KR20140147099A - 밸런싱 장치 및 피스톤 기관 - Google Patents

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Abstract

피스톤 기관용의 밸런싱 장치는 회전가능한 밸런싱 질량체 (1), 상기 기관의 크랭크샤프트와 힘 전달 연결식으로 배치될 수 있는 구동 풀리 (3), 상기 구동 풀리 (3) 의 회전 운동을 상기 밸런싱 질량체 (1) 에 전달하기 위한 치형 벨트 (2), 및 벨트 인장 디바이스 (6) 를 포함한다. 상기 밸런싱 질량체 (1) 는 상기 치형 벨트 (2) 와 결합할 수 있는 치형 둘레를 구비한다.

Description

밸런싱 장치 및 피스톤 기관{BALANCING ARRANGEMENT AND PISTON ENGINE}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 피스톤 기관용의 밸런싱 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 다른 독립 청구항의 전제부에 따른 피스톤 기관에 관한 것이다.
피스톤 기관의 사이클 프로세스 및 구성때문에, 기관의 작동은 주기적인 힘을 유발하는데, 이 힘은 관성력과 가스력으로 나누어질 수 있다. 가스력은 연소에 기인하고 관성력은 기관의 부품들의 회전 및 왕복 이동에 기인한다. 불균형의 힘은 진동을 유발하고, 따라서 대부분의 피스톤 기관은 여러 밸런싱 장치들을 구비한다. 밸런싱 장치의 필요성은 기관의 실린더 구성에 주로 의존한다. 힘의 일부는 크랭크샤프트에 부착된 간단한 카운터웨이트에 의해 균형을 이룰 수 있으나, 일부 힘 및 토크는 크랭크샤프트에 의해 구동되는 별도의 밸런싱 샤프트 또는 질량체에 의해 균형을 이룰 필요가 있다. 문제는 밸런싱 장치들이 항상 시스템의 복잡성을 증가시킨다는 것이며, 힘 및 토크의 균형을 이루기 위한 필요성은 적용에 좌우된다. 예컨대, 파워 플랜트 기관의 경우, 시스템의 비용 및 복잡성이 줄어들 수 있다면, 더 많은 양의 진동이 용인될 수 있다. 다른 한편으로, 크루즈 선박의 경우에는 승객들의 안락함이 매우 중요하며, 힘의 밸런싱을 위해 훨씬 더 많은 요건들이 설정된다. 따라서, 추가의 안락함을 제공하기 위해 기존 기관에 적응될 수 있는 간단한 밸런싱 장치에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 피스톤 기관을 위한 개선된 밸런싱 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 장치의 특징은 청구항 1 의 특징부에 주어진다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 피스톤 기관을 제공하는 것이며, 이 피스톤 기관은 다른 독립 청구항의 특징부를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 밸런싱 장치는 회전가능한 밸런싱 질량체, 기관의 크랭크샤프트와 힘 전달 연결식으로 배치될 수 있는 구동 풀리, 구동 풀리의 회전 운동을 밸런싱 질량체에 전달하기 위한 치형 (toothed) 벨트, 및 벨트 인장 디바이스를 포함한다. 밸런싱 질량체는 치형 벨트와 결합할 수 있는 치형 둘레를 구비한다.
본 발명에 따른 피스톤 기관은 기관의 크랭크샤프트의 자유 단부에 부착된 구동 기어, 샤프트의 제 1 단부에 배치되고 구동 기어에 의해 구동되는 기어휠, 샤프트의 제 2 단부에 배치되는 구동 풀리, 회전하는 밸런싱 질량체, 구동 풀리의 회전 운동을 밸런싱 질량체에 전달하기 위한 치형 벨트, 및 벨트 인장 디바이스를 포함한다. 밸런싱 질량체는 치형 벨트와 결합하는 치형 둘레를 구비한다.
본 발명에 따른 밸런싱 장치는 간단하고 경량이며, 단지 조금의 수정만으로 심지어 많은 기존의 기관에 조립될 수 있다. 밸런싱 장치의 서비스에 대한 필요성은 최소이다. 벨트가 밸런싱 질량체를 구동하기 위해 사용되므로, 불균형 질량체에 의해 발생되는 교번의 힘 및 토크가 기어 트랜스미션의 경우에서와 같이 구동 기어에 직접 전달되지 않는다. 힘 및 토크는 벨트에 의해 감쇠되고, 따라서 구동 기어의 마모는 감소된다. 밸런싱 장치의 부품들은 서비스를 위해 용이하게 접근될 수 있다. 밸런싱 질량체가 치형 벨트에 의해 직접 구동되므로, 장치는 매우 콤팩트하다.
밸런싱 장치는 장치가 적절히 작동하는 것을 보장하도록 밸런싱 질량체의 회전 속도 및/또는 밸런싱 질량체의 베어링들의 온도를 모니터링하기 위한 수단들을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 밸런싱 장치는, 밸런싱 질량체 및 구동 풀리의 샤프트가 부착될 수 있는 자가-지지 프레임을 구비한다. 자가-지지 프레임은 밸런싱 장치의 모듈형 구조를 가능하게 하고, 기존의 기관에의 설치를 용이하게 한다.
본 발명의 다른 유익한 실시형태들은 종속항에 개시된다.
도 1 은 기관의 크랭크샤프트와 관련한 본 발명에 따른 밸런싱 장치를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 밸런싱 장치의 확대도이다.
도 3 은 밸런싱 장치의 전개도이다.
도 4 는 밸런싱 장치의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태들을 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.
본 발명이 사용되는 기관은 전기를 생산하기 위한 파워 플랜트에서 사용되는 기관, 또는, 선박의 주 기관 또는 보조 기관과 같은, 중속 대형 내연기관이다. 본 발명은, 매우 효과적인 진동 감쇠가 필요한 분야에서 사용되는 기관에 특히 적합하다. 기관의 밸런싱 시스템은 여러 개의 상이한 밸런싱 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라이휠은 비대칭일 수 있고, 크랭크샤프트 댐퍼는 추가적인 웨이트를 구비할 수 있다. 또한 밸런싱 시스템은 크랭크샤프트에 비해 반대 방향으로 회전하는 불균형 질량체들을 구비할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 밸런싱 장치는 기관의 표준 밸런싱 시스템이 적절하지 않은 분야에서 추가적인 밸런싱을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 특별한 용도는, 안락함의 요구 레벨이 매우 높기 때문에, 크루즈 선박의 기관이다. 도 1 은 피스톤 기관 (17) 의 밸런싱 시스템의 예를 나타낸다. 크랭크샤프트 (18) 의 단부에서의 플라이휠 (19) 은 구멍들 (20) 을 구비하는데, 이 구멍들은 플라이휠 (19) 을 비대칭이 되게 한다. 크랭크샤프트 (18) 는 기어휠 (21) 을 또한 구비하는데, 이 기어휠은 반대 방향으로 회전하는 밸런싱 기어휠 (22) 을 구동한다. 본 발명에 따른 밸런싱 장치는 기관 (17) 의 자유 단부에 위치한다.
도 2 는 도 1 의 밸런싱 장치의 확대도이다. 더 상세한 사항은 도 3 및 4 에서 볼 수 있다. 밸런싱 장치는 회전하는 밸런싱 질량체 (1) 를 포함한다. 밸런싱 질량체 (1) 는 기관 (17) 의 자유 단부에 배치되는 비대칭 플라이휠이다. 도면의 실시형태에서, 밸런싱 질량체 (1) 는 밸런싱 질량체 (1) 의 일측에 질량을 감소하기 위해 구멍들 (1a) 을 구비하고 또한 밸런싱 질량체 (1) 의 대향측에 추가적인 웨이트들 (1b) 을 구비한다. 요구되는 불균형은 기관의 특성 및 밸런싱 시스템의 다른 부분들에 좌우된다. 밸런싱 질량체는 벨트 (2) 에 의해 회전된다. 벨트 (2) 는, 기관 (17) 의 크랭크샤프트 (18) 에 관하여 직각의 각도 위치로 밸런싱 질량체 (1) 를 유지하기 위한 치형부 (2a) 를 구비하는 치형 벨트이다. 밸런싱 질량체 (1) 를 구동하기 위해 상업적으로 입수가능한 산업용 타이밍 벨트가 사용될 수 있다. 벨트 (2) 는 밸런싱 질량체 (1) 의 외부 둘레와 직접 접촉된다. 그러므로, 밸런싱 질량체 (1) 의 외부 둘레 (1d) 는 치형 벨트 (2) 의 치형부 (2a) 와 결합되는 치형부 (1c) 를 구비한다. 밸런싱 질량체 (1) 는 벨트 (2) 에 의해 직접 구동되므로, 장치는 콤팩트하다.
벨트 (2) 를 구동하기 위해, 장치는 샤프트 (9) 의 제 1 단부에 배치된 기어휠 (4) 을 구비한다. 기어휠 (4) 은 기관 (17) 의 크랭크샤프트 (18) 에 연결된 구동 기어 (5) 에 의해 회전된다. 토크는 마찰 링 (8a) 에 의해 기어휠 (4) 로부터 샤프트 (9) 에 전달된다. 샤프트 (9) 의 제 2 단부는 구동 풀리 (3) 를 구비한다. 토크는, 기어휠 (4) 로부터 샤프트 (9) 로의 전달과 같이, 유사한 마찰 링 (8b) 에 의해 샤프트 (9) 로부터 구동 풀리 (3) 에 전달된다. 샤프트 (9) 는 일체형 밀봉부를 구비한 쌍으로 된 자가-윤활 볼 베어링 (11a, 11b) 에 의해 지지된다. 이는 밸런싱 질량체의 수명을 증가시키는데 도움을 준다. 밸런싱 질량체 (1) 는 샤프트 (15) 에서 유사한 베어링 (14) 에 의해 지지된다. 밸런싱 질량체 (1) 는 베어링 (14) 에 직접 장착되는 것이 아니라, 베어링 (14) 과 밸런싱 질량체 (1) 사이에는 장착 슬리브 (16) 가 존재한다. 장착 슬리브 (16) 는 밸런싱 질량체의 수명을 증가시키는데, 그 이유는 밸런싱 질량체 (1) 가 베어링 (14) 의 용이한 변경을 허용하도록 쉽게 제거될 수 있기 때문이다. 또한 밸런싱 질량체 (1) 를 변경하는 것에 의한 시스템의 튜닝이 더 용이하다. 밸런싱 질량체 (1) 의 샤프트 (15) 는 밸런싱 장치의 프레임 (10) 에 부착된다. 밸런싱 질량체 (1) 의 회전 속도가 기관의 회전 속도와 동일하도록 밸런싱 장치의 기어비가 선택된다. 그러나, 기어 (4, 5) 때문에, 회전 방향은 반대이다. 벨트 (2) 는 인장 디바이스 (6) 에 의해 인장된다. 인장 디바이스 (6) 는 밸런싱 질량체 (1) 및 구동 풀리 (3) 에 대해 벨트 (2) 를 밀어부치는 롤러 (6a) 를 포함한다. 인장 디바이스 (6) 는 수동으로 조정될 수 있거나 또는 자동일 수 있다.
밸런싱 장치는 프레임 (10) 을 포함하는데, 이 프레임에는 밸런싱 장치의 다른 부품들이 부착될 수 있다. 프레임 (10) 은 밸런싱 질량체의 모듈형 구조를 가능하게 하는 자가-지지 플레이트이다. 따라서 장치는 용이하게 조립될 수 있다. 밸런싱 질량체 (1) 의 샤프트 (15) 는, 샤프트 (15) 를 프레임 (10) 에 부착하기 위한 플랜지 (15a) 를 구비한다. 구동 풀리 (3) 의 샤프트 (9) 는 케이싱 (23) 내에서 베어링 (11a, 11b) 과 함께 배치되는데, 이 케이싱은 케이싱 (23) 을 프레임 (10) 에 부착하기 위한 플랜지 (23a) 를 구비한다. 프레임 (10) 은, 밸런싱 장치의 회전 부품들을 덮고 기관 운전자의 부상을 방지하는 칼라 (10a) 에 의해 둘러싸인다. 칼라 (10a) 는 환기를 위한 하나 이상의 개구 (10b) 를 구비한다. 커버 플레이트 (7) 는 밸런싱 장치의 프레임 (10) 에 대향하여 칼라 (10a) 에 부착된다. 또한 커버 플레이트 (7) 는 환기를 위한 하나 이상의 개구 (7a) 를 구비한다. 커버 플레이트 (7) 를 위해 적절한 재료는 예를 들어 판금속이다.
밸런싱 장치의 상태 및 작동을 모니터링하기 위해, 장치는 밸런싱 장치 (1) 의 베어링 (14) 의 온도를 모니터링하기 위한 열전대 (13) 또는 다른 수단을 구비한다. 장치는 또한, 치형 벨트 (2) 가 적절히 작동하는지를 확실히 하기 위해 밸런싱 질량체 (1) 의 속도를 모니터링하고 밸런싱 질량체 (1) 의 회전 속도와 기관 속도의 비교를 가능하게 하는 속도 센서 (12) 를 구비한다.
본 발명에 따른 밸런싱 장치는 간단하고 경량이며 또한 아주 작은 수정만으로도 많은 기존의 기관에 까지도 조립될 수 있다. 밸런싱 장치의 서비스를 위한 요구는 최소이다. 밸런싱 질량체 (1) 를 구동하는데 사용되는 탄성 벨트 (2) 때문에, 교번의 토크 및 진동이 구동 기어에 전달되지 않고 기어의 마모는 무시할 정도이다. 밸런싱 장치의 서비스가 필요한 때에는, 벨트 (2) 및 베어링은 쉽게 접근할 수 있고 변경될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시형태들에 제한되는 것이 아니라 첨부의 청구범위의 범위내에서 변경될 수도 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 피스톤 기관 (17) 용의 밸런싱 장치 (arrangement) 로서,
    상기 장치는 회전가능한 밸런싱 질량체 (1), 상기 기관 (17) 의 크랭크샤프트 (18) 와 힘 전달 연결식으로 배치될 수 있는 구동 풀리 (3), 상기 구동 풀리 (3) 의 회전 운동을 상기 밸런싱 질량체 (1) 에 전달하기 위한 치형 (toothed) 벨트 (2), 및 벨트 인장 디바이스 (6) 를 포함하고, 상기 밸런싱 질량체 (1) 는 상기 치형 벨트 (2) 와 결합할 수 있는 치형 둘레 (1d) 를 구비하고,
    상기 밸런싱 장치는, 상기 밸런싱 질량체 (1) 및 상기 구동 풀리 (3) 의 샤프트 (9) 가 부착될 수 있는 자가-지지 프레임 (10) 을 구비하는, 피스톤 기관용의 밸런싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸런싱 장치는 상기 밸런싱 질량체 (1) 의 회전 속도를 모니터링하기 위한 수단 (12) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관용의 밸런싱 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸런싱 장치는 상기 밸런싱 질량체 (1) 의 베어링들 (14) 의 온도를 모니터링하기 위한 수단 (13) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관용의 밸런싱 장치.
  4. 피스톤 기관 (17) 으로서,
    상기 피스톤 기관은 상기 기관 (17) 의 크랭크샤프트 (18) 의 자유 단부에 부착된 구동 기어 (5), 샤프트 (9) 의 제 1 단부에 배치되고 상기 구동 기어 (5) 에 의해 구동되는 기어휠 (4), 상기 샤프트 (9) 의 제 2 단부에 배치되는 구동 풀리 (3), 회전하는 밸런싱 질량체 (1), 상기 구동 풀리 (3) 의 회전 운동을 상기 밸런싱 질량체 (1) 에 전달하기 위한 치형 벨트 (2), 및 벨트 인장 디바이스 (6) 를 포함하고, 상기 밸런싱 질량체 (1) 는 상기 치형 벨트 (2) 와 결합하는 치형 둘레 (1d) 를 구비하고,
    상기 밸런싱 질량체 (1) 및 상기 구동 풀리 (3) 의 상기 샤프트 (9) 가 자가-지지 프레임 (10) 에 부착되는, 피스톤 기관.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 샤프트 (9) 는 자가-윤활 볼 베어링들 (11a, 11b) 에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 밸런싱 질량체 (1) 는 자가-윤활 볼 베어링들 (14) 에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기관 (17) 은 상기 밸런싱 질량체 (1) 의 상기 베어링들 (14) 의 온도를 모니터링하기 위한 수단 (13) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관 (17) 은 상기 밸런싱 질량체 (1) 의 회전 속도를 모니터링하기 위한 수단 (12) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
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