KR102127537B1

KR102127537B1 - 엔진의 밸브 트레인 시스템

Info

Publication number: KR102127537B1
Application number: KR1020150034068A
Authority: KR
Inventors: 정세호; 정성수; 김용석
Original assignee: 한국조선해양 주식회사; 현대중공업 주식회사
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2020-06-29
Also published as: KR20160110757A

Abstract

엔진의 밸브 트레인 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 엔진의 밸브 트레인 시스템은, 밸브 트레인의 직선왕복운동을 지지하는 요크와 지지축 사이를 윤활하는 윤활유를 유닛 인젝터측으로 공급하여 유닛 인젝터의 제1안내부재와 제2안내부재 사이를 윤활한다. 그러면, 제1안내부재가 원활하게 직선왕복운동할 수 있으므로, 유닛 인젝터의 성능이 향상되는 효과가 있을 수 있다.

Description

엔진의 밸브 트레인 시스템 {VALVE TRAIN SYSTEM FOR ENGINE}

본 발명은 연료를 압축하여 분사하는 유닛 인젝터의 플런저의 직선운동을 안내하는 안내부재측으로 윤활유를 공급할 수 있는 엔진의 밸브 트레인 시스템에 관한 것이다.

엔진(Engine)이란, 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말하며, 연소실에서 연료가 점화하여 폭발함으로써 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 말한다.

엔진은 실린더가 형성된 실린더블록과 실린더블록의 일면에 결합되어 실린더의 일측을 밀폐하는 실린더헤드를 포함한다. 실린더의 타측으로는 피스톤이 직선왕복운동가능하게 설치되고, 피스톤과 실린더헤드 사이에 형성되는 공간이 연료가 유입되어 연소되는 연소실이다.

실린더헤드에는 공기를 연소실로 흡입시키는 흡기밸브, 연료를 연소실로 분사하기 위한 유닛 인젝터(Unit Injector) 및 연소실에서 연료가 연소될 때 발생하는 배기가스를 배출하기 위한 배기밸브 등을 포함하는 밸브 트레인 시스템이 설치된다.

유닛 인젝터(Unit Injector)는 펌프, 인젝터 및 분사밸브를 일체로 형성한 것으로, 시소 형태로 운동하는 로커 암에 의하여 동작하면서 압송된 연료를 연소실로 분사한다.

유닛 인젝터는 실린더의 기능을 하는 배럴과 배럴의 내부에 직선왕복운동가능하게 설치된 플런저를 가진다. 플런저는 시소 형태로 운동하는 로커 암(Rocker Arm)의 일단부측과 접촉하여 작동하면서, 배럴의 내부로 유입된 연료를 가압하여 연소실로 분사한다.

시소 형태로 운동하는 로커 암의 일단부측이 플런저의 상면을 누르므로, 로커 암에서 플런저로 작용하는 하중은 편심된다. 이로 인해, 플런저의 폭 방향 중심을 통과하는 가상의 직선에 대하여 플런저가 기울어진 상태로 직선운동하게 된다.

이를 방지하기 위하여, 플런저에는 플런저와 함께 직선운동하는 제1안내부재가 설치되고, 배럴에는 제1안내부재가 삽입 지지되는 제2안내부재가 설치된다.

그런데, 종래의 엔진의 밸브 트레인 시스템에는 유닛 인젝터의 제1안내부재 및 제2안내부재측으로 윤활유를 공급하는 아무런 수단이 없다. 이로 인해, 제1안내부재가 원활하게 직선운동하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 엔진의 밸브 트레인 시스템을 제공하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 유닛 인젝터의 플런저에 설치되어 플런저와 함께 운동하는 제1안내부재와 유닛 인젝터의 배럴에 설치되며 제1안내부재가 삽입 지지되는 제1안내부재측으로 윤활유를 공급하여, 제1안내부재가 원활하게 직선운동할 수 있는 엔진의 밸브 트레인 시스템을 제공하는 것일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 트레인 시스템은, 실린더헤드에 설치되며, 시소 형태로 운동하는 복수의 로커 암(Rocker Arm); 상기 실린더헤드에 설치된 배럴(Barrel), 상기 배럴에 직선왕복운동가능하게 설치되며 어느 하나의 상기 로커 암의 단부측에 의하여 운동하면서 상기 배럴로 유입된 연료를 가압하여 연소실로 분사시키는 플런저, 상기 플런저에 설치되어 상기 플런저와 함께 운동하는 제1안내부재, 상기 배럴에 설치되며 상기 제1안내부재의 일측이 삽입 지지되는 제2안내부재를 가지는 유닛 인젝터; 다른 하나의 상기 로커 암의 단부측에 연결되어 직선왕복운동하는 요크, 상기 실린더헤드에 설치되고 상기 요크의 일단부측에 연결되며 상기 요크에 의하여 작동하면서 상기 연소실로 공기를 유입시키는 흡기밸브, 상기 실린더헤드에 설치되고 상기 요크의 타단부측에 연결되며 상기 요크에 의하여 작동하면서 상기 연소실의 배기가스를 배출시키는 배기밸브, 상기 실린더헤드에 설치되며 상기 요크의 일측에 삽입되어 상기 요크의 운동을 지지하는 지지축을 가지는 밸브 트레인을 포함하며, 상기 지지축이 삽입된 상기 요크의 내부에는 윤활유가 유입되고, 상기 요크에는 상기 요크가 직선왕복운동함에 따라 압축되는 윤활유를 상기 제1안내부재와 상기 제2안내부재 사이로 공급하기 위한 배출공이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 트레인 시스템은, 밸브 트레인의 직선왕복운동을 지지하는 요크와 지지축 사이를 윤활하는 윤활유를 유닛 인젝터측으로 공급하여 유닛 인젝터의 제1안내부재와 제2안내부재 사이를 윤활한다. 그러면, 제1안내부재가 원활하게 직선왕복운동할 수 있으므로, 유닛 인젝터의 성능이 향상되는 효과가 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템을 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 밸브 트레인 시스템을 다른 방향에서 본 확대도.
도 3은 도 2의 요부 단면도.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

"위에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 트레인 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템을 보인 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엔진은 실린더(미도시)가 형성된 실린더블록(미도시)과 상기 실린더블록의 일면에 결합되는 실린더헤드(50)를 포함할 수 있다.

상기 실린더의 타측으로 피스톤이 삽입되어 직선왕복운동가능하게 설치될 수 있고, 상기 피스톤과 실린더헤드(50) 사이에 형성되는 밀폐 공간이 연소실의 기능을 할 수 있다.

상기 연소실로 연료와 공기가 흡입되어 폭발하면, 상기 피스톤이 직선왕복운동하고, 상기 피스톤의 운동은 커넥팅로드(미도시)를 매개로 크랭크축(미도시)으로 전달된다. 그러면, 상기 크랭크축은 회전하고, 상기 크랭크축의 회전력의 대부분은 플라이휠(미도시)을 통하여 클러치에 전달되고, 회전력의 일부는 캠축(미도시)을 통하여 펌프, 발전기 및 본 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템(100)으로 전달될 수 있다.

본 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템(100)에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 밸브 트레인 시스템을 다른 방향에서 본 확대도이고, 도 3은 도 2의 요부 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템(100)은 유닛 인젝터(110)와 밸브 트레인(130)을 포할 수 있다.

유닛 인젝터(110)는 실린더헤드(50)에 설치될 수 있으며, 실린더의 기능을 하는 배럴(111)을 포함할 수 있다. 배럴(111)은 내부에 부품들을 용이하게 조립할 수 있도록 복수개가 상호 결합된 형태로 형성될 수 있다.

이하, 배럴(111)을 포함한 다른 구성 요소들의 면 및 방향을 지칭함에 있어서, 도 3에 도시된 방향을 기준으로, 배럴(111)의 상측을 향하는 면 및 방향을 "상면 및 상측", 하측을 향하는 면 및 방향을 "하면 및 하측"이라 한다.

배럴(111)의 상면은 개방될 수 있고, 하면에는 배출포트(미도시)가 형성될 수 있다. 그리고, 배럴(111)의 내부에는 상면에서 하면을 향하여 길이방향으로 운동로(111a)가 형성될 수 있고, 배럴(111)의 하부측 측면 일측에는 연료를 운동로(111a)로 유입하기 위한 스필포트(Spill Port)(미도시)가 형성될 수 있다.

운동로(111a)에는 피스톤의 기능을 하는 플런저(112)의 하측 부위가 삽입 설치될 수 있고, 플런저(112)의 상측 부위는 배럴(111)의 상면 외측으로 돌출될 수 있다. 이때, 플런저(112)의 하단면(下端面) 하측에 위치된 운동로(111a)의 부위는 연료가 유입되어 가압되는 압력실의 기능을 할 수 있다.

플런저(112)는 운동로(111a)를 따라 직선왕복운동(이하, "승강"이라 함) 가능하게 설치될 수 있으며, 플런저(112)의 하강에 의하여 상기 압력실의 유체가 가압되어 상기 배출포트를 통하여 상기 연소실로 배출될 수 있다.

플런저(112)의 하단면(下端面)이 상기 스필포트의 상측에 위치되면, 연료가 상기 압력실로 유입될 수 있고, 플런저(112)의 하강에 의하여 플런저(112)의 하단면이 상기 스필포트를 통과하여 상기 스필포트의 하측에 위치되는 순간부터 연료가 가압될 수 있다.

플런저(112)의 하측 부위 외주면에는 플런저(112)의 내측으로 함몰 형성된 헬릭스(Helix) 면(미도시)이 형성될 수 있고, 플런저(112)의 회전에 의하여 상기 스필포터(미도시)와 상기 헬릭스 면의 연통시기가 조절될 수 있다. 상기 스필포터(미도시)와 상기 헬릭스 면의 연통시기에 따라, 플런저(112)에 의하여 압축되는 상기 압력실의 연료의 압축 정도가 조절되므로, 연료의 분사량이 조절될 수 있다.

플런저(112)에는 피니언(114)이 설치될 수 있고, 피니언(114)에는 랙(Rack)(미도시)이 맞물릴 수 있다. 그리하여, 상기 랙의 직선운동에 의하여, 피니언(114)이 회전하면, 피니언(122)에 의하여 플런저(112)가 회전하는 것이다. 상기 랙은 엔진의 회전수나 부하에 따라 연료의 분사량을 제어하는 거버너(Governor)(미도시)에 의하여 직선운동할 수 있다.

플런저(112)는 복수의 로커 암(Rocker Arm)(120) 중, 제1로커 암(121)에 의하여 의하여 운동할 수 있다. 상세히 설명하면, 제1로커 암(121)은 시소 형태로 운동가능하게 설치될 수 있으며, 상기 캠축의 회전에 의하여 상기 캠이 회전하면, 제1로커 암(121)의 일측이 승강할 수 있다. 그러면, 제1로커 암(121)의 타측은 제1로커 암(121)의 일측과 반대방향으로 승강하면서 플런저(112)의 상면을 하측으로 누를 수 있다. 이로 인해, 플런저(112)에 의하여 연료를 가압되며 상기 연소실로 분사되는 것이다.

제1로커 암(121)이 시소 형태로 운동하므로, 제1로커 암(121)의 타단부에서 플런저(112)의 상면측에 작용하는 하중은 플런저(112)의 폭 방향 중심을 통과하는 가상의 직선에 대하여 일측으로 편심되어 작용한다. 그러면, 플런저(112)의 상측 부위와 하측 부위가, 상기 가상의 직선을 기준으로, 상호 반대 방향에 위치되어 기울어진 상태로 직선운동하므로, 유닛 인젝터(110)의 성능이 저하될 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 플런저(112)의 상측 부위에는 제1안내부재(116)가 설치되어 플런저(112)와 함께 직선운동할 수 있고, 배럴(111)의 상면측에는 제1안내부재(116)의 직선운동을 지지하는 제2안내부재(117)가 설치될 수 있다. 이때, 제1로커 암(121)의 타단부에서 작용하는 하중은 제1안내부재(116)를 통하여 플런저(112)에 작용하며, 제1안내부재(116)는 제1로커 암(121)에 의하여 배럴(111)의 하면측으로 하강하면서 플런저(112)를 하강시킬 수 있다.

제1안내부재(116)는 플런저(112)의 상측 부위 외주면을 감싸는 형태로 설치된 제1지지관(116a), 제1지지관(116a)의 상단부에서 외측으로 연장 형성된 제1지지테(116b) 및 제1지지테(116b)의 내주면에 결합되어 플런저(112)의 상단면과 접촉하는 커버(116c)를 포함할 수 있다. 이때, 커버(116c)의 상면에 제1로커 암(121)의 타단부측이 접촉할 수 있다.

제2안내부재(117)는 제1안내부재(116)의 승강을 지지 안내할 수 있으며, 플런저(112)를 감싸는 형태로 설치되고 제1지지관(116a)이 삽입 지지되는 제2지지관(117a), 제2지지관(117a)의 하단부에서 외측으로 연장 형성되며 배럴(111)의 상면에 지지되는 제2지지테(117b)를 포함할 수 있다.

즉, 제1안내부재(116)의 제1지지관(116a)이 제2안내부재(117)의 제2지지관(117a)의 내부에 삽입 지지되므로, 제1지지관(116a)은 제2지지관(117a)을 따라 승강할 수 있다. 그러면, 제1안내부재(116)의 전체의 부위가 제2지지관(117a)을 따라 승강하는 형태가 되므로, 플런저(112)도 제2지지관(117a)을 따라 승강한다. 따라서, 제1로커 암(121)에서 플런저(112)로 편하중이 작용하여도, 플런저(112)는 상기 가상의 직선과 평행하게 직선운동하는 것이다.

제1안내부재(116)의 제1지지테(116b)와 제2안내부재(117)의 제2지지테(117b) 사이에는 플런저(112)를 제1로커 암(121)측으로 탄성 지지하는 탄성부재(119)가 설치될 수 있다.

제1안내부재(116)의 하측 부위인 제1지지관(116a)은 제2안내부재(117)의 제2지지관(117a)의 내부에 삽입 지지되어 승강하므로, 제1지지관(116a)과 제2지지관(117a)의 접촉 부위로 윤활유가 공급되어야, 제1지지관(116a)이 원활하게 승강할 수 있다.

이를 위하여, 본 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템(100)은 밸브 트레인(130)으로 공급되는 윤활유를 유닛 인젝터(110)측으로 공급하여 제1지지관(116a)과 제2지지관(117a) 사이를 윤활할 수 있다.

밸브 트레인(130)은 로커 암(120)의 제2로커 암(123)에 의하여 동작할 수 있으며, 요크(131), 흡기밸브(미도시), 배기밸브(미도시) 및 지지축(133)을 포함할 수 있다.

요크(131)는 제2로커 암(123)의 타단부측에 연결되어 승강할 수 있고, 상기 흡기밸브 및 상기 배기밸브는 각각 실린더헤드(50)에 설치되며 요크(131)의 일단부측 및 타단부측에 연결될 수 있다. 그리하여, 상기 흡기밸브는 요크(131)에 의하여 작동하면서 상기 연소실로 공기가 유입되게 할 수 있고, 상기 배기밸브는 요크(131)에 의하여 작동하면서 상기 연소실에서 연료가 연소될 때 발생하는 배기가스를 외부로 배출시킬 수 있다.

지지축(133)은 실린더헤드(50)에 설치되며 요크(131)의 중앙부측에 삽입될 수 있다. 그리하여, 지지축(133)은 요크(131)가 안정되게 승강할 수 있도록 지지할 수 있다.

지지축(133)이 삽입된 요크(131)의 내부에는 요크(131)가 원활하게 승강할 수 있도록 윤활유가 유입될 수 있다. 이때, 요크(131)가 승강함에 따라 요크(131)로 유입된 윤활유는 압축될 수 있다.

본 실시예에 따른 밸브 트레인 시스템(100)은 요크(131)의 내부로 유입되어 압축되는 윤활유를 유닛 인젝터(110)의 제1안내부재(116)와 제2안내부재(117)측으로 공급하여 제1안내부재(116)와 제2안내부재(117) 사이를 윤활할 수 있다.

이를 위하여, 유닛 인젝터(110)을 향하는 요크(131)의 부위에는 윤활유가 배출되는 배출공(131a)이 형성될 수 있고, 배출공(131a)은 항상 제2안내부재(117)의 상측에 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 승강하는 요크(131)가 상사점에 위치되었을 때 및 하사점에 위치되었을 때, 실린더헤드(50)를 기준으로, 배출공(131a)은 제2안내부재(117)의 상측에 위치되는 것이 바람직하다. 그러면, 배출공(131a)을 통하여 배출되는 윤활유가 제1안내부재(116)의 제1지지관(116a)의 외주면에 묻어서, 제1지지관(116a)의 외주면과 제2지지관(117a)의 내주면 사이로 용이하게 유입될 수 있다.

그리고, 유닛 인젝터(110)의 양측에서 윤활유를 공급할 수 있도록, 밸브 트레인(130)은, 유닛 인젝터(110)를 가운데 두고, 유닛 인젝터(110)의 양측에 위치되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 엔진의 밸브 트레인 시스템(100)은 밸브 트레인(130)의 직선왕복운동을 지지하는 요크(131)와 지지축(133) 사이를 윤활하는 윤활유를 유닛 인젝터(110)측으로 공급하여 유닛 인젝터(110)의 제1안내부재(116)와 제2안내부재(117) 사이를 윤활한다. 그러면, 제1안내부재(116)가 원활하게 직선왕복운동할 수 있으므로, 유닛 인젝터(110)의 성능이 향상된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 유닛 인젝터
116: 제1안내부재
117: 제2안내부재
130: 밸브트레인
131: 요크
131a: 배출공
133: 지지축

Claims

실린더헤드에 설치되며, 시소 형태로 운동하는 복수의 로커 암(Rocker Arm);
상기 실린더헤드에 설치된 배럴(Barrel), 상기 배럴에 직선왕복운동가능하게 설치되며 어느 하나의 상기 로커 암의 단부측에 의하여 운동하면서 상기 배럴로 유입된 연료를 가압하여 연소실로 분사시키는 플런저, 상기 플런저에 설치되어 상기 플런저와 함께 운동하는 제1안내부재, 상기 배럴에 설치되며 상기 제1안내부재의 일측이 삽입 지지되는 제2안내부재를 가지는 유닛 인젝터;
다른 하나의 상기 로커 암의 단부측에 연결되어 직선왕복운동하는 요크, 상기 실린더헤드에 설치되고 상기 요크의 일단부측에 연결되며 상기 요크에 의하여 작동하면서 상기 연소실로 공기를 유입시키는 흡기밸브, 상기 실린더헤드에 설치되고 상기 요크의 타단부측에 연결되며 상기 요크에 의하여 작동하면서 상기 연소실의 배기가스를 배출시키는 배기밸브, 상기 실린더헤드에 설치되며 상기 요크의 일측에 삽입되어 상기 요크의 운동을 지지하는 지지축을 가지는 밸브 트레인을 포함하며,
상기 지지축이 삽입된 상기 요크의 내부에는 윤활유가 유입되고,
상기 요크에는 상기 요크가 직선왕복운동함에 따라 압축되는 윤활유를 상기 제1안내부재와 상기 제2안내부재 사이로 공급하기 위한 배출공이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 트레인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1안내부재의 일측은 상기 제2안내부재의 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 트레인 시스템.
제2항에 있어서,
상기 요크가 상사점 및 하사점에 위치되었을 때, 상기 배출공은, 상기 실린더헤드를 기준으로, 상기 제2안내부재의 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 트레인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 밸브 트레인은, 상기 유닛 인젝터를 가운데 두고, 상기 유닛 인젝터의 양측에 위치된 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 트레인 시스템.