KR100194781B1

KR100194781B1 - 디젤엔진의 흡,배기와 연료분사 시기 조정장치

Info

Publication number: KR100194781B1
Application number: KR1019960007509A
Authority: KR
Inventors: 김주태
Original assignee: 김형벽; 현대중공업주식회사
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970066042A

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 흡입, 배기 및 연료분사의 시기를 조정하기 위한 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 엔진의 배출가스 상태와 연료소비율을 엔진 운전 전부하(全負荷) 범위에 걸쳐 최적의 상태로 유지하기 위해 엔진의 흡입밸브 및 배기밸브의 개폐시기와 연료분사의 시기를 엔진 운전중 운전 부하상태에 따라 각각 자동으로 변경 가능할 뿐 아니라 외부에서의 간단한 조작에 의해서도 시기를 변경할 수 있게 한 것으로서 엔진 운전 중 흡,배기시기와 연료분사시기를 상호 독립적으로 제어하기 위해 흡,배기시기 제어용 편심지지축(50) 및 시기제어축(70)과 연료분사 시기제어용 편심지지축(60) 및 시기제어축(80)을 각각 별도로 구비하고 또 시기제어축(70),(80)은 각각 조속기 연결레버(92)와 래크(77), 피니언(78) 및 평치차(72)(82)에 의해 회전할 뿐만 아니라 외부조정휠(74),(84)과의 나사기구(73),(83)에 의해 축방향으로도 운동하여 워엄(71),(81)과 워엄기어(53),(63)에 의해서 편심지지축(50),(60)을 각각 회전시키므로써 편심지지축과 흡,배기 밸브 및 연료분사시기를 부하에 따라 자동으로 변경시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔지부하와는 별도로 외부에서 수동손잡이(75)(85) 또는 원격조정 공기압실린더(76)(86) 등에 의해 변경시킬 수 없는 것이다.

Description

디젤엔진의 흡,배기와 연료분사 시기 조정장치

제1도는 본 발명의 캠과 롤러 구동장치를 나타낸 사시도.

제2도는 본 발명의 전체 구조 시스템의 개략 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 12, 13 : 캠 20, 30, 40 : 스윙암

21, 31, 41 : 푸쉬로드 22, 32, 42 : 롤러

50, 60 : 편심지지축 51, 52, 61 : 편침축

53, 63 : 워엄 기어 70, 80 : 시기제어축

71, 81 : 워엄

본 발명은 디젤엔진이 흡입, 배기 및 연료분사의 시기를 조정하기 위한 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 엔진의 배출가스 상태와 연료소비율을 엔진 운전 전부하(全負荷) 범위에 걸쳐 최적의 상태로 유지하기 위해 엔진의 흡입밸브 및 배기밸브의 개폐시기와 연료분사의 시기를 엔진 운전중 운전 부하상태에 따라 각각 자동으로 변경 가능할 뿐 아니라 외부에서의 간단한 조작에 의해서도 시기를 변경할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 디젤엔진의 성능과 배출가스상태는 엔진의 연소장치와 직접적인 연관이 있으며, 흡입밸브와 배기밸브의 개폐시기 및 연료분사시기에 특히 영향을 많이 받으므로 이들을 여하히 조정하여 최적의 연소상태를 유지할 수 있도록 설계하는 것이 개발자의 가장 중요한 과제의 하나이며, 특히 최근에는 엔진 배출가스 중의 질소산화물(NO_x)과 같은 유해배출가스의 규제문제로 인하여 엔진 정격출력에서 뿐만 아니라, 전운전영역에서 최적의 연소상태를 유지하기 위한 흡입밸브와 배기밸브의 개폐시기 및 연료분사시기의 조정방법이 더욱 중요한 문제로 대두되고 있는 실정이다.

종래에는 흡입밸브 및 배기밸브의 개폐시기와 연료 분사시기의 조정방법은 엔진 정지상태에서 캠이나 챔축, 연료분사 펌프 등 각각 따로 수동으로 조정하는 경우가 대부분이며, 엔진 조정중에 조정하기 위한 것으로써 하나의 편심축을 이용하거나 두 개의 캠축을 이용한 장치 등, 여러가지 VVT(Variable Valve Timming) 도는 VIT(Variable Injection Timming) 장치가 있으나 흡·배시기와 분사시기를 엔진 운전부하에 따라 동시에 또는 필요에 따라 각각 별도로 조정할 수 없으므로 유공압(油空壓)장치 또는 전자 장치와 같은 특별한 별도의 장치를 부가하지 않고는 엔진의 부하조건에 따른 최적의 연소 조건을 만족시키기 곤란하며, 특히 내구성과 안정성이 요구되는 선박용 중저속 엔진의 경우에는 이러한 장치의 신뢰도에 문제가 많다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점들을 해소하기 위하여 흡,배기밸브와 연료분사 펌프 구동용 롤러는 스윙암에 설치되어 하나의 캠축에 의해 구동되는 방식으로 구성하되, 두 개의 편심지지축과 두 개의 시기 제어축을 설치하여 흡, 배기시기와 연료분사시기를 서로 독립적으로 제어할 수 있도록 하고, 또는 엔진 운전중에도 각각 엔진 부하 변동에 종속적인 제어와 외부로부터의 별도의 독립적인 제어를 동시에 수행할 수 있도록 하여, 엔진 운전 조건에 따라 연료분사시기와 흡,배기 시기를 항상 최적의 상태로 유지할 수 있게 창출된 것이다.

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 있어서의 캠과 롤러 구동장치의 상세구조를 설명하기 위한 사시도이다.

연료 분사 펌프, 흡입밸브 및 배기밸브는 종래의 방법과 마찬가지로 각각의 푸쉬로드(21),(31),(41), 롤러 (22),(32),(42), 캠(11),(12),(13) 및 캠축(10)에 의해 구동되는데, 각각의 롤러는 스윙암(20),(30),(40)에 지지되어 상하운동을 하므로서 푸쉬로드를 상하로 구동시킨다. 한편, 스윙암(20),(30),(40)은 편심지지축(50),(60)에 설치된 편심축(61),(51),(52)에 조립되어 지지되므로 편심지지축(50),(60)을 회전시키면 캠과 롤러의 상대위치를 변경시킬 수 있으며 이로써 흡, 배기 시기 또는 열료분사시기를 변경할 수 있다.

상기한 캠과 롤러의 구동 장치는 스윙암 지지용 편심지지축을 두 개 설치하여, 흡입 밸브 구동용 스윙암(30)과 배기밸브 구동용 스윙암(40)을 상측의 편심지지축(50)에 설치하고, 연료분사펌프 구동용 스윙암(20)을 하측의 편심지지축(60)에 설치하므로서, 흡,배기시기와 연료 분사시기를 상호 독립적으로 제어할 수 있는 구조이다.

또 연료 분사 구동을 위한 푸쉬로드(21)는 롤러(22) 및 스윙암(20)과 동일한 핀(23)에 의해 결합된 링크 구조로서, 펌프 설치 높이가 제한될 경우, 푸쉬로드의 길이를 최대한 길게할 수 있으므로 펌프 플런저(24)의 중심축과 푸쉬로드의 중심축과의 각도변화에 따라 플런저(24)에 가해지는 스러스트(thrust)와 편심지지축에 가해지는 회전력을 줄일 수 있다.

제2도는 본 발명의 작동 설명을 위한 전체 시스템의 개략도이다.

제1도에서 설명된 캠과 롤러의 구동장치는 제2도에서 단면으로 표시되어 있으며, 흡,배기시기 제어용 편심지지축(50)과 연료분사시기 제어용 편심지지축(60)상에는 다실린더 엔진일 경우 동일한 방법으로 각 실리더의 스윙암들이 각각의 편심지지축(50),(60)에 연속하여 배치되고, 이들 편심지지축의 끝단에는 위엄 기어(53),(63)가 설치되어 시기제어축(70),(80)의 워엄(71),(81)에 의해 회전되므로서 각각의 시기가 제어된다.

또한 본 발명에서는 편심지지축(71),(81)의 워엄기어(53),(63)를 회전시키는 방법으로써 회전운동과 축방향운동을 동시에 할 수 있는 시기제어축(70),(80)을 창출하여 시기제어축 상의 워엄(71),(81)의 회전운동뿐만 아니라 축방향운동에 대해서도 편심지지축(50),(60)의 워엄기어(53),(63)를 회전시킬 수 있는 구조인데, 이것은 엔진 부하변동에 따른 제어와 엔지 부하변동과 독립적인 제어를 동시에 수행하기 위한 것으로써, 시기제어축은 엔진 부하변동에 따른 제어를 위해서 조속기 레버(governor lever)와는 래크와 피니언으로 연결되어 주로 회전운동에 의해 편짐지지축(50),(60)을 회전시키고, 엔진 부하변동과 독립적인 외부에서의 별도 조정을 위해서는 시기제어축과 외부조정휠과의 나사기구에 의해 축방향운동을 하므로서 편심지지축(50),(60)을 회전시킨다.

즉, 엔진의 부하(load)를 조정하기 위하여 조속기(90)의 레버(91)가 작동되면 연결레버(92)는 부하조정축(93)과 시기조정 래크(77)를 축방향으로 작동시킨다. 부하조정축(93)은 종래의 방법과 마찬가지로 연료분사펌프(95)의 연료분사량 조절 래크(94)를 작동시켜 엔진 부하를 조정하며, 시기조정 래크(77)를 축방향으로 작동시킨다. 부하조정축(93)은 종래의 방법과 마찬가지로 연료분사펌프(95)의 연료분사량조절 래크(94)를 작동시켜 엔진 부하를 조정하며, 시기조정 래크(77)는 피니언(78)에 의해 흡,배기 시기제어축(70)을 회전시킨다.

흡,배기 시기제어축(70)이 회전되게 되면 워엄(71)과 워엄기어(53)에 의해 흡,배기용 편심지지축(50)이 회전하게 되고, 따라서 편심지지축(50)과 편심축(51),(52)과의 편심량의 변화만큼 스윙암(30),(40)은 롤러(32),(42)와 캠(12),(13) 구동면과의 접촉위치를 변경시키므로써 엔진의 부하에 따라 자동으로 흡,배기시기가 변경된다.

또한 공기압 실린더(76) 등을 이용하여 원격으로 또는 수동 손잡이(75)로 외부조정휠(74)을 회전시키면, 흡,배기 시기제어축(70)은 수나사(73)와 조정휠(74)에 구비된 암나사와의 나사기구에 의해 축방향으로 움직이며 따라서 위엄(71)이 축방향으로 이동하여 편심지지축(50)의 워엄기어(53)를 회전시키므로서 흡,배기 시기가 변경된다.

연료분사시기의 제어 방식도 흡,배기시기 제어방식과 마찬가지 원리로 연료분사 시기제어축(80)을 별도로 설치하여 나사기구(83), 워엄(81), 워엄기구(63)에 의해 연료분사 시기제어용 편심지지축(60)을 회전시키는 구조이다. 다만 부하변동에 따라 조속기의 작동을 전달하는 방식은 연결레버(92)에래크와 피니언을 추가로 설치하는 대신 편의상 평치차(72)와 평치차(82)를 통해 조속기의 작동이 연료분사 시기제어축(80)의 회전운동을 전달되도록 한 것이다.

흡,배기 시기제어축(70) 또는 연료분사 시기제어축(80)이 축방향으로 이동할 때, 래크(77)와 피니언(78), 또 평치차(72)와 평치차(82)는 서로 미끄러지므로, 흡,배기 시기제어축(70) 또는 연료분사 시기제어축(80)의 회전운동에는 영향을 미치지 않는 구조이다. 따라서 엔진 부하와 외부조정은 항상 상호 독립적인 조정이 가능하며, 또 흡,배기시기와 연료분사시기는 상호 독립적으로 외부에서의 제어가 가능하다.

한편, 시기제어축 (70),(80)이 회전하게 되면 시기제어축 (70),(80)은 나사기구(73),(83)에 의해 축방향 운동을 동시에 하게 된다. 따라서 편심지지축(50),(60)의 회전량, 즉, 워엄기어(53),(63)의 회전량은 시기제어축(70),(80)의 워엄(71),(81)의 회전량과 축방향 이동량에 의해 결정된다.

즉 워엄의 피치(pitch)와 나사의 피치 차이 만큼 워엄기어가 회전하므로, 워엄과 나사의 피치차이를 적당히 선택하여 엔진 부하 조정량에 따른 시기조정량을 결정할 수 있으며, 왼 나사와 오른나사처럼 피치를 반대로 할 경우 조속기 레버(91)의 회전량을 증폭하여 편심축을 회전시킬 수 있고, 이와 반대로 동일한 피치일 경우 조속기 레버의 작동, 즉 엔진의 부하에 관계없이 외부조정휠(74),(84)에 의해서만 시기를 조정할 수 있다.

캠과 롤러의 운동력은 편심으로 인하여 편심지지축에 회전력으로 작용할 수 있으므로, 편심지지축(50),(60)의 워엄기어(53),(63)와 시기제어축(70),(80)의 워엄(71),(81) 및 나사기구(73),(83)는 이러한 회전력이 조속기 연결레버(92)와 외부조정휠(74),(84)쪽으로 전달되는 것을 최소화하기 위한 것이다.

그러므로 본 발명은 비교적 간단한 기계장치에 의해 엔진 운전중에도 흡,배기시기와 연료분사시기를 서로 독립적으로 제어할 수 있으며 또 각각 엔진 부하 변동에 종속적인 제어와 외부로부터의 별도의 독립적인 제어를 동시에 수행할 수 있음으로써, 장치의 내구성과 신뢰도를 향상시키기 용이할 뿐 아니라, 엔진의 성능향상 즉, 연료소비율의 저감, 유해배출가스의 저감을 위해 항상 최적의 흡,배기시기와 연료분사시기를 제어하기 용이하며 특히 중유(Heavy Fuel Oil)와 디젤유(DIESEL Oil) 등 연료를 변경하여 운전할 경우 착화지연시간 변화에 따른 연소최고압력변화를 외부조정휠에 의해 용이하게 조정할 수 있으며, 또한 연료소비최소의 운정상태와 유해배출가스 최소의 운전상태 등과 같은 운전여건에 따라 가장 경제적인 운전의 선택이 용이한 효과가 있는 것이다.

Claims

엔진 운전중 흡,배기시기와 연료분사시기를 상호 독립적으로 제어하기 위해 흡,배기시기 제어용 편심지지축(50) 및 시기제어축(70)과 연료분사 시기제어용 편심지지축(60) 및 시기제어축(80)을 각각 별도로 구비하고, 또 시기제어축(70),(80)은 각각 조속기 연결레버(92)와 래크(77), 피니언(78), 및 평치차(72),(82)에 의해 회전할 뿐만 아니라, 외부조정휠(74),(84)과의 나사기구(73),(83)에 의해 축방향으로도 운동하여 워엄(71),(81)과 워엄기어(53),(63)에 의해서 편심지지축(50),(60)을 각각 회전 시키므로써, 편심지지축과 흡,배기 밸브 및 연료분사시기를 부하에 따라 자동으로 변경시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진부하와는 별도로 외부에서 수동손잡이(75)(85) 또는 원격조정 공기압실린더(76)(86) 등에 의해 변경시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 흡,배기와 연료분사시기 조정장치.
제1항에 있어서, 외부조정휠(74),(84)을 조속기 연결레버(92)와 각각 연결하고, 래크(77)와 피니언(78)을 흡,배기시기 제어용과 연료분사시기 제어용으로 각각 따로 구비하여 수동손잡이(75)(85) 또는 원격조정 공기압실린더(76)(86)와 연결한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 흡,배기와 연료분사 시기 조정 장치.
제1항에 있어서, 나사기구(73),(83)를 시기제어축(70),(80)에는 수나사 대신 축방향 이동 방지홈을 구비하고, 조정휠(74),(84)에는 내부의 암나사 대신 외부에 수나사를 구비하여 지지프레임의 암나사에 조립되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 흡,배기와 연료분사 시기 조정장치.
제1항에 있어서, 흡입밸브 구동용 스윙암(30)과 배기밸브 구동용 스윙암(40)은 상측의 편심지지축(50)에 설치하고, 연료분사펌프 구동용 스윙암(20)은 하측의 편심지지축(60)에 설치하며, 또 연료 분사 펌프 구동을 위한 푸쉬로드(21)와 롤러(22)와 스윙안(20)이 동일한 핀(23)에 의해 결합된 링크 구조를 특징으로 하는 디젤엔진의 흡,배기와 연료 분사 시기 조정장치.