KR101891998B1 - 배기가스 터보차저의 샤프트의 롤링 베어링 장치 - Google Patents

배기가스 터보차저의 샤프트의 롤링 베어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 터보차저(3) 샤프트(2)의 롤링 베어링 장치(1)에 관한 것으로, 상기 롤링 베어링 장치는 2개의 이격된 롤링 베어링들(4, 5); 및 베어링 하우징(11) 내에 배치되는 오일 공급장치(13)를 포함하되, 상기 롤링 베어링들의 내부 링들(6, 7)이 상기 샤프트(2) 상에 배치되며, 이러한 내부 링들(6, 7) 사이에는 스페이서(8)가 배치되고, 상기 롤링 베어링들의 외부 링들(9, 10)이 상기 베어링 하우징(11) 내에 고정된 베어링 부싱(12) 내에 장착되며, 상기 오일 공급장치는, 베어링 부싱(12) 내에 배치되고 환형 챔버(15) 내로 개방되는 오일 공급 덕트(14A, 14B)와 유체-연결되며, 오일 공급 덕트(14A, 14B) 내에는 체크 밸브(6)가 배치된다.

Description

배기가스 터보차저의 샤프트의 롤링 베어링 장치 {ROLLING BEARING ARRANGEMENT OF A SHAFT OF AN EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 배기가스 터보차저의 샤프트의 롤링 베어링 장치와, 청구항 5의 전제부에 따른 배기가스 터보차저에 관한 것이다.
매우 빠르게 회전하는 스핀들 베어링 장치(spindle bearing arrangement), 특히 롤링 베어링을 구비한 배기가스 터보차저의 스핀들 베어링 장치의 장착에 있어, 상기 롤링 베어링이 예압식 각접촉(preloaded angular-contact) 볼 베어링으로 설계되는 것이 유리하다는 사실은 이미 밝혀졌다. 상기 예압(preload)은, 생산 시에 한 쌍의 부품들에 의해 고정하여 설정될 수 있다. 대안적으로, 상기 예압은 예를 들어, 독일 특허 공보 제10 2007 013 727 A1호에 기술된 바와 같이, 열에 의해 유발된 길이의 변화를 보상하는 적어도 하나의 스프링이 장착된 변위 가능한 외부 링에 의해 생성될 수도 있다.
내연 기관의 동적 작동 시에 생기는 축 방향 힘은 방향 및 크기가 크게 변화한다. 여기서, 무부하 지점(unloaded point)에서 소음과 마모를 일으키는 축 방향 놀음(play)이 생기도록 스프링 힘이 압도될 수 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 일반적인 베어링 장치를 기술하고 있는 독일 특허 공보 제38 01 590 C2호는 오일이 충전된 축 대칭 환형 챔버에 의해 구현되는 유압식 예압(hydraulic preload)에 대해 기술하고 있다.
본 발명의 목적은, 열에 의해 유발되거나 또는 하중에 의해 유발되는 축 방향 놀음을 보상할 수 있게 하는, 청구항 1의 전제부에 특정된 형태의 롤링 베어링 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 환형 챔버를 폐쇄하는 체크 밸브를 제공함으로써, 본 발명에 따른 롤링 베어링 장치의 부품들은, 준정적 예압력(quasi-static preload force)과 그에 따른 베어링 마찰 손실을 최소화하도록 설계될 수 있다.
오일은 환형 챔버로부터 빠져나올 수 없기 때문에, 동적으로 일어나는 힘의 변동은 오일이 부담하게 된다.
또한, 결과적으로 열적 유발 또는 하중 유발에 의한 축 방향 놀음이 본 발명에 따른 롤링 베어링 장치에서는 더 이상 발생될 수 없다는 장점이 있으며, 상기 롤링 베어링 장치의 무부하 측에서 소음 및 마모 또한 발생될 수 없다.
청구범위의 종속항들은 본 발명의 유리한 개선점들에 관한 것이다.
본 발명의 추가적인 상세, 특징 및 장점은 도면에 근거한 예시적인 실시형태의 하기의 설명에 의해 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저를 개략적으로 매우 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 롤링 베어링 장치의 제1 실시 형태에 따른 베어링 하우징의 일부를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 롤링 베어링 장치의 제2 실시 형태로서, 도 2에 대응하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저(3)를 개략적으로 매우 간략히 도시한 도면으로서, 본 발명에 따른 상기 배기가스 터보차저(3)는, 종래에서와 같이, 압축기(18), 터빈(17) 및 베어링 하우징(11)을 갖는데, 상기 베어링 하우징은 압축기(18)와 터빈(17) 사이에 배치되며, 샤프트(2)를 장착하기 위한 것이다. 상기 샤프트는 그 각각의 단부 영역에서 압축기 휠과 터빈 휠을 구비하고, 상기 베어링 하우징(11) 내에 배치되며 다음의 도 2 및 3에 근거하여 상세히 설명되는 롤링 베어링 장치에 의해 장착된다.
도 2는 본 발명에 따른 롤링 베어링 장치(1)의 제1 실시 형태를 도시하고 있으며, 상기 롤링 베어링 장치(1)는, 상술된 바와 같이, 베어링 하우징(11) 내에 배기가스 터보차저(3)의 샤프트(2)를 장착하기 위한 것이다.
롤링 베어링 장치(1)는, 바람직하게는 각-접촉 볼 베어링(angular-contact ball bearing) 형태를 갖는 2개의 이격된 롤링 베어링들(4, 5)을 갖는다.
롤링 베어링(4)의 내부 링(6)과 다른 롤링 베어링(5)의 내부 링(7)은 샤프트(2) 상에 배치되며, 마찬가지로 샤프트(2) 상에 배치되는 스페이서(8)는 두 개의 내부 링(6, 7)을 서로에 대해 일정한 거리로 유지시키는 역할을 한다.
롤링 베어링(4, 5)의 외부 링(9, 10)은, 결과적으로 베어링 하우징(11) 내에 고정되는 베어링 부싱(bearing bushing; 12) 내에 배치된다.
베어링 하우징(11)은 오일 공급장치(13)를 구비하고, 상기 오일 공급장치는, 도시된 예에서, 중심 공급 덕트(13A)와, 상기 중심 공급 덕트로부터 분기되는 2개의 오일 덕트(13B 및 13C)를 갖는다. 오일 덕트(13C)는 오일 덕트(19)와 유체-연결되는데, 상기 오일덕트(19)는 베어링 부싱(12) 내로 이어지며 양쪽의 롤링 베어링들(4, 5)의 윤활을 위한 환형 덕트(20)를 통해 상기 롤링 베어링들에 오일을 공급한다.
오일 라인(13B)은, 마찬가지로, 베어링 부싱(12) 내에 배치되는 오일 공급 덕트와 유체-연결된다. 도시된 예에서, 상기 오일 공급 턱트는, 샤프트(2)의 축 A에 대해 적어도 실질적으로 수직으로 연장되는 제1덕트부(14A)와, 상기 제1덕트부와 인접하고 상기 축 A와 적어도 실질적으로 평행하게 연장되는 덕트부(14B)를 구비한다. 또한, 선택적으로, 상기 오일 공급 덕트는 단 하나의 덕트부 만을 가질 수도 있다.
오일 공급 덕트 (14A, 14B)는 오일 공급장치(13)를 그의 부분(13B)을 통해 환형 챔버(15)에 연결시키며, 상기 환형 챔버는 도 2에 따라 도시된 실시형태에서, 롤링 베어링(4)의 외부 링(9)에 바로 인접되게 배치된다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(16)가 상기 오일 공급 덕트 내에, 도시된 예에서, 덕트부(14A) 내에 배치되고, 체크 밸브(16)는 환형 챔버(15) 내로의 오일 공급을 허용하지만, 오일이 환형 챔버(15)로부터 오일 공급장치(13)로 거슬러 흐를 수 없도록 환형 챔버(15)를 차단한다. 이러한 구조는, 도입부에서 언급된 종래 기술을 뛰어넘는, 본 발명에 따른 롤링 베어링 장치의 도입부에 언급된 장점들을 제공한다.
도 3에 따른 제2 실시 형태는 도 2에 따른 실시 형태와는 달리, 2개의 부싱부(12A 및 12B)로 분할되는 베어링 부싱(12)를 갖는다. 도시된 실시 형태에서, 제1 부싱부(12A)가 베어링 하우징(11) 내에 고정되는데 반하여, 제2 부싱부(12B)는 제1 부싱부(12A)에 대해 샤프트(2)의 축 방향 A으로 변위될 수 있도록 안내된다. 시일(17)은 두 부싱부들(12A 및 12B) 사이에 시일링 목적으로 제공된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는, 환형 챔버(15)가 부싱부들(12A 및 12B) 사이에 위치되어, 환형 챔버(15) 내에서 증가되는 오일 압력이 롤링 베어링(4)의 제1 링(9)에 간접적으로 작용하도록 하며, 또한, 환형 챔버(15) 내에서 증가되는 상기 오일 압력은 변위 가능한 제2 부싱부(12B)를 롤링 베어링(4)의 방향으로 변위되도록 함으로써, 종래 기술을 넘어서는 관련된 장점들을 갖는 도입부에서 설명된 축 방향 놀음 보상(axial play compensation)이 본 실시 형태에서도 가능하도록 한다.
도 3에 도시된 실시 형태에 있어서, 축 베어링(4)으로 오일을 공급하기 위해, 제2 부싱부(12B) 내에 덕트(18')가 제공되며, 상기 덕트는 오일 공급장치(13)의 덕트부(13B)에 유체-연결된다.
롤링 베어링(5)으로 오일을 공급하기 위해, 덕트부(13C)를 통해 공급된 오일이 오일 덕트(19) 및 환형 챔버(15) 둘 다에 공급될 수 있도록, 오일 공급 덕트부(14A)로부터 분기된 오일 덕트(19)가 또한 제공된다.
이외에 있어서는 도 3에 따른 실시 형태가 도 2에 따른 실시 형태와 대응되어, 동일한 참조부호가 사용되었으며, 도 2의 상술된 설명을 참조할 수 있다.
상기 기재된 개시에 추가하여, 도 1 내지 3에 있는 개략도에 대하여 이로서 참조가 명시적으로 이루어진다.
[부호의 설명]
1 롤링 베어링 장치
2 샤프트
3 배기가스 터보차저
4, 5 롤링 베어링
6, 7 내부 링
8 스페이서
9, 10 외부 링
11 베어링 하우징
12 베어링 부싱
13, 13A, 13C 오일 공급장치
14A, 14B 오일 공급 덕트
15 환형 챔버
16 체크 밸브
17 터빈
18 압축기
18' 덕트
19 오일 덕트
20 환형 덕트
21 시일
A 샤프트(2)의 축

Claims (6)

  1. 배기가스 터보차저(3)의 샤프트(2)의 롤링 베어링 장치(1)로서,
    2개의 이격된 롤링 베어링들(4, 5); 및
    베어링 하우징(11) 내에 배치되는 오일 공급장치(13)를 포함하되,
    상기 롤링 베어링들의 내부 링들(6, 7)이 샤프트(2) 상에 배치되며, 이러한 내부 링들(6, 7) 사이에는 스페이서(8)가 배치되고,
    상기 롤링 베어링들의 외부 링들(9, 10)이 베어링 하우징(11) 내에 고정된 베어링 부싱(12) 내에 장착되며,
    상기 오일 공급장치는, 상기 롤링 베어링들에 오일을 공급하기 위한 제1 오일 공급 덕트(19) 및 베어링 부싱(12) 내에 배치되고 환형 챔버(15) 내로 개방되는 제2 오일 공급 덕트(14A, 14B)와 유체-연결되며,
    상기 제2 오일 공급 덕트(14A, 14B) 내에는 체크 밸브(6)가 배치되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    환형 챔버(15)는 2개의 롤링 베어링들(4, 5) 중 하나의 롤링 베어링(4)의외부 링(9)에 바로 인접되게 배치되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    베어링 부싱(12)은 2개의 부싱부들(12A, 12B)로 분할되어, 제1 부싱부(12A)는 베어링 하우징(11) 내에 고정되고, 제2 부싱부(12B)는 제1 부싱부(12A)에 대해 샤프트(2)의 축 방향(A)으로 변위 가능하게 안내되며, 환형 챔버(15)는 제1 및 제2 부싱부(12A, 12B) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    시일(21)이 부싱부들(12A, 12B) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 장치.
  5. 배기가스 터보차저(3)로서,
    베어링 하우징(11); 및
    2개의 이격된 롤링 베어링들(4, 5)을 구비한 롤링 베어링 장치(1)를 포함하고,
    롤링 베어링들(4, 5)의 내부 링들(6, 7)이 샤프트(2) 상에 배치되고, 스페이서(9)가 내부 링들(6, 7) 사이에 배치되며, 롤링 베어링들(4, 5)의 외부 링들(9, 10)이 베어링 하우징(11) 내에 고정된 베어링 부싱(12) 내에 장착되고,
    오일 공급장치(13)가 베어링 하우징(11) 내에 배치되며, 상기 오일 공급장치는, 베어링 부싱(12) 내에 배치되고 환형 챔버(15) 내로 개방되는 오일 공급 덕트(14A, 14B)와 유체-연결되며,
    체크 밸브(6)가 오일 공급 덕트(14A, 14B) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
  6. 제5항에 있어서,
    제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 의해 특징지어지는 배기가스 터보차저.
KR1020147004650A 2011-08-09 2012-08-02 배기가스 터보차저의 샤프트의 롤링 베어링 장치 KR101891998B1 (ko)

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DE102011109758.2 2011-08-09
DE102011109758 2011-08-09
PCT/US2012/049251 WO2013022684A1 (en) 2011-08-09 2012-08-02 Rolling bearing arrangement of a shaft of an exhaust-gas turbocharger

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KR20140050685A KR20140050685A (ko) 2014-04-29
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