KR20200053244A - 엔진의 타이밍 시스템 - Google Patents

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KR20200053244A
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정성일
이종원
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 실린더블록 및 헤드와 밸브트레인을 변경하지 않고도 높은 구동토크가 요구되는 공압식 브레이크 시스템에 대응이 가능한 엔진의 타이밍 시스템에 관한 것으로, 본 발명에서는, 크랭크샤프트의 동력을 기어전동에 의해 에어컴프레서 및 고압펌프에 전달하는 기어트레인계; 상기 고압펌프에 전달된 동력을 체인전동에 의해 캠샤프트에 전달하는 제1체인계; 및 상기 크랭크샤프트의 동력을 체인전동에 의해 오일펌프에 전달하는 제2체인계;를 포함하여 구성되는 엔진의 타이밍 시스템이 소개된다.

Description

엔진의 타이밍 시스템{TIMING SYSTEM OF ENGINE}
본 발명은 실린더블록 및 헤드와 밸브트레인 등을 변경하지 않고도 높은 구동토크가 요구되는 공압식 브레이크 시스템에 대응이 가능한 엔진의 타이밍 시스템에 관한 것이다.
차량의 연비 개선 및 재료비 절감을 위해 엔진 다운사이징의 적용이 활발하며, 이에 기존 소형 상용차량에 적용하던 2~3L급 엔진을 4L급 엔진이 탑재되던 대형 트럭에 적용하려는 노력이 시도되고 있다.
하지만, 중량물을 운반하는 트럭의 특성상, 대형 상용차량의 경우는 안전하고 원활한 제동을 위해 기존의 유압식이 아닌 공압식 브레이크 시스템이 요구된다.
이를 위해, 엔진에 공압식 에어컴프레서를 탑재해야 하는데, 기존의 2~3L급 엔진에서 대부분 사용되는 체인 및 타이밍 벨트 시스템으로 대응하기에는 에어컴프레서의 구동토크가 너무 높아, 실린더블록, 실린더헤드 및 밸브트레인 부품의 변경을 전제로 엔진의 대변경이 불가피한 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0013812 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 실린더블록 및 헤드와 밸브트레인 등을 변경하지 않고도 높은 구동토크가 요구되는 공압식 브레이크 시스템에 대응이 가능한 엔진의 타이밍 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 크랭크샤프트의 동력을 기어전동에 의해 에어컴프레서 및 고압펌프에 전달하는 기어트레인계; 상기 고압펌프에 전달된 동력을 체인전동에 의해 캠샤프트에 전달하는 제1체인계; 및 상기 크랭크샤프트의 동력을 체인전동에 의해 오일펌프에 전달하는 제2체인계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기어트레인계는, 상기 크랭크샤프트에 조립된 크랭크샤프트기어; 상기 크랭크샤프트기어에 외접 치합된 제1아이들기어; 상기 고압펌프에 조립되고, 상기 제1아이들기어에 외접 치합된 고압펌프기어; 상기 제1아이들기어에 외접 치합된 제2아이들기어; 상기 에어컴프레서에 조립되고, 상기 제2아이들기어에 외접 치합된 에어컴프레서기어;를 포함할 수 있다.
상기 제1크랭크샤프트기어의 일측 상방에 상기 제1아이들기어가 배치되고; 상기 제1아이들기어의 일측 상방에 상기 고압펌프기어가 배치되며; 상기 제1아이들기어의 일측 하방에 상기 제2아이들기어가 배치되고; 상기 제2아이들기어의 일측에 상기 에어컴프레서기어가 배치될 수 있다.
상기 크랭크샤프트기어와 제1아이들기어와 고압펌프기어의 축들이 일직선에 가깝게 배열되고; 상기 크랭크샤프트기어와 제2아이들기어와 에어컴프레서기어의 축들이 일직선에 가깝게 배열될 수 있다.
상기 고압펌프기어의 직하부에 제2아이들기어가 배치되어, 상기 에어컴프레서기어가 상기 고압펌프기어의 일측 하방에 배치될 수 있다.
상기 제1체인계는, 상기 고압펌프기어와 동축상에 조립된 고압펌프스프로킷; 캠샤프트에 조립되고, 상기 고압펌프스프로킷과 상부체인에 의해 연결된 캠스프로킷;을 포함하고, 상기 제2체인계는, 상기 크랭크샤프트기어와 동축상에 조립된 크랭크샤프트스프로킷; 오일펌프에 조립되고, 상기 크랭크스샤프트스프로킷과 하부체인에 의해 연결된 오일펌프스프로킷;을 포함할 수 있다.
상기 고압펌프스프로킷의 타측 상방에 캠스프로킷이 배치되고; 상기 크랭크샤프트스프로킷의 타측 하방에 오일펌프스프로킷이 배치될 수 있다.
엔진의 실린더블록 및 실린더헤드에 기어케이스가 결합되고; 상기 기어케이스의 후면에 고압펌프 및 에어컴프레서가 결합되며; 상기 기어케이스의 전면에 제1아이들기어 및 제2아이들기어가 결합될 수 있다.
상기 기어케이스의 전면을 감싸는 형상으로 기어커버가 결합되고; 상기 기어케이스와 기어커버 사이에는 크랭크샤프트기어 및 크랭크샤프트스프로킷과, 고압펌프기어 및 고압펌프스프로킷과, 제1아이들기어 및 제2아이들기어와, 에어컴프레서기어와, 캠스프로킷이 구비될 수 있다.
상기 고압펌프스프로킷에 대향되는 기어커버 부분에는 탈착 가능한 플러그가 구비될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 기어전동과 체인전동을 결합한 엔진 타이밍 시스템을 통해 경량 상용차량에도 공압식 브레이크 시스템을 적용 할 수 있게 되어, 차량의 상품성 향상에 기여하는 효과가 있다.
더불어, 구동토크가 크고 전달계의 강도가 중요한 에어컴프레서 및 고압펌프에는 토크 전달효율이 높은 기어 치합 구조를 적용하고, 상대적으로 전달토크가 낮은 캠샤프트 및 오일펌프에는 타이밍 체인시스템을 적용하여 엔진의 전체적인 레이아웃을 컴팩트화하고 중량을 절감하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기어트레인계와 체인계의 연결구성과 함께 기어케이스와 기어커버를 분리하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 기어트레인계의 기어 치합 결합관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 고압펌프기어에 고압펌프스프로킷이 조립된 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 제2아이들기어의 형상을 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 엔진의 타이밍 시스템은, 크게 기어트레인계(A)와, 제1체인계(B) 및 제2체인계(C)를 포함하여 구성이 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 상기 기어트레인계(A)는 크랭크샤프트(10)의 동력을 기어전동에 의해 에어컴프레서(50) 및 고압펌프(30)에 전달하는 구조가 된다.
그리고, 제1체인계(B)는 상기 고압펌프(30)에 전달된 동력을 체인전동에 의해 캠샤프트(60)에 전달하는 구조이고, 상기 제2체인계(C)는 상기 크랭크샤프트(10)의 동력을 체인전동에 의해 오일펌프(70)에 전달하는 구조가 된다.
즉, 구동토크가 크고 전달계의 강도가 중요한 에어컴프레서(50) 및 고압펌프(30)에는 토크 전달효율이 높은 기어 치합 구조를 적용하여 토크 전달에 대한 신뢰성을 확보하고, 상대적으로 전달토크가 낮은 캠샤프트(60) 및 오일펌프(70)에는 타이밍 체인시스템을 적용하여 엔진(100)의 전체적인 레이아웃을 컴팩트화하고 중량을 절감하게 된다.
이에, 상기 기어트레인계(A) 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 크랭크샤프트(10)에 크랭크샤프트기어(11)가 조립되고, 상기 크랭크샤프트기어(11)에 제1아이들기어(20)가 외접 치합된다.
그리고, 상기 고압펌프(30)에 고압펌프기어(31)가 조립되고, 상기 제1아이들기어(20)에 상기 고압펌프기어(31)가 외접 치합되며, 상기 제1아이들기어(20)에 제2아이들기어(40)가 함께 외접 치합된다.
또한, 상기 에어컴프레서(50)에 에어컴프레서기어(51)가 조립되고, 상기 제2아이들기어(40)에 에어컴프레서기어(51)가 외접 치합된다.
예컨대, 상기 크랭크샤프트기어(11)는 스퍼기어로서 크랭크샤프트(10) 노즈부에 열간 압입되어 상기 크랭크샤프트(10)와 동일한 속도로 회전하며, 제1아이들기어(20)에 회전력을 전달하게 된다.
그리고, 상기 크랭크샤프트(10)로부터 회전력을 전달받은 제1아이들기어(20)는 고압펌프기어(31)에 치합되어 고압펌프(30)에 회전력을 전달한다. 이때에, 상기 크랭크샤프트기어(11)와, 제1아이들기어(20)와, 고압펌프기어(31)의 잇수에 따라 크랭크샤프트(10)의 1회전당 고압펌프기어(31)가 2/3회전하게 된다.
아울러, 상기 제1아이들기어(20)는 제2아이들기어(40)에도 회전력을 전달하고, 제2아이들기어(40)는 에어컴프레서(50)에 치합되어 에어컴프레서(50)에 회전력을 전달한다. 이때에, 상기 크랭크샤프트기어(11)와, 제1아이들기어(20)와, 제2아이들기어(40) 및 에어컴프레서기어(51)의 잇수에 따라 크랭크샤프트(10)의 1회전당 에어컴프레서기어(51)가 1회전하게 된다.
더불어, 도 4와 같이 상기 제2아이들기어(40)는 시저스기어를 적용하여, 백래시를 저감하고 래틀 소음을 저감하게 된다.
도 2를 참조하여, 상기 기어트레인계(A)를 구성하는 각 기어들의 배치관계를 살펴보면, 도면을 기준으로 상기 크랭크샤프트기어(11)의 우측 상방의 대각 위치에 상기 제1아이들기어(20)가 배치되고, 상기 제1아이들기어(20)의 우측 상방의 대각 위치에 상기 고압펌프기어(31)가 배치된다.
그리고, 상기 제1아이들기어(20)의 우측 하방의 대각 위치에 상기 제2아이들기어(40)가 배치되고, 상기 제2아이들기어(40)의 우측에 상기 에어컴프레서기어(51)가 배치된다.
이와 함께, 상기 크랭크샤프트기어(11)와 제1아이들기어(20)와 고압펌프기어(31)의 축들이 일직선에 가깝게 배열되고, 상기 크랭크샤프트기어(11)와 제2아이들기어(40)와 에어컴프레서기어(51)의 축들이 일직선에 가깝게 배열이 된다.
이 같은 배열에 따라, 상기 고압펌프기어(31)의 직하부에 제2아이들기어(40)가 배치되고, 이에 상기 에어컴프레서기어(51)가 상기 고압펌프기어(31)의 우측 하방의 대각 위치에 배치된다.
한편, 도 1 및 도 3을 참조하여, 상기 제1체인계(B) 및 제2체인계(C)의 구성에 대해 살펴보면, 먼저 제1체인계(B)는 상기 고압펌프기어(31)와 동축상에 고압펌프스프로킷(32)이 조립된다.
그리고, 캠샤프트(60)에 캠스프로킷(61)이 조립되고, 상기 캠스프로킷(61)이 상기 고압펌프스프로킷(32)과 상부체인(62)에 의해 연결되는 구조가 된다.
즉, 상부체인(62)을 매개로 하여 크랭크샤프트(10)로부터 전달되는 동력을 캠샤프트(60)에 전달하게 된다.
상기 제1체인계(B)의 구성에 대해 부연하면, 체인의 레이아웃을 유지하고 현진동을 방지하도록 복수의 체인가이드(63)가 구비되고, 체인에 적절한 장력을 인가하기 위해 피봇점을 기준으로 회전하면서 레이아웃을 유지하는 체인레버(64)가 구비되며, 상기 체인레버와 접촉하여 일정 장력을 인가하는 유압식 텐셔너(65)가 구비된다.
이때에, 상기 유압식 텐셔너(65)는 기어커버(90)로부터 연결된 오일라인을 통해 일정압력의 오일을 전달받고, 이를 통해 유압식 댐핑을 형성하여 상부체인(62)의 현진동을 감쇠시키는 역할을 한다.
아울러, 상기 제2체인계(C)는 상기 크랭크샤프트기어(11)와 동축상에 크랭크샤프트스프로킷(12)이 조립된다.
그리고, 오일펌프(70)에 오일펌프스프로킷(71)이 조립되고, 오일펌프스프로킷(71)이 상기 크랭크샤프트스프로킷(12)과 하부체인(72)에 의해 연결되는 구조가 된다.
또한, 상기 체인의 레이아웃과 장력을 유지하도록 오일펌프 텐서너(73)가 구비될 수 있다.
즉, 하부체인(72)을 매개로 하여 크랭크샤프트(10)로부터 전달되는 동력을 오일펌프(70)에 전달하게 된다.
도 1을 참조하여, 상기 제1체인계(B)와, 제2체인계(C)를 구성하는 각 스프로킷들의 배치관계를 살펴보면, 도면을 기준으로 상기 고압펌프스프로킷(32)의 좌측 상방의 대각 위치에 2개의 캠스프로킷(61)이 나란하게 배치된다.
그리고, 상기 크랭크샤프트스프로킷(12)의 좌측 하방의 대각 위치에 오일펌프스프로킷(71)이 배치된다.
한편, 본 발명은 상기 기어트레인계(A) 및 체인계에 포함된 기어 및 스프로킷이 기어케이스(80)와 기어커버(90) 사이에 구비되는 구조가 된다.
도 1을 참조하여 설명하면, 엔진(100)의 실린더블록(110) 및 실린더헤드(120)에 기어케이스(80)가 결합되고, 상기 기어케이스(80)의 후면에는 고압펌프(30) 및 에어컴프레서(50)가 결합이 된다.
그리고, 상기 기어케이스(80)의 전면에 제1아이들기어(20) 및 제2아이들기어(40)가 회전 가능하게 결합된다.
예컨대, 상기 기어케이스(80)는 실린더블록(110) 및 실린더헤드(120)와 결합되어 동력전달계 부품의 볼트 고정점과, 안착면, 오일공급의 기능을 하게 되고, 상기 동력전달계 부품들의 조립 후 기어커버(90)와 최종 조립 되어 내부 구성부품을 보호하고 씰링하는 역할을 하게 된다.
참고로, 상기 기어케이스(80)에 형성된 내부 오일통로를 통해 실린더블록(110)으로부터 일정한 압력의 정제된 오일을 공급받을 수 있고, 안착면의 가공홀을 통해 제1아이들기어(20) 및 제2아이들기어(40)의 내부로 오일을 전달할 수 있도록 구성이 된다.
그리고, 상기 전달된 오일은 각 아이들기어의 내부 오일통로를 통해 아이들기어의 샤프트와 기어 사이의 베어링의 윤활을 위해 사용된다.
또한, 상기 기어케이스(80)의 상부 후면을 통해 실린더헤드(120)의 오일홀로부터 오일을 공급받게 되며, 이처럼 공급된 오일은 체인텐셔너의 안착면 가운데 구성된 리저버를 통해 체인텐셔너의 내부로 공급된다.
아울러, 상기 기어케이스(80)의 전면을 감싸는 형상으로 기어커버(90)가 결합된다.
그리고, 상기 기어케이스(80)와 기어커버(90) 사이에는 크랭크샤프트기어(11) 및 크랭크샤프트스프로킷(12)과, 고압펌프기어(31) 및 고압펌프스프로킷(32)과, 제1아이들기어(20) 및 제2아이들기어(40)와, 에어컴프레서기어(51)와, 캠스프로킷(61)이 구비된다.
참고로, 상기 기어커버(90)는 기어케이스(80) 및 오일펌프(70)와 결합되어 내부 구성요소를 보호하고 씰링하는 역할과 함께, 동력전달계로부터 발생하는 진동 및 소음의 차폐 역할을 한다.
그리고, 상기 기어커버(90) 내부에 압입된 오일씰을 통해 크랭크샤프트(10) 노즈부 주위의 오일이 밖으로 흘러나오는 것을 방지하는 역할을 한다.
아울러, 상기 고압펌프스프로킷(32)에 대향되는 기어커버(90) 부분에는 탈착 가능한 플러그(91)가 구비됨으로써, 고압펌프스프라켓 및 고압펌프(30)의 정비시, 기어커버(90)를 탈거하지 않고도 공구가 진입할 수 있는 공간을 제공하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기어전동과 체인전동을 결합한 엔진 타이밍 시스템을 통해 경량 상용차량에도 공압식 브레이크 시스템을 적용 할 수 있게 되어, 차량의 상품성 향상에 기여하게 된다.
즉, 구동토크가 크고 전달계의 강도가 중요한 에어컴프레서(50) 및 고압펌프(30)에는 토크 전달효율이 높은 기어 치합 구조를 적용하고, 상대적으로 전달토크가 낮은 캠샤프트(60) 및 오일펌프(70)에는 타이밍 체인시스템을 적용하여 엔진(100)의 전체적인 레이아웃을 컴팩트화하고 중량을 절감하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
A : 기어트레인계
B : 제1체인계
C : 제2체인계
10 : 크랭크샤프트
11 : 크랭크샤프트기어
12 : 크랭크샤프트스프로킷
20 : 제1아이들기어
30 : 고압펌프
31 : 고압펌프기어
32 : 고압펌프스프로킷
40 : 제2아이들기어
50 : 에어컴프레서
51 : 에어컴프레서기어
60 : 캠샤프트
61 : 캠스프로킷
62 : 상부체인
70 : 오일펌프
71 : 오일펌프스프로킷
72 : 하부체인
80 : 기어케이스
90 : 기어커버
91 : 플러그
100 : 엔진
110 : 실린더블록
120 : 실린더헤드

Claims (10)

  1. 크랭크샤프트의 동력을 기어전동에 의해 에어컴프레서 및 고압펌프에 전달하는 기어트레인계;
    상기 고압펌프에 전달된 동력을 체인전동에 의해 캠샤프트에 전달하는 제1체인계; 및
    상기 크랭크샤프트의 동력을 체인전동에 의해 오일펌프에 전달하는 제2체인계;를 포함하는 엔진의 타이밍 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기어트레인계는,
    상기 크랭크샤프트에 조립된 크랭크샤프트기어;
    상기 크랭크샤프트기어에 외접 치합된 제1아이들기어;
    상기 고압펌프에 조립되고, 상기 제1아이들기어에 외접 치합된 고압펌프기어;
    상기 제1아이들기어에 외접 치합된 제2아이들기어;
    상기 에어컴프레서에 조립되고, 상기 제2아이들기어에 외접 치합된 에어컴프레서기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1크랭크샤프트기어의 일측 상방에 상기 제1아이들기어가 배치되고;
    상기 제1아이들기어의 일측 상방에 상기 고압펌프기어가 배치되며;
    상기 제1아이들기어의 일측 하방에 상기 제2아이들기어가 배치되고;
    상기 제2아이들기어의 일측에 상기 에어컴프레서기어가 배치된 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 크랭크샤프트기어와 제1아이들기어와 고압펌프기어의 축들이 일직선에 가깝게 배열되고;
    상기 크랭크샤프트기어와 제2아이들기어와 에어컴프레서기어의 축들이 일직선에 가깝게 배열되는 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 고압펌프기어의 직하부에 제2아이들기어가 배치되어, 상기 에어컴프레서기어가 상기 고압펌프기어의 일측 하방에 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1체인계는,
    상기 고압펌프기어와 동축상에 조립된 고압펌프스프로킷;
    캠샤프트에 조립되고, 상기 고압펌프스프로킷과 상부체인에 의해 연결된 캠스프로킷;을 포함하고,
    상기 제2체인계는,
    상기 크랭크샤프트기어와 동축상에 조립된 크랭크샤프트스프로킷;
    오일펌프에 조립되고, 상기 크랭크스샤프트스프로킷과 하부체인에 의해 연결된 오일펌프스프로킷;을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고압펌프스프로킷의 타측 상방에 캠스프로킷이 배치되고;
    상기 크랭크샤프트스프로킷의 타측 하방에 오일펌프스프로킷이 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    엔진의 실린더블록 및 실린더헤드에 기어케이스가 결합되고;
    상기 기어케이스의 후면에 고압펌프 및 에어컴프레서가 결합되며;
    상기 기어케이스의 전면에 제1아이들기어 및 제2아이들기어가 결합되는 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기어케이스의 전면을 감싸는 형상으로 기어커버가 결합되고;
    상기 기어케이스와 기어커버 사이에는 크랭크샤프트기어 및 크랭크샤프트스프로킷과, 고압펌프기어 및 고압펌프스프로킷과, 제1아이들기어 및 제2아이들기어와, 에어컴프레서기어와, 캠스프로킷이 구비된 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고압펌프스프로킷에 대향되는 기어커버 부분에는 탈착 가능한 플러그가 구비된 것을 특징으로 하는 엔진의 타이밍 시스템.
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