KR20210065134A - 베어링 조립체 모듈을 갖는 배기 터보차저 - Google Patents

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KR20210065134A
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플로리안 마우러
크리스티앙 크라이엔캄프
브루노 암만
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에이비비 스위츠랜드 엘티디.
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Abstract

본 발명은 배기 터보차저에 관한 것으로서, 그러한 배기 터보차저는, 샤프트를 지탱하도록 설계되고 압축기와 터빈 사이에 배열되는 모듈형 베어링을 포함하고, 베어링은 수용 챔버를 갖는 베어링 하우징을 가지며, 베어링 조립체 모듈은 수용 챔버 내에 설치될 수 있거나 설치되고, 비-파괴적으로 제거될 수 있으며, 수용 챔버는, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 또는 활주 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 설치될 수 있도록 하는 크기를 가지며, 수용 챔버는, 수용 챔버 내로 삽입된 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지와 접촉되도록 설계된 계면을 가지며, 계면은, 베어링 하우징을 통과하는 오일 갤러리를, 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지를 통과하는 하나 이상의 오일 갤러리에 연결하도록 설계된다.

Description

베어링 조립체 모듈을 갖는 배기 터보차저
본 발명은 배기 터보차저에 관한 것으로, 배기 터보차저는 압축기와 터빈 사이에 배열되는 베어링을 갖고, 배기 터보차저의 샤프트가 내부에 장착된다.
평면 베어링은 산업계에서 가장 빈번하게 이용되는 베어링인데, 이는 그 견고성 및 그 단순한 구성 때문이다. 그러나, 롤링 베어링은 많은 측면에서 장점을 제공한다. 동일한 적용예에서, 베어링 마찰 그리고 그에 따라 동력 손실은 평면 베어링의 베어링 마찰 및 동력 손실의 단지 일부이다. 터보 엔진의 일시적 거동은 낮은 베어링 마찰에 의해서 상당히 개선될 수 있다(하중 흡수). 유사하게, 롤링 베어링을 이용할 때의 윤활 및 냉각을 위한 오일 소비가, 평면 베어링에서 필요한 양의 일부로 감소될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 특히 배기 터보차저는, 하중 흡수 방향에 따라 2가지 유형으로 분할되는 수력학적(hydrodynamic) 평면 베어링을 일반적으로 구비한다.
그러한 평면 베어링의 첫 번째 유형은 래디얼(radial) 베어링이다. 일반적으로 샤프트마다 2개의 래디얼 베어링은, 터빈 휠, 샤프트 및 압축기 휠의 주 구성요소로 이루어진, 회전되는 회전자의 반경방향 힘을 흡수하고, 상기 회전자를 안정화한다. 래디얼 베어링마다 상이한 치수의 2개의 오일-충진된 환형 간극은 여기에서 안정화 기능 및 댐핑 기능을 분할한다. 설계에 따라, 샤프트의 운동에 의해서 구동되는 하나의 래디얼 베어링이 자체적으로 회전될 수 있거나 회전과 관련하여 고정될 수 있다. 래디얼 베어링에 의해서 흡수되는 힘은 중량 힘 및 불균형 힘을 포함한다.
그러한 평면 베어링의 두 번째 유형은 액시얼(axial) 베어링이다. 액시얼 베어링은 회전자에 작용하는 전단 응력을 흡수한다. 회전자에 작용하는 전반적인 추력은 압축기 및 터빈의 다양한 표면에 주로 작용하는 상이한 압력들로 인해서 발생된다. 수력학적 액시얼 베어링의 힘 흡수 능력은, 추력에 대한 반대 힘을 구성하는 압력을 축적하는 결과를 갖는, 샤프트의 회전에 의해서 좁은 쐐기-형상의 영역 내로 밀어 넣어지는 윤활 오일에 의해서 생성된다.
이제까지, 다양한 기술적 난제로 인해서, 롤러에 의해서 장착된 회전자를 갖는 터보차저는 몇몇 경우에만 대량 생산될 수 있다. 그 예는 자동차 산업에서 발견되며, 설계 목적을 위해서 자동차 산업에서 이용되는 약 2900 h(70 km/h의 평균 속력에서 200 000 km)의 변환된 동작 기간은, 예를 들어, 광산, 금속 산업, 기계 산업 또는 에너지 산업과 같은, 다른 산업 분야의 동작 기간보다 상당히 짧다. 통상적인 설계의 도로 통행 차량의 동작 시간보다 긴 동작 시간이 요구되는 경우에, 엔진은, 예를 들어 검사, 세정 및 교체 부품의 교환과 같은, 규칙적인 서비스 작업을 받아야 한다. 이를 위해서, 각각의 배기 터보차저가 분해되고, 서비스 작업의 실행 후에, 다시 재조립된다. 그와 대조적으로, 자동차 산업에서 이용되는 배기 터보차저는 손상이 발생될 때까지 동작되고, 이어서 완전히 교체된다. 따라서, 마모 부품의 분해 및 재생은 제공되지 않는다.
자동차 분야의 터보차저는, 상당한 비용적 압박으로 인해서, 가능한 한 적은 부품으로 구성되고, 이는 설치 중의 구매 비용 및 조달 기간을 절감한다. 모듈형 시스템은 거의 이용되지 않는데, 이는 모든 구성 요소가 특정 용도를 위해서 가능한 한 비용-효과적으로 설계되고 많은 개수로 제조되기 때문이다. 대조적으로, 다른 산업 부문에서는 높은 정도의 유연성이 요구된다. 예를 들어 에너지 산업에서의 터보차저에서, 회전자 및 고정자를 위한 압축기측 및 터빈측의 열역학적으로 적합한 재료, 상이한 공기 유입구 하우징 및 배출구 하우징, 물 연결 및 오일 연결 등을 위한 다양한 가능성이 요구된다.
그러나, 동일한 터보차저 내에서 베어링의 유형을 변경하는 것에 관한 유연성은 이제까지 제공되지 않았다. 이미 알려진 롤링- 및 활주-장착형 터보차저들의 설계는 상당히 다르다.
본 발명의 목적은, 유연성이 증가된, 단순하게 구성되고 견고한 배기 터보차저를 구체화하는 것이다.
이러한 목적은 배기 터보차저에 의해서 달성되고, 그러한 배기 터보차저는, 압축기와 터빈 사이에 배열되고 샤프트를 지탱하도록 설계된 모듈형 베어링을 포함하며, 베어링은 수용 챔버를 갖는 베어링 하우징을 가지며, 베어링 조립체 모듈이 수용 챔버 내에 설치될 수 있거나 설치되고 파괴되지 않고서 제거될 수 있으며, 수용 챔버는, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 설치될 수 있는 방식으로 치수가 결정되며, 수용 챔버는, 수용 챔버 내에 설치된 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지와 접촉되도록 설계된 계면을 가지며, 계면은, 베어링 하우징을 통해서 안내되는 오일 도관을, 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지를 통해서 안내되는 하나 이상의 오일 도관에 연결하도록 설계된다.
본 발명의 장점은 특히, 제1항에서 특정된 특징을 갖는 배기 터보차저가 유연하게 이용될 수 있다는 것으로 구성된다. 예를 들어, 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 베어링 하우징의 수용 챔버 내로 삽입되는 경우에, 상기 베어링 조립체 모듈은 파괴되지 않고서 수용 챔버로부터 제거될 수 있고, 예를 들어, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈에 의해서 교체될 수 있다. 또한, 배기 터보차저의 베어링 하우징의 수용 챔버 내로 삽입되고 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈을, 파괴되지 않게, 수용 챔버로부터 제거할 수 있고, 유지보수 작업을 할 수 있고, 이어서 수용 챔버 내로 재설치할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따라, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 수용 챔버 내로 상호 교환 가능하게 삽입될 수 있는 범위에서, 수용 챔버 내로 삽입될 수 있거나 삽입되는 그리고 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈의 설계 및 외부 치수가, 수용 챔버 내로 삽입되거나 삽입될 수 있는 그리고 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈의 설계 및 외부 치수에 상응한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베어링 조립체 모듈은 롤링 베어링 카트리지, 베어링 플랜지, 폐쇄 커버, 오일 배플 및 회전 방지 수단을 가지며, 롤링 베어링 카트리지는, 외부 레이스(outer race), 내부 레이스, 및 외부 레이스와 내부 레이스 사이에 배열된 롤링 본체를 포함하는 롤링 베어링을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 내부 레이스는 2개의 내부 레이스 부분을 가지며, 터빈측에 배열된 내부 레이스 부분의 터빈-측 외부 연부는 축방향으로 외부 레이스의 터빈-측 외부 연부에 대해서 외측으로 연장된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 오일 배플은, 터보차저의 분해 중에, 내부 레이스를 위한 축방향 대응 베어링으로서의 역할을 하고, 내부 레이스와 오일 배플 사이의 축방향 간극은, 0의 베어링 하중에서, 롤링 베어링의 주행 홈(running groove) 내의 터빈-측 롤링 본체의 축방향 이동성보다 작다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 오일 배플은 2개의 리브(rib)를 가지며, 상기 리브 중 하나의 접선방향 연부는, 베어링 조립체 모듈의 동작 중에 도입되는 냉각 오일을 위한 오일 유극 트레이(oil windage tray)로서의 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 오일 배플의 직경은, 배액 채널을 형성하기 위해서 베어링 플랜지의 대응 표면과 관련하여 그 반경방향 외부 연부에서 확대된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 오일 배플은 체결 요소에 의해서 베어링 플랜지에 대해서 체결되고, 상기 체결 요소에 의해서 베어링 플랜지 상에서 중심설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 배기 터보차저는, 오일을 롤링 베어링의 압착 오일 댐퍼에 공급하도록 설계되고 롤링 베어링 카트리지 내에 배열되는 환형 홈을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 폐쇄 커버는, 압축기의 방향을 따라 축방향으로 작용하는 전단 하중을 흡수하기 위한 축방향 정지부로서의 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 폐쇄 커버는 비철 금속으로 구성되고/되거나 함몰부를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 수용 챔버는, 베어링 조립체 모듈이 압축기측으로부터 축방향으로 설치 및 제거될 수 있게 하는 방식으로, 설계된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 수용 챔버가 단차부를 갖는다. 단차부는 바람직하게 실질적으로 반경방향으로 연장되는 정지 표면을 갖는다. 정지 표면은 바람직하게 압축기에 대면되고, 그에 따라 정지 표면은 삽입된 베어링 조립체 모듈을 위한 축방향 정지부를 압축기측에서 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단차부는, 예를 들어 터빈 휠과 압축기 휠 사이의 거리의 25% 내지 75%인 압축기 휠로부터의 거리에서, 수용 챔버의 축방향 범위의 중앙 부분 내에 배열된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단차부는 수용 챔버를 바람직하게, 반경방향으로 더 큰 제1 수용 챔버 섹션 및 반경방향으로 더 작은 제2 수용 챔버 섹션으로 분할하고, 제1 및 제2 수용 챔버 섹션은 축방향으로 서로 인접하여 배열되고, 단차부는 제1 및 제2 수용 챔버 섹션 사이에 배열된다. 바람직하게, 제1 수용 챔버 섹션은 단차부의 압축기측에 배열되고, 제2 수용 챔버 섹션은 단차부의 터빈측에 배열된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단차부는 그에 따라 수용 챔버의 압축기-측 영역과 수용 챔버의 터빈-측 영역 사이에 배열된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 수용 챔버 섹션은 스러스트 베어링(평면 베어링으로서 설계된 액시얼 베어링)을 수용하기 위한 치수를 갖고, 제2 수용 챔버 섹션은 롤링 베어링을 수용하기 위한 치수를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 반경방향을 따른 수용 챔버의 압축기-측 영역의 직경은 반경방향을 따른 수용 챔버의 터빈-측 영역의 직경보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 수용 챔버는, 수용 챔버 내에 설치되는 베어링 조립체 모듈을 체결하기 위한 체결 수단을 수용하기 위해서 축방향으로 연장되는 베어링 하우징 보어를 갖는다. 베어링 하우징 보어는 바람직하게 나사산형 보어, 바람직하게 한쪽이 막힌(압축기를 향해서 개방된) 보어이고, 바람직하게 단차부를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 수용 챔버의 단차부의 영역 내에서 수용 챔버 내에 설치되는 베어링 조립체 모듈이, 베어링 하우징 내에 결합되는(특히 베어링 하우징 보어 내에 결합되는) 체결 수단에 의해서 베어링 하우징 내에 체결된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베어링 조립체 모듈은, 수용 챔버의 터빈-측 영역에서보다, 수용 챔버의 압축기-측 영역에서 반경방향으로 더 큰 직경을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베어링 조립체 모듈은, 그 압축기-측 영역에서, 축방향으로 연장되는 베어링 조립체 모듈 보어를 가지며, 베어링 하우징 내에 결합되는 체결 수단은 그러한 베어링 조립체 모듈 보어를 통해서 안내된다. 베어링 조립체 모듈 보어는 바람직하게 연속적인 보어이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베어링 하우징은 수용 챔버 내에 설치된 베어링 조립체 모듈을 위한 오일 공급부를 갖는다. 오일 공급부는 바람직하게 축방향으로부터 수용 챔버 내로, 특히 터빈측으로부터 개방된다. 오일 공급부는 바람직하게 단차부 내로 개방된다. 오일 공급부는 바람직하게 압력을 받고, 터보차저 축 아래에 배치된 베어링 하우징의 절반 챔버 내에서 수용 챔버 내로 개방된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 배기 터보차저의 동작 중에, 베어링 조립체 모듈의 터빈-측 단부와 베어링 하우징의 터빈-측 단부 사이에는 간극이 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베어링 조립체 모듈은 배기 터보차저의 샤프트를 지탱하기 위해서 이용되고, 배기 터보차저는 배기 터보차저의 압축기와 터빈 사이에 배열된 모듈형 베어링을 포함하고, 베어링은 수용 챔버를 갖춘 베어링 하우징을 가지며, 베어링 조립체 모듈은 베어링 조립체 모듈의 세트 내에 수용되고, 베어링 조립체 모듈의 세트는 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈을 포함하고, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 수용 챔버 내에 설치될 수 있고, 파괴되지 않고서 수용 챔버로부터 제거될 수 있으며, 베어링 조립체 모듈은 파괴되지 않고서 제거될 수 있도록 수용 챔버 내에 설치되는 것에 의해서 배기 터보차저의 샤프트를 지탱하기 위해서 이용된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 배기 터보차저의 샤프트를 지탱하기 위한 방법에서, 배기 터보차저는 배기 터보차저의 압축기와 터빈 사이에 배열된 모듈형 베어링을 포함하고, 베어링은 수용 챔버를 갖춘 베어링 하우징을 가지며:
- 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈을 포함하는, 베어링 조립체 모듈의 세트로부터 베어링 조립체 모듈을 선택하는 단계로서, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 수용 챔버 내에 설치될 수 있고 파괴되지 않고서 수용 챔버로부터 제거될 수 있는 단계, 및
- 선택된 베어링 조립체 모듈을 수용 챔버 내에 설치하는 단계가 실행된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 이하의 추가적인:
- 수용 챔버 내에 설치된 베어링 조립체 모듈을 파괴 없이 제거하는 단계로서, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 파괴되지 않고서 수용 챔버로부터 제거되고 유사하게 롤링 베어링을 갖는 다른 베어링 조립체 모듈에 의해서 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈에 의해서 교체되거나, 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 파괴되지 않고서 수용 챔버로부터 제거되고 유사하게 평면 베어링을 갖는 다른 베어링 조립체 모듈에 의해서 또는 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈에 의해서 교체되는, 단계가 실행된다.
본 발명은, 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명되는 예시적인 실시예를 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1은 설치된 베어링 조립체 모듈을 갖는 배기 터보차저의 제1 도면을 도시한다.
도 2는 설치된 베어링 조립체 모듈을 갖는 배기 터보차저의 제2 도면을 도시한다.
도 3은 베어링 조립체 모듈을 설명하기 위한 도면을 도시한다.
도 4는 오일 배플에 인접한 롤링 베어링 카트리지의 부분의 단면도를 도시한다.
도 5는 오일 배플을 설명하기 위한 도면을 도시한다.
도 6은 롤링 베어링 카트리지의 추가적인 부분의 단면도를 도시한다.
도 7은 폐쇄 커버를 설명하기 위한 도면을 도시한다.
도 8은 회전 방지 수단의 구현을 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
본 발명에 따라, 배기 터보차저가 제공되고, 그러한 배기 터보차저는, 압축기와 터빈 사이에 배열되고 샤프트를 지탱하도록 설계된 모듈형 베어링을 포함하며, 베어링은 수용 챔버를 갖는 베어링 하우징을 가지며, 베어링 조립체 모듈이 수용 챔버 내에 설치될 수 있거나 설치되고 파괴되지 않고서 제거될 수 있으며, 수용 챔버는, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 설치될 수 있는 방식으로 치수가 결정되며, 수용 챔버는, 수용 챔버 내에 설치된 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지와 접촉되도록 설계된 계면을 가지며, 계면은, 베어링 하우징을 통해서 안내되는 오일 도관을, 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지를 통해서 안내되는 하나 이상의 오일 도관에 연결하도록 설계된다.
또한, 본 발명은 베어링 조립체 모듈을 제공하고, 그러한 베어링 조립체 모듈에서, 배기 터보차저를 위한 베어링 유닛의 동작 가능한 롤링 베어링을 위해서 필요한 모든 구성 요소가 일체형 베어링 조립체 모듈 내에 포함되고, 이는, 필요할 때, 새롭고 동일하게 구성된 베어링 조립체 모듈에 의해서 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈의 변경체에 의해서 교체될 수 있다.
도 1은 설치된 베어링 조립체 모듈을 갖는 배기 터보차저의 제1 도면을 도시한다. 상기 배기 터보차저(22)는 압축기(23), 터빈(25), 및 압축기와 터빈 사이에 배열된 베어링(28)을 갖는다. 도 1은, 압축기(23)의 압축기 휠(24) 및 터빈(25)의 터빈 휠(26)을 도시한다. 압축기 휠(24) 및 터빈 휠(26)은 결합 회전을 위해서 배기 터보차저(22)의 샤프트(27)에 연결되고, 상기 샤프트는 베어링(28) 내에 장착된다. 베어링(28)은 베어링 하우징(29)을 갖는다. 수용 챔버(30)가 상기 베어링 하우징(29) 내에 제공된다. 베어링 조립체 모듈(1)이 상기 수용 챔버(30) 내로 삽입된다. 상기 베어링 조립체 모듈은 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이다. 상기 롤링 베어링은 롤링 베어링 카트리지의 일부이고, 그 구성에 대해서는 추가적인 도면을 참조하여 이하에서 설명한다. 수용 챔버(30)는, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 설치될 수 있게 하고, 설치된 상태에서, 배기 터보차저의 동작 중에 배기 터보차저의, 고속으로 회전되는, 샤프트를 지탱하는 역할을 하게 하는 방식으로, 치수가 결정된다.
수용 챔버(30) 그리고 그에 따라 또한 베어링 하우징(29)은 단차부(31)를 갖는다. 상기 단차부는 수용 챔버(30)의 축방향 범위의 중앙 영역 내에 제공된다. 배기 터보차저의 축방향(34)은 여기에서 배기 터보차저의 회전 축(33)의 길이방향과 일치된다. 배기 터보차저의 반경방향(35)은 축방향(34)에 대해서 직각으로 연장된다. 베어링 조립체 모듈이 배기 터보차저의 압축기측으로부터 베어링 하우징(29)의 수용 챔버(30) 내로 축방향으로 삽입될 때, 베어링 하우징의 단차부는 정지부로서의 역할을 한다. 베어링 조립체 모듈의 터빈측 단부 영역은 밀봉 표면을 형성한다.
단차부(31)는 수용 챔버(30)의 압축기-측 영역(30b)과 수용 챔버(30)의 터빈-측 영역(30c) 사이에 배열된다. 수용 챔버(30)의 압축기-측 영역(30b)의 직경은 반경방향으로 수용 챔버(30)의 터빈-측 영역(30c)의 직경보다 크다. 이러한 수단은, 평면 베어링이 수용 챔버 내에 설치될 때 요구되는 스러스트 베어링을 위한 수용 챔버(30)의 압축기-측 영역(30b) 내의 공간을 생성한다.
수용 챔버(30) 내에 설치된 베어링 조립체 모듈(1)은, 수용 챔버(30)의 터빈-측 영역(30c)에서보다 수용 챔버(30)의 압축기-측 영역(30b) 내에서 반경방향(35)으로 더 큰 직경을 갖고, 베어링 하우징(29) 내에 결합된 체결 수단(32)에 의해서 단차부(31)의 영역 내에서 베어링 하우징(29) 내에 체결된다. 이를 위해서, 베어링 조립체 모듈은, 그 압축기-측 영역에서, 축방향(34)으로 연장되는 보어(36)를 가지며, 베어링 하우징(29) 내에 결합되는 체결 수단(32)은 그러한 보어를 통해서 안내된다. 상기 체결 수단(32)은, 예를 들어, 나사이다.
배기 터보차저의 동작 중에, 베어링 조립체 모듈(1)의 터빈-측 단부와 베어링 하우징(29)의 터빈-측 단부 사이에는 간극(37)이 존재한다. 상기 간극은, 냉각 오일이 수용 챔버(30)의 터빈-측 영역의 방향으로 샤프트 쇼울더로부터 멀리 분무될 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 대안적으로, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 베어링 하우징의 수용 챔버(30) 내에 설치될 수 있다. 수용 챔버(30)의 터빈-측 영역(30c) 내에서보다 압축기-측 영역(30b) 내에서 반경방향(35)으로 더 큰 직경을 갖는 수용 챔버(30)의 전술한 특별한 구성은, 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이, 반경방향 힘을 흡수하는 래디얼 베어링에 더하여, 축방향으로 작용하는 힘을 흡수하기 위한 별도의 스러스트 베어링을 필요로 한다는 사실에 기인할 수 있고, 상기 스러스트 베어링은 반경방향으로 비교적 큰 크기의 공간을 필요로 한다. 전술한 2가지 베어링 조립체 모듈 모두는 수용 챔버(30)의 압축기-측 영역(30b) 내에 배열된 그 영역에서 반경방향으로 넓어지고, 그에 따라 각각의 베어링 조립체 모듈은 수용 챔버(30)의 단차부(31)의 영역 내에서 베어링 하우징(29) 내에 체결될 수 있다. 이를 위해서, 보어(36)가 각각의 베어링 조립체 모듈 내에 제공되고, 그러한 보어는 축방향(34)으로 연장되고, 상기 보어를 통해서 체결 수단(32)이 안내되고, 체결 수단은 베어링 하우징(29)의 영역 내로 연장되고 각각의 베어링 조립체 모듈을 수용 챔버(30) 내에서 체결하기 위해서 제공된다.
언급된 베어링 조립체 모듈의 각각은, 파괴되지 않고서 수용 챔버(30)로부터 그리고 그에 따라 베어링(28)의 베어링 하우징(29)으로부터 압축기(23)의 방향을 따라 축방향으로 제거될 수 있고, 그에 따라 베어링 조립체 모듈은 배기 터보차저의 외측에서 유지보수될 수 있고 이어서 추가적인 이용을 위해서 베어링(28)의 베어링 하우징(29)의 수용 챔버(30) 내에 재설치될 수 있다. 이러한 유지보수를 위해서, 베어링 조립체 모듈은 그 개별적인 부분들로 분해될 수 있고, 개별적인 부분들은 유지보수, 수리 또는 교체될 수 있다.
수용 챔버로부터 제거된 베어링 조립체 모듈의 유지보수에 대한 대안으로서, 상기 베어링 조립체 모듈은 또한, 수리할 수 없는 결함의 경우에, 동일한 유형의 새로운 베어링 조립체 모듈로 교체될 수 있다. 예를 들어, 롤링 베어링을 갖는 결함이 있는 베어링 조립체 모듈은 롤링 베어링을 갖는 동일한 유형의 새로운 베어링 조립체 모듈로 교체될 수 있다. 대안적으로, 평면 베어링을 갖는 결함이 있는 베어링 조립체 모듈은 동일한 유형이고 마찬가지로 평면 베어링을 갖는 새로운 베어링 조립체 모듈로 교체될 수 있다.
추가적인 대안은, 수용 챔버(30) 내에 설치된 베어링 조립체 모듈을 수용 챔버로부터 제거하는 것 그리고 이를 상이한 유형의 베어링 조립체 모듈로 교체하는 것으로 구성된다. 예를 들어, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈로 교체될 수 있다. 대안적으로, 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈로 교체될 수 있다.
베어링 하우징(29)의 수용 챔버(30)는, 각각의 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지(5)와 접촉되도록 설계된 계면(30a)을 구비한다. 상기 계면은 유리하게 베어링 하우징(29)을 통해서 안내되는 오일 도관(29a)을 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지(5)를 통해서 안내되는 하나 이상의 오일 도관에 연결하도록 설계된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 상기 오일 도관의 하나는, 베어링 조립체 모듈의 압축기-측 단부측에 배열되는 환형 도관에 연결된다. 오일은 그로부터 래디얼 베어링에 공급된다.
도 2는 설치된 베어링 조립체 모듈을 갖는 배기 터보차저의 제2 도면을 도시한다. 도 2에 도시된 배기 터보차저는, 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈(1)이 베어링(28)의 베어링 하우징(29)의 수용 챔버(30) 내에 설치되는 것을 제외하고, 도 1에 도시된 것과 동일한 배기 터보차저이고, 수용 챔버(30)의 계면(30a)은 또한 여기에서 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지(5)와 접촉되도록 설계되고, 계면(30a)은 또한 여기에서 베어링 하우징(29)을 통해서 안내되는 오일 도관(29a)을 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지(5)를 통해서 안내되는 하나 이상의 오일 도관에 연결하도록 설계되며, 오일은 베어링 플랜지를 통해서 안내되는 상기 오일 도관 중 하나를 통해서 평면 베어링에 공급된다.
도 3은 본 발명에 따른 베어링 조립체 모듈(1)의 예시적인 실시예를 설명하기 위한 단면도를 도시한다. 그러한 베어링 조립체 모듈은 폐쇄 커버(2), 롤링 베어링 카트리지(3), 오일 배플(4), 베어링 플랜지(5), 및 도 3에서 확인될 수 없는 회전 방지 수단을 포함한다. 이러한 구성 요소들은 연결 요소, 특히 나사를 이용하여 서로 고정적으로 연결되고, 롤링 베어링 카트리지는 베어링 플랜지, 폐쇄 커버 및 회전 방지 수단에 의해서 제공된 챔버 내에서 이동될 수 있다. 언급된 구성 요소들은, 배기 터보차저(22)의 베어링 하우징(29)의 수용 챔버(30) 내에 완전히 설치될 수 있는 일체형 베어링 조립체 모듈을 형성한다. 상기 배기 터보차저는, 다른 이용 가능성들 중에, 예를 들어 선박 엔진 또는 발전기용 엔진인, 엔진을 수퍼차징하기 위해서 제공된다. 그러한 엔진의 배기 터보차저는 특히, 배기 터보차저의 압축기 휠의 직경이 110 mm 보다 크다는 점에서 구분된다. 그러한 산업 부분의 배기 터보차저의 경우에, 배기 터보차저 유지보수의 필요성이 있고, 그러한 유지보수의 필요성을 위해서, 특히, 베어링이 제거되어야 하고, 필요한 경우에, 개별적인 구성 요소를 유지보수할 수 있도록, 필요한 경우에 구성 요소를 수리할 수 있도록 그리고 또한 필요한 경우에 교체할 수 있도록, 분해되어야 한다.
도 3에 도시된 베어링 조립체 모듈은, 도 1에서 이미 설명한 바와 같이, 배기 터보차저의 압축기와 터빈 사이의 배기 터보차저의 샤프트의 내부 베어링을 위해서 설계된다.
폐쇄 커버(2)는 - 이하에서 또한 설명되는 바와 같이 - 회전자의 역학을 개선하는 특징부를 구비한다. 롤링 베어링 카트리지(3)는 - 마찬가지로 이하에서 또한 설명되는 바와 같이 - 단순화된 분해를 위한 특징부를 갖는다. 오일 배플(4)은 특히 능동적인 샤프트 냉각을 위해서 설계되고, 또한 베어링 조립체 모듈의 분해를 돕는다. 베어링 플랜지(5)는 바람직하게 일체로 형성되고, 특히, 윤활 오일을 롤링 베어링에 공급하기 위한 그리고 냉각 오일을 베어링 조립체 모듈에 공급하기 위한 역할을 한다. 회전 방지 수단은 롤링 베어링의 외부 레이스의 위치를 고정한다.
도 3에 도시된 롤링 베어링 카트리지(3)는 롤링 베어링을 포함하고, 롤링 베어링은 외부 레이스(6), 제1 내부 레이스 부분(7a) 및 제2 내부 레이스 부분(7b)을 갖는 2-부분의 내부 레이스(7), 그리고 내부 레이스(7)와 외부 레이스(6) 사이에 배열되고 바람직하게 볼인 롤링 본체(8, 9, 10 및 11)를 갖는다. 상기 볼은, 참조 부호 12로 도 4에 도시된 케이지 내에 장착된다.
도 3에 도시된 베어링 조립체 모듈(1)은, 도 1에서 이미 설명된 바와 같이, 베어링의 베어링 하우징의, 배기 터보차저의 터빈과 압축기 사이에 제공된, 수용 챔버 내로 삽입될 수 있고 베어링 하우징에 대해서 나사체결될 수 있다.
도 4는 오일 배플(4)에 인접한 롤링 베어링 카트리지(3)의 부분의 단면도를 도시한다. 상기 롤링 베어링 카트리지(3)의, 외부 레이스(6)의 일부, 제2 내부 레이스 부분(7b)의 일부, 볼(11) 및 볼(11)이 내부에 배열된 케이지(12)의 일부가 도 4에 도시되어 있다. 도 4로부터 명확한 바와 같이, 외부 레이스(6)는 테두리(6a)를 갖는다. 또한, 도 4로부터, 터빈측에 배열된 제2 내부 레이스 부분(7b)이 축방향으로, 즉 터빈의 방향으로 외부 레이스(6)의 터빈-측 외부 연부에 대해서 외측으로 연장된다는 것이 명확하다. 베어링 조립체 모듈이 베어링 하우징 내로 삽입될 때, 상기 연장부(Y)는, 롤링 베어링 카트리지(3)에 대한 손상을 생성하지 않으면서, 배기 터보차저의 샤프트를 분해하는 것을 돕는다. 압축기-측 롤링 베어링 내부 레이스 부분(7a)이 볼의 압축기-측 세트에 의해서 지지되는 동안, 터빈-측 롤링 베어링 내부 레이스 부분(7b)은 잠깐 동안 샤프트 상에서 유지되고, 롤링 베어링 카트리지(3)가 벽(19)에서 외부 레이스(6)를 갖는 터빈측에 존재하게 되면, 터빈의 방향으로 볼의 터빈-측 세트를 이동시킨다(도 6 참조). 내부 레이스(7)와 오일 배플(4) 사이의 축방향 간극(X)은 여기에서, 응력을 받지 않는 롤링 베어링 카트리지의 볼 주행 표면 내의 볼의 터빈-측 세트의 축방향 이동성(Z)보다 작다. 따라서, 내부 레이스(7)는, 볼의 세트가 하중을 받지 않고 유지되는 동안, 벽에서 고정적으로 위치되고, 샤프트는 외측으로 눌릴 수 있다. 그러한 축방향 정지부가 없는 경우에, 내부 레이스(7)는 터빈의 방향으로 더 이동될 수 있고 볼의 터빈-측 세트를 도 4에 도시된 테두리(6a) 위로 누를 수 있으며, 볼 및 그 주행 표면을 손상시킬 수 있고, 롤링 베어링 카트리지를 제어되지 않는 방식으로 분해할 수 있다. 배기 터보차저의 동작 중에, 내부 레이스(7)는, 대조적으로, 오일 배플(4)과 접촉될 수 없다.
배기 터보차저의 동작 중에, 오일은 롤링 베어링의 윤활 및 냉각을 위해서, 롤링 베어링 카트리지와 베어링 플랜지 사이에서 댐핑을 제공하기 위해서, 그리고 샤프트 쇼울더 및 터빈측의 내부 레이스를 냉각하기 위해서 이용된다. 상기 오일 공급을 위해서, 단일 부분으로서 형성되는 베어링 플랜지(5)가 오일 공급 도관을 갖는다. 콤팩트함을 위해서, 오일을 롤링 베어링의 압착 오일 댐퍼에 공급하기 위한 2개의 환형 홈이 베어링 플랜지(5) 내에 제공되지 않고, 그 대신 롤링 베어링 카트리지 내에 제공된다. 샤프트 쇼울더를 위한 냉각 오일 도관이 베어링 플랜지(5)와 오일 배플(4) 사이에 제공된다.
도 5는 오일 배플(4)을 설명하기 위한 도면을 도시한다. 상기 배플(4)은 배액 채널(13), 냉각 오일 도관(14), 제1 리브(15), 밀봉 벽(16), 오일 유극 트레이(17) 및 제2 리브(18)를 갖는다.
오일 배플(4)은 또한, 밀봉 기능에 더하여, 추가적인 기능을 갖는다. 오일 배플의 리브(15 및 18)는, 압력이 샤프트에 인가될 때, 터빈-측 내부 레이스 부분(7b)을 위한 대응 베어링을 형성한다. 도입되는 냉각 오일 도관(14)의 기하형태는 샤프트 쇼울더를 위한 냉각 오일의 분무 방향 및 양을 규정하고, 냉각 오일이 샤프트의 회전 방향으로 샤프트 상으로 분무되게 하는 방식으로 구성된다. 롤링 베어링 카트리지(3), 샤프트 및 오일 배플(4) 사이의 환형 챔버는 여기에서, 배기 터보차저의 다음 밀봉 지점 전까지 오일 미스트를 유지하는 방식으로 구성된다.
리브(15 및 18)는, 밀봉 디스크의 밀봉 기능을 가능한 한 적게 방해하는 그리고 그럼에도 불구하고 용이한 분해를 위해서 전체 베어링 조립체 모듈의 충분한 안정성을 보장하는 방식으로, 설계된다. 도 5의 하부 리브(18)의 접선방향 리브 시작부는 오일 유극 트레이(17)로서의 역할을 한다.
이미 언급한 배액 채널(13)은, 베어링 플랜지(5)의 대응 표면과 관련하여 확대된 오일 배플(4)의 외경에 의해서 형성된다.
배액 채널(13) 및 오일 유극 트레이(17) 외의 가장 큰 밀봉 기능은, 롤링 베어링, 오일 배플 및 샤프트 사이의 폐쇄된 환형 챔버에 의해서 달성된다. 샤프트의 방향으로 깊은 지점까지 이어지는 벽은 발생되는 오일 미스트가 배기 터보차저의 다음 밀봉 지점까지 확전되는 것을 방지한다. 밀봉 간극은 샤프트의 직경의 1% 내지 6%이다.
오일 배플(4)은, 요구되는 구성 공간을 작게 유지하는 체결 수단을 이용하여 베어링 플랜지(5)에 체결된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 총 5개의 납작한-헤드의 나사(countersunk-head screw)가 상기 체결을 위해서 이용된다. 상기 납작한-헤드의 나사는, 균일한 나사 조임에 의해서 그리고 그에 따라 배기 터보차저의 샤프트와 오일 배플(4) 사이에서 가능한 한 작은 밀봉 간극을 설정하는 것에 의해서, 오일 배플(4)의 용이하게 핸들링될 수 있는 중심설정을 허용한다.
이미 전술한 바와 같이, 냉각 오일의 양은, 냉각 오일 도관(14)의 적합한 기하형태에 의해서 희망하는 방식으로 설정될 수 있다. 상기 기능적 기하형태가 베어링 플랜지(5) 내에 위치되지 않고, 단순하게 구성되고 더 비용-효과적인 오일 배플(4) 내에 위치되기 때문에, 오일 배플(4)은, 각각의 경우에 존재하는 냉각 요건에 맞춰 구성하기 위해서, 각각의 적용예에 따라, 수정될 수 있다. 냉각 오일 도관은 여기에서, 베어링 조립체 모듈의 동작 중에, 냉각 오일이 샤프트의 회전 방향으로 샤프트 상으로 분무되게 하는 방식으로, 설계된다. 최외측 분무 오일 영역은 샤프트에 접선방향으로 충돌하고, 그에 따라, 설명된 방향의 특정에 의해서 환형 도관 내의 오일 막힘의 발생이 감소되고, 오일의 타이트함(tightness)이 보장된다.
추가적인 베어링 조립체 모듈 내의 오일 밀봉의 터빈-측 개선은 둘러싸는 얇은 벽에 의해서 달성된다. 그러한 얇은 벽은, 롤링 베어링의 압착 오일 댐퍼의 오일이, 보다 양호한 오일 배액을 위해서 오일 배플(4)이 개방되는 위치에서 제어되지 않은 방식으로 멀리 분무되는 것을 방지한다. 또한, 이러한 벽은 압착 오일 댐퍼의 오일 부피 유동을 냉각 오일 유동으로부터 분리한다. 이는, 냉각 오일의 각각의 필요량의 더 정확한 설정을 가능하게 한다. 터빈-측 압착 오일 댐퍼의 오일은 또한 단지 하나의 지점에서 제어된 방식으로 벽을 통해서 하부 개구부로 유동된다.
도 6은 베어링 조립체 모듈(1)의 추가적인 작은 영역의 단면도를 도시한다. 상기 도 6에서, 오일 배플(4)의 부분, 베어링 플랜지(5)의 부분, 외부 레이스(6)의 부분, 볼(10)의 부분, 그리고 케이지(12)의 부분이 도시되어 있다. 베어링 플랜지(5)는, 반경방향으로 내측으로 형성되고 냉각 오일 유동을 압착 오일 댐퍼의 오일로부터 분리하도록 설계된, 둘러싸는 벽(19)을 갖는다. 상기 둘러싸는 벽(19)은 또한, 오일이 오일 배플(4)의 방향으로 압착 오일 댐퍼로부터 축방향으로 멀리 분무되는 것을 방지하는 밀봉 기능을 갖는다. 또한, 환형 챔버(20)가 도 6에 도시되어 있다. 상기 환형 챔버는 롤링 베어링, 둘러싸는 벽, 및 배기 터보차저의 샤프트 사이에 형성된다.
도시된 둘러싸는 벽(19)은 회전자-동적 측면(rotor-dynamic aspect)으로부터, 측방향으로 폐쇄된 압착 오일 댐퍼까지 이어진다. 이러한 것의 하나의 장점은 오일 연부 구역의 작은 공동화(cavitation) 경향이고, 이는 다시 결과적으로 더 안정적인 댐핑이 달성되게 한다. 상기 더 안정적인 댐핑은 베어링 조립체 모듈의 그리고 그에 따라 전체 배기 터보차저의 수명을 증가시킨다.
도 7은, 이미 전술한 그리고 베어링 조립체 모듈의 압축기측에 배열되는 폐쇄 커버(2)를 도시한다. 상기 폐쇄 커버는 바람직하게 비철 금속으로 생성되고, 압축기의 방향으로 작용하는 샤프트 전단 하중을 흡수하기 위한 축방향 정지부를 형성한다. 폐쇄 커버(2)를 위한 재료로서 비철 금속을 선택하는 것은, 폐쇄 커버(2)와 롤링 베어링 카트리지(3) 사이의 마찰 거동을 향상시킨다. 배기 터보차저의 동작 중에, 전단력이 롤링 베어링 카트리지의 단부측에서 마찰력을 유발하기 때문에, 마찰의 최적화는 압착 오일 댐퍼의 댐핑 거동에 미치는 영향을 줄일 수 있게 하는데, 이는 롤링 베어링 카트리지가 더 자유롭게 이동할 수 있기 때문이다. 이는 또한, 베어링 조립체 모듈(1)의 수명을 그리고 그에 따라 전체 배기 터보차저의 수명을 증가시킨다.
- 전술한 바와 같이 - 배기 터보차저의 회전자의 추력의 방향으로 인해서, 롤링 베어링 카트리지(3)가 일반적으로 베어링 조립체 모듈(1)의 압축기측 상의 폐쇄 커버(2)에 존재하기 때문에, 베어링 조립체 모듈(1)의 터빈측 상의 오일은 롤링 베어링 카트리지(3)와 얇은 둘러싸는 벽(19) 사이에서 다소 더 용이하게 유동할 수 있다. 압축기-측 및 터빈-측 압착 오일 댐퍼의 오일의 상이한 유동 속력들이 상이한 댐핑 특성들을 유도한다는 사실을 고려하기 위해서, 함몰부(2a)가 폐쇄 커버(2)에 제공되고, 이는 오일 유동 그리고 그에 따라 오일 속력을 다시 표준화한다. 이는 다시 베어링 조립체 모듈(1)의 수명을 그리고 그에 따라 전체 배기 터보차저의 수명을 또한 증가시킨다. 폐쇄 커버(2) 내의 상기 함몰부(2a)는, 그 가장 좁은 횡단면이 대향 측면 상의 배액 표면보다 전체적으로 5% 내지 30% 더 크도록 하는 방식으로 치수가 결정되고, 하부 지점에서의 오일 유출은 압축기측과 터빈측에서 동일하고 언급된 계산에서 배제된다. 이러한 증가는 베어링 조립체 모듈(1)의 압축기측의 더 어려운 유동 조건에 대한 보상으로서 제공된다.
도 7로부터, 폐쇄 커버(2)가 도시된 예시적인 실시예에서 3개의 그러한 함몰부(2a)를 갖는 것이 명확하다.
도 8은 회전 방지 수단의 구현을 설명하기 위한 단면도를 도시한다. 상기 회전 방지 수단을 위해서, 회전 방지 나사(21)가 베어링 플랜지(5)를 통해서 그리고 롤링 베어링 카트리지(3) 내로 안내된다.
롤링 베어링에 의해서 장착된 배기 터보차저 샤프트가, 평면 베어링에 의해서 장착된 샤프트와 관련하여 약간 수정될 수 있거나, 동일한 샤프트일 수 있다.
기능적으로 필요한 적용예의 범위 내에서, 롤링 베어링의 수명을 증가시키는 특징부들이 제공된다.
샤프트와 베어링 레이스 사이의 특히 터빈측 상의 더 작은 접촉 영역은 샤프트로부터 베어링 레이스 내로의 감소된 열 입력을 발생시킨다. 베어링 수명이 베어링 온도에 따라 직접적으로 달라지기 때문에, 샤프트로부터 베어링 레이스로의 상기 감소된 열 입력은 베어링 조립체 모듈의 그리고 그에 따라 전체 배기 터보차저의 수명의 증가를 초래한다.
내부 레이스 정지부의 더 작은 직경은, 냉각 오일과 접촉되는 내부 레이스 상의 더 큰 면적을 초래한다. 이는, 마찬가지로, 온도 감소를 초래한다. 상기 온도 감소는 또한 베어링 조립체 모듈의 그리고 그에 따라 전체 배기 터보차저의 수명 증가를 초래한다.
이하의 목록은 본 발명의 적어도 일부의 실시예의 유리한 특성을 요약한다.
수명과 관련된 유리한 특성:
- 별도의 냉각 오일 도관의 이용에 의한, 적용예-변경 가능 샤프트 및 베어링 냉각,
- 베어링을 파괴하지 않고 분해할 수 있는 가능성,
- 오일 배액 도관을 통한 베어링 조립체 모듈의 양 측면 상에서의 댐핑 특성의 표준화 및 마찰 최적화된 재료의 페어링(pairing)에 의한 회전자 동역학의 개선,
- 적은 열 입력을 위한 샤프트와 베어링 레이스 사이의 접촉 면적의 감소.
복잡성과 관련된 유리한 특성:
- 모듈형 베어링 플랜지 개념의 이용에 의한, 롤링 베어링 변경체와 평면 베어링 변경체의 상호 교환 가능성,
- 동일한 부분의 이용에 의한 개장 가능성(retrofitting capability),
- 엔진 및 배기 터보차저를 위한 동일한 오일 회로의 이용,
- 베어링의 파괴가 없는 분해 가능성,
- 납작한-헤드의 나사에 의한 밀봉 디스크의 중심설정,
- 마찰 최적화에 의한, 압착 오일 댐퍼 내의 축방향 베어링 안정화의 불필요성.
오일 타이트함과 관련된 유리한 특성:
- 오일 유극 트레이의 이용,
- 배액 채널의 이용,
- 오일 미스트에 대한 샤프트의 주변부 내로 내향되는 얇은 벽,
- 압착 오일 댐퍼를 경계 짓기 위한 얇은 벽,
- 단순화된 분해를 위한 유출-최적화된 지지 리브,
- 샤프트의 회전 방향을 따른 냉각 오일의 분무 방향.
전술한 바와 같은, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은, 도 1을 참조하여 이미 전술한 바와 같이, 배기 터보차저의 베어링의 베어링 하우징 내에 삽입될 수 있거나 삽입된다. 상기 베어링 하우징은 유리하게 베어링 조립체 모듈을 위한 계면을 가지며, 상기 계면은 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지와 접촉되도록 설계된다. 필요한 경우, 베어링 조립체 모듈은 유리하게 파괴되지 않고서 배기 터보차저로부터 제거될 수 있고 또한, 개별적인 구성 요소를 교체할 수 있도록, 파괴되지 않고서 자체적으로 분해될 수 있다. 예를 들어, 롤링 베어링을 갖는 본 발명에 따른 베어링 조립체 모듈은 상기 베어링 하우징으로부터 제거될 수 있고 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈로 교체될 수 있다. 평면 베어링을 갖는 상기 베어링 조립체 모듈 및 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은, 설계 및 외부 치수와 관련하여, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 베어링의 베어링 하우징의 수용 챔버 내로 상호 교환 가능하게 삽입될 수 있도록 하는 범위에서, 상응한다. 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 또한, 배기 터보차저의 베어링 하우징의 계면과 접촉될 수 있는 베어링 플랜지를 갖는다. -이미 전술한 바와 같이 - 상기 계면은 유리하게 베어링 하우징을 통해서 안내되는 오일 도관을 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지를 통해서 안내되는 하나 이상의 오일 도관에 연결하도록 설계된다.
1 베어링 조립체 모듈
2 폐쇄 커버
3 롤링 베어링 카트리지
4 오일 배플
5 베어링 플랜지
6 외부 레이스
6a 테두리
7 내부 레이스
7a 제1 내부 레이스 부분
7b 제2 내부 레이스 부분
8 볼
9 볼
10 볼
11 볼
12 케이지
13 배액 채널
14 냉각 오일 도관
15 제1 리브
16 밀봉 벽
17 오일 유극 트레이
18 제2 리브
19 벽
20 환형 챔버
21 회전 방지 나사
22 배기 터보차저
23 압축기
24 압축기 휠
25 터빈
26 터빈 휠
27 샤프트
28 베어링
29 베어링 하우징
29a 베어링 하우징을 통해서 안내되는 오일 도관
30 수용 챔버
30a 수용 챔버의 계면
30b 수용 챔버(30)의 압축기-측 영역
30c 수용 챔버(30)의 터빈-측 영역
31 단차부
32 체결 수단
33 배기 터보차저의 회전 축
34 축방향
35 반경방향
36 베어링 조립체 모듈 내의 보어
37 간극
X 거리
Y 연장부
Z 거리

Claims (17)

  1. 압축기(23)와 터빈(25) 사이에 배열되고 샤프트(27)를 지탱하도록 설계된 모듈형 베어링(28)을 포함하는, 배기 터보차저(22)이며, 상기 베어링은 수용 챔버(30)를 갖는 베어링 하우징(29)을 가지며, 베어링 조립체 모듈(1)이 상기 수용 챔버 내에 설치될 수 있거나 설치되고 파괴되지 않고서 제거될 수 있으며, 상기 수용 챔버(30)는, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 설치될 수 있는 방식으로 치수가 결정되며, 상기 수용 챔버(30)는, 상기 수용 챔버 내에 설치된 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지(5)와 접촉되도록 설계된 계면(30a)을 가지며, 상기 계면(30a)은, 상기 베어링 하우징(29)을 통해서 안내되는 오일 도관(29a)을, 상기 베어링 조립체 모듈의 베어링 플랜지를 통해서 안내되는 하나 이상의 오일 도관에 연결하도록 설계되는, 배기 터보차저.
  2. 제1항에 있어서,
    롤링 베어링을 갖는 상기 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 상기 수용 챔버 내로 상호 교환 가능하게 삽입될 수 있는 범위에서, 상기 수용 챔버(30) 내로 삽입될 수 있거나 삽입되는 그리고 롤링 베어링을 갖는 상기 베어링 조립체 모듈의 설계 및 외부 치수가, 상기 수용 챔버 내로 삽입되거나 삽입될 수 있는 그리고 평면 베어링을 갖는 상기 베어링 조립체 모듈의 설계 및 외부 치수에 상응하는, 배기 터보차저.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베어링 조립체 모듈(1)은 롤링 베어링 카트리지(3), 상기 베어링 플랜지(5), 폐쇄 커버(2), 오일 배플(4) 및 회전 방지 수단을 가지며, 상기 롤링 베어링 카트리지(3)는, 외부 레이스(6), 내부 레이스(7), 및 상기 외부 레이스(6)와 상기 내부 레이스(7) 사이에 배열된 롤링 본체(8, 9, 10, 11)를 포함하는 롤링 베어링을 갖는, 배기 터보차저.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 레이스(7)는 2개의 내부 레이스 부분(7a, 7b)을 가지며, 터빈측에 배열된 상기 내부 레이스 부분(7b)의 터빈-측 외부 연부는 축방향으로 상기 외부 레이스(6)의 터빈-측 외부 연부에 대해서 외측으로 연장되는, 배기 터보차저.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 오일 배플(4)은 상기 내부 레이스(7)를 위한 축방향 대응 베어링으로서의 역할을 하고, 0의 하중에서, 상기 내부 레이스(7)와 상기 오일 배플(4) 사이의 축방향 간극(X)이 상기 롤링 베어링 카트리지 내의 롤링 베어링의 터빈-측 롤링 본체(10, 11)의 축방향 이동성보다 작은, 배기 터보차저.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 배플(4)은 2개의 리브(15, 18)를 가지며, 상기 리브 중 하나의 접선방향 연부는 상기 베어링 조립체 모듈의 동작 중에 도입되는 냉각 오일을 위한 오일 유극 트레이로서의 역할을 하는, 배기 터보차저.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 배플(4)의 직경은, 배액 채널을 형성하기 위해서 상기 베어링 플랜지의 대응 표면과 관련하여 그 반경방향 외부 연부에서 확대되는, 배기 터보차저.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 배플(4)은 체결 요소에 의해서 상기 베어링 플랜지(5)에 대해서 체결되고, 상기 체결 요소에 의해서 상기 베어링 플랜지 상에서 중심설정될 수 있는, 배기 터보차저.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    오일을 상기 롤링 베어링의 압착 오일 댐퍼에 공급하도록 설계되고 상기 롤링 베어링 카트리지 내에 배열되는 환형 홈을 갖는, 배기 터보차저.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 커버(2)는 상기 압축기를 향해서 축방향으로 작용하는 전단 하중을 흡수하기 위한 축방향 정지부로서의 역할을 하는, 배기 터보차저.
  11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 커버(2)는 비철 금속으로 구성되고 및/또는 함몰부를 갖는, 배기 터보차저.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용 챔버(30)가 단차부(31)를 갖는, 배기 터보차저.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단차부(31)는 상기 수용 챔버(30)의 축방향 범위의 중앙 부분 내에 배열되는, 배기 터보차저.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 터보차저의 동작 중에, 상기 베어링 조립체 모듈(1)의 터빈-측 단부와 상기 베어링 하우징(29)의 터빈-측 단부 사이에 간극(37)이 존재하는, 배기 터보차저.
  15. 배기 터보차저(22)의 샤프트(27)를 지탱하기 위한 베어링 조립체 모듈(1)의 용도이며, 상기 배기 터보차저는 상기 배기 터보차저의 압축기(23)와 터빈(25) 사이에 배열된 모듈형 베어링(28)을 포함하고, 상기 베어링은 수용 챔버(30)를 갖춘 베어링 하우징(29)을 가지며, 상기 베어링 조립체 모듈(1)은 베어링 조립체 모듈의 세트 내에 수용되고, 상기 베어링 조립체 모듈의 세트는 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈을 포함하고, 상기 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 상기 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 상기 수용 챔버 내에 설치될 수 있고, 파괴되지 않고서 상기 수용 챔버(30)로부터 제거될 수 있으며, 상기 베어링 조립체 모듈(1)은 파괴되지 않고서 제거될 수 있도록 상기 수용 챔버 내에 설치되는 것에 의해서 상기 배기 터보차저의 샤프트(27)를 지탱하기 위해서 이용되는, 용도.
  16. 배기 터보차저(22)의 샤프트(27)를 지탱하기 위한 방법이며, 상기 배기 터보차저는 상기 배기 터보차저의 압축기(23)와 터빈(25) 사이에 배열된 모듈형 베어링(28)을 포함하고, 상기 베어링은 수용 챔버(30)를 갖춘 베어링 하우징(29)을 가지며:
    - 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈을 포함하는, 베어링 조립체 모듈의 세트로부터 베어링 조립체 모듈(1)을 선택하는 단계로서, 상기 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈 및 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈은 상기 수용 챔버 내에 설치될 수 있고, 파괴되지 않고서 상기 수용 챔버로부터 제거될 수 있는 단계, 및
    - 상기 선택된 베어링 조립체 모듈을 상기 수용 챔버 내에 설치하는 단계를 갖는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    - 상기 수용 챔버(30) 내에 설치된 베어링 조립체 모듈(1)을 파괴 없이 제거하는 추가적인 단계로서, 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 파괴되지 않고서 상기 수용 챔버로부터 제거되고 유사하게 롤링 베어링을 갖는 다른 베어링 조립체 모듈에 의해서 또는 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈에 의해서 교체되거나, 평면 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈이 파괴되지 않고서 상기 수용 챔버로부터 제거되고 유사하게 평면 베어링을 갖는 다른 베어링 조립체 모듈에 의해서 또는 롤링 베어링을 갖는 베어링 조립체 모듈에 의해서 교체되는, 추가적인 단계를 갖는, 방법.
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