으로 오일을 공급하고, 스러스트 베어링부(250)의 오일 유출부(251)와 연통되어 샤프트(100)의 양단부에 오일을 공급한다.
오일 배출유로(215)는 케이싱(210)의 타면(도 1 기준 하부면)에 개구되게 형성되고, 오일 공급유로(13)를 통해 유입되는 오일을 외부로 배출시킨다. 오일 공급유로(215)는 저널 베어링부(230)의 저널 베어링 유로(231)와 연통되어 샤프트(100)의 길이 방향으로 공급한 오일을 외부로 배출시키고, 스러스트 베어링부(250)의 오일 유입부(255)와 연통되어 샤프트(100)에 공급한 오일을 외부로 배출시킨다.
경사부(217)는 스러스트 베어링부(250)의 오일 유입부(255)를 통해 유입되는 오일이 오일 배출유로(215)로 안내되도록, 오일 유입부(255)에서 오일 배출유로(215)를 향해 하향 경사지게 형성된다. 따라서 오일 유입부(255)로 유입된 오일은 경사부(217)를 따라 오일 배출유로(215)로 이동되어, 센터하우징(200)에서 신속하게 배출될 수 있다.
스러스트 베어링부(250)는 케이싱(210)의 수용부(211)에 형성되는 것으로, 샤프트(100)의 축 방향 단부의 하중을 지지한다. 스러스트 베어링부(250)는 오일 유출부(251), 돌출부(253), 오일 유입부(255), 가이드홈(257)을 포함한다.
오일 유출부(251)는 수용부(211)의 일면(도 1 기준 상부면)에 오일 공급유로(213)와 연통되게 형성된다. 오일 유출부(251)는 오일 공급유로(213)와 연통되어 오일을 디플렉터부(300)의 평판부(301)를 향해 유출시킨다.
오일 유출부(251)를 통해 유출된 오일은 평판부(301)에서 수용부(211)를 향해 흐르게 되므로, 수용부(211)와 돌출부(253) 등에 오일이 고르게 흐르게 된다.
돌출부(253)는 수용부(211) 상에 디플렉터부(300)의 평판부(301)와 대면되게 돌출 형성되는 것으로, 샤프트(100)를 중심으로 복수 개로 이격 형성된다.
도 2, 도 3, 도 5, 도 6을 참조하면, 돌출부(253)는 샤프트(100)의 회전 방향을 따라서 수용부(211)에서 돌출되는 높이가 점점 높게 상향 경사지는 쐐기형으로 형성된다. 즉, 샤프트(100)가 시계방향으로 회전하면 돌출부(253)는 좌측에서 우측으로 향할수록 상향 경사지게 형성된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 돌출부(253)과 맞닿은 디플렉터부(300)의 평판부(301) 사이에 오일이 채워져 있고, 좌측에서 우측으로 향할수록 오일의 두께가 감소되며, 오일 압축으로 인한 압력이 형성되므로, 돌출부(253)의 우측에서 샤프트(100)의 축 방향 힘을 지지할 수 있게 된다.
오일 유입부(255)는 수용부(211)의 타면(도 1 기준 하부면)에 오일 배출유로(215)와 연통되게 형성된다. 오일 유입부(255)는 수용부(211)이 하부에 모인 오일이 오일 배출유로(215)를 통해 원활하게 유입되도록, 오일 유출부(251)의 크기보다 더 크게 형성된다.
오일 유입부(255)를 통해 유입된 오일은 경사부(217)를 따라 아래로 케이싱(210)의 하부로 내려가고, 오일 배출유로(215)를 통해 외부로 배출된다.
가이드홈(257)은 오일 유출부(251)를 중심으로 양측에 원호형으로 형성된다. 가이드홈(257)은 오일 유출부(251)를 통해 유출된 오일의 경로를 수용부(211)에 넓게 퍼지게 가이드하여 수용부(211)와 돌출부(253)에 오일이 고르게 퍼지게 한다. 따라서 회전하는 샤프트(100)의 축방향 단부의 하중을 돌출부(253)에서 지지할 수 있게 된다.
본 발명에서 센터하우징(200)는 좌우 대칭으로 형성되어, 가공이 용이하게 이루어지고, 샤프트(100)가 센터하우징(200)의 중심부에 장착되고, 센터하우징(200)의 좌우 양측에 디플렉터부(300)가 장착되는 것이 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 터보 차저에 장착되는 센터하우징의 구성을 간소화하여 조립 공차와, 조립시간 및 부품 수를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 축방향 조립 공차를 감소시켜, 부품 수 감소로 인한 샤프트와 센터하우징 간의 동심도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 오일 유로를 이용하여 저널 베어링부의 윤활 효과를 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 오일 유로가 대칭적으로 형성되어, 양쪽에 균등한 오일이 분배되어 냉각이 균일하게 이루어질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 샤프트 200: 센터하우징
210: 케이싱 211: 수용부
213: 오일 공급유로 215: 오일 배출유로
217: 경사부 225: 저널 베어링면
230: 저널 베어링부 231: 저널 베어링 유로
233: 제1 저널 베어링 유로 235: 제2 저널 베어링 유로
250: 스러스트 베어링부 251: 오일 유출부
253: 돌출부 255: 오일 유입부
257: 가이드홈 300: 디플렉터부
301: 평판부

Claims (10)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트가 회동 가능하게 장착되고, 내측이 상기 샤프트의 반경 방향 둘레를 지지하고, 양측이 상기 샤프트의 축 방향 단부를 지지하며, 상기 샤프트에 오일을 공급하는 센터하우징; 및
    중심부에 상기 샤프트가 관통되고, 상기 센터하우징에 배치되며, 상기 센터하우징에서 오일이 누설되는 것을 방지하는 디플렉터부를 포함하고,
    상기 센터하우징은,
    양측에 상기 디플렉터부가 배치되는 수용부가 형성되는 케이싱;
    상기 케이싱의 내측에 형성되고, 상기 샤프트를 회동 가능하게 감싸면서 상기 샤프트의 반경 방향 둘레를 지지하는 저널 베어링부;
    상기 수용부에 형성되고, 상기 샤프트의 축 방향 단부를 지지하는 스러스트 베어링부;
    상기 케이싱의 상부면에 개구되게 형성되고, 외부로부터 오일이 유입되는 오일 공급유로; 및
    상기 케이싱의 하부면에 개구되게 형성되고, 상기 오일 공급유로를 통해 유입되는 오일을 외부로 배출시키는 오일 배출유로를 포함하고,
    상기 저널 베어링부에는 상기 저널 베어링부의 길이방향으로 복수개의 저널베어링면이 돌출형성되고,
    상기 저널베어링면은 상기 샤프트의 반경 방향 둘레의 하중을 지지하고,
    저널 베어링 유로는 상기 오일 공급유로에서 상기 샤프트를 향하여 최단 거리로 형성되는 제1 저널 베어링 유로와, 상기 제1 저널 베어링 유로의 양측으로 상기 오일 공급유로에서 상기 샤프트를 향하여 곡형으로 형성되는 제2 저널 베어링 유로를 포함하고,
    상기 스러스트 베어링부는 상기 수용부의 일면에 상기 오일 공급유로와 연통되게 형성되고, 상기 오일 공급유로를 통해 유입되는 오일을 상기 디플렉터부를 향해 유출하는 오일 유출부와, 상기 수용부 상에 상기 디플렉터부와 대면되게 돌출되고, 상기 샤프트를 중심으로 복수 개로 이격 형성되는 돌출부와, 상기 수용부의 타면에 상기 오일 배출유로와 연통되게 형성되는 오일 유입부를 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 샤프트의 회전 방향으로 상기 수용부에서 돌출되는 높이가 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 차저.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오일 공급유로는,
    상기 저널 베어링부에 길이 방향을 따라 복수 개로 이격 형성되고, 상기 샤프트를 향하는 상기 저널 베어링 유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 터보 차저.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링부는,
    상기 오일 유출부를 중심으로 양측에 원호형으로 형성되는 가이드홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센터하우징은,
    상기 오일 유입부를 통해 유입되는 오일이 상기 오일 배출유로로 안내되도록, 상기 오일 유입부에서 상기 오일 배출유로를 향해 하향 경사지게 형성되는 경사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디플렉터부는 상기 센터하우징을 향하여 평면으로 형성되는 평판부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저.
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