KR101953922B1 - 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 각 실린더헤드에 설치된 연료분사밸브의 노즐팁을 냉각시키는 노즐 냉각시스템에 관한 것으로서, 상기 실린더헤드에 설치된 로커아암에 공급되는 윤활유의 일부가 연료분사밸브에 공급되어 순환될 수 있도록 윤활유 보조공급로를 구비하되, 상기 윤활유 보조공급로는 로커아암으로부터 유입된 윤활유가 상기 연료분사밸브의 상단부로부터 투입되어 연료분사밸브의 오일유로를 통해 노즐팁을 냉각시킨 후 다시 회수되어 순환되도록 함으로써, 노즐팁 냉각을 위하여 별도로 고가의 노즐 쿨링 유닛(Nozzle Cooling Unit)을 설치하여 운영할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 실린더헤드에 별도의 윤활유 주입/배출라인을 구성할 필요가 없는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템에 관한 것이다.

Description

로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템{Nozzle cooling system using the rocker arm lubricating oil}

본 발명은 디젤엔진의 각 실린더헤드에 설치된 연료분사밸브의 노즐팁을 냉각시키는 노즐 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 로커아암을 윤활시키는 윤활유의 일부가 실린더블록에 설치되는 연료분사밸브의 노즐팁 냉각에 활용되도록 함으로써, 기존에 별도로 설치되는 고가의 노즐 냉각 유닛을 제거할 수 있도록 하여 경제성을 높일 수 있는 것은 물론 실린더헤드에 윤활유 주입/배출라인을 구성할 필요가 없는 로커암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 디젤엔진이 설치되어 운용되고 있다.

이러한 디젤 엔진은 엔진블록 상에 다수의 실린더가 배치되어 있고, 각각의 실린더 내에는 흡,배기밸브가 설치됨과 아울러 커넥팅로드에 의해 크랭크샤프트와 연결되는 피스톤이 각각 설치됨으로써, 실린더 내에서의 폭발력을 크랭크샤프트의 회전 운동으로 전환하게 되는 것이다.

이때 엔진의 실린더블록에 설치된 연료분사밸브가 분사 노즐을 통해 적절한 인젝션타임(Injection Time)에 맞춰 연료를 실린더 내에 분사시키게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 경우, 엔진 가동시 연료분사밸브의 노즐팁(Nozzle tip)에는 카본(Carbon) 덩어리 등과 같은 연소산화물이 축적될 가능성이 많게 된다.

이러한 카본 덩어리는 노즐에서의 연료 분사를 방해하게 되고 이로 인해 불완전 연소는 물론 다량의 스모크(smoke)가 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 노즐팁의 연소산화물 축적이나 열부하 해소를 위하여 물이나 윤활유(LO:Lubricating Oil)와 같은 저온의 유체를 연료분사밸브의 노즐팁에 순환시켜 쿨링(cooling)을 시켜줌으로써, 연소산화물 등의 축적을 방지하였다.

이하 도 1을 참조하여 종래의 연료분사밸브의 구조를 간략히 설명한다.

도 1은 종래의 연료분사밸브의 윤활유 순환구조를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 연료분사밸브(150)는 내부에 오일유로(160)가 형성되어 있다.

오일유로(160)는 윤활유가 투입되는 투입공(162)과 배출공(165)이 구비됨으로써, 외부로부터 유입된 윤활유가 노즐팁(180)의 주변을 경유하면서 노즐팁(180)을 냉각시킬 수 있도록 설치되는 것이다.

이때 투입공(162)과 배출공(165)은 실린더헤드(130)에 관통 설치되는 윤활유 주입라인(132)과 배출라인(135)에 각각 연결되는 것이다.

종래의 연료분사밸브(150)의 노즐 쿨링(cooling)은 외부에 별도로 설치되는 노즐 쿨링 유닛(Nozzle Cooling Unit)(도시하지 않음)을 이용하였다.

즉, 노즐 쿨링 유닛(Nozzle Cooling Unit)으로부터 공급되는 물 또는 윤활유가 실린더헤드(130)의 주입라인(132)과 오일유로(160) 및 배출라인(135)을 순차적으로 경유하면서 노즐팁(180)을 냉각시키도록 하는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 노즐 쿨링 시스템은 고가의 노즐 쿨링 유닛(Nozzle Cooling Unit)을 별도로 설치하여 운용하여야 하기 때문에 설치 및 운용에 따른 비용 증가 및 경제성이 떨어지는 것은 물론 유지 보수 비용이 현저히 증가하는 문제점이 있었고, 또한 실린더헤드에 별도의 윤활유 주입라인과 배출라인을 가공하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 로커아암에 공급되는 윤활유의 일부가 연료분사밸브로 안내될 수 있도록 윤활유 보조공급로를 구비하여 상기 윤활유 보조공급로가 상기 로커아암 윤활유를 연료분사밸브의 내부에 투입하여 노즐팁을 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 고가의 노즐 쿨링 유닛(Nozzle Cooling Unit)의 설치 및 운영에 따른 비용을 절감할 수 있게 하고, 또한 실린더헤드에 윤활유 주입라인과 배출라인의 가공이 필요없는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 각 실린더헤드에 설치된 연료분사밸브의 노즐팁을 냉각시키는 노즐 냉각시스템에 있어서, 상기 실린더헤드에 설치된 로커아암에 공급되는 윤활유의 일부가 연료분사밸브에 공급되어 순환될 수 있도록 윤활유 보조공급로를 구비하되, 상기 윤활유 보조공급로는 로커암으로부터 유입된 윤활유가 상기 연료분사밸브의 상단부로부터 투입되어 상기 연료분사밸브 내부에 형성된 오일유로를 통해 노즐팁을 냉각시킨 후 다시 회수되어 순환되도록 하고, 상기 연료분사밸브의 상단부에는 스페이서를 설치하고, 상기 스페이서는 상기 윤활유 보조공급로와 연료분사밸브의 오일유로를 서로 연통시킬 수 있도록 내부를 관통하는 유로가 형성되는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템을 통해 목적을 달성할 수 있다.
또한, 상기 윤활유 보조공급로는, 일단은 로커아암의 회동축 일단부에 연결 설치되어 로커아암 윤활유가 유입되도록 하고, 타단은 연료분사밸브의 상기 오일유로에 연통되도록 설치되는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템을 통해 목적을 달성할 수 있다.
또한, 상기 유로는 상기 윤활유 보조공급로의 선단에 상단이 연결되도록 설치되는 제1연결유로 및 상기 제1연결유로와 상기 오일유로의 일단을 서로 연통시킬 수 있도록 일정 각도로 하향 경사지게 설치되는 제2연결유로로 구성되는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템을 통해 목적을 달성할 수 있다.
또한, 상기 연료분사밸브의 오일유로는 하단의 설치된 노즐팁을 냉각시킬 수 있도록 형성하되, 일단은 연료분사밸브의 상단면에 설치되어 상기 제2연결유로의 하단과 연결되고, 타단은 상부 일측면에 설치되어 실린더블록의 밸브영역에 연통되도록 설치되는 로커암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템을 통해 목적을 달성할 수 있다.

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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 별도의 노즐 쿨링 유닛을 사용하지 않고, 기존 로커아암 윤활유를 활용하여 연료분사밸브의 노즐을 냉각시킬 수 있게 됨으로써, 고가의 노즐 쿨링 유닛의 설치 및 운용에 따른 비용 손실을 차단하여 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있고, 또한 실린더헤드에 별도의 주입라인과 배출라인을 가공할 필요가 없어 가공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 실린더헤드에 설치된 연료분사밸브의 개략적인 윤활유 순환 구성도,
도 2는 실린더헤드에 설치된 로커아암의 윤활유 공급 구성도,
도 3은 본 발명의 윤활유 보조공급로가 설치된 상태의 실린더헤드 상부 사시도,
도 4는 본 발명에 구비된 윤활유 보조공급로의 사시도,
도 5는 본 발명의 윤활유 보조공급로에 의한 실린더헤드 상부에서의 윤활유 이동 설명도,
도 6은 본 발명에 구비된 스페이서의 평면도,
도 7은 도 6의 'A-A' 단면도,
도 8은 본 발명의 노즐 냉각시스템에 따른 실린더헤드의 단면사시도,
도 9는 본 발명에 따른 연료분사밸브의 내측 오일유로의 구성도이다.

이하 본 발명에 따른 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 연료분사밸브(150)는 엔진의 실린더헤드(130)에 설치되어 분사노즐을 통해 적절한 인젝션타임(Injection Time)에 맞춰 연료를 연소실 내에 분사시키는 역할을 하는 것이다.

이때 연료분사밸브(150)에는 노즐팁(180)이 카본 덩어리와 같은 연소산화물의 축적에 의해 막히는 현상을 방지하기 위하여 노즐팁(180)을 냉각시킬 수 있는 오일유로(160)가 내부에 설치되어 있다.

따라서 오일유로(160)는 윤활유가 하우징 내부로 유입된 후 하향 이동하여 하단의 노즐팁(180)의 주변을 경유하고, 다시 상향 이동하여 배출구(165)를 통해 외부로 배출되도록 구성되는 것이다.

먼저 엔진의 실린더헤드(130)에 설치되는 로커아암(300)의 윤활유 순환 구조를 도 2를 참조하여 설명한다.

여기서 도 2는 실린더헤드에 설치된 로커아암의 윤활유 공급 구성도를 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 로커아암(300)은 실린더헤드(130)에 설치되어 실린더헤드(130)에 설치된 흡기/배기 밸브(200)를 작동시키는 역할을 하는 것으로서, 푸시로드(320)를 통해 캠작동부(330)와 연결되어 작동되도록 구비되는 것이다.

여기서 윤활유는 일반적으로 엔진블록의 하부에 설치되는 윤활유 탱크로부터 상방으로 펌핑되어 여러 작동부로 이동하여 윤활작용을 하게 된다.

이때 로커아암(300)을 윤활시키는 윤활유는 도시된 바와 같이, 실린더블록에 설치된 윤활유 주입로(350)를 통해 유입된 후, 일부는 캠작동부(330)로 이동하고, 다른 일부는 실린더헤드(130)를 따라 상향 이동하여 로커아암(300)의 회동축(360)을 경유하여 로커아암(300)의 양측부로 각각 이동하여 순환하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 로커아암(300)을 순환하는 윤활유의 일부를 활용하여 연료분사밸브(150)의 노즐팁(180)을 냉각시킬 수 있도록 새로운 윤활유 순환구조를 구현하는 것이다.

이하 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에 구비된 윤활유 보조공급로를 상세히 설명한다.

여기서 도 3은 본 발명의 윤활유 보조공급로가 설치된 상태의 실린더헤드의 상부 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 윤활유 보조공급로의 사시도를 나타낸 것이다.

먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더헤드(130)에는 흡/배기 밸브(200)를 작동시킬 수 있는 로커아암(300)이 설치되고, 중앙부에는 연료분사밸브(150)의 상측부를 지지하는 서포트(support)(170)가 설치된다.

한편 윤활유 보조공급로(10)는 일단이 로커아암(300)의 회동축(360)에 윤활유를 공급하는 유로와 연통될 수 있게, 회동축(360)의 일단부에 연결 설치되고, 타단은 연결관(55)에 연결되는 것이다.

여기서 연결관(55)은 하기에서 설명하는 스페이서(50)의 일측 상부에 설치되는 것이다.

따라서 로커아암(300)의 회동축(360)으로 이동하는 윤활유의 일부는 화살표와 같이, 윤활유 보조공급로(10)를 통해 연결관(55)으로 이동한 후, 스페이서(50)로 이동하게 되는 것이다.

여기서 윤활유 보조공급로(10)는 양단에 축연결구(15)가 구비되고, 로커아암(300)과의 간섭을 방지하기 위하여 'U'자 형상을 이루도록 구비되는 것이 바람직하다.

그러나 윤활유 보조공급로(10)는 도시된 바와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니며, 실린더헤드(130)나 로커아암(300)의 구조 또는 형태 등을 고려하여 다양하게 제작될 수 있을 것이다.

또한 축연결구(15)는 유체가 이동하는 두 축을 연결하는 일반적인 축커플링 구조로 이루어질 수 있을 것이다.

이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템의 실린더헤드 상부에서의 윤활유 이동 경로를 상세히 설명한다.

여기서 도 5는 본 발명의 윤활유 보조공급로에 의한 실린더헤드 상부에서의 윤활유 이동 설명도를 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명에 구비된 스페이서의 평면도를 나타낸 것이며, 도 7은 도 6의 'A-A' 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 윤활유 보조공급로(10)는 일단이 로커아암(300)의 회동축(360)에 윤활유를 공급하는 유로에 연통될 수 있도록 회동축(360)의 일측부에 연결 설치되고, 타단은 도 5에 도시된 바와 같이, 연결관(55)을 통해 연료분사밸브(150)의 상단부에 설치된 스페이서(50)에 연결되도록 설치됨으로써, 로커아암(300) 윤활유를 연료분사밸브(150)의 상측부로 안내하게 되는 것이다.

즉, 로커아암(300) 윤활유의 일부는 도 5에 도시된 화살표와 같이 윤활유 보조공급로(10)를 따라 이동한 후, 스페이서(50)의 일측 상부에 상향 설치된 연결관(55)으로 진입하게 되는 것이다.

여기서 스페이서(50)는 실린더헤드(130)에 구비되는 서포트(170)와 연료분사밸브(150)의 상단 사이에 삽입되도록 설치되는 것으로서, 원통 형상의 중공형 베이스(51)와 베이스(51)의 일측에 일정 높이로 상향 돌출되는 유로안내부(52)로 이루어진다.

베이스(51)는 서포트(170)의 하면을 지지하게 되고, 유로안내부(52)는 윤활유 보조공급로(10)가 연결되는 연결관(55)(도3에 도시함)이 설치된다.

이때 스페이서(50)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 내부 일측을 관통하는 유로(60)가 설치된다.

여기서 유로(60)는 윤활유 보조공급로(10)와 연결관(55)을 통해 유입된 윤활유를 연료분사밸브(150)의 내부 오일유로(160')(도9에 도시함)로 안내하는 역할을 하는 것으로서, 제1연결유로(61)와 제2연결유로(62)로 이루어진다.

제1연결유로(61)는 유로안내부(52)를 관통하여 수직으로 설치되고, 제2연결유로(62)는 제1연결유로(61)와 연료분사밸브(150)의 오일유로(160')의 상단을 서로 연통시킬 수 있도록 일정 각도로 하향 경사지게 설치된다.

제2연결유로(62)는 연료분사밸브(150)에 구비된 오일유로(160')의 상단 위치에 대응하도록 적절한 위치에 관통 형성될 수 있을 것이다.

따라서 로커아암(300) 윤활유는 도 5에 도시된 화살표와 같이, 윤활유 보조공급로(10)를 따라 이동한 후, 연결관(55)과 스페이서(50)의 유로(60)를 순차적으로 경유하여 연료분사밸브(150)의 오일유로(160')로 이동하게 되는 것이다.

이하 도 8과 도 9를 참조하여 본 발명의 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템의 윤활유 이동 과정을 상세히 설명한다.

여기서 도 8은 본 발명의 노즐 냉각시스템에 따른 실린더헤드의 단면사시도를 나타낸 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 연료분사밸브의 오일유로의 구성도를 나타낸 것이다.

먼저 로커아암(300)의 회동축(360)으로 이동한 윤활유는 도 5에 도시된 바와 같이, 윤활유 보조공급로(10)와 스페이서(50)의 유로(60)를 순차적으로 경유하여 도 8,9에 도시된 바와 같이, 연료분사밸브(150)의 오일유로(160') 일측 상단으로 유입되는 것이다.

한편 연료분사밸브(150)의 오일유로(160')는 도 9에 도시된 바와 같이, 윤활유가 연료분사밸브(150)의 하우징 내부를 따라 하향 이동한 후, 다시 상향 이동하면서 노즐팁(180)을 냉각시킬 수 있도록 형성하되, 이때 일단은 스페이서(50)의 제2연결유(62)의 하단에 연결될 수 있도록 하우징 상단에 설치되고, 타단은 윤활유가 실린더헤드(130)의 밸브영역(136)으로 유입되어 빠져나갈 수 있도록 하우징 상부 일측면에 설치되어 밸브영역(136)과 연통되도록 구비되는 것이다.

따라서 연료분사밸브(150)의 오일유로(160') 일측 상단으로 유입된 윤활유는 오일유로(160')를 따라 이동하면서 노즐팁(180)을 냉각시킨 후, 다시 상향 이동하여 실린더헤드(130)의 밸브영역(136)으로 배출되어 순환하게 되는 것이다.

이때 윤활유 보조공급로(10)를 통해 연료분사밸브(150)를 순환하게 되는 윤활유는 대략 60℃~70℃의 온도를 유지하게 되므로, 상대적으로 높은 온도에 노출되는 연료분사밸브(150)의 노즐팁(180)을 냉각하게 되는 것이다.

여기서 연료분사밸브(150)의 오일유로(160')는 윤활유가 유입되는 유입부와 배출부의 위치만 도 1에 도시된 종래의 연료분사밸브(150)와 상이하게 구성될 수 있을 것이다.

또한 본 발명의 윤활유 순환 구조는 상기와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 윤활유 보조공급로(10)의 선단이 직접 연료분사밸브(150)의 오일유로(160')에 연결되도록 구성할 수도 있을 것이며, 또한 로커아암(300)이나 실린더헤드(130)의 구조를 고려하여 오일유로(160')로부터 배출된 윤활유가 다양한 경로를 통해 회수되도록 할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명은 로커아암(300) 윤활유를 연료분사밸브(150)의 오일유로(160')로 안내할 수 있는 윤활유 보조공급로(10)를 설치하여 로커아암(300) 윤활유의 일부가 연료분사밸브(150)의 내부를 순환하여 노즐팁(180)을 냉각시킬수 있게 됨으로써, 별도의 고가 노즐 쿨링 유닛(Nozzle Cooling Unit)을 사용할 필요가 없게 되어 이러한 장비의 설치 및 운영에 따른 비용을 절감할 수 있게 되고, 또한 연료분사밸브(150)로 윤활유가 이동할 수 있도록 실린더헤드(130)에 별도의 윤활유 주입라인(132)이나 배출라인(135)을 가공할 필요가 없어 가공비를 절감할 수 있게 되는 것이다.

이상 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 윤활유 보조공급로 15 : 축연결구
50 : 스페이서 51 : 베이스
52 : 유로안내부 55 : 연결관
130 : 실린더헤드 132 : 주입라인
135 : 배출라인 150 : 연료분사밸브
160,160' : 오일유로 162 : 투입공
165 : 배출공 170 : 서포트
180 : 노즐팁 200 : 밸브
300 : 로커아암 320 : 푸시로드
330 : 캠작동부 350 : 윤활유 주입로

Claims (5)

1. 엔진의 각 실린더헤드에 설치된 연료분사밸브의 노즐팁을 냉각시키는 노즐 냉각시스템에 있어서,
   상기 실린더헤드에 설치된 로커아암에 공급되는 윤활유의 일부가 연료분사밸브에 공급되어 순환될 수 있도록 윤활유 보조공급로를 구비하되,
   상기 윤활유 보조공급로는 로커암으로부터 유입된 윤활유가 상기 연료분사밸브의 상단부로부터 투입되어 상기 연료분사밸브 내부에 형성된 오일유로를 통해 노즐팁을 냉각시킨 후 다시 회수되어 순환되도록 하고,
   상기 연료분사밸브의 상단부에는 스페이서를 설치하고, 상기 스페이서는 상기 윤활유 보조공급로와 연료분사밸브의 오일유로를 서로 연통시킬 수 있도록 내부를 관통하는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 윤활유 보조공급로는,
   일단은 로커아암의 회동축 일단부에 연결 설치되어 로커아암 윤활유가 유입되도록 하고, 타단은 연료분사밸브의 상기 오일유로에 연통되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유로는 상기 윤활유 보조공급로의 선단에 상단이 연결되도록 설치되는 제1연결유로 및 상기 제1연결유로와 상기 오일유로의 일단을 서로 연통시킬 수 있도록 일정 각도로 하향 경사지게 설치되는 제2연결유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 로커아암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 연료분사밸브의 오일유로는 하단의 설치된 노즐팁을 냉각시킬 수 있도록 형성하되, 일단은 연료분사밸브의 상단면에 설치되어 상기 제2연결유로의 하단과 연결되고, 타단은 상부 일측면에 설치되어 실린더블록의 밸브영역에 연통되도록 설치되는 것을 특징을 하는 로커암 윤활유를 이용한 노즐 냉각시스템.
   
   
   
   
   
   

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