KR102064945B1 - 터보차저 알루미늄 베어링 하우징을 보호하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

터보차저 알루미늄 베어링 하우징을 보호하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

알루미늄 터보차저 베어링 하우징에는, 터빈 하우징 및/또는 베어링 시스템과의 계면에서 베어링 하우징이 마모될 가능성이 있다. 우려가 될 가능성이 있는 하나의 영역은, 베어링 하우징의 플랜지와 터빈 하우징의 접경부 사이의 계면이다. 계면에서의 보호 요소로, 마모 가능성 및 그에 따라 회전 조립체와 이들이 작동하는 하우징이 오정렬될 가능성이 줄어들 수 있다. 보호 요소는 베어링 하우징 플랜지를 위한 캡 또는 베어링 하우징 플랜지의 특정 면들을 덮도록 이루어진 열 차단부일 수 있다. 보호 요소는 베어링 하우징의 보어 내에 제공된 슬리브일 수 있다. 보호 요소는 알루미늄 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 및/또는 더 높은 내마모성을 가진 재료로 만들어질 수 있다.

Description

터보차저 알루미늄 베어링 하우징을 보호하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PROTECTING A TURBOCHARGER ALUMINUM BEARING HOUSING}
실시예들은 전반적으로 터보차저, 특히 알루미늄으로 만들어진 베어링 하우징을 구비한 터보차저에 관한 것이다.
터보차저는 일종의 강제 유도 시스템이다. 터보차저는 자연 흡기식 구성에서 가능한 것보다 더 큰 밀도로 공기를 엔진 흡기부에 전달하여, 더 많은 연료가 연소되도록 함에 따라, 엔진 중량을 크게 증가시키지 않고도 엔진의 마력을 증폭시킨다. 더 큰 물리적 크기의 자연 흡기식 엔진을 대체하는 더 작은 터보차저 엔진은 질량을 감소시키고, 차량의 공기역학적인 전방 면적을 감소시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 전반적으로 참조하면, 터보차저(10)는 엔진 배기 매니폴드로부터의 배기 유동을 사용하여, 터빈 하우징(14) 내부에 위치한 터빈 휠(12)을 구동한다. 터빈 휠(12)에 의해 추출된 에너지는 회전 운동으로 전환되고, 그 후 압축기 커버(18) 내부에 위치한 압축기 휠(16)을 구동한다. 압축기 휠(16)은 터보차저(10) 내로 공기를 인입시키고, 이러한 공기를 압축하여 엔진의 흡기 측으로 전달한다. 회전 조립체는 다음의 주요 구성요소들로 이루어진다: 터빈 휠(12); 압축기 휠(16); 터빈 휠(12)과 압축기 휠(16)이 장착되는 샤프트(20); 저널 베어링; 플린저; 및 스러스트 구성요소들. 샤프트(20)는 오일(일반적으로 엔진 오일 펌프에 의해 공급됨)이 공급되는 베어링 시스템 상에서 회전한다. 베어링 시스템은 베어링 하우징(22) 내부에 위치된다. 일반적으로, 두 가지 유형의 베어링 시스템, 즉 롤러 베어링(Rolling element bearing, REB) 시스템 및 유체역학적 저널 베어링 시스템이 있다.
롤러 베어링(REB) 시스템(21)을 구비한 일반적인 터보차저(10)가 도 1에 도시되어 있다. 베어링들은 카트리지(30)의 형태로 나타나 있으며, 여기서 샤프트(20)가 카트리지(30)의 내부 레이스(24) 상에 위치하고, 카트리지(30)의 외부 레이스(26)가 베어링 하우징(22)의 보어(36)에 위치한다. 일반적으로, 외부 레이스(24)의 외경은 외부 레이스(26)의 외경과 베어링 하우징(22)의 보어(36)의 내경 사이에서 유막에 의해 감쇠된다. 베어링 카트리지(30)에 대한 축방향 구속부는 그 일 단부 상의 베어링 하우징(22)의 접경부 및 다른 단부 상의 클립(28)으로 이루어진다. 클립(28)은 또한 회전 방지 구속부로서 사용될 수도 있다. 샤프트(20)는, 그 자체가 내부 레이스(24)의 터빈단의 접경부에 인접한 샤프트(20)의 터빈단의 접경부에 의해 베어링 카트리지(30)에 위치된다.
도 2는 유체역학적 저널 베어링 시스템(23)을 구비한 일반적인 터보차저를 보여준다. 이러한 구성에서, 저널 베어링(32) 및 스러스트 베어링(34)은 베어링 하우징(22) 내에 개별적으로 조립된다. (저널 베어링(32)의 내경 내에 위치되는) 샤프트(20) 및 저널 베어링(32)의 외경은 둘 다 유막에 의해 지지된다. 일반적으로, 저널 베어링 보어(37)는 매우 높은 원통도 및 표면 마감도로 마감된다. 일반적인 저널 베어링 터보차저(10)에서의 축방향 구속부는, 베어링 하우징(22)의 스러스트 베어링단 상의 접경부에 축방향으로 인접하게 위치하는 스러스트 베어링(34)에 의해 제공된다. 샤프트의 축방향 위치는, 샤프트(20) 상의 저널 베어링 직경의 압축기단 상의 접경부에 인접하는 스러스트 와셔(스러스트 베어링에 의해 축방향으로 제어됨)에 의해 설정된다.
대부분의 터보차저는 터빈 하우징 바닥(38)을 통해 엔진에 장착된다. 이러한 경우, 베어링 하우징(22), 압축기 커버(18), 및 바닥(38) 상의 회전 조립체에 의해 가해지는 힘(회전 관성을 포함) 및 이에 따른 엔진에 의해 가해지는 힘들은 터빈 하우징(14)을 베어링 하우징(22)에 부착하는 연결부를 통해 전달되어, 특정한 연결 계면이 마모되기 쉽다. 베어링 하우징(22)에 대한 터빈 하우징(14)의 축방향 위치는, 터빈 하우징(14) 상의 상호보완적인 접경부(44)의 면과 함께, 베어링 하우징(22)의 위치결정 플랜지(42) 상의 터빈 하우징 대향 표면(40)에 의해 설정된다. 몇몇 경우, 터빈 열 차단부(46) 상의 플랜지(42)가 터빈 하우징 접경부(44)와 표면(40) 사이에 개재된다.
터빈 하우징(14)과 베어링 하우징(22) 사이의 연결부는 일반적으로 두 가지 유형 중 하나이다. 첫 번째 유형의 연결부는 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 볼트 및 클램프 판 유형의 연결부이다. 이러한 구성에서, 플랜지(42)가 (터빈 하우징 또는 베어링 하우징의) 일 부분 상에서 상호보완적인 부분의 몸체에 클램핑되며, 클램프 하중은 클램프 판(52)을 통해 나사산 체결구(50)에 의해 공급된다.
터빈 하우징(12)과 베어링 하우징(22)의 계면을 위한 다른 유형의 연결부는 도 3에 도시된 바와 같이 V자형 밴드이다. 이러한 유형의 연결부에서, 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)와 터빈 하우징(14)의 플랜지(64)는, V자형 밴드 리테이너(56) 상의 상호보완적인 테이퍼에 의해 축방향 및 반경방향 둘 다로 구속되고, 플랜지들(42, 64)은 이를 함께 끌어당긴다. V자형 밴드(56)는 일반적으로 티 볼트(tee-bolt) 및 트러니언에 의해 원주방향으로 압축되는 복수의 리테이너 세그먼트(54)를 구비한다. 이러한 티 볼트에서의 압축은 밴드에 인장 응력을 가하고, 티 볼트는 밴드(56)의 양 단부를 함께 끌어당긴다. 리테이너 세그먼트(54) 상의 밴드(56)에 의해 가해진 힘은, 반경방향 내측 성분 및 축방향 수축 성분 둘 다를 가진 균일한 폐쇄력으로 전환된다. 반경방향 성분은 V자형 밴드 플랜지 리테이너 세그먼트(54)를, 함께 클램핑된 두 개의 구성요소(이 경우, 터빈 하우징(14) 및 베어링 하우징(22))에서 플랜지(42, 64)로 제조된 테이퍼들(58, 59) 아래로 끌어당긴다.
터빈 하우징(14)과 베어링 하우징(22) 사이의 임의의 유형의 연결부에서, 계면은 진동 및 온도 차이뿐만 아니라 모멘트 힘을 겪게 된다. 계면에서의 마모는 회전 조립체의 요소들(즉, 터빈 휠(12) 및 압축기 휠(16))과 이들이 놓여 있는 하우징(14, 22) 사이의 오정렬을 일으킬 수 있다.
현대의 자동차 응용에서, 차량의 질량은 차량의 효율 면에서 중대한 이슈가 되고 있다. 터보차저의 질량을 감소시키기 위한 노력으로, 이전의 전통적인 회주철 베어링 하우징을 알루미늄 베어링 하우징이 대체하였다. 700℃ 내지 1050℃ 범위의 배기 온도로, 터빈 하우징은 알루미늄으로 주조될 수 없었다. 이러한 재료의 변화로 베어링 하우징에 대해 55% 내지 65% 범위의 질량 감소, 및 베어링 하우징에 대한 터빈 하우징의 계면에 대해 대략 33%의 잠재적인 모멘트 감소가 이루어졌다. 그러나, 그렇게 함으로써, 알루미늄은 회주철에 비해 상대적으로 연성을 띠기 때문에, 고온의 터빈 하우징(14)과 상대적으로 저온의 베어링 하우징(22) 사이의 계면, 및 구현될 수 있는 임의의 베어링 시스템에 대한 베어링 하우징(22)의 계면에서 마모가 증가할 수 있다. 따라서, 예로서 도 3에 도시된 터빈 하우징(14)과 베어링 하우징(22) 사이의 계면을 참고로 하면, 플랜지(42, 64), 특히 알루미늄 베어링 하우징 플랜지(42)의 테이퍼(58, 59) 상의 리테이너 세그먼트들(54)의 내부 표면들의 상호작용은 플랜지(42)의 표면을 손상시킬 수 있으며, 후속으로 V자형 밴드(56)를 플랜지(42)에 적용하는 것에 해가 될 수 있다.
따라서 터빈 하우징과 베어링들과의 적절한 계면을 제공하면서 터보차저에 알루미늄 베어링 하우징을 사용할 수 있도록 하는 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 터보차저 계면을 위한 보호 시스템은, 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 일부에 의해 정의되는 제1 표면; 터빈 하우징에 의해 정의되는 제2 표면; 및 상기 제1 및 제2 표면 사이에 작동 가능하게 위치되며, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 더 높은 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어짐으로써 열 및/또는 마모로부터 상기 제1 표면을 보호하는 보호 요소;를 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지에 의해 정의되고, 상기 플랜지는 상기 터빈 하우징과 맞물리며 상기 보호 요소는 상기 플랜지 및 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 사이에 위치하고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 터보차저 계면을 위한 보호 시스템은, 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 일부에 의해 정의되는 제1 표면; 터빈 하우징에 의해 정의되는 제2 표면; 및 상기 제1 및 제2 표면 사이에 작동 가능하게 위치되며, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 더 높은 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어짐으로써 열 및/또는 마모로부터 상기 제1 표면을 보호하는 보호 요소;를 포함하고, 상기 보호 요소는 터빈 열 차단부이고, 상기 제1 표면은 터빈단 대향면 및 터빈단 대향면에 수직인 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지의 반경방향 결합면을 포함하며, 열 차단부는 축방향 대향면 및 반경방향 대향 플랜지를 포함하며, 열 차단부는 상기 제1 및 제2 표면들 사이에 작동 가능하게 위치되고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지의 외부 테이퍼면이고, 상기 제2 표면은 V자형 밴드의 리테이너 세그먼트의 일부이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 터보차저 계면을 위한 보호 시스템은, 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 일부에 의해 정의되는 제1 표면; 터빈 하우징에 의해 정의되는 제2 표면; 상기 베어링 하우징과 터빈 하우징을 클램핑하는 V자형 밴드; 및 상기 제1 및 제2 표면 사이에 작동 가능하게 위치되며, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 더 높은 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어짐으로써 열 및/또는 마모로부터 상기 제1 표면을 보호하는 보호 요소;를 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지에 의해 정의되고, 상기 플랜지는 상기 터빈 하우징과 맞물리며 상기 보호 요소는 상기 플랜지 및 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 사이에 위치하고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 터보차저에서 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 일부에 의해 정의된 제1 표면과 터빈 하우징에 의해 정의된 제2 표면 사이의 계면을 보호하는 방법은, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어지는 보호 요소를 제공하는 단계; 및 상기 제1 표면의 적어도 일부가 열 및/또는 마모로부터 보호되도록 상기 제1 및 제2 표면들 사이에 상기 보호 요소를 작동 가능하게 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지에 의해 정의되고, 상기 플랜지는 상기 터빈 하우징과 맞물리며 상기 보호 요소는 상기 플랜지 및 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 사이에 위치하고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른, 터보차저에서 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 일부에 의해 정의된 제1 표면과 터보차저 구성요소에 의해 정의된 제2 표면 사이의 계면을 보호하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어지는 보호 요소를 제공하는 단계; 및 상기 제1 표면의 적어도 일부가 열 및/또는 마모로부터 보호되도록 상기 제1 및 제2 표면들 사이에 상기 보호 요소를 작동 가능하게 위치시키는 단계;를 포함하고, 상기 보호 요소는 터빈 열 차단부이고, 상기 제1 표면은 터빈단 대향면 및 터빈단 대향면에 수직인 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지의 반경방향 결합면을 포함하며, 상기 제2 표면은 터빈 하우징에 의해 정의되고, 상기 열 차단부는 서로 각을 이루어 형성된 제1, 제2 및 제3 내부 표면을 포함하고, 각각의 제1, 제2 및 제3 내부 표면은 상기 플랜지와 맞물리고, 상기 터빈 열 차단부는 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 및 상기 터빈 하우징과 맞물린다.
본원에 기술된 실시예들은, 베어링 하우징과 터빈 하우징 사이 및/또는 베어링 하우징과 베어링 시스템 사이의 계면을 보호하기 위한 시스템 및 방법을 제공함으로써 알루미늄 베어링 하우징의 사용을 용이하게 하고, 그로 인해 알루미늄 베어링 하우징을 사용함으로써 발생할 수 있는 마모 및 기타 문제를 피하면서 이러한 베어링 하우징의 이점이 실현될 수 있게 한다. 시스템 및 방법은 계면에 강철 또는 다른 적합 재료의 보호 표면을 제공하여, 계면을 형성하였을 알루미늄 표면을 보호한다. 적합한 재료는 베어링 하우징의 기본 알루미늄 재료보다 더 높은 내열성 및/또는 더 높은 내마모성을 가진다.
본 발명을 첨부 도면들에서 비제한적으로 예로서 도시하되, 도면들에 있어서 유사한 참조 번호는 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은 롤링 베어링을 구비한 일반적인 터보차저 조립체의 단면도이다.
도 2는 유체역학적 베어링을 구비한 일반적인 터보차저 조립체의 단면도이다.
도 3은 터빈 하우징과 베어링 하우징을 위한 일반적인 V자형 밴드 유형의 클램핑 시스템을 보여준다.
도 4는 알루미늄 베어링과 터빈 하우징 및/또는 베어링 시스템 사이의 계면을 위한 보호 시스템의 제1 실시예를 보여준다.
도 5는 알루미늄 베어링과 터빈 하우징 사이의 계면을 위한 보호 시스템의 제2 실시예를 보여준다.
도 6은 알루미늄 베어링과 터빈 하우징 및/또는 베어링 시스템 사이의 계면을 위한 보호 시스템의 제3 실시예를 보여준다.
본원에 기술된 구성은, 터빈 하우징 및/또는 베어링 시스템과의 계면을 개선하도록 구성된 알루미늄 베어링 하우징을 구비한 터보차저 장치에 관한 것이다. 상세한 실시예들이 본원에 개시되지만, 개시된 실시예들은 오직 예시적인 것으로 이해될 것이다. 그러므로, 본원에 개시된 특정한 구조적, 기능적 상세사항들은 제한적인 것으로 해석되지 않으며, 단지 청구항을 위한 근거로서, 그리고 사실상 임의의 적절히 상세하게 설명된 구조에 본원의 양태들을 다양하게 활용할 수 있도록 당업자들에게 교시하기 위한 대표적인 근거로서 해석될 것이다. 또한, 본원에 사용된 용어 및 어구들은 제한적인 것이라기보다는 가능한 구현들을 이해하기 위한 설명을 제공하기 위한 것이다. 이러한 구성들은 도 4 내지 도 6에 도시되며, 실시예들은 예시된 구조 또는 응용에 제한되지 않는다.
도 4를 참조하면, 알루미늄 베어링 하우징(22)과 터빈 하우징(14) 및/또는 베어링 시스템(미도시) 사이의 계면을 위한 보호 시스템의 예가 도시되어 있다. 베어링 하우징(22)은 임의의 적합한 종류의 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
터빈 하우징(14)과 접촉하는 알루미늄 베어링 하우징의 적어도 일부, 예컨대 플랜지(42) 사이에 보호 요소(70)가 작동 가능하게 위치될 수 있다. 보호 요소(70)는 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어 보호 요소(70)는 베어링 하우징(22)의 알루미늄보다 더 높은 내열성 및/또는 더 높은 내마모성을 가진 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 보호 요소(70)는 주철, 티타늄 또는 임의의 적합한 종류의 강철로 만들어질 수 있다. 보호 요소(70)는 알루미늄 베어링 하우징(22)보다 더 단단한 재료로 만들어질 수 있다. 보호 요소(70)는 터빈 하우징(14)과 상대적으로 연성인 알루미늄 베어링 하우징(22) 사이의 잠재적인 마모 문제에 대한 저항성을 제공할 수 있다. 보호 요소(70)는 또한 터빈 하우징(14)의 열로부터 알루미늄 베어링 하우징(22)을 보호할 수 있다.
보호 요소(70)는 임의의 적합한 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 보호 요소(70)는 도 4에 도시된 바와 같이 대략 U자형 단면을 가진 캡과 같이 구성될 수 있다. 이러한 경우, 보호 요소(70)는 베어링 하우징(22)의 적어도 일부, 예컨대 플랜지(42)를 덮을 수 있다. 이러한 경우, 보호 요소(70)는 대략 원통형의 반경방향 보호 표면(72) 및 하나 이상의 축방향 보호 표면(74, 76)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 구성에서는 두 개의 축방향 보호 표면(74, 76)이 제공되지만, 실시예들은 두 개의 축방향 보호 표면으로 제한되지 않는다. 한 쌍의 축방향 보호 표면(74, 76)은 대략 원통형의 반경방향 보호 표면(72)에 대략 수직일 수 있다. 일 실시예에서, 한 쌍의 축방향 보호 표면(74, 76)은 대략 원통형의 반경방향 보호 표면(72)에 실질적으로 90도에 있을 수 있다. 물론, 표면들(72, 74, 76)은, 베어링 하우징(22) 및/또는 계면에서의 다른 구성요소들의 구성에 따라, 서로에 대해서 임의로 적합하게 연장될 수 있다.
표면들(72, 74, 76)은 함께 단일 구조로서 형성될 수 있거나, 또는 표면들(72, 74, 76) 중 적어도 하나는 별도의 부분에 의해 정의되어 다른 표면 정의 부분(들)에 연결될 수 있다. 보호 요소(70)는 링과 유사한 구조일 수 있다. 보호 요소(70)는 단일 부분 또는 복수의 원주방향 링 세그먼트로서, 즉, 알루미늄 베어링 하우징(22)의 보어(100)의 축(98)을 중심으로 한 방향으로 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 보호 요소(70)에 대한 상기 설명은 단지 예로서 제공된 것이며 실시예들은 이러한 구성에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 일부 경우, 보호 요소(70)는, 보호 요소(70)의 두께를 수용하도록 감소된 치수를 가질 수 있는, 알루미늄 플랜지(42)의 적어도 일부 상에 적합한 금속을 적용(예컨대, 분무)함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 보호 요소(70)는 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)의 적어도 일부 상에서 적소에 주조될 수 있다. 적어도 일부 경우에, 보호 요소(70)는 예컨대 몇 가지 가능한 것을 들자면 체결구, 접착제 및/또는 기계적 결합을 비롯한 임의의 적합한 방식으로 베어링 하우징(22)에 부착될 수 있다.
보호 요소(70)에 추가하여 또는 대안적으로, 시스템은 내부에 보호 슬리브(78)를 제공함으로써 알루미늄 베어링 하우징(22)의 보어(100)의 마모를 최소화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 슬리브(78)는 보어(100)와 임의의 베어링 시스템(미도시) 사이에 작동 가능하게 위치될 수 있다. 슬리브(78)는 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 슬리브(78)는 베어링 하우징(22)의 알루미늄보다 더 높은 내열성 및/또는 더 높은 내마모성을 가지는 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 슬리브(78)는 주철, 티타늄 또는 임의의 적합한 종류의 강철로 만들어질 수 있다. 슬리브(78)는 베어링 하우징(22)의 기본 알루미늄 금속보다 더 큰 강도를 가지는 재료로 만들어질 수 있다. 슬리브(78)는 터빈단(80) 및 압축기단(82)을 가질 수 있다. 슬리브(78)는 중공으로 이루어지고 임의의 적합한 단면 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 슬리브(78)는 임의의 적합한 두께의 벽을 가질 수 있다.
슬리브(78)는 임의의 적합한 방식으로 보어(100)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 슬리브(78)는 보어(100) 내부에서 적소에 주조될 수 있다. 대안적으로, 슬리브(78)는 보어(100) 내에 삽입될 수 있고, 예를 들어 몇 가지 가능한 것을 들자면 압입 끼워맞춤, 억지 끼워맞춤, 체결구, 접착제 및/또는 기계적 결합에 의해 부착될 수 있다. 슬리브(78)는 증가된 치수를 가질 수 있는 보어(100)의 적어도 일부 상에 적합한 금속을 적용(예컨대, 분무)함으로써 형성될 수 있다.
슬리브(78)는 단일 구성요소로 형성될 수 있거나, 또는 임의의 적합한 방식으로 함께 연결되는 복수의 슬리브 세그먼트에 의해 형성될 수 있다. 슬리브(78)는 다른 구성요소를 위한 수용부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 슬리브(78)는 저널 베어링 오일 전달 포트(86)를 오일 전달 통로(87)에 유체 연결하기 위한 유로(84)를 포함할 수 있다. 또한, 슬리브(78)는 이미 사용된 오일을 예컨대 슬리브(78)에 형성된 슬롯(88)에 의해 베어링 시스템 밖으로 나가게 하도록 구성될 수 있다. 유사한 방식으로, 슬리브(78)의 터빈단(80)은 계단형 보어(90)를 위한 수용부 및 샤프트(20)(도 2 참조)의 터빈단 플린저로부터 배출되는 오일의 출구를 위한 수용부를 구비해야 한다. 슬리브(78)의 터빈단(80)은 메인 슬리브의 일부일 것이지만, 별도의 구성요소일 수 있다.
도 5를 참조하면, V자형 밴드 유형의 클램핑의 경우 알루미늄 베어링 하우징(22)과 터빈 하우징(14) 사이의 계면을 위한 보호 시스템의 또 다른 예가 도시되어 있다. 이러한 구성은 알루미늄 플랜지(42)의 외부 테이퍼면(92) 상에서 리테이너 세그먼트(54)의 내부면에 의해 야기되는 손상에 저항할 수 있다. 보호 요소(94)가 제공되어 알루미늄 플랜지(42)의 적어도 일부 상에 보호 표면을 형성할 수 있다. 이러한 구성에서 보호 요소(94)가 제공된 외부 테이퍼면(96)은 리테이너(54)의 내부면과 직접 접촉함에 따라 알루미늄 플랜지(42)에 대한 마모 및 손상을 최소화하고, 그로 인해 V자형 밴드 구성에 요구되는 정확한 슬라이딩 메커니즘에 대한 방해 요인을 피할 수 있다. 보호 요소(94)는 임의의 적합 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어 보호 요소(94)는 베어링 하우징(22)의 알루미늄보다 더 높은 내열성 및/또는 내마모성을 가진 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 보호 요소(94)는 주철, 티타늄 또는 임의의 적합한 종류의 강철로 만들어질 수 있다. 보호 요소(94)는 알루미늄 베어링 하우징(22)보다 더 단단한 재료로 만들어질 수 있다.
보호 요소(94)는 임의의 적합한 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 보호 요소(94)는 V자형 밴드 구조에서의 플랜지(42)를 위한 캡과 같이 구성될 수 있다. 보호 요소(94)는 도 5에 도시된 바와 같이 대략 V자형 단면을 가질 수 있다. 보호 요소(94)는 제1 및 제2 내부면(102, 104)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 내부면(102, 104)은 서로에 대해 일정 각도를 이룰 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 내부면(102, 104) 사이에 예각이 형성된다. 제1 및 제2 내부면(102, 104)은 제3 내부면(106)에 의해 연결될 수 있다. 보호 요소(94)는 플랜지(42)의 적어도 일부를 덮도록 구성될 수 있다. 보호 요소(94)는 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다.
보호 요소(94)는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호 요소(94)는 알루미늄 플랜지(42) 상에 위치된 별도의 구성요소로서 형성될 수 있다. 보호 요소(94)에 의해 제공된 보호 표면들은 단일 부분 구조일 수 있거나 또는 복수의 부분으로 이루어질 수 있다. 보호 요소(94)는 링과 유사한 구조일 수 있다. 보호 요소는 단일 부분으로서 또는 복수의 원주방향 링 세그먼트로서, 즉, 알루미늄 베어링 하우징(22)의 보어(100)의 축(98)을 중심으로 한 방향으로 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 보호 요소(94)에 대한 상기 설명은 단지 예로서 제공된 것이며 실시예들은 이러한 구성에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일부 경우에, 보호 요소(94)는, 보호 요소(94)의 두께를 수용하도록 감소된 치수를 가질 수 있는, 알루미늄 플랜지(42)의 적어도 일부 상에 적합한 금속을 적용(예컨대, 분무)함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 보호 요소(94)는 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)의 적어도 일부 상에서 적소에 주조될 수 있다. 적어도 일부 경우에, 보호 요소(94)는 예를 들어 몇 가지 가능한 것을 들자면 체결구, 접착제 및/또는 기계적 결합을 비롯한 임의의 적합한 방식으로 베어링 하우징(22)에 부착될 수 있다.
도 6을 참조하면, 알루미늄 베어링 하우징(22)과 터빈 하우징(14) 및/또는 베어링 시스템(미도시) 사이의 계면을 위한 보호 시스템의 추가적인 예들이 도시되어 있다. 여기서, 터빈 열 차단부(46')는 일반적인 설계에서 변형되어, 압축기 커버의 방향으로 축방향으로, 그리고 터빈 하우징(14)과의 알루미늄 베어링 하우징(22) 계면을 위해 반경방향으로 둘 다, 보호 완충부를 제공할 수 있다. 이러한 구성에서, 베어링 하우징(22) 상의 고정된 보호 커버가 없을 수 있지만, (터빈 하우징(14)에서의 상호보완적인 접경부(44)와의) 베어링 하우징 플랜지(42)의 터빈단 대향 축방향 결합면(112)은 터빈 열 차단부(46')의 연장된 축방향 대향면(114)에 의해 보호될 수 있다.
(터빈 하우징(14)의 상호보완적인 파일럿 직경과의) 베어링 하우징 플랜지(42)의 반경방향 결합면(116)의 표면은, 터빈 열 차단부(46')의 연장된 축방향 대향면(114)으로부터 이어지는 터빈 열 차단부(46')의 또 다른 연장된 반경방향 대향 플랜지(118)에 의해 연장부(110)에 의해 보호될 수 있다. 열 차단부(46')는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 플랜지(42)의 압축기 대향측(120)은, 넓은 표면적을 가질 수 있는 클램프 판(52)에 의해 또는 세그먼트화된 링의 부분들에 의해 보호되어, 너트(54) 및 클램프 판(52)으로부터의 클램프 하중을 확장시켜 알루미늄 플랜지 표면 상의 마모를 최소화할 수 있다.
열 차단부(46')에 추가하여 또는 대안적으로, 보호 시스템은 슬리브(78)를 포함할 수 있다. 도 6과 관련하여 슬리브(78) 대하여 상기 설명된 것이 여기에 동일하게 적용될 수 있다.
열 차단부(46')는 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 열 차단부(46')는 베어링 하우징(22)의 알루미늄보다 더 높은 내열성 및/또는 내마모성을 가진 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 열 차단부(46')는 주철, 티타늄 또는 임의의 적합한 종류의 강철로 만들어질 수 있다.
본원의 실시예들은 수많은 이점을 제공할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본원에 기술된 보호 계면들을 제공함으로써, 알루미늄 베어링 하우징(22)의 다양한 영역들이 마모로부터 보호될 수 있다. 따라서, 알루미늄 베어링 하우징(22)을 터보차저에 사용할 수 있고, 그로 인해 질량 감소 및 터빈 하우징 상에서 베어링 하우징 계면에 대해 이루어지는 관련된 모멘트의 감소도 가능하게 한다.
본원에서 사용된 바와 같은 부정관사("a" 및 "an")과 같은 용어들은 하나 또는 그 이상으로서 정의된다. 본원에 사용된 바와 같은 "복수"라는 용어는 둘 또는 그 이상으로 정의된다. 본원에 사용된 바와 같은 "또 다른" 이라는 용어는 적어도 제2의 또는 그 이상으로 정의된다. 본원에 사용된 바와 같은 "포함하는(including)" 및/또는 "가지는(구비하는)" 이라는 용어는 "포함하는(comprising)" 으로 정의된다(즉, 제한되지 않는 의미의 표현).
본원에 기술된 양태들은 그 사상 또는 본질적인 속성으로부터 벗어나지 않으면서 다른 형태 및 조합으로 구현될 수 있다. 따라서, 물론 실시예들은 본원에 기술되며 오직 예로서 주어진 특정한 상세사항들에 제한되지 않으며 하기의 청구항의 범주 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 터보차저 계면을 위한 보호 시스템에 있어서,
    알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 일부에 의해 정의되는 제1 표면;
    터빈 하우징에 의해 정의되는 제2 표면; 및
    상기 제1 및 제2 표면 사이에 작동 가능하게 위치되며, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 더 높은 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어짐으로써 열 및/또는 마모로부터 상기 제1 표면을 보호하는 보호 요소;를 포함하고,
    상기 제1 표면은 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지에 의해 정의되고, 상기 플랜지는 상기 터빈 하우징과 맞물리며 상기 보호 요소는 상기 플랜지 및 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 사이에 위치하고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 요소는 강철, 주철 또는 티타늄 중 하나로 만들어지는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 요소는 U자형의 단면을 가지는 캡(70)인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 요소는 V자형의 단면을 가지는 캡(70)인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 보어(100)에 슬리브(78)가 수용되는, 시스템.
  6. 터보차저 계면을 위한 보호 시스템에 있어서,
    알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 일부에 의해 정의되는 제1 표면;
    터빈 하우징에 의해 정의되는 제2 표면; 및
    상기 제1 및 제2 표면 사이에 작동 가능하게 위치되며, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 더 높은 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어짐으로써 열 및/또는 마모로부터 상기 제1 표면을 보호하는 보호 요소;를 포함하고,
    상기 보호 요소는 터빈 열 차단부(46')이고, 상기 제1 표면은 터빈단 대향면(112) 및 터빈단 대향면(112)에 수직인 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)의 반경방향 결합면(116)을 포함하며, 열 차단부(46')는 축방향 대향면(114) 및 반경방향 대향 플랜지(118)를 포함하며, 열 차단부(46')는 상기 제1 및 제2 표면들 사이에 작동 가능하게 위치되고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)의 외부 테이퍼면(92)이고, 상기 제2 표면은 V자형 밴드(56)의 리테이너 세그먼트(54)의 일부인, 시스템.
  7. 터보차저에서 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 일부에 의해 정의된 제1 표면과 터빈 하우징에 의해 정의된 제2 표면 사이의 계면을 보호하는 방법에 있어서,
    상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어지는 보호 요소를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 표면의 적어도 일부가 열 및/또는 마모로부터 보호되도록 상기 제1 및 제2 표면들 사이에 상기 보호 요소를 작동 가능하게 위치시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 표면은 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지에 의해 정의되고, 상기 플랜지는 상기 터빈 하우징과 맞물리며 상기 보호 요소는 상기 플랜지 및 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 사이에 위치하고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보호 요소는 강철, 주철 또는 티타늄 중 하나로 만들어지는, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보호 요소는 캡(70)이고, 상기 작동 가능하게 위치시키는 단계는, 플랜지(42)의 반경방향 표면(72), 제1 축방향 표면(74) 및/또는 제2 축방향 표면(76) 중 적어도 일부 상에 캡(70)을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 캡은 상기 반경방향 표면과 맞물리는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 캡(70)은 V자형 단면 또는 U자형 단면 중 하나를 가지는, 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 보어(36)에 슬리브(78)가 제공되고, 상기 슬리브(78)는 보어(100)의 적어도 일부를 덮는, 방법.
  12. 터보차저에서 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 일부에 의해 정의된 제1 표면과 터보차저 구성요소에 의해 정의된 제2 표면 사이의 계면을 보호하는 방법에 있어서,
    상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어지는 보호 요소를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 표면의 적어도 일부가 열 및/또는 마모로부터 보호되도록 상기 제1 및 제2 표면들 사이에 상기 보호 요소를 작동 가능하게 위치시키는 단계;를 포함하고,
    상기 보호 요소는 터빈 열 차단부(46')이고, 상기 제1 표면은 터빈단 대향면(112) 및 터빈단 대향면(112)에 수직인 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)의 반경방향 결합면(116)을 포함하며, 상기 제2 표면은 터빈 하우징(14)에 의해 정의되고, 상기 열 차단부(46')는 서로 각을 이루어 형성된 제1, 제2 및 제3 내부 표면을 포함하고, 각각의 제1, 제2 및 제3 내부 표면은 상기 플랜지와 맞물리고, 상기 터빈 열 차단부는 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 및 상기 터빈 하우징과 맞물리는, 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 표면은 알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 플랜지(42)의 외부 테이퍼면(92)이고, 상기 제2 표면은 V자형 밴드(56)의 리테이너 세그먼트(54)의 일부인, 방법.
  14. 터보차저 계면을 위한 보호 시스템에 있어서,
    알루미늄 터보차저 베어링 하우징(22)의 일부에 의해 정의되는 제1 표면;
    터빈 하우징에 의해 정의되는 제2 표면;
    상기 베어링 하우징과 터빈 하우징을 클램핑하는 V자형 밴드; 및
    상기 제1 및 제2 표면 사이에 작동 가능하게 위치되며, 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징보다 더 높은 내열성 또는 더 높은 내마모성 중 적어도 하나를 가지는 재료로 만들어짐으로써 열 및/또는 마모로부터 상기 제1 표면을 보호하는 보호 요소;를 포함하고,
    상기 제1 표면은 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징의 플랜지에 의해 정의되고, 상기 플랜지는 상기 터빈 하우징과 맞물리며 상기 보호 요소는 상기 플랜지 및 상기 알루미늄 터보차저 베어링 하우징 사이에 위치하고, 상기 보호 요소는 상기 플랜지의 제1 표면과 맞물리는 제1 축방향 보호 표면, 및 상기 플랜지의 제1 표면 반대편의 상기 플랜지의 제2 표면과 맞물리는 제2 축방향 보호 표면을 포함하는 시스템.
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