KR20180068394A

KR20180068394A - 터보차저 실링구조

Info

Publication number: KR20180068394A
Application number: KR1020160170000A
Authority: KR
Inventors: 진영수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-06-22

Abstract

본 발명은 샤프트의 외주를 감싸도록 설치되며, 컴프레서휠 쪽 단부에 반경방향으로 돌출된 플랜지를 구비한 슬리브와; 상기 슬리브의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 제1스토퍼링과; 상기 제1스토퍼링을 기준으로 상기 플랜지의 반대쪽에 설치되는 제2스토퍼링과; 상기 제1스토퍼링과 플랜지 사이에 구비되며 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제1스프링씰과; 상기 제1스프링씰의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 피스톤링과; 상기 제1스토퍼링과 제2스토퍼링의 사이에서 상기 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제2스프링씰;을 포함하여 구성된다.

Description

터보차저 실링구조{SEALING STRUCTURE FOR TURBO CHARGER}

본 발명은 터보차저 실링구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 엔진의 흡기를 과급하도록 하는 터보차저의 컴프레서 쪽의 오일 실링구조에 관한 기술이다.

차량의 엔진에 사용되는 터보차져는, 엔진 배기압을 터빈에 공급하여 얻어진 회전력으로 상기 터빈에 샤프트로 연결된 컴프레서를 구동하여, 엔진으로 공급되는 흡기를 압축하도록 구성된다.

상기 샤프트는 고속으로 회전하고 고온에 노출되는 조건이므로 지속적으로 오일을 순환시켜서 윤활과 냉각이 이루어지도록 해야한다.

도 1은 상기한 바와 같은 터보차저의 컴프레서측 단면을 예시한 것으로서, 컴프레서휠(500)이 고정된 샤프트(502)의 외측을 감싸도록 스러스트링(504)이 설치되고, 상기 스러스트링(504)의 외주면에 형성된 홈에 피스톤링(506)이 구비되어 상기 샤프트(502)를 윤활 및 냉각하기 위해 공급되는 오일이 상기 컴프레서휠(500) 쪽으로 누출되는 것을 차단하는 실링 역할을 수행하도록 되어 있다.

도 1의 상태는 컴프레서휠(500) 쪽의 압력, 즉 엔진의 흡기측 압력이 터빈측 압력인 엔진의 배기측 압력보다 큰 경우로서, 상기 피스톤링(506)은 흡기측 압력에 의해 도면상 우측으로 밀착되면서, 도면상 우측으로부터 좌측의 컴프레서휠(500) 쪽으로 오일이 누출되는 것을 차단하여 실링 기능을 수행하는 상태이다.

그러나, 도 2와 같이 배기측 압력이 흡기측 압력보다 큰 상태가 되면, 상기 피스톤링(506)이 우측으로 밀착된 상태를 유지하지 못하여 도시된 바와 같이 오일이 컴프레서휠(500) 쪽으로 누설되는 상태가 되어 실링 기능이 적절히 수행되지 못하게 된다.

상기와 같이 배기측 압력이 흡기측 압력보다 큰 상황은, 배기브레이크의 사용이나 배기정화장치의 재생 시에 주로 발생되며, 최근 이러한 상황의 발생 빈도가 점차 증가하는 상황이라서, 상기한 바와 같은 상황에서도 안정된 실링 기능을 구현할 수 있도록 해야할 필요성이 대두되고 있다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2011-0059775 A

본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 흡기측 압력과 배기측 압력의 대소 상황에 무관하게 항상 충분한 실링 성능을 제공하여 컴프레서휠 쪽으로 오일이 누유되는 상황이 발생하지 않도록 하는 터보차저 실링구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 터보차저 실링구조는,

샤프트의 외주를 감싸도록 설치되며, 컴프레서휠 쪽 단부에 반경방향으로 돌출된 플랜지를 구비한 슬리브와;

상기 슬리브의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 제1스토퍼링과;

상기 제1스토퍼링을 기준으로 상기 플랜지의 반대쪽에 설치되는 제2스토퍼링과;

상기 제1스토퍼링과 플랜지 사이에 구비되며 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제1스프링씰과;

상기 제1스프링씰의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 피스톤링과;

상기 제1스토퍼링과 제2스토퍼링의 사이에서 상기 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제2스프링씰;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2스프링씰은 상기 탄성력을 발생시키기 위한 탄성부와, 상기 탄성부보다 작은 외경으로 상기 제2스토퍼링의 내측에 삽입되는 삽입부가 일체로 연결되어 구성될 수 있다.

상기 제1스프링씰과 제2스프링씰은 내부에 다수의 스프링이 원주방향을 따라 배치되어 탄성력을 발생시키도록 구성되며;

상기 축방향을 따라 신축 가능한 플랙시블한 재질로 구성될 수 있다.

상기 피스톤링의 내경은 상기 플랜지의 외경 및 제1스토퍼링의 외경보다 작게 형성될 수 있다.

상기 피스톤링의 외경은 상기 플랜지의 외경 및 제1스토퍼링의 외경보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명은 흡기측 압력과 배기측 압력의 대소 상황에 무관하게 항상 충분한 실링 성능을 제공하여 컴프레서휠 쪽으로 오일이 누유되는 상황이 발생하지 않도록 함으로써, 터보차져의 오일 누유에 의한 오염과 그에 따른 문제의 발생을 방지하고, 오일의 소모를 저감할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 터보차저 컴프레서 측의 구조를 예시한 도면,
도 2는 도 1에 비교한 배기측 압력이 흡기측 압력보다 큰 상황의 피스톤링 거동과 누유의 원리를 설명한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 터보차저 실링구조를 설명한 단면 구조도,
도 4는 본 발명에 따른 터보차저 실링구조의 분해 사시도,
도 5와 도 6은 본 발명의 작용을 설명한 도면이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 터보차저 실링구조의 실시예는, 샤프트의 외주를 감싸도록 설치되며, 컴프레서휠 쪽 단부에 반경방향으로 돌출된 플랜지(3)를 구비한 슬리브(5)와; 상기 슬리브(5)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 제1스토퍼링(7)과; 상기 제1스토퍼링(7)을 기준으로 상기 플랜지(3)의 반대쪽에 설치되는 제2스토퍼링(9)과; 상기 제1스토퍼링(7)과 플랜지(3) 사이에 구비되며 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제1스프링씰(11)과; 상기 제1스프링씰(11)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 피스톤링(13)과; 상기 제1스토퍼링(7)과 제2스토퍼링(9)의 사이에서 상기 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제2스프링씰(15);을 포함하여 구성된다.

즉, 터보차져의 컴프레서휠 쪽의 샤프트 외측을 상기 슬리브(5)로 감싸고, 상기 슬리브(5)의 외측에 상기 제1스토퍼링(7), 제2스토퍼링(9), 제1스프링씰(11), 제2스프링씰(15) 및 피스톤링(13)을 구비하여, 흡기측 압력과 배기측 압력의 대소가 어떤 상황으로 바뀌더라도 항상 컴프레서휠 쪽으로 오일이 누유되지 않는 실링 기능을 구현할 수 있도록 한 것이다.

상기 제2스프링씰(15)은 상기 탄성력을 발생시키기 위한 탄성부(15-1)와, 상기 탄성부(15-1)보다 작은 외경으로 상기 제2스토퍼링(9)의 내측에 삽입되는 삽입부(15-2)가 일체로 연결되어 구성된다.

즉, 상기 제2스토퍼링(9)은 상기 제2스프링씰(15)의 삽입부(15-2) 외측에 결합되는 것이다.

상기 제1스프링씰(11)과 제2스프링씰(15)은 내부에 다수의 스프링(17)이 원주방향을 따라 배치되어 탄성력을 발생시키도록 구성되며, 상기 축방향을 따라 신축 가능한 플랙시블한 재질로 구성된다.

따라서, 상기 제1스프링씰(11)과 제2스프링씰(15)은 배기측 압력과 흡기측 압력의 상대적인 크기의 변화 시에 상기 제1스토퍼링(7) 및 피스톤링(13)이 상기 플랜지(3)와 함께 지속적으로 안정된 실링 기능을 구현할 수 있도록 상기 제1스토퍼링(7)의 축방향 이동을 허용하면서도, 제2스토퍼링(9)과 제2스프링씰(15) 사이, 제2스프링씰(15)과 제1스토퍼링(7) 사이, 제1스토퍼링(7)과 제1스프링씰(11) 사이 및 제1스프링씰(11)과 플랜지(3) 사이의 상기 축방향에 수직한 접촉면들이 항상 밀착된 상태를 유지하도록 하여, 오일의 누유를 효과적으로 방지할 수 있도록 기여하게 된다.

상기 피스톤링(13)의 내경은 도 5와 6에서 확인할 수 있듯이, 상기 플랜지(3)의 외경 및 제1스토퍼링(7)의 외경보다 작게 형성된다.

이는 상기 피스톤링(13)의 안정된 설치상태를 확보하도록 하는 역할을 한다.

또한, 본 실시예에서는 상기 피스톤링(13)의 외경이 상기 플랜지(3)의 외경 및 제1스토퍼링(7)의 외경보다 크게 형성되도록 하여, 상기 플랜지(3)의 외경 또는 상기 제1스토퍼링(7)의 외경이 허용하는 한 피스톤링(13)과 접촉되는 면적을 최대로 형성할 수 있도록 하여 실링 기능을 최대로 구현할 수 있도록 하였다.

참고로, 실링 기능을 구현함에 있어서, 상기 슬리브(5)의 외주면과 이에 슬라이딩 가능하게 결합되는 제1스프링씰(11), 제1스토퍼링(7) 및 제2스프링씰(15) 등의 내주면이 밀착하여 실링 기능을 구현함에는 한계가 있다. 즉, 이들 부품들의 외주면 또는 내주면은 상호간의 슬라이딩이 가능하게 하기 위해 일정한 틈새가 존재하게 마련이고, 그 치수가 고정적이어서 압력 변화에 따른 실링 기능의 증대를 기대할 수 없는 것이다. 따라서, 본 발명과 같이 상기 슬리브(5)의 플랜지(3)와 피스톤링(13) 사이의 접촉면, 피스톤링(13)과 제1스토퍼링(7)의 접촉면 등과 같은 축방향에 수직한 접촉면의 밀착에 의해 실링 기능을 구현하도록 하는 것이다.

도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 작용을 살펴본다.

도 5는 흡기측 압력이 배기측 압력보다 큰 상태로서, 상기 피스톤링(13)은 상기 제1스토퍼링(7)과 밀착하면서 실링 기능을 수행하는 접촉면을 형성하여 오일의 누유를 방지하게 된다.

이때, 상기 제1스프링씰(11)도 좌측에 상기 플랜지(3)와 접촉면을 형성하고 우측에 상기 제1스토퍼링(7)과 접촉면을 형성하여 실링 기능을 함께 수행하며, 상기 제2스프링씰(15)은 좌측에 상기 제1스토퍼링(7)과 접촉면을 형성하고 우측에 상기 제2스토퍼링(9)과 접촉면을 형성하면서, 실링 기능을 수행한다.

도 6과 같이 압력이 반대로 전환되어 배기측 압력이 흡기측 압력보다 큰 상태가 되면, 상기 압력에 의해 상기 제1스토퍼링(7)은 좌측으로 가압되고 이때, 상기 제1스프링씰(11)은 수축되면서 상기 피스톤링(13)이 상기 제1스토퍼링(7)과 접촉면을 형성함과 아울러 상기 플랜지(3)와도 접촉면을 형성하도록 함으로써, 2중의 실링 기능을 발휘하도록 한다.

또한, 이때에도 상기 제1스프링씰(11)은 양쪽의 플랜지(3)와의 접촉면 및 제1스토퍼링(7)과의 접촉면에 의해 역시 실링 기능을 제공하며, 상기와 같이 제1스토퍼링(7)이 이동된 후 생기게 되는 공간은 상기 제2스프링씰(15)이 신장되면서 메우게 되어, 상기 제2스프링씰(15)과 제1스토퍼링(7) 사이의 접촉면은 지속적으로 유지되며, 상기 제2스프링씰(15)과 제2스토퍼링(9) 사이의 접촉면도 지속적으로 유지된다.

참고로, 이 경우 상기 제2스토퍼링(9)은 터보차져 하우징 등에 구속되어 축방향 유동이 제한 된 경우이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 배기브레이크의 사용이나 배기정화장치의 재생 등의 경우와 같이 터보차저의 배기측 압력이 흡기측 압력보다 커지는 상황이 발생하더라도, 오일이 컴프레서휠 측으로 누유되지 않고 안정적으로 실링 상태가 유지되도록 함으로써, 누유에 의한 오염과 그에 따른 제반 문제의 발생을 방지할 수 있음은 물론, 오일이 소모도 현저히 저감될 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

3; 플랜지
5; 슬리브
7; 제1스토퍼링
9; 제2스토퍼링
11; 제1스프링씰
13; 피스톤링
15; 제2스프링씰
15-1; 탄성부
15-2; 삽입부
17; 스프링

Claims

샤프트의 외주를 감싸도록 설치되며, 컴프레서휠 쪽 단부에 반경방향으로 돌출된 플랜지를 구비한 슬리브와;
상기 슬리브의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 제1스토퍼링과;
상기 제1스토퍼링을 기준으로 상기 플랜지의 반대쪽에 설치되는 제2스토퍼링과;
상기 제1스토퍼링과 플랜지 사이에 구비되며 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제1스프링씰과;
상기 제1스프링씰의 외주면에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 피스톤링과;
상기 제1스토퍼링과 제2스토퍼링의 사이에서 상기 축방향을 따라 탄성력을 발휘할 수 있도록 구성된 제2스프링씰;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터보차저 실링구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제2스프링씰은 상기 탄성력을 발생시키기 위한 탄성부와, 상기 탄성부보다 작은 외경으로 상기 제2스토퍼링의 내측에 삽입되는 삽입부가 일체로 연결되어 구성된 것
을 특징으로 하는 터보차저 실링구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1스프링씰과 제2스프링씰은 내부에 다수의 스프링이 원주방향을 따라 배치되어 탄성력을 발생시키도록 구성되며;
상기 축방향을 따라 신축 가능한 플랙시블한 재질로 구성된 것
을 특징으로 하는 터보차저 실링구조.
청구항 1에 있어서,
상기 피스톤링의 내경은 상기 플랜지의 외경 및 제1스토퍼링의 외경보다 작게 형성된 것
을 특징으로 하는 터보차저 실링구조.
청구항 4에 있어서,
상기 피스톤링의 외경은 상기 플랜지의 외경 및 제1스토퍼링의 외경보다 크게 형성된 것
을 특징으로 하는 터보차저 실링구조.