KR20170131492A

KR20170131492A - 오일 가이드를 구비한 오일 디플렉터

Info

Publication number: KR20170131492A
Application number: KR1020177028881A
Authority: KR
Inventors: 어윈 페리 엘우드; 알리산 카라마브룩; 다비데 페두토
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-11-29
Also published as: WO2016153963A1; US20180080455A1; US10539145B2; DE112016001408T5; CN107407161A; CN107407161B; JP2018512533A

Abstract

엔진 터보차저(10)는 오일 플린저(35)에 의해 상기 오일 디플렉터에 대해 추진되는 오일의 제어를 개선하기 위해 오일 가이드 특징부(70)를 조입하는 반경방향으로 배향된 오일 디플렉터(50)를 포함한다. 오일 디플렉터(50)는 스러스트 베어링 챔버로부터 오일 흐름을 유도하는 것을 돕기 위해 하방향으로 연장하는 설형부(60)를 포함한다. 설형부(60) 상에 형성된 특징부(70)는 엔진 오일 섬프 내의 다른 중력방향 오일 흐름을 강화한다. 특징부는 수직으로 배향되며, 디플렉터에 대해 축방향 및 회전방향으로 던져진 오일을 재유도하며, 이것은 스러스트 베어링 챔버로부터 오일의 더욱 효율적인 배출을 통해 개선된 피스톤 링 밀봉을 제공한다. 특징부는 완전 파괴면 리브로서, 또는 설형부의 표면으로부터 축방향으로 돌출하는 다른 반경방향 배향 플랜지로서, 스탬핑에 의해 형성될 수 있다. 이러한 플랜지는 예를 들어 용접에 의해 오일 디플렉터 설형부와 일체일 수 있거나, 그렇지 않으면 오일 디플렉터 설형부에 부착될 수 있다.

Description

오일 가이드를 구비한 오일 디플렉터

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 35 U.S.C. §119(e)에 의거하여 2015년 3월 26일 출원된 미국 가특허 출원 제62/138,480호의 우선권을 주장하는 PCT출원이다.

본 발명은 일반적으로 내연 기관 성능을 향상시키기 위해 사용되는 터보차저, 특히 터보차저 윤활유 밀봉부의 개선에 관한 것이다.

터보차저는 통상 흡기된 내연기관의 성능을 향상시키는 데 사용되고 있다. 이들은 일반적으로 엔진 출력을 높이고 배기 가스를 줄이며 연비를 향상시키는 배기 가스 터빈에 의해 구동되는 원심 압축기이다. 슈퍼차저와 같이 엔진에 의해 벨트 구동되는 것이 아니라, 전형적인 터보차저는 그의 출력을 위해 배기 에너지에만 의존하며, 따라서 슈퍼차저보다 훨씬 빠른 속도로 회전하도록 설계되고 있다.

만족스럽게 윤활하는 터보차저의 과제는 당업자들에게 잘 알려져 있다. 통상, 단일 샤프트는 배기 구동 터빈 휠을 압축기 휠에 연결한다. 샤프트는 그의 길이를 따라 한 쌍의 이격된 슬리브 베어링 내에서 축지되며, 스러스트 베어링을 지지하도록 구성된 압축기 휠 단부에 숄더를 구비한다. 스러스트 베어링 단부에서, 오일 플린저와 오일 디플렉터는 협력하여 작동하고, 오일의 부피를 디플렉터의 스러스트 베어링 측에 유지함으로써, 샤프트를 중심으로 고정된 피스톤 링으로부터 오일이 멀리서 구동하도록 설계된다. 이와 같이, 윤활유 밀봉 시스템은 일반적으로 피스톤 링을 통과하는 임의의 오일 누출을 회피하도록 설계되며, 즉 터보차저의 압축기 섹션에 들어가는 오일의 가능성을 최소화하도록 설계된다.

터보차저는 100,000 RPM 이상 회전할 수 있다. 특히 윤활 문제와 관련하여, 그의 수명을 연장하기 위해 많은 개선이 이루어지고 있다. 예를 들어, 일부 용도에서는 세라믹 베어링이 사용되고 있지만, 다른 분야에서는 오일 순환의 다양한 개선이 달성되고 있다. 그러나 포장 요구 사항이 터보차저를 포함한 언더 후드(under-the-hood) 구성요소에 할당된 물리적 공간을 계속 감소시킴에 따라, 터빈차저 오일 밀봉 시스템의 지속적인 효과를 보장하기 위해 오일 플린저 및 오일 디플렉터 구성 요소와 관련된 추가적인 개선이 필요하다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 엔진 터보차저는 오일 플린저와, 상기 오일 플린저로부터 이격된 반경방향 배향 오일 디플렉터를 포함하며, 상기 터보차저는 디플렉터에 의해 차폐되도록 적합화된 피스톤 링 밀봉부를 갖는다. 디플렉터는 관련 엔진 섬프내로 오일을 유도하도록 구성된 하방향으로 늘어지는 설형부(tongue)를 포함한다. 오일 디플렉터 설형부 상에 형성된 축 방향 돌출 오일 가이드 특징부는 오일 플린저에 의해 오일 디플렉터에 대해 추진되는 오일의 제어를 향상시키고, 오일 가이드 특징부는 엔진 섬프 내로 오일의 중력 운동을 높이도록 구성된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 오일 디플렉터는 오일 플린저로부터 축 방향으로 이격된 환형 배플부를 가지며, 오일 디플렉터 설형부 상의 오일 가이드 특징부는 오일 디플렉터의 배플부로부터 수용된 난류 오일을 유도하기 위한 오일 디플렉터 설형부의 면으로부터 축방향으로 상승된 하방향 배향 리브에 의해 획정된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 오일 디플렉터 설형부 상의 오일 가이드 특징부는 오일 디플렉터의 배플부로부터 수용된 오일을 유도하기 위해 오일 디플렉터 설형부의 면으로부터 축방향으로 상승된 하방향 비대칭 배향 플랜지에 의해 획정된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 배플부는 오일 플린저로부터 난류 오일을 수용하고, 제어된 경로를 따라 오일을 오일 디플렉터 설형부로 재유도하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 엔진 터보차저 내에서 작동하도록 구성된 오일 디플렉터는 축 방향으로 연장하는 회전 베어링 샤프트에 근접하여 터보차저 하우징에 고정되도록 구성된 반경 방향으로 연장하는 배플부를 포함한다. 상기 오일 디플렉터는 배플부로부터 하방향으로 늘어지는 설형부, 및 배플부로부터의 오일의 중력 흐름을 상기 설형부에 걸쳐 하방향으로 높이기 위해 설형부 상에 형성된 오일 가이드 특징부를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 엔진 터보차저에서의 작동을 위한 오일 디플렉터를 제조하는 방법은 축 방향으로 연장하는 베어링 샤프트를 중심으로 고정되도록 구성된 반경 방향으로 연장하는 배플부를 형성하는 단계, 상기 배플부 상에 설형부를 형성하여, 상기 배플부로부터 하방향으로 늘어지도록 하는 단계, 및 상기 설형부 상에 오일 가이드 특징부를 형성하여, 배플부로부터 설형부의 하방향으로 오일의 중력 흐름을 증가시키는 단계를 포함한다.

이들 및 다른 양상들 및 특징들은 이하의 도면들과 관련하여 이하의 상세한 설명을 읽을 때 더 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 오일 디플렉터를 조입할 수 있는 유형의 터보차저의 단면도이다.
도 2는 도 1의 터보챠저의 확대 부분의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 오일 디플렉터의 일 실시형태의 일부의 사시도이다.
도 3a는 도 3의 실시형태예의 오일 가이드 특징부의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 오일 디플렉터의 제2 실시형태의 일부의 사시도이다.
도 4a는 도 4의 실시형태의 오일 가이드 특징부의 부분 사시도이다.
도면들에 도시되고 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 본 개시의 다양한 예시적인 실시형태는 수정 및 대체 구성에 영향을 받기 쉽다. 이와 같이, 다수의 균등한 구성이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있다.

이하의 설명은 2개의 실시형태만 구체적으로 설명하고 있지만, 제시된 각 실시형태는 단지 예시적인 것으로 의도된다. 본 개시에 따라 구현될 수 있는 수많은 대안적인 실시형태가 본 명세서에서 설명되어 있지 않으며, 첨부된 청구 범위의 범주내에 포함될 수 있다. 또한, 청구범위에 기재된 용어 중 어느 것도 암시적으로 또는 다른 방법으로 한정하는 것을 의도하지 않는다.

먼저 도 1을 참조하면, 터보차저(10)는 일반적으로 관련하는 엔진(도시되지 않음)에 고정하기 위한 적어도 한 쌍의 장착 커넥터(6 및 8)를 포함한다. 터보차저(10)는 한 단부에 터빈 하우징(12), 반대 단부에 압축기 하우징(14), 및 터빈과 압축기 하우징(12, 14)의 중간에 위치되고, 이들 각각에 볼트 고정된 베어링 하우징(16)을 포함한다.

터빈 하우징(12)은 엔진 매니폴드(도시되지 않음)로부터 고 에너지 배기 가스를 수용하기 위한 통로를 포함한다. 당업자들은 배기 가스가 터보차저 기술 분야에서 통상적인 것처럼 터빈 하우징(12) 내에서 회전하도록 장착된 터빈 휠(20)로 유도된다는 것을 이해할 것이다.

터빈 휠(20)은 터빈 하우징(12)으로부터 베어링 하우징(16)을 통해 압축기 하우징(14) 내로 연장하는 회전 가능한 샤프트(22)의 일 단부에 견고하게 고정된다. 샤프트(22)의 반대측 단부에는, 흡기구(27)를 통해 압축기 하우징(14) 내로 수용되는 대기를 화살표(25)로 나타낸 바와 같이 대기를 압축하도록 구성된 압축기 휠(24)이 고정된다. 대기(25)는 압축 공기 출구(28)를 통해 엔진으로 배출하기 전에 종래의 방식으로 환형 통로(26) 내에서 압축된다. 이와 같이, 당업자는 대기(25)의 압축을 위한 실제 터보차저 출력이 터빈 휠(20)에서 개시되고, 터빈 휠(20)은 엔진 매니폴드로부터 수용된 배기가스의 에너지를 통해 샤프트(22)를 회전시킨다는 것을 이해할 것이다.

도 2를 참조하면, 샤프트(22)는 축 "a-a"를 중심으로 회전하기 위한 한 쌍의 이격된 슬리브 또는 소위 "저널" 베어링(30 및 32)에 의해 지지된다. 압축기 하우징(14)과의 계면 부근에서 베어링 하우징(16) 내에서, 터보차저(10)의 정상 작동 중에 압축기 휠(24)에 작용하는 높은 부스트 압력 및 스러스트 하중을 수용하도록 구성된 반경방향 배향 스러스트 베어링(34)이 있다.

스러스트 베어링의 근방에는, 그와 함께 회전하기 위해 슬리브(36)를 통해 샤프트(22)에 슬리브된 오일 플린저(35)가 있다. 개시된 바와 같이, 오일 플린저(35) 및 슬리브(36)는 단일의 부품 또는 구성 요소로서 형성된다. 압축기 휠(24)과 플린저(35) 사이에는 베어링 하우징(16)에 원주 방향으로 고정되고, 그에 대하여 O-링(39)에 의해 밀봉되어 있는 비회전식 스러스트 베어링 인서트(38)가 배치된다.

터보차저의 당업자들은 고압 오일이 오일 입구(40)로 들어간다는 것을 이해할 것이다. 오일의 일부는 통로(42)를 통해 슬리브 베어링(30 및 32)으로 이동하는 반면, 밸런스는 통로(44)를 통해 스러스트 베어링(34)으로 이동한다. 전술한 바와 같이, 스러스트 베어링(34)은 압축기 하우징(14) 내에서 압축기 휠(24)에 의해 발생되는 하중을 대응해야 한다. 이 목적을 위해, 샤프트(22)는 베어링의 스러스트 하중을 수용하는 스러스트 와셔(48)를 지지하는 숄더(46)를 포함한다. 플린저 슬리브(36) 및 스러스트 와셔(48)는 양축 방향으로의 스러스트 하중을 수용하도록 구성된 스러스트 베어링(48)을 중심으로 칼라를 형성한다.

플린저 슬리브(36)와 스러스트 베어링 인서트(38) 사이에 반경 방향으로 삽입된 한 쌍의 축 방향으로 이격된 피스톤 링(49)은 스러스트 베어링 오일 챔버 (54)로부터 베어링 인서트(38)와 압축기 휠(24) 사이의 계면까지의 고압 오일의 이동을 최소화하도록 구성된다. 이러한 배치는 압축기 하우징(14)으로부터 오일을 출입시키는 최종적인 목적을 달성하는 것을 의도한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 비회전식 오일 디플렉터(50)는 스러스트 베어링 인서트(38)와 플린저(35)(둘 다 도 2에만 도시됨) 사이에서 베어링 하우징(16)에 축 방향으로 고정된다. 오일 디플렉터(50)는 스러스트 베어링(34)을 지나서 플린저(35)에 도달하는 임의의 오일을 수용하도록 구성된다. 이러한 오일의 양은 최소한으로 억제하도록 의도하고 있지만, 주로 엄격한 공차(tolerance)에 의해 제어되는 바와 같이, 회전 플린저(35)는 그의 중력 복귀를 위해(도 2의 복귀 화살표(52) 참조), 오일 배출구(56)를 통해, 그리고 관련 엔진(어느 것도 도시 안 됨)의 오일 섬프 내로 오일 디플렉터(50)에 회전 가능하게 힘을 가하거나 밀어낸다. 이 목적을 위해, 오일 디플렉터(50)는 샤프트(22)를 둘러싸는 환형 배플부(58)로부터 하방으로 경사한 설형부(60)를 포함한다. 설형부(60) 및 그의 오일 수용면(72)은 도 2에 나타낸 오일 디플렉터의 단지 두 부분이다.

구체적으로 도 3 및 도 3a를 참조하면, 반경 방향으로 연장하는 환형 배플부(58)는 화살표(62)로 나타내는 패턴으로 플린저(35)로부터 압출된 오일을 물리적으로 수용하여, 회전하는 플린저(35)로부터 수용될 때 오일이 이동하는 일반적인 원형 경로를 반사시킨다. 배플부(58)로부터 설형부(60)로 전달된 오일 상의 중력은 오일을 설형부로부터 섬프로 효과적으로 하향 압박하기에 불충분할 수 있으며, 설형부(60)는 도시된 바와 같이 오일 가이드 특징부(70)를 포함한다. 배플부(58) 상의 원주 방향으로 이격된 탭(74)의 축 방향으로 연장하는 것은 오일 디플렉터(50)가 베어링 하우징(16)에 위치 결정하는 것을 용이하게 한다.

도 3a는 도시된 바와 같이 설형부(60)의 면(72)으로부터 축방향으로 돌출되거나 상승되는 반경 방향 배향 리브(71)에 의해 획정되는 오일 가이드 특징부(70)의 확대 부분을 나타낸다. 따라서, 돌출된 리브(71)는 설형부(60) 상에 수용된 오일의 난류 전단 작용을 정지시키거나 또는 적어도 붕괴시켜 오일을 섬프 쪽으로 더 강력하게 가압하도록 구성된다. 리브는 난류 오일 흐름을 더욱 원활하게 섬프에 이행시키기 위해 수직 방향에서 약간 각도를 가질 수 있다. 이와 같이, 리브(71)는 직각의 수직 하향 배향을 갖기보다는 비대칭으로 배향될 수 있다. 리브(71)는 금속 가공 분야의 업자에게 이해되는 바와 같이 스탬핑 또는 다른 수단을 통해 면(72)에 형성할 수 있다.

도 4를 참조하면, 오일 디플렉터(50')는 특징부(70')의 대체 실시형태를 나타낸다. 대체 특징부(70')는 설형부(60')의 다른 평평한 면(72')으로부터 상방으로 향하여 타브(tab)된 스탬프 부착 플랜지 부분으로 형성될 수 있으며, 플랜지의 이러한 형성으로 인한 갭을 나타낸다. 대안적으로, 이러한 플랜지 부분은 설형부(60')에 별개의 부재로서 용접되어, 설형부(60')의 면(72')을 따라 오일의 난류를 방해하도록 구성된 축 방향으로 돌출한 구조를 제공하는 관점에서 효율적으로 오일을 오일 섬프로 복귀할 수 있다.

마지막으로, 베어링 하우징을 갖는 엔진 터보차저에서 작동하기 위한 오일 디플렉터를 제조하는 방법은, 축 방향으로 연장하는 회전 베어링 샤프트를 중심으로 베어링 하우징에 고정되도록 구성된 반경방향으로 연장된 환형 배플부를 형성하는 단계, 배플 부분 상에 일반적으로 평평한 설형부를 형성하여 배플 부분으로부터 하방향으로 늘어지도록 하는 단계, 및 설형부 상에 오일 가이드 특징부를 형성하여 배플 부분으로부터 설형부 위로 하방향으로 오일의 중력 흐름을 증가시키는 단계를 포함한다.

상기 방법은 설형부의 면상에 축방향으로 상승된 부분에 의해 한정된 수직 또는 비대칭으로 배향된 반경 방향으로 돌출된 프로파일 중 하나를 갖는 리브로서 형성된 오일 가이드 특징부를 더 포함할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 섬프로부터 그리고 섬프로 재순환되도록 설계된 고압 오일을 사용할 수 있는 산업용 엔진을 비롯한, 차량 엔진 또는 비-차량 엔진용 터보차저에 적용 가능하다.

본 명세서에서는 2개의 작동 오일 디플렉터 실시형태만 도시되고 설명되어 있지만, 대체의 실시형태는 본 개시에 따라 재순환 오일을 섬프에 보다 효율적으로 반환하도록 제공될 수 있다.

Claims

회전식 오일 플린저(35) 및 비회전식 오일 디플렉터(50)를 포함하는 엔진 터보차저(10)에 있어서, 상기 터보차저는 오일 디플렉터(50)에 의해 차폐되도록 적합화된 피스톤 링 밀봉부를 가지며, 상기 오일 디플렉터는 오일을 엔진 섬프 내로 유도하도록 구성된 수직 하방향으로 늘어진 설형부(60)를 갖는 환형 배플부(58)를 포함하며; 상기 오일 디플렉터(50)는,
상기 오일 플린저(35)에 의해 상기 오일 디플렉터(50)에 대해 추진되는 오일의 제어를 개선하기 위해 상기 오일 디플렉터 설형부(60) 상에 형성된 반경 방향으로 배향된 축방향으로 돌출한 오일 가이드 특징부(70)를 포함하며, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 엔진 섬프 내로 오일의 중력 운동을 높이도록 구성되는, 엔진 터보차저(10).
제1항에 있어서, 오일 디플렉터(50)를 비회전식으로 지지하는 베어링 하우징(16)을 더 포함하며;
상기 회전식 오일 플린저(35)는 터보차저(10)의 회전축(22)에 고정되고, 상기 비-회전식 오일 디플렉터(50)는 회전축(22)으로부터 반경 방향으로 이격되도록 구성되는, 엔진 터보차저(10).
제1항에 있어서, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 설형부(60)의 면(72) 상에 수직 배향되는, 엔진 터보차저(10).
제1항에 있어서, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 설형부(60)의 면 (72) 상에서 비대칭으로 배향되는, 엔진 터보차저(10).
제1항에 있어서, 상기 오일 디플렉터 설형부(60)는 면(72)을 가지며, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 오일 디플렉터(50)의 배플부(58)로부터 수용된 난류 오일을 유도하기 위해 오일 디플렉터 설형부(60)의 상기 면(72)으로부터 축 방향으로 상승된 하방향 배향 리브(71)인, 엔진 터보차저(10).
제1항에 있어서, 상기 오일 디플렉터 설형부(60)는 면(72)을 가지며, 상기 가이드 특징부(70)는 오일 디플렉터(50)의 배플부(58)로부터 수용된 난류 오일을 유도하기 위해 오일 디플렉터 설형부(60)의 면(72)으로부터 축방향으로 연장하는 하방향 배향 플랜지(70')인, 엔진 터보차저(10).
제5항에 있어서, 상기 리브(71)는 스탬핑에 의해 형성되는, 엔진 터보차저(10).
제5항에 있어서, 상기 플랜지(70')는 스탬핑에 의해 형성되는, 엔진 터보차저(10).
제1항에 있어서, 상기 플랜지(70')는 용접에 의해 형성되는, 엔진 터보차저(10).
엔진 터보차저(10)용 오일 디플렉터(50)에 있어서, 상기 오일 디플렉터(50)는 배플부(58)로부터 하방향으로 늘어지는 설형부(60)를 구비하며, 상기 오일 디플렉터(50)는,
오일 플린저(35)에 의해 오일 디플렉터(50)에 대해 추진되는 오일의 개선된 제어를 위해 오일 디플렉터 설형부(60) 상에 형성된 반경 방향으로 배항된 축방향로 돌출한 오일 가이드 특징부(70)를 포함하며, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 엔진 섬프내로 오일의 중력 운동을 높이도록 구성되는, 오일 디플렉터(50).
제10항에 있어서, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 설형부(60) 상에 수직 방향으로 배향되는, 오일 디플렉터(50).
제10항에 있어서, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 설형부(60) 상에 비대칭으로 배향되는, 오일 디플렉터(50).
제10항에 있어서, 상기 오일 가이드 특징부는 리브(71)를 포함하는, 오일 디플렉터(50).
제13항에 있어서, 상기 오일 가이드 특징부(70)는 플랜지(70')를 포함하는, 오일 디플렉터(50).
엔진 터보차저(10)에서의 작동을 위한 오일 디플렉터(50)를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
축 방향으로 연장하는 베어링 샤프트(22)를 중심으로 베어링 하우징(16)에 고정되도록 구성된 반경 방향 연장 환형 배플부(58)를 형성하는 단계,
상기 배플부(58) 상에 일반적으로 평탄한 설형부(60)를 형성하여, 상기 배플부(58)로부터 하방향으로 늘어지도록 하는 단계, 및
상기 설형부(60) 상에 오일 가이드 특징부(70)를 형성하여, 배플부(58)로부터 설형부(60)의 하방향으로 오일의 중력 흐름을 증가시키는 단계를 포함하며,
상기 오일 가이드 특징부(70)는 설형부(60)에 축방향으로 상승된 부분에 의해 한정되는 비대칭으로 배향된 반경방향으로 돌출한 리브(71)를 포함하는, 오일 디플렉터(50)를 제조하는 방법.