KR20160040212A

KR20160040212A - 선대칭의 공급 공동을 구비한 터보 과급기 퍼지 시일

Info

Publication number: KR20160040212A
Application number: KR1020167003742A
Authority: KR
Inventors: 알란 디. 켈리; 이. 페리 엘; 재커리 애쉬튼; 로버트 티. 레이스
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-04-12
Also published as: DE112014003073T5; WO2015013114A1; JP2016525183A; US20160160872A1; CN105378247B; US10240610B2; CN105378247A

Abstract

터보 과급기 회전 조립체(125)는 베어링(26, 128)을 통해 베어링 하우징(123)에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(20)와, 샤프트(20)에 장착된 압축기 임펠러(18), 그리고 베어링(26, 128)과 압축기 임펠러(18)의 사이에서 샤프트(20) 상에 배치되는 오일 플링거(122)를 포함한다. 터보 과급기(100)는 오일 플링거(122)를 둘러싸도록 샤프트 수용 축 방향 보어(120)에 배치되는 삽입부(134), 그리고 삽입부(134)와 오일 플링거(122)의 사이의 계면(131)에 작동 가능하게 배치됨으로써, 베어링 하우징(123)으로부터 계면(131)으로의 오일 통과를 최소화하도록 구성되는 퍼지 시일(160)을 포함한다. 환형 공동(150)은 삽입부(134)의 반경 방향 외측을 향하는 표면(138)을 에워싸며, 계면(131)으로 가압 유체를 운반하도록 구성되는 유로의 일부를 형성한다.

Description

선대칭의 공급 공동을 구비한 터보 과급기 퍼지 시일{TURBOCHARGER PURGE SEAL INCLUDING AXISYMMETRIC SUPPLY CAVITY}

본 출원은 2013년 7월 26일자로 출원된, "공급 가스 통로 제조를 촉진하기 위해 선대칭 체적을 사용하는 터보 과급기 퍼지 시일(Turbocharger Purge Seal Utilizing Axisymmetric Volume to Facilitate Supply Gas Passage Fabrication)"을 제목으로 하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용되고 있는 미국 가출원 제 61/858,978 호를 우선권 주장하며 이의 모든 이득을 청구한다.

엔진에는, 보통의 흡입식 구성에서 가능한 것보다 높은 밀도로 엔진 취입구로 공기를 운반하기 위해, 터보 과급기가 제공되어 있다. 이에 따라, 보다 많은 연료의 소비가 이루어지도록 함으로써, 엔진 중량을 크게 증가시키지 않고 엔진의 마력을 증대시킬 수 있다.

일반적으로, 터보 과급기는 엔진 배기 매니폴드로부터의 배기류를 사용하며, 이 배기류가 터빈 하우징 유입구에서 터보 과급기의 터빈 단에 들어감으로써 터빈 하우징의 내부에 위치한 터빈 휠의 구동이 이루어진다. 터빈 휠은 베어링 하우징의 내부에 회전 가능하게 지지되어 있는 샤프트의 일 단부에 부착되어 있다. 샤프트는 샤프트의 타단부에 장착된 압축기 임펠러를 구동시킨다. 이에 따라, 터빈 휠은 압축기 임펠러를 구동시켜 결국 터보 과급기의 압축기를 구동시키기 위한 회전력을 제공한다. 이렇게 해서 얻어진 압축 공기가 이후 전술한 바와 같은 엔진 취입구로 제공된다.

터보 과급기의 압축기 단은 압축기 임펠러 및 이와 연관된 압축기 하우징을 포함한다. 압축기 임펠러로 축 방향으로 연장되는 통로를 형성하는 압축기 공기 유입구 내로 여과 공기가 축 방향으로 인출된다. 압축기 임펠러의 회전에 의해 공기가 가압됨으로써, 엔진으로의 유동을 위한, 압축기 임펠러로부터 압축기 와류실 내로의 반경 방향 외측으로의 유동이 발생된다.

터빈 단과 압축기 단의 압력 조건은 종종, 회전 조립체를 베어링 하우징에 밀봉하는 기구를 통한 오일 인출을 초래할 수 있다. 베어링 하우징으로부터 압축기 단과 엔진 연소 챔버로의 오일의 내부 유동을 일반적으로, "압축기 단부 오일 통과(compressor end oil passage)"라 한다. 이러한 압축기 단부 오일 통과는 촉매의 오염 및 원하지 않은 배출물을 초래할 수 있어 방지되어야 한다. 더욱 더 엄중해지고 있는 배출물 표준에 인해, 압축기 단부 오일 통과 경향은 더 큰 이슈가 되고 있다.

따라서, 특히, 터보 과급기의 저속 조건에서, 터보 과급기의 압축기 단부의 회전 구성 요소와 정지 구성 요소 사이의 밀봉 효과를 증대시키기 위한 장치가 필요하다.

태양에 따라, 축 방향 보어를 구비한 베어링 하우징, 회전 조립체, 그리고 삽입부를 포함하는, 터보 과급기용 밀봉 시스템이 제공된다. 회전 조립체는 회전 축선을 구비하며, 베어링을 통해 축 방향 보어에 회전 가능하게 지지되는 샤프트와, 샤프트에 장착된 압축기 임펠러, 그리고 베어링과 압축기 임펠러의 사이에서 샤프트 상에 배치되는 오일 플링거를 포함한다. 삽입부는 오일 플링거를 둘러싸도록 축 방향 보어에 배치되며, 반경 방향 외측을 향하는 표면을 형성한다. 밀봉 시스템은 삽입부와 오일 플링거의 사이의 계면에 작동 가능하게 배치되는 퍼지 시일을 포함한다. 퍼지 시일은 계면으로 가압 유체를 도입하도록 구성되고, 삽입부의 반경 방향 외측을 향하는 표면을 에워싸는 환형 공동을 포함한다. 공동은 계면으로 가압 유체를 운반하도록 구성되는 유로의 일부를 형성한다.

밀봉 시스템은 아래의 특징 중 하나 이상을 포함할 수도 있다: 삽입부는 공동 및 계면 모두에 개방되며 유로의 다른 부분을 형성하는 적어도 하나의 반경 방향 보어를 포함한다. 밀봉 시스템은 제 1 피스톤 링과 제 2 피스톤 링을 포함한다. 제 1 피스톤 링과 제 2 피스톤 링은 삽입부와 오일 플링거의 반경 방향 외측을 향하는 표면 사이에 배치된다. 반경 방향 보어는 제 1 피스톤 링과 제 2 피스톤 링의 사이의 일 위치에서 계면과 연통한다. 삽입부는 반경 방향 연장 밀봉 플랜지를 포함하며, 공동은 베어링 하우징, 삽입부의 반경 방향 외측을 향하는 표면, 그리고 밀봉 플랜지의 사이에 형성된다. 밀봉 플랜지는 베어링 하우징의 축 방향 표면에 인접한다. 밀봉 플랜지는 스냅 링에 의해 베어링 하우징에 대해 상대적인 위치에 유지된다. 베어링 하우징에 대해 상대적인 삽입부의 위치가 베어링 하우징의 일부와 삽입부의 사이에 배치되는 스냅 링에 의해 유지된다. 공급 통로가 공동과 유체 연통하며, 공급 통로는 유로의 다른 부분을 형성한다. O-링이 삽입부의 반경 방향 외측을 향하는 표면 상의 홈에 배치되며, O-링은 삽입부의 반경 방향 외측을 향하는 표면과 베어링 하우징의 반경 방향 내측을 향하는 표면의 사이에 시일을 제공한다.

태양에 따라, 터보 과급기는 축 방향 보어를 구비한 베어링 하우징, 베어링 하우징의 일 단부에 연결되는 터빈 단과, 베어링 하우징의 반대쪽 단부에 연결되는 압축기 단, 그리고 회전 조립체를 포함한다. 회전 조립체는 회전 축선을 구비하며, 베어링을 통해 축 방향 보어에 회전 가능하게 지지되는 샤프트와, 샤프트에 장착된 압축기 임펠러, 그리고 베어링과 압축기 임펠러의 사이에서 샤프트 상에 배치되는 오일 플링거를 포함한다. 터보 과급기는 오일 플링거를 둘러싸도록 축 방향 보어에 배치되며, 반경 방향 외측을 향하는 표면을 형성하는 삽입부를 추가로 포함한다. 퍼지 시일이 삽입부와 오일 플링거의 사이의 계면에 작동 가능하게 배치되며 계면으로 가압 유체를 도입하도록 구성되며, 환형 공동은 삽입부의 반경 방향 외측을 향하는 표면을 에워싸며 퍼지 시일로 가압 유체를 운반하도록 구성되는 유로의 일부를 형성한다.

터보 과급기는 아래의 특징 중 하나 이상을 포함할 수도 있다: 삽입부는 공동 및 계면 모두에 개방되며 유로의 다른 부분을 형성하는 적어도 하나의 반경 방향 보어를 포함한다. 삽입부는 반경 방향 연장 밀봉 플랜지를 포함하며, 공동은 베어링 하우징, 삽입부의 반경 방향 외측을 향하는 표면, 그리고 밀봉 플랜지의 사이에 형성된다. 제 1 피스톤 링과 제 2 피스톤 링이 삽입부와 오일 플링거의 반경 방향 외측을 향하는 표면 사이에 배치되며, 반경 방향 보어는 제 1 피스톤 링과 제 2 피스톤 링의 사이의 일 위치에서 계면과 연통한다. 공급 통로가 공동과 유체 연통하며 유로의 다른 부분을 형성한다. 베어링 하우징에 대해 상대적인 삽입부의 위치가 베어링 하우징의 일부와 삽입부의 사이에 배치되는 스냅 링에 의해 유지된다.

실시예는 압축기 임펠러의 배면과 베어링 하우징 및/또는 삽입부와 같은 이웃한 구성 요소 사이의 밀봉 시스템에 관한 것이다. 밀봉 시스템은 터보 과급기의 압축기 단부 상의 동적 회전 조립체 구성 요소와 상보형의 고정 구성 요소 사이의 밀봉을 개선함으로써 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 최소화할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은, 용어 "블로바이(blow by)"는 고압 충전 공기(압축기 측의) 또는 배기 가스(터빈 측의)의 베어링 하우징 내로의 그리고 엔진 크랭크케이스 내로의 누출을 의미한다. 밀봉 시스템은 틈새 시일을 개선하기 위해 외부 퍼지 가스 시일과 같은 밀봉 요소를 포함할 수 있다. 밀봉 요소는 회전 조립체와 상보형의 고정 구성 요소 사이의 계면에 작동 가능하게 배치될 수 있다. 퍼지 시일은 터보 과급기 작동 조건과 상관없이 내향 압력 구배를 유지하기 위해 틈새 시일에서 계면으로 외부 가압 가스 또는 내부 공급 충전 가스(즉, 공기)를 선택적으로 제공한다. 퍼지 시일에는 베어링 하우징에 형성된 가스 통로, 회전 조립체의 삽입부에 형성된 하나 이상의 반경 방향 보어, 그리고 가스 공급 통로와 삽입부의 반경 방향 보어의 중간에 위치하며 이들과 유체 연통하는 베어링 하우징에 형성된 선대칭 공동을 포함하는 가스 공급 경로를 통해 가스가 공급된다. 선대칭 공동은 베어링 하우징 내부에서의 삽입부의 방위와 상관없이 삽입부 반경 방향 보어로 가스를 운반하기 위한 환형 매니폴드로서의 역할을 한다. 그러나, 퍼지 가스 시일 추가가 블로바이 누출을 방지하기 위한 틈새 시일의 정상적인 능력을 넘어서 블로바이 누출을 감소시키지는 않음을 이해하여야 한다.

유리하게는, 가스 공급 경로 내부의 선대칭 공동은 가스 공급원과 틈새 시일 래버린스 체적 사이의 통로의 제조를 촉진한다. 예를 들어, 기계 가공에 더 편리한 각도 및 더 짧은 길이로 통로가 기계 가공될 수 있다. 또한, 연속적인 통로 부분의 정렬 필요성이 배제된다. 공동은 디퓨저 표면을 통해 연결됨으로써 압축기 배출 라인으로부터의 내부 공급원 및 엔진 배기 가스를 포함하는 외부 공급원을 포함하는 내부 및 외부 모두의 퍼지 가스 공급원으로의 편리한 접근을 위해 전략적으로 배치된다. 실시예에 따라, 부품이 복잡성을 최소화하기 위해 일체형으로 된다.

실시예가 예시로서 설명되며, 동일한 도면 부호가 유사한 부품을 지시하는 첨부 도면으로 제한되는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술의 터보 과급기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 종래 기술의 터보 과급기의 압축기 단부 일부의 확대도이다.
도 3은 밀봉 시스템을 포함하는 터보 과급기의 단면도이다.
도 4는 도 3의 터보 과급기의 코어 조립체의 분해도이다.
도 5는 삽입부의 측면도이다.
도 6은 도 5의 삽입부의 단면도이다.
도 7은 종래 기술의 삽입부의 단면도이다.
도 8은 오일 플링거의 사시도이다.
도 9는 도 8의 오일 플링거의 단면도이다.
도 10은 종래 기술의 오일 플링거의 단면도이다.
도 11은 도 3의 터보 과급기의 압축기 단부 일부의 확대도이다.
도 12는 도 3의 터보 과급기의 베어링 하우징의 압축기 단부 일부의 확대도이다.
도 13은 도 3의 단면도와 비교하여 다른 각도에서 취한, 도 3의 터보 과급기의 베어링 하우징의 단면도이다.
도 14는 변형예의 밀봉 시스템을 포함하는 터보 과급기의 단면도이다.
도 15는 다른 변형예의 밀봉 시스템을 포함하는 터보 과급기의 단면도이다.
도 16은 또 다른 변형예의 밀봉 시스템을 포함하는 터보 과급기의 단면도이다.
도 17은 또 다른 변형예의 밀봉 시스템을 포함하는 터보 과급기의 단면도이다.
도 18은 도 17의 터보 과급기의 삽입부의 사시도이다.

본 명세서에 설명된 장치는 터보 과급기의 압축기 단부 상의 동적 회전 조립체 구성 요소와 상보형의 고정 구성 요소 사이에서 사용하기 위한 밀봉 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 명세서의 실시예는 오일 누출을 방지하기 위해 틈새 시일(예를 들어, 피스톤 시일 링) 계면의 외측에 양압을 유지할 수 있는 밀봉 시스템의 형성에 관한 것이다. 상세한 실시예가 본 명세서에 개시되어 있긴 하지만, 개시된 실시예는 단지 예시를 위한 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 구조 및 기능상 세부 사항은 제한적인 의미로 해석되어야 하는 것이 아니라, 단지 특허청구범위의 근거로서 그리고 본 명세서의 태양을 사실상 적절한 상세 구조로 다양하게 채용할 수 있도록 당 업계의 숙련자를 가르치기 위한 대표적인 근거로서 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 사용된 용어 및 구는 제한의 의도를 갖는 것이 아니라, 오히려 실시 가능한 실시형태에 대한 이해 가능한 설명을 제공하기 위한 의도로 제공된 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배기 가스 터보 과급기(10)는 터빈 단(12)과 압축기 단(14)을 포함한다. 터보 과급기(10)는 터빈 하우징(17)의 내부에 위치한 터빈 휠(16)을 구동시키기 위해 엔진(도시하지 않음)의 배기 매니폴드로부터의 배기류를 사용한다. 배기 가스가 터빈 휠(16)을 통과하여 터빈 휠(16)이 배기 가스로부터 에너지를 추출하고 나면, 소모 배기 가스는 엑스듀서(exducer)를 통해 터빈 하우징(17)에서 나온 다음, 차량 수직 홈통으로 그리고 보통 촉매 컨버터, 입자 트랩(trap) 및 NO_x 트랩과 같은 후처리 장치로 덕트 운반된다. 터빈 휠(16)에 의해 추출된 에너지는 압축기 하우징(19)의 내부에 위치한 압축기 임펠러(18)를 구동시키도록 사용되는 회전 운동으로 변환된다. 압축기 임펠러(18)는 터보 과급기(10) 내로 공기를 인출하여 이 공기를 압축한 다음, 압축 공기를 엔진의 취입구 측으로 운반한다. 터보 과급기(10)는 아래의 주요 구성 요소, 즉, 샤프트(20), 샤프트(20)의 일 단부에 장착된 터빈 휠(16), 샤프트(20)의 반대쪽 단부에 장착된 압축기 임펠러(18), 그리고 오일 플링거(oil flinger)(22)를 포함하는 회전 조립체(25)를 포함한다.

회전 조립체(25)는 터빈 단(12)과 압축기 단(14)의 사이에 배치된 베어링 하우징(23)의 내부에서 회전 축선(21)을 중심으로 회전하도록 지지된다. 특히, 샤프트(20)는 윤활제(예를 들어, 통상 엔진에 의해 공급되는 오일)가 공급되는 수력학적 베어링 시스템 상에서 회전한다. 오일은 오일 공급 포트(24)를 통해 운반되어 저널 베어링(26)과 스러스트 베어링(28) 모두에 공급된다. 베어링에서 빠져나오고 나면, 오일은 베어링 하우징(23)으로 배출되어 엔진 크랭크케이스에 연결된 오일 배출구(30)를 통해 빠져나온다.

터빈 단(12)과 압축기 단(14)의 압력 조건으로 인해 종종, 베어링 하우징(23)에 대해 회전 조립체를 밀봉하는 밀봉 기구를 통한 오일 인출이 초래될 수 있다. 베어링 하우징(23)으로부터 압축기 임펠러(18)의 후방 벽(38)으로, 그리고 압축기 임펠러(18)를 지나쳐 압축기 단(14)과 엔진 연소 챔버로의 오일의 내부 유동을 일반적으로, "압축기 단부 오일 통과"라 한다. 압축기 단부 오일 통과는 촉매의 오염 및 원하지 않은 배출물을 초래할 수 있어 방지되어야 한다. 더욱 더 엄중해지고 있는 배출물 표준에 의해, 압축기 단부 오일 통과 경향은 더 큰 이슈가 되고 있다. 배출 한계를 초과하거나 후처리 시스템을 오염시키는 것 외에도, 오일 통과는 또한, 터보 과급기 디퓨저 및 와류실 일부의 바람직하지 못한 코팅을 야기할 뿐만 아니라 공기 라인을 연결하여, 터보 과급기의 효율을 감소시킨다.

베어링 하우징(23)으로부터 압축기 단(14)으로의 오일 통과를 최소화하기 위해, 터보 과급기(10)의 내부에서, 터보 과급기의 하나 이상의 고정 구성 요소(예를 들어, 베어링 하우징(23) 및/또는 삽입부(34))와 동적 회전 조립체(예를 들어, 터빈 휠(16), 압축기 임펠러(18), 오일 플링거(22) 및/또는 샤프트(20))의 일부 사이의 계면(31)에 시일이 사용된다. 이러한 시일은 또한, 블로바이(blowby)로서 알려진 조건인 압축기 단(14)으로부터 베어링 하우징(23)으로의 원치 않는 가스의 유동을 방지할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 틈새 시일(32)(예를 들어, 시일 링 또는 피스톤 링)이 오일 플링거(22)와 삽입부(34)의 사이에 작동 가능하게 배치된다. 각각의 시일(32)의 일부가 오일 플링거(22)에 제공된 개개의 홈(33)의 내부에 수용될 수 있다.

그러나, 몇몇 작동 조건에서는, 베어링 하우징(23) 내부의 오일이 하나 이상의 틈새 시일(32)의 둘레를 통과하여 압축기 하우징(19)에 들어갈 수도 있다. 이하, 이러한 일 조건이 설명된다. 삽입부(34)와 압축기 임펠러(18) 사이의 바깥쪽 공동(40)에 공기가 있다. 압축기 임펠러(18)가 축선(21)을 중심으로 고속으로 회전한다. 회전하는 압축기 임펠러 후방 벽(38) 부근의 공기가 공기와 후방 벽(38) 사이의 마찰로 인해 마치 회전하도록 힘을 받는다. 그 결과, 압축기 임펠러(18)의 선단(42) 부근의 압력이 더 높아지고 샤프트(20) 부근의 바깥쪽 공동(40)이 압력이 더 낮아지도록 하는 원심력 가속(즉, 반경 방향으로)이 발생할 수 있다. 이러한 압력 구배는 계면(31)을 가로질러 야기되는 압력차의 관점에서 바람직하지 못하며, 다시 말해, 외측(31o)의 압력이 내측(31i)의 압력보다 낮음에 따라, 압축기 단부 오일 통과를 유발할 가능성이 있다.

이러한 조건에서는, 스러스트 베어링(28)과 삽입부(34) 사이의 안쪽 공동(46)으로부터의 오일 흐름(44)이 하나 이상의 시일 링(32)의 둘레에서 발생한다. 이러한 흐름(44)은 전술한 바와 같이 강제 소용돌이에 의해 인출되어 압축기 임펠러 후방 벽(38) 후방의 흐름(48)이 된다. 이러한 흐름(48)은 압축기 단 디퓨저(50)(도 1 참조)를 통해 인출된다. 경우에 따라, 이러한 감소 압력의 영향은 베어링 하우징(23) 내부의 압축기 임펠러(18)가 기계적으로 오목해지도록 함으로써 상쇄될 수 있다. 이와 같이 장치를 형성함으로써 결과적으로, 압축기 단(14)으로부터의 일부 가압 공기의 방향이 압축기 임펠러(18) 후방의 바깥쪽 공동(40)으로 전환될 수도 있다. 이러한 압축 공기의 방향 전환에 의해, 바깥쪽 공동(40)의 둘레에서의 압력 균형이 압축기 임펠러 선단(42)으로부터 하나 이상의 시일(32)로 변경되어, 압축기 배출부 및 이후 엔진의 연소 시스템으로의 이러한 오일 통과 가능성이 최소화된다.

압축기 후방 벽을 따른 반경 방향의 압력 구배에 따르면 가장 통상적인 작동 조건에 맞춰 시일 바깥쪽 압력이 시일 안쪽 압력보다 높게 유지될 수 있다. 그러나, 저속의 또는 제로 값의 터보 과급기 속도, 제한된 압축기 유입구, 2단 연속 터빈 시스템의 저압 단의 배기 제동 또는 시동을 포함하는 몇몇 작동 조건의 경우에는, 시일의 바깥쪽 측에 양압을 유지하기가 더 어렵거나 불가능하다. 이러한 경우, 오일이나 그외 다른 윤활제(44)가 하나 이상의 시일(32)의 둘레를 통과할 수도 있다. 이러한 경우의 몇몇 예가 아래에 더 상세히 설명된다.

엔진 압축식 배기 브레이크가 장착된 무겁게 짐을 잔뜩 실은 트럭이 길고 일정한 기울기를 갖는 경사면을 하방으로 주행하는 경우, 배기 브레이크가 터빈 휠(16)의 하류 배기 가스 흐름을 차단하여 차량의 휠 브레이크와 독립적으로 차량 저지 기능을 제공하도록 사용될 수 있다. 트럭의 질량 및 관성에 의해 트럭이 언덕 아래로 밀려, 차량 변속기를 통해 엔진이 회전하도록 힘이 가해진다. 연료가 엔진에 주입되지 않으면, 엔진은 트럭의 속도를 지연시키기 위한 배기 브레이크의 차단 작용에 대항하여 공기 펌프와 같이 작용한다. 터빈 단(12)을 통과하는 가스의 질량 유량이 크게 감소함으로써, 터보 과급기 샤프트(20)의 회전 속도의 대부분이 터빈 단(12)에 의한 구동에 의해 획득되는 것은 아니다.

현재 공기 펌프로서 작용하고 있는 엔진에 차량 변속기를 통해 가해지는 차량 제동 효과는 감압 상태(예를 들어, 압축기 단(14)을 통해 공기가 인출됨에 따른 유입구 시스템 내부의 진공)를 발생시킬 수 있다. 압축기 단(14) 내부의 감압 상태에 의해 압축기 단부 시일(32)을 가로질러 발생하는 압축기 임펠러(18)의 선단(42)에서의 압력차가 변한다. 이에 따라, 시일 링(32)을 가로질러, 압축기 단부 오일 통과를 초래할 수 있는, 바람직하지 못한 압력차가 초래된다. 이러한 배기 브레이크 구동 상황이 발생하면, 발전 되어온 감압 상태가 통상 사용되는 시일 링 압력차에 의한 변경(예를 들어, 압축기 임펠러(18)를 오목하게 만드는 것)을 압도할 수 있어, 베어링 하우징(23)으로부터 압축기 배출부로의 그리고 이후 엔진 연소 시스템으로의 오일의 통과를 야기한다.

압축기가 직렬로 배열되어 있는 다단식 터보 과급기의 고압(HP) 압축기 단에 의해 유사한 문제가 발생할 수 있다. 직렬식 압축기 구성에서, 저압(LP) 압축기의 배출부가 HP 압축기의 유입구에 직접 덕트 연결된다. 배기 질량 유량이 더 작은 고압(HP) 터보 과급기의 터빈 단으로 보내지는 경우(즉, LP 터보 과급기의 더 큰 터빈 단으로 보내지지 않는 경우), HP 압축기의 압축기 단이, 더 작은 HP 압축기의 입력 질량 유량보다 출력 질량 유량이 더 적은 상태로 느리게 운전되고 있는, 잠재 용량이 더 큰 LP 압축기의 출력 질량 유량보다 많은 질량 유량의 공기를 유입구로 인출할 수 있다. 그 결과, LP 압축기의 압축기 단이 감압 상태로 운전됨으로써, HP 터보 과급기의 압축기 단부 시일 링을 가로질러 바람직하지 못한 압력차를 초래할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 배기 가스 터보 과급기(100)는 아래에 상세히 논의되는 바와 같이 터보 과급기(100)의 모든 작동 조건에서 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 효과적으로 최소화하거나 방지하는 밀봉 시스템(110)을 포함한다. 터보 과급기(100)는 전술한 종래 기술의 터보 과급기(10)와 유사하다. 이러한 이유로, 공통 구성 요소가 공통 도면 부호를 이용하여 설명되며, 적절한 범위 내에서 이들 공통 구성 요소는 반복하여 설명되지 않는다.

터보 과급기(100)는 베어링 하우징(123)을 포함한다. 베어링 하우징(123)은 샤프트(20), 터빈 휠(16), 압축기 임펠러(18), 그리고 개선된 오일 플링거(122)를 포함하는 회전 조립체(125)를 수용하여 지지하는 축 방향 연장 보어(120)를 구비하는 형태로 형성된다. 회전 조립체(125)는 볼트(129)를 통해 베어링 하우징(123)에 고정된 스러스트 베어링(128)과 저널 베어링(26)을 통해 회전 축선(21)을 중심으로 회전하도록 지지된다. 샤프트(20)의 축 방향 하중이 내측에 배치된 스러스트 와셔(121) 그리고 반대쪽의 외측에 배치된 오일 플링거(122)의 반경 방향 돌출 암(124)을 통해 스러스트 베어링(128)으로 전달된다. 개선된 삽입부(134)가 오일 플링거(122)의 원통형 부분(126)을 에워쌈에 따라, 삽입부(134)가 스러스트 베어링(128)의 압축기를 향하고 있는 측에 인접하여 배치된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 삽입부(134)는 대체로 원통형이며, 오일 플링거(122)의 일부를 수용하기에 충분한 직경을 갖는 중앙의 축 방향 연장 개구(135)를 포함한다. 삽입부(134)는 터빈을 향하고 있는 제 1 단부(136), 압축기를 향하고 있는 반대쪽 단부(137), 그리고 터빈을 향하고 있는 단부(136)와 압축기를 향하고 있는 단부(137)의 사이에서 연장되는 반경 방향 외측을 향하는 측면(138)을 구비한다. 삽입부(134)는 측면(138)과 중앙 개구(135)의 사이에서 연장되는 유체 통로를 제공하는 적어도 하나의 반경 방향 보어(139)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 삽입부(134)는 두 개의 직경 방향으로 반대되는 반경 방향 보어(139)를 포함하지만, 하나 또는 두 개의 보어(139)를 구비하는 것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 삽입부(134)가 1개, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 반경 방향 보어(139)를 포함할 수도 있다. 실시예에 따라, 반경 방향 보어(139)는 삽입부(134)의 원주면을 중심으로 등간격으로 이격 배치된다. 삽입부(134)는 측면(18)으로부터 반경 방향 외측으로 돌출되는 밀봉 플랜지(140)를 포함한다. 밀봉 플랜지(140)가 반경 방향 보어(139)와 압축기를 향하고 있는 단부(137)의 사이에 배치된다. 또한, 삽입부 측면(138)은 보어(139)와 터빈을 향하고 있는 단부(136)의 사이에 배치된 원주 방향 연장 홈(142)을 포함한다. 홈(142)은 O-링(116)을 내부에 수용하는 형상 및 치수로 형성된다.

터보 과급기(100)에 사용된 삽입부(134)와 종래 기술의 몇몇 터보 과급기(10)에 사용된 종래 기술의 삽입부(34)의 사이의 차이를 도 6 및 도 7을 비교하여 가장 잘 알 수 있다. 특히, 삽입부(134)(도 6)는, 몇몇 종래 기술의 삽입부(34)(도 7)와 비교하여, 베어링 하우징(123)의 일부와 정합(예를 들어, 후술하는 단계(S3))하도록 구성되는 반경 방향 연장 밀봉 플랜지(140)를 포함하며 또한 반경 방향 보어(139)를 포함하도록 수정되어 있는 반면, 종래 기술의 삽입부(34)에서는 이러한 특징부가 생략되어 있다. 또한, 삽입부(134)에서는 종래 기술의 삽입부(34)의 터빈을 향하고 있는 단부(36)에 형성된 오일 배출 거터(gutter)(36a)가 생략되어 있다. 오일 배출 거터(36a)는 퍼지 시일(160)을 포함하는 밀봉 시스템(110)의 실시로 인해 더 이상 필요하지 않으며, 더 간단한 디자인을 제공하며 제조 효율을 개선하기 위해 삽입부(134)에서는 생략된다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 오일 플링거(122)는 대체로 원통형이며, 축 방향으로 세장형이다. 오일 플링거(122)는 샤프트(20)의 직경에 대응하는 직경을 갖는 중앙의 축 방향 연장 개구(127)를 포함한다. 오일 플링거(122)는 터빈을 향하고 있는 제 1 단부(130), 압축기를 향하고 있는 반대쪽 단부(131), 그리고 터빈을 향하고 있는 단부(130)와 압축기를 향하고 있는 단부(131)의 사이에서 연장되는 반경 방향 외측을 향하고 있는 측면(132)을 구비한다. 오일 플링거(122)는 측면(132)으로부터 반경 방향 외측으로 돌출되는 암(124)을 포함한다. 암(124)이 터빈을 향하고 있는 단부(136)에 인접하여 배치되며, 암(124)과 압축기를 향하고 있는 단부(131)의 사이에 배치되는 오일 플링거(122)의 일부는 원통형 부분(126)으로 일컬어진다. 한 쌍의 원주 방향 연장 홈(133)이 원통형 부분(126) 내에서 측면(132)에 형성된다. 각각의 홈(133)은 내부에 피스톤 링(32)을 수용하도록 구성된다.

터보 과급기(100)에 사용된 오일 플링거(122)와 종래 기술의 몇몇 터보 과급기(10)에 사용된 종래 기술의 오일 플링거(22)의 사이의 차이를 도 9 및 도 10을 비교하여 가장 잘 알 수 있다. 특히, 오일 플링거(122)(도 9)는, 몇몇 종래 기술의 오일 플링거(22)(도 10)와 비교하여, 종래 기술의 오일 플링거(22)의 홈(33)의 축 방향 간격에 비해 증가된 축 방향 간격을 갖는 홈(133)을 포함하도록 수정되어 있다. 증가된 간격은 퍼지 시일 공기 공급 통과 보장 및 특히, 홈들(133) 사이의 그리고 이에 따라 또한 피스톤 링(32) 사이의 일 위치에서의 삽입부(134)의 반경 방향 보어(139)의 개방 보장을 돕는다. 또한, 오일 플링거(122)에서는 종래 기술의 플링거 암(27)의 압축기를 향하고 있는 측에 포함된 "오버헝(overhung)" 특징부(27a)가 생략된다. 오버헝 특징부(27a)는 퍼지 시일(160)을 포함하는 밀봉 시스템(110)의 실시로 인해 더 이상 필요하지 않으며, 더 간단한 디자인을 제공하며 제조 효율을 개선하기 위해 오일 플링거(122)에서는 생략된다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 베어링 하우징 축 방향 보어(120)는 저널 베어링(26)을 수용하는 저널 부분(120a), 그리고 스러스트 베어링(128), 오일 플링거(122), 그리고 삽입부(134)를 수용하는 베어링 하우징(123)의 압축기 단부에 인접한 확장 직경 부분(120b)을 포함한다. 확장 직경 부분(120b)이 반경 방향 치수가 균일하지 않음에 따라, 베어링 하우징(123)은 각기 저널 부분(120a)의 직경(D1)보다 큰 특유의 직경을 갖는 일련의 환형 계단부(123a, 123b, 123c, 123d, 123e)를 형성한다.

제 1 환형 계단부(123a)는 직경(Da)을 갖는다. 제 1 환형 계단부(123a)는 스러스트 베어링(128), 플링거 암(124) 그리고 삽입부(134)의 일부를 에워싸기에 충분한 축 방향 치수를 갖는 반경 방향 내측을 향하고 있는 표면을 형성한다. 축 방향 외측의 압축기를 향하고 있는 제 1 견부(S1)가 저널 부분(120a)과 제 1 환형 계단부(123a)의 사이의 전이부에서 베어링 하우징(123)에 형성된다. 스러스트 베어링(128)의 터빈을 향하는 표면이 제 1 견부(S1)에 인접하며, 터빈 단부를 향해 가해진 축 방향 샤프트 하중은 제 1 견부(S1)를 통해 스러스트 베어링(128)으로부터 베어링 하우징(123)으로 전달된다. 또한, 압축기 단부를 향해 가해진 축 방향 하중은 볼트(129)를 통해 제 1 견부(S1)와 베어링 하우징(123)으로 전달된다. 스러스트 베어링(128)을 볼트(129)를 통해 제 1 견부(S1)에 고정하는 것이 스러스트 베어링(128)이 지지되는 것 뿐만 아니라 선대칭 체적이 밀봉되는 것을 보장하기 위한 핵심이다. 이러한 구성은 스러스트 베어링을 고정하도록 유지 링이 사용되며 제조 허용 오차에 의해 일정하지 않은 밀봉력 및/또는 축 방향 베어링 힘 분포를 생성할 수 있는 몇몇 종래 기술의 터보 과급기 베어링 시스템과 비교될 수 있다.

제 2 환형 계단부(123b)는 보어(139)를 에워싸기에 충분한 축 방향 치수를 갖는 반경 방향 내측을 향하는 표면을 형성한다. 제 2 환형 계단부는 제 1 환형 계단부(123a)의 직경(Da) 및 삽입부 측면(138)의 직경(D2)보다 크며 삽입부 밀봉 플랜지(140)의 직경(D3)보다 작은 직경(Db)을 갖는다. 특히, 직경(Da)이 삽입부 측면(138)과 제 2 환형 계단부(123b)의 사이에 반경 방향 공간이 존재하도록 하기에 충분함에 따라, 삽입부(134)의 원주면을 둘러싸는 선대칭 공동(150)이 형성된다. 제 2 환형 계단부(123b)는 공동(150)이 삽입부 반경 방향 보어(139)와 유체 연통하도록 축 방향으로 배치된다.

제 3 환형 계단부(123c)는 반경 방향 내측을 향하는 표면을 형성하며, 제 2 환형 계단부(123b)의 직경(Db)과 삽입부 밀봉 플랜지(140)의 직경(D3)보다 큰 직경(Dc)을 갖는다. 축 방향 외측의 압축기를 향하고 있는 제 2 견부(S2)가 제 2 환형 계단부(123b)와 제 3 환형 계단부(123c)의 사이의 전이부에서 베어링 하우징(123)에 형성된다.

제 4 환형 계단부(123d)는 제 2 환형 계단부(123b)의 직경(Db)보다 크며 제 3 환형 계단부(123c)의 직경(Dc)보다 작은 직경(Dd)을 갖는다. 축 방향 내측의 압축기를 향하고 있는 제 3 견부(S3)가 제 3 환형 계단부(123c)와 제 4 환형 계단부(123d)의 사이의 전이부에서 베어링 하우징(123)에 형성된다. 제 3 견부(S3)가 제 2 견부(S2)로부터 축 방향으로 이격됨으로써, 제 2 견부(S2), 제 3 환형 계단부(123c) 그리고 제 3 견부(S3)의 사이에 원주 방향 연장 홈(152)이 형성된다. 삽입부 밀봉 플랜지(140)의 터빈을 향하는 표면이 제 2 견부(S2)에 인접하는 상태로 삽입부 밀봉 플랜지(140)의 자유 단부가 홈(152)에 배치된다. 또한, C-자형 스냅 링(118)이 삽입부 밀봉 플랜지(140)와 제 3 견부 사이의 홈(152)에 배치된다. 스냅 링(118)은 예시된 구성에서 삽입부(134)를 유지하는 역할을 한다.

제 5 환형 계단부(123e)는 압축기 임펠러 선단(42)을 에워싸기에 충분한 축 방향 치수를 갖는 반경 방향 내측을 향하는 표면을 형성한다. 제 5 환형 계단부(123e)는 제 4 환형 계단부(123d)의 직경(Dd)보다 큰 직경(De)을 갖는다. 제 5 환형 계단부(123e)는 베어링 하우징(123)의 압축기를 향하는 측에 인접하여 축 방향으로 배치되며, 압축기 임펠러 후방 벽(38)과 선단(42)을 수용하는 홈을 형성한다.

도 11 및 도 13을 참조하면, 터보 과급기(100)의 작동 조건과 무관하게 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 방지하기 위하여, 터보 과급기(100)는 베어링 하우징(123)의 압축기 단부에 배치된 밀봉 시스템(110)을 포함한다. 밀봉 시스템(110)은 래버린스(labyrinth) 시일 또는 틈새 시일(예를 들어, 시일 링 또는 피스톤 링(32))과 조합된 퍼지 시일(160)을 포함한다. 이들 밀봉 요소는 회전 조립체(125)와 삽입부(134)의 사이의 계면(131)에 작동 가능하게 배치된다.

피스톤 링(32)은 삽입부(134)와 오일 플링거(122)의 사이의 계면(131)에 배치된다. 각각의 피스톤 링(32)의 일부가 오일 플링거(122)의 원통형 부분(126)의 반경 방향 외측을 향하고 있는 측면(132)에 제공된 개개의 홈(133) 중 하나에 수용된다.

퍼지 시일(160)은 피스톤 링(32)의 사이의 일 위치의 계면(131)으로 선택적으로 가압 가스를 운반하여 피스톤 링(32)을 가로질러 내향 압력 구배를 제공함으로써 베어링 하우징으로부터 압축기 단으로의 윤활제 유동을 방지한다. 피스톤 링 사이에 퍼지 공기가 존재하는 것이 중요한데 그 이유는 이에 따라 가압 공기의 양측에 억제 영역이 제공되기 때문이다. 퍼지 시일(160)은 베어링 하우징(123)에 형성된 가스 공급 통로(154)(도 13), 삽입부(134)에 형성된 반경 방향 보어(139), 그리고 가스 공급 통로(154) 및 반경 방향 보어(139)의 중간에 위치하며 이들과 유체 연통하는 베어링 하우징(123)에 형성된 선대칭 공동(150)을 포함한다. 가스 공급 통로(154), 공동(150), 그리고 반경 방향 보어(139)를 포함하는 퍼지 시일(160)은 가압 가스를 계면(131)으로 보낸다.

가스 공급 통로(154)는 퍼지 시일(160)에 선택적으로 공급되는 가압 유체를 수용하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 가스 공급 통로(154)는 공기 유입 끼움부(180)(도 4)를 수용하도록 구성되지만, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다.

선대칭 공동(150)은, 베어링 하우징(123) 내부의 삽입부(134) 및/또는 보어(139)의 방위와 무관하게, 삽입부 반경 방향 보어(139)로 가스를 운반하기 위한 환형 매니폴드로서의 역할을 한다. 환형 선대칭 공동(150)을 제공함으로써, 퍼지 시일을 구비한 터보 과급기의 제조가 간소화되는데, 이는 환형 공동(150)이 베어링 하우징(123)의 압축기 단부면으로 용이하게 제조되어 삽입부(134)의 방위와 무관하게 삽입부 반경 방향 보어(139)로 가스를 운반하기 때문이다. 이것은 연속적인 가스 공급 경로를 성공적으로 제공하기 위하여 공급 경로의 연속 부분들이 포함된 상이한 구성 요소들이 정확하게 제조되어 정렬될 필요가 있는 퍼지 시일 가스 공급 경로를 포함하는 몇몇 종래 기술의 터보 과급기와 비교될 수 있다.

계면(131)의 내측(131i)의 압력은 통상, 대략 대기압(1bar)이며, 크랭크케이스 압력에 의해 영향을 받을 수 있다. 계면 체적의 목표 압력은 내향 압력 구배를 달성하기에 적당한 압력일 수 있다. 일 실시예에서, 계면에서의 목표 압력은 내측(131i)의 압력보다 적어도 대략 100 millibar 내지 대략 150 millibar 더 클 수 있다.

계면(131)으로의 공기의 공급은 적당한 방식으로 선택적으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 제어부(도시하지 않음)가 계면(131)으로의 가압 유체의 공급을 선택적으로 제어하도록 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제어부는 엔진 제어부, 터보 과급기 제어부 또는 그외 다른 적당한 제어부일 수 있다. 제어부는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

계면(131)의 외측(131o)의 압력이 기설정된 목표 압력이거나 그보다 낮은 경우, 공기 또는 그외 다른 퍼지 가스가 계면(131)으로 선택적으로 공급될 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 계면(131)의 외측(131o)과 내측(131i) 사이의 압력차 및/또는 압력비가 기설정된 목표 압력비 또는 압력차이거나 그보다 작으면 공기 또는 그외 다른 퍼지 가스가 계면(131)으로 선택적으로 공급될 수 있다. 이러한 조건이 발생하면, 공기 또는 그외 다른 퍼지 가스가 허용 가능한 수준까지 외측(131o)의 압력을 상승시키도록 계면으로 공급될 수 있다. 이러한 상황이 발생할 수도 있는 작동 조건의 예에는 아이들(idle) 상태 또는 엔진이 가벼운 부하로 운전되는 경우가 포함된다. 기설정된 목표 압력, 압력차 및/또는 압력비가 달성되고 나면, 계면(131)으로의 공기의 공급이 중단될 수 있다. 이러한 방식으로, 공기 소모가 최소화될 수 있으며, 즉, 어딘가 다른 곳에서의 유리한 사용처로부터 공기를 취할 필요가 없다.

그러나, 그외 다른 실시 및/또는 소정의 작동 조건에서는 계면(131)이 선택적으로 가압되지 않을 수도 있음에 주목하여야 한다.

도 14를 참조하면, 변형예의 밀봉 시스템(210)은 터보 과급기(200)의 작동 조건과 무관하게 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 최소화하거나 방지하도록 구성된다. 밀봉 시스템(210)은 베어링 하우징(223)의 압축기 단부에 배치되며, 래버린스 시일 또는 틈새 시일(예를 들어, 시일 링 또는 피스톤 링(32))과 조합된 퍼지 시일(260)을 포함한다. 이들 밀봉 요소는 회전 조립체(125)의 오일 플링거(22)와 삽입부(234)의 사이의 계면(231)에 작동 가능하게 배치된다.

피스톤 링(32)은 삽입부(234)와 오일 플링거(22)의 사이의 계면(231)에 배치된다. 각각의 피스톤 링(32)의 일부가 오일 플링거(22)의 반경 방향 외측을 향하는 측면에 제공된 개개의 홈(33) 중 하나의 내부에 수용된다.

퍼지 시일(260)은 가압 가스를 피스톤 링(32) 사이의 일 위치의 계면(231)으로 선택적으로 운반하여 피스톤 링(32)을 가로질러 내향 압력 구배를 제공함으로써 베어링 하우징(223)으로부터 압축기 단(14)으로의 윤활제 유동을 방지한다. 퍼지 시일(260)은 베어링 하우징(223)에 형성된 가스 공급 통로(254)와, 삽입부(234)에 형성된 하나 이상의 대체로 반경 방향의 보어(239), 그리고 가스 공급 통로(254) 및 반경 방향 보어(239)의 중간에 위치하며 이들과 유체 연통하는 베어링 하우징(223)에 형성된 선대칭 공동(250)을 포함한다. 가스 공급 통로(254), 공동(250), 그리고 반경 방향 보어(239)를 포함하는 퍼지 시일(260)이 가압 가스를 계면(231)으로 보낸다.

선대칭 공동(250)이 삽입부(234)의 압축기를 향하고 있는 단부(237), 베어링 하우징(223)의 반경 방향 내측을 향하는 표면, 그리고 환형의 선대칭 체적 커버(256)의 사이에 형성된다. 커버(256)가 압축기 임펠러 후방 벽(38)과 삽입부(234)의 사이에 배치되며, 볼트(도시하지 않음)를 통해 베어링 하우징(223)에 고정된다. 전술한 실시예에서와 같이, 선대칭 공동(250)은, 베어링 하우징(223) 내부에서의 삽입부(234) 및/또는 보어(239)의 방위와 상관없이, 삽입부 반경 방향 보어(239)로 가스를 운반하기 위한 환형 매니폴드로서의 역할을 한다. 본 실시예는 또한, 종래 기술의 베어링 하우징, 삽입부 및 플링거를 사용하여 이루어질 수 있으므로 유리하다.

도 15를 참조하면, 다른 변형예의 밀봉 시스템(310)이 터보 과급기(300)의 작동 조건과 상관없이 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 최소화하거나 방지하도록 구성된다. 밀봉 시스템(310)은 베어링 하우징(323)의 압축기 단부에 배치되며, 래버린스 시일 또는 틈새 시일(예를 들어, 시일 링 또는 피스톤 링(32))과 조합된 퍼지 시일(360)을 포함한다. 이들 밀봉 요소는 회전 조립체(125)의 오일 플링거(22)와 삽입부(334) 사이의 계면(331)에 작동 가능하게 배치된다.

피스톤 링(32)이 삽입부(334)와 오일 플링거(22)의 사이의 계면(331)에 배치된다. 각각의 피스톤 링(32)의 일부가 오일 플링거(22)의 반경 방향 외측을 향하는 측면에 제공된 개개의 홈(33) 중 하나의 내부에 수용된다.

퍼지 시일(360)은 피스톤 링(32) 사이의 일 위치의 계면(331)으로 가압 가스를 선택적으로 운반하여 피스톤 링(32)을 가로질러 내향 압력 구배를 제공함으로써 베어링 하우징(323)으로부터의 압축기 단(14)으로의 윤활제 유동을 방지한다. 퍼지 시일(360)은 베어링 하우징(323)에 형성된 가스 공급 통로(354), 삽입부(334)에 형성된 하나 이상의 대체로 반경 방향 보어(339), 그리고 가스 공급 통로(354) 및 반경 방향 보어(339)의 중간에 위치하며 이들과 유체 연통하는 베어링 하우징(323)에 형성된 선대칭 공동(350)을 포함한다. 가스 공급 통로(354), 공동(350), 그리고 반경 방향 보어(339)를 포함하는 퍼지 시일(360)이 가압 가스를 계면(331)으로 보낸다.

선대칭 공동(350)이 삽입부(334)의 압축기를 향하고 있는 단부(337), 베어링 하우징(323)의 반경 방향 내측을 향하는 표면, 그리고 환형의 선대칭 체적 커버(356)의 사이에 형성된다. 커버(356)가 압축기 임펠러 후방 벽(38)과 삽입부(334)의 사이에 배치되며, 볼트(358)를 통해 베어링 하우징(323)에 고정된다. 전술한 실시예에서와 같이, 선대칭 공동(350)이 베어링 하우징(323) 내부의 삽입부(334) 및/또는 보어(339)의 방위와 상관없이 삽입부 반경 방향 보어(339)로 가스를 운반하기 위한 환형 매니폴드로서의 역할을 한다. 본 실시예는 또한, 종래 기술의 플링거를 사용하여 이루어질 수 있으며 도 14에 도시된 실시예에 비교하여 커버(356)와 삽입부(334)의 사이에 개선된 밀봉을 포함하기 때문에 유리하다.

도 16을 참조하면, 다른 변형예의 밀봉 시스템(410)이 터보 과급기(400)의 작동 조건과 상관없이 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 최소화하거나 방지하도록 구성된다. 밀봉 시스템(410)은 베어링 하우징(423)의 압축기 단부에 배치되며, 래버린스 시일 또는 틈새 시일(예를 들어, 시일 링 또는 피스톤 링(32))과 조합된 퍼지 시일(460)을 포함한다. 이들 밀봉 요소는 회전 조립체(125)의 오일 플링거(22)와 삽입부(434) 사이의 계면(431)에 작동 가능하게 배치된다.

피스톤 링(32)은 삽입부(434)와 오일 플링거(22)의 사이의 계면(431)에 배치된다. 각각의 피스톤 링(32)의 일부가 오일 플링거(22)의 반경 방향 외측을 향하는 측면에 제공된 개개의 홈(33) 중 하나의 내부에 수용된다.

퍼지 시일(460)은 피스톤 링(32) 사이의 일 위치의 계면(431)으로 가압 가스를 선택적으로 운반하여 피스톤 링(32)을 가로질러 내향 압력 구배를 제공함으로써 베어링 하우징(423)으로부터 압축기 단(14)으로의 윤활제 유동을 방지한다. 퍼지 시일(460)은 베어링 하우징(423)에 형성된 가스 공급 통로(454), 삽입부(434)에 형성된 하나 이상의 대체로 반경 방향의 보어(439), 그리고 중간의 선대칭 공동(450)을 포함한다. 가스 공급 통로(454), 공동(450), 그리고 반경 방향 보어(439)를 포함하는 퍼지 시일(460)이 가압 가스를 계면(431)으로 보낸다.

선대칭 공동(450)이 삽입부(434)에 대해 반경 방향 외측의 일 위치에서 베어링 하우징(423)과 환형의 선대칭 체적 커버(456)의 사이에 형성된다. 예를 들어, 커버(456)의 축 방향 내측의 터빈을 향하고 있는 측(456a)이 환형 함몰부를 구비하도록 형성될 수도 있음에 따라, 커버(456)의 함몰 영역(456b)과 베어링 하우징(423)의 축 방향 외측의 압축기 측을 향하고 있는 표면(423a)의 사이에 공동(450)이 형성된다. 공동(450)은 삽입부(434)의 반경 방향 보어(439)와 가스 공급 통로(454)의 중간에 위치하며 이들과 유체 연통한다. 전술한 실시예에서와 같이, 선대칭 공동(450)은 베어링 하우징(423) 내부에서의 삽입부(434) 및/또는 보어(439)의 방위와 상관없이 삽입부 반경 방향 보어(439)로 가스를 운반하기 위한 환형 매니폴드로서의 역할을 한다. 본 실시예는 또한, 종래 기술의 플링거를 사용하여 이루어질 수 있으며, 가스 공급 통로(454)가 베어링 하우징의 배면 측의 어느 위치에도 천공될 수 있고, 커버(456)를 베어링 하우징(423)에 고정하기 위해 사용되는 볼트(도시하지 않음)가 베어링 하우징의 후방으로부터 바깥쪽 표면으로 설치될 수 있어 유리하다.

도 17을 참조하면, 다른 변형예의 밀봉 시스템(510)이 터보 과급기(500)의 작동 조건과 상관없이 압축기 단부 오일 통과 및 블로바이를 최소화하거나 방지하도록 구성된다. 밀봉 시스템(510)은 베어링 하우징(523)의 압축기 단부에 배치되며, 래버린스 시일 또는 틈새 시일(예를 들어, 시일 링 또는 피스톤 링(32))과 조합된 퍼지 시일(560)을 포함한다. 이들 밀봉 요소는 회전 조립체(125)의 오일 플링거(22)와 삽입부(534) 사이의 계면(531)에 작동 가능하게 배치된다.

피스톤 링(32)은 삽입부(534)와 오일 플링거(22)의 사이의 계면(531)에 배치된다. 각각의 피스톤 링(32)의 일부가 오일 플링거(22)의 반경 방향 외측을 향하는 측면에 제공된 개개의 홈(33) 중 하나의 내부에 수용된다.

퍼지 시일(560)은 피스톤 링(32) 사이의 일 위치의 계면(531)으로 가압 가스를 선택적으로 운반하여 피스톤 링(32)을 가로질러 내향 압력 구배를 제공함으로써 베어링 하우징(523)으로부터 압축기 단(14)으로의 윤활제 유동을 방지한다. 퍼지 시일(560)은 베어링 하우징(523)에 형성된 가스 공급 통로(554), 삽입부(534)에 형성된 하나 이상의 홈(539a, 539b), 그리고 중간의 선대칭 공동(550)을 포함한다. 가스 공급 통로(554), 공동(550), 그리고 홈(539a, 539b)을 포함하는 퍼지 시일(560)이 가압 가스를 계면(531)으로 보낸다.

선대칭 공동(550)이 삽입부(534)에 대해 반경 방향 외측의 일 위치에서 베어링 하우징(523)과 환형의 선대칭 체적 커버(556)의 사이에 형성된다. 예를 들어, 커버(556)의 축 방향 내측의 터빈을 향하고 있는 측(556a)이 환형 함몰부를 구비하도록 형성될 수도 있음에 따라, 커버(556)의 함몰 영역(556b)과 베어링 하우징(523)의 축 방향 외측의 압축기 측을 향하고 있는 표면(523a)의 사이에 공동(550)이 형성된다. 공동(550)은 삽입부(534)의 홈(539a, 539b)과 가스 공급 통로(554)의 중간에 위치하며 이들과 유체 연통한다.

도 18을 참조하면, 본 실시예에서, 삽입부(534)는 환형이며, 커버(556)의 터빈을 향하고 있는 측(556a)과 대면하도록 구성되는 압축기를 향하는 표면(534a)을 포함한다. 또한, 삽입부의 압축기를 향하는 표면(534a)은 가스 공급 경로의 일부를 형성하도록 커버(556)의 터빈을 향하고 있는 측(556a)과 협동하는 홈(539a, 539b)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 삽입부의 압축기를 향하는 표면(534a)은 삽입부 측면(538)으로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 네 개의 등간격으로 배치된 반경 방향 홈(539a), 그리고 각각의 반경 방향 홈(539a)을 연결하는 환형 홈(539b)을 포함한다. 전술한 실시예에서와 같이, 선대칭 공동(550)은 베어링 하우징(523) 내부에서의 삽입부(534) 및/또는 홈(539a, 539b)의 방위와 상관없이 홈(539a, 539b)으로 가스를 운반하기 위한 환형 매니폴드로서의 역할을 한다. 본 실시예는 또한, 종래 기술의 플링거를 사용하여 이루어질 수 있기 때문에 그리고 홈(539a, 539b)이 삽입부(534)의 외면에 형성되며 삽입부(534)의 반경 방향 천공이 필요하지 않기 때문에 유리하다.

본 명세서에 설명된 태양은 그 정신 또는 본질적 속성을 벗어나지 않고 그외 다른 형태 및 조합으로 구체화될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예가 압축기 단부 오일 통과에 관한 것이긴 하지만, 이러한 밀봉 시스템 및 방법이 터빈 단부 오일 배출(즉, 베어링 하우징으로부터 터빈 단으로의 오일의 통과)에 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 물론 실시예가 단지 예시로서 주어진 본 명세서에 설명된 특정 세부 사항으로만 제한되는 것은 아니며, 다양한 수정 및 변형이 아래의 특허청구범위의 범위 내에서 가능함이 이해될 것이다.

Claims

터보 과급기(100)용 밀봉 시스템(110)으로서,
축 방향 보어(120)를 포함하는 베어링 하우징(123)과;
회전 축선(21)을 구비하며, 베어링(26, 128)을 통해 상기 축 방향 보어(120)에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(20)와,
상기 샤프트(20)에 장착된 압축기 임펠러(18), 그리고
상기 베어링(26, 128)과 상기 압축기 임펠러(18)의 사이에서 상기 샤프트(20) 상에 배치되는 오일 플링거(122)를 포함하는 회전 조립체(125); 그리고
상기 오일 플링거(122)를 둘러싸도록 상기 축 방향 보어(120)에 배치되며, 반경 방향 외측을 향하는 표면(138)을 형성하는 삽입부(134)를 포함하며,
상기 삽입부(134)와 상기 오일 플링거(122)의 사이의 계면(131)에 작동 가능하게 배치되며, 상기 계면(131)으로 가압 유체를 도입하도록 구성되고, 상기 삽입부(134)의 반경 방향 외측을 향하는 표면(138)을 에워싸며 상기 계면(131)으로 가압 유체를 운반하도록 구성되는 유로의 일부를 형성하는 환형 공동(150)을 포함하는 퍼지 시일(160)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 1 항에 있어서, 상기 삽입부(134)는 상기 공동(150) 및 상기 계면(131) 모두에 개방되며 상기 유로의 다른 부분을 형성하는 적어도 하나의 반경 방향 보어(139)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 2 항에 있어서, 상기 삽입부(134)와 상기 오일 플링거(122)의 반경 방향 외측을 향하는 표면 사이에 배치되는 제 1 피스톤 링(32)과 제 2 피스톤 링(32)을 포함하며,
상기 반경 방향 보어(139)는 상기 제 1 피스톤 링(32)과 상기 제 2 피스톤 링(32)의 사이의 일 위치에서 상기 계면(131)과 연통하는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 2 항에 있어서, 상기 삽입부(134)는 반경 방향 연장 밀봉 플랜지(140)를 포함하며, 상기 공동(150)은 상기 베어링 하우징(123), 상기 삽입부(134)의 반경 방향 외측을 향하는 표면(138), 그리고 상기 밀봉 플랜지(140)의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 4 항에 있어서, 상기 밀봉 플랜지(140)는 상기 베어링 하우징(123)의 축 방향 표면(S2)에 인접하는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 5 항에 있어서, 상기 밀봉 플랜지(140)는 스냅 링(118)에 의해 상기 베어링 하우징(123)에 대해 상대적인 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 1 항에 있어서, 상기 베어링 하우징(123)에 대해 상대적인 상기 삽입부(134)의 위치가 상기 베어링 하우징(123)의 일부와 상기 삽입부(134)의 사이에 배치되는 스냅 링(118)에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 1 항에 있어서, 상기 공동(150)과 유체 연통하며 상기 유로의 다른 부분을 형성하는 공급 통로(154)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
제 1 항에 있어서, 상기 삽입부(134)의 반경 방향 외측을 향하는 표면(138) 상의 홈(142)에 배치되며, 상기 삽입부(134)의 상기 반경 방향 외측을 향하는 표면(138)과 상기 베어링 하우징(123)의 반경 방향 내측을 향하는 표면(123a)의 사이에 시일을 제공하는 O-링(116)을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 시스템(110).
축 방향 보어(120)를 구비하는 베어링 하우징(123)과;
상기 베어링 하우징(123)의 일 단부에 연결되는 터빈 단(12)과;
상기 베어링 하우징(123)의 반대쪽 단부에 연결되는 압축기 단(14)과;
회전 축선(21)을 구비하며, 베어링(26, 128)을 통해 상기 축 방향 보어(120)에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(20)와,
상기 샤프트(20)에 장착된 압축기 임펠러(18), 그리고
상기 베어링(26, 128)과 상기 압축기 임펠러(18)의 사이에서 상기 샤프트(20) 상에 배치되는 오일 플링거(122)를 포함하는 회전 조립체(125)와;
상기 오일 플링거(122)를 둘러싸도록 상기 축 방향 보어(120)에 배치되며, 반경 방향 외측을 향하는 표면(138)을 형성하는 삽입부(134); 그리고
상기 삽입부(134)와 상기 오일 플링거(122)의 사이의 계면(131)에 작동 가능하게 배치되며 상기 계면(131)으로 가압 유체를 도입하도록 구성되는 퍼지 시일(160)로서, 상기 삽입부(134)의 반경 방향 외측을 향하는 표면(138)을 에워싸며 퍼지 시일(160)로 가압 유체를 운반하도록 구성되는 유로의 일부를 형성하는 환형 공동(150)을 포함하는 퍼지 시일(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 과급기(100).
제 10 항에 있어서, 상기 삽입부(134)는 상기 공동(150) 및 상기 계면(131) 모두에 개방되며 상기 유로의 다른 부분을 형성하는 적어도 하나의 반경 방향 보어(139)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 과급기(100).
제 11 항에 있어서, 상기 삽입부(134)는 반경 방향 연장 밀봉 플랜지(140)를 포함하며, 상기 공동(150)은 상기 베어링 하우징(123), 상기 삽입부(134)의 반경 방향 외측을 향하는 표면(138), 그리고 상기 밀봉 플랜지(140)의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 과급기(100).
제 11 항에 있어서, 상기 삽입부(134)와 상기 오일 플링거(122)의 반경 방향 외측을 향하는 표면 사이에 배치되는 제 1 피스톤 링(32)과 제 2 피스톤 링(32)을 포함하며,
상기 반경 방향 보어(139)는 상기 제 1 피스톤 링(32)과 상기 제 2 피스톤 링(32)의 사이의 일 위치에서 상기 계면(131)과 연통하는 것을 특징으로 하는 터보 과급기(100).
제 10 항에 있어서, 상기 공동(150)과 유체 연통하며 상기 유로의 다른 부분을 형성하는 공급 통로(154)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 과급기(100).
제 10 항에 있어서, 상기 베어링 하우징(123)에 대해 상대적인 상기 삽입부(134)의 위치가 상기 베어링 하우징(123)의 일부와 상기 삽입부(134)의 사이에 배치되는 스냅 링(118)에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 터보 과급기(100).