KR101924235B1 - 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인 - Google Patents

엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진 및 감속기를 통합하고, 통합에 알맞게 보기 구동 요소들을 단순화 및 집중화시켜 조합한 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인을 개시한다. 본 발명의 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인은, 엔진 블록(2)의 후단 면에 감속기 케이싱(4)의 전단 면이 직접 장착되고; 상기 감속기 케이싱(4)의 내부에는, 엔진의 크랭크 축(10) 후단에 연결되는 감속기 주축(20)이 설치되고, 상기 감속기 주축(20)에 연결되는 추진기 구동용 드라이브 샤프트(26)가 설치되며; 상기 감속기 주축(20) 상에는, 추진기 구동용 드라이브 샤프트(26) 상에 구비된 드라이브 기어(28)와 맞물리는 추진용 피니언 기어(22)와, 엔진의 보조 기기를 구동하기 위한 보기 구동 기어(24)가 구비되며; 상기 보기 구동 기어(24)에는 엔진 보조 기기의 입력축 상에 구비된 입력기어가 외접하여 맞물려 설치되며; 상기 엔진 보조 기기는 상기 감속기 케이싱(4)에 장착된다.

Description

엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인{POWER TRAIN CONCENTRATED AUXILIARY MACHINERY AS INTEGRATED ENGINE AND REDUCTION GEAR BOX}
본 발명은 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진 및 감속기를 통합화하고, 통합에 알맞게 보기 구동 요소들을 단순화 및 집중화시켜 조합한 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인에 관한 것이다.
일반적으로 선박 추진용이나 해양 플랜트 설비에 적용되는 파워 트레인(엔진과 동력전달계통)은 설치공간이 협소하거나 매우 제한적이다.
예를 들어, 선박은 화물 적재 공간을 우선적으로 확보하여야 하기 때문에 엔진 및 감속기 등의 파워 트레인 설비를 위한 공간은 협소할 수밖에 없다. 이는 소형의 선박일 경우 더욱 그러하다.
그런데 선주들은 더욱 넓은 적재 공간을 확보하기를 원하는 한편, 단순하고 콤팩트한 파워 트레인으로 꾸미는 것을 선호하고 있다.
그런데 종래의 일반적인 선박의 파워 트레인은, 엔진과 감속기가 서로 멀리 떨어져 있고, 떨어진 엔진과 감속기는 인터 샤프트로 연결된 구조이다. 그렇기 때문에 엔진과 감속기가 차지하는 공간이 커질 수밖에 없다. 또한, 윤활 시스템과 냉각 시스템을 엔진과 감속기에 각각 별도의 시스템으로 구성하여야 함으로써, 그만큼 파워 트레인이 더 복잡해지고 넓은 설치 공간을 필요로 하게 된다.
이에 따라 본 발명자들은 파워 트레인의 사이즈를 줄이고 구조를 단순화하여, 화물 적재 공간을 넓게 확보하고 구조적으로 단순화된 엔진 설비를 제공하기 위한 연구를 진행중이다.
그 연구의 일환으로, 엔진과 감속기를 통합화한 새로운 형태의 파워 트레인 구조를 개발하고 있으며, 그 과정에서 윤활유 펌프, 저온 냉각수 펌프, 고온 냉각수 펌프 등의 보기 장치의 구성, 그것들의 구동 시스템, 그리고 그것들의 탑재 구조에 대해서도 새로운 바람직한 형태를 필요로 하게 되었다.
등록실용신안공보 등록번호 제20-0236858(2001.06.22)
본 발명은 위와 같은 필요에 따라 개발된 것으로서, 엔진 및 감속기를 통합화한 파워 트레인을 제공하면서, 그 일체화에 알맞게 보기 장치의 구동 구조와 탑재 구조를 단순화하고 집중화한 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인은, 엔진 블록의 후단 면에 감속기 케이싱의 전단 면이 직접 장착되고; 상기 감속기 케이싱의 내부에는, 엔진의 크랭크 축 후단에 연결되는 감속기 주축이 설치되고, 상기 감속기 주축에 연결되는 추진기 구동용 드라이브 샤프트가 설치되며; 상기 감속기 주축 상에는, 추진기 구동용 드라이브 샤프트 상에 구비된 드라이브 기어와 맞물리는 추진용 피니언 기어와, 엔진의 보조 기기를 구동하기 위한 보기 구동 기어가 구비되며; 상기 보기 구동 기어에는 엔진 보조 기기의 입력축 상에 구비된 입력기어가 외접하여 맞물려 설치되며; 상기 엔진 보조 기기는 상기 감속기 케이싱에 장착되는 구성을 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 엔진 보조 기기는, 저온 냉각수 펌프, 윤활유 펌프 또는 고온 냉각수 펌프 중 하나 이상의 보조 기기를 포함하고; 상기 보기 구동 기어에는 상기 저온 냉각수 펌프의 입력 기어, 윤활유 펌프의 입력 기어, 또는 고온 냉각수 펌프의 입력 기어 중 하나 이상의 입력 기어가 원주방향의 다른 각도에서 함께 맞물리도록 구성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 엔진 보조 기기는, 저온 냉각수 펌프, 윤활유 펌프 또는 고온 냉각수 펌프 중 하나 이상의 보조 기기를 포함하고; 상기 보기 구동 기어는, 보조 기기의 수에 대응한 개수로 상기 감속기 주축 상에 축방향으로 거리를 유지하여 독립적으로 구비되며; 상기 저온 냉각수 펌프의 입력 기어, 윤활유 펌프의 입력 기어, 또는 고온 냉각수 펌프의 입력 기어 중 하나 이상의 입력 기어가 대응하는 보조 구동 기어마다 하나씩 맞물리도록 구성할 수 있다.
이 경우, 상기 윤활유 펌프가 엔진 블록으로부터 윤활유를 흡인하기 위하여, 상기 감속기 케이싱에는 윤활유 통로가 형성되고, 윤활유 통로와 엔진 블록이 제1 연결관에 의해 연결되며, 윤활유 통로와 윤활유 펌프는 제2 연결관에 의해 연결되고; 상기 윤활유 펌프가 감속기 케이싱에 담긴 윤활유를 흡인하기 위하여, 상기 감속기 케이싱 내부의 윤활유 저장 공간과 상기 윤활유 펌프는 별도의 제3 연결관에 의해 연결되도록 구성할 수 있다.
상기 감속기 케이싱의 상부에는, 윤활유 펌프에서 공급되는 윤활유를 냉각 및 여과하는 윤활유 냉각기 및 윤활유 필터를 탑재할 수 있다.
감속기 케이싱에는, 상기 윤활유 펌프와 윤활유 냉각기 및 필터를 연결하기 위한 제4 연결관 및 윤활유 통로를 형성할 수 있다.
또한, 감속기 케이싱 내부에는, 엔진의 저온 냉각수 통로와 연결되는 저온 냉각수 통로를 형성할 수 있다.
또한, 감속기 케이싱 내부에는, 엔진의 고온 냉각수 통로와 연결되는 고온 냉각수 통로를 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 윤활유 필터 또는 감속기 케이싱의 상면에 터보차저를 탑재할 수 있다.
본 발명에 따른 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인에 의하면, 엔진 블록에 감속기 케이싱을 직접 장착하여 통합화하고, 감속기 주축에 보기 구동 기어를 설치하며, 보기 구동 기어에 엔진 보조 기기들의 입력 기어들을 맞물려 구동하는 구조에 의해, 엔진과 감속기를 통합에 의해 콤팩트하고 단순하게 구성함과 동시에 엔진 보조 기기들이 감속기 케이싱에 집중하여 장착됨으로써 엔진 보조 기기까지 포함하는 파워 트레인 설비 전체를 소형화, 단순화 및 집중화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 트레인의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1을 약식으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 우측면도이다.
도 4는 도 3을 약식으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 트레인의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1을 약식으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 파워 트레인(Power Train)은, 엔진 블록(2)의 후단 면에 감속기 케이싱(4)의 전단 면을 직접 장착함으로써, 엔진 블록(2)과 감속기 케이싱(4)을 통합화 및 일체화한 구조로 이루어진다.
엔진과 감속기의 통합화를 이루기 위해, 상기 감속기 케이싱(4)의 내부에는, 엔진의 크랭크 축(10) 후단에 연결되는 감속기 주축(20)이 설치되고, 감속기 주축(20)과 연결되는 추진기 구동용 드라이브 샤프트(26)가 설치된다.
본 실시예에 있어서, 크랭크 축(10)과 감속기 주축(20)은 커플링(12)에 의해 연결된다.
그리고 감속기 주축(20) 상에는 추진용 피니언 기어(22)가 구비되고, 추진기 구동용 드라이브 샤프트(26) 상에는 드라이브 기어(28)가 구비되어 서로 맞물려 있다. 따라서, 크랭크 축(10)의 회전에 의해 피니언 기어(22)와 드라이브 기어(28)가 회전하고, 드라이브 기어(28)의 회전은 드라이브 샤프트(26)를 통해 선박의 추진기로 출력된다.
또한, 감속기 주축(20) 상에는 상기 추진용 피니언 기어(22)에 더하여, 엔진의 보조 기기를 구동하기 위한 보기 구동 기어(24)가 형성된다.
이러한 보기 구동 기어(24)에는, 엔진 보조 기기의 입력축 상에 형성된 입력기어가 외접하여 맞물려 설치된다. 이때, 엔진 보조 기기는 상기 감속기 케이싱(4)에 장착된다.
엔진 보조 기기의 예로서는, 저온 냉각수 시스템의 냉각수를 순환시키기 위한 저온 냉각수 펌프(30), 윤활유를 순환시키기 위한 윤활유 펌프(40), 고온 냉각수 시스템의 냉각수를 순환시키기 위한 고온 냉각수 펌프(50)(도 3 및 도 4 참조)를 들 수 있다.
저온 냉각수 시스템은, 예를 들어 엔진으로 들어가는 흡기를 냉각하기 위한 에어 쿨러(Air Cooler)와 엔진 및 감속기의 윤활유를 냉각하기 위한 윤활유 냉각기에 저온의 냉각수를 순환 및 냉각시키는 시스템이다.
고온 냉각수 시스템은, 예를 들어 엔진의 실린더 재킷(cylinder jacket)에 들어가는 고온의 냉각수를 순환 및 냉각시키는 시스템이다.
도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 보기로서는, 저온 냉각수 펌프(30)와 윤활유 펌프(40)가 있다.
이러한 저온 냉각수 펌프(30)와 윤활유 펌프(40) 각각의 입력축(32)(42)에는 입력 기어(34)(44)가 구비되며, 각각의 입력 기어(34)(44)는 상기의 보기 구동 기어(24)에 원주방향 다른 각도에서 외접하여 맞물려 있다.
따라서, 감속기 주축(20)에 의해 상기의 저온 냉각수 펌프(30), 윤활유 펌프(40) 등의 보조 기기들이 구동되는 새로운 구조를 가지게 된다.
또한, 이러한 구조에 의해, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 저온 냉각수 펌프(30), 윤활유 펌프(40) 등의 보조 기기들을 모두 감속기 케이싱(4)에 장착가능하여 한 곳에 집중적으로 배치할 수 있고, 보조 기기들의 구동 구조를 단순화할 수 있다.
도 3은 도 1의 우측면도이고, 도 4는 도 3을 약식으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 감속기 주축(20) 상에 구비된 보기 구동 기어(24)에 의해 구동되는 보조 기기로서, 도 2에서는 보기 구동 기어(24)에 가려서 보이지 않던 고온 냉각수 펌프(50)가 나타난다.
고온 냉각수 펌프(50)도, 그것의 입력축(52) 상에 입력 기어(54)가 구비되고, 이의 입력 기어(54)가 상기의 보기 구동 기어(24)에 외접하여 맞물려 있다.
따라서, 도면에 도시된 실시예에 따르면, 하나의 보기 구동 기어(24)에 3개의 보조 기기, 저온 냉각수 펌프(30), 윤활유 펌프(40) 및 고온 냉각수 펌프(50)의 입력 기어(34, 44, 54)가 각각 원주방향으로 다른 각도에서 일시에 맞물려 있다.
상기 고온 냉각수 펌프(50)도, 저온 냉각수 펌프(30) 및 윤활유 펌프(40)의 장착 형태와 마찬가지로, 감속기 케이싱(4)의 후단 면에 장착된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 다른 방향에 따르면, 상기의 보조 기기(30, 40, 50)의 입력 기어(34, 44, 54)들을 하나의 보기 구동 기어(24)에 의해 맞물리지 않고, 각각 별도의 구동 기어에 맞물리는 구조로 구성할 수 있다.
요컨대, 감속기 주축(20) 상에 구비되는 보기 구동 기어(24)를, 보조 기기(30, 40, 50)의 수에 대응한 개수로 상기 감속기 주축(20) 상에 축방향으로 거리를 유지하여 독립적으로 구비하여(예, 3개의 보기 구동 기어(24) 형성), 각각의 보기 구동 기어마다 하나의 보조 기기의 입력 기어(34, 44, 54)를 맞물려 구성할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일체형 파워 트레인에 있어서, 윤활유 펌프(40)가 엔진 블록(2)으로부터 윤활유를 흡인하기 위하여, 감속기 케이싱(4)에는 윤활유 통로(46-1)가 형성되고, 윤활유 통로(46-1)와 엔진 블록(2)이 제1 연결관(46-2)에 의해 연결되며, 윤활유 통로(46-1)와 윤활유 펌프(40)는 제2 연결관(46-3)에 의해 연결된다.
또한, 윤활유 펌프(40)가 감속기 케이싱(4)에 담긴 윤활유를 흡인하기 위하여, 상기 감속기 케이싱(4) 내부의 윤활유 저장 공간(감속기 케이싱의 바닥 부분)과 윤활유 펌프(40)는 별도의 제3 연결관(46-4)에 의해 연결된다.
이와 같이 하여, 하나의 윤활유 펌프(40)에 의해 엔진 및 감속기의 윤활유를 동시에 순환시킬 수 있고, 그에 따라 파워 트레인을 더욱 소형화 및 단순화할 수 있다.
다음으로, 감속기 케이싱(4)의 상부에는, 윤활유 펌프(40)에서 공급되는 윤활유를 냉각 및 여과하는 윤활유 냉각기(62) 및 윤활유 필터(64)가 탑재된다.
감속기 케이싱(4)에는, 상기 윤활유 펌프(40)와 윤활유 냉각기(62) 및 필터(64)를 연결하기 위한 제4 연결관(46-5) 및 윤활유 통로(46-6)가 형성된다.
또한, 감속기 케이싱(4) 내부에는, 엔진의 저온 냉각수 통로와 상기 저온 냉각수 펌프(30)를 연결하기 위한 저온 냉각수 통로(36)가 형성된다.
또한, 감속기 케이싱(4) 내부에는, 엔진의 고온 냉각수 통로와 상기 고온 냉각수 펌프(50)를 연결하기 위한 고온 냉각수 통로(56)가 형성된다.
이와 같은 구조에 의해, 윤활유, 저온 냉각수 및 고온 냉각수를 각각 하나의 펌프(30)(40)(50)로 엔진과 감속기에 모두 순환시킬 수 있으므로, 파워 트레인의 보기 구성이 더욱 단순해진다.
또한, 윤활유 필터(64) 또는 감속기 케이싱(4)의 상면에 터보차저(70)가 탑재된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 감속기 주축(20)에 보기 구동 기어(24)를 설치하고, 상기 보기 구동 기어(24)에 엔진 보조 기기(30, 40, 50)들의 입력 기어(34, 44, 54)들을 맞물려 구동하는 구조에 의해, 엔진과 감속기를 통합화에 의해 콤팩트하고 단순하게 구성함과 동시에 엔진 보조 기기(30, 40, 50)들이 감속기 케이싱(4)에 집중하여 장착함으로써 보기까지 포함하는 파워 트레인 설비 전체를 소형화, 단순화 및 집중화할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
2 : 엔진 블록
4 : 감속기 케이싱
10 : 크랭크 축
12 : 커플링
20 : 감속기 주축
22 : 피니언 기어
24 : 보기 구동 기어
26 : 드라이브 샤프트
28 : 드라이브 기어
30 : 저온 냉각수 펌프
32, 42, 52 : 입력축
34, 44, 54 : 입력 기어
36 : 저온 냉각수 통로
40 : 윤활유 펌프
46-1 : 윤활유 통로
46-2 : 제1 연결관
46-3 : 제2 연결관
46-4 : 제3 연결관
46-5 : 제4 연결관
46-6 : 윤활유 통로
50 : 고온 냉각수 펌프
56 : 고온 냉각수 통로
62 : 윤활유 냉각기
64 : 윤활유 필터
70 : 터보차저

Claims (9)

  1. 엔진 블록(2)의 후단 면에 감속기 케이싱(4)의 전단 면이 직접 장착되고,
    상기 감속기 케이싱(4)의 내부에는, 엔진의 크랭크 축(10) 후단에 연결되는 감속기 주축(20)이 설치되고, 상기 감속기 주축(20)에 연결되는 추진기 구동용 드라이브 샤프트(26)가 설치되며,
    상기 감속기 주축(20) 상에는, 추진기 구동용 드라이브 샤프트(26) 상에 구비된 드라이브 기어(28)와 맞물리는 추진용 피니언 기어(22)와, 엔진의 보조 기기를 구동하기 위한 보기 구동 기어(24)가 구비되며,
    상기 엔진 보조 기기는, 상기 감속기 케이싱(4)에 직접 장착되고 상기 보기 구동 기어(24)에 각각 입력기어로 맞물려 구동되는 것으로서, 저온 냉각수 펌프(30), 윤활유 펌프(40) 또는 고온 냉각수 펌프(50) 중 하나 이상의 보조 기기를 포함하고,
    상기 윤활유 펌프(40)가 엔진 블록(2)으로부터 윤활유를 흡인하기 위하여, 상기 감속기 케이싱(4)에는 윤활유 통로(46-1)가 형성되고, 윤활유 통로(46-1)와 엔진 블록(2)이 제1 연결관(46-2)에 의해 연결되며, 윤활유 통로(46-1)와 윤활유 펌프(40)는 제2 연결관(46-3)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보기 구동 기어(24)에는 상기 저온 냉각수 펌프(30)의 입력 기어(34), 윤활유 펌프(40)의 입력 기어(44), 또는 고온 냉각수 펌프(50)의 입력 기어(54) 중 하나 이상의 입력 기어가 원주방향의 다른 각도에서 함께 맞물리는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보기 구동 기어(24)는, 보조 기기의 수에 대응한 개수로 상기 감속기 주축(20) 상에 축방향으로 거리를 유지하여 독립적으로 구비되며,
    상기 저온 냉각수 펌프(30)의 입력 기어(34), 윤활유 펌프(40)의 입력 기어(44), 또는 고온 냉각수 펌프(50)의 입력 기어(54) 중 하나 이상의 입력 기어가 대응하는 보조 구동 기어(24)마다 하나씩 맞물리는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 윤활유 펌프(40)가 감속기 케이싱(4)에 담긴 윤활유를 흡인하기 위하여, 상기 감속기 케이싱(4) 내부의 윤활유 저장 공간과 상기 윤활유 펌프(40)는 별도의 제3 연결관(46-4)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  5. 제4항에 있어서,
    감속기 케이싱(4)의 상부에는, 윤활유 펌프(40)에서 공급되는 윤활유를 냉각 및 여과하는 윤활유 냉각기(62) 및 윤활유 필터(64)가 탑재되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  6. 제5항에 있어서,
    감속기 케이싱(4)에는, 상기 윤활유 펌프(40)와 윤활유 냉각기(62) 및 필터(64)를 연결하기 위한 제4 연결관(46-5) 및 윤활유 통로(46-6)가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  7. 제1항에 있어서,
    감속기 케이싱(4) 내부에는, 엔진의 저온 냉각수 통로와 연결되는 저온 냉각수 통로(36)가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  8. 제1항에 있어서,
    감속기 케이싱(4) 내부에는, 엔진의 고온 냉각수 통로와 연결되는 고온 냉각수 통로(56)가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 윤활유 필터(64) 또는 감속기 케이싱(4)의 상면에 터보차저(70)가 탑재되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 감속기 통합형 파워 트레인.
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