KR20210074352A

KR20210074352A - 개선된 샤프트 밀봉부를 갖는 터보차저

Info

Publication number: KR20210074352A
Application number: KR1020217014408A
Authority: KR
Inventors: 크리스티앙 크라이엔캄프; 플로리안 마우러
Original assignee: 에이비비 스위츠랜드 엘티디.
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-06-21
Also published as: US20210348524A1; JP2022505242A; US11959388B2; CN112867847B; WO2020079128A1; CN112867847A; EP3867501A1; ES2937055T3; EP3867501B1

Abstract

본 발명은 압축기와 터빈 사이에 배치되고 샤프트를 지지하도록 설계된 베어링 디바이스를 포함하는 터보차저에 관한 것이다. 이 베어링 디바이스는, 샤프트를 지지하기 위한 오일 윤활 베어링이 내부에 배치된 베어링 하우징을 갖는다. 샤프트는 윤활유를 원심 분산시키기 위해 원주방향으로 연장되는 기름막이 요소를 갖는다. 베어링 하우징은 베어링 하우징으로부터 윤활유를 배출하기 위한 오일 배출 채널을 갖는다. 베어링 하우징의 내부 영역은 샤프트와 베어링 하우징 사이에 배치된 밀봉부에 의해 밀봉되는 오일 구획 챔버를 형성한다. 오일 구획 챔버는, 터보차저의 작동 중에, 기름막이 요소에 의해 원심 분산된 윤활유가 편향 수단에 의해 편향되고 밀봉부의 반대 방향으로 안내되는 방식으로 형성된 편향 수단을 갖는다. 오일 구획 챔버는, 터보차저의 작동 중에 기름막이 요소에 의해 원심 분산된 윤활유가 상기 기름막이 요소로부터 편향 수단으로 바로 전달될 수 있는 방식으로 기름막이 요소의 근방에 형성된다. 수집 채널은 기름막이 요소로부터 원심 분산된 윤활유가 밀봉부 영역으로 역류하는 것을 방지한다. 기름막이 요소는 기름막이 요소로부터 멀리 분사된 윤활유가 반경방향 및 축방향 성분을 갖는 방식으로 형성되며, 축방향 성분은 밀봉부의 반대 방향으로 연장된다.

Description

개선된 샤프트 밀봉부를 갖는 터보차저

본 발명은 개선된 샤프트 밀봉부를 갖는 터보차저에 관한 것이다.

터보차저에는 대부분의 경우 2개의 요소로 구성된 샤프트 밀봉부가 장착된다. 이들 요소 중 하나는 외향 오일 누설에 대해 각각의 터보차저의 베어링 하우징의 내부 영역을 밀봉하도록 제공되는 오일 밀봉부이다. 이 종류의 오일 밀봉부는 래비린스 밀봉부의 형태로 설계될 수 있다. 다른 요소는 외부로부터의 가스 유입에 대해 베어링 하우징의 내부 영역을 밀봉하도록 제공되는 가스 밀봉부이다. 이 종류의 가스 밀봉부는, 예를 들어 피스톤 링 밀봉부의 형태로 설계될 수 있다.

축류 터빈이 있는 터보차저의 경우, 밀봉 공기와 결합된 래비린스 스로틀 밀봉부가 가스 밀봉부로 흔히 또한 사용되어, 고온 가스가 터빈측으로부터 베어링 하우징에 들어가는 것을 방지한다. 필요한 오일 밀봉부는 흔히 수집 챔버 래비린스로서 구성된다.

밀봉 공기가 없는 피스톤 링 밀봉부는 공간, 복잡성/비용 및 성능 고려 사항으로 인해 반경방향 터빈이 있는 터보차저용 가스 밀봉부로서 흔히 사용된다.

본 발명에 의해 해결되는 문제는 개선된 샤프트 밀봉부를 갖는 터보차저를 특정하는 문제이다.

이 문제는 청구항 1에 특정된 특징을 갖는 터보차저에 의해 해결된다. 이 터보차저는 압축기와 터빈 사이에 배치되고 샤프트를 지지하도록 설계된 베어링 디바이스를 포함하고, 상기 베어링 디바이스는 샤프트를 지지하기 위한 오일 윤활 베어링이 배치된 베어링 하우징을 가지며, 샤프트는 윤활유를 원심 분산시키기 위해 원주방향으로 연장되는 기름막이 요소를 갖고, 베어링 하우징은 베어링 하우징으로부터 윤활유를 배출하기 위한 오일 배출 채널을 가지며, 베어링 하우징의 내부 영역은 샤프트와 베어링 하우징 사이에 배치된 밀봉부에 의해 밀봉되는 오일 구획 챔버를 형성하고, 오일 구획 챔버는, 터보차저의 작동 중에, 기름막이 요소에 의해 원심 분산된 윤활유가 편향 수단에 의해 편향되고 밀봉부의 반대 방향으로 안내되는 방식으로 형성된 편향 수단을 가지며, 오일 구획 챔버는, 터보차저의 작동 중에 기름막이 요소에 의해 원심 분산된 윤활유가 상기 기름막이 요소로부터 편향 수단으로 곧바로 전달될 수 있는 방식으로 기름막이 요소의 근방에 형성되고, 기름막이 요소는 기름막이 요소로부터 멀리 분사된 윤활유가 반경방향 및 축방향 성분을 갖는 방식으로 형성되며, 축방향 성분은 밀봉부의 반대 방향으로 연장된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오일 구획 챔버는 베어링 하우징에 연결된 베어링 플랜지에 의해 기름막이 요소 옆에 축방향으로 배치된 샤프트의 일부에서 샤프트를 향해 획정된다. 일 실시예에 따르면, 오일 구획 챔버는 편향 수단으로부터 받는 윤활유를 인터셉트하기 위한 수집 채널을 가질 수 있다. 수집 채널은, 예를 들어 베어링 플랜지의 일부로서 구성될 수 있다. 수집 채널은 편향 수단에 의해 전환된 윤활유가 밀봉부의 방향으로 역류하는 것을 방지하는 적어도 하나의 벽 요소를 가질 수 있다. 벽 요소는, 특히 터빈 또는 밀봉부와 마주보는 베어링 플랜지의 단부에 배치될 수 있다. 수집 채널은 터보차저가 작동 중일때 윤활유를 수집 채널로부터 오일 배출 채널로 안내하는 방식으로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 베어링 플랜지는 제거될 수 있도록 베어링 하우징에 삽입된 베어링 모듈의 일부로서 설계되고, 베어링 모듈은 샤프트용 베어링을 갖는다. 일 실시예에 따르면, 베어링 플랜지는 샤프트 둘레에서 원주방향으로 축방향 부분을 따라 배치된다.

일 실시예에 따르면, 베어링 플랜지는 오일 구획 챔버의 적어도 일부를 구획한다. 특히, 오일 구획 챔버의 반경방향 내부 구획은 베어링 플랜지에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 오일 구획 챔버의 반경방향 내부 구획의 축방향 범위의 50% 초과, 또는 심지어는 75% 초과는 바람직하게는 베어링 플랜지(필요한 경우 수집 채널을 포함)에 의해 형성된다. 오일 구획 챔버의 반경방향 외부 구획은 베어링 하우징에 의해 형성될 수 있으며, 특히, 예를 들어 베어링 하우징의 비스듬한 벽 부분으로부터 편향 수단을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 편향 수단은 베어링 하우징의 벽의 일체화 구성요소이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 편향 수단은 오일 구획 챔버에 삽입된 링이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 편향 수단은 원추형 설계를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 편향 수단은 원호형 설계를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 편향 수단은 샤프트 위에 적어도 부분적으로 배치되고(달리 말하면, 터보차저 축을 포함하는 수평 평면 위에 놓인 절반 공간과 중첩되고), 특히 터보차저 축을 포함하는 수직 단면 평면에서 샤프트 위에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기름막이 요소는 샤프트 숄더이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기름막이 요소는 독립형 기름막이 디스크이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오일 구획 챔버의 단면은 샤프트로부터의 거리가 증가함에 따라 기름막이 요소와 편향 수단 사이의 영역에서 확대된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오일 구획 챔버의 단면은 샤프트로부터의 거리가 증가함에 따라 기름막이 요소와 편향 수단 사이의 영역에서 점증적으로 확대된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기름막이 요소와 편향 수단 사이의 영역에서 오일 구획 챔버의 단면의 확대는 적어도 부분적으로 베어링 플랜지의 리세스에 의해 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오일 배출 채널은 베어링 하우징의 오일 배출 개구의 영역에서 설계상 원통형이고, 이 원통형으로 형성된 영역과 샤프트 사이에서, 샤프트의 방향으로 비스듬하게 연장되는 오일 배출 경사부를 가지며, 이 오일 배출 경사부를 통해 오일 배출 채널은 샤프트의 방향으로 넓어진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 원통형으로 구성된 영역에 인접한 제1 경사부 영역에서, 오일 배출 경사부는 45°내지 80°범위에 속하는 제1 각도를 샤프트에 대해 형성한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 경사부 영역에 인접한 제2 경사부 영역에서, 오일 배출 경사부는 30°내지 45°범위에 속하는 제2 각도를 샤프트에 대해 형성한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 터보차저는 샤프트 아래 영역에서 윤활유 분사로부터 밀봉부를 차폐하도록 배치된 스크린을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음 수학식이 터보차저의 샤프트의 직경에 대한 오일 배출 채널의 원통형으로 형성된 영역의 직경에 적용되고:

F/D > 0.7,

여기서, F는 오일 배출 채널의 원통형으로 구성된 영역의 직경이고 D는 터보차저 샤프트의 직경이다.

다음 수학식이 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되고:

(A + C)/D > 2.7,

여기서, A는 샤프트로부터 오일 배출 개구로부터 떨어진 오일 배출 경사부의 단부의 거리이고, C는 샤프트로부터 오일 배출 개구에 더 가까운 오일 배출 경사부의 단부의 거리이며, D는 샤프트의 직경이다.

다음 수학식이 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되고:

G/H < 1,

여기서, G는 포획된 오일 댐퍼 간극의 스크린이고 H는 터보차저의 레디얼 베어링의 외경이며,

다음 수학식이 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되고:

H/D < 1,

여기서, H는 터보차저의 레디얼 베어링의 외경이고 D는 샤프트의 직경이다.

다음 수학식이 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되고:

B/D > 0.2,

여기서, B는 수집 챔버의 높이이고 D는 샤프트의 직경이다.

다음 수학식이 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되고:

X/Z < 1,

여기서, X는 샤프트와 편향 원추 사이의 각도이고 Z는 편향 원추 방향으로 샤프트로부터의 윤활유의 기름막이 각도이다.

다음 수학식이 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되고:

(J + sin(X)·E)/D > 0.5,

여기서, J는 샤프트에 가까운 편향 원추의 단부의 거리이고, X는 샤프트와 편향 원추 사이의 각도이며, E는 편향 원추의 축방향 길이이고, D는 샤프트의 직경이다.

위에 설명된 특징은, 베어링 하우징으로부터 오일을 배출하기 위해 샤프트 아래에서 이용 가능한 하우징 체적을 증가시키고 베어링 하우징의 밀봉부로부터 떨어진 터보차저의 작동 중에 샤프트로부터 멀어지게 분사되는 윤활유의 규정된 운반 또는 선택적 편향을 초래하기 때문에, 베어링 하우징의 밀봉부에 대한 압력을 완화시키는 역할을 한다. 또한, 이미 폐기된 윤활유가 밀봉부 영역으로 역류할 수 있는 것이 방지된다.

본 발명은 도면의 도움으로 보다 상세하게 설명되는 예시적인 실시예의 도움으로 아래에 설명된다. 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 구성요소가 배치된 터보차저의 부분 영역의 단면도를 도시하고,
도 2는 도 1의 부분 영역의 확대도를 도시하며,
도 3은 샤프트 상에 제공된 돌출 기름막이 디스크를 예시하는 스케치를 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 터보차저의 구성요소가 배치된 터보차저의 부분 영역의 추가 단면도를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 구성요소가 배치된 터보차저의 부분 영역의 단면도를 도시한다. 이 터보차저(1)는 압축기(2)와 터빈(4) 사이에 배치되고 샤프트(6)를 지지하도록 설계된 베어링 디바이스(7)를 포함한다. 이 베어링 디바이스(7)는, 샤프트를 지지하기 위한 오일 윤활 베어링(9)이 내부에 배치된 베어링 하우징(8)을 갖는다. 도시된 예시적인 실시예에서, 이 베어링(9)은 레디얼 베어링이다. 압축기(2)는 샤프트(6)에 고정식으로 연결된 압축기 휠(3)을 갖는다. 터빈(4)은 샤프트(6)에 고정식으로 연결된 터빈 휠(5)을 포함한다.

샤프트(6)는 도시된 예시적인 실시예에서 샤프트 숄더(19)인 기름막이 요소(10)를 갖는다. 이 샤프트 숄더(19)는 이 지점에서 샤프트 직경이 확대되게 하는 샤프트(6)의 단차부이다.

터보차저(1)의 작동 중에, 기름막이 요소(10)에서 반경방향 외향으로 원심 분산되고 샤프트 숄더의 형상으로 인해 베어링 하우징 중심의 방향에서 약간 축방향으로 또한 원심 분산된 윤활유는 레디얼 베어링(9)과 샤프트(6) 사이의 간극을 통해 이송된다. 이 원심 분산된 윤활유는 베어링 하우징(8)의 내부 영역에 형성된 오일 구획 챔버(12)로 이송된다. 오일 구획 챔버(12)는, 터보차저(1)의 작동 중에 기름막이 요소(10)에 의해 원심 분산된 윤활유가 기름막이 요소(10)로부터 편향 수단(14)으로 곧바로 전달되는 방식으로, 오일 구획 챔버(12)가 분사 채널(26)을 형성하는 기름막이 요소(10)를 둘러싸는 영역에 구성된다. 이 경우, 오일 구획 채널(12)의 단면은, 샤프트(6)로부터의 거리가 증가함에 따라 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서, 즉 분사 채널(26)에서 확대된다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 단차부(25)가 이 분사 채널(26)에 제공되어, 샤프트(6)로부터의 거리가 증가함에 따라 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서 분사 채널의 단면은 점증적으로 확대된다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에 대한 대안으로서, 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서 분사 채널(26)의 단면은 또한, 샤프트(6)로부터의 거리가 다수의 단차부를 사용하여 또는 또한 단차부 없이 연속적으로 증가함에 따라 점증적으로 확대될 수 있다.

도 1에 도시된 단차부(25)는 터보차저(1)의 베어링 하우징(8)에 고정식으로 연결된 베어링 플랜지(15)에 도입되거나 베어링 하우징(8)의 구성 부분이므로, 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서 오일 구획 챔버(12)의 단면의 확대는 베어링 플랜지(15)의 리세스(21)에 의해 부분적으로 형성된다. 도 1로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 분사 채널(26)에서 베어링 플랜지(15) 반대쪽의 벽(이 벽은 마찬가지로 베어링 하우징(8)의 구성요소임)이 반경방향으로 거의 직선으로 연장되기 때문에, 분사 채널(26)의 전술한 확장은 비대칭성이다. 분사 채널(26)의 이 종류의 비대칭성 확장의 한 가지 이점은 터보차저(1)가 설계상 구조적으로 콤팩트할 수 있다는 것이다. 따라서, 원심 분산된 윤활유는 반경방향 성분 뿐만 아니라, 기름막이 요소의 형상에 의해 획정되는 축방향 성분도 갖는다.

기름막이 요소(10)에 의해 원심 분산된 윤활유는 편향 수단(14)에 의해 편향되고 밀봉부(13, 24)의 반대 방향으로 안내되며, 밀봉부(13)는 가스 밀봉을 위해 제공된 피스톤 링이고 밀봉부(24)는 오일 밀봉부로서 작용하는 벽이다. 이를 달성하기 위해, 편향 수단(14)은 도 1에서 원추형 설계를 갖는다. 하나의 대안은 편향 수단(14)이 원호형 설계를 갖는 것이다. 또 다른 대안은 편향 수단(14)이 베어링 하우징 벽(18)의 일체화 구성요소 - 도 1에 도시된 바와 같이 - 가 되고 이에 따라 베어링 하우징 벽의 형상에 의해 실현되는 것이 아니라, 오일 구획 챔버(12)에 삽입된 링의 형상으로 되는 것이다. 기름막이 요소(10)의 방향으로 배향된 이 링의 내부 표면은 마찬가지로 설계상 원호형 또는 원추형일 수 있으므로, 터보차저(1)의 작동 중에 기름막이 요소(10)에 의해 원심 분산된 윤활유는 링에 의해 편향되고 - 필요에 따라 - 밀봉부의 반대 방향으로 안내된다.

도 1의 기름막이 요소(10)는 웨이브 숄더(19)이다. 대안 실시예는, 도 3에 예시된 바와 같이, 독립형 기름막이 디스크(20)로서 실현되는 기름막이 요소를 포함한다. 이 독립형 기름막이 디스크는 마찬가지로 샤프트(6) 상에 제공된다. 샤프트(6)는 바람직하게는 기름막이 디스크(20) 전후에 축방향으로 동일한 직경을 갖는다.

편향 수단(14)에 의한 편향 후에, 편향 수단(14)에 의해 편향되고 밀봉부의 반대 방향으로 안내되는 윤활유는, 상부 베어링 하우징 벽(18)을 따라, 대부분이 오일 구획 챔버의 주변을 통해 오일 출구로 흐르고, 일부는 베어링 플랜지의 주변을 통해 오일 출구로 흐르며, 그리고 베어링 플랜지의 단부에 작게 비례하여, 베어링 플랜지(15)에 형성된 수집 채널(16)로 흐르며, 밀봉부 측면 상에 상기 수집 채널의 단부 영역은 수집 채널(16)에 수집된 윤활유가 분사 채널(26)로 역류하는 것을 방지하는 벽 요소(17)에 의해 형성된다.

기름막이 요소(10)에 의해 분사된 윤활유를 밀봉부의 반대 방향으로 편향 수단(14) 상으로 곧바로 편향시키고 편향된 윤활유가 분사 채널(26)로 역류하는 것을 방지함으로써, 윤활유 백업이 분사 채널(26)에서 발생하지 않는, 즉 기름막이 요소(10)에 의해 원심 분산된 윤활유가 분사 채널(26)로 역류하는 윤활유에 의해 방해받지 않는 것이 유리하게 달성된다.

수집 채널(16)에 수집된 윤활유는 샤프트(6) 아래에 배치된 오일 배출 채널(11)을 통해 흘러 나간다. 이 채널은 베어링 하우징(8)의 오일 배출 개구(22)까지 연장되며, 이를 통해 오일 배출 채널(11)을 통해 흘러 나온 윤활유가 베어링 하우징(8) 밖으로 안내된다. 오일 배출 채널(11)은 베어링 하우징(8)의 오일 배출 개구(22)의 영역에서 원통형 설계를 갖고, 이 원통형으로 형성된 영역과 샤프트(6) 사이에서, 샤프트(6)의 방향으로 비스듬하게 연장되는 오일 배출 경사부(23)를 가지며, 이 오일 배출 경사부를 통해 오일 배출 채널(11)은 샤프트(6)의 방향으로 넓어진다. 이는 오일 배출 개구(22)의 방향으로 흘러 나오는 윤활유 유동의 유출이 용이하게 되고 오일 배출 채널(11)의 윤활유 수용 능력이 커지므로, 밀봉부(13)의 영역으로 연장되는 윤활유 백업의 확률이 감소된다는 이점을 갖는다.

도 2는 도 1의 부분 영역의 확대도를 도시한다. 이 도면에서, 레디얼 베어링(9)과 샤프트(6) 사이의 간극으로부터 나오는 윤활유의 운반 경로는 화살표 P1-P5로 나타낸다. 레디얼 베어링(9)과 샤프트(6) 사이의 간극으로부터 나오는 윤활유는, 화살표 P1로 나타낸 바와 같이, 기름막이 요소(10)에서 반경방향으로 외향 원심 분산되고, 도시된 예시적인 실시예에서 베어링 하우징(8)의 원추형 구성요소인 편향 수단(14)과 직접 조우한다. 윤활유는 이 편향 수단(14)에서 편향되고, 화살표 P2로 예시된 바와 같이, 밀봉부(13, 24)의 반대 방향으로 오일 구획 챔버(12)에서 안내된다. 이 방식으로 편향된 윤활유는 대부분이 베어링 하우징 내부와 베어링 플랜지의 주변을 통해 오일 드레인으로 유동한다. 나머지 부분은 화살표 P3으로 나타낸 바와 같이 수집 채널(16)에 수집된다. 이 수집 채널(16)은 수집 채널(16)에 수집된 윤활유가 분사 채널(26)로 역류할 수 있는 것을 방지하는 벽 요소(17)를 밀봉부와 마주보는 측면에 갖는다. 이에 의해, 편향 수단(14)으로 곧바로 화살표 P1의 방향으로 분사 채널(26)을 통해 기름막이 요소(10)에 의해 원심 분산된 윤활유는 분사 채널(26)로 역류하는 윤활유에 의해 방해받지 않고 분사 채널(26)에서 윤활유의 백업이 없는 것이 보장된다. 샤프트로부터 하향 원심 분산된 윤활유는, 화살표 P4로 예시된 바와 같이, 배출 경사부(23)로 곧바로 안내되며, 화살표 P5로 예시된 바와 같이 배출 경사부를 따라 베어링 하우징(8)의 오일 배출 개구(22)의 방향으로 햐향으로 흘러 나가고 상기 오일 배출 개구(22)를 통해 베어링 하우징(8)으로부터 배출된다. 오일 배출 채널(11)로 안내된 윤활유가 가스 밀봉부(13)의 영역에 도달할 확률은 오일 밀봉부(24)에 의해 최소화된다.

도 3은 샤프트 숄더(19)의 대안으로서 기름막이 요소(10)로 사용될 수 있는, 샤프트(6) 상에 제공된 독립형 기름막이 디스크(20)를 예시하도록 의도된 스케치를 도시한다. 샤프트(6)는 이 기름막이 러그 전후의 축방향으로 동일한 직경을 갖는다.

도 4는 본 발명에 따른 터보차저의 구성요소가 배치된 터보차저의 부분 영역의 추가 단면도를 도시한다.

이미 전술한 본 발명은 본 기술 분야에 공지된 샤프트 밀봉부와의 비교에 의해 주어진 설계 자유도를 이용함으로써 오일 누설에 관하여 실질적으로 개선된 견고성을 나타내는 샤프트 밀봉부를 제공한다. 본 발명에 따른 샤프트 밀봉부의 특별한 이점은, 터보차저로부터 멀어지는 오일의 실질적으로 개선된 운반, 샤프트 밀봉부 아래의 크게 증가된 하우징 체적, 밀봉부가 배치된 영역으로부터 멀어지게 샤프트로부터 분사된 윤활유의 규정된 운반 또는 선택적 편향이다.

도 4에 도시된 다른 단면도는 전술한 본 발명의 이점을 달성할 수 있는 파라미터를 예시한다.

도 4에서, 파라미터 F는 오일 배출 개구의 영역에서 오일 배출 채널의 단면적을 나타내고, 오일 배출 채널은 이 영역에서 원통형 설계를 갖는다. 제1 경사부 영역은 샤프트(6)의 방향으로 오일 배출 채널의 이 원통형으로 구성된 영역에 인접하며, 이 경사부 영역은 45°내지 80°범위에 속하는 제1 각도를 샤프트에 대해 형성한다. 결과적으로, 오일 배출 경사부(23)의 이 영역은 가파른 프로파일을 갖는다. 이 영역에서 오일 배출 경사부(23)의 가파름은 무엇보다도 베어링 하우징에서 냉각 목적으로 제공된 수로(27)의 위치 설정에 기인한다.

오일 배출 경사부(23)의 약간 더 평탄한 영역은 샤프트(6)의 방향으로 오일 배출 경사부(23)의 이 가파른 영역에 인접한다. 이 약간 더 평탄한 영역은 30°내지 45°범위에 속하는 각도를 샤프트(6)에 대해 형성한다. 도 4에 도시된 파라미터 Y는 각각의 영역에서 오일 배출 경사부(23)의 가파름을 상징한다.

도 4에 도시된 파라미터 A는 샤프트(6)와 배출 경사부(23) 상의 샤프트에 가장 가까운 지점 사이의 거리이다.

도 4에 도시된 파라미터 C는 샤프트(6)와 샤프트(6)로부터 가장 먼 배출 경사부(23) 상의 지점 사이의 거리이다. 이 지점은 배출 경사부(23)와 오일 배출 채널(11)의 원통형으로 형성된 영역 사이의 계면을 형성한다.

위에서 언급한 파라미터 F, Y, A 및 C는 윤활유의 개선된, 특히 가속화된 배출 및 또한 샤프트 아래의 확대된 하우징 체적에 도움이 되므로, 그 높이가 샤프트(6)까지 상승되지 않고 작동 중에 가능한 많은 윤활유가 수용될 수 있다.

파라미터 Z는 샤프트(6)의 영역으로부터 편향 수단(14)의 방향으로 기름막이 요소(10)에 의해 윤활유가 자유롭게 분사되는 윤활유의 분사 각도를 나타낸다. 또한, 도 4로부터, 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 모두는, 분사된 윤활유가 밀봉부의 방향으로 축방향으로 분사되거나 안내되지 않고 밀봉부의 반대 방향으로 축방향으로 분사되거나 안내되는 방식으로 형성된다는 것이 명백하다. 분사 각도는, 분사된 윤활유가 밀봉부로부터 가능한 한 멀리 이송될 수 있도록, 가능한 한 작게 유지되어야 한다.

파라미터 X 및 E는 베어링 하우징의 분사 원추를 정의하여, 샤프트(6)의 영역으로부터 분사된 윤활유를 분사 각도 Z로 편향시키고 윤활유를 밀봉부의 반대 방향으로 베어링 하우징으로 후방으로 이송한다. 이를 위해, 분사 각도 Z, 원추 각도 X, 편향 원추의 길이 E 및 또한 주변 기하형상은 윤활유가 샤프트(6)의 영역으로부터 편향 원추로 자유롭게 분사될 수 있는 방식으로 구성되어야 한다.

파라미터 J는 샤프트에 가장 가까운 편향 원추의 지점으로부터 샤프트(6)의 거리를 나타낸다. 이 거리는, 편향 원추와 조우한 후에 분무되는 윤활유가 가능한 한 밀봉부로부터 멀리 위치되도록, 가능한 한 커야 한다.

더욱이, 편향 원추(14)로부터 멀리 이송된 윤활유가 밀봉 영역으로 역류하는 것을 방지하는 수집 채널(16)이 도 4에 예시되어 있다.

또한, 스크린의 역할을 하고 샤프트(6) 아래의 영역에서 가스 밀봉부(13)의 영역을 분사 오일로부터 차폐하는 밀봉부(24)가 도 4에 도시되어 있다.

파라미터 G는 레디얼 베어링의 포획된 오일 댐퍼 간극의 스크린을 예시하고, G는 레디얼 베어링의 외경 H보다 작도록 선택된다. 이 방식으로, 레디얼 베어링 외부 윤활 간극으로부터의 윤활유를 사용한 샤프트 밀봉부 반경방향 간극의 직접 주입이 방지된다.

파라미터 B는 수집 챔버를 나타낸다. 상기 수집 챔버는 가능한 가장 큰 치수를 가져야 하지만 생산상의 이유로 D/2 - 여기서 D는 샤프트(6)의 직경 임 - 보다 작은 크기로 제한되어야 한다.

더욱이, 직경의 도약이 도 4에 예시되어 있다. 파라미터 G는 G에서 반경방향 간극으로부터 윤활유를 사용하여 H에서 반경방향 간극의 임의의 직접 주입을 감소시키기 위해 파라미터 H보다 실질적으로 작도록 실질적으로 선택된다. D는 차례로 H보다 크도록 선택되어, 윤활유에 직경 증가로 인한 추가 장애물이 제공되고 D가 상류 수집 챔버(B)로 샤프트 상의 출구측 상의 분사 에지의 역할을 할 수 있다.

다음 수학식이 유리하게 적용된다:

- F/D > 0.7, 여기서, F는 오일 배출 채널(23)의 원통형으로 구성된 영역의 직경이고 D는 샤프트(6)의 직경이고;

- (A + C)/D > 2.7, 여기서, A는 샤프트(6)로부터 오일 배출 개구로부터 떨어진 오일 배출 경사부의 단부의 거리이고, C는 샤프트(6)로부터 오일 배출 개구에 더 가까운 오일 배출 경사부(23)의 단부의 거리이고, D는 샤프트의 직경이며,

- G/H < 1, 여기서, G는 포획된 오일 댐퍼 간극의 스크린이고 H는 레디얼 베어링의 외경이고,

- H/D < 1, 여기서, H는 레디얼 베어링의 외경이고 D는 샤프트의 직경이며,

- B/D > 0.2, 여기서, B는 수집 챔버의 높이이고 D는 샤프트(6)의 직경이고,

- X/Z < 1, 여기서, X는 샤프트(6)와 편향 원추 사이의 각도이고 Z는 편향 원추 방향으로 샤프트로부터의 윤활유의 분사 각도이며,

- (J + sin(X)·E)/D > 0.5, 여기서, J는 샤프트에 가까운 편향 원추의 단부의 거리이고, X는 샤프트와 편향 원추 사이의 각도이며, E는 편향 원추의 축방향 길이이고, D는 샤프트의 직경이다.

1 터보차저
2 압축기
3 압축기 휠
4 터빈
5 터빈 휠
6 샤프트
7 베어링 디바이스
8 베어링 하우징
9 레디얼 베어링
10 기름막이 요소
11 오일 배출 채널
12 오일 구획 챔버
13 가스 밀봉부
14 편향 수단
15 베어링 플랜지
16 수집 채널
17 벽 요소
18 베어링 하우징 벽
19 샤프트 숄더
20 분사 러그
21 베어링 플랜지의 리세스
22 베어링 하우징의 오일 배출 개구
23 오일 배출 경사부
24 오일 밀봉부
25 단차부
26 분사 채널
27 수로
P1 - P5 화살표

Claims

압축기(2)와 터빈(4) 사이에 배치되고 샤프트(6)를 지지하도록 설계된 베어링 디바이스(7)를 포함하는 터보차저(1)이며, 상기 베어링 디바이스(7)는 샤프트를 지지하기 위한 오일 윤활 베어링(9)이 배치된 베어링 하우징(8)을 가지며,
- 샤프트는 윤활유를 원심 분산시키기 위해 원주방향으로 연장되는 기름막이 요소(10)를 갖고,
- 베어링 하우징은 베어링 하우징(8)으로부터 윤활유를 배출하기 위한 오일 배출 채널(11)을 가지며,
- 베어링 하우징의 내부 영역은 샤프트와 베어링 하우징 사이에 배치된 밀봉부(13, 24)에 의해 밀봉되는 오일 구획 챔버(12)를 형성하고,
- 오일 구획 챔버는 편향 수단(14)을 갖고, 편향 수단은 터보차저의 작동 중에, 기름막이 요소에 의해 원심 분산된 윤활유가 편향 수단에 의해 편향되고 밀봉부의 반대 방향으로 안내되는 방식으로 형성되고,
- 오일 구획 챔버는, 터보차저의 작동 중에 기름막이 요소에 의해 원심 분산된 윤활유가 상기 기름막이 요소로부터 편향 수단으로 곧바로 전달될 수 있는 방식으로 기름막이 요소의 근방에 형성되고,
- 기름막이 요소(10)는 기름막이 요소로부터 멀리 분사된 윤활유가 반경방향 및 축방향 성분을 갖는 방식으로 형성되며, 축방향 성분은 밀봉부의 반대 방향으로 연장되는, 터보차저.
제1항에 있어서, 오일 구획 챔버는 베어링 하우징(15)에 연결된 베어링 플랜지(15)에 의해 기름막이 요소(10) 옆에 축방향으로 배치된 샤프트(6)의 일부에서 샤프트를 향해 획정되고, 편향 수단(14)으로부터 받는 윤활유를 인터셉트하기 위한 수집 채널(16)을 가지며, 수집 채널은, 편향 수단에 의해 전환된 윤활유가 밀봉부의 방향으로 역류하는 것을 방지하는 적어도 하나의 벽 요소(17)를 가지며, 터보차저가 작동 중일때 윤활유를 수집 채널(16)로부터 오일 배출 채널(11)로 안내하는 방식으로 형성되는, 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 수단(14)은 베어링 하우징 벽(18)의 일체화 구성요소인, 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 수단(14)은 오일 구획 챔버(12)에 삽입된 링인, 터보차저.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 편향 수단(14)은 원추형 설계를 갖는, 터보차저.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 편향 수단(14)은 원호형 설계를 갖는, 터보차저.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기름막이 요소(10)는 샤프트 숄더(19)인, 터보차저.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기름막이 요소(10)는 독립형 기름막이 디스크(20)인, 터보차저.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 구획 챔버(12)의 단면은 샤프트(6)로부터의 거리가 증가함에 따라 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서 확대되는, 터보차저.
제9항에 있어서, 오일 구획 챔버(12)의 단면은 샤프트(6)로부터의 거리가 증가함에 따라 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서 점증적으로 확대되는, 터보차저.
제9항 또는 제10항에 있어서, 기름막이 요소(10)와 편향 수단(14) 사이의 영역에서 오일 구획 챔버(12)의 단면의 확대는 적어도 부분적으로 베어링 플랜지(15)의 리세스(21)에 의해 형성되는, 터보차저.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 배출 채널(11)은 베어링 하우징(8)의 오일 배출 개구(22)의 영역에서 설계상 원통형이고, 이 원통형으로 형성된 영역과 샤프트(6) 사이에서, 샤프트(6)의 방향으로 비스듬하게 연장되는 오일 배출 경사부(23)를 가지며, 이 오일 배출 경사부를 통해 오일 배출 채널(11)은 샤프트(6)의 방향으로 넓어지는, 터보차저.
제12항에 있어서, 원통형으로 구성된 영역에 인접한 제1 경사부 영역에서, 오일 배출 경사부는 45°내지 80°범위에 속하는 제1 각도를 샤프트에 대해 형성하는, 터보차저.
제13항에 있어서, 제1 경사부 영역에 인접한 제2 경사부 영역에서, 오일 배출 경사부는 30°내지 45°범위에 속하는 제2 각도를 샤프트에 대해 형성하는, 터보차저.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트(6) 아래 영역에서 윤활유 분사로부터 밀봉부를 차폐하도록 배치된 스크린(24)을 갖는, 터보차저.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 터보차저의 샤프트(6)의 직경에 대한 오일 배출 채널(11)의 원통형으로 형성된 영역의 직경에 적용되고:
F/D > 0.7,
F는 오일 배출 채널의 원통형으로 구성된 영역의 직경이고 D는 터보차저 샤프트의 직경인, 터보차저.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 적용되고:
(A + C)/D > 2.7,
A는 샤프트로부터 오일 배출 개구로부터 떨어진 오일 배출 경사부의 단부의 거리이고, C는 샤프트로부터 오일 배출 개구에 더 가까운 오일 배출 경사부의 단부의 거리이며, D는 샤프트의 직경인, 터보차저.
제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 적용되고:
G/H < 1,
G는 포획된 오일 댐퍼 간극의 스크린이고 H는 터보차저의 레디얼 베어링의 외경인, 터보차저.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 적용되고:
H/D < 1,
H는 터보차저의 레디얼 베어링의 외경이고 D는 샤프트의 직경인, 터보차저.
제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 적용되고:
B/D > 0.2,
B는 수집 챔버의 높이이고 D는 샤프트의 직경인, 터보차저.
제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 적용되고:
X/Z < 1,
X는 샤프트와 편향 원추 사이의 각도이고 Z는 편향 원추 방향으로 샤프트로부터의 윤활유의 기름막이 각도인, 터보차저.
제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 수학식이 적용되고:
(J + sin(X)·E)/D > 0.5,
J는 샤프트에 가까운 편향 원추의 단부의 거리이고, X는 샤프트와 편향 원추 사이의 각도이며, E는 편향 원추의 축방향 길이이고, D는 샤프트의 직경인, 터보차저.