KR20150081308A

KR20150081308A - 와류 유도 베어링 하우징 스페이서 및 코어

Info

Publication number: KR20150081308A
Application number: KR1020157013812A
Authority: KR
Inventors: 마이클 버킹
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-07-13
Also published as: DE112013005023T5; CN104755707A; CN104755707B; US9970448B2; US20150292517A1; WO2014074436A1; KR102048440B1

Abstract

터보차저(10)는, 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에, 오일 거품 제거를 위해 와류를 유도하도록 성형된 스페이서(24)에 인접한 오일 배출 공동(20)을 형성하는 코어(16)를 구비한 베어링 하우징(14)을 가진다. 베어링 하우징(14)의 내측 코어 벽의 오목부(18)는 오일 배출 공동(20)을 형성하며, 오목부(18)의 각각의 단부(22)는 스페이서(24)의 원위 단부(30)에 대응된다. 스페이서(24)는 바람직하게는 실질적으로 관형으로 이루어지며, 와류를 유도하기 위해 리세스된 중앙 부분(28)의 각각의 외측 범위(34)에 정렬된 오일 유동 구멍들(32)의 행을 가진다.

Description

와류 유도 베어링 하우징 스페이서 및 코어{SWIRL INDUCING BEARING HOUSING SPACER AND CORE}

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2012년 11월 12일자로 출원된 "Swirl Inducing Bearing Housing Spacer And Core"라는 명칭의 미국 가출원 제61/725,131호의 우선권 및 모든 이익을 주장한다.

기술 분야

본 발명은 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 베어링 하우징을 구비하는 터보차저를 위한 구성요소들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 오일의 거품을 제거하기 위해 와류 효과를 유도하기 위한 성형 스페이서 및 성형 코어를 구비한 베어링 하우징에 관한 것이다.

터보차징의 이점으로는, 동력 출력 증가, 연료 소비 감소 및 오염물질 배출 감소가 포함된다. 엔진의 터보차징은 더 이상 주로 높은 동력 성능의 관점에서 보는 게 아니라, 오히려 낮은 이산화탄소(CO₂) 배출로 인해 연료 소비 및 환경 오염을 감소시키는 수단으로서 바라보게 된다. 현재, 터보차징의 주된 이유는, 연료 소비 및 배출을 감소시키기 위해 배기가스 에너지를 이용하는 것이다. 터보차징 엔진에서, 연소 공기는 엔진에 공급되기 전에 미리 압축된다. 엔진은 자연 흡기 엔진과 동일한 부피의 공기-연료 혼합물을 흡기시키지만, 더 높은 압력으로 인하여, 제어된 방식으로 더 높은 밀도의 더 많은 공기-연료 질량이 연소실 내로 공급된다. 결과적으로, 더 많은 연료가 연소될 수 있고, 그에 따라 엔진의 동력 출력이 속도 및 배기량에 비해 증가하게 된다.

배기가스 터보차징에서는, 보통은 낭비될 배기가스 에너지의 일부가, 터빈을 구동하는 데에 사용된다. 터빈은, 샤프트 상에 장착되어 배기가스 유동에 의해 회전 구동되는 터빈 휠을 포함한다. 터보차저는 이처럼 보통은 낭비되는 배기가스 에너지의 일부를 엔진으로 돌려보내서, 엔진 효율 및 연료 절감에 기여한다. 터빈에 의해 구동되는 압축기는 여과된 주위 공기를 유입시켜 압축한 후, 엔진으로 공급한다. 압축기는 동일한 샤프트 상에 장착된 압축기 임펠러를 포함하고, 그에 따라 터빈 휠의 회전은 압축기 임펠러의 회전을 야기한다.

터보차저는 일반적으로, 엔진의 배기 매니폴드에 연결된 터빈 하우징, 엔진의 흡기 매니폴드에 연결된 압축기 하우징, 및 터빈 하우징과 압축기 하우징을 함께 결합하는 중앙 하우징을 포함한다. 베어링 하우징은 회전 샤프트를 둘러싼다.

예시적인 반경방향 베어링 시스템에서, 샤프트는 부유 반경방향 베어링의 유막 상에서 최소한의 마찰로 회전한다. 터보차저의 경우, 오일 공급은 엔진으로부터 이루어진다. 베어링 시스템은 샤프트 속도 미만으로 회전하는 부유 반경방향 베어링이 고정 베어링 하우징과 회전 샤프트 사이에 위치되도록 설계된다. 이로 인해 이들 베어링은 어떠한 작동 속도에서도 샤프트와 베어링 사이에 금속 접촉이 일어나지 않도록 구성될 수 있다. 윤활 기능 외에도, 유막은 또한 감쇠 기능을 가지며, 이는 샤프트 및 터빈 휠 조립체의 안정성에 기여한다. 오일이 오일 배출구를 통해 엔진의 크랭크케이스로 배출됨에 따라, 오일은 터보차저로부터 열을 제거할 수도 있다.

회전 샤프트를 위한 베어링 하우징의 관통 보어가 베어링 하우징의 압축기 단부로부터 터빈 단부로 연장된다. 베어링 하우징은 베어링 스페이서 및 베어링 하우징의 관통 보어에 적어도 부분적으로 배치된 베어링을 포함한다. 샤프트는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되며, 터빈 휠의 회전축 및 압축기 임펠러의 회전축과 일치하는 회전축을 가진다. 베어링 하우징은 베어링 하우징의 관통 보어에서의 베어링 스페이서의 회전 위치에 좌우되는 방식으로 오일 입구로부터 베어링으로 오일을 안내하기 위한 오일 통로 및 오일 입구로부터 회전 샤프트로 오일을 안내하기 위한 샤프트 오일 경로를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 스페이서는, 원통형 오일 배출 공동 내의 관형 스페이서의 중심부 주위에서 이어지는 한 줄의 큰 구멍들, 구체적으로 4개의 구멍을 포함한다.

베어링 하우징의 코어는 오일 입구와 오일 배출구 사이의 오일 배출 공동을 포함한다. 윤활유는 대략 4 bar의 압력에서 터보차저 내로 흐른다. 오일이 보다 낮은 압력에서 배출되므로, 오일 배출구 직경은 일반적으로 오일 입구보다 더 크다. 베어링을 통과하는 오일 유동은 대개 상부에서 하부로 수직으로 이루어진다. 오일은 엔진 오일 레벨 상부에서 크랭크케이스 내로 돌아와야 한다. 오일 배출구에서의 방해는 베어링 시스템의 배압을 초래할 것이다.

본 발명은 터보차저의 베어링 하우징 내의 오일이 터보차저의 내부 가동 부품들에 의해 교반되어 거품이 생성될 수 있는 것에 초점을 맞춘다. 교반되어 거품이 생성된 오일은 베어링 하우징 오일 배출 공동의 적절한 기능에 해로울 수 있다. 거품이 생성된 오일은 오일 배출구로부터의 배출을 어렵게 하고, 엔진에 다른 부정적인 영향을 끼친다.

본 발명은, 와류를 유도하도록 성형된 스페이서와 결합하여, 이러한 성형 스페이서에 인접한 베어링 하우징 코어의 일부로서 특별하게 성형된 오일 배출 공동을 구비한 베어링 하우징을 제공한다. 오일 배출 공동은 성형 스페이서에 인접한 베어링 하우징의 코어의 일부에 의해 형성된다. 오일 배출 공동을 형성하는 성형 코어 및 관련 성형 스페이서는, 고압 오일을 더욱 균등하게 분포시킨다.

성형 스페이서는 더 양호한 오일 거품 제거를 위한 개선된 와류 효과를 유도한다. 스페이서에서, 오일은 더 적은 교반을 야기하는 스페이서의 내측방향 리세스 부분의 범위를 따라 일련의 구멍을 통해 흐른다. (카트리지의) 성형 스페이서와 함께 코어 벽의 오목부를 가지는 성형된 오일 배출 공동으로, 거품이 제거되고 덜 교반된 오일의 유동을 위한, 오일 배출 공동을 통한 오일 배출구로의 오일 배출 영역이 증가된다.

첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하여 본 발명을 더 잘 이해하게 됨에 따라 본 발명의 이점을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 스페이서를 둘러싸는 실질적으로 원통형인 코어를 구비한 종래 기술의 베어링 하우징의 상부 단면도이다.
도 2는 스페이서의 중심부 주위에 한 줄의 큰 구멍들을 가진 종래 기술의 스페이서이다.
도 3은 성형 스페이서를 둘러싸는 성형 코어를 구비한 베어링 하우징의 상부 단면도이다.
도 4는 성형 코어의 단부도이다.
도 5는 성형 코어의 측면도이다.
도 6은 오일 배출 공동의 성형된 오목부를 보여주는 성형 코어의 상부도이다.
도 7은 성형 코어의 사시도이다.
도 8은 성형 코어의 오목부에 의해 형성된 오일 배출 공동의 성형 스페이서의 절개 사시도이다.
도 9는 성형 스페이서의 측면도이다.
도 10은 오일 유동 방향이 표시된 성형 스페이서의 단면도이다.

터보차저(10)가 일반적으로 알려져 있으며, 압축기 임펠러가 터빈 휠에 의해 샤프트(12)를 통해 회전 구동된다. 샤프트(12)는 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이의 베어링 하우징(14)을 통과한다.

베어링 하우징(14)은, 베어링 구성요소들을 둘러싸는 베어링 하우징(14)의 중공 내측 부분으로서 코어(16)를 포함한다. 코어(16)는 오일 배출 공동(20)을 형성하는 내측 베어링 하우징 코어 벽에 오목부(18) 또는 바람직하게는 각각의 측부(즉, 좌측 및 우측) 상의 오목부(18)를 가지며, 오목부(18)의 각각의 단부(22)는 바람직하게 단부들(22) 사이의 오목부들(18)의 횡단 거리보다 더 작은 직경의 실질적으로 원통형인 코어 벽을 형성한다. ?타?라는 단어는, 바람직하게는 원이 아닌 오목부 영역의 범위로서 사용된다. 도 5, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 성형 스페이서(24)의 각각의 측부 상의 오목부(18)는, 하방으로 오일 배출구(26)를 향한 개구를 가진 성형 스페이서(24) 상부의 더 작은 영역을 가지는 성형 스페이서(24)의 각각의 측부 상에 연장된 오일 배출 공동(20)의 오일 배출 영역을 형성한다.

성형 스페이서(24)는 샤프트(12)를 둘러싸며, 한 쌍의 베어링(27) 사이에 배치된다. 성형 스페이서(24)는 바람직하게 실질적으로 관형으로 이루어지며, 성형 스페이서(24)의 원위 단부(30)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)을 구비한다. 원위 단부들(30) 사이의 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)의 각각의 외측 범위(34) 상에 오일 유동 구멍(32) 행이 정렬된다. 오일 유동 구멍(32)으로 이루어진 각각의 행은 바람직하게, 오일 거품 제거를 위한 와류를 유도하기 위해 정렬된 적어도 8개의 구멍을 포함한다.

오일 배출 공동(20)을 형성하는 오목부(18)는 성형 스페이서(24)에 인접해 있다. 코어(16)에 의해 형성된 오목부(18)는 각각의 측부 상에서 대략 U자형 또는 V자형으로 이루어지고, 성형 스페이서(24)의 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)에 인접하도록 베어링 하우징(14)에 위치된다. 도 3에서의 화살표는 오일 배출 공동(20)을 형성하는 오목부(18)에 의해 제공된 더 큰 오일 배출 영역을 보여준다. 도면들은 도 3의 얕은 "V" 또는 도 8의 "U"로서 오목부(18)를 보여주지만, 오일 배출 공동(20)의 형상은 이들 바람직한 프로파일로 제한되지 않는다.

오목부(18)의 각각의 단부(22)는 성형 스페이서(24)의 원위 단부(30)에 밀접한 관련으로 대응된다. 성형 스페이서(24)의 원위 단부(30)는 바람직하게 원통형이며, 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)의 각각의 단부 상에서 코어(16)의 대응하는 둥근 부분에 정렬하여, 오일이 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)을 향해 흐르게 된다. 성형 스페이서(24)의 원위 단부(30)는 베어링 하우징(14)에서 오목부(18)의 각각의 단부(22)와 밀접한 관련으로 정렬되어, 오일이 주로 성형 스페이서(24)의 원위 단부(30)로부터 내측방향으로 흐른다.

도 10은 성형 스페이서(24)의 단면도로서, 오일 유동 구멍(32)을 통과하고 성형 스페이서(24)의 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)을 향해 내측으로 향하는 오일 유동 방향을 보여준다. 이러한 스페이서 오일 유동 설계로 인해, 도 2의 주로 원통형인 스페이서와 밀접한 관련으로 원통형 코어 벽을 가진 도 1의 화살표로 도시된 바와 같이 작은 종래 기술의 오일 배출 영역보다 교반이 덜 일어난다. 종래 기술의 오일 배출 영역의 큰 중앙 구멍을 가진 종래 기술의 원통형 스페이서 주위의 작은 챔버는 종종 오일을 교반시키는 작용을 한다. 성형 스페이서(24)의 각각의 측부 상의 바람직한 오목부(18)를 가진 본 발명에 개시된 성형 코어(16)는, 교반이 덜 일어나고 오일 배출 공동(20)과의 사이에 더 양호하게 유동되면서 고압 오일을 더욱 균등하게 분포시킨다.

코어(16)는 오일의 유동을 가능하게 하며, 오일 배출 공동(20)은 엔진 크랭크케이스로 오일을 돌려보내기 위한 오일 배출구(26) 상부에 존재한다.

본 발명은 예시적으로 기술되었으며, 사용된 용어는 한정적이기보다는 설명을 위한 단어들인 것으로 의도하고자 함을 이해할 것이다. 상기의 교시내용을 고려하여 본 발명을 다양하게 변형 및 변경하는 것이 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항들의 범주 내에서, 기술 내용 내에서 구체적으로 열거한 것과 다르게 본 발명을 실시할 수 있음을 이해해야 한다.

Claims

오일 거품 제거를 위해 와류를 유도하도록 성형된 스페이서(24)에 인접한 오일 배출 공동(20)을 형성하는 오목부(18)를 가지는 코어(16)를 구비한 베어링 하우징(14)을 포함하는 터보차저(10).
제1항에 있어서,
오목부(18)는 스페이서(24)의 중앙 부분(28)에 인접하여 베어링 하우징(14)에 U자 형상으로 이루어지며, 오목부(18)의 각각의 단부(22)는 스페이서(24)의 원위 단부(30)에 대응되는, 터보차저(10).
제1항에 있어서,
스페이서(24)는 실질적으로 관형이며, 그 중앙 부분(28)은 실질적으로 관형인 스페이서(24)의 원위 단부(30)의 직경보다 더 작은 직경을 가지고 내측으로 리세스되며, 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)의 각각의 외측 범위(34)에 오일 유동 구멍들(32)의 행이 정렬되는, 터보차저(10).
제3항에 있어서,
오일 유동 구멍들(32)의 각각의 행은 적어도 8개의 구멍을 포함하는, 터보차저(10).
제3항에 있어서,
실질적으로 관형인 스페이서(24)의 원위 단부(30)는 원통형이며, 코어(16)의 대응하는 둥근 벽 부분들에 정렬되어, 오일이 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)을 향해 흐르게 하는, 터보차저(10).
제1항에 있어서,
오일 배출 공동(20)은 오일을 엔진 크랭크케이스로 돌려보내기 위한 코어(16)의 부분으로서 오일 배출구(26) 상부에 위치되는, 터보차저(10).
실질적으로 관형인 스페이서(24)의 각각의 측부에 오일 배출 공동(20)을 형성하는 베어링 하우징(14)의 오목부(18)를 가지는 코어(16)를 구비하는 베어링 하우징(14)을 포함하되,
오일 거품 제거를 위한 와류를 유도하기 위해, 실질적으로 관형인 스페이서(24)는 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)을 포함하고, 내측으로 리세스된 중앙 부분(28)은 그 각각의 외측 범위(34)에 정렬된 오일 유동 구멍(32)의 행을 가진 실질적으로 관형인 스페이서(24)의 원위 단부(30)의 직경보다 더 작은 직경을 가지며, 실질적으로 관형인 스페이서(24)의 원위 단부(30)는 베어링 하우징(14)의 오목부(18)의 각각의 단부(22)와 정렬되는, 터보차저(10).