KR101910032B1

KR101910032B1 - 터보차저를 위한 테이퍼-랜드 스러스트 베어링

Info

Publication number: KR101910032B1
Application number: KR1020147032157A
Authority: KR
Inventors: 제이슨 피. 모세티; 크리스티안 롱에이커
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2018-12-28
Also published as: KR20150002839A; RU2014145652A; IN2014DN09636A; CN104220714B; DE112013001566T5; US20150086144A1; CN104220714A; WO2013162703A1; US10036422B2

Abstract

자동차 터보차저(10)를 위한 오일-윤활식 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60)는 스러스트 베어링(30)을 포함한다. 스러스트 베어링(30)은 기저부(62) 및 적어도 하나의 인서트(64 또는 66)의 조립체를 포함하고, 이는 저동력 및 고동력 작동에서 성능을 최적화하기 위해 인가된 힘에 근거하여 의도적인 순응적 구조로서 오일막을 제어하도록 설계된다. 램프각은 낮은 하중에서 비교적 크며, 더 높은 하중에서는 더 작은 램프각으로 감소한다. 터보차저(10)의 일 측에서, 스러스트 베어링 조립체(60)는 상보적인 베어링 하우징 커버(32) 내에서 스러스트 와셔(24) 및 플린저 슬리브(34)와 함께 작동할 수 있다.

Description

터보차저를 위한 테이퍼-랜드 스러스트 베어링{TAPERED-LAND THRUST BEARING FOR TURBOCHARGERS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2012년 4월 24일에 "터보차저를 위한 테이퍼-랜드 스러스트 베어링"이라는 명칭으로 출원된 미국 가출원번호 제61/637,565호에 대한 우선권 및 모든 이점을 주장한다.

본 개시는 내연기관용 터보차저의 구성요소들에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 베어링의 최적의 작동 범위를 증가시키기 위해 유효 형상을 변화시키는 (램프들(ramps) 또는 패드들과 같은) 인서트들을 구비한 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체에 관한 것이다.

터보차징의 이점은 동력 출력의 증가, 연료 소비의 감소, 및 오염물질 배출의 감소를 포함한다. 엔진의 터보차징을 주로 고동력 성능의 관점에서 바라보는 것이 아니라, 더 낮은 이산화탄소(CO₂) 배출로 인해 환경 오염 및 연료 소비를 감소시키는 수단으로 바라본다. 현재, 터보차징의 주목적은 배기가스 에너지를 사용하여 연료 소비 및 배출을 감소시키는 것이다. 터보차지된 엔진에서, 연소 공기는 엔진에 공급되기 전에 사전-압축된다. 엔진은 자연 흡기 엔진과 동일한 양의 공기-연료 혼합물을 흡인하지만, 더 높은 압력 및 그에 따른 더 높은 밀도로 인해, 더 많은 공기 및 연료 질량이 연소실에 공급된다. 그 결과, 더 많은 연료가 연소될 수 있고, 그에 따라 엔진의 동력 출력은 속도 및 행정 체적에 비해 증가한다.

배기가스 터보차징에서는, 보통 낭비되는 배기가스 에너지의 일부를 사용하여 터빈을 구동한다. 터보차저는 이러한 보통 낭비되는 배기가스 에너지의 일부를 엔진에 되돌려 보내어, 엔진의 효율에 기여하며 연료를 절약한다. 터빈과 동일한 샤프트에 장착되는 압축기가 여과된 주변 공기를 끌어들이고, 압축하여, 엔진에 공급한다.

터보차저는 내연기관과 함께 사용되는 일종의 강제 흡기 시스템이다. 터보차저는 압축된 공기를 엔진 흡기구에 전달하여, 더 많은 연료가 연소되게 하므로, 엔진 중량을 현저히 증가시키지 않으면서 엔진 마력을 증가시킨다. 따라서, 터보차저 덕분에, 더 작은 엔진을 사용하여 더 큰 자연 흡기 엔진과 동일한 양의 마력을 발생시킬 수 있다. 차량 내에서 더 작은 엔진을 사용하면, 차량의 질량을 감소시키며 연비를 향상시키는 바람직한 효과가 있다. 아울러, 터보차저의 사용은 엔진에 전달된 연료의 더 완벽한 연소를 가능하게 하여, 더 깨끗한 환경이라는 매우 바람직한 목표에 기여한다.

터보차저는 통상적으로 엔진의 배기 매니폴드에 연결되는 터빈 하우징, 엔진의 흡기 매니폴드에 연결되는 압축기 하우징, 및 터빈 하우징과 압축기 하우징을 서로 결합시키는 중앙 베어링 하우징을 포함한다. 터빈 하우징 내의 터빈 휠은 배기 매니폴드로부터 공급되는 배기가스의 유입에 의해 회전 가능하게 구동된다. 중앙 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 샤프트는 터빈 휠을 압축기 하우징 내의 압축기 임펠러에 연결하고, 그에 따라 터빈 휠의 회전은 압축기 임펠러의 회전을 야기한다. 터빈 휠과 압축기 임펠러를 연결하는 샤프트는 회전축을 정의한다. 압축기 임펠러가 회전할 때, 이는 엔진의 흡기 매니폴드를 통해 엔진의 실린더들에 전달되는 공기 압력, 공기 유동 밀도, 및 공기 질량 유속을 증가시킨다.

터보차저 설계에서는 높은 회전 속도로 인해 마찰 최소화 시스템이 일반적이다. 슬리브 베어링과 함께, 샤프트는 부싱 등의 오일막 상에서 회전한다. 터보차저의 경우, 오일 공급은 엔진 오일 회로로부터 유래될 수 있다. 마찰을 줄이기 위해, 샤프트 속도보다 느리게 회전하는 부동 부싱이 정지형 중앙 베어링 하우징과 회전형 샤프트 사이에 위치할 수 있다.

스러스트 베어링은 회전형 임펠러/휠로부터의 축방향 하중을 지지한다. 축방향 힘들과 관련하여, 축방향으로 압축기 휠 및 터빈 휠에 작용하는 힘들이 상이한 크기를 가질 때, 샤프트-터빈 휠 조립체는 축방향으로 변위된다. 축방향 스러스트 베어링이 이러한 힘들을 지지한다. 샤프트 상에 고정되는 작은 원반들 또는 링들이 작용면들(오일막이 그 사이에 개재됨)의 역할을 할 수 있다. 축방향 베어링은 중앙 베어링 하우징 내에 고정될 수 있다. 오일이 샤프트 밀봉 영역에 들어가는 것을 방지하기 위해, 오일-편향판이 또한 존재할 수 있다.

테이퍼-랜드 베어링의 마찰 발생은 형상, 하중, 속도, 및 윤활유에 민감하기 때문에, 단일/고정 형상의 이러한 테이퍼-랜드 베어링은 작은 작동 범위에 부합하도록 설계될 수 있다. 차량 터보차저의 경우, 스러스트 베어링은 단일 형상을 형성하도록 하나의 부품으로부터 스탬핑되거나 기계가공되었다. 차량 터보차저는 대부분의 터보기계들보다 훨씬 더 큰 작동 범위를 경험한다. 그러므로, 적응 가변 형상 스러스트 베어링은 큰 작동 범위에 걸쳐 최적의 성능을 제공함으로써 유리하다.

따라서, 개선된 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체를 구비한 터보차저를 제공하는 것이 바람직하다.

본 개시는 플린저 슬리브, 스러스트 와셔, 상보적인 베어링 하우징 커버, 및 스러스트 베어링을 포함하는 자동차 터보차저를 위한 오일-윤활식 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체를 제공한다. 스러스트 베어링은 3개의 구성요소들, 즉 하나의 기저부 및 이 기저부의 양 측의 적어도 하나의 인서트의 조립체를 포함하고, 이는 의도적인 순응적 구조(purposefully compliant structure)로서 오일막을 제어하도록 설계된다. 스러스트 베어링의 테이퍼-랜드 형상 및 그에 따른 오일막의 거동은 추가로 가변 램프각으로 인해 인가된 힘에 좌우된다. 가변 램프각은 증가된 축방향 하중 용량 및 감소된 베어링 동력 소비의 형태로, 낮은 샤프트 작동 속도와 높은 샤프트 작동 속도 사이의 작동 범위를 연장한다.

스러스트 베어링의 램프 및 랜드는 인가된 하중에 따라 조절될 수 있으므로 개선된다. 변형되지 않은 패드 표면은 더 낮은 샤프트 속도 및 터보 동력에서와 같은 더 낮은 하중 성능 중에 더 낮은 마찰을 가능하게 한다. 힘이 증가할 때, 더 높은 터보 속도와 같은 고동력 작동 중에 마찰은 전체적으로 덜 중요해진다. 더 높은 하중이 램프를 가압하고, 램프(테이퍼)각은 더 작아지며, 유효 랜드 영역은 증가한다. 이는 베어링이 더 많은 하중 지지 압력을 발생시키게 하여, 베어링의 작동 범위를 연장한다.

베어링을 향한 오일 유동 역시 중요하다. 베어링 유동 저항이 낮을 때, 과도한 오일 유동은 낮은 속도에서와 같이 효율에 악영향을 미칠 것이다. 마찰은 또한 저온 오일을 이용하여 더 높을 수 있다. 개시된 스러스트 베어링 조립체는 시스템 내의 분배 및 유속 모두에 있어서 오일 유동을 제어하는 데에 도움이 된다.

회전형 샤프트의 속도가 증가할 때, 오일 유속도 증가한다. 베어링은 증가된 속도로 인해 더 높은 압력을 발생시킨다. 종래의 일체형 스러스트 베어링과 달리, 순응적 패드 인서트들은 테이퍼-랜드 스러스트 베어링의 가변 유효 형상을 제공한다.

본 개시의 이점들은 첨부 도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해되기 때문에 쉽게 인정될 것이다.
도 1은 터빈 하우징 및 압축기 하우징을 구비하지 않은 터보차저의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 분해도이다.
도 3은 터보차저의 압축기 단부의 분해도이다.
도 4는 내부로부터 바라본, 터보차저의 압축기 단부의 다른 분해도이다.
도 5는 스러스트 베어링의 내부 인서트의 평면도이다.
도 6은 내부 인서트, 기저부, 및 외부 인서트를 구비한 스러스트 베어링의 단면도이다.
도 7은 외부 인서트의 평면도이다.
도 8은 내부 인서트, 기저부, 및 외부 인서트를 구비한 스러스트 베어링의 분해도이다.
도 9는 본 개시의 제2 구현예에 따른 스러스트 베어링의 분해 사시도이다.
도 10은 낮은 하중에서 베어링 표면의 변형 가능한 특성을 나타낸 구조의 개략도이다.
도 11은 증가된 하중에서 베어링 표면의 변형 가능한 특성을 나타낸 구조의 개략도이다.
도 12는 편평한 랜드 영역과 함께, 증가된 하중에서 베어링 표면의 변형 가능한 특성을 나타낸 구조의 개략도이다.
도 13은 삼각형 베이스를 가진 멈춤부를 구비한 베어링 조립체 구성요소를 도시한다.
도 14는 직사각형 베이스를 가진 멈춤부를 구비한 베어링 조립체 구성요소를 도시한다.
도 15는 원형 베이스를 가진 멈춤부를 구비한 베어링 조립체 구성요소를 도시한다.
도 16은 제3 구현예에 따른 스러스트 베어링의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 터보차저가 전체적으로 도면부호 10으로 도시되어 있다. 터보차저(10)는 압축기 임펠러(14), 베어링 하우징(16), 및 터빈 휠 조립체(18)를 포함할 수 있다. 베어링 하우징(16) 내에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(20)는 터빈 휠 조립체(18)를 압축기 임펠러(14)에 연결하고, 그에 따라 터빈 휠 조립체(18)의 회전은 압축기 임펠러(14)의 회전을 야기한다. 회전 가능한 샤프트(20)는 축방향으로 연장되며, 회전축(R)을 정의한다. 압축기 임펠러(14)는 샤프트(20)의 일 단부에 장착되며, 압축기 하우징(미도시)에 수용된다. 압축기 너트(22)가 압축기 임펠러(14)를 샤프트(20)의 원위 단부에 고정 유지할 수 있다. 터빈 휠 조립체(18)는 샤프트(20)의 반대편 단부에 부착되거나 장착되며, 표준 배기 매니폴드(미도시)로부터 배기가스 유동을 받는다. 압축기 임펠러(14)가 회전할 때, 공기가 유입되고 압축되어, 엔진 흡기 매니폴드에 상승된 압력으로 전달된다. 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 터빈 휠 조립체(18)는 배기 매니폴드로부터 공급된 배기가스의 유입에 의해 회전 가능하게 구동되고, 이는 샤프트(20)를 회전시켜서, 압축기 임펠러(14)를 회전시킨다. 다시 말하면, 압축기 임펠러(14)는 터빈 휠 조립체(18)에 의해 회전 가능하게 구동된다. 배기가스는 터빈 휠 조립체(18)를 구동한 후에 토출된다.

샤프트(20)는 다양한 공지된 베어링들 또는 슬리브들(예컨대, 스페이서 슬리브)에 의해 베어링 하우징(16) 내에 회전 가능하게 지지될 수 있다.

샤프트(20)는, 와셔 또는 소형 장치와 같이, 샤프트(20)를 둘러싸는 스러스트 와셔(24)를 구비할 수 있고, 스러스트 와셔(24)는 터보차저(10)의 축방향 하중을 처리하기 위해 정지형 스러스트 베어링(30)과 연동한다. 샤프트(20)는 또한 압축기 임펠러(14)의 후방벽에 인접하게 위치하는 베어링 하우징 커버(32)와 플린저 슬리브(34)를 통과할 수 있다.

스러스트 베어링(30)은 베어링 하우징(16)의 압축기측에 형성될 때, 플린저 슬리브(34)의 일부를 수용할 수 있는 베어링 하우징 커버(32)와 접경할 수 있다. 베어링 하우징 커버(32)는 베어링 하우징(16)에 견고하게 밀봉될 수 있다. 베어링 하우징 커버(32) 및 플린저 슬리브(34)는 압축기 휠(14)로부터의 오일을 밀봉하기 위해, 그리고 압축된 공기가 베어링 하우징(16)으로 누출되는 것을 방지하기 위해 연동한다. 플린저 슬리브(34)는 압축기 임펠러(14)에 인접하는 중공 원통형 단부(36)를 포함한다. 샤프트(20)는 베어링 하우징 커버(32)의 커버 보어(40) 내에서 진행되는 플린저 슬리브(34)의 단부(36)의 보어(38)를 통해 베어링 하우징(16)을 빠져나간다. 플린저 슬리브(34)는 샤프트(20)와 함께 회전하며, 단부(36)는 베어링 하우징 커버 보어(40) 내에 배치된다. 링(42)은 플린저 슬리브(34)의 단부(36) 상의 홈에 안착될 수 있으며, 플린저 슬리브(34)와 베어링 하우징 커버(32)의 커버 보어(40)의 내주 사이에 가스 밀봉부를 형성한다. O링(44)은 베어링 하우징 커버(32)의 외주 상의 홈에 안착될 수 있으며, 베어링 하우징 커버(32)와 베어링 하우징(16) 사이에 가스 밀봉부를 형성한다. RTV 타입 실런트, 강제 끼워맞춤, 개스킷 등과 같은 다른 밀봉 방법들이 존재한다.

스냅 링(46)은 베어링 하우징 커버(32)를 압축기 휠(14)과 인접하게 제자리에 고정한다. 스냅 링(46)은 베어링 하우징 커버(32) 및 스러스트 베어링(30)을 베어링 하우징(16) 내에 고정한다. 하나 이상의 체결구 또는 접착제 또는 스냅-탭 등을 이용하여, 유사한 장치가 또한 베어링 하우징에 부착될 수 있다.

오일 밀봉부가 아닌 스냅 링(46) 또는 O링(44)에 의해, 압축된 공기가 압축기측에서 베어링 하우징(16)에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

플린저 슬리브(34)의 반대편 단부 원위부(48)는 스러스트 베어링(30)의 보어(50)에 인접한다.

플린저 슬리브(34)는 또한 중공 원통형 단부(36) 및 원위 단부(48) 각각의 원주보다 큰 원주를 가진 립(52)을 포함한다. 립(52)은 베어링 하우징 커버(32)와 스러스트 베어링(30) 사이에 배치된다. 베어링 하우징 커버(32)는 바람직하게는 플린저 슬리브(34)의 립(52)과 정렬되는 상보적인 립(54)을 포함한다. 오일은 윤활을 제공하기 위해 베어링 하우징(16)을 통해 순환된다.

압축기측에서, 샤프트(20)가 회전할 때, 오일은 플린저 슬리브(34)의 립(52) 및 베어링 하우징 커버(32)의 상보적인 립(54)에 의해 수용되며, 오일 유로로 재안내될 수 있다. 베어링 하우징 커버(32) 및 플린저 슬리브(34)는 오일이 압축기 휠(14)로 흡인되는 것을 방지하기 위해, 그리고 압축된 공기가 베어링 하우징(16)으로 누출되는 것을 방지하기 위해 연동한다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 스러스트 베어링(30)은 터보차저(10)를 위한 오일-윤활식 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60)일 수 있다. 스러스트 베어링 조립체(60)는 3개의 구성요소들, 즉 기저부(62) 및 내부 인서트(64)와 외부 인서트(66)를 포함하고, 이는 의도적인 순응적 구조로서 인가된 힘에 근거하여 오일막을 제어하도록 설계된다. 내부 인서트(64) 및 외부 인서트(66)는 기저부(62)에 대해 샤프트 축 상에서 회전하는 것이 제한된다. 스러스트 베어링이 일 방향으로만 하중을 지지하는 경우, 단일 인서트가 가능하다. 스러스트 베어링 조립체(60)의 테이퍼-랜드 형상 및 그에 따른 오일막의 거동은 인가된 힘에 좌우된다. 이는 축방향 하중 용량을 증가시키고 베어링 동력을 감소시킴으로써, 저동력 작동 속도와 고동력 작동 속도를 포함하여 이들 사이의 성능을 최적화한다. 램프(테이퍼)각은 낮은 하중에서 비교적 크며, 더 높은 하중에서는 더 작은 램프각을 가진 편평한 랜드로 변화된다. 터보차저 작동 범위를 고려할 때, 가변 유효 형상을 가진 순응적 가요성 랜드는 추가로 성능을 개선할 수 있다.

스러스트 베어링 조립체(60)의 램프 및 랜드는 하중에 따라 조절될 수 있으므로 개선된다. 스러스트 베어링 조립체(60)는 고하중 및 저하중 성능을 최적화한다. 낮은 하중에서는 편평한 랜드 영역이 감소하고, 높은 하중에서는 최대 하중 용적을 위해 편평한 랜드 영역이 증가한다. 변형되지 않은 외표면은 더 낮은 속도에서와 같은 저하중 성능 중에 축방향 힘당 더 적은 마찰을 가능하게 한다. 이러한 더 낮은 속도 및 하중에서 마찰 손실은 감소한다. 변형 가능한 램프 부분은 이를 내리누르는 축방향 힘을 갖지 않는다. 힘이 증가할 때, 더 높은 터보차저 속도와 같은 고하중 작동 중에 마찰은 전체적으로 덜 중요해진다. 더 높은 하중이 램프를 가압하며, 각도는 더 작아진다. 순응적 변형 가능한 모습은 스러스트 베어링 조립체(60)의 작동 하중 및 마찰 범위를 연장한다.

도 1 내지 도 8에서, 내부 인서트(64) 및 외부 인서트(66)의 상측 외주는 베어링 하우징 커버(32)의 외주 및 기저부(62)와 정렬되고, 스러스트 베어링(30)의 하측 원주는 오일 유동을 허용하기 위해 존재하지 않는다. 기저부(62)는 오일 배출 슬롯들을 포함할 수 있다. 패드 편향은 기저부 상에서 중단된다.

본 구현예에서, 내부 인서트(64)는 설치 시에 도시된 바와 같은 개구(68)를 가질 수 있는데, 이는 구체적으로 스러스트 베어링 조립체(60)의 기저부(62)를 향한 오일 유동을 위한 것이다. 터보 장치에 따라 오일이 양 측에서 들어올 수 있음은 물론이다. 대안적인 오일 유동 개구들이 기저부(62) 또는 외부 인서트(66)에 있을 수 있다.

기저부(62) 및 각각의 인서트(64, 66)의 일련의 정렬된 구멍들(70, 72, 74)은 이들을 통과하는 핀(76)에 의해 각각 고정될 수 있다. 핀(76)은 또한 스러스트 베어링 조립체(60)를 베어링 하우징(16)에 고정하는데, 이는 또한 베어링 하우징(16)에 대한 스러스트 베어링 조립체(60)의 회전을 방지할 것이다. 핀(76)은 구멍 또는 다른 수단으로 베어링 하우징(16)에 고정될 수 있다. 핀이 회전을 제한하는 것으로 고려되지 않은 경우, 비원형 경계면 형상이 또한 베어링 하우징 내부에 사용될 수 있다.

본 구현예에서, 외부 인서트(66)는 바람직하게는 외주에 판금 탭들로서 일체화된 탭(80)을 포함하며, 탭(80)은 외부 인서트(66)를 기저부(62)에 고정하기 위해 기저부(62)의 요홈(82)과 정렬된다. 이는 생산 친화적인 것으로 입증되었지만, 클립, 접착제, 및 다른 체결 수단과 같이, 인서트들(64, 66)을 기저부(62)에 클램핑하거나 체결하는 다양한 수단을 사용하여 스러스트 베어링(30)을 형성할 수 있다.

도면부호들이 전술한 바와 유사한 구성요소들을 나타내는 도 9를 참조하면, 스러스트 베어링 조립체(160)의 제2 구현예는 기저부(162) 및 그에 따라 베어링 하우징 커버(32)보다 작은 직경을 가진 인서트들(164, 166)을 포함한다. 또한, 인서트들(164, 166)을 기저부(162)에 고정하기 위한 다른 수단이 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 일련의 나사들이 각각의 인서트(164, 166)를 통과하여 기저부(162)에 고정된다.

도 10 내지 도 12는 베어링 표면의 변형 가능한 특성을 나타낸 구조의 개략도들이다. 도 10에서, 램프각은 낮은 하중에서 가장 크고, 이어서 도 11 및 도 12는 하중의 증가에 따른 램프각의 감소를 보여준다. 낮은 하중에서, 램프각은 가장 크며, 이후 더 높은 하중에서 감소한다. 이 도면들은 또한 도 10의 낮은 하중과 이후 도 12에 도시된 바와 같은 높은 하중 사이의 편평한 랜드 영역의 변화를 보여준다. 램프각은 낮은 하중에서 비교적 크며, 더 높은 하중에서는 더 작은 램프각으로 감소한다; 반면에 편평한 랜드 영역은 낮은 하중에서 최소화되며, 더 높은 하중에서는 더 큰 랜드 영역으로 변화된다.

도 10 내지 도 12에서, 우측의 화살표는 러너(90)와 스러스트 베어링 기저부(62) 사이의 오일 유동을 나타낸다. 도 10의 만곡된 화살표는 기저부(62) 및 멈춤부(92)에 대한 인서트(64)의 단부(94) 상의 힘을 나타낸다. 멈춤부(92)는 개략적으로 넓게 도시되었다. 도 11 및 도 12의 수직 화살표는 힘을 나타내며, 도 12는 멈춤부(92)에 대한 인서트(64)의 변형 가능한 단부(94)의 순응성을 나타낸다. 스러스트 베어링 인서트 단부(96)가 기저부(62)에 고정된 멈춤부(92)에 인접하게 도시되어 있다.

도 13 내지 도 15는 상이한 멈춤부 형상들 및 개수들의 멈춤부들(92)을 도시한다. 도 13은 삼각형 베이스를 가진 6개의 멈춤부들(92)을 보여준다. 도 14는 직사각형 베이스를 가진 6개의 멈춤부들(92)을 보여준다. 도 15는 돔형일 수 있는 원형 베이스를 가진 5개의 멈춤부들(92)을 보여준다. 이러한 멈춤부들(92)은 인서트들(64)과 같은 패드들이 (하중 하에서) 하향 편향될 때 패드 높이 및 형상을 결정한다.

도 16은 또 다른 구현예에 따른 스러스트 베어링(260)의 분해 사시도를 도시한다. 기저부(262)는 일 측으로부터 타측으로의 오일 유동을 제어하기 위해 오리피스(278)를 추가한다. 오리피스(278)는 비공급측으로의 유동 제어를 위해 사용될 수 있다. 본 구현예는 기저부(262)의 보어에 인접하는 관통 슬롯을 구비하지 않는다. 게다가, 패드 멈춤부(284)는 부채꼴 또는 "파이" 형상일 필요가 없기 때문에 더 직사각형으로 도시되어 있다. 본 개시의 변형을 나타내기 위해, 절곡선(286)은 보어의 중심에 수렴되거나 반경방향이 아닌 것으로 도시되어 있다. 축을 따라 나타낸 바와 같이, 램프, 홈, 및 멈춤부의 형상은 본 개시의 범위 내에서 변경될 수 있다.

본 발명은 예시적인 방식으로 설명되었으며, 사용된 전문 용어는 제한이 아닌 설명의 의도라는 것을 이해해야 한다. 상기 교시에 비추어 본 발명의 다양한 수정 및 변경이 가능하다. 그러므로, 청구범위 내에서, 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 설명된 바와 다른 방식으로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims

베어링 하우징(16)을 통과하는 회전형 샤프트(20)에 의해 연결된 압축기 임펠러(14)와 터빈 휠(18)을 구비한 터보차저(10)를 위한 오일-윤활식 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60)에 있어서,
제1측 및 반대편의 제2측을 포함하는 기저부(62);
상기 기저부(62)의 제1측 상에 배치된 제1 인서트(64)로서, 상기 제1 인서트는 단일체로 제1 평면을 한정하며 복수의 제1 램프들을 포함하고, 각각의 제1 램프는 캔틸레버(cantilevered) 형태로 상기 제1 평면에 대해서 램프각으로 지향되고 인가된 힘에 대응하여 상기 제1 평면을 향해 편향되어 오일막을 제어하도록 상기 램프각이 변경될 수 있는, 제1 인서트(64); 및
상기 기저부(62)의 제2측 상에 배치된 제2 인서트(66)로서, 상기 제2 인서트는 단일체로 제2 평면을 한정하며 복수의 제2 램프들을 포함하고, 각각의 제2 램프는 캔틸레버 형태로 상기 제2 평면에 대해서 램프각으로 지향되고 인가된 힘에 대응하여 상기 제2 평면을 향해 편향되어 오일막을 제어하도록 상기 램프각이 변경될 수 있는, 제2 인서트(66);를 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66) 중 적어도 하나는 오일 유동을 위한 개구(68)를 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 램프각은 인가된 힘이 증가할수록 감소하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 베어링 하우징(16) 내에 고정되며, 커버 보어(40)를 구비한 베어링 하우징 커버(32), 및 상기 커버 보어(40)에 끼워맞춤되는 중공 원통형 단부(36)를 구비한 플린저 슬리브(34)를 더 포함하고,
상기 회전형 샤프트(20)는 상기 플린저 슬리브(34)의 상기 중공 원통형 단부(36)를 통과하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제4항에 있어서,
상기 베어링 하우징 커버(32), 기저부(62), 제1 인서트(64), 및 제2 인서트(66)를 상기 베어링 하우징(16) 내에 고정하는 스냅 링(46)을 더 포함하는 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제5항에 있어서,
상기 베어링 하우징 커버(32)는 그 외주 주위에 O링(44)을 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제6항에 있어서,
상기 베어링 하우징 커버(32)는 상기 O링(44) 및 상기 스냅 링(46)과 함께 가스가 상기 베어링 하우징(16)에 들어가는 것을 방지하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 기저부(62), 상기 제1 인서트(64), 및 상기 제2 인서트(66) 각각은 서로 정렬되는 구멍(72, 74)을 포함하고,
상기 베어링 조립체(60)는, 상기 베어링 하우징(16)에 고정되며, 상기 베어링 하우징(16)에 대한 스러스트 베어링(30)의 회전을 방지하기 위해 상기 정렬된 구멍들(72, 74)을 통과하는 핀(76)을 더 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66)의 복수의 제1 램프 및 제2 램프의 편향은 성능을 최적화하기 위해 상기 인가된 힘에 좌우되고, 상기 램프각은 인가된 힘이 증가할수록 감소하며;
상기 인가된 힘이 증가함에 따라 상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66)의 복수의 제1 램프 및 제2 램프가 맞닿게 되는 상기 기저부(62)의 제1측 및 제2측에 그리고 상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66)의 외표면 아래에 멈춤부가 형성되고, 상기 복수의 제1 램프 및 제2 램프는 상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66)의 제1 평면 및 제2 평면과 평행하게 되는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제4항에 있어서,
상기 제1 인서트(64)의 외주의 일부 및 상기 제2 인서트(66)의 외주의 일부는 상기 베어링 하우징 커버(32)의 외주와 정렬되는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트(64) 및 상기 제2 인서트(66)는 상기 기저부(62)의 양 측에 체결되는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제11항에 있어서,
상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66) 중 하나는 상기 기저부(62)의 대응하는 요홈에 고정되는 탭(80)을 외주 상에 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제4항에 있어서,
상기 플린저 슬리브(34)는 상기 중공 원통형 단부(36)의 원주보다 큰 원주를 구비한 립(52)을 포함하고, 상기 베어링 하우징 커버(32)는 상기 플린저 슬리브(34)의 상기 립(52)과 정렬되는 상보적인 립(54)을 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
제1항에 있어서,
상기 회전형 샤프트(20)를 둘러싸며 상기 제1 인서트(64)에 인접하는 스러스트 와셔(24)를 더 포함하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).
베어링 하우징(16)을 통과하는 회전형 샤프트(20)에 의해 연결된 압축기 임펠러(14)와 터빈 휠(18)을 구비한 터보차저(10)를 위한 오일-윤활식 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60)에 있어서,
상기 베어링 하우징(16) 내에 고정되며, 커버 보어(40), 및 상기 커버 보어(40)보다 큰 원주를 가진 원형 립(54)을 구비한 베어링 하우징 커버(32);
상기 커버 보어(40)에 끼워맞춤되는 단부를 구비하며, 상기 베어링 하우징(16)의 상기 립(54)과 정렬되는 상보적인 립(52)을 구비한 플린저 슬리브(34);
제1측과 제2측을 포함하는 기저부(62);
상기 기저부(62)의 제1측에 배치된 제1 인서트(64); 및
상기 기저부(62)의 제2측에 배치된 제2 인서트(66);를 포함하고,
상기 제1 인서트 및 제2 인서트(64, 66)는 각각 단일체로서 제1 평면 및 제2 평면을 한정하며, 상기 제1 인서트(64)는 복수의 제1 램프들을 가지고, 상기 제2 인서트(66)는 복수의 제2 램프를 가지며, 각각의 제1 램프 및 제2 램프는 캔틸레버 형태로 제1 평면 또는 제2 평면에 대하여 램프각으로 지향되고 인가된 힘에 대응하여 오일막을 제어하도록 상기 제1 평면 및 제2 평면을 향해 편향될 수 있고, 상기 제1 인서트(64) 및 제2 인서트(66)는 상기 기저부(62)의 양 측에 체결되며;
상기 복수의 제1 램프 및 제2 램프는 성능을 최적화하기 위해 상기 인가된 힘에 대응하여 편향될 수 있고, 상기 램프각은 인가된 힘이 증가할수록 감소하는, 테이퍼-랜드 스러스트 베어링 조립체(60).