KR20160043914A - 센터링 특징부를 가지는 열 차폐부 - Google Patents

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KR20160043914A
KR20160043914A KR1020150142017A KR20150142017A KR20160043914A KR 20160043914 A KR20160043914 A KR 20160043914A KR 1020150142017 A KR1020150142017 A KR 1020150142017A KR 20150142017 A KR20150142017 A KR 20150142017A KR 20160043914 A KR20160043914 A KR 20160043914A
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크랜들 제러드
젠크스 고든
세이어 마이클
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

터보차저(10)가 베어링 하우징(28) 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트(26), 샤프트(26)에 연결된 터빈 휘일(22), 및 터빈 휘일(22)과 베어링 하우징(28) 사이에 배치된 열 차폐부(150, 250)를 포함한다. 열 차폐부(150, 250)가 그 측벽(57) 부분 및 그 플랜지(63) 부분 중 적어도 하나 상에 형성되는 표면 특징부(80, 180)를 포함하고, 그러한 표면 특징부는, 열 차폐부(150, 250)가 샤프트(26)의 회전 축과 동축적이 되도록, 열 차폐부(150, 250)를 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정한다(locate).

Description

센터링 특징부를 가지는 열 차폐부{HEAT SHIELD WITH CENTERING FEATURES}
본 개시 내용은 내연 기관용 배기 가스 터보차저에 관한 것이다. 보다 특히, 본 개시 내용은 배기 가스 터보차저용 열 차폐부에 관한 것이다.
터보차저는 내연 기관과 함께 이용되는 일종의 강제 도입 시스템이다. 터보차저는 압축 공기를 엔진 흡기부로 전달하여, 보다 많은 연료가 연소되게 하고, 그에 따라, 엔진 중량을 실질적으로 증가시키지 않으면서, 엔진의 마력을 증가시킨다. 그에 따라, 터보차저는, 보다 큰 자연 흡기(normally aspirated) 엔진과 동일한 크기의 마력을 낼 수 있는 보다 작은 엔진의 이용을 가능하게 한다. 차량에서 작은 엔진을 이용하는 것은, 차량의 질량 감소, 성능 향상, 및 연료 경제성 향상의 바람직한 효과를 가진다. 또한, 터보차저의 이용은 엔진으로 전달되는 연료의 보다 완전한 연소를 가능하게 하고, 이는 보다 청정한 환경이라는 매우 바람직한 목표에 기여한다.
터보차저는, 전형적으로, 엔진의 배기 매니폴드로 연결된 터빈 하우징, 엔진의 흡기 매니폴드로 연결된 압축기 하우징, 및 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 배치되고 터빈 하우징 및 압축기 하우징을 함께 커플링하는 중앙 베어링 하우징을 포함한다. 터빈 하우징 내의 터빈 휘일(wheel)이 배기 매니폴드로부터 공급되는 배기 가스의 유입 유동(inflow)에 의해서 회전 구동된다. 샤프트가 중앙 베어링 하우징 내에서의 회전을 위해서 반경방향으로 지지되고, 터빈 휘일을 압축기 하우징 내의 압축기 임펠러(impeller)로 연결하며, 그에 따라 터빈 휘일의 회전이 압축기 임펠러의 회전을 유발하게 한다. 터빈 휘일과 압축기 임펠러를 연결하는 샤프트가 회전 축 라인을 형성한다. 압축기 임펠러가 회전함에 따라, 압축기 임펠러는, 엔진 흡기 매니폴드를 통해서 엔진의 실린더로 전달되는 공기 질량 유량, 공기 유동 밀도 및 공기 압력을 증가시킨다.
열 차폐부가 터빈 휘일과 베어링 하우징 사이에 배치된다. 열 차폐부는, 터빈 하우징을 통과하고 터빈 휘일을 구동시키는 배기 가스의 열로부터 베어링 하우징을 차폐하기 위해서 이용된다. 열 차폐부는 샤프트를 수용하는 중앙 개구부를 포함하고, 그에 의해서, 열 차폐부가, 일반적으로, 조립 중에 베어링 하우징에 대해서 샤프트 상에서 반경방향으로 센터링된다. 그러나, 중앙 개구부는, 터보차저의 동작 중의 열 차폐부 및 샤프트의 열 팽창(growth)을 허용하도록, 비교적 크다. 결과적으로, 열 차폐부가, 베어링 하우징과의 조립 중에 터보차저 내에 부정확하게 종종 배치된다. 터빈 하우징이 터보차저의 조립 중에 베어링 하우징 상으로 후속하여 조립될 때, 열 차폐부의 반경방향 위치가 결정될 수 없는데, 이는 터빈 하우징이 시각적인 장애물을 제공하여, 전체적인 조립체 내에서 열 차폐부를 정확하게 배치하는데 있어서의 어려움을 더욱 악화시키기 때문이다.
일부 양태에서, 터보차저가 샤프트 및 샤프트에 연결된 터빈 휘일을 포함하고, 터빈 휘일은 휘일 허브 및 선단부를 가지는 블레이드를 포함한다. 터보차저가 또한 터빈 휘일과 베어링 하우징 사이에 배치된 열 차폐부를 포함한다. 열 차폐부는 샤프트를 관통 수용하기 위한 중앙 개구부를 포함하는 베이스 부분, 베이스 부분의 반경방향-외향 둘레 연부에 형성되고 베이스 부분에 대해서 횡방향으로 연장하는 측벽 부분, 및 베이스 부분으로부터 이격된 측벽 부분의 단부에 형성된 플랜지 부분을 포함하고, 플랜지 부분은 측벽 부분에 대체로 횡방향으로 연장한다. 열 차폐부는, 열 차폐부가 샤프트의 회전 축 상에서 센터링되도록 열 차폐부를 베어링 하우징에 대해서 위치결정(locate)하는 측벽 부분 또는 플랜지 부분 상에 형성된 표면 특징부를 포함한다. 표면 특징부가 열 차폐부를 베어링 하우징에 대해서 반경방향으로 위치결정하는 역할을 하기 때문에, 열 차폐부는, 중앙 개구부의 치수와 관계 없이 그리고 터빈 하우징을 베어링 하우징 상에 조립하는 동안에 열 차폐부의 가시화(visualization)를 필요로 하지 않고, 조립 중에 정확하게 배치될 수 있다. 또한, 표면 특징부가, 유리하게, 터빈 휘일에 근접하여 베어링 하우징과 열 차폐부 사이에서 간극을 제공하며, 그러한 간극은 열이 열 차폐부를 통해서 베어링 하우징으로 전달되는 것을 최소화한다.
일부 구현예에서, 열 차폐부 상의 표면 특징부는 비교적 작은 직경의 터빈-대면 측부 융기부(turbine-facing side nose)를 가지는 베어링 하우징 상에서의 이용을 위해서 열 차폐부가 구성될 수 있게 한다. 예를 들어, 경제적인 이유로, 주어진 터빈 하우징과 함께 다양한 크기의 베어링 하우징을 이용할 수 있는 것이 유리하고, 이는 생산 중에 모든 가용 재고의 완전한 이용을 가능하게 한다. 결과적으로, 일부 경우에, 주어진 터빈 하우징과 정상적으로 정합될(matched) 수 있는 것 보다 더 작은 직경을 가지는 베어링 하우징이 주어진 터빈 하우징과 정합된다. 열 차폐부 상의 표면 특징부는, 크기 부정합의 경우에, 열 차폐부가 주어진 터빈 하우징 상에 정확하게 센터링될 수 있게 허용하도록 구성된다.
일부 양태에서, 표면 특징부는, 플랜지 내에 형성된 축방향 돌출 능선부(ridge)를 포함한다. 그러한 능선부는 베어링 하우징 내에 형성된 외주방향 홈 내에 수용되고, 그에 의해서 열 차폐부가 베어링 하우징에 대해서 위치결정된다.
일부 양태에서, 표면 특징부가, 측벽의 외주를 따라서 균일 간격으로 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들을 포함한다. 돌출부의 반경방향 내향-대면 표면이 베어링 하우징의 반경방향 외향-대면 표면에 접촉지지되고(abut), 그에 의해서 열 차폐부가 베어링 하우징에 대해서 위치결정된다.
유리하게, 본원에서 설명된 열 차폐부가 스탬핑 프로세스에 의해서 형성될 수 있고, 그에 의해서 제조 비용이 최소화된다.
일부 양태에서, 터보차저가 베어링 하우징 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트, 터빈 하우징 내에 배치되고 샤프트에 연결되는 터빈 휘일, 및 열 차폐부를 포함한다. 열 차폐부는 샤프트를 수용하는 중앙 개구부를 가지는 반경방향 연장 베이스, 반경방향 연장 베이스로부터 축방향으로 오프셋되는 반경방향 연장 플랜지, 및 베이스와 플랜지 중간의 축방향-연장 측벽을 포함한다. 측벽이 베이스의 반경방향-최외측 단부에 연결된 제1 단부, 및 제1 단부에 대향하고 플랜지의 반경방향-최내측 단부에 연결되는 제2 단부를 구비한다. 열 차폐부가 측벽 및 플랜지 중 하나 상에 형성되고 열 차폐부를 베어링 하우징에 대해서 위치결정하는 표면 특징부를 포함하고, 그에 따라 i) 열 차폐부가 샤프트의 회전 축 상에서 센터링되고; ii) 측벽의 반경방향 내향-대면 표면과 베어링 하우징 사이에 제1 반경방향 간극이 존재하고; iii) 베이스의 터빈 하우징-대면 표면과 베어링 하우징의 터빈 휘일-대면 표면 사이에 축방향 간극이 존재하며; 그리고 iv) 중앙 개구부 및 베어링 하우징, 샤프트, 그리고 터빈 휘일 사이에 제2 반경방향 간극이 존재한다.
터보차저가 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다: 표면 특징부가, 플랜지 내에 형성된 축방향 돌출 능선부를 포함하고, 그러한 능선부는 베어링 하우징 내에 형성된 외주방향 홈 내에 수용되고, 그에 의해서 열 차폐부가 베어링 하우징에 대해서 위치결정된다. 축방향 돌출 능선부가 플랜지의 베어링 하우징-대면 표면 상에서 볼록하고 플랜지의 터빈 하우징-대면 표면 상에서 오목하다. 능선부가 외주방향으로 연속적이다. 능선부가 측벽에 인접하는 플랜지의 위치에 형성된다. 표면 특징부가, 측벽의 외주를 따라서 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들을 포함하고, 돌출부의 반경방향 내향-대면 표면이 베어링 하우징의 반경방향 외향-대면 표면에 접촉지지되고, 그에 의해서 열 차폐부가 베어링 하우징에 대해서 위치결정된다. 외주방향을 따른 돌출부의 치수는 측벽의 외주방향 치수에 비해서 작다. 측벽의 외주방향 치수 대 돌출부의 외주방향 치수의 비율이 20 내지 100의 범위이다. 각각의 돌출부와 베어링 하우징 사이의 접촉이 선을 따라서 이루어지도록, 돌출부가 V-형상을 갖는다.
일부 양태에서, 터보차저가 베어링 하우징 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트, 터빈 하우징 내에 배치되고 샤프트에 연결되는 터빈 휘일, 및 열 차폐부를 포함한다. 열 차폐부는 샤프트를 수용하는 중앙 개구부를 가지는 반경방향 연장 베이스, 반경방향 연장 베이스로부터 축방향으로 오프셋되는 반경방향 연장 플랜지, 및 베이스와 플랜지 중간의 축방향-연장 측벽을 포함한다. 측벽이 베이스의 반경방향-최외측 단부에 연결된 제1 단부, 및 제1 단부에 대향하고 플랜지의 반경방향-최내측 단부에 연결되는 제2 단부를 구비한다. 열 차폐부는, 열 차폐부를 베어링 하우징에 대해서 위치결정하는, 플랜지 상에 형성된 표면 특징부를 포함한다. 표면 특징부가, 플랜지 내에 형성된 축방향 돌출 능선부를 포함하고, 그러한 능선부는 베어링 하우징 내에 형성된 외주방향 홈 내에 수용되고, 그에 의해서 열 차폐부가 베어링 하우징에 대해서 위치결정된다.
터보차저가 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다: 축방향 돌출 능선부가 플랜지의 베어링 하우징-대면 표면 상에서 볼록하고 플랜지의 터빈 하우징-대면 표면 상에서 오목하다. 능선부가 외주방향으로 연속적이다.
일부 양태에서, 터보차저가 베어링 하우징 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트, 터빈 하우징 내에 배치되고 샤프트에 연결되는 터빈 휘일, 및 열 차폐부를 포함한다. 열 차폐부는 샤프트를 수용하는 중앙 개구부를 가지는 반경방향 연장 베이스, 반경방향 연장 베이스로부터 축방향으로 오프셋되는 반경방향 연장 플랜지, 및 베이스와 플랜지 중간의 축방향-연장 측벽을 포함한다. 측벽이 베이스의 반경방향-최외측 단부에 연결된 제1 단부, 및 제1 단부에 대향하고 플랜지의 반경방향-최내측 단부에 연결되는 제2 단부를 구비한다. 열 차폐부는, 열 차폐부를 베어링 하우징에 대해서 위치결정하는, 측벽 상에 형성된 표면 특징부를 포함한다. 표면 특징부가, 측벽의 외주를 따라서 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들을 포함하고, 돌출부의 반경방향 내향-대면 표면이 베어링 하우징의 반경방향 외향-대면 표면에 접촉지지되고, 그에 의해서 열 차폐부가 베어링 하우징에 대해서 위치결정된다.
터보차저가 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다: 측벽의 외주방향 치수 대 돌출부의 외주방향 치수의 비율이 20 내지 100의 범위이다. 열 차폐부가 3개의 돌출부를 포함한다.
첨부 도면과 함께 고려할 때 이하의 구체적인 설명을 참조함으로써 본 발명이 보다 잘 이해될 수 있음에 따라서, 본 발명의 장점이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 터빈 휘일과 베어링 하우징 사이에 배치된 통상적인 열 차폐부를 포함하는 배기 가스 터보차저의 단면도이다.
도 2는 자가-센터링 열 차폐부의 사시도이다.
도 3은 터빈 휘일과 베어링 하우징 사이에 배치된 도 2의 열 차폐부를 보여주는 터보차저의 일부의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예의 자가-센터링 열 차폐부의 사시도로서, 용이한 이해를 위해서 내향-연장 돌출부가 과장된, 사시도이다.
도 5는 터빈 휘일과 베어링 하우징 사이에 배치된 도 4의 열 차폐부를 보여주는 터보차저의 일부의 단면도이다.
도 6은 내향-연장 돌출부가 과장된 다른 실시예의 자가-센터링 열 차폐부의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배기 가스 터보차저(10)가 터빈 섹션(12), 압축기 섹션(32), 및 압축기 섹션(32)과 터빈 섹션(12) 사이에 배치되고 압축기 섹션(32)을 터빈 섹션(12)으로 연결하는 중앙 베어링 하우징(28)을 포함한다. 터빈 섹션(12)이 터빈 하우징(14)을 포함하고, 그러한 터빈 하우징은 배기 가스 유입구(16), 배기 가스 배출구(18), 및 배기 가스 유입구(16)와 배기 가스 배출구(18) 사이의 유체 경로 내에 배치된 터빈 와류실(volute)(20)을 포함한다. 터빈 휘일(22)이 터빈 와류실(20)과 배기 가스 배출구(18) 사이에서 터빈 하우징(14) 내에 배치된다. 통상적인 열 차폐부(50)가 터빈 휘일(22)과 베어링 하우징(28) 사이에서 터빈 섹션(12) 내에 제공된다.
샤프트(26)가 터빈 휘일(22)로 연결되고, 베어링 하우징(28) 내에 형성된 보어(30) 내에서 회전을 위해서 반경방향으로 지지되고, 압축기 섹션(32) 내로 연장한다. 압축기 섹션(32)이 압축기 하우징(34)을 포함하고, 그러한 압축기 하우징은 공기 유입구(36), 공기 배출구(미도시), 및 압축기 와류실(40)을 형성한다. 압축기 휘일(42)이 공기 유입구(36)와 압축기 와류실(40) 사이에서 압축기 하우징(34) 내에 배치되고 샤프트(26)로 연결된다.
사용 시에, 터빈 휘일(22)이 엔진(미도시)의 배기 매니폴드로부터 공급되는 배기 가스의 유입 유동에 의해서 회전 구동된다. 샤프트(26)가 터빈 휘일(22)을 압축기 하우징(34) 내의 압축기 휘일(42)로 연결하기 때문에, 터빈 휘일(22)의 회전은 압축기 휘일(42)의 회전을 유발한다. 압축기 휘일(42)이 회전함에 따라, 압축기 휘일은, 엔진의 공기 흡기 매니폴드로 연결된 압축기 공기 배출구로부터의 유출 유동(outflow)을 통해서 엔진의 실린더로 전달되는 공기 질량 유량, 공기 유동 밀도 및 공기 압력을 증가시킨다.
통상적인 열 차폐부(50)가 오목한 부분이고, 그러한 오목한 부분은 터빈 섹션(12)으로부터 베어링 하우징(28)으로의 열 전달을 감소시키는 기능을 한다. 그러나, 베어링 하우징의 교합(mating) 부분이 정상적으로 이용될 수 있는 것 보다 작은 직경을 가질 때, 그리고 열 차폐부의 외측 표면의 중단(interruption)을 최소화시키고자 할 때와 같은, 일부 터보차저 구성에서, 개선된 열 차폐부(150)가 터보차저(10) 내에서 통상적인 열 차폐부(50)를 대체한다. 열 차폐부(150)는, 이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 비교적 작은 직경 교합 부분을 수용하고 외측 표면의 최소 중단을 제공하는 자가-센터링 특징부를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 자가-센터링 열 차폐부(150)가, 터빈 섹션(12)으로부터 베어링 하우징(28)으로의 열 전달을 감소시키도록, 그리고 또한 열 차폐부(150)의 터보차저 베어링 하우징(28)에 대한 자가-센터링 결과를 초래하여 터보차저 샤프트(26)의 회전 축(R) 상에서 센터링되게 유도할 수 있도록 구성된 형상을 갖는다. 특히, 열 차폐부(150)는, 얕은 사발(bowl)의 오목한 형상과 유사한 오목한 형상을 갖는다. 열 차폐부(150)는, 넉넉한(generous) 간극으로 샤프트(26)를 수용하는 중앙 개구부(52)를 구비하는 반경방향-연장 베이스(51), 그러한 베이스(51)로부터 축방향으로 오프셋되는 반경방향-연장 플랜지(63), 및 베이스(51)와 플랜지(63)의 중간에 배치되고 베이스(51)와 플랜지(63)를 연결하는 대체로 축방향으로-연장된 측벽(57)을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같은 "축방향 측벽"은, 측벽이 축방향 거리를 커버한다는 것을 의미하고, 베이스(51)와 플랜지(63) 사이에서 연장하기만 한다면, 도 3 및 도 5에서 도시된 바와 같이 완벽한 축"?? 또는 원통형일 수 있거나, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 원뿔형일 수 있거나, 반구형, 쌍곡선형, 계단형, 또는 임의의 형상일 수 있을 것이다. 이러한 목적을 위해서, 측벽(57)이 베이스(51)의 반경방향 최외측 단부(54)에 연결된 제1 단부(58), 및 제1 단부(58)에 대향하고 플랜지(63)의 반경방향-최내측 단부(65)에 연결되는 제2 단부(59)를 구비한다.
열 차폐부(150)는, 열 차폐부(150)를 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하는, 플랜지(63) 상에 형성된 표면 특징부(80)를 포함한다. 보다 특히, 표면 특징부(80)는 열 차폐부(150)를 베어링 하우징 "융기부"(29)에 대해서 위치결정하고, 그러한 융기부는, 터빈 하우징-대면 표면(28a) 상에 형성되고 샤프트-수용 보어(30) 상에 센터링되는 베어링 하우징(28)의 축방향-돌출 부분이다. 베어링 하우징(28)의 융기부(29)가 반경방향-외향 대면 표면(28b) 및 축방향-외향 또는 터빈 휘일-대면 표면(28c)을 포함한다.
표면 특징부(80)는, 베어링 하우징(28)을 향해서 돌출하도록 플랜지(63) 내에 형성된 축방향-돌출 능선부(82)를 포함한다. 능선부(82)가 플랜지(63)의 베어링 하우징-대면 표면(66) 상에서 볼록하고 플랜지(63)의 터빈 하우징-대면 표면(67) 상에서 오목하다. 도시된 실시예에서, 능선부(82)가 플랜지(63)의 외주를 따라서 연속적으로 연장하나, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 능선부(82)가 플랜지(63)의 외주를 따라서 불연속적일 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 능선부(82)가, 측벽(57)에 인접하도록 플랜지(63)의 반경방향-최내측 단부(65)에 형성되나, 이러한 반경방향 위치로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 능선부(82)가 플랜지 반경방향-최내측 단부(65)와 플랜지 반경방향-최외측 단부(64) 사이에 배치되거나, 플랜지 반경방향-최외측 단부(64)에 인접하여 배치될 수 있을 것이다.
능선부(82)가, 융기부(29)에 대해서 반경방향 외향인 위치에서 베어링 하우징(28)의 터빈 하우징-대면 표면(28a) 내에 형성된 외주방향 홈(23) 내에 수용된다. 도시된 실시예에서, 홈(23)이 융기부(29)와 인접하나, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 능선부(82)와 홈(23) 사이의 결합은, 열 차폐부(150)를 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하는 역할을 하고, 그에 따라 열 차폐부(150)가 샤프트(26)의 회전 축(R) 상에서 센터링된다.
또한, 축방향-돌출 능선부(82)는, 홈(23) 내에 수용될 때, 열 차폐부(150)를 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하고, 그에 따라 열 차폐부(150)의 표면 주위에 이하의 간극이 존재한다: 제1 간극(C1)이, 측벽의 반경방향 내향-대면 표면(60)과 베어링 하우징 융기부(29)의 반경방향-외향 대면 표면(28b) 사이에 제공된 반경방향 간극이고; 제2 간극(C2)이, 베이스(51)의 베어링 하우징-대면 표면(55)과 베어링 하우징 융기부(29)의 터빈 휘일-대면 표면(28c) 사이에 제공된 축방향 간극이고; 그리고 제3 간극(C3)이, 중앙 개구부(52) 및 베어링 하우징(28), 샤프트(26), 및 터빈 휘일(22) 사이에 제공되는 반경방향 간극이다. 간극(C1, C2, C3)은, 베어링 하우징(28)을 베어링 하우징 융기부(29)에 근접한 열 차폐부(150) 및 터빈 휘일(22)의 후방면(22a)으로부터 열적으로 절연시키는 공극이고, 그에 의해서 열 차폐부(150)의 효율이 일부 통상적인 열 차폐부에 비해서 개선된다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 대안적인 실시예의 열 차폐부(250)가, 터빈 섹션(12)으로부터 베어링 하우징(28)으로의 열 전달을 감소시키도록, 그리고 또한 열 차폐부(250)의 터보차저 베어링 하우징(28)에 대한 자가-센터링 결과를 초래하여 터보차저 샤프트(26)의 회전 축(R) 상에서 센터링되게 유도하도록 구성된 형상을 갖는다. 자가-센터링 열 차폐부(250)는 도 2 및 도 3와 관련하여 전술한 열 차폐부(150)와 유사하다. 이러한 이유로, 공통되는 요소에 대해서는 공통되는 참조 번호로 나타내고, 설명을 반복하지 않을 것이다. 특히, 열 차폐부(250)는, 얕은 사발의 오목한 형상과 유사한 오목한 형상을 가지고, 넉넉한 간극으로 샤프트(26)를 수용하는 중앙 개구부(52)를 구비하는 반경방향-연장 베이스(51), 그러한 베이스(51)로부터 축방향으로 오프셋되는 반경방향-연장 플랜지(63), 및 베이스(51)와 플랜지(63)의 중간에 배치되고 베이스(51)와 플랜지(63)를 연결하는 축방향-연장 측벽(57)을 포함한다.
열 차폐부(250)는, 열 차폐부(250)를 베어링 하우징 융기부(29)에 대해서 위치결정하는, 측벽(57) 상에 형성된 표면 특징부(180)를 포함한다. 표면 특징부(180)가, 측벽(57)의 외주를 따라서 균일 간격으로 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들(182)을 포함한다. 돌출부(182)가 대체로 직사각형 형상이고, 측벽(57)의 반경방향 내향-대면 표면(60) 상에서 볼록하고, 그리고 측벽(57)의 반경방향 외향, 또는 터빈 하우징-대면 표면(61) 상에서 오목하다. 그러한 것들이, 발명의 자가-센터링 특징부의 용이한 이해를 위해서, 도 4에서 과장된 형태로 도시되어 있다.
열 차폐부(250)를 통한 베어링 하우징(28)으로의 열 전달을 최소화하기 위해서, 외주 방향을 따른 각각의 돌출부(182)의 치수가 측벽(57)의 외주방향 치수에 비해서 작다. 예를 들어, 측벽의 외주방향 치수(Ls) 대 돌출부의 외주방향 치수(Lp)의 비율(Ls/Lp)이 20 내지 100의 범위이다. 도시된 실시예에서, 비율(Ls/Lp)이 34이다. 또한, 도시된 실시예에서, 열 차폐부가 3개의 돌출부(182)를 포함하나, 3개의 돌출부(182)를 가지는 것으로 제한되지 않는다.
돌출부(182)의 반경방향 내향-대면 표면(60a)이 베어링 하우징 융기부(29)의 반경방향 외향-대면 표면(28b)에 접촉지지되고, 열 차폐부(250)를 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하는 역할을 하고, 그에 따라 열 차폐부(250)가 샤프트(26)의 회전 축(R) 상에 센터링된다.
또한, 열 차폐부(250)의 표면 주위에 간극(C1, C2, C3)이 존재하도록, 돌출부(182)가 열 차폐부(250)를 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정한다. 특히, 제1 간극(C1)이 측벽의 반경방향 내향-대면 표면(60)과 베어링 하우징 융기부(29)의 반경방향-외향 대면 표면(28b) 사이에 제공되는 반경방향 간극이다. 이러한 실시예에서, 제1 간극(C1)이 인접한 돌출부들(182) 사이에서 외주방향-연장 공간 내에 형성된다. 전술한 실시예에서와 같이, 제2 간극(C2)이 베이스(51)의 베어링 하우징-대면 표면(55)과 베어링 하우징 융기부(29)의 터빈 휘일-대면 표면(28c) 사이에 제공된 축방향 간극이고; 제3 간극(C3)이, 중앙 개구부(52) 및 베어링 하우징(28), 샤프트(26), 및 터빈 휘일(22) 사이에 제공되는 반경방향 간극이다. 간극(C1, C2, C3)은, 베어링 하우징(28)을 베어링 하우징 융기부(29)에 근접한 열 차폐부(250) 및 터빈 휘일(22)의 후방면(22a)으로부터 열적으로 절연시키는 공극이고, 그에 의해서 열 차폐부(250)의 효율이 일부 통상적인 열 차폐부에 비해서 개선된다.
도 6을 참조하면, 비록 돌출부(182)가 대체로 직사각형 형상인 것으로 도시되어 있고, 그에 의해서 돌출부(182)의 반경방향 내향-대면 표면(60a)과 베어링 하우징 융기부(29) 사이의 접촉이 대체로 직사각형 지역에 걸쳐서 이루어지나, 돌출부(182)가 이러한 형상으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 자가-센터링 열 차폐부(350)가, 측벽(57)의 외주를 따라서 균일 간격으로 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들(282)을 포함한다. 돌출부(282)가 대체로 V-형상이고, 측벽(57)의 반경방향 내향-대면 표면(60) 상에서 볼록하고, 그리고 측벽(57)의 반경방향 외향, 또는 터빈 하우징-대면 표면(61) 상에서 오목하다. 또한, 돌출부(282)의 반경방향 내향-대면 표면(60a)과 베어링 하우징 융기부(29) 사이의 접촉이 V-형상의 표면의 정점(283)에 상응하는 선에 걸쳐서 이루어진다. 다른 예(미도시)에서, 돌출부(182)가 원뿔 형상을 가지고, 그에 의해서 돌출부(182)의 반경방향 내향-대면 표면(60a)과 베어링 하우징 융기부(29) 사이의 접촉이 원뿔형 표면의 정점에 상응하는 지점에서 이루어진다.
비록 돌출부(182, 282)가 균등한 거리로 이격된 것으로 본원에서 설명되지만, 돌출부가 그러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 일부 인접한 돌출부들(182, 282) 사이의 거리가 다른 인접한 돌출부들(182, 282) 사이의 거리와 상이도록, 돌출부들(182, 282)이 이격된다.
예시적인 실시예에 대해서 개시 내용을 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구항에서 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 당업자가 여러 가지 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 터보차저(10)로서:
    베어링 하우징(28) 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트(26),
    터빈 하우징(14) 내에 배치되고 상기 샤프트(26)로 연결되는 터빈 휘일(22), 및
    열 차폐부(150, 250)로서,
    상기 샤프트(26)를 수용하는 중앙 개구부(52)를 구비하는 반경방향 연장 베이스(51),
    상기 반경방향 연장 베이스(51)로부터 축방향으로 오프셋된 반경방향 연장 플랜지(63), 및
    상기 베이스(51)와 상기 플랜지(63) 중간의 대체로 축방향으로-연장된 측벽(57)으로서, 상기 측벽(57)이 상기 베이스(51)의 반경방향-최외측 단부에 연결된 제1 단부(58), 및 상기 제1 단부(58)에 대향하고 상기 플랜지(63)의 반경방향-최내측 단부(65)로 연결되는 제2 단부(59)를 가지는, 측벽(57)을 포함하는, 열 차폐부(150, 250)를 포함하고,
    상기 열 차폐부(150, 250)가 상기 측벽(57) 및 상기 플랜지(63) 중 적어도 하나 상에 형성되는 표면 특징부(80, 180)를 포함하고, 상기 표면 특징부는, 상기 열 차폐부(150, 250)가 상기 샤프트(26)의 회전 축과 동축적이 되도록, 상기 열 차폐부(150, 250)를 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하는, 터보차저(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 특징부(80)가
    상기 플랜지(63) 내에 형성된 축방향 돌출 능선부(82)를 포함하고, 상기 능선부(82)는 상기 베어링 하우징(28) 내에 형성된 외주방향 홈(23) 내에 수용되고, 그에 의해서 상기 열 차폐부(150)가 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정되는, 터보차저(10).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 축방향 돌출 능선부(82)가 상기 플랜지(63)의 베어링 하우징-대면 표면(66) 상에서 볼록하고 상기 플랜지(63)의 터빈 하우징-대면 표면(67) 상에서 오목한, 터보차저(10).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 능선부(82)가 외주방향으로 연속적인, 터보차저(10).
  5. 제2항에 있어서,
    상기 능선부(82)가 상기 측벽(57)에 인접하는 상기 플랜지(63)의 위치에 형성되는, 터보차저(10).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면 특징부(180)가
    상기 측벽(57)의 외주를 따라서 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들(182)을 포함하고, 상기 돌출부(182)의 반경방향 내향-대면 표면(60a)이 상기 베어링 하우징(28)의 반경방향 외향-대면 표면(28b)에 접촉지지되고, 그에 의해서 상기 열 차폐부(250)가 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정되는, 터보차저(10).
  7. 제6항에 있어서,
    외주방향을 따른 상기 돌출부(182)의 치수(Lp)가 돌출부가 없는 상기 측벽(57)의 외주방향 치수(Ls)의 10% 미만인, 터보차저(10).
  8. 제6항에 있어서,
    돌출부가 없는 상기 측벽(57)의 외주방향 치수(Ls) 대 상기 돌출부(182)의 외주방향 치수(Lp)의 비율(Ls/Lp)이 20 내지 100의 범위인, 터보차저(10).
  9. 제6항에 있어서,
    각각의 돌출부(182)와 상기 베어링 하우징(28) 사이의 접촉이 선을 따라서 이루어지도록, 상기 돌출부(182)가 V-형상을 가지는, 터보차저(10).
  10. 터보차저(10)로서:
    베어링 하우징(28) 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트(26),
    터빈 하우징(14) 내에 배치되고 상기 샤프트(26)로 연결되는 터빈 휘일(22), 및
    열 차폐부(150)로서,
    상기 샤프트(26)를 수용하는 중앙 개구부(52)를 구비하는 반경방향 연장 베이스(51),
    상기 반경방향 연장 베이스(51)로부터 축방향으로 오프셋된 반경방향 연장 플랜지(63), 및
    상기 베이스(51)와 상기 플랜지(63)의 중간의 축방향-연장 측벽(57)으로서, 상기 측벽(57)이 상기 베이스(51)의 반경방향-최외측 단부에 연결된 제1 단부(58), 및 상기 제1 단부(58)에 대향하고 상기 플랜지(63)의 반경방향-최내측 단부(65)에 연결되는 제2 단부(59)를 가지는, 측벽(57)을 포함하는, 열 차폐부(150)를 포함하고,
    상기 열 차폐부(150)가, 상기 열 차폐부(150)를 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하는, 상기 플랜지(63) 상에 형성된 표면 특징부(80)를 포함하고, 상기 표면 특징부(80)가, 상기 플랜지(63) 내에 형성된 축방향 돌출 능선부(82)를 포함하고, 상기 능선부(82)가 상기 베어링 하우징(28) 내에 형성된 외주방향 홈(23) 내에 수용되고, 그에 의해서 상기 열 차폐부(150)가 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정되는, 터보차저(10).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 축방향 돌출 능선부(82)가 상기 플랜지(63)의 베어링 하우징-대면 표면(66) 상에서 볼록하고 상기 플랜지(63)의 터빈 하우징-대면 표면(67) 상에서 오목한, 터보차저(10).
  12. 제10항에 있어서,
    상기 능선부(82)가 외주방향으로 연속적인, 터보차저(10).
  13. 터보차저(10)로서:
    베어링 하우징(28) 내에서 회전식으로 지지되는 샤프트(26),
    터빈 하우징(14) 내에 배치되고 상기 샤프트(26)로 연결되는 터빈 휘일(22), 및
    열 차폐부(250)로서,
    상기 샤프트(26)를 수용하는 중앙 개구부(52)를 구비하는 반경방향 연장 베이스(51),
    상기 반경방향 연장 베이스(51)로부터 축방향으로 오프셋된 반경방향 연장 플랜지(63), 및
    상기 베이스(51)와 상기 플랜지(63)의 중간의 축방향-연장 측벽(57)으로서,
    상기 측벽(57)이 상기 베이스(51)의 반경방향-최외측 단부에 연결된 제1 단부(58), 및 상기 제1 단부(58)에 대향하고 상기 플랜지(63)의 반경방향-최내측 단부(65)에 연결되는 제2 단부(59)를 가지는, 측벽(57)을 포함하는, 열 차폐부(250)를 포함하고,
    상기 열 차폐부(250)가, 상기 열 차폐부(250)를 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정하는, 상기 측벽(57) 상에 형성된 표면 특징부(180)를 포함하고, 상기 표면 특징부(180)가, 상기 측벽(57)의 외주를 따라서 이격된 반경방향 내향-연장 돌출부들(182)을 포함하고, 상기 돌출부(182)의 반경방향 내향-대면 표면(60a)이 상기 베어링 하우징(28)의 반경방향 외향-대면 표면(28b)에 접촉지지되고, 그에 의해서 상기 열 차폐부(250)가 상기 베어링 하우징(28)에 대해서 위치결정되는, 터보차저(10).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 측벽(57)의 외주방향 치수(Ls) 대 상기 돌출부(182)의 외주방향 치수(Lp)의 비율(Ls/Lp)이 20 내지 100의 범위인, 터보차저(10).
  15. 제13항에 있어서,
    상기 열 차폐부(250)가 3개의 돌출부(182)를 포함하는, 터보차저(10).
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