KR20210134732A - 크랭크케이스 환기 기능을 갖는 해양 선외 모터 - Google Patents

크랭크케이스 환기 기능을 갖는 해양 선외 모터 Download PDF

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나일 펄커
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콕스 파워트레인 엘티디
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Abstract

해양 선외 모터(2)는, 적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록(110), 적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구(150), 해양 선외 모터가 수직일 때 실질적으로 수직인 크랭크샤프트 축(32)을 중심으로 회전하도록 크랭크샤프트(31)가 장착된 크랭크케이스(140), 및 크랭크케이스로부터 블로바이 가스를 배출하고 배출된 블로바이 가스를 공기 흡입구로 공급하도록 구성된 크랭크케이스 환기 시스템(170)을 포함하는 내연 기관(100)을 구비한다. 크랭크케이스 환기 시스템은 블로바이 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 윤활유 분리 챔버(180)를 포함한다. 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스에 의해 획정되고 크랭크샤프트 축에 실질적으로 평행한 크랭크케이스의 길이를 따라 연장된다.

Description

크랭크케이스 환기 기능을 갖는 해양 선외 모터
본 발명은 수직으로 장착된 크랭크샤프트 및 크랭크케이스로부터 공기 흡입구로 블로바이 가스(blow-by gase)를 배출하기 위한 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하는 내연 기관을 갖는 해양 선외 모터에 관한 것이다.
해양 선박을 추진하기 위해, 종종 선박의 선미에 선외 모터가 부착된다. 선외 모터는 일반적으로 3개의 섹션, 즉, 내연 기관을 포함하는 상부 파워헤드; 수직으로 배향된 구동 샤프트를 통해 내연 기관에 연결된 프로펠러 샤프트를 포함하는 하부 섹션; 및 상부 섹션으로부터 하부 섹션으로 배기 가스를 수송하기 위한 배기 가스 유로를 획정하는 중간 섹션으로 형성된다. 내연 기관은 일반적으로 크랭크샤프트가 수직 연장 축을 중심으로 회전하도록 장착된다. 이는 내연 기관과 프로펠러 샤프트 사이에서 연장되는 수직 연장 구동 샤프트에 대한 크랭크샤프트의 연결을 용이하게 한다.
작동 중에, 잘 유지 보수된 엔진에서도 연소실 내의 소량의 가스가 피스톤 링을 지나 누설되는 것이 일반적이다. 공기, 연소되지 않은 연료, 및 연소 가스를 포함할 수 있는 이들 "블로바이" 가스는 크랭크케이스에 포집된다. 환기되지 않으면, 블로바이 가스가 크랭크케이스의 압력을 증가시켜 엔진 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 블로바이 가스는 또한 윤활유 효율성과 유효 수명에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 내연 기관이 블로바이 가스가 크랭크케이스 밖으로 배출될 수 있는 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하는 것이 일반적이다. 전통적으로, 블로바이 가스는 크랭크케이스로부터 직접 또는 필터를 통해 대기로 배출되었다. 그러나, 이러한 "개방형" 시스템은 일반적으로 배출 규제로 인해 더 이상 허용될 수 없다. 현재의 배출 표준을 충족하기 위해, 현대의 내연 기관은 통상적으로 블로바이 가스가 연소를 위해 크랭크케이스로부터 브리더 통로를 통해 엔진 흡입구로 다시 순환된 후 엔진으로부터 배기구를 통해 배출되는 "폐쇄형" 크랭크케이스 환기 시스템을 사용한다.
폐쇄형 크랭크케이스 환기(closed crankcase ventilation)(CCV) 시스템의 경우, 통상적으로 오일인 엔진 윤활유는, 고온의 엔진 구성요소 상에 침전물을 생성할 수 있고 연소될 때 배기 가스 배출물에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 유도 시스템에 진입하기 전에 배출된 블로바이 가스("브리더 가스(breather gas)"라고도 명명됨)로부터 분리되어야 한다. 이를 달성하기 위해, CCV 시스템은 통상적으로 크랭크케이스 환기 경로에 윤활유 분리기를 포함한다. CCV 시스템에 사용하기 위한 공지된 윤활유 분리기의 예는 사이클론 윤활유 분리기, 원심 윤활유 분리기, 및 윤활유 분리 챔버를 포함한다. 윤활유 분리 챔버는 흔히 배플을 채용하거나 미로 구조를 갖고, 이들 둘 모두는 일련의 방해물 주위에 브리더 가스를 강제하여 유동 속도와 방향의 급격한 변화를 유발함으로써 윤활유 액적을 분리시킨다.
공지된 CCV 시스템의 한가지 유형은 엔진 블록의 외부에 위치되고 다수의 외부 호스에 의해 크랭크케이스 및 공기 흡입구에 연결된 외부 윤활유 분리 챔버를 사용한다. 그러나, 해양 선외 모터의 경우, 카울(cowl) 아래에 사용 가능한 공간이 극도로 제한될 수 있다. 이는 오일 분리를 최적화하기 보다는 카울 아래의 사용 가능한 공간에 따라 외부 윤활유 분리 챔버를 위치 설정해야 할 수도 있음을 의미한다. 이는 또한 이미 혼잡한 카울링 내에서 과도하고 복잡한 호스 라우팅을 초래할 수 있다.
공지된 CCV 시스템의 다른 유형은 캠샤프트 커버에 일체화된 윤활유 분리 챔버를 사용한다. 이는 일반적으로 윤활유 분리 챔버를 폐쇄하기 위해 배플 위에 추가 커버를 마찰 용접하거나 볼트 체결하기 전에 복잡한 몰드를 사용하여 캠샤프트 커버의 밑면에 배플을 캐스팅함으로써 달성된다. 그 후, 배플 챔버는 실린더 블록과 실린더 헤드를 통해 연장되는 브리더 통로에 의해 크랭크케이스에 연결된다. 사용시, 윤활유는 엔진을 통해 크랭크케이스의 기름통으로 수직으로 배출되고 브리더 가스는 별개의 브리더 통로를 통해 반대 방향으로 배출된다. 이들 시스템은 잘 작동하지만, 제조하는 데 시간이 많이 걸리고 복잡한 도구를 필요로 할 수 있다.
본 발명은 종래 기술과 관련된 하나 이상의 문제를 극복하거나 완화하는 개선된 해양 선외 모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 수직축 내연 기관을 갖는 해양 선외 모터가 제공되고, 내연 기관은: 적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록; 적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구; 해양 선외 모터가 수직일 때 실질적으로 수직인 크랭크샤프트 축을 중심으로 회전하도록 크랭크샤프트가 장착되는 크랭크케이스; 및 크랭크케이스로부터 블로바이 가스를 배출하고 배출된 블로바이 가스를 공기 흡입구에 공급하도록 구성된 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하고, 크랭크케이스 환기 시스템은 블로바이 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 윤활유 분리 챔버를 포함하며, 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스에 의해 획정되고 크랭크샤프트 축에 실질적으로 평행한 크랭크케이스를 따라 연장된다.
이러한 배열로, 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스와 일체로 형성된다. 이는 외부 윤활유 분리 챔버에 비해 윤활유 분리 챔버가 점유하는 공간을 감소시킬 수 있다. 이는 선외 모터의 패키징을 용이하게 하고 그 전체 크기 및/또는 중량을 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 수직 연장 크랭크케이스에 윤활유 분리 챔버를 위치시킴으로써, 브리더 가스는 크랭크케이스의 길이 위로 유동하고 오일과 같은 윤활유 액적은 크랭크케이스 내부에 남아있는 동안 중력의 작용 하에 브리더 가스로부터 "떨어질" 수 있다. 이는, 분리된 윤활유 액적이 엔진이 수직축을 따라 정렬될 때 캠 커버의 배플 챔버로부터 크랭크케이스로 쉽게 복귀할 수 없기 때문에, 해양 선외 모터용으로 공지된 실린더 헤드 또는 캠 커버 윤활유 분리기 챔버보다 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 이러한 배열은, 크랭크케이스가 통상적으로 캠 커버보다 길기 때문에, 캠 커버의 배플 챔버에 비해 윤활유 분리 챔버의 길이가 증가되게 한다.
바람직하게는, 윤활유 분리 챔버는 실질적으로 크랭크케이스의 전체 길이를 따라 연장된다. "실질적으로 전체 길이"라는 용어는 오일 분리 챔버가 크랭크케이스의 전체 길이 치수의 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 80%, 보다 바람직하게는 적어도 90%를 따라 연장된다는 것을 의미한다.
이 배열로, 윤활유 분리 챔버는 브리더 가스로부터 분리되는 윤활유의 양을 증가시키는 높은 수직 형상을 갖는다.
바람직하게는, 크랭크케이스는 크랭크케이스의 하단 단부에 위치된 격실을 포함한다. 격실은 벽에 의해 적어도 하나의 실린더로부터 분리될 수 있다. 격실은 벽에 있는 하나 이상의 구멍을 통해 크랭크케이스의 잔여 부분과 유체 연통할 수 있다. 윤활유 분리 챔버는 바람직하게는 격실로부터 연장되는 챔버 입구를 갖는다. 이러한 배열로, 크랭크케이스 환기 시스템은 블로바이 가스를 격실로부터 윤활유 분리 챔버로 흡인한다. 격실은 엔진에서 움직이는 대부분의 구성요소와 멀리 떨어져 있으므로 압력파와 공기 중 오일 액적의 측면에서 "더 조용"하다. 결과적으로, 기름통으로부터 블로바이 가스를 흡인하면 윤활유 분리 챔버를 통한 유동이 더 부드럽고 느려짐으로써, 윤활유 분리가 촉진된다. 또한, 초기에 블로바이 가스에서 부유되는 윤활유의 양을 감소시킬 수 있다. 이들 모두는 공기 흡입구로 순환되는 윤활유의 양을 감소시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스의 임의의 다른 부분으로부터 연장되는 챔버 입구 또는 입구를 가질 수 있다.
격실은 윤활유가 엔진 아래의 기름통으로부터 내연 기관의 더 높은 부분으로 펌핑되는 유체 펌프를 수용할 수 있다. 이러한 예에서, 격실은 또한 유체 펌프 수용 챔버 또는 "오일 펌프 포켓"으로 고려될 수 있다.
바람직하게는, 격실로부터 연장되는 챔버 입구는 윤활유 분리 챔버의 유일한 입구이다.
바람직하게는, 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스의 외부 벽을 통해 연장되는 챔버 출구를 갖고, 챔버 출구는 적어도 하나의 외부 호스에 의해 공기 흡입구에 연결된다. 적어도 하나의 외부 호스는 바람직하게는 가요성 호스를 포함한다. 챔버 출구는 바람직하게는 적어도 하나의 호스가 출구에 부착되는 스피곳(spigot)을 포함한다. 다른 예에서, 윤활유 분리 챔버는 엔진 블록을 따라 수평으로 연장되는 하나 이상의 내부 채널에 의해 공기 흡입구에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 크랭크케이스 환기 시스템은 적어도 하나의 외부 호스에 의해 유체 분리기 챔버 출구 및 공기 흡입구에 연결된 외부 유체 분리기를 더 포함한다. 이는 유체 분리기 챔버와 조합하여 공기 흡입구로 전달되는 윤활유의 양을 감소시킨다. 외부 유체 분리기는 바람직하게는 크랭크케이스에 인접하게 위치된다. 이는 챔버 출구를 외부 유체 분리기에 연결하고 윤활유를 크랭크케이스로 복귀시키는 데 필요한 호스의 양을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 외부 윤활유 분리기는 사이클론 윤활유 분리기 및 원심 윤활유 분리기 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 이러한 분리기는 윤활유 분리 챔버 하류의 블로바이 가스 유동에서 여전히 혼합될 수 있는 배출된 블로바이 가스로부터 더 작은 액적의 분리를 용이하게 한다. 이러한 방식으로, 윤활유 분리 챔버는 더 큰 유체 액적을 제거하는 기능을 하고 외부 윤활유 분리기는 달리 공기 흡입구로 전달될 수 있는 더 작은 액적을 제거한다.
엔진 블록은 바람직하게는 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성하는 실린더 블록 캐스팅 및 베드 플레이트 캐스팅을 포함한다. 예를 들어, 실린더 블록 캐스팅과 베드 플레이트 캐스팅은 함께 볼트 체결되어 크랭크케이스를 형성할 수 있다.
윤활유 분리 챔버는 실린더 블록 캐스팅과 베드 플레이트 캐스팅이 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성할 때 폐쇄되는 실린더 블록 캐스팅 및 베드 플레이트 캐스팅 중 하나 또는 둘 모두의 개방 채널에 의해 획정될 수 있다. 이는 별개의 기계 가공 프로세스가 아닌 실린더 블록 캐스팅 및/또는 베드 플레이트 캐스팅의 캐스팅 중에 몰드에 획정되고 형성될 수 있게 함으로써 윤활유 분리 챔버의 제조를 단순화한다. 윤활유 분리 챔버는 실린더 블록 캐스팅 또는 베드 플레이트 캐스팅 내에 캐스팅되는 폐쇄 채널에 의해 획정될 수 있다. 윤활유 분리 챔버는 실린더 블록 캐스팅 내에 캐스팅되는 제1 폐쇄 부분 및 베드 플레이트 캐스팅 내 케이스인 제2 폐쇄 부분을 갖는 폐쇄 채널에 의해 획정될 수 있으며, 제1 및 제2 폐쇄 부분은 실린더 블록 캐스팅과 베드 플레이트 캐스팅이 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성할 때 연속적으로 결합된다.
바람직하게는, 윤활유 분리 챔버는 실린더 블록 캐스팅과 베드 플레이트 캐스팅이 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성할 때 베드 플레이트 캐스팅에 의해 폐쇄되는 실린더 블록 캐스팅 내의 개방 채널에 의해 획정된다.
윤활유 분리 챔버는 침전(quiescent) 챔버일 수 있다. 즉, 블로바이 가스의 유동이 느려지고 압력 펄스로부터 보호되어 윤활유가 중력의 작용 하에 분리되는 챔버이다.
윤활유 분리 챔버는 윤활유 분리 챔버의 길이를 따라 유동하는 블로바이 가스의 방향 및/또는 속도의 변화를 야기하여 윤활유 분리를 촉진하도록 구성된 하나 이상의 유동 방해물을 포함할 수 있다.
하나 이상의 유동 방해물은 하나 이상의 배플 및/또는 구불구불한 통로를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "엔진 블록"이라는 용어는 엔진의 적어도 하나의 실린더가 제공되는 중실 구조를 지칭한다. 이 용어는 실린더 블록과 실린더 헤드 및 크랭크케이스의 조합을 지칭하거나 실린더 블록만을 지칭할 수 있다. 엔진 블록은 단일 엔진 블록 캐스팅으로 형성될 수 있다. 엔진 블록은, 예를 들어 볼트를 사용하여 함께 연결된 복수의 개별 엔진 블록 캐스팅으로 형성될 수 있다.
엔진 블록은 단일 실린더를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 엔진 블록은 복수의 실린더를 포함한다.
엔진 블록은 단일 실린더 뱅크를 포함할 수 있다.
엔진 블록은 제1 실린더 뱅크 및 제2 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 실린더 뱅크는 V 구성으로 배열될 수 있다.
엔진 블록은 3개의 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 3개의 실린더 뱅크는 넓은 화살표 구성으로 배열될 수 있다. 엔진 블록은 4개의 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 4개의 실린더 뱅크는 W 또는 이중 V 구성으로 배열될 수 있다.
내연 기관은 수직축 내연 기관이다. 이러한 엔진에서, 크랭크샤프트는 엔진에 수직으로 장착된다. 내연 기관은 가솔린 엔진일 수 있다. 바람직하게는, 내연 기관은 디젤 엔진이다. 내연 기관은 터보차지 디젤 엔진일 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 제1 양태의 해양 선외 모터를 포함하는 해양 선박이 제공된다.
본 출원의 범위 내에서, 선행 단락, 청구범위 및/또는 아래의 설명 및 도면에 기재된 다양한 양태, 실시예, 예 및 변형예, 특히 그 개별 피처는 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취할 수 있음이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시예 및/또는 임의의 실시예의 피처는 이러한 피처가 양립할 수 없는 한 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다. 출원인은, 해당 방식으로 원래 청구되지는 않았지만 임의의 다른 청구항의 임의의 피처에 종속하고 및/또는 임의의 피처를 통합하도록 임의의 원래 출원된 청구항을 보정할 권리를 비롯하여, 임의의 원래 출원된 청구항을 변경하거나 이에 따라 임의의 새로운 청구항을 출원할 권리를 보유한다.
본 발명의 추가 피처 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 이하에서 추가로 설명될 것이다:
도 1은 해양 선외 모터가 제공된 경량 해양 선박의 개략적인 측면도이고;
도 2a는 틸팅된 위치에 있는 해양 선외 모터의 개략도를 도시하며;
도 2b 내지 도 2d는 해양 선외 모터의 다양한 트리밍 위치 및 수역 내 해양 선박의 대응하는 배향을 도시하고;
도 3은 본 발명에 따른 해양 선외 모터의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 4는 도 3의 해양 선외 모터의 내연 기관의 측면 사시도를 도시하고;
도 5는 도 4의 내연 기관의 크랭크케이스의 확대 측면 사시도를 도시하며;
도 6은 도 5의 VI-VI 선을 통해 취한 단면도를 도시한다.
도 1은 해양 선외 모터(2)를 갖는 해양 선박(1)의 개략적인 측면도를 도시한다. 해양 선박(1)은 텐더 또는 스쿠버 다이빙 보트와 같은 해양 선외 모터와 함께 사용하기에 적절한 임의의 종류의 선박일 수 있다. 도 1에 도시된 해양 선외 모터(2)는 선박(1)의 선미에 부착된다. 해양 선외 모터(2)는 일반적으로 해양 선박(1)의 선체 내에 수용되는 연료 탱크(3)에 연결된다. 저장조 또는 탱크(3)로부터의 연료가 연료 라인(4)을 통해 해양 선외 모터(2)에 제공된다. 연료 라인(4)은 연료 탱크(3)와 해양 선외 모터(2) 사이에 배열된 하나 이상의 필터, 저압 펌프 및 분리기 탱크(물이 해양 선외 모터(2)로 진입하는 것을 방지하기 위한)의 집합적인 배열을 나타낼 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 해양 선외 모터(2)는 일반적으로 3개의 섹션, 즉 상부 섹션(21), 중간 섹션(22), 및 하부 섹션(23)으로 분할된다. 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)은 흔히 집합적으로 다리 섹션으로 공지되어 있으며, 다리는 배기 시스템을 수용한다. 프로펠러(8)는 해양 선외 모터(2)의 기어박스로도 공지된 하부 섹션(23)의 프로펠러 샤프트 상에 회전 가능하게 배열된다. 물론, 작동 중에, 프로펠러(8)는 적어도 부분적으로 물에 잠기고 해양 선박(1)을 추진하기 위해 다양한 회전 속도로 작동될 수 있다.
통상적으로, 해양 선외 모터(2)는 피봇 핀에 의해 해양 선박(1)의 선미에 피봇식으로 연결된다. 피봇 핀을 중심으로 한 피봇 움직임은 조작자가 당업계에 공지된 방식으로 수평축을 중심으로 해양 선외 모터(2)를 틸팅시키고 트리밍할 수 있게 한다. 또한, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 해양 선외 모터(2)는 또한 해양 선박(1)을 조향하기 위해 대체로 직립축을 중심으로 피봇할 수 있도록 해양 선박(1)의 선미에 피봇식으로 장착된다.
틸팅은 전체 해양 선외 모터(2)가 물 밖으로 완전히 상승될 수 있을 만큼 충분히 해양 선외 모터(2)를 상승시키는 움직임이다. 해양 선외 모터(2)의 틸팅은 해양 선외 모터(2)가 턴오프된 상태 또는 중립 상태에서 수행될 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 해양 선외 모터(2)는 얕은 물에서 작동이 가능하도록 틸팅 범위에서 해양 선외 모터(2)의 제한된 작동을 허용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 해양 엔진 조립체는 실질적으로 수직 방향의 다리의 길이방향 축으로 주로 작동된다. 이와 같이, 해양 선외 모터(2)의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 해양 선외 모터(2)의 엔진의 크랭크샤프트는 일반적으로 해양 선외 모터(2)의 정상 작동 동안 수직 배향으로 배향되지만, 또한 특정 작동 조건 하에서, 특히 얕은 물의 선박에서 작동될 때 수직이 아닌 방향으로 배향될 수도 있다. 엔진 조립체의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 배향된 해양 선외 모터(2)의 크랭크샤프트는 또한 수직 크랭크샤프트 배열이라고 명명될 수 있다. 엔진 조립체의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 직교하게 배향된 해양 선외 모터(2)의 크랭크샤프트는 또한 수평 크랭크샤프트 배열이라고 명명될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제대로 작동하기 위해서는, 해양 선외 모터(2)의 하부 섹션(23)이 물 속으로 연장되어야 한다. 그러나, 매우 얕은 물에서, 또는 트레일러에서 선박을 진수할 때, 해양 선외 모터(2)의 하부 섹션(23)은 하향 틸팅된 위치에 있는 경우 해저 또는 보트 경사부에서 드래그될 수 있다. 해양 선외 모터(2)를 도 2a에 도시된 위치와 같이 상향 틸팅된 위치로 틸팅하면 하부 섹션(23) 및 프로펠러(8)에 대한 그러한 손상이 방지된다.
대조적으로, 트리밍은 도 2b 내지 도 2d의 3가지 예에 도시된 바와 같이 완전한 하향 위치로부터 몇 도 상향 위치로 더 작은 범위에 걸쳐 해양 선외 모터(2)를 이동시키는 메커니즘이다. 트리밍은 해양 선박(1)의 연료 효율성, 가속 및 고속 작동의 최상의 조합을 제공하는 방향으로 프로펠러(8)의 추력을 유도하는 데 도움이 된다.
선박(1)이 평면에 있을 때(즉, 선박(1)의 중량이 정수적 양력이 아닌 유체역학적 양력에 의해 주로 지지되는 경우), 보우-업(bow-up) 구성은 더 적은 드래그, 더 큰 안정성 및 효율성을 초래한다. 이는 일반적으로, 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이 보트 또는 해양 선박(1)의 용골 라인이 약 3도 내지 5도인 경우이다.
너무 많은 트리밍 아웃은 도 2c에 도시된 위치와 같이 선박(1)의 선수를 물에서 너무 높게 만든다. 이 구성에서는, 선박(1)의 선체가 물을 밀어내고 그 결과 더 많은 공기 드래그가 발생하기 때문에 성능과 경제성이 감소된다. 과도한 트리밍 아웃은 또한 프로펠러가 환기되도록 하여, 성능을 더욱 감소시킬 수 있다. 더욱 더 심각한 경우에는, 선박(1)이 물에서 뛰어다닐 수 있으며, 이로 인해 조작자와 승객이 배 밖으로 던져질 수 있다.
트리밍 인은 선박(1)의 선수가 내려가게 하고, 이는 서 있는 출발에서 가속하는 데 도움이 된다. 도 2d에 도시된 너무 많은 트리밍 인은 선박(1)이 물을 헤치고 "달려가게" 하여, 연비를 감소시키고 속도를 증가시키기 어렵게 만든다. 고속에서, 트리밍 인으로 인해 선박(1)이 불안정해질 수도 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선외 모터(2)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 선외 모터(2)는 앞서 설명한 틸팅 및 트리밍 작동을 수행하기 위한 틸트 및 트림 메커니즘(10)을 포함한다. 이 실시예에서, 틸트 및 트림 메커니즘(10)은 전기 제어 시스템을 통해 선외 모터(2)를 틸팅 및 트리밍하도록 작동될 수 있는 유압 액추에이터(11)를 포함한다. 대안적으로, 조작자가 유압 액추에이터를 사용하는 대신 손으로 선외 모터(2)를 피봇시키는 수동 틸트 및 트림 메커니즘을 제공하는 것도 가능하다.
앞서 설명한 바와 같이, 선외 모터(2)는 일반적으로 3개의 섹션으로 분할된다. 파워헤드로도 공지된 상부 섹션(21)은 해양 선박(1)에 동력을 공급하기 위한 내연 기관(100)을 포함한다. 엔진(100) 주위에는 카울링(25)이 배치된다. 상부 섹션(21) 또는 파워헤드에 인접하고 아래로 연장되는 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)이 제공된다. 하부 섹션(23)은 중간 섹션(22)에 인접하여 그 아래로 연장하고, 중간 섹션(22)은 상부 섹션(21)을 하부 섹션(23)에 연결한다. 중간 섹션(22)은 연소 엔진(100)과 프로펠러 샤프트(29) 사이에서 연장되고 플로팅 커넥터(33)(예를 들어, 스플라인 연결)를 통해 연소 엔진의 크랭크샤프트(31)에 연결되는 구동 샤프트(27)를 수용한다. 구동 샤프트(27)의 하부 단부에는 구동 샤프트(27)의 회전 에너지를 수평 방향으로 프로펠러(8)에 공급하는 기어 박스/트랜스미션이 제공된다. 보다 상세하게, 구동 샤프트(27)의 하단 단부는 프로펠러(8)의 프로펠러 샤프트(29)에 회전식으로 연결 가능한 한 쌍의 베벨 기어(37, 39)에 연결된 베벨 기어(35)를 포함할 수 있다. 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)은 내연 기관(100)의 배기 가스 출구(170)로부터 그리고 선외 모터(2) 밖으로 배기 가스를 수송하기 위한 배기 가스 유로를 획정하는 배기 시스템을 형성한다.
내연 기관(100)은 4행정 V8 디젤 엔진의 하나의 뱅크로서 개략적으로 도시되어 있다. 임의의 다른 양의 실린더가 V자형 실린더 뱅크에 채용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 숙련자는 또한 인라인 배열과 같은 임의의 다른 배열이 대안적으로 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 엔진은 2행정형 연소 엔진과 동등하게 구성될 수 있다.
내연 기관(100)은 실린더가 획정되는 실린더 블록(120), 실린더 헤드(130), 및 크랭크케이스(140)를 포함하는 엔진 블록(110)을 포함한다. 크랭크샤프트(31)는 수직 크랭크샤프트 축(32)을 중심으로 한 회전을 위해 크랭크케이스(140)에 장착된다. 엔진(100)은 또한 엔진 블록의 실린더에 공기의 유동을 전달하기 위한 흡기 매니폴드(150), 실린더로부터 배기 가스의 유동을 지향시키도록 구성된 배기 매니폴드(160), 및 아래에서 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명되는 크랭크케이스 환기 시스템을 포함한다. 엔진(100)은 배기 매니폴드(160)로부터 흡기 매니폴드(150)로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환하도록 구성되고 재순환된 배기 가스를 냉각시키기 위한 열 교환기 또는 "EGR 냉각기"를 포함하는 임의적인 배기 가스 재순환 시스템(도시되지 않음)을 더 포함한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 내연 기관(100)은 실린더 블록(120), 실린더 헤드(130), 및 크랭크케이스(140)로 형성된 엔진 블록(110)을 갖는다. 실린더 헤드(130)는 타이밍 벨트 또는 체인(도시되지 않음)에 의해 크랭크샤프트에 연결되고 실린더 헤드(130)의 입구 및 배기 밸브를 구동시키기 위한 다양한 캠을 포함하는 캠샤프트(도시되지 않음)를 수용한다. 캠 커버(131)는 캠샤프트 및 밸브 위의 보호 덮개의 역할을 하도록 실린더 헤드(130)에 볼트 체결된다. 크랭크케이스(140)는 크랭크샤프트를 위한 인클로저를 형성하고 실린더 블록(120)에 의해 그리고 종래 방식으로 실린더 블록(120)에 볼트 체결되는 베드 플레이트 캐스팅(141)에 의해 획정된다. 크랭크케이스(140)는 크랭크샤프트가 플라이휠(도시되지 않음)에 연결되는 상부 개구(142)를 갖고 크랭크샤프트가 구동 샤프트에 연결되는 하부 개구(도시되지 않음)를 갖는다. 크랭크케이스(140)의 구조는 도 6을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명된다. 엔진(100)의 각각의 뱅크의 흡기 매니폴드(150)는 그 각각의 캠 커버(131)에 부착되고 공기 입구 덕트(도시되지 않음)를 통해 엔진(100)에 공기가 공급되는 흡기 입구(151)를 갖는다. 배기 매니폴드(160)는 배기 시스템을 통해 배기 가스가 엔진으로부터 배출될 수 있는 배기 출구(도시되지 않음)에 연결된다. 엔진은 배기 매니폴드에 연결된 터빈 하우징 및 공기 입구 덕트에 연결된 압축기 하우징을 갖는 하나 이상의 터보차저를 더 포함할 수 있다. 엔진(100)은 크랭크케이스(140)로부터 블로바이 가스를 배출하고 배출된 블로바이 가스를 흡기 매니폴드(150)에 공급하도록 구성된 크랭크케이스 환기 시스템(170)을 더 포함한다. 크랭크케이스 환기 시스템(170)은 크랭크케이스(140) 내의 일체형 윤활유 분리 챔버(180: 도 6) 및 원심 윤활유 분리기(190) 형태의 외부 윤활유 분리기를 포함하며, 이들 둘 모두는 블로바이 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 것이다. 원심 윤활유 분리기(190)는 제1 외부 호스(192)에 의해 윤활유 분리 챔버의 챔버 출구(182)에 연결된 분리기 입구(191)를 갖는다. 원심 윤활유 분리기(190)는 또한 제2 외부 호스(도시되지 않음)에 의해 공기 흡입구에 연결된 가스 출구(도시되지 않음)를 가지며, 그 밑면에 배수구(193)를 갖고, 이 배수구는 제3 외부 호스(194)에 의해 엔진(100) 아래의 윤활유 저장조(도시되지 않음)에 연결된다. 이 실시예에서, 각각의 실린더 뱅크의 캠 커버(131)는 캠 커버(131) 아래에서 순환하는 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 임의적인 배플 챔버를 포함하고 여기서 각각의 배플 챔버는 제4 외부 호스(195)에 의해 분리기 입구(191)에 연결된다. 캠 커버 아래 공간은 압력을 균등화하기 위해 연결 통로에 의해 크랭크케이스 인클로저에 연결될 수 있으며 가스는 이 연결 통로를 통해 캠 커버 아래 공간으로 진입할 수 있다. 또한, 소량의 가스가 밸브 스템 밀봉부를 지나 캠 커버(131) 아래 공간으로 누설될 수 있다. 캠 커버(131)의 배플 챔버는 원심 윤활유 분리기(190)의 부담을 감소시키기 위해 캠 커버(131) 아래의 가스로부터 윤활유의 더 큰 액적을 분리한다.
도 6은 내연 기관(100)의 크랭크케이스(140)를 통한 단면도를 도시한다. 크랭크케이스(140)는 크랭크케이스 인클로저를 획정하고 실린더 블록(120) 및 베드 플레이트(141)가 구성되는 베드 플레이트 캐스팅 및 실린더 블록 캐스팅의 외부 벽에 의해 형성되는 외부 케이싱(147)을 갖는다. 크랭크케이스(140)는 또한 단부 벽(145)에 의해 결합되는 측벽(149) 및 크랭크케이스 인클로저의 폭에 걸쳐 연장되어 크랭크케이스 인클로저를 4개의 인클로저 섹션(144)으로 분할하는 3개의 횡벽(143)을 가지며, 실린더 블록의 각 쌍의 실린더에 대해 하나의 인클로저 섹션(144)이 제공된다. 인클로저 섹션(144)은 각각 엔진의 실린더 중 하나에 인접하게 위치 설정되며 그 각각의 실린더 내에서 왕복하는 피스톤의 크랭크핀 저널 및 커넥팅 로드가 자유롭게 회전하는 공동을 제공한다. 크랭크케이스 인클로저는 단부 벽(145)에 의해 그 상부 및 하부 단부에서 경계 설정된다. 횡벽(143) 및 단부 벽(145)은 각각 크랭크샤프트의 메인 저널을 위한 반원형 지지 표면을 형성한다. 횡벽(143)과 단부 벽(145)에 의해 제공된 지지 표면은 크랭크케이스(140)를 통해 수직으로 연장되는 크랭크샤프트 축(32)을 획정한다. 하부 인클로저 섹션(144)을 경계 설정하는 하부 단부 벽(145) 아래에는 횡벽(143) 및 하부 단부 벽(145)의 구멍을 통해 4개의 인클로저 섹션(144)과 유체 연통하는 격실(148)이 있다. 펌프(도시되지 않음)는 엔진(100)의 더 높은 부분으로 윤활유를 순환시키기 위해 격실(148)에 제공될 수 있다. 격실(148)은 피스톤과 크랭크샤프트의 카운터웨이트 및 크랭크핀 저널로부터 횡벽(143) 및 단부 벽(145)에 의해 분리되므로 크랭크케이스의 다른 부분보다 압력파 및 공기 중 오일 액적의 측면에서 "더 조용"하다.
외부 케이싱(147)과 측벽(149) 중 하나 사이에는 윤활유 분리 챔버(180)가 위치 설정된다. 윤활유 분리 챔버(180)는 격실(148)에 개방된 챔버 입구(181)로부터 크랭크케이스(140)의 상단 단부에서 외부 케이싱(147)을 통해 연장되는 챔버 출구(182)까지 크랭크케이스의 실질적으로 전체 길이를 따라 수직으로 연장된다. 윤활유 분리 챔버(180)는 실린더 블록(120)의 캐스팅에서 개방 채널(183)에 의해 획정된다. 이 예에서, 채널(183)은 실린더 블록(120)에서 캐스팅되어 그 원주 주위에서 폐쇄된다. 다른 예에서, 채널(183)은 베드 플레이트(141) 방향으로 개방되도록 실린더 블록(120)에서 캐스팅될 수 있고, 이후에 베드 플레이트(141)가 실린더 블록(120)에 대해 조립되어 크랭크케이스(140)를 형성할 때 베드 플레이트(141)에 의해 그 길이를 따라 폐쇄된다. 윤활유 분리 챔버(180)는 채널(183)의 길이를 가로질러 연장되는 배플(184)의 형태로 다수의 임의적인 유동 방해물을 갖는다. 배플(184)은 윤활유 분리 챔버(180)를 따라 유동하는 블로바이 가스의 방향을 급격하게 변화시켜 윤활유 분리를 촉진시킨다.
도 4 내지 도 6을 참조하여, 크랭크케이스 환기 시스템의 작동을 이제 설명한다. 사용 동안, 블로바이 가스는 크랭크케이스(140)로 들어가 크랭크케이스 인클로저에 포집된다. 이들 가스는 공기 흡입구에서 부분 진공의 작용 하에 챔버 입구(181)를 통해 격실(148)로부터 윤활유 분리 챔버(180) 내로 흡인된다. 배출된 블로바이 가스 또는 "브리더 가스"가 크랭크케이스(140)의 길이 위로 유동함에 따라, 브리더 가스와 혼합된 윤활유 액적은 중력의 작용 하에 떨어지고 챔버 입구(181) 및 격실(148)을 통해 기름통(도시되지 않음)으로 배출된다. 윤활유 액적의 분리는 배플(184)에 의해 더욱 촉진되며, 배플은 브리더 가스가 방향 및 속도를 변경하도록 하고 윤활유 액적의 관성 분리를 조장한다. 이어서, 배출된 가스는 챔버 출구(182)를 통해 크랭크케이스(140)를 떠나 제1 외부 호스(192)에 의해 분리기 입구(191)로 지향된다. 유사하게, 가스는 캠 커버의 배플 챔버로부터 배출되고 제4 외부 호스(195)에 의해 분리기 입구(191)로 지향된다. 가스는 분리기(190) 내에서 원심 분리되어 가스로부터 윤활유의 더 작은 액적을 추가로 분리한다. 이어서, 여과된 가스는 제2 외부 호스에 의해 공기 흡입구로 순환되고, 분리된 윤활유는 배수구(193)와 제3 외부 호스(194)를 통해 기름통으로 복귀된다.
윤활유 분리 챔버를 크랭크케이스에 통합하고 블로바이 가스를 크랭크케이스를 통해 라우팅함으로써, 외부 윤활유 분리 챔버를 사용하는 배열에 비해 외부 호스의 개수와 길이가 감소될 수 있다. 추가적으로, 윤활유 분리 챔버의 길이 및 그에 따른 효율성은 실린더 헤드의 배플 챔버에 비해 증가될 수 있고 분리된 윤활유는 크랭크케이스로 더 쉽게 복귀될 수 있다.
본 발명이 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 앞서 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경 또는 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (14)

  1. 내연 기관을 구비한 해양 선외 모터로서, 내연 기관은:
    적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록;
    적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구;
    해양 선외 모터가 수직일 때 실질적으로 수직인 크랭크샤프트 축을 중심으로 회전하도록 크랭크샤프트가 장착되는 크랭크케이스; 및
    크랭크케이스로부터 블로바이 가스를 배출하고 배출된 블로바이 가스를 공기 흡입구에 공급하도록 구성된 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하고, 크랭크케이스 환기 시스템은 블로바이 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 윤활유 분리 챔버를 포함하며, 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스에 의해 획정되고 크랭크샤프트 축에 실질적으로 평행한 크랭크케이스의 길이를 따라 연장되는, 해양 선외 모터.
  2. 제1항에 있어서, 윤활유 분리 챔버는 실질적으로 크랭크케이스의 전체 길이를 따라 연장되는, 해양 선외 모터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 크랭크케이스는 크랭크케이스의 하단 단부에 위치되고 벽에 의해 적어도 하나의 실린더로부터 분리된 격실을 포함하고, 윤활유 분리 챔버는 격실로부터 연장되는 챔버 입구를 갖는, 해양 선외 모터.
  4. 제3항에 있어서, 격실로부터 연장되는 챔버 입구는 윤활유 분리 챔버의 유일한 입구인, 해양 선외 모터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활유 분리 챔버는 크랭크케이스의 외부 벽을 통해 연장되는 챔버 출구를 갖고, 챔버 출구는 적어도 하나의 외부 호스에 의해 공기 흡입구에 연결되는, 해양 선외 모터.
  6. 제5항에 있어서, 크랭크케이스 환기 시스템은 적어도 하나의 외부 호스에 의해 윤활유 분리기 챔버 출구 및 공기 흡입구에 연결된 외부 윤활유 분리기를 더 포함하는, 해양 선외 모터.
  7. 제6항에 있어서, 외부 윤활유 분리기는 사이클론 분리기 및 원심 분리기 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 해양 선외 모터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진 블록은 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성하는 실린더 블록 캐스팅 및 베드 플레이트 캐스팅을 포함하는, 해양 선외 모터.
  9. 제8항에 있어서, 윤활유 분리 챔버는 실린더 블록 캐스팅과 베드 플레이트 캐스팅이 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성할 때 폐쇄되는 실린더 블록 캐스팅 및 베드 플레이트 캐스팅 중 하나 또는 둘 모두의 개방 채널에 의해 획정되는, 해양 선외 모터.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 윤활유 분리 챔버는 실린더 블록 캐스팅과 베드 플레이트 캐스팅이 함께 결합되어 크랭크케이스를 형성할 때 베드 플레이트 캐스팅에 의해 폐쇄되는 실린더 블록 캐스팅 내의 개방 채널에 의해 획정되는, 해양 선외 모터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활유 분리 챔버는 침전 챔버인, 해양 선외 모터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활유 분리 챔버는 윤활유 분리 챔버의 길이를 따라 유동하는 블로바이 가스의 방향 및/또는 속도의 변화를 야기하여 윤활유 분리를 촉진하도록 구성된 하나 이상의 유동 방해물을 포함하는, 해양 선외 모터.
  13. 제12항에 있어서, 하나 이상의 유동 방해물은 하나 이상의 배플 및/또는 구불구불한 통로를 포함하는, 해양 선외 모터.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 해양 선외 모터를 포함하는 해양 선박.
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