KR20000047543A - 소음 전파성이 낮아진 엔진용 록커 아암 덮개 - Google Patents

Abstract

디젤 엔진에 록커 아암 덮개는 대기로의 소음의 전파를 최소로 하는 경성 성형된 플라스틱재로 형성되는 것이다. 덮개의 음향 진동은 덮개재 경직성을 감소시키어 저하되는 것이다. 덮개재의 감소된 경직성은 덮개의 루프 영역이 음향파가 존재하는 실린더 헤드로부터 순간적으로 이격지게 위치 변경하는 것을 허용하여서, 루프 영역은 진동 동작에 필요한 재저장 힘이 발전할 수 없도록 하는 것이다.

Description

소음 전파성이 낮아진 엔진용 록커 아암 덮개{ENGINE ROCKER ARM COVER HAVING REDUCED NOISE TRANSMISSION}

본 발명은 엔진 록커 아암 덮개에 관한 것으로서, 특히 록커 아암 및 다른 엔진 성분의 정상적 운영과 관련된 소음을 저하시키는 수단을 가진 엔진 록커 아암 덮개에 관한 것이다.

본 발명은 부가적으로 내연기관의 정상적 운용과 관련된, 특히 디젤 엔진의 운용과 관련하여 발생되는 소음을 저하시키는 수단을 가진 엔진 소음 덮개에 관한 것이다.

현대에 디젤 엔진은 흔히, 스파크 점화 엔진보다 상당히 더 큰 소리(귀에 거슬리는 소리)를 발생하는 것이다. 디젤 엔진에 의해 발생되는 소음의 일부는 엔진 록커 아암의 정상적 운용에 결과이다. 일부 부가적인 소음은 디젤 엔진에 사용되는 압축 점화공정에 의해 발생되는 것이다.

엔진 소음의 상당 부분은 록커 아암 챔버 및 관련 록커 아암 덮개를 통해 주위 환경으로 전달 되어진다. 록커 아암 덮개는 음향 진동을 대기로 전달하는 공명판으로서 동작을 하는 것이다.

본 발명은 주변 대기로 음향 진동(소음)의 전달을 최소로 하도록 설계된 엔진 록커 아암 덮개에 관한 것이다. 본 발명의 일 이점은, 록커 아암 덮개가 록커 아암 챔버 내에서 발생되는 음파(sonic waves)에 대하여 반응하는 진동용의 경감된 용량성을 가지는 플라스틱재로 형성되는 것이다.

본 발명의 두번째 이점으로서는, 록커 아암 덮개에 음 흡수재(sound absorbing material), 예를 들면 고무, 발포 고무, 또는 플라스틱 발포재로 형성되는 라이닝(lining)이 설치되는 것이다.

본 발명의 세번째 이점으로서는, 록커 아암 덮개가, 덮개의 루프 부분이 음파의 힘에 대응하는 그 정상 위치로부터 위치 변경되도록 채택되는 구조로 형성되는 것이다. 관련된 엔진 실린더 헤드로부터 이격진 덮개 루프의 미소한 동작이 음파를 유효하게 수용 또는 경감하여서, 덮개가 상기 음파와 공진(共振)하는 진동 동작으로부터 방지되는 것이다. 록커 아암 덮개는 음파(소음)를 재중계하는 공명판으로서 동작하는 것이 방지되는 것이다.

본 발명의 특정된 이점은 첨부된 도면 및 본 발명을 설명하는 명세서를 통해 명확하게 이해되는 것이다.

도 1은 본 발명에 의거 구조된 록커 아암 덮개가 장착된 디젤 엔진의 부분을 절취하여 나타낸 단면도.

도 2는 록커 아암 덮개가 취해질 수 있는 부가적인 형태를 나타내는 도 1과 동일한 방향으로 절취된 단면도.

도 3은 본 발명을 실시하는 다른 록커 아암 덮개를 절취하여 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명에 따라 구조된 부가적인 록커 아암 덮개를 나타내는, 도 3과 동일한 방향으로 절취된 단면도.

도 5는 덮개의 각 층에서 변경된 두께를 나타내는 록커 아암 덮개의 다른 실시예의 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 실리더 헤드 12: 엔진 블록

18: 록커 아암 덮개 20: 록커 아암 축

22: 록커 아암 24: 롤러

26: 캠 축 30: 밸브

32: 연소 실린더 34: 록커 아암 챔버

36: 라이닝 40: 루프(roof)

50: 벨로우즈(bellows) 66: 플러그(plug)

도 1은 엔진 블록(12)에 적합하게 고정된 실린더 헤드(10)를 가진 종래의 일반적인 디젤 엔진을 나타내는 도면이다. 실린더 헤드는 블록(12)에 고정된 하부 면(14) 과 록커 아암 덮개(18)를 장착하는데 사용되는 상부 면(16)을 구비하는 것이다. 록커 아암 축(20)은 축 길이를 따라서 이격 점에서 복수 록커 아암(22)을 회전식으로 지지하는 것이다. 각각의 록커 아암은, 실린더 헤드(10) 와 록커 아암 덮개(18) 사이에 분할 평면에 위치한 캠 축(26)에 놓여 있는 롤러(24)를 구비하는 것이다. 각각의 록커 아암은 밸브(30)에 연결되는 자유 단부를 가지는 것이다. 상기 도면은 일 밸브(30)를 나타내는 것이다. 그리고, 엔진은 복수개의 유사한 구조로 이루어진 밸브를 구비하는 것으로 예견할 수 있도록 도시하였다. 일반적으로, 각 연소 실린더(32)용으로 2개 또는 4개 밸브(30)가 있으며, 예를 들면 1개 또는 2개 유입 밸브 와 1개 또는 2개 배기 밸브가 있다.

본 발명은 보다 특정하게는 록커 아암 덮개(18)에 관한 것으로, 특히 엔진 소음 방출이 저하되도록 설계된 록커 아암 덮개의 특징적 이점을 제공하는 것에 관한 것이다. 도 1에서 설명된 록커 아암 덮개는 취입성형 공정으로 양호하게 경성 플라스틱재로 형성되는 것이다. 덮개재료용으로 경성 플라스틱(rigid plastic)을 사용하는 것은 종래 시트금속(sheet metal)을 사용하는 것 이상의 이점이 있는데, 즉 덮개가 록커 아암 챔버(34) 내에서 발생되는 음 진동에 반응하는 진동을 저하(경감)시키는 성질을 가지는 것이다. 상기 음 진동은 엔진 실린더에 압축 점화식 연소 공정에 의해 그리고 또한 록커 아암의 왕복운동에 의해 발생되는 것이다.

본 발명의 다른 이점으로서는, 록커 아암 덮개에 소리-흡수재로 이루어진 라이닝(36)을 설치하는 것이다. 일반적으로, 라이닝(36)은 라이닝 재료 전체에 분포된 복합 구멍(multiple pores) 또는 셀을 가진 고무 포말 재료 또는 플라스틱 포말 재료로 제조된다. 각각의 구멍 또는 셀은 음향 진동을 흡수 또는 포획하는 능력을 가지고 있어서, 플라스틱 덮개(18)의 내부 면에 부딪치는 음파의 세기를 저하시키는 것이다.

챔버(34) 내에 대기(atmosphere)는 음향 라이닝(36)의 노출 면에 수집되는 오일 분무 미립자를 구비하는 것이다. 라이닝(36)에 구멍(pores) 안으로 상기 오일 입자가 이주하는 것을 방지하도록, 라이닝에는 노출 라이닝 면(38)을 형성하는 무공(無孔) 스킨이 양호하게 설치된다.

록커 아암 덮개(18)는 둘레 플랜지에 루프를 접속하는 직립 환형상 측벽(44), 둘레 플랜지(42) 및 루프(40)를 포함하는 것이다. 양호하게, 록커 아암 덮개는 취입성형 조작으로 형성된 일 피스 플라스틱이다.

록커 아암 덮개(18)는 실린더 헤드(10)의 면에 나사진 구멍 안으로 둘레 플랜지(42)를 통하여 연장되는 복합 볼트(46)에 의해 실린더 헤드(10)에 고정된다. 음향 라이닝(36)의 둘레 구역은 록커 아암 챔버 둘레에 오일 시일(oil seal)을 형성한다. 음향 라이닝 재료의 과-압축이 압축 리미터 슬리브(compression limiter sleeve)(48)를 각각의 볼트(46)를 둘러싸서 방지할 수 있는 것이다.

본 발명의 기본적인 특징으로서, 록커 아암 덮개에는 챔버(34) 내에 음파를 발생 또는 전파하여 초래되는 록커 아암 덮개 루프(40)의 진동 동작을 대체로 저하시키는 수단이 설치되는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 록커 아암 덮개 루프(40)의 진동 동작을 저하시키는 수단은 덮개(18)의 환형상 측벽(44)에 합체된 환형상 벨로우즈(50)를 포함하는 것이다. 환형상 벨로우즈(50)는 측벽(44)의 경직성(stiffness)을 저하시키며, 그리고 측벽의 성질은 루프(40)의 진동 동작용 버팀부로서 동작하는 것이다.

얇은 벽에 가해지는 음향 진동은, 벽이 주위 대기로 음파를 재중계하는 공명판으로 동작을 하도록, 음파의 주파수로 벽이 진동하게 하는 것이다. 음파와 공진하는 진동에 대한 벽의 성질은 벽의 질량, 그 경직성 및 그 얇은 두께로 영향을 미치는 것이다. 보다 얇은 판(벽)은 보다 두터운 벽과 대비하여 보다 용이하게 진동을 하는 것이다. 더욱이, 어느 정도 경직한 벽은 약간 경직한(큰 가요성) 벽에 비해서 진동하는 성질이 더 크다. 그런데, 록커 덮개 구조체의 경직성은 엔진의 동작 여기 주파수 범위(the operating excitation frequency range of the engine) 내에서의 공진이 피해지도록 전환되어야 한다. 이러한 전환 동작은 여기 주파수(excitation frequency) 범위 밖에 자연 주파수(natural frequency)가 동작하도록 덮개의 경직성 및 질량을 조절할 필요가 있는 것이다.

도 1에서, 경직(stiff) 루프(40)에 부딪치는 내부 음파는 실린더 헤드(10)로부터 이격지게 루프를 개시적으로 편향되도록 하는 것이다. 환형상 벨로우즈(50)가 주어지지 않았다고 가정하면, 경직 루프는 실린더 헤드(10)를 향하는 방향으로 반응성 하방향 동작(reactive downward motion)을 가지도록 압력을 받을 것이다. 대응 동작은 초기 루프 위치를 지나치는 경향이 있기 때문에, 진동 운동은 루프 쪽으로 작용하게 될 것이다. 다음 음파는 진동 루프 동작을 보강하여, 덮개(18)가 주변 대기로 음향 소음을 중계하도록 공명판으로서 동작을 하는 것이다.

환형상 벨로우즈(50)는 루프(40)가 낮은 진동성을 가지도록 환형상 측벽(44)의 수직 경직도를 저하시키는 것이다. 덮개(18)의 내부 면과 음파가 부딪치어, 루프(40)는 약간의 거리가 외부 방향으로, 예를 들면 실린더 헤드(10)로부터 상방향으로 이격지게 편향되는 것이다. 환형상 벨로우즈(50)는 루프가 음파와의 동작을 허용하여 루프가 압축동작을 회피하고 그리고 실린더 헤드를 향하는 방향으로의 반응성 하방향 동작을 생성하는 것이다. 따라서, 루프는 진동 동작에 필요한 반응성 하방향 동작을 가지지 않는 것이다. 벨로우즈(50)는 환형상 측벽(40)의 수직 경직성(the vertical stiffness of annular side wall)을 완화시키도록 설계되어서, 측벽은 루프(40)용의 고정된 스티프너(stiffener)로서 동작을 할 수 없는 것이다. 루프(40)의 진동 증폭 동작을 방지 또는 상당한 저하시키어, 벨로우즈는 루프(40)가 엔진에서 발생되는 음향 소음용의 공명판으로서 동작하는 것을 방지하는 것이다.

도 2 내지 도 4는 록커 아암 덮개가 공명판으로서 기능을 하는 것을 방지하는데 사용될 수 있는 부가적 메카니즘을 설명하는 도면이다. 도 2는 록커 아암 덮개의 종축선(54)으로 이격진 복합 볼트(52)에 의해 실린더 헤드(10)에 고정되는 록커 아암 덮개(18a)를 나타낸 도면이다. 도 2는 단일 볼트(52)를 나타내었지만, 덮개 종축선(54) 방향으로 이격진 지점에, 추가적 볼트가 사용된다는 것을 예견할 수 있을 것이다. 일반적으로, 축선(54) 방향으로 3개 볼트(52)가 이격 분리되어 설치된다.

각각의 볼트(52)는 덮개의 루프(40a)와 압압 결합하는 헤드(56)를 구비하고; 와셔(53)가 볼트 헤드 와 덮개 면 과의 사이에 제공되어 덮개재에 가해지는 단위면적 당 힘을 경감시키는 것이다. 루프(40a)는 볼트(52) 구역에서 움푹 들어가게 형성되어 록커 아암 덮개 실루엣(silhouette)을 경감시키는 것이다. 각각의 볼트(52)는 실린더 헤드(10)에 나사 구멍에 고정되는 나사진 하단부를 구비하는 것이다. 볼트(52)의 생크에 있는 견부(58)는 볼트 헤드(56)에 놓여져, 실린더 헤드 면 과 오일 시일(60) 과의 사이에 필요한 시일 압력이 이루어지게 하는 것이다.

상술된 실시예에서와 같이, 록커 아암 덮개는 덮개의 측벽(44)에 일체로 이루어진 환형상 벨로우즈를 구비하는 것이다. 벨로우즈는 측벽(44)의 축선 경직도를 경감하는 기능을 수행하여, 루프(40a)가 공명판으로 동작하는 것을 방지하는 것이다. 벨로우즈(50)의 유효성은 음향 진동으로 발생되는 힘 수준 내에서 어느 정도의 탄성이 있도록 각각의 볼트(52)를 구조하여 향상될 수 있는 것이다.

도 3은 도 2에 도시된 장치의 변경 실시예이다. 도 3에서는 각각의 볼트 헤드(56)가 볼트 생크를 둘러싸는 환형상 압력 리미터 슬리브(62)에 의해 실린더 헤드 면(16) 위에 미리 정해진 거리에 위치한다. 슬리브(62)는 도 2에 실시예에서의 견부(58)와 동일한 기능 즉, 환형상 오일 시일(60)에 압력을 한정하는 수단을 제공하는 것이다.

도 3에 록커 아암 덮개에서는 보조 벨로우즈(64)가 루프(40b) 와 오목한 루프 구역 과의 사이에 제공된다. 벨로우즈(64)는 루프(40b)의 주 영역이, 루프의 실내 면이 음파에 의해 충돌될 시에 그 정상 위치로부터 상방향으로 증가적으로 이격지는 부유를 허용하는 것이다. 각각의 벨로우즈(64)는 환형상 벨로우즈(50)와 동시적으로 동작하여, 록커 아암 덮개의 루프가 진동 동작에 필요한 반발 하방향력이 발생하는 것을 방지하는 것이다.

도 4는 본 발명의 변형예를 나타낸 도면이다. 여기서, 각각의 덮개 장착 볼트(52)는 볼트의 생크 부분을 둘러싸는 환형상 압축식 플러그(66)에 의해 정렬배치된 루프 면으로부터 이격 공간진 헤드를 구비한다. 플러그(66)는 상술된 실시예에 벨로우즈(50)와 거의 동일한 기능을 하는 것이다.

음파가 록커 아암 덮개의 실내 면 과 부딪침으로서, 탄성 플러그(66)가 축선 방향으로 약간 압축되어, 실린더 헤드 면(16)으로부터 루프가 이격이 증가하는 거리로 움직이는 것을 허용하는 것이다. 따라서, 루프는 진동 동작에 필요한 반발 하방향력(reactive downward force)이 발전되는 것을 방지하는 것이다.

주요 면에서, 도 4의 록커 아암 덮개는 기본적으로 상술된 실시예와 동일한 반-음향 동작(anti-sonic action)을 하는 것이다. 본 발명의 주 이점은 록커 아암 챔버에 음향파의 존재로 다르게 발생되는 록커 아암 루프의 진동 동작을 저감 또는 소거하는 메카니즘이라는 것이다. 메카니즘은 루프가 실린더 헤드를 향하는 방향으로의 재저장 동작에 필요한 반발력을 발전시키지 않도록 록커 아암 덮개 루프가 실린더 헤드로부터 이격지게 위치 변환하는 것을 순간적으로 허용하여 음파에 반응하는 것이다.

도 5는 본 발명의 개념을 다르게 접근하여 나타낸 도면이다. 이 실시예에서는 루프(40b)가 그 길이를 따라서 일정한 두께를 가지며, 이들이 환형상 벽에 근접하여 구조된 바와 같이 무공 스킨(38b) 과 라이닝(36b) 및 환형상 측벽(44b)이 변경 가능한 두께로 형성된 것이다. 또한, 환형상 벨로우즈(50b)는 가요성을 위해 소프트한 저 듀로미터재(low durometer material)로 이루어진 두터운 섹션 과 하드 플라스틱으로 이루어진 얇은 층을 가진다. 변경되는 고저 듀로미터재(the high and low durometer materials)의 두께가 파트의 다른 구역에 걸쳐서 다른 공진 특성을 달성하여, 구조적 공진을 완화하고 어느 정도의 소음 증폭 및 재중계를 저감한다는 것은 주요한 사실이다.

당 기술분야의 기술인은 유사한 접근방식이 엔진을 둘러싸는데 사용될 수 있는 엔진 소음 덮개용으로 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기 디바이스는 탑 엔진 덮개, 기어케이스 덮개, 또는 저 엔진 구획 덮개로서 서비스 하는 것이다. 각각의 경우에서, 덮개는 상술된 실시예에서와 유사한 메카니즘을 활용하는 소음 완화기로서 서비스 하는 것이다.

본 발명은 특정 실시예를 기술하였지만, 당분야의 기술인이 첨부된 청구범위에서 한정하는 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고 본 발명을 변경될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 실린더 헤드 및 그 위에 안착된 록커 아암 덮개를 가진 디젤 엔진에서:

   상기 록커 아암 덮개는, 실린더 헤드, 실린더 헤드 위에 안착된 둘레 플랜지, 및 상기 둘레 플랜지에 루프를 접속하는 환형상 측벽으로부터 이격긴 루프 와; 루프가 실린더 헤드로부터 미리 정해진 거리로 이격진 정상(normal) 위치를 가지도록 실린더 헤드에 상기 덮개를 장착하는 수단 및; 상기 덮개 내에 음향파의 발생으로 인한 그 정상 위치로부터 루프의 진동 동작을 저감시키는 수단을 포함하며;

   상기 덮개는 내부 면 과 외부 면을 가진 중공 일-피스 성형 플라스틱 구조체인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
2. 제 1항에 있어서, 상기 동작 저하 수단(motion reducing means)은 환형상 측벽에 통합된 벨로우즈(bellows)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
3. 제 1항에 있어서, 상기 동작 저하 수단은 상기 덮개 와 상기 덮개 장착 수단 과의 사이에 개재된 환형상 압축식 플러그 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
4. 제 1항에 있어서, 상기 덮개 장착 수단은 상기 덮개를 따라서 이격진 지점에서 실린더 헤드 안으로 루프를 통해 연장되는 복수 볼트를 포함하고; 상기 운동 저하 수단은 덮개와 압압 결합하는 볼트 각각을 둘러싸는 환형상 압축식 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
5. 제 1항에 있어서, 상기 동작 저하 수단은 상기 루프가 실린더 헤드로부터 이격지는 방향으로 그 정상 위치에서 순간적으로 변환되게 하는 루프에 음향파의 힘에 반응하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
6. 제 1항에 있어서, 상기 덮개의 실내 면에 소리를 흡수하는 라이닝(sound-absorbing lining)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
7. 제 1항에 있어서, 상기 덮개 장착 수단은 상기 덮개 주위에 이격 지점에서 둘레 플랜지를 통해 연장하는 복합 볼트를 포함하며; 동작 저하 수단은 환형상 측벽에 통합된 벨로우즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
8. 제 1항에 있어서, 상기 록커 아암 덮개에는 변경 가능한 두께를 가진 듀로미터재로 이루어진 합성 하드 플라스틱이 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
9. 제 1항에 있어서, 상기 록커 아암 덮개에는 하드 플라스틱재 층, 소프트한 소리 흡수 라이닝 층, 및 내오일 무공재 층(oil resistant nonporous material layer)의 합성물이 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.