KR20150013683A - 플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저 - Google Patents

플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저 Download PDF

Info

Publication number
KR20150013683A
KR20150013683A KR1020147033962A KR20147033962A KR20150013683A KR 20150013683 A KR20150013683 A KR 20150013683A KR 1020147033962 A KR1020147033962 A KR 1020147033962A KR 20147033962 A KR20147033962 A KR 20147033962A KR 20150013683 A KR20150013683 A KR 20150013683A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flange
insert
thrust bearing
helical vane
vane segments
Prior art date
Application number
KR1020147033962A
Other languages
English (en)
Inventor
데이비드 지. 그라봐스카
Original Assignee
보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 보르그워너 인코퍼레이티드 filed Critical 보르그워너 인코퍼레이티드
Publication of KR20150013683A publication Critical patent/KR20150013683A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/003—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by packing rings; Mechanical seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/14—Lubrication of pumps; Safety measures therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/28—Arrangement of seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/024—Units comprising pumps and their driving means the driving means being assisted by a power recovery turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/164—Sealings between relatively-moving surfaces the sealing action depending on movements; pressure difference, temperature or presence of leaking fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/70—Slinger plates or washers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

압축기 오일 씰은 터보차저의 압축기 휠 샤프트(11)와 동심으로 터보차저 하우징 공동(33)에 삽입되도록 구성되는 스러스트 베어링(59)을 포함한다. 인서트(360)가 스러스트 베어링(59)과 인접하게 공동(33)에 삽입되도록 구성되고, 스러스트 베어링(59) 및 인서트(360)는 그 사이에 오일 배수 공동(35)을 제공하도록 구성된다. 오일 씰은 또한 플린저 플랜지(382) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(383)을 구비한 오일 플린저(340)를 포함한다. 플린저 플랜지(382)는 스러스트 베어링(59)과 인서트(360) 사이에 연장된다. 복수의 나선형 베인 세그먼트들(74)이 플린저 플랜지(382) 주위에 원주방향으로 이격된다. 각각의 나선형 베인 세그먼트(74)는 제1 단부(372)에서 제2 단부(373)까지 아치형으로 연장된다. 나선형 베인 세그먼트들(74)은 플린저 플랜지(382)와 인서트(360) 사이에 배치된다. 나선형 베인 세그먼트들(74)은 인서트(360)에 형성된 요홈(363) 내로 연장될 수 있고, 요홈(363)은 적어도 하나의 토출구(370)를 포함할 수 있다.

Description

플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저{FLINGER OIL SEAL AND TURBOCHARGER INCORPORATING THE SAME}
본 발명은 플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저에 관한 것이다.
터보차저는 일종의 강제 흡기 시스템이다. 터보차저는 자연 흡기 구성에서 가능한 것보다 더 큰 밀도로 공기를 전달한다. 더 큰 공기 밀도는 더 많은 연료가 연소되게 하여, 엔진 중량을 현저히 증가시키지 않으면서 엔진 마력을 증폭시킨다. 큰 물리적 크기의 자연 흡기 엔진을 대체하는 작은 터보차지형 엔진이 차량의 질량을 감소시킬 것이며, 차량의 공기역학적 전방 면적을 감소시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 터보차저는 엔진 배기 매니폴드로부터의 배기가스 유동을 사용하여 터빈 휠(10)을 구동한다. 배기가스가 터빈 휠을 통과하고, 터빈 휠이 배기가스로부터 에너지를 추출하면, 소모된 배기가스는 터빈 하우징(미도시)을 빠져나간다. 터빈 휠에 의해 추출된 에너지는 회전 운동으로 전환되어, 이후 압축기 휠(32)을 구동한다. 압축기 휠은 공기를 터보차저로 끌어들이고, 이 공기를 압축하여, 엔진의 흡기측에 전달한다. 회전 조립체는 터빈 휠(10), 터빈 휠이 장착되는 샤프트(11), 압축기 휠(32), 플린저(40), 및 스러스트 구성요소들과 같은 주요 구성요소들로 이루어진다. 샤프트(11)는 엔진에 의해 통상적으로 제공되는 오일이 공급되는 유체동압 베어링 시스템(18) 상에서 회전한다. 오일은 오일 공급구(21)를 통해 전달되어, 저널 베어링과 스러스트 베어링 모두에 공급된다. 스러스트 베어링(59)은 터빈 하우징 및 압축기 하우징 내의 공기역학 특징부들에 대한 회전형 조립체의 축방향 위치를 제어한다. 저널 베어링과 어느 정도 유사한 방식으로, 스러스트 하중은 플린저(40)의 상보적인 축방향 대향 회전면들과 함께 작동하는 경사진 유체동압 베어링들에 의해 통상적으로 운반된다. 터보차저는 공동(33)을 구비한 하우징(20)을 포함한다. 스러스트 베어링(59) 및 인서트(60)가 공동 내에 배치되며, 오일 배수 공동(35)을 제공한다. 일단 사용되면, 오일은 베어링 하우징으로 배출되어, 엔진 크랭크케이스에 유체 연결된 오일 배수구(22)를 통해 빠져나간다.
터보차저 베어링 하우징 내부에서 터보차저의 압축기단 또는 터빈단까지의 가스 및 오일의 이동은 배기가스 발생에 기여하고 촉매를 파괴할 수 있으므로, 엔진 제조업자들은 이를 허용하지 않는다. 터보차저가 1950년대에 디젤 엔진에서 최초로 대량생산된 이래로, 터보차저 제조업자들은 베어링 하우징 공동과 터빈단 및/또는 압축기단 사이에 소통되지 않도록 가스 및 오일을 밀봉하기 위해 씰 링, 통상적으로 피스톤 링을 사용하고 있다.
종종 피스톤 링으로도 지칭되는 씰 링과 같은 씰 수단이 정적 베어링 하우징과 동적 회전 조립체(즉, 터빈 휠, 압축기 휠, 플린저, 및 샤프트) 사이에 밀봉을 형성하기 위해 터보차저 내에 일반적으로 사용되어, 베어링 하우징에서 압축기단 및 베어링단까지 및 그 역으로의 오일 및 가스의 이동을 제어한다.
도 2를 참조하면, 통상적인 씰 링(46, 47)은 플린저(40)의 홈 내에 부분적으로 배치되는 직사각형 단면을 가지며, 샤프트와 그 보어 사이에 부분적인 밀봉을 제공한다. 이러한 씰은 씰 전반의 조건에 따라 적어도 약간의 누출을 겪는다는 것이 당해 기술분야에 잘 알려져 있다. 플린저(40)는 오일을 이러한 씰들로부터 멀리 안내하는 데에 도움이 된다. 기존의 플린저 설계가 오일을 씰 링들로부터 멀리 유지하는 데에 효과적이지만, 배기가스 배출요건이 더욱더 엄격해짐에 따라, 여전히 개선의 여지가 있다.
본원에서는, 압축기 오일 씰이 제공된다. 하나의 예시적인 구현예에서, 오일 씰은 터보차저의 압축기 휠 샤프트와 동심으로 터보차저 하우징 공동에 삽입되도록 구성되는 스러스트 베어링을 포함한다. 인서트가 스러스트 베어링과 인접하게 공동에 삽입되도록 구성되고, 스러스트 베어링 및 인서트는 그 사이에 오일 배수 공동을 제공하도록 구성된다. 오일 씰은 또한 플린저 플랜지 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분을 구비한 오일 플린저를 포함한다. 플린저 플랜지는 스러스트 베어링과 인서트 사이에 연장되고, 슬리브 부분은 인서트의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어 내에 축방향으로 연장된다.
본원에 설명된 기술의 일 양상에서, 복수의 나선형 베인 세그먼트들이 플린저 플랜지 주위에 원주방향으로 이격된다. 각각의 나선형 베인은 제1 단부에서 제2 단부까지 아치형으로 연장된다. 나선형 베인 세그먼트들은 플린저 플랜지와 인서트 사이에 배치된다. 나선형 베인 세그먼트들은 인서트 내에 형성된 요홈 내로 연장될 수 있다. 요홈은 적어도 하나의 토출구를 포함할 수 있다.
본원에서는, 개시된 압축기 오일 씰을 포함하는 터보차저가 또한 고려된다. 일 구현예에서, 터보차저는 샤프트의 서로 반대편 단부들에 장착되는 압축기 휠 및 터빈 휠을 포함한다. 터보차저는 하우징을 포함하고, 하우징은 샤프트를 지지하며, 압축기 휠과 인접하게 형성된 공동을 포함한다. 스러스트 베어링 및 인접한 인서트가 공동 내에 배치된다. 터보차저는 플린저 플랜지 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분을 구비한 오일 플린저를 포함한다. 플린저 플랜지는 스러스트 베어링과 인서트 사이에 연장되고, 슬리브 부분은 인서트의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어 내에 축방향으로 연장된다. 복수의 나선형 베인 세그먼트들이 플린저 플랜지 주위에 원주방향으로 이격되며, 플린저 플랜지의 축방향 대향면에 배치된다.
개시된 기술의 일 양상에서, 나선형 베인 세그먼트들은 플린저 플랜지와 스러스트 베어링 사이에 위치한다. 본 기술의 다른 양상에서, 나선형 베인 세그먼트들은 플린저 플랜지와 인서트 사이에 위치한다. 각각의 나선형 베인은 제1 단부에서 제2 단부까지 아치형으로 연장되며, 제1 단부는 제2 단부가 위치하는 플린저 플랜지의 반경보다 작은 반경에 위치한다. 플린저는 또한 슬리브 부분 주위에 형성된 홈 내에 배치되는 씰 링을 포함할 수 있다.
플린저 오일 씰의 이러한 양상들 및 다른 양상들은 본원의 상세한 설명 및 도면을 검토한 후에 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명의 범주는, 주어진 주제가 배경기술에 언급된 임의의 쟁점 또는 모든 쟁점들을 다루는지 여부, 또는 주어진 주제가 이러한 발명의 내용에 언급된 임의의 특징들 또는 양상들을 포함하는지 여부에 의해 결정되는 것이 아니라, 제시된 바와 같은 청구범위에 의해 결정되어야 한다는 점을 이해해야 한다.
플린저 오일 씰의 바람직한 구현예를 포함하는 비제한적, 비포괄적 구현예들이 하기 도면을 참조하여 설명되고, 달리 명시되지 않는 한, 다양한 도면들에 걸쳐 유사한 도면부호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 통상적인 터보차저의 측단면도이다.
도 2는 통상적인 압축기-단부 밀봉 패키지의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 제1 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰의 부분 단면도이다.
도 4는 4-4 라인을 따른, 도 3에 도시된 씰의 단부 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 플린저 오일 씰의 부분 확대 단면도이다.
도 6a는 도 3 내지 도 5에 도시된 플린저 링의 부분 확대 단면도이다.
도 6b는 플린저의 진동을 나타내는, 도 6a에 도시된 플린저 링의 부분 확대 단면도이다.
도 7a는 제2 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰의 부분 단면도이다.
도 7b는 7B-7B 라인을 따른, 도 7a에 도시된 씰의 단부 단면도이다.
도 8은 제3 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰의 단부 단면도이다.
도 9a는 도 8에 도시된 플린저 오일 씰의 부분 확대 단면도이다.
도 9b는 9B-9B 라인을 따른, 도 9a에 도시된 씰의 단부 단면도이다.
도 10a는 제4 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰의 단면도이다.
도 10b는 10B-10B 라인을 따른, 도 10a에 도시된 씰의 단부 단면도이다.
도 11a는 제5 예시적인 구현예에 따른 나선형 베인 터빈 실드의 단면도이다.
도 11b는 도 11a에 도시된 나선형 베인 터빈 실드의 단부도이다.
구현예들은, 본 명세서의 일부를 형성하며 예로써 특정한 예시적인 구현예들을 나타내는 첨부 도면을 참조하여, 이하에 보다 상세히 설명된다. 이러한 구현예들은 당업자들이 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 개시된다. 그러나, 구현예들은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에 설명된 구현예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그러므로, 후술하는 상세한 설명은 제한적인 의미로 고려되지 않아야 한다. 도면에 터보차저의 모든 구성요소들이 도시되지는 않는다는 점과, 본 개시는 당해 기술분야에 알려진 다양한 터보차저 구성요소들의 사용을 고려하고 있다는 점을 이해해야 한다. 터보차저 구성은 당해 기술분야에 잘 공지되어 있고, 본 출원의 기술을 이해하기 위해 터보차저의 모든 구성요소의 자세한 설명이 필요하지는 않으며, 본 출원의 기술은 이에 충분히 설명되며 개시된다.
샤프트/휠 조립체는 정확히 베어링 하우징의 중심선을 중심으로 회전하지는 않는다. 샤프트/휠의 각각의 단부(터빈-단부 및 압축기-단부)는 독립적인 궤도를 그리며, 그 궤적이 반드시 베어링 하우징의 중심선 상에 있지는 않다. 이러한 궤도 외에도, 회전 조립체는 터빈-단부 저널 베어링의 대략 중심에 위치하는 일 지점(즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 터빈-단부 저널 베어링의 축방향 중심선(24)과 터보차저 중심선(1)의 교차점)을 중심으로 경사를 이룬다는 것이 밝혀져있다. 경사 중심점을 중심으로 압축기-단부 회전 구성요소들이 경사를 이루면, 접촉 가능성을 제한하기 위해 상보적인 구성요소들 사이에 약간의 (추가적인) 반경방향 및 축방향 간극이 필요하게 된다.
본원에서는, 회전 조립체의 궤도 운동을 이용하는 오일 씰이 개시된다. 일 구현예에서, 예컨대, 이는 각각의 베인이 플린저의 기하학적 회전축(1)과 동심을 갖도록 플린저의 축방향 대향면에 배치되는 일련의 링들 또는 베인들로 달성된다. 베인들은 인서트의 축방향 대향면에 제조된 상보적인 동축 홈 또는 요홈 내에서 회전한다. 정적 홈 내의 동적 링의 궤도 회전에 의해 갇힌 오일의 배출을 가능하게 하는 일련의 토출구들이 회전 플린저에 형성되어, 상기 오일이 씰 링들을 향해 이동하는 것을 방지한다.
도 3 내지 도 6b는 제1 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰을 도시한다. 오일 씰은 플린저(140) 및 대응하는 인서트(160)를 포함한다. 플린저(140)는 플린저 플랜지(182) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(183)을 포함한다. 플린저 플랜지(182)는 스러스트 베어링(59)과 인서트(160) 사이에 연장된다. 슬리브 부분(183)은 인서트(160)의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어(185) 내에 축방향으로 연장된다. 플린저(140)는 샤프트(11)와 동심으로 플린저 플랜지(182)에 배치되는 복수의 링들(78)을 포함한다. 도 5를 참조하면, 각각의 링(78)은 인서트(160)에 형성된 상보적인 홈(64)에 끼워맞춤된다. 각각의 홈(64)은 반경방향 대향면들(62) 및 하나의 축방향 대향면(66)을 포함한다(도 6a 및 도 6b 참조). 각각의 링(78)은 하나의 축방향 대향 단부면(75) 및 2개의 반경방향 대향 측벽들(76)을 포함한다. 플린저(140)는 또한 각각의 링(78)의 내부 모서리로부터 연장되는 오일 토출구들(70)을 포함한다. 토출구들(70)은 인서트(160)와 플린저(140) 사이의 체적을 플린저의 터빈측 면과 스러스트 베어링(59) 사이의 개방 체적에 유체 결합시킨다. 플린저가 회전 중에 진동하기 때문에, 링들(78)의 상보적인 면들과 이들이 존재하는 홈들(64) 사이에 펌핑 작용이 발생하여, 플린저와 인서트 사이의 체적에 들어간 오일을 복수의 오일 토출구들(70)을 통해 씰 링들(46, 47)로부터 멀어지게 한다. 각각의 오일 토출구(70)는 플린저(140)의 외경쪽으로 각지게 형성되므로, 토출구(70) 내의 오일(80)에 원심력이 작용하여, 오일(80)을 토출구로부터 제거하는 데에 도움이 된다.
도 6a 및 도 6b를 비교하면, 터빈-단부 저널 베어링 주위의 진동은 반경방향 대향면들(76)과 상보적인 반경방향 대향면들(62)사이의 간격이 주기적으로 늘어나거나 줄어들게 한다. 이러한 기계적인 작용으로 인한 더 많은 간극을 제공하기 위해 그리고 제조 용이성을 보조하기 위해, 테이퍼가 링의 반경방향 대향면들(76)에 형성될 수 있다. 제조 공정에서, 링들(78)이 플린저 반경방향 대향면에 부분적으로 또는 전체적으로 "압인 가공(coined)"될 수 있다는 것을 가정한다. 인서트의 홈들(64)의 반경방향 대향 측벽들(62)에도 유사한 테이퍼가 구비될 수 있다.
제1 구현예의 링들(78)은 완전한 원(360°)을 한정하는 것으로 도시되어 있지만, 링들은 개별 베인들을 형성하도록 분할될 수 있고, 이들은 홈 내의 베인들의 진동 회전에 의해 국부적으로 가압된 오일이 보다 빠르게 씰 링들로부터 멀리 벗어나게 하여, 씰 메커니즘의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 구현예는 복수의 링들 및 상보적인 인서트 홈들을 구비한 것으로 도면에 도시되어 있지만, 단일 링/홈 배치가 고려된다. 게다가, 링들 및 홈들은 인서트와 플린저 사이에서 바뀔 수 있다. 구체적으로, 홈들이 플린저에 형성될 수 있고, 링들이 인서트에 배치될 수 있다. 이 경우, 오일이 시스템으로부터 원심력에 의해 배출되도록, 오일 토출구가 여전히 동적 구성요소(즉, 플린저)에 있는 것이 바람직할 것이다. 또한, 베인들이 인서트와 플린저 플랜지 사이에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 베인들은 플린저 플랜지와 스러스트 베어링 사이에 배치될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b는 제2 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰을 도시한다. 본 구현예에서, 나선형 베인(71)이 플린저(240)에 배치되며, 플린저(240)의 기하학적 회전축(1)을 중심으로 한다. 플린저(240)는 플린저 플랜지(282) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(283)을 포함한다. 플린저 플랜지(282)는 스러스트 베어링(59)과 인서트(260) 사이에 연장된다. 슬리브 부분(283)은 인서트(260)의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어(285) 내에 축방향으로 연장된다. 나선형 베인(71)은 인서트(260)에 형성된 단일 원통형 동심 요홈(77)에 끼워맞춤된다. 플린저(240)의 회전(도 7b의 시계방향)으로 인해, 나선형 베인(71)의 리딩 에지(72)는 씰 링들(46, 47)을 향하던 오일, 가스, 또는 고체의 유동을 회전 나선형 베인(71)의 반경방향 대향면 상으로 우회시키고, 이는 이후 상기 원하지 않는 오일, 가스, 또는 고체의 유동을 인서트의 오일 토출구들(270)을 통해 인서트의 반경방향 대향 내부 립(262)을 향해 및 인클로저의 외부로 안내한다.
제3 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰이 도 8 내지 도 9b에 도시되어 있으며, 플린저(340) 주위에 원주방향으로 이격되는 복수의 나선형 베인 세그먼트들(74)을 포함한다. 플린저(340)는 플린저 플랜지(382) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(383)을 포함한다. 플린저 플랜지(382)는 스러스트 베어링(59)과 인서트(360) 사이에 연장된다. 슬리브 부분(383)은 인서트(360)의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어(385) 내에 축방향으로 연장된다. 슬리브 부분(383)은 상응하는 씰 링들(46, 47)이 배치되는 한 쌍의 홈들(345, 348)을 포함한다.
플린저(340)의 회전(도 8 및 도 9b의 시계방향)으로 인해, 나선형 베인 세그먼트들(74)의 리딩 에지들(372)은 씰 링들(46, 47)을 향하던 오일, 가스, 또는 고체의 유동을 회전 나선형 베인 세그먼트들 상으로 우회시키고, 이들은 이후 상기 원하지 않는 오일, 가스, 또는 고체의 유동을 오일 토출구들(370)을 통해 인서트(360)에 형성된 요홈(363)의 반경방향 대향 내부 립(362)을 향해 및 요홈의 외부로 안내한다. 본 발명의 제2 구현예의 하나의 기다란 베인 대신 4개의 개별적인 베인들을 구비한 것의 이점은, 제2 구현예의 하나의 기다란 베인이 (플린저의 회전 중심점을 중심으로) 완전한 균형으로부터 그리 멀지 않은 반면, (비록 원주방향으로 90°간격이긴 하지만) 플린저의 동일한 장소에 반경방향으로 위치하는 4개의 동일한 베인들의 경우, 균형 관계가 중립적이라는 것이다. 예컨대, 리딩 에지(372) 및 트레일링 에지(373)의 반경방향 위치는 각각의 베인 세그먼트에 대해 동일한 반경 및 동일한 질량이다. 리딩 에지 또는 제1 단부(372)는 트레일링 에지 또는 제2 단부(373)보다 작은 반경에 위치한다. 나선형 베인 세그먼트들(74)이 각각 제1 및 제2 단부(372, 373) 사이에 아치형으로 연장된다는 것을 알 수 있다.
제4 예시적인 구현예에 따른 플린저 오일 씰이 도 10a 및 도 10b에 도시되어 있다. 본 구현예에서, 플린저(440)의 축방향 대향 플린저면(477)은 인서트(460)에 형성된 축방향 대향 인서트 요홈(463)에 대해 각도 A로 기울어져 있다. 플린저(440)가 장착되는 샤프트(11)의 중심선(1)에 대한 플린저(440)의 회전에 따라, 각진 플린저면(477)은 축방향으로 진동하여, 오일, 가스, 및 고체 물질에 작용하는 원심력에 더하여 펌핑 작용을 제공한다. 펌핑 작용에 의해 발생되는 주기적인 국부 압력은 토출구(470)를 통해 원하지 않는 물질(오일, 가스, 및 고체 물질)을 밀어내도록 작용하여, 상기 오일, 가스, 및 고체 물질이 씰 링들(46, 47)에 도달하는 것을 방지한다. 이러한 진동 플린저면(477)은 피스톤-프리(piston-free) 사판 또는 사판 펌프와 유사한 방식으로 작동한다. 진동면은 편평하지 않을 수 있고, 이 경우 이는 피스톤-프리 ??판일 수 있다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 제5 예시적인 구현예에서, 나선형 베인(90)이 터빈-단부 열 실드(504)에 구비된다. 터보차저의 터빈-단부에서, 터빈 휠(10)의 배면과 샤프트의 터빈-단부 사이에 위치하는 피스톤 링 보스(12)의 원통면에 피스톤 링(14)이 위치한다. 전술한 구현예들과는 정반대의 방식으로, 나선형 베인(90)은 열 실드(504)의 중심 및 씰 링(14)을 향해 증가된 압력을 제공하기 위해 트레일링 에지(573)의 직경보다 큰 직경의 리딩 에지(572)를 구비한다. 매칭된 세트의 회전 요소와 정적 요소 사이의 상호작용의 맥락에서 압력 및 유동 방향이 상이하지만, 베어링 하우징의 내부를 향한 정압 차동을 갖기 위한 로직은 베어링 하우징에서 압축기단 또는 터빈단까지 및 그에 따라 결국 배기 시스템 내부까지의 오일의 유동을 감소시키기 위해 일관적이다. 나선형 베인(90)은 터빈 열 실드를 구성하는 재료 내로 가압된다. 대부분의 터빈 열 실드들이 연속 스탬핑 공정을 이용하여 스탬핑되기 때문에, 스탬핑된 베인을 추가하는 것은 공구에 대한 비교적 간단한 수정이다.
따라서, 플린저 오일 씰이 예시적인 구현예들에 대해 어느 정도의 특수성을 가지고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 본원에 포함된 신규의 개념들로부터 벗어남 없이 예시적인 구현예들에 대한 수정 또는 변경이 이루어질 수 있도록, 종래 기술에 비추어 해석되는 하기 청구범위에 의해 한정된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 터보차저의 압축기 휠 샤프트(11)와 동심으로 터보차저 하우징 공동(33)에 삽입되도록 구성되는 스러스트 베어링(59);
    상기 스러스트 베어링(59)과 인접하게 상기 공동(33)에 삽입되도록 구성되는 인서트(360)로, 상기 스러스트 베어링(59) 및 상기 인서트(360)는 그 사이에 오일 배수 공동(35)을 제공하도록 구성되는 인서트(360);
    플린저 플랜지(382) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(383)을 포함하는 오일 플린저(340)로, 상기 플린저 플랜지(382)는 상기 스러스트 베어링(59)과 상기 인서트(360) 사이에 연장되고, 상기 슬리브 부분(383)은 상기 인서트(360)의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어(385) 내에 축방향으로 연장되는 오일 플린저(340); 및
    상기 플린저 플랜지(382) 주위에 원주방향으로 이격되는 복수의 나선형 베인 세그먼트들(74)을 포함하는 압축기 오일 씰.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나선형 베인 세그먼트들(74)은 상기 플린저 플랜지(382)와 상기 인서트(360) 사이에 배치되는, 압축기 오일 씰.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나선형 베인 세그먼트들(74)은 상기 인서트(360)에 형성된 요홈(363) 내로 연장되는, 압축기 오일 씰.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 요홈(363)은 적어도 하나의 토출구(370)를 포함하는, 압축기 오일 씰.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 나선형 베인 세그먼트(74)는 제1 단부(372)에서 제2 단부(373)까지 아치형으로 연장되는, 압축기 오일 씰.
  6. 샤프트(11)의 서로 반대편 단부들에 장착되는 압축기 휠(32) 및 터빈 휠(10);
    상기 샤프트(11)를 지지하며, 상기 압축기 휠(32)과 인접하게 형성된 공동(33)을 포함하는 하우징(20);
    상기 공동(33) 내에 배치되는 스러스트 베어링(59);
    상기 공동(33) 내에 배치되며, 상기 스러스트 베어링(59)과 인접한 인서트(360);
    플린저 플랜지(382) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(383)을 포함하는 오일 플린저(340)로, 상기 플린저 플랜지(382)는 상기 스러스트 베어링(59)과 상기 인서트(360) 사이에 연장되고, 상기 슬리브 부분(383)은 상기 인서트(360)의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어(385) 내에 축방향으로 연장되는 오일 플린저(340); 및
    상기 플린저 플랜지(382) 주위에 원주방향으로 이격되며, 상기 플린저 플랜지(382)의 축방향 대향면에 배치되는 복수의 나선형 베인 세그먼트들(74)을 포함하는 터보차저.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나선형 베인 세그먼트들(74)은 상기 플린저 플랜지(382)와 상기 스러스트 베어링(59) 사이에 위치하는, 터보차저.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 나선형 베인 세그먼트들(74)은 상기 플린저 플랜지(382)와 상기 인서트(360) 사이에 위치하는, 터보차저.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 나선형 베인 세그먼트들(74)은 상기 인서트(360)에 형성된 요홈(363) 내로 연장되는, 터보차저.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 요홈(363)은 적어도 하나의 토출구(370)를 포함하는, 터보차저.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 각각의 나선형 베인 세그먼트(74)는 제1 단부(372)에서 제2 단부(373)까지 아치형으로 연장되는, 터보차저.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단부(372)는 상기 제2 단부(373)가 위치하는 상기 플린저 플랜지(382)의 반경보다 작은 반경에 위치하는, 터보차저.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 슬리브 부분(383) 주위에 형성된 홈(345, 348) 내에 배치되는 씰 링(46, 47)을 더 포함하는 터보차저.
  14. 샤프트(11)의 서로 반대편 단부들에 장착되는 압축기 휠(32) 및 터빈 휠(10);
    상기 샤프트(11)를 지지하며, 상기 압축기 휠(32)과 인접하게 형성된 공동(33)을 포함하는 하우징(20);
    상기 공동(33) 내에 배치되는 스러스트 베어링(59);
    상기 공동(33) 내에 배치되며, 상기 스러스트 베어링(59)과 인접한 인서트(360);
    플린저 플랜지(382) 및 그로부터 연장되는 슬리브 부분(383)을 포함하는 오일 플린저(340)로, 상기 플린저 플랜지(382)는 상기 스러스트 베어링(59)과 상기 인서트(360) 사이에 연장되고, 상기 슬리브 부분(383)은 홈(345, 348)을 포함하며, 상기 인서트(360)의 중앙부를 통해 형성된 인서트 보어(385) 내에 축방향으로 연장되는 오일 플린저(340);
    상기 홈(345, 348) 내에 배치되는 씰 링(46, 47); 및
    상기 플린저 플랜지(382) 주위에 원주방향으로 이격되며, 상기 플린저 플랜지(382)의 축방향 대향면에 배치되는 복수의 나선형 베인 세그먼트들(74)로, 상기 각각의 나선형 베인 세그먼트(74)는 상기 플린저 플랜지(382)의 제1 반경에 위치하는 제1 단부(372)에서, 상기 제1 반경보다 큰, 상기 플린저 플랜지(382)의 제2 반경에 위치하는 제2 단부(373)까지 아치형으로 연장되는 복수의 나선형 베인 세그먼트들(74)을 포함하는 터보차저.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 나선형 베인 세그먼트들(74)은 상기 플린저 플랜지(382)와 상기 인서트(360) 사이에 위치하는, 터보차저.
KR1020147033962A 2012-05-16 2013-05-01 플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저 KR20150013683A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261647784P 2012-05-16 2012-05-16
US61/647,784 2012-05-16
PCT/US2013/038968 WO2013173054A1 (en) 2012-05-16 2013-05-01 Flinger oil seal and turbocharger incorporating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150013683A true KR20150013683A (ko) 2015-02-05

Family

ID=49584158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147033962A KR20150013683A (ko) 2012-05-16 2013-05-01 플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20150125263A1 (ko)
KR (1) KR20150013683A (ko)
CN (1) CN104271918A (ko)
DE (1) DE112013002029T5 (ko)
IN (1) IN2014DN09989A (ko)
RU (1) RU2014148095A (ko)
WO (1) WO2013173054A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106715936B (zh) * 2014-12-18 2019-09-27 三菱重工发动机和增压器株式会社 推力轴承的排油装置及包括其的涡轮增压器
US9163558B1 (en) * 2015-03-11 2015-10-20 Borgwarner Inc. Complex path design of the flinger and insert
CA3016603C (en) 2016-03-08 2022-05-17 Fluid Handling Llc Center bushing to balance axial forces in multi-stage pumps
CN106285923A (zh) * 2016-07-29 2017-01-04 中国北方发动机研究所(天津) 一种涡轮增压器密封甩油结构
DE102017202687A1 (de) * 2017-02-20 2018-08-23 BMTS Technology GmbH & Co. KG Lagergehäuse und ein Abgasturoblader mit einem solchen Gehäuse
US10848519B2 (en) 2017-10-12 2020-11-24 Charles River Analytics, Inc. Cyber vaccine and predictive-malware-defense methods and systems
GB2572162B (en) * 2018-03-20 2022-11-09 Cummins Ltd Bearing assembly for a turbomachine, and baffle element for the turbomachine
US10288081B1 (en) 2018-04-30 2019-05-14 PumpWorks, LLC Power end for a single-stage end suction centrifugal pump
US11078807B2 (en) * 2018-09-19 2021-08-03 Borgwarner Inc. Turbocharger and mating ring included therein
US11384772B2 (en) 2018-09-19 2022-07-12 Borgwarner Inc. Rotating machine and mating ring included therein
US11920605B2 (en) 2018-09-19 2024-03-05 Borgwarner Inc. Rotating machine and mating ring included therein
CN118030598B (zh) * 2024-04-11 2024-06-14 广东敏卓机电股份有限公司 一种转子油封结构及其风机

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4157834A (en) * 1978-03-20 1979-06-12 The Garrett Corporation Seal system
JPS57105523A (en) * 1980-12-24 1982-07-01 Nippon Soken Inc Supercharger for use in internal combustion engine
JPS59119026A (ja) * 1982-12-24 1984-07-10 Aisin Seiki Co Ltd タ−ボチヤ−ジヤ用シ−ル装置
JP2848027B2 (ja) * 1991-06-26 1999-01-20 トヨタ自動車株式会社 ターボチャージャ用オイルシールの構造
JP3924844B2 (ja) * 1997-05-30 2007-06-06 石川島播磨重工業株式会社 ターボチャージャのスラスト軸受構造
GB0108119D0 (en) * 2001-03-30 2001-05-23 Holset Engineering Co Oil control device
CN1392332A (zh) * 2002-08-01 2003-01-22 孙敏超 一种径流式或混流式涡轮增压器
CN2670604Y (zh) * 2003-09-19 2005-01-12 上海柴油机股份有限公司 增压器压气机端液体密封环离心密封结构
KR100861968B1 (ko) * 2004-10-19 2008-10-07 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 터보기계, 터보기계에 사용되는 컴프레서 임펠러, 및터보기계의 제조방법
DE502005004418D1 (de) * 2005-10-24 2008-07-24 Borgwarner Inc Turbolader
EP2066886B1 (en) * 2006-09-29 2013-05-15 BorgWarner Inc. Sealing system between bearing and compressor housing
CN201344061Y (zh) * 2008-12-31 2009-11-11 露笑集团有限公司 车用增压器的密封装置
DE102009005386A1 (de) * 2009-01-21 2010-07-22 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Ladeeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
CN201810353U (zh) * 2010-09-28 2011-04-27 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 一种前掠式轴封结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN104271918A (zh) 2015-01-07
RU2014148095A (ru) 2016-06-27
IN2014DN09989A (ko) 2015-08-14
US20150125263A1 (en) 2015-05-07
WO2013173054A1 (en) 2013-11-21
DE112013002029T5 (de) 2015-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20150013683A (ko) 플린저 오일 씰 및 이를 포함하는 터보차저
CN103688025B (zh) 废气增压器的转子
CN108825363B (zh) 轴向轴承安排
US4355850A (en) Bearing of a turbomachine
JP4524050B2 (ja) ターボチャージャー
JP2004068820A (ja) ターボチャージャ
CN105940229A (zh) 浮动衬套轴承装置以及具有该轴承装置的涡轮增压器
JP2002357273A (ja) オイル制御装置
US20090238689A1 (en) Shaft bearing assembly
JP2016525183A (ja) 線対称の供給キャビティを備えたターボ過給機パージシール
US6966746B2 (en) Bearing pressure balance apparatus
CN104718387A (zh) 用于轴颈轴承的端面油构造
US4383799A (en) Ring and groove contraction for assembling a turbocharger
CN107850120B (zh) 轴承结构以及增压器
KR20170131492A (ko) 오일 가이드를 구비한 오일 디플렉터
WO2014045935A1 (ja) 可変容量型過給機及び可変容量型過給機用ハウジングの製造方法
US20150330240A1 (en) Turbocharger outboard purge seal
WO2017026292A1 (ja) 軸受構造、および、過給機
CN104420899A (zh) 转子轴支承结构以及增压器
US6338614B1 (en) Turbocharger annular seal gland
US10393170B2 (en) Bearing structure and turbocharger
KR101617938B1 (ko) 방사류 압축기의 뒷공간을 밀봉하기 위한 중간벽
US20190128140A1 (en) Bearing device for an exhaust gas turbocharger, and exhaust gas turbocharger
KR101532439B1 (ko) 배기 가스 터보 과급기용 스러스트 베어링 시일
CN212615553U (zh) 轴承壳体、壳体组件和涡轮增压器

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid