KR102642204B1 - 윤활유 흐름 분리 장치 및 그러한 장치를 갖는 배기가스 터보 과급기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 장치는 액시얼 터빈을 갖는 배기가스 터보 과급기의 윤활유 수용 베어링 하우징(10) 내에서 윤활유 흐름을 분리하는데 사용되며, 이때 상기 배기가스 터보 과급기는 압축기 하우징으로부터 상기 베어링 하우징을 통해 터빈 하우징으로 안내되는 샤프트(11) 그리고 상기 샤프트를 따라 배치된 2개의 래디얼 베어링(12, 13)과 이들 래디얼 베어링 사이에 위치한 샤프트의 액시얼 베어링(14)을 구비한다. 상기 장치는 하나 이상의 벽 돌출부(40)를 포함하며, 상기 벽 돌출부는 상기 베어링 하우징의 내벽으로부터 샤프트의 방향으로 반경 방향으로 내부로 상기 베어링 하우징의 간극(17) 내로 돌출한다. 상기 간극(17)은 상기 액시얼 베어링(14)과 터빈측 래디얼 베어링(13) 사이에서 연장되고 축 방향으로 터빈측으로 갈수록 점점 가늘어진다. 상기 액시얼 베어링(14)으로부터 이송되고 상기 액시얼 베어링을 둘러싸는, 상기 베어링 하우징의 벽 섹션에 부딪치는 윤활유는 상기 벽 돌출부(40)에 의해 편향되어 상기 샤프트 아래에 있는 공간 방향으로 안내된다. 그 결과 상기 액시얼 베어링(14)으로부터 이송된 다량의 윤활유가 터빈측 래디얼 베어링(13)의 시트 쪽으로 흘러 그곳에서 상기 간극(17)의 가장 가파른 테이퍼 위치에서, 터빈측 래디얼 베어링을 통해 이송된 소량의 오일 배출이 방지된다. 본 발명은 또한, 그러한 장치를 갖는 배기가스 터보 과급기와도 관련이 있다.

Description

윤활유 흐름 분리 장치 및 그러한 장치를 갖는 배기가스 터보 과급기

본 발명은 배기가스 터보 과급기 분야에 관한 것이다.

본 발명은 윤활유를 수용하는 배기가스 터보 과급기의 베어링 하우징 내에서 윤활유 흐름을 분리하기 위한 분리 장치 및 그러한 장치를 갖는 배기가스 터보 과급기에 관한 것이다.

배기 터보 과급기는 내연 기관에 공급될 연소 공기를 압축하기 위해 내연 기관의 배기가스를 이용한다. 연소 공기의 그러한 예비 압축 또는 충전에 의해서는 충전 레벨 그리고 이와 더불어 엔진의 실린더 내 연료 혼합물이 증가되며, 그 결과 엔진의 효율이 상당히 증가될 수 있다. 이와 관련하여 사용된 배기가스 터보 과급기는 기본적으로 터빈 휠, 압축기 휠 그리고 이들 부품을 연결하는 샤프트로 이루어진 로터, 베어링 그리고 터빈 하우징, 압축기 하우징 및 상기 베어링을 수용하는 베어링 하우징과 같은 고정된 하우징 부분들로 구성된다.

상기 베어링 하우징 내에 위치한 배기가스 터보 과급기의 베어링은 기본적으로 2개의 래디얼 베어링과 하나의 액시얼 베어링을 포함하며, 이들 베어링의 윤활을 위해서는 각각 윤활유가 전용 라인들을 통해 공급된다. 윤활유는 윤활 기능뿐만 아니라, 작동점에 따라 600℃ 내지 1000℃까지 도달할 수 있는 터빈 하우징 내 작동 온도에 대한 냉각 기능도 수행한다. 윤활유가 인접한 압축기 또는 터빈의 하우징으로 들어가는 것을 방지하기 위해, 베어링 하우징은 예를 들면, 피스톤 링과 같은 적합한 밀봉부들 그리고 오일 수집 시스템들을 구비한다. 상기 오일 수집 시스템들 내에 수집된 윤활유는 중력에 의해 샤프트 아래에 위치한 오일 배출구로 안내된다.

배기가스 터보 과급기의 터빈은 래디얼 터빈 또는 액시얼 터빈으로 제공될 수 있으며, 이때 상기 래디얼 터빈의 경우에는 배기가스 흐름이 실제로 로터 축과 관련하여 반경 방향으로 외부로부터 유입되어 터빈 휠 방향으로 안내된다. 액시얼 터빈의 경우에는 터빈 주위로 이러한 터빈을 구동하는 엔진의 배기가스가 축 방향으로 흐른다. 가스 흐름 방향으로 액시얼 터빈의 터빈 휠 뒤에 위치하는 터빈 하우징의 가스 출구를 통해 배기가스는 먼저 마찬가지로 축 방향으로 배출된다. 축 방향으로 연장되는 상응하는, 가스 출구의 섹션은 터빈 하우징에 연결되는 베어링 하우징의 일부분을 둘러싼다. 축 방향으로 연장되는 상기와 같은 터빈 하우징 부분과 샤프트의 반경 방향 간격은 터빈 휠의 반지름에 의해 사전 결정된다. 이와 같이 사전 결정된 반경 방향 간격으로 인해, 터빈 하우징에 인접한 베어링 하우징 영역은 압축기측 베어링 하우징 영역보다 이용 가능한 공간이 적다. 따라서 터빈 하우징에 인접한 베어링 하우징의 부분은 샤프트를 따라 터빈 방향으로 갈수록 그의 반경 방향 연장부가 점점 가늘어진다. 그러한 테이퍼링은 상기와 같은 베어링 하우징 영역에 위치한 베어링 그리고 이와 더불어 베어링을 통해 이송된 윤활유의 배출 가능성과 관련하여 공간 비율에 영향을 미친다.

액시얼 베어링에 통해 이송된 윤활유의 비율은 래디얼 베어링을 통해 이송된 양을 초과한다. 래디얼 베어링을 통해 이송된 윤활유는 먼저 기본적으로 샤프트에 대해 상대적인 축 방향으로 래디얼 베어링으로부터 배출된다. 이에 반해 액시얼 베어링을 통해 이송된 윤활유의 대부분은 높은 속도로 반경 방향으로 외부로 스로잉(throwing)되어 둘레를 둘러싸는 베어링 하우징의 벽들에 부딪친다. 이와 동시에 래디얼 베어링에 상대적인 액시얼 베어링의 배치 그리고 특히 엑시얼 베어링과 관련한 공간 비율은 오일 배출 가능성에 영향을 미친다.

하기에서는 액시얼 터빈을 갖는 터보 과급기의 샤프트를 따라서 이루어지는 베어링의 배열이 참조되어야 하며, 이 경우 압축기측 래디얼 베어링에는 먼저 액시얼 베어링이 뒤따르고, 그 다음 터빈측 래디얼 베어링이 뒤따른다. 샤프트를 따라서 이루어지는 베어링의 다른 배열의 경우, 예를 들어 압축기측에 배치된 액시얼 베어링을 갖고 그리고 터빈 방향으로 샤프트를 따라서 후속 위치한 래디얼 베어링들을 갖는 상황에서는 영향을 받는 2개의 윤활유 흐름의 후술되는 문제점이 상기와 같은 형태로 발생하지 않는다.

하기에서 샤프트의 "위(= 상부)" 그리고 "아래(= 하부)"라는 용어가 사용되는 경우에는 기준 시스템이 참조되며, 상기 기준 시스템에서는 터보 과급기가 수평면에 있고, 따라서 터보 과급기의 샤프트가 수평으로 진행된다. 이와 관련하여 "위" 그리고 "아래"라는 용어는 수직선, 즉 중력에 의해 주어진 방향과 관련되는 것으로 이해되어야 한다. 설치 시 터보 과급기의 실제 정렬은 위에서 설명한 수평 정렬과 다를 수 있다.

액시얼 터빈(3) 그리고 압축기측 래디얼 베어링(12)과 터빈측 래디얼 베어링(13) 사이에 배치된 액시얼 베어링(14)을 갖는 종래 기술에 따른 터보 과급기의 개략적인 구조는 도 1에 개시되어 있다. 액시얼 베어링(14)을 통해, 수직선과 관련하여 샤프트(11) 위에 그리고 액시얼 베어링(14)과 터빈측 래디얼 베어링(13) 사이에 위치한 공간으로 이송된 윤활유는 주로, 반경 방향으로 액시얼 베어링의 영역을 제한하는 베어링 하우징(10)의 벽 방향으로 스로잉된다. 상기 윤활유는 상기 위치로부터 터빈측 방향으로 벽들을 따라서 진행된다. 상기 위치에서 윤활유는 터빈측 래디얼 베어링(13)의 시트에 충돌하고, 최종적으로 중력에 의해 이동되어 터빈측 래디얼 베어링 시트 아래 테이퍼링 영역으로 흐른다. 상기 윤활유 흐름의 드레인 또는 배출구(16)는 전형적으로 압축기측 래디얼 베어링(12) 아래 영역에 배치되어 있다. 압축기(2)의 방향으로 넓어지는, 즉 샤프트와의 간격이 점점 커지는 베어링 하우징(10)의 내벽의 형상으로 인해, 액시얼 베어링(14) 및 터빈측 래디얼 베어링(13) 아래에서 도달하는 윤활유는 재차 중력에 의해 이동되어 배출구(16) 방향으로 안내된다.

터빈측 래디얼 베어링(13) 방향으로 액시얼 베어링(14)으로부터 이송되는 다량의 윤활유는 터빈측 래디얼 베어링의 시트 앞에서 윤활유의 장막을 형성한다. 이러한 윤활유는 상기 위치에 있는 하우징 벽들로부터 중력에 의해 이동되어 샤프트 아래에 있는 영역으로 흐르고, 최종적으로 확장되는 하우징 벽들을 따라 배출구(16) 방향으로 안내된다. 상기와 같은 윤활유의 흐름에 의해 터빈측의 래디얼 베어링(13)으로부터 이송되는 윤활유는 배출구(16)의 방향으로 흐르지 않게 된다. 이로 인해 베어링 하우징의 터빈측에서 윤활유가 정체되어 터빈 하우징에 대한 누출이 발생할 수 있다. 터빈측의 높은 공정 온도로 인해, 터빈 하우징에 직접 인접하는 베어링 하우징의 영역 내에 윤활유가 정체될 경우 코킹(coking)이 발생할 수 있다.

EP 2792855 A1 US 2004/213663 A1

청구항 1 내지 7에 정의된 바와 같이 본 발명의 과제는, 윤활유를 수용하는 배기가스 터보 과급기의 베어링 하우징 내, 터빈측 래디얼 베어링의 시트 상에서 발생하는 윤활유 정체를 방지하고, 상기 터빈측 래디얼 베어링의 시트 상에서 윤활유 배출을 개선할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 장치를 갖는 청구항 8에 정의된 배기가스 터보 과급기와도 관련이 있다.

본 발명과 관련하여서는 윤활 기능을 수행하는 베어링 하우징 내 오일이 적용된다. 하기에서 오일 또는 오일 흐름이라는 용어가 사용되는 경우, 이들은 윤활유 또는 윤활유 흐름과 동일한 의미로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 장치에서는 수직선과 관련하여 샤프트 위에 위치한, 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링 사이 하나 이상의 간극 영역에 반경 방향으로 베어링 하우징 내벽으로부터 상기 간극 내로 돌출하는 하나 이상의 벽 돌출부가 제공되어 있다. 상기 하나 이상의 벽 돌출부는 상기 간극을 적어도 중력과 관련하여 상기 샤프트 위에 있는 영역에서 상기 액시얼 베어링에 인접하는 영역과 상기 터빈측 래디얼 베어링에 인접하는 영역으로 세분한다. 상기 적어도 하나의 벽 돌출부에 의해서는 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링의 오일 흐름이 분리될 수 있으며, 그 결과 상기 오일들의 상호 영향이 방지될 수 있다. 액시얼 베어링의 오일 흐름은 베어링 하우징의 영역으로 직접 편향되며, 이때 상기 베어링 하우징의 영역은 터빈측 래디얼 베어링으로부터 액시얼 베어링 방향으로 오프셋되어 있다. 이로 인해 액시얼 베어링의 오일 흐름에 의한 터빈측 래디얼 베어링의 오일 흐름의 제지 또는 축적이 감소될 수 있고, 오일 배출구 방향으로 터빈측 래디얼 베어링의 오일 흐름의 배출이 개선될 수 있다. 따라서 특히, 터빈측 래디얼 베어링의 터빈측에 배치된 터빈측 샤프트 밀봉부의 효율도 증가된다.

개선된 오일 배출에 의해 터빈측 샤프트 밀봉부의 효율을 추가로 증가시키기 위해서는 전술한 벽 돌출부와 결합하여, 축 방향으로 연장되는 배출 홈들이 추가로 제공될 수 있다. 이러한 배출 홈들은 중력과 관련하여 샤프트 축 위의 배치될 수 있으며, 이때 상기 베어링 하우징 벽은 터빈측 래디얼 베어링의 축 방향 연장부를 둘러싼다. 상기와 같은 배출 홈들을 통하여, 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링 사이 간극과 터빈측 래디얼 베어링의 터빈측에 있는 공간의 연결이 만들어진다. 배출 홈들은 추가적인 배출면으로서 사용되며, 한편 상기 배출면은 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링 사이 간극 방향으로 래디얼 베어링 공간의 터빈측에 있는 공간으로부터 터빈측 래디얼 베어링을 통해 이송된 윤활유의 일부를 전달한다. 따라서 배출 홈들은 터빈 측 래디얼 베어링을 통해 이송된 오일 흐름의 추가 분할을 가능하게 한다. 배출 홈들로부터 나오는 오일 흐름은 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링 사이 간극 내로 돌출하는 벽 돌출부에 의해 특히 액시얼 베어링의 오일 흐름으로부터 분리되어 상기 액시얼 베어링에 의해 저지되지 않을 수 있다.

하기에서는 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 오일 흐름 분리 장치의 일 실시예가 도시되고 더 상세히 설명된다. 도면들에서 동일하게 작용하는 요소들에는 동일한 도면 부호가 제공되었다.

도 1은 액시얼 터빈을 갖는 종래 기술에 따른 배기가스 터보 과급기의 개략도로서, 이 경우 상기 터빈의 하우징은 로터 축을 따라 절단되어 있으며,
도 2는 샤프트를 따라 절단한 베어링 어레인지먼트 그리고 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링의 윤활유 흐름을 분리하기 위한 벽 돌출부를 갖는 둘레를 둘러싸는 베어링 하우징 부분들의 개략적 단면도이고,
도 3은 액시얼 베어링과 터빈측 래디얼 베어링의 윤활유 흐름을 분리하기 위한 추가의 벽 돌출부를 갖는 개략적인 단면도이며, 그리고
도 4는 반경 방향으로 터빈측 래디얼 베어링을 둘러싸는, 베어링 하우징의 영역과 터빈측 래디얼 베어링의 등각 투영 단면도(isometrical sectional view)이다.

도 1은 고정된 하우징 컴포넌트로서 압축기 하우징(20), 베어링 하우징(10) 및 터빈 하우징을 갖는 압축기(2), 베어링(1) 및 액시얼 터빈(3)을 구비한 종래 기술에 따른 배기가스 터보 과급기의 개략적인 단면도를 도시한다. 압축기 휠(21), 터빈 휠(31) 그리고 압축기 휠과 터빈 휠을 서로 연결하는 샤프트(11)는 상기 배기가스 터보 과급기의 로터의 구성 요소이다. 상기 샤프트(11)는 상기 압축기 휠(21)을 수용하는 압축기 하우징(20)으로부터 상기 베어링 하우징(10)을 통해 터빈 휠(31)을 수용하는 상기 터빈 하우징(30) 내로 안내된다. 또한, 배기가스 터보 과급기의 선택적 부품으로서 필터 소음기(22)가 도시되어 있으며, 이 필터 소음기는 압축기 하우징에 연결되고, 상기 배기가스 터보 과급기 작동 시 압축기 휠 위치에서 상당한 잡음을 감쇠하는데 사용된다.

로터 관통과 관련하여, 위에서 언급한 3개의 고정된 하우징 컴포넌트 간의 전환 영역들에는 밀봉 장치들이 위치한다. 이 밀봉 장치들은 압축기 또는 터빈 측에서 경우에 따라 존재하는 상대적으로 높은 공정 압력으로 인해, 상기 압축기 또는 터빈 측으로부터의 질량 흐름이 베어링 하우징 내로 유입되는 것을 방지해야 한다. 압축기 또는 터빈 측의 질량 흐름에 대해 베어링 하우징을 밀봉하기 위해서는 또한, 상기 베어링 하우징 내에 실링 에어 시스템이 사용될 수 있다. 더 나아가 상기 밀봉 장치들은 윤활유가 베어링 하우징으로부터 나와 터빈 또는 압축기 내부로 유출되는 것을 방지해야 한다. 이 경우 윤활유는 로터의 베어링 윤활에 사용하지만, 터빈측의 높은 작동 온도를 냉각하기 위한 목적으로도 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 베어링 하우징(10) 내에 있는 샤프트(11)의 베어링은 압축기측 래디얼 베어링(12), 터빈측 래디얼 베어링(13) 그리고 상기 두 래디얼 베어링 사이에 배치된 액시얼 베어링(14)을 구비한다. 이들 베어링에는 오일 공급 라인(15)들을 통해 윤활유가 공급된다. 공급된 윤활유는 중력에 의해 최종적으로, 수직선과 관련하여 샤프트 아래에 위치한, 베어링 하우징의 내부 공간 영역에 도달한다. 이 영역에서 압축기측 래디얼 베어링(12) 아래에는 오일 배출구(16)가 배치되어 있다.

터빈측에서 터보 과급기는 가스 유입 하우징(301) 그리고 액시얼 터빈으로서 설계된 터빈(3)의 가스 유출 하우징(302)을 포함한다. 상기 액시얼 터빈(3)으로/으로부터 유입 및 유출되는 배기가스의 방향들은 도 1에 상응하는 화살표를 통해 도시되어 있다. 가스 유출 하우징에 의해 규정된 가스 유출 채널은 가스 유동 방향으로 터빈 휠 바로 뒤에 실제로 축 방향으로 연장되는 섹션(303)을 갖는다. 이 섹션은 베어링 하우징의 일부분을 충분히 둘러싸고, 상기 베어링 하우징의 반경 방향 횡단면이 축 방향으로 압축기측으로부터 터빈측으로 갈수록 점점 가늘어지도록 한다. 그 결과 액시얼 베어링(14)과 터빈측 래디얼 베어링(13) 영역에서 샤프트(11)와 베어링 하우징(10)의 내벽 사이 간극(17)의 상응하는 테이퍼가 발생한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시 형태가 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에 따르면, 관통된 샤프트(11), 압축기측 래디얼 베어링(12), 터빈측 래디얼 베어링(13) 및 액시얼 베어링(14)을 포함하는 베어링 하우징(10)의 부분의 단면도가 도시되어 있다. 터빈의 가스 유출 하우징(302)은 도시된 영역의 반경 방향 연장부에서 베어링 하우징(10)을 제한함으로써, 결과적으로 특히 간극(17)은 베어링 하우징 내에서 축 방향으로 터빈 쪽으로 갈수록 점점 가늘어진다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 벽 돌출부(40)가 제공되어 있는데, 상기 벽 돌출부는 베어링 하우징 벽으로부터 내부를 향해 반경 방향으로 간극(17) 내로 돌출한다. 상기 벽 돌출부(40)는 적어도 수직선과 관련하여 샤프트 위에 있는 간극(17) 영역에서 부분 링 형상으로 형성되어 있을 수 있으며, 이때 상기 부분 링은 상응하게 샤프트를 부분 링 형태로 둘러싼다. 수직선과 관련하여 측정하였을 때, 상기 부분 링은 예를 들면, 각각 +35° 내지 -35°, +45° 내지 -45° 또는 +55° 내지 -55°의 각도 범위에 걸쳐 샤프트(11)의 축(A)에 수직인 평면 내에서 연장될 수 있다.

벽 돌출부(40)의 형태에 대한 (도면에 도시되지 않은) 추가 옵션은 샤프트를 완전히 둘러싸는 벽 돌출부, 즉 완전히 샤프트를 중심으로 안내되는 환형 벽 돌출부이다. 이 경우 상기 환형 벽 돌출부는 샤프트(11) 위에 위치한 간극(17)의 영역 내에서 베어링 하우징 벽들과 연결되어 있다. 샤프트(11) 아래에 위치한 간극(17) 영역에서 환형 벽 돌출부는, 터빈측 래디얼 베어링(13)으로부터 유입되어 압축기측 래디얼 베어링(12) 아래에서 오일 배출 방향으로 흐르는 오일 흐름이 다시 저지되지 않도록 해야 한다. 이를 위해서는 적어도 샤프트(11) 아래 영역의 일부분에서, 환형 벽 돌출부의 외부 가장자리와 중력과 관련하여 상기 환형 벽 돌출부의 외부 가장자리 아래에 배치된 베어링 하우징의 벽 부분들 사이에 간격이 제공될 수 있다. 환언하면, 샤프트 아래에 위치한 영역에서 벽 돌출부와 베어링 하우징 벽들 사이에는 적어도 연속 연결부가 존재하지 않아야 한다. 특히, 벽 돌출부 아래 영역에서 그리고 중력과 관련하여, 가장 깊은 곳에 놓인 베어링 하우징 벽들의 지점에서, 베어링 하우징 벽들과 환형 벽 돌출부 사이에는 간격이 제공되어야 한다. 따라서 터빈 측 래디얼 베어링(13)으로부터 오일 배출 방향으로 오일 흐름의 제한되지 않은 배출이 보장될 수 있다. 계속해서, 샤프트(11) 아래에 위치한 환형 벽 돌출부의 영역이 수직선과 관련하여 압축기측 방향으로 경사지는 것도 바람직할 수 있다. 이 경우 액시얼 터빈으로부터 이송되고 환형 벽 돌출부에 부딪치는 오일은 이미 벽 돌출부의 경사진 부분을 통해 오일 배출 방향으로 향한다. 벽 돌출부의 경사진 영역으로부터 오일 배출 방향으로 흐르는 오일 흐름에 의해서는 터빈측 래디얼 베어링으로부터 오는 오일 흐름에 대해 유리한 흡입 효과를 얻을 수 있다. 이러한 흡입 효과는 배출 방향으로 터빈측 래디얼 베어링(13)을 통해 흐르는 오일의 개선된 추가 배출을 유도할 수 있다.

샤프트에 마주보는 벽 돌출부(40)의 면(F)과 샤프트(11) 사이에는, 샤프트(11)의 회전 거동이 벽 돌출부(40)에 의해 영향을 받지 않도록 반경 방향 간격이 제공되어 있다. 전술한 특성을 갖는 벽 돌출부(40)에 의해서는, 샤프트(11) 위에 있는 간극(17) 내에서 액시얼 베어링(14)을 통해 이송되는 대부분의 윤활유가 터빈측 래디얼 베어링(13)의 시트까지 도달하는 것이 방지될 수 있다. 그 대신에 상기 윤활유는 액시얼 베어링(14)에 마주보는 벽 돌출부(40)의 단부면(41)에서 중력에 의해 배출될 수 있다. 그 결과 상기 윤활유는 곧바로 샤프트 아래에 있는 간극(17)의 영역 내로 흐를 수 있고, 이때 상기 간극의 영역은 터빈측 래디얼 베어링(13)의 시트 상에서 상당히 가늘어진 영역에 비해 큰 반경 방향 횡단면을 갖는다. 이러한 경우 터빈측 래디얼 베어링(13)을 통해 이송된 윤활유 흐름은 더 이상 상기 터빈측 래디얼 베어링 시트 상에서 직접적으로, 액시얼 베어링(14) 측의 훨씬 더 큰 체적의 오일 흐름과 만나지 않는다. 이로 인해 바람직하게 2개의 윤활유 흐름의 분리가 달성된다. 이러한 분리는 오일 배출구 방향으로 더 나은 윤활유 배출을 야기하고 베어링 하우징의 터빈측 밀봉 부분에서 오일 블로킹 관련 누출을 피할 수 있게 한다.

벽 돌출부(40)의 단부면(41)에서 액시얼 베어링(14)을 통해 이송된 윤활유의 배출을 더욱 개선하기 위하여 상기 벽 돌출부 또는 단부면(41)은 특히 매끄럽거나 코팅된 표면을 가질 수 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 추가 실시예가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 베어링 하우징의 절단 부분은 도 2에 도시된 베어링 하우징의 절단 부분에 상응한다. 도 2에 도시된 벽 돌출부(40)에 추가로, 추가 벽 돌출부(42)가 도시되어 있으며, 이 추가 벽 돌출부는 상기 벽 돌출부(40)에 비해 축 방향으로 액시얼 베어링(14) 쪽으로 오프셋되어 배치되어 있다. 마찬가지로 상기 제2의 벽 돌출부(42) 도 또한, 샤프트를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 반경 방향으로 간극(17) 내로 돌출하는 부분 링으로서 설계될 수 있다. 부분 링 모양의 제2 벽 돌출부가 샤프트의 축(A)에 수직인 평면 내에서 연장되는 각도 범위는, 제1 부분 링 모양의 벽 돌출부(40)가 상응하는 평행 평면 내에서 연장되는 각도 범위에 상응할 수 있다. 그러나 제2 벽 돌출부(42)가 연장되는 각도 범위는 제1 벽 돌출부가 연장되는 각도 범위에 대해 오프셋되는 방식으로 배치될 수도 있다. 또한, 제1 벽 돌출부(40) 및 제2 벽 돌출부(42)는 일정한 각도 범위에서 중단되는 원형 링 세그먼트의 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 벽 돌출부(40)는 -45° 내지 45° 사이에서 수직선으로부터 측정된 샤프트(11)의 축(A)에 수직인 평면 내에 형성될 수 있으며, 따라서 90°의 각도 범위를 커버한다. 제1 벽 돌출부는 2개의 부분 섹션을 갖는 중단된 원형 링 세그먼트의 형태로 형성될 수 있다. 상기 2개의 부분 섹션은 수직선으로부터 측정했을 때 수직으로부터 샤프트(11)의 축(A)에 수직인 평면 내에서 예를 들어, 30° 내지 80° 그리고 -80° 내지 -30°의 각도 범위에서 연장될 수 있다. 따라서 상기 두 부분 섹션 각각은 본 예에서 각각 50°의 각도 범위를 커버한다. 또한, 2개의 벽 돌출부 중 하나가 전술한 환형, 즉 샤프트를 완전히 둘러싸는 형태로 주어질 수도 있다. 또한, 2개의 벽 돌출부가 환형 벽 돌출부로서 주어질 수도 있다. 하기에 설명되는 바와 같이, 제1 벽 돌출부와 제2 벽 돌출부의 이러한 구성에 의해서는 액시얼 베어링으로부터 이송되는 윤활유의 양이 추가로 분할될 수 있다.

샤프트(11)와 이러한 샤프트와 마주보는 제2 벽 돌출부(42)의 면 사이의 반경 방향 간격은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 벽 돌출부(40)의 경우 상응하는 간격보다 더 크게 선택될 수 있다. 상기와 같은 2개의 벽 돌출부의 어레인지먼트에 의해 액시얼 베어링(14)으로부터 이송되고, 수직선과 관련하여 샤프트(11)의 축(A) 위에 있는 베어링 하우징의 벽 부분들에서 스로잉되는 윤활유는 먼저 제2 벽 돌출부(42)에 부딪치고 상기 위치에서 흐른다. 이러한 오일의 일부는 샤프트 상으로 적하되고, 그 결과 또한 대체로 반경 방향으로 간극(17)의 벽으로 다시 스로잉된다. 특히, 이러한 오일은 제2 벽 돌출부(42)와 반경 방향으로 간극(17) 내로 더 돌출하는 제1 벽 돌출부(40) 사이 벽 부분들로도 스로잉된다. 이러한 오일은 제1 벽 돌출부의 배출면(41)에서 샤프트 아래에 있는 간극(17)의 부분 내로 흐를 수 있다. 이 경우 샤프트와 이러한 샤프트와 마주보는 제1 벽 돌출부(40)의 면(F) 사이의 반경 방향 간격은 배출면(41)으로부터 샤프트로 적하되는 오일이 터빈측 래디얼 베어링(14)에 인접하는 간극의 영역(172) 내로 스로잉될 수 어뵤도록 선택될 수 있다.

제1 벽 돌출부(40)에 추가하여 제2 벽 돌출부(42)를 삽입함으로써, 액시얼 베어링을 통해 운반된 윤활유의 추가 분할이 달성될 수 있다. 액시얼 베어링에 의한 이러한 윤활유 흐름 분할은 경우에 따라서는 제1 및 제2 벽 돌출부의 구성의 적합한 조합에 의해 추가로 개선될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 제1 또는 제2 벽 돌출부가 2개의 부분 섹션을 갖는 중단된 원형 링 세그먼트 형태로 설계되는, 전술한 2개의 벽 돌출부의 조합에 의해 이루어질 수 있다.

제1 벽 돌출부(40)의 단부면(41)의 경우와 같이, 제2 벽 돌출부(42)의 단부면(43)은 특히 매끄럽거나 코팅된 표면을 가질 수 있어 개선된 윤활유 배출을 가능하게 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 벽 돌출부(40) 및 제2 벽 돌출부(42)를 통해서는 적어도 샤프트(11) 위에 있는 간극(17)의 영역에서 이러한 간극(17)의 총 3개의 부분 영역이 서로 분리된다. 간극(17)의 제1 부분 영역(171)의 축 방향 연장부는 액시얼 베어링(14)과 제2 벽 돌출부(42)에 의해 제한된다. 간극의 제2 부분 영역(172)의 축 방향 연장부는 제1 벽 돌출부(40) 및 터빈측 래디얼 베어링(13)의 시트에 의해 제한된다. 마지막으로 제3 부분 영역(173)의 축 방향 연장부의 제한은 제1 및 제2 벽 돌출부에 의해 주어진다.

도 2 및 도 3과 관련하여 기술된 본 발명의 실시예 중 하나와 관련하여, 도 4에 도시된 바와 같이 터빈측 래디얼 베어링(13)의 시트 상에 베어링 하우징의 구성이 추가로 제공될 수 있다. 도 4는, 터빈측에서 볼 때, 둘레를 둘러싸는 베어링 하우징(101)의 부분을 갖는 터빈측 래디얼 베어링(13)의 개략적인 등각 투영 단면도를 도시한다. 샤프트의 축(A) 위에 있는 베어링 하우징(101) 내에는 실질적으로 축 방향으로 축에 대해 연장되는 적어도 하나의 배출 홈(50)이 위치한다. 상기 배출 홈(50)은 터빈측 래디얼 베어링 시트에서 터빈측에 인접한 공간과 간극(17)의 부분 영역(172) 사이에 윤활유 흐름을 위한 유체 연결부를 제공한다. 특히, 도 4에는 2개의 배출 홈(50)이 도시되어 있다. 이 경우 도시된 2개의 배출 홈(50) 중 하나는 중력과 관련하여 샤프트의 축(A) 위에 배치되어 있고, 2개의 배출 홈(50) 중 다른 하나는 중력과 관련하여 샤프트의 축(A) 아래에 배치되어 있다. 배출 홈(50)들은 터빈측 래디얼 베어링(13)을 둘러싸는 링으로서 형성된 베어링 하우징 영역(101) 내에 배치되어 있다. 수직선으로부터 측정했을 때, 배출 홈들은 샤프트의 축(A)에 수직인 평면 내에서 각각 25° 내지 70° 또는 -25° 내지 -70° 그리고 115° 내지 160° 또는 -115°내지 -160° 각도 범위로 배치될 수 있다. 특히, 도시된 2개의 배출 홈에 추가로, 베어링 하우징 영역(101)에 추가 배출 홈이 배치될 수 있다. 예를 들어, 샤프트의 축(A) 위에 위치된 베어링 하우징 영역(101)에만 배출 홈(50)이 배치되거나 축(A) 아래에 위치한 베어링 하우징 영역에만 배출 홈(50)이 배치되는 것도 가능하다.

간극(17)의 부분 영역(172) 방향으로 배출 홈을 통해 중력에 의한 윤활유의 배출을 용이하게 하기 위해, 간극(172) 쪽으로 하나 이상의 홈(50)의 상응하는 (도면에 도시되지 않은) 경사가 제공될 수 있다. 배출 홈들의 영역에서 터빈측 래디얼 베어링(13)의 터빈측에 인접한 공간은 배출 홈(50)들 쪽으로의 윤활유의 유입을 용이하게 하기 위해 축 방향 및 반경 방향으로 추가로 확장되는 것이 가능하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 벽 돌출부(40, 42) 구성에서 터빈측 래디얼 베어링(13) 과 제1 벽 돌출부(40) 사이의 간극(17)의 부분 영역(172)으로의 윤활유 배출은 배출 홈(50)에 의해서도 제공될 수 있다. 또한, 이 경우 제2 배출 홈(50)에 의해서는 제1 및 제2 벽 돌출부 사이의 부분 영역(173)의로의 윤활유의 배출이 제공될 수 있다.

1: 베어링
10: 베어링 하우징
11: 샤프트
12: 압축기측 래디얼 베어링
13: 터빈측 래디얼 베어링
101: 터빈측 래디얼 베어링의 시트에 있는 베어링 하우징
14: 액시얼 베어링
15: 오일 공급 라인
16: 오일 배출구
17: 간극
171: 분리된/액시얼 베어링측 간극의 제1 부분 영역
172: 분리된/래디얼 베어링측 간극의 제2 부분 영역
173: 간극의 제3 부분 영역
2: 압축기
20: 압축기 하우징
21: 압축기 휠
22: 필터 소음기
3: 액시얼 터빈
30: 터빈 하우징
31: 터빈 휠
301: 가스 유입 하우징
302: 가스 유출 하우징
303: 가스 유출 하우징의 축 방향 연장 섹션
40: 제1 벽 돌출부
41: 배출면/제1 벽 돌출부의 액시얼 베어링측 단부면
42: 제2 벽 돌출부
43: 배출면/제2 벽 돌출부의 액시얼 베어링측 단부면
A: 샤프트의 축
F: 샤프트와 마주보는 제1 벽 돌출부의 면
F': 샤프트와 마주보는 제2 벽 돌출부의 면
50: 배출 홈

Claims (9)

1. 윤활유를 수용하는 배기가스 터보 과급기의 베어링 하우징(10) 내에서 2개의 윤활유 흐름을 분리하기 위한 분리 장치로서,
   상기 배기가스 터보 과급기 내에 샤프트(11)가 지지되어 있고, 상기 샤프트는 일면이 상기 베어링 하우징에 인접하는 터빈 하우징(30)으로부터 상기 베어링 하우징을 통해 다른 일면이 인접하는 압축기 하우징(20)으로 안내되며,
   상기 배기가스 터보 과급기가 터빈측 래디얼 베어링(13)과 압축기측 래디얼 베어링(12)으로 이루어진 2개의 래디얼 베어링,
   간극(17) 및
   중력과 관련하여 상기 압축기측 래디얼 베어링(12) 하측에 영역에 배치된 오일 배출구(16)를 포함하며,
   상기 터빈측 래디얼 베어링과 압축기측 래디얼 베어링 사이에는 상기 샤프트의 액시얼 베어링(14)이 위치하고,
   상기 간극은 상기 간극의 축 방향 연장부에서 일면이 상기 액시얼 베어링에 의해 그리고 다른 일면이 상기 터빈측 래디얼 베어링에 의해 제한되며, 그리고 상기 간극의 반경 방향 연장부에서 상기 터빈측 래디얼 베어링 방향으로 점점 가늘어지는 베어링 하우징의 벽 섹션에 의해 제한되며,
   상기 오일 배출구가 중력과 관련하여 상기 샤프트 아래에 위치한 간극 영역 내로 이송된 윤활유를 중력을 이용하여 상기 베어링 하우징으로부터 배출시키고,
   상기 베어링 하우징의 벽으로부터 반경 방향으로 내부를 향해 간극(17) 내로 돌출하는 하나 이상의 제1 벽 돌출부(40)가 형성되어 있고, 상기 제1 벽 돌출부는 상기 액시얼 베어링(14) 방향으로 상기 터빈측 래디얼 베어링(13)에 대해 축 방향으로 오프셋되어 있으며, 그리고 상기 액시얼 베어링과 마주보는 상기 제1 벽 돌출부의 측면이 상기 액시얼 베어링을 통해 이송된 윤활유를 위한 배출면(41)을 제공하고, 상기 벽 돌출부(40)는 상기 간극(17)을 적어도 중력과 관련하여 상기 샤프트 위에 있는 영역에서 상기 액시얼 베어링(14)에 인접하는 부분 영역(171)과 상기 터빈측 래디얼 베어링(13)에 인접하는 부분 영역(172)으로 세분하는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 제1 벽 돌출부(40)가 상기 샤프트(11)를 적어도 중력과 관련하여 상기 샤프트 위에 있는 간극(17) 영역에서 원형 링 세그먼트 형태로 둘러싸고, 그리고 상기 샤프트와 이러한 샤프트와 마주보는 벽 돌출부의 샤프트 면(F) 사이에 반경 방향 간격이 제공된 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
3. 제2항에 있어서,
   원형 세그먼트 형태로 형성된 제2 벽 돌출부(42)가 반경 방향으로 내부를 향해 상기 간극(17) 내로 돌출하고, 상기 제2 벽 돌출부(42)는 상기 액시얼 베어링 방향으로 상기 제1 벽 돌출부(40)에 대해 축 방향으로 오프셋되어 있으며, 그리고 샤프트(11)와 마주보는 제2 벽 돌출부(42)의 면(F')이 샤프트와 마주보는 상기 제1 벽 돌출부(40)의 면(F)보다 큰 샤프트로부터의 반경 방향 간격을 갖는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 벽 돌출부(40) 및/또는 제2 벽 돌출부(42)가 상기 샤프트(11)를 환형으로 둘러싸고, 상기 환형의 제1 벽 돌출부(40) 및/또는 환형의 제2 벽 돌출부(42)는 적어도 중력과 관련하여 상기 샤프트(11) 아래에 있는 영역에서 상기 베어링 하우징의 벽들과 연결되어 있지 않음으로써 상기 영역에서 윤활유가 관통될 수 있는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 터빈측 래디얼 베어링(13)의 터빈측에 배치된 공간으로부터 상기 액시얼 베어링(14)으로부터 분리된 간극의 부분 영역(172) 방향으로 윤활유를 통과시키기 위해, 상기 터빈측 래디얼 베어링(13) 위에 있는 베어링 하우징의 벽 내에 축 방향으로 하나 이상의 배출 홈(50)이 배치되어 있고, 상기 하나 이상의 배출 홈(50)은 상기 터빈측 래디얼 베어링(13)의 터빈측에 형성되고 베어링 하우징 벽에 의해 제한된 공간과 상기 간극의 부분 영역(172) 사이에 연결부를 형성하며, 상기 간극의 부분 영역은 하나 이상의 벽 돌출부(40)에 의해 상기 액시얼 베어링(14)으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
6. 제5항에 있어서,
   2개 이상의 배출 홈(50)이 상기 베어링 하우징의 부분 링 세그먼트 내에서 중력과 관련하여 상기 터빈측 래디얼 베어링(13) 위에 배치되어 있고, 상기 베어링 하우징의 부분 링 세그먼트는 상기 터빈측 래디얼 베어링(13)을 둘러싸며, 그리고 상기 2개 이상의 배출 홈이 수직선으로부터 측정했을 때, +25° 내지 +70° 또는 -25° 내지 -70° 각도 범위로 위치하는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 하나 이상의 배출 홈(50) 방향으로 상기 터빈측 래디얼 베어링(13)의 터빈측에 있는 공간이 상기 터빈측 래디얼 베어링 위에서 반경 방향과 축 방향으로 확장되는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액시얼 베어링과 마주보는 상기 하나 이상의 벽 돌출부(40)의 측면(41)에 의해 제공되어 있는, 상기 액시얼 베어링(14)을 통해 이송된 윤활유를 위한 배출면이 적어도 부분적으로 평탄화되거나 코팅된 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 분리 장치를 갖는 배기가스 터보 과급기.

Images