KR0154104B1 - 개량된 로울러 베어링축의 지지부를 구비한 터보과급기 - Google Patents

개량된 로울러 베어링축의 지지부를 구비한 터보과급기

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KR0154104B1
KR0154104B1 KR1019920701395A KR920701395A KR0154104B1 KR 0154104 B1 KR0154104 B1 KR 0154104B1 KR 1019920701395 A KR1019920701395 A KR 1019920701395A KR 920701395 A KR920701395 A KR 920701395A KR 0154104 B1 KR0154104 B1 KR 0154104B1
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다니엘 알렌 구트크네에트
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제랄드 피. 루니
얼라이드 시그날 인코오퍼레이티드
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Abstract

배기 터보 과급기 하우징 및 하우징 내에서 압축기 휘일과 터빈 휘일을 회전 가능하게 지지하는 축을 포함하고 있다. 카트리지 보올 베어링 조립체는 하우징에 대하여 회전하기 위한 축을 지지하고 있으며, 베어링 외부링, 베어링 내부링, 및 외부링에 대하여 회전하기 위한 내부링을 지지하는 로울러 베어링 요소를 포함하고 있다.
내부링은 축방향으로 이격된 밀착 표면에 의해서 축상에 장착되며 그 길이는 축으로부터 베어링 조립체로의 열 전달을 최소로 하기 위하여 조절되며 조립체의 필요한 강성을 보장한다.

Description

개량된 로울러 베어링 축의 지지부를 구비한 터보과급기
본 발명은 자동차의 배기 터보 과급기에 관한 것이다.
이 터보 과급기를 개량하기 위하여, 진보된 터보 과급기의 설계는 터빈 휘일과 압축기 휘일이 장착되는 측을 지지하기 위한 구름 요소 베어링의 사용을 제안하고 있다.
축의 대향 끝을 지지하는 제어링의 내부링은 로우터 시스템의 높은 방사상 및 굽힘 강성을 제공하기 위하여 축에 직접 장착되어 있다.
베어링 링과 축 사이의 큰 표면적은 베어링이 축 그 자체의 온도와 대단히 가까운 온도에 도달하도록 하는 효과적인 열 전달 경계를 야기시킨다.
축이 터빈 휘일을 통하여 연통되는 배기 가스 때문에 고온에 도달하는 터빈 휘일에 직접 연결되므로, 베어링 내부링도 특히 터보 과급기의 압축기 부위를 통한 비교적 차가운 주위 온도의 유동을 차단하고 베어링을 통한 윤활 오일의 유동을 차단하는 엔진 작동 중리 직후에 고온에 도달한다.
따라서, 고온의 엔진 작동 중지 후 비회전 부분의 온도를 규제하기 위해서 물로 냉각하지만, 터빈 휘일로부터 베어링 내부링으로의 열 전달은 베어링 내부링의 온도가 고온이 되게 한다.
상기의 문제점은 고온 베어링 강과 큰 간극을 구비한 베어링 시스템을 사용함으로써 해결될 수 있다.
고온 베어링 강은 고가이며 큰 간극을 가진 베어링 시스템은 베어링의 손상없이 베어링 내부와 외부링 사이에 높은 온도 차를 허용하는 반면에 복잡하고 탄성적으로 탄력이 있는 유지 부재와 함께 예압을 필요로 한다.
베어링 예압을 제공하기 위하여 탄성적인 스프링 부재를 사용하고 큰 간극을 가진 대표적인 베어링 시스템은 미합중국 특허 공보 4,652,219 및 4,798,523호에 개시되어 있다.
본 발명을 비교적 저가의 베어링 재질을 사용하고 비교적 고온의 배기 가스를 발생시키는 내연 기관에서도 탄성 스프링 부재가 없는 베어링 시스템의 사용을 허용한다.
본 발명은 베어링 내부링의 내경의 대응 차이를 가진 단이진 축을 하용한다.
따라서, 베어링이 최종 조립 위치에 실제로 장착될 때까지 베어링과 축 사이에 간극이 존재하므로, 축상에 베어링의 조립은 쉽게 할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 장점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명으로 부터 명백하게 나타날 것이다.
제1도는 본 발면에 따른 제어링 조립체를 구비한 배기 터보 과급기의 단면도이며, 제2도는 제1도의 경계선 부분의 확대도이다.
도면을 참조하면, 배기 터빈 과급기는 통산 참조 번호 10으로 표시되고, 중앙 하우징(12), 볼트(16)에 의해서 중앙 하우징(12)에 체결된 터빈 하우징(14) 및 유지 링(20)에 의해서 터빈 하우징(14)으로부터 중앙 하우징(12)의 대향 끝에 체결된 압축기 하우징(18)을 포함하고 있다.
압축기 하우징(18)은 여과된 주위 공기원에 연결되는 입구(22) 및 엔진 도입 매니폴드에 연결되는 출구 볼류트(24)를 포함하고 있다.
터빈 하우징(14)은 배기 터보 과급기(10)가 사용되는 배기 매니폴드에 연결되는 입구 볼류트(26), 및 자동차의 배기 시스템에 연결되는 출구(28)를 포함하고 있다.
터빈 휘일(30)은 터빈 하우징(14)으로 뻗어있는 축(32)의 한 쪽 끝에 장착되어 있다. 터빈 휘일(30)은 볼류트(26)로부터 출구로 이동하는 배기 가스가 통과하여 터빈휘일의 회전을 달성하고 축(32)의 회전을 달성하는 터빈 블레이드(34)를 포함하고 있다.
종래의 보호판(36)은 터빈 휘일(30)과 중앙 하우징(12) 사이에 배치되어 그들 사이에서 열 전달을 차단한다.
압축기 휘일(38)은 터빈 휘일(30)이 장착되는 끝에 대향한 축(32)의 한 쪽 끝의 압축기 하우징(18)내에 장착되어 있다.
압축기 휘일(38)은 입구(22)와 연통되는 공기가 통과하는 블레이드(40)를 포함하고 있다. 압축기 휘일(38)의 회전은 공기를 압축하고 이 공기를 출구 볼류트(24)로 향하게 한다.
참조 번호 42로 통상 표시되는 베어링 카트리지는 중앙 하우징(12)의 일 부분인 베어링 캐리어(44) 내에서 축(32)을 회전 가능하게 장착한다.
중앙 하우징(12)은 엔진 냉각수를 중앙 하우징으로 운반하는 냉각수 통로(46)를 포함하고 있고, 또한 윤활유를 베어링 조립체(42)로 운반하는 오일 입구 통로 및 오링 배출 통로를 포함하고 있다.
축(32)은 터빈 휘일(30)이 장착되는 축(32)의 끝 근처에 있는 확대 직경부 또는 허브(52)를 포함하고 있다. 허브(52)는 터빈 시일(52)을 지지한다. 시일(56)은 압축기 하우징(18)으로의 누출을 방지하기 위하여 제공되어 있다.
제2도를 참조하면 베어링 조립체(42)는 베어링 캐리어(44)의 보어(60) 내에 수용되는 베어링 외부링(58)을 포함하고 있다.
베어링 외부링(58)은 원주 방향으로 이격된 종래의 제1 세트의 보올 베어링 요소(62)와 우너주 방향으로 이격되고 견고한 제2 세트의 보올 베어링 요소(64) 사이의 구조적 연결을 제공하는 차단된 견고한 부재이다.
종래의 보올 베어링 요소(62, 64)는 베어링 외부링(58) 상에서 종래의 베어링 내부링(66)을 회전 가능하게 지지한다.
도시된 바와 같이, 베어링 내부링(66)은 터보 과급기의 작동 중에 축으로 회전된다. 베어링 요소(62,64)는 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 종래의 보올 베어링 요소이다.
축(32)은 베어링 내부링(66)과 축(32) 사이의 높은 방사상 강성을 달성하기 위하여 경프레스 끼워맞춤으로써 베어링 내부링(66) 상의 대응 밀착 표면(74, 76, 78)과 맞물리는 밀착 표면(68, 70, 72)을 구비하고 있다.
밀착 표면은 축상의 밀착 표면(68, 70, 72)과 베어링 내부링(66)상의 밀착 표면(74, 76, 78) 사이의 경프레스 끼워맞춤을 하기위하여 매끄러운 다듬질로 정밀하게 기계 가공되어 있다. 베어링 내부링(66)이 80에서 부위(82, 84)로 분할되어 내부링(66) 상의 밀착 표면(76)이 부위(82, 84) 사이에서 분할 되지만 베어링 내부링(66)의 양부위 상의 밀착 표면 (76)이 축(32)상의 밀착 표면(70)과 맞물린다.
또한 축(32)은 밀착 표면(68, 70, 72) 사이에서 부위(86, 88)를 형성하고 있다. 이 중간 부위(86, 88)는 터빈 휘일(30)이 온도와 거의 동일하게 가열된 비교적 고온의 축(32)과 베어링 내부링(66) 사이의 열 전달을 지연시키기 위하여 단열재로 작용하고 또한 원주 방향으로 뻗어 있는 작은 공기갭(G)을 형성하도록 내부링(66)과 협동하고 있다.
밀착 표면(68,74)의 직경(D1)은 밀착 표면(70, 76)의 직경(D2)보다 더 크며, 이 직경(D2)은 밀착 표면(72,78)의 직경보다 순차적으로 더 크다.
따라서, 베어링 내부링(66)이 축(70)상에 설치되면, 증가된 간극 때문에 내부링(66)의 밀착 표면(74)은 직경(D2,D3)을 쉽게 통과하고 밀착 직경(74)이 밀착 직경 (68) 상에 설치될 때까지 저항이 발생되지 않는다.
마찬가지로, 밀착 직경(76)은 밀착 표면 (76)을 축 (76)의 밀착 표면(70) 위에 용이하게 설치하기 위하여 밀착 직경(72)를 쉽게 통과한다.
내부링(66)의 끝은 원주 방향으로 뻗어 있고 축 방향으로 돌출한 돌출부(90)을 구비하고 있고, 이 부분은 허브(52)와 축(32) 사이에 형성되어 원주 방향으로 뻗어 있고 방사상 방향으로 돌출한 돌출 표면 (92)을 구비하고 있다.
이 돌출부(90)는 공기 갭(A)이 돌출부(90)와 축(32) 사이에 제공되도록 내부링(66)의 끝을 카운터 보링함으로써 형성된다.
따라서 돌출부(90)와 돌출 표면(92) 사이의 접촉 면적은 최소화된다.
터빈 휘일(30)의 바로 근처에 있는 허브(52)는 가장 높은 온도로 가열되는 축(32)의 부분이다.
따라서, 축(32)으로 부터 내부링(66)으로 가능한 한 많은 전도에 의해서 열 전달을 억제하기 위하여 돌출부(90)와 돌출 표면(92) 사이의 접촉 면적을 최소로 하는 것이 바람직하지만, 이 접촉 면적은 휘일에 의해서 발휘되는 동적인 힘으로 축에 작용하는 모멘트가 방지되도록 내부링(66)이 끝이 축에(32)에 대하여 축방향으로 내부링(66)에 출분하게 위치시키기 위하여 허브(50)와 맞물리는 출분한 크기의 면적이다.
이 접촉 면적은 내부링(66)의 끝을 카운터 보링함으로써 정밀하게 제어될 수 있다.
더욱이, 밀착 직경(68)과 밀착 직경(74) 사이의 접촉 면적인 간격(1)은 정밀하게 제어될 수 있다.
이 밀착 표면이 허브(52)에 가장 가까우므로 밀착 표면(68)을 지지하는 축(32)의 부분은 밀착 표면(70 또는 72)을 지지하는 축부분 보다 더 고온으로 가열될 것이다. 따라서, 측으로부터 베어링 조립체로의 전도에 의한 열 전달을 최소로 하기 위하여, 밀찰 표면(68) 사이의 접촉 길이를 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 간격(1)은 조립체에 대한 충분한 방사상 강도를 제공하기 위하여 충분하게 길어야만 한다.
따라서, 밀차 직경(68)의 길이는 예컨대 표면 연삭 처리를 사용함으로써 제조된 축일 때 정밀하게 제어될 수 있다.
따라서 내부 치수이고 비교적 제어하기 어려운 밀착 표면의 길이는 이미 임계 치수를 벗어나 있다.
따라서 밀착 표면(74)은 내부링(66)의 끝을 카운터 보링함으로써 기계 가공될 수 있고 그 다음에 연삭 다듬질을 한다.
내부링(66)은 제조 및 축(32)상이 조립을 도모하기 위하여 80에서 분할된다.
문론 내부링(66)을 80에서 분할됨이 없이 단일로 제조한 것이 가능하다. 따라서 밀착 표면(70, 76)은 더이상 필요하지 않으며 제거될 수 있다.
따라서 단일로 이루어진 내부링(66)이 사용되면, 단지 밀착 표면(68, 74 및 72, 78)이 필요하다.

Claims (8)

  1. 하우징(12,14,18) 상기 하우징(12,14,18)내에서 한 쌍의 끝을 가진 축(32), 회전하기 위하여 상기 하우징(12,14,18) 내에서 축의 한쪽 끝에 장착된 압축기 휘일(38), 회전하기 위하여 상기 하우징(12,14,18) 내에서 축의 다른 쪽 끝에 장착된 터빈 휘일(30), 터빈 휘일이 축(32)을 회전시키기 위하여 또한 그 위에 장착된 압축기 휘일(38)이 압축기 휘일(38)을 통하여 연통된 공기를 압축시키기 위해 터빈 휘일(38)을 통하여 배기가스를 연통시키기 위한 수단, 하우징(12,14,18)에 대한 회전을 위하여 상기 축(32)에 장착되고, 베어링 외부링(58), 베어링 내부링(66), 및 베어링 외부링(58)을 베어링 내부링(66) 상에서 지지하는 보올 베어링 요소(62,64)로 이루어진 베어링 수단, 그리고 제1 세트의 상기 요소(62)와 상기 제1 세트(62)로 부터 축방향으로 이격된 제2 세트의 상기 요소를 가진 상기 보올 베어링 요소로 구성된 배기터보과급기에 있어서, 상기 베어링 외부링(58)은 상기 세트 사이의 축방향 공간을 성립하기 위하여 상기 제1 세트와 제2 세트 사이에 연속된 구조적 연결을 제공하는 견고한 연속 부재이며, 상기 내부링(66) 상에서 축방향으로 이격된 한 쌍의 밀착표면(74,78)은 상기 내부링(66)을 상기 축(32) 상에서 지지하기 위하여 대응 밀착 표면(68,72)과 맞물리며, 상기 내부링(66)상의 밀착 표면 중의 하나는 상기 내부링(66) 상의 다른 하나의 상기 밀착 표면의 직경보다 더 큰 직경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축(32)은 방사상 방향으로 돌출한 허브(52)를 포함하고 있으며, 내부링(66)의 한 쪽 끝은 허브(52)와 맞물림하기 위하여 방사상 방향으로 뻗어 있는 맞물림 표면을 형성하여 상기 축(32)에 대하여 상기 내부링(66)을 축방향으로 위치시키는 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 축(32) 상에서 축방향으로 이격된 상기 밀착 표면(68)중의 하나는 상기 허브(52)와 다른 하나의 밀착 표면(72) 사이에 위치되어 있으며, 상기 하나의 밀착 표면(68)의 직경은 다른 하나의 밀착 표면(72) 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 방사상 방향으로 뻗어 있는 상기 맞물림 표면은 상기 내부링(66)의 원주 방향으로 뻗어 있어 있고 축방향으로 돌출한 돌출부(90)상에 형성되어 있으며, 상기 내부링(66)이 상기 돌출부(90)는 원주 방향으로 뻗어 있는 공기 갭을 형성하기 위하여 상기 축(32)과 협동하고 있는 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링수단(42)은 한 쌍의 밀착 표면과 상기 축(32) 상의 대응 밀착 표면(70) 사이의 상기 내부링(66)상의 제3 밀착 표면(76)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 내부링(66)을 상기 제3 밀착 표면(76)에서 한 쌍의 부위(82, 84)로 분할되며, 각각의 상기 부위(82, 84)은 제3 밀착 표면(76)의 부분을 지지하고 상기 제3 밀착 표면(76)의 각각의 부분은 상기 축(32) 상의 상기 대응 밀착 표면과 맞물리는 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 밀착 표면(76)의 직경은 상기 다른 하나의 밀착 표면(78)의 직경보다 더 크며 그러나 상기 하나의 밀착 표면(74)의 직경보다는 작은 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 축(32)과 상기 내부링(66)은 상기 내부링의 한 쪽 끝(66)을 상기 축(32)에 대하여 축방향으로 위치시키기 위한 협동 수단을 포함하고 있으며 상기 하나의 밀차 표면은 상기 내부링(66)의 상기 하나 끝에 인접하여 있는 것을 특징으로 하는 배기터보과급기.
KR1019920701395A 1989-12-12 1990-05-07 개량된 로울러 베어링축의 지지부를 구비한 터보과급기 KR0154104B1 (ko)

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