KR880002487B1 - 선외기용 수냉식 디젤 기관 - Google Patents

선외기용 수냉식 디젤 기관 Download PDF

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얀마 다젤 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

선외기용 수냉식 디젤 기관
제 1 도는 본 발명을 구체화한 선외기의 일부 측단면도.
제 2 도는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 디젤기관의 수직 단면도.
제 3 도는 제 2 도에 도시된 디젤기관의 일부 확대도.
제 4 도는 코너의 반경과 스트레스간의 상관도.
제 5 도는 제 3 도에 도시된 부분의 개략 확대도.
제 6 도는 제 2 도의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절취한 단면도.
제 7 도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 디젤기관을 장착한 선외기의 측면도.
제 8 도는 제 7 도의 선 Ⅷ-Ⅷ을 절취한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 디젤기관 14,15 실린더
16 피스톤 18 실린더블럭
19 실린더 헤드 20 냉각수 자켓
21 배기구 22 흡입구
27,28,57 원통형보스 28 연료분사장치 (노즐)
30 매니포울드 40 라이너
44 연소쳄버의 코너부 45 연소쳄버
50 라이너 내주면 52 호우닝 양각
56 연료분사펌프 57 유니트 연료분사기
본 발명은 선외기로 사용하기 위한, 수냉식 디젤기관에 관한 것이다.
예로부터 소형 선박의 선미에 장착하는 선박용 선외기로서는 혼합연료의 2행정 가솔린 기관이 가장 널리 사용되어 왔다. 종래 이러한 형태의 기관은 선외기로서의 필수적인 경량화 및 소형화의 요건을 가장 만족시킬 수 있기 때문이다.
따라서 선박용 선외기로서는 디젤기관을 거의 사용하지 않았었다. 그러나 최근의 가솔린 연료의 가격 상승으로 인해 선박용 선외기로서 디젤기관을 사용하는데 대한 요구도가 높아져가고 있다. 그러나 선외기로서 디젤기관을 사용하는데는 많은 문제점이 있다. 즉, 디젤기관은 그 실린더블럭 및 실린더헤드가 주철제이어서 중량화되고 단위 중량당 출력이 작다는 문제가 있었다.
또한 종래의 것은 실린더블럭 및 실린더헤드를, 개별적인 부품으로 축조하고 이들 사이에 가스켓을 끼운 상태에서 서로를 볼트로 연결하였기 때문에 부품수가 상당히 많아지고 가스켓이 완벽하게 밀봉되지 않는 등의 문제가 있었다.
특히 선외기로 사용되는 기관은 수동으로 조타하여야 되며 소망하는 바에 따라 기울여져야 한다. 또한 이러한 기관은 운송 및 장착이 간편해야 한다. 더우기 선외기는 그의 중심 축상에 무게중심이 있어야 한다. 즉, 무게중심이 좌 또는 우로 치우쳐 있게 되면 기관의 조종성은 매우 나빠진다. 이들 문제점을 해소하기 위해서는 기관자체를 포함한 선외기 유닛트의 중량의 저감, 항진 방향과 평행면에 대한 선외기의 대칭성, 높이의 최소화, 선외기의 소형화, 부품수의 저감, 구조의 단순성 및 원가절감 등의 제반 요구조건을 필히 충족시켜야한다.
그러나 선외기로서 디젤기관을 사용할 때 기관의 소형화는 배기가스 출구의 위치에 의하여 영향을 받는다. 따라서 본 발명의 목적은, 실린더블럭 및 실린더헤드를 경량금속으로 일체로 축조하여 기관의 단위 중량당 기관출력을 증가시키고 선외기의 추진력을 보다 높인 선외기용의 수냉식 디젤기관을 제공하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 엔진의 분체가 소형이고 부품수가 저감되어 조립이 용이한, 선외기용의 디젤기관을 제공하는 것에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 의하면, 실린더블럭 및 실린더헤드는 경량의 합금으로 일체로 축조되며 유입구 및 배기구는 실린더헤드 내에 축조된다.
본 발명의 다른 목적들은 첨부된 도면을 참조한 적합한 실시예의 설명으로부터 명백해지며, 이하 도면에 의거하여 상술하기로 한다.
제 1 도에서, 선외기(M)에는 덮개(1)에 수납된 디젤기관(2)이 있다. 이 디젤기관(2)의 동력은 선외기(M)의 본체(3) 하단에 설치된 프로펠러(4)에 연결되어 선외기의 본체(3)에 배치된 수직 드러스트축(2점쇄선으로 도시됨)을 거쳐 프로펠러(4)를 회전시킨다. 프로펠러(4)가 회전하면 선외기를 장착한 소형 선박은, 화살표 A방향으로 항진하게 된다. 이 선박은 선외기(M)로부터 전방으로 돌출된 손잡이(5)를 좌우로 회전시켜 선외기(M)가 회전되는 방향으로 조타된다. 디젤기관(2)으로부터 배출된 배출가스(E)는 선외기의 본체(3)에 있는 배출로(7)를 흐르게 되며 선박의 항진중에 수면(L) 아래로 배치되어 있는 배출구(7A)를 통해 물속으로 방출된다.
제 2 도를 보면, 본 발명에 의한 디젤기관(2)에는 크랭크샤프트(11)가 있고, 이 크랭크샤프트의 상단부에 플라이휠(12)이 설치되어 있으며, 하단에는 나선형 스프라인(13)이 설치되어 있고, 이 스프라인에는 출력 샤프트(도시않됨)가 연결되어 있다. 도시된 실시예에서, 디젤기관(2)에는 일렬로 배열된 두개의 실린더(14,15)가 있다. 이들 실린더의 축 O-O은 선박의 선수 및 선미 방향으로 수평으로 연장되어 있다. (16) 및 (17)은 각각 피스톤 및 크넥팅로드이다. 실린더블럭(18) 및 실린더헤드(19)는 알루미늄 또는 알루미늄을 주로 하는 경량합금으로 일체로 주형된다. 일체의 실린더블럭(18) 및 실린더헤드(19) 내에는 냉각수 자켓(20)이 형성되어 있다. 냉각수는 냉각수 펌프(도시 않됨)에 의해 냉각수 자켓(20)내로 유입된다. 실린더헤드(19)에는 배기구(21) 및 흡기구(22)가 형성되어 있으며 또한 배기밸브(23) 및 흡기밸브(24)의 스텀(25)(26)을 지지하기 위한 원통형 보스(27)와 연료 분사장치(28)를 설치하기 위하여 구멍을 천공한 원통형 보스(29)가 설치되어 있다. 각각의 실린더(14) 및 (15)에는 각각 한개의 배기밸브(23)와 한개의 흡기밸브(24)가 있다.
따라서 총 4개의 밸브 즉, 두개의 배기밸브(23)와 두개의 흡기밸브(24)가 수직면에 나란히 배치되어 있으며, 밸브암(32)을 통해 공통 캠샤프트(31)에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 캠샤프트(31)와 밸브암(32)을 수납하는 밸브암 쳄버(33)의, 케이스(34)는 실린더헤드(19)의 한 단면에 볼트(도시 않됨)로 고정되어 있다.
디젤기관(2)에는 두개의 부품 즉, 실린더불럭(18)에 인접한 제 1 부분(37)과 실린더블럭(18)의 반대측의 제 2 부분으로 분리시킬 수 있는 크랭크 케이스(36)가 있다. 제 1 부분(37)은 실린더블럭(18)과 일체로 형성되어 있는 반면, 제 2 부분(38)은 볼트(39)로 제 1 부분(37)에 고정되어 있다. 두 부분(37) 및 (38)이 연결되는 결합면에는 크랭크 샤프트의 중심축 C-C이 있고, 이 축은 실린더의 축 O-O에 수직이다. 크랭크 케이스(38)는 실린더블럭(18)과 유사하거나 또는 동일한 재질로 제조된다.
이하 디젤기관의 각 부분에 대해 상세히 설명하기로 한다.
제 3 도는 제 2 도에 도시된, 엔진 일부의 확대도로서 피스톤(16)에 대한 접동면을 나타내는 라이너(40)는 주철로 제조되고 실린더블럭(18)내에 주형된다. 라이너(40)와 실린더블럭(18) 사이의 경계를 따라 합금층이 형성되어 있고 라이너(40)는 이 합금층을 통해 실린더블럭(18)에 연결되어 있다.
라이너(40)의 극단(41)은 상부 시점에서 피스톤(16)상의, 상부링(42)으로부터 실린더헤드(19)를 향해 거리 11만큼 돌출되어 있고 실린더헤드(19)의 폭발면(43)으로부터 비교적 떨어져 있다. 즉, 폭발면(43)에서 라이너(40)의 극단(41)까지의 거리는 가능한한 멀리 선택되어 상부링(42)의 접동 동작에 장애를 일으키지 않게 한다. (44)는 폭발면(43)의 외주면 근처의 코너부를 나타낸다. 즉, 실린더블럭(18) 및 실린더헤드(19)는, 이코너부(44)에서 서로 연결된다. 연소쳄버(45)와 연하는 코너부(44)의 코너면(44a)에는, 아치형 횡단면이 있다.
이 구성에 의하면 연소쳄버(45)에서의 폭발 압력에 의해 생긴 힘에 저항하기 충분한 크기의 코너부(44)의 기계적 강도를 얻을 수 있다. 즉, 폭발로 생긴 변형력은 코너부(44)에 집중되는 경향이 있지만 이 변형력은 코너면(44a)의 반경 R의 원형부에 의해 분산될 수가 있고, 따라서 코너부(44)의 파손을 방지할 수가 있다. 더우기 코너부(44)의 길이 1가 길기 때문에 큰 곡률반경의 R을 얻을 수가 있으며 변형력의 분산효과가 향상되어 충분히 큰 기계적 강도가 보장된다.
실험결과, 피스톤(16)의 이동을 허용하도록 반경 R이 실린더 내경보다 크거나 또는 약 2%정도 크고 거리 1 보다 작으면 코너부(44)의 강도는 충분히 높은 레벨로 증가함을 알 수 있다.
특히 실린더 내경에 대한 반경 R의 비율을 r(%)로 나타낸 제 4 도를 참조하면, 비율 r이 2% 이하일 때 변형력 S은 비율 r이 증가하므로서 급격히 감소한다. 그러나 비율 r이 2% 이상으로 증가하였을 때는 변형력 S의 감소는 거의 감지하지 못할 정도가 된다. 따라서 비율 r의 값을 약 2% 정도로 선택하므로, 제 2 도에 도시된, 코너부(44)에서의 기계적 강도를 충분히 높일 수가 있다.
제 3 도를 보면, 라이너(40)의 단부(41)에 에워싸는 실린더블럭(18)의 상부와 실린더헤드(19)는 화살표 S로 도시한 바와 같이, 실린더블럭(18)의 중간부(48)를 지나 외측으로 팽창되어 있다. 실린더블럭(18)의 상부(47)를 두껍게 하므로 상부(47)가, 폭발압력을 받아 외측 반경방향으로 팽창하는 것을 방지할 수가 있으며, 따라서 상부(47)와 라이너(40)간의 바람직하지 못한 갭의 형성을 막을 수가 있다. 결과적으로, 라이너(40)와 실린더블럭(18)간의 갭을 통하여 크랭크 쳄버 가스가 누출되는 것을 방지할 수가 있어 가스 누출과 같은 것으로 인한 기관성능의 저하를 방지할 수가 있다. 중간부(48)는 높은 폭발 압력의 영향을 받지 않기 때문에, 크랭크 케이스(36)에 인접한 블럭(18)의 중간부(48)의 벽을 두껍게할 필요가 없다.
따라서 실린더블럭(18)의 중간부의 벽을 얇게하는데 의한 강도와 관련된 문제점을 유발하지 않고도 엔진의 중량을 저감시킬 수가 있다. 상부(47)의 두께는 상부 (47)의 횡단면을 증가시키며, 이에 따라 폭발면(43)상에 작용하는 압력에 의해 생긴 실린더의 축방향 힘은 상부(47)지역의 확대에 의해 유지된다. 결과적으로, 코너부(44)에서의 변형은 이에 따라 감소될 수가 있다.
제 5 도를 참조해 보면, 라이너(40)의 내면은 호우닝으로 마무리 가공되어 있다. 호우닝에 의해 마무리가 가공된 표면(50)은 크랭크 쳄버에 인접한 라이너(40)의 내면 부분에서 단부(51)까지 연신되어 있다.
더우기 단부(51)은 폭발면(43)을 향해 상사점에서의 피스톤(16)상의 상부링(42)의 위치로부터 약 1 내지 4mm의 거리 12로 편심된 곳에 위치되어 있어 상부링(42)은 호우닝으로 마무리 가공된 지역내에서만 접동하게 된다.
단부(51)와 극단(41) 사이의 라이너(40)의 내주면 부분은, 호우닝으로 마무리 가공된 면(50)으로부터 약 0.1 내지 0.2mm의 거리 13만큼 외측의 방사상 방향으로 내각되어 있어, 내각(52)은 호우닝에 대한 양각으로 작용하게 된다.
이러한 구성은 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 크랭크 쳄버로부터 라이너(40)내로 삽입되는, 호우닝 공구가 라이너(40)의 극단(41)에 도달할 수가 없다. 왜냐하면, 공구는 실린더해드(19)에 의해 장애받기 때문이다. 따라서 극단을 호우닝할 수는 없다. 호우닝 전에 있는 라이너(40)가 극단(41)에 대해 일정한, 내경으로 될 때 호우닝의 계단모양의 부분, 또는 경계부는 호우닝 후의 라이너(40)의 내주면의 단부에서 좌측이 된다.
또한 라이너의 내경이 호우닝에 의해 마무리 가공 표면(50)에 비해 단부에서 감소되므로, 피스톤(16)은 감소된 내경의 단부에 의해 바람직하지 않게 걸릴 수도 있다. 그러나, 이러한 문제점들은 호우닝 양각부(52)가 있으므로 본 발명의 기관에서는 방지될 수가 있다. 또한 라이너(40)에 호우닝 양각부(52)를 형성하므로서 알루미늄 또는 그 합금으로 제작된, 실린더블럭(18)상에서 호우닝 공구가 작용하는 것을 효과적으로 방지할 수가 있어, 호우닝 공구의 바람직하지 않은 고장은 유리하게 방지할 수가 있다.
제 3 도에서, 실린더헤드(19)의 실링벽(53)은 상기 언급된, 폭발면(43)의 한쪽 면측에 있고 상기 폭발면과 다른쪽 측면에는 냉각수 자켓(20)이 있다. 실링벽(53)의 두께는 그 중앙부분이 주변 부분보다 크게되어 있어 실린더의 중심에 인접한 냉각수 자켓(20)의 부분(20a)은 그 외주 변부(20b)와 멀리 격리되어 있다.
상술된 방법대로, 실링벽(53)의 두께를 변경시키므로 실링벽의 평균두께를 저감시켜 엔진의 중량을 저감시킬 수 있으며, 폭발력에 대한 충분한 강도를 보장할 수가 있다. 도시된 실시예에서, 내장벽의 두께를 단계적 방법으로 변경된다.
그러나, 꼭 그렇지 않을 수도 있으며 실링벽(53)의, 두께는 중앙을 향해 점진적으로 선형으로 증가될 수도있다. 그렇게 하는데 의해 실링벽(53)의 강도를 향상시킬 수가 있다. 제 2 도에서 알 수 있는 바와같이, 실린더헤드(19)에는 배기밸브(23), 흡기밸브(24), 배기구(21) 및 흡기구(22)가 설치되어 있어, 폭발면(43)으로부터 단면(35)까지 측정된 전체높이 H는, 필연적으로 높아지게 된다. 더우기 실린더헤드(19)에는 냉각수 자켓(20), 배기구(21) 및 흡기구(22)와 아울러 상기 언급된, 원통형 보스(27) 등의 벽을 형성하기 위하여 다수의 리브(35)가 장착되어 있다.
따라서 실린더헤드(19)는 전체 높이가 H로 되고, 다수의 원통형 보스(27) 및 리브에 의해 내부가 견고하게 되어 있기 때문에 그 자체로서도 충분한 강도를 가질 수 있다.
제 6 도는, 제 2 도의 선 Ⅵ-Ⅵ을 절취한 단면도이다. 연료분사노즐(28)에 대한 원통형 보스(29)도 역시 실린더헤드(19)의 강도 향상에 기여한다. 원통형 보스(29)는 실링벽(53)의 중심부근 위치로부터, 실린더의 축을 따라 연장되어 있어, 제 2 도에 도시된, 다른 원통형 보스(27) 및 리브(55)에 비해 실린더헤드(19)를 더욱 견고하게 할 수가 있다. 연료분사장치는, 연료분사노즐(28) 및 연료분사펌프(56)가 일체로 구성되어 있는 단일의 유니트 연료분사기(57)로 구성되어 있다. 이 유니트 연료 분사기(57)는 후술된 바와 같이 원통형 보스(29)내에 삽입 결합되면 실린더헤드(19)의 견고성 및 강도는 더욱 증가된다.
유니트 연료 분사기(57)의 구성을 간단히 설명하면, 이 유니트 연료 분사기는 연료 분사펌프(56)와 연료 분사펌프(56)의 보디(91) 단부에 연결된 슬리브(98)를 가진 연료 분사노즐(28)로 구성되어 있다. 플렌저(93)는 보디(91)에 장착된 배럴(92)내에서 왕복 이동하므로 연료는 연료 분사펌프(56)로부터 보디(91)에 형성된 가압 연료통로(94)를 통하여 연료 분사노즐(28)로 공급된다.
유니트 연료 분사기(57)에는 고리형 계단부(95)가 설치되어 있고, 이 계단부는 보디(91)의 단부와 슬리브(98)간에 설치된다. 고리형 계단부(95)가 원통형 보스(29)상에서 내주변 단상으로 가압되므로 원통형 보스(29)위로 돌출된 보디(91)의 부분은 지지고정구(96)에 의해 실린더헤드(19)에 고정된다. 그러므로 폭발력을 극복하기 위한 초기 압축력이 분사기(57)에 의하여 실링벽(53)의 중앙으로 공급된다. 이는 또한, 실린더헤드(19)의 강도를 증가시켜 실링벽(53)의 편차력을 유효하게 감소시킨다. 연료 분사펌프(56)을 구성하고 있는 유니트 연료 분사기(57) 부분의 구경은 넓어져 있다. 이 부분은 원통형 보스(29)내에 끼워진다. 그러므로 원통형 보스(29)는 대구경을 가진 보강제로 작용하여 실린더헤드(19)의 강도를 증가시킨다.
연료 분사노즐(28)에는 연료 분사펌프(56)에 의해 공급된, 연료에 의해 고압력이 인가될 때 개방되는 노출구가 있다. 상술된 바와 같이, 유니트 연료 분사기(57)에서 연료 분사펌프(56) 및 연료 분사노즐(28)은 보디(91)에 형성된, 짧은 가압 연료통로(94)를 통하여서만 서로에 연결된다.
따라서 연료 분사펌프에 설정된 연료압은, 연료 분사노즐(28)로 정확히 전달된다. 그러므로 연료 분사노즐(28)로부터의 연료는 연료 분사비의 변형 영역에 걸쳐, 어떠한 부가적인 분사없이 연료 분사펌프(56)의 압력에 정확히 일치하여서 분사될 수가 있다. 더우기 가압연료통로(94)를 따라 압력 하강이 현저히 저하될 수가 있으므로 분사연료의 분무화를 촉진하는 연료 분사노즐(28)에서의 연료 분사압력을 높일 수가 있다. 더우기 연료 분사노즐(28)로부터의 분사는 연료 분사펌프(56)의 펌프 동작에 대해 지체없이 실행된다.
따라서, 본 발명에 의한 부차적인 분사와 분사의 지연이 방지되고 또한 연료의 분무화가 촉진되기 때문에 기관의 성능을 향상시켜 연소상태를 최적으로 유지할 수가 있다. 연료 분사의 지연을 방지하는 것은 고속항진 동안 기관의 성능을 증진하는데 기여한다.
이는 연료분사의 타이밍을 조정하기 위해 종래의 엔진에는 꼭, 필요한 타이머를 생략하여 구조를 간단히 하는 장점이 있다. 연료 분사노즐(28)의 단부는 폭발면(43)의 중심에서 연소쳄버(45)에 노출되어 있고 실린더헤드(19)에는 와류식 쳄버(부내연실)가 설치되어 있지 않다. 기관은 상술된 바와 같이, 직접 분사형으므로 실린더헤드(19)의 높이 H에 의해 유니트 연료 분사기(57)를 지지할 수가 있다.
결과적으로, 유니트 연료 분사기(57)는 안정하게 유지할 수가 있고 폭발면(43)과 유니트 연료 분사기(57)의 다른 부분(보호기 71)간의 거리가 감소되어 엔진의 규격을 작게할 수가 있다.
유니트 연료 분사기(57)는 원래 길이가 길지만 직접 분사형 기관으로 엔진을 설계시 기관의 크기를 소형으로 할 수가 있다. 즉, 실린더헤드(19)에 와류식 쳄버가 형성된다면, 유니트 연료 분사기(57)와 폭발면(43)까지의 거리가 길어져 와류식 쳄버의 규격만큼 엔진이 커지게 되고 실린더헤드(19)의 규격 및 케이스(34)의 규격이 커지게 된다.
직접 분사형은 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 와류식 쳄버를 가진 기관에서는 와류식 쳄버와 연소쳄버(45)간의 유통로 내면에 과중한 열 하중이 부가된다. 이에 반해, 와류식 쳄버가 없는 직접 분사형 엔진에서는 실린더헤드(19)와 실린더블럭(18)에 국부적인 열적 변형이 발생하지 않는다.
따라서, 실린더헤드(19)와 실린더블럭(18)은 이들이, 열저항성이 작은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작되더라도 열에 의한 손상은 결코 받지 않는다. 알루미늄이나 또는 그 합금은 열저항성이 작은데 비해 열정도성이 매우 높다.
따라서 연소 쳄버(45)로부터 실린더헤드(19) 및 실린더블럭(18)으로 전달된 열이 냉각수 자켓(20)의 냉각수에 적절하게 전달될 수가 있어 실린더블럭(18) 및 실린더헤드(19)는 과열로부터 보호될 수가 있고 따라서 기관은, 이에 관련된 열적 손상으로부터 보호될 수가 있다. 피스톤(16)의 상부면에는 연소 쳄버(45)의 일부로 형성되는 리세스가 형성되어 있다.
피스톤(16)이 스트로크시 상사점에 위치되면 중앙 리세스와의 피스톤의 상면부는 폭발면(43)에 밀접하게 접근하거나, 또는 캡이나 틈새 없이 폭발면(43)을 에워싼 원형의 코너부에 접근한다. 폭발면(43)은 상술된 실시예에서는, 평편하지만 원추형으로 만곡될 수가 있다. 이렇게 하는데 의해 도시된 횡단면에서, 실린더블럭(18) 및 실린더헤드(19)에 의해 형성된 아치구조 즉, 실린더헤드(19)에 의해 실링벽과 피스논(16)의 양측에서 실린더블럭(18)에 의해 형성된 다리부로 이루어진, 아치구조의 강도 증가로 인해 실린더블럭(18) 및 실린더헤드(19)의 강도를 향상시킬 수 있다.
이하, 연료 분사펌프(56)와 배기밸브(23) 및 흡기밸브(24)를 작용시키기 위한 매카니즘에 대해 설명하기로 한다.
제 6 도에서는, 배기밸브(24)만 도시되어 있다. 전술한 캠샤프트(31)와 밸브암(32) 이외에 밸브암 쳄버(33)에는 연료 분사펌프(56)용의 밸브암(59)이 수납되어 있다.
또한 배기밸브(23) 및 흡기밸브(24)의 스텀(25) 및 (26)과 연료 분사펌프(56)는 실린더헤드(19)로부터 케이스(34)내로 돌출되어 있다.
스팀(25) 및 (26)은 예를들면, 평면 O-O의 좌측 즉, 선박의 항진 방향에서 보아 실린더의 축을 포함하는 면의 좌측에 배치된다.
스텀(25) 및 (26)의 단부는 헤드단면(35)에 비교적 접근 배치된다. 스텀825) 및 (26)에는 그들 단부에서 고정너트(61)에 의해 밸브암(32)의 각 단부에 고정된 나사(62)를 조정하여 접촉되는, 프로텍터(60)가 설치되어 있다. 각 밸브암(32)에는 그 중간부에서 캠샤프트(31)상에서 캠(64)에 의해 작용되도록 구성된 태핏(63)이 설치되어 있다.
4개의 밸브암(32)은 그들 단부에서 케이스(34)에 의해 수직 지지되는 공통 밸브암 샤프트(65)에 의해 지지된다. 밸브암 샤프트(65)는 중앙면 O-O으로부터 좌측으로 편기되어 있고 그 외주면은 실린더헤드(19)의 단면(35)으로부터 약간 떨어져 있다. 이 샤프트의 측(65a)은 배기밸브(23) 및 흡기밸브(24)상의 프로텍터(60)의 단면으로부터 폐쇄위치로 단면(35)을 향해 약 2 내지 3(밸브 상승량의 약1/3)정도 편기되어 있다. 캠사프트(31)는 밸브암(32)의 배면 즉, 단면(35)의 반대측과 고정너트(61)의 좌측에 배치되어 있다. 밸브암(32)의 샤프트는 중앙평면 O-O의 우측에서 수직으로 연장되어 있고 캠샤프트(31)의 우측에 배치되어 있다.
샤프트(66)는 또한 케이스(34)에 의해 지지된다. 연료 분사펌프용의 두개의 밸브암(59) (그 중 한개만 도시됨)은 공통 샤프트(66)에 의해 그 중간부분으로 이동되며 그들 각 한단부에 는 캠샤프트(31)상의 캠(68)에 의해 배면측이 접촉되는 캠폴로워(67)가 설치되어 있다. 조정나사(70)는 고정너트(69)에 의해 밸브암(59)의 다른 단부에 고정된다. 조정나사(70)의 단부는 플랜저(93)의 단부상에서 프로텍터(71)에 의해 접촉된다.
또한 고정나사(70)는 중앙평면 O-O에서 우측으로 떨어져 있다. 따라서 각 분사기는 연료 분사노즐(28)의 단부를 향해 중앙면 O-O에 점차 접근하도록 경사져 있다. 케이스(34)의 배면 벽에는 배면벽의 좌단부를 향해 우단부로부터 연장되기 위한 개방구(72)가 형성되어 있다. 또한 케이스(34)에는 개방구(72)를 폐쇄하기 위한 덮개(73)가 볼트(74)에 의해 고정되어 있다. 케이스(34)의 좌측부에는 레버형 감압장치(75)가 고착되어 있다. 감압장치(75)는 엔진이 시동될 때 밸브를 개방시키도록 수동으로 작동시키기 위한 것이다. 밸브암(32)에는 감압장치(75)에 의해 작동되도록 구성된 암(76)이 설치되어 있다.
상술된 구성에 의하면, 캠샤프트(31)가 회전되면 캠(64)은 밸브암(32)을 동작시켜 배기밸브(23)와 흡기밸브(24)를 동작시킴과 동시에 캠(68)은 밸브암(59)을 동작시켜 연료 분사펌프(56)의 플랜저(93)를 작동시킨다. 흡기밸브(24) 및 연료 분사펌프(56)의 작동 타이밍은 조정나사(62) 및 (70)의 위치를 변경시켜 조정할 수가 있다. 조정나사(70) 및 고정너트(69)는 개방구(72)와 면하고 있으므로 덮개(73)를 제거하므로 개방구(72)를 통해 쉽게 접근하여 조정할 수가 있다.
또한 조정나사(62) 및 고정너트(61)는 캠샤프트(31)와 샤프트(66)간의 캡을 통해 개방구(72)를 통하여 쉽게 조정할 수도 있다. 이는 상기 샤프트가 조정나사(62) 및 고정너트(61)로부터 반대방향으로 격리되어 있기 때문이다.
제 2 도에 도시된 바와 같이, 캠샤프트(31)는 그 양단부 및 중간부에서 케이스(34)에 의해 지지된다. 캠(68)은 중앙선 O-O과 동일 레벨에 배치되어 있다. 윤활유 펌프(78)에는 캠샤프트(31)의 하단에 연결된 펌프 샤프트(79)가 있다. 이 윤활유 펌프(78)는 볼트로서 케이스(34)의 하부측에 고정된다. 윤활유 펌프(78)의 입구는 케이스(34), 실린더헤드(19) 및 실린더블럭(18)을 거쳐, 구멍으로 형성된 오일통로를 통해 오일관(도시 않됨)과 연통되어 있다.
오일팬은 크랭크 샤프트(11)의 하단부러로부터 하측으로 연장된 출력 샤프트(도시 않됨)을 에워싸는 케이스에 의해 형성된다. 윤활유 펌프(78)의 출구는 케이스(34), 실린더헤드(19) 및, 실린더블럭(18)을 거쳐 구멍으로 형성된 오일통로(도시 않됨)를 통해 엔진의 각부에 연결되어 있다.
캠샤프트(31)의 상단부는 케이스(34)위로 돌출되어 있다. 캠샤프트(31)의 돌출된 상단부에 고착된 풀리(81)는, 타이밍밸트(83)에 의해 크랭크 샤프트(11)의 상부에 고정된 다른 풀리(82)에 연결되어 연동한다.
발전기(84)는 풀리(82)의 상측에서 플라이휠(12)에 연결되어 있다. 플라이휠(12)의 외주면상의 링 기어(85)는 크랭크 케이스(36)의 일부(30)에 고정된 시동기(85)에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 크랭크 케이스(36)의 저벽(전벽)의 상부에는 상방으로 경사지게 돌출한 오일 충진구(87)가 설치되어 있다.
조속기(88)가 타이밍밸트(83)를 통해 구동되도록 구성되어 있으며, 이 조속기(88)와 연료 분사속도의 증가장치(89)는 레버(90)를 통해 제 6 도에 도시된 연료 분사펌프(56)의 플랜저(93) 연결되어 있다.
제 6 도에서 알 수 있는 바와 같이, 조속기(88)는 실린더블럭(18)으로부터 우측으로 또한, 크랭크 케이스(36)의 배면측에서 이 케이스에 인접하여 배치되어 있다. 실린더블럭(18)의 좌측에는 윤활유 여과기(100)가 설치되어 있다.
상술한 바와 같이, 연료 분사펌프(56)는 연료 분사노즐(28)과 일체로 되어 실린더헤드(19)에 장착되어 있다.
따라서 본 발명에 의한 기관은 연료 분사펌프(56), 조속기(88) 및 윤활유 여과기(100) 등의 규격이 큰 설비들로 구성되나, 그 중 연료 분사펌프(56)는 실린더헤드(19)에 결합되어 있고, 조속기(88) 및 윤활유 여과기(100)는 실린더블럭(18)에 조립되어 있으므로 기관은 제 6 도에 도시된 바와 같이 상부에서 볼 때 전체가 타원형 또는 계란형으로 선박용 선외기로서는 아주 적합한 형태로 되어 있다.
디젤기관이 선외기 케이스(도시 않됨)에 봉입되어 있음은 두말할 필요도 없다. 흡기 파이프(101)가 그 하단부에서 실린더헤드(19)의 우측에 있은 흡기구(22)에 연결되어 있고 다른 단부는 크랭크 케이스(36)의 저면부근의 케이스 내로 개구되어 있다. 흡기 파이프(101)는 실린더블럭(18)과 크랭크 케이스(36)의 우측면을 따라 연장 되어 있고, 그의 크랭크 케이스(36)와 입구측의 전면측에 권희되어, 중앙면 O-O부근까지 도달된다. 이렇게 유입 파이프를 길게 구성하는데 의해 유입관성 효율을 향상시켜 엔진을 성능을 개량할 수 있다.
상술된 바와 같이, 흡기 파이프(101)는 크랭크 케이스(36)의 우측에서 전면측으로 연장되어 있고, 시동기(86)는 크랭크 케이스(36)의 좌측전방으로 돌출되어 있으므로 엔진의 종축에 대해 엔진을 균형있게 할 수가 있다. 더우기 밸브암(59)의 케이스(34)에서의 균형은 유니트 연료 분사기(57)을 우측으로 돌출하게 하고 동시에 캠샤프트(31) 및 밸브암(32)을 좌측으로 배치하므로 얻을 수 있다.
제 7 도 및 제 8 도는, 선박용 선외엔진이 적용된 본 발명의 제 2 실시예인, 4행정 수냉식 디젤엔진을 도시한 것이다. 이 제 2 실시예의 동작시에 연료가 실린더헤드(19)에 장착된 유니트 연료 분사기(57)로부터 분사되면 실린더블럭(18)에 조립된, 실린더라이너(40)의 두 피스톤(16)은 수평방향으로 왕복 이동하고 이에 따라 수직크랭크 샤프트(11)가 구동되며, 차례로, 출력 샤프트(6)를 통해 프로펠러(4)가 구동된다.
제 7 도 내지 제 8 도에 도시된 바와 같이, 신선한 공기가 각 연소쳄버(45)와 연통하는 흡기구(22)를 통하여 화살표 S로 표시된 바와 같이 유입된다. 연소시에 발생된 가스는 화살표 E로 표시된 바와 같이, 각 배기구(21)를 통해 유출된다. 이들 두 배기구(21)는 배기매니포울드(30)를 통해 제 1 도에 도시된 바와 같이 선외기의 본체(3)에 형성된 공통 배기통로(7)에 연결되어 있다. 즉 배기매니포울드(30)의 출구는 선외기의 디젤기관(2) 및 본체(3)간의 결합면에서 천공되어 있다.
또한 이 출구(30a)는 디젤기관(2)의 실린더블럭(18)측 즉, 크랭크 중심에 가깝게 위치되어 있다. 실린더헤드(19) 및 실린더블럭(18)은 알루미늄으로 일체로 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 실시예의 디젤기관(2)에 있어서 배기매니포울드(30)는 실린더헤드(19) 또는 실린더블럭(18)과 일체로 형성되어 있으며, 종래의 기관에서와 같이 개별적인 배기매니포울드를 사용할 필요가 없어진다. 배기매니포울드를 개별적으로 할 필요가 없이 기관 자체의 구성이 현저하게 소형으로 되며 부품수도 삭감됨과 동시에 그 조립공정도 훨씬 간편해 진다.
선박용 선외기 경우에 있어서 디젤기관 전체는 덮개로 덮이기 때문에 고온으로 가열되는 배기매니포울드로 부터 전달된 열에 의해 덮개(100)내의 온도 상승을 방지하도록 배기매니포울드 둘레로 물을 순환시켜야 한다.
그러나 실린더헤드 및 실린더블럭으로부터 분리된 수냉식 배기매니포울드를 설치하는 것은 부품수가 증가되어 적합하지가 않다. 이에 반해 본 발명에 의하면 배기통로가 실린더헤드(19) 및 실린더블럭(18)에 형성된 냉각수 자켓(20)을 통해 연장되어 있어 배기통로 주위에 냉수실을 부가적으로 설치하지 않고도 수냉식 매니포울드를 축조할 수가 있다.
이러한 구성은 부품수가 줄어들고 규격 및 중량이 저감되므로 종래의 것에 비해 탁월한 경제성을 가진다. 배기구(21)가 실린더헤드(19)의 단면으로부터 돌출된다면 선외기(3)의 폭 및 선외 엔진 전체의 중량이 바람직하지 않게 증가하여 버린다. 배기구(21)가 크랭크 샤프트(11)에 밀접하게 배치되면, 선외 엔진이 보다 경량화되고 더욱 소형으로 되며, 이러한 효과는 실린더헤드(19)와 실린더블럭(18)간의 접합부에서의 배기구(21)의 위치화에 더욱 향상될 수 있음은 이 기술에, 종사하는 자이라면 명백히 알 수가 있다.
상술된 실시예의 기관부에 대한 구성 배치는 기관의 중심축에 대해 그 반대로 설치할 수 잇다.
본 발명은 실린더블럭(18)으로부터 크랭크 케이스(36)의 부분(37)을 분리하여 형성할 수도 있음을 시사하며, 또한 1행정 또는 3행정 이상의 엔진에도 본 발명을 실시할 수가 있다. 또한 실린더블럭(18) 내에 와류식쳄버를 설치할 수도 있다. 연료 분사노즐(28)과 연료 분사펌프(56)를 꼭 일체로 형성해야할 필요는 없다. 즉, 연료 분사노즐(28)과 연료 분사펌프(56)는 서로 개별적으로 구성되어 고압관을 통해서로 연결될 수도 있다. 더우기 선외기 이외의 다른 곳에도 본 발명을 적용시킬 수 있다. 또한 실린더의 축면 O-O이 수직으로 되어있는 엔진에도 본 발명을 적용시킬 수도 있다.
이상 설명된 바와 같이 본 발명에 의하면, 실린더블럭 및 실린더헤드가 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 경금속으로 일체로 형성되고, 실린더헤드에 흡입기구 및 배기구가 설치된 디젤기관이 제공된다.
상술된 바와 같이, 구조적인 특징으로 인해 본 발명의 디젤기관은 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, 기관의 중량이 실린더헤드 및 실린더블럭이 주철로 형성된 종래의 기관에 비해 저감될 수가 있고, 이러한 중량 저감으로 종래 기관에 비해 단위 무게당 출력효율이 상승된다.
둘째, 종래의 기관과는 달리 가스켓이나 동종의 부재를 통해 볼트로 실린더블럭 및 실린더헤드를 연결할 필요가 없기 때문에 부품수를 삭감하고 조립을 간편하게 함과 동시에 경량화를 이룰 수 있다.
셋째, 실린더헤드와 실린더블럭간의 단열기로 사용하는 가스켓이 생략되어 높은 냉각 효율을 얻을 수가 있다.
넷째, 실린더헤드를 볼트로 조일필요가 없으며 라이너의, 바람직하지 않은 변형을 방지하여 라이너의 수명이 길어지고 그 보수가 간편해 진다.
다섯째, 통상의 디젤엔진에서와 같이 실린더에서 고압이, 발생하더라도 실린더헤드 및 실린더블럭이 일체로 형성되어 있으므로 가스나 냉각수 및 윤활유의 누출을 완벽하게 방지하여 내연 압력을 상승시킬 수 있고, 따라서 높은 엔진 출력을 얻을 수가 있다.
여섯째, 종래 엔진이 실린더헤드 및 실린더블럭의 접합면, 주위에서 두꺼운 부분을 일부 제거하므로 기관의 중량을 저감시킬 수가 있다.
일곱째, 실린더헤드 및 실린더블럭을 일체로 형성하는데 의해 연소쳄버가 다양하게 설계될 수 있어 엔진의 기계적인 강도를 향상시킬 수가 있다.
여덟째, 헤드 볼트가 필요없이 흡기구 및 배기구의 위치 선택이 자유롭다.

Claims (11)

  1. 선박용 선외기로 사용하기 위한 수냉식 디젤기관에 있어서, 실린더블럭 및 실린더헤드를 알루미늄 또는 알루미늄 합금주물로 일체로 형성하여 상기 실린더헤드에 흡기구 및 배기구를 설치한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 실린더헤드에는 유니트 연료 분사기를 구비하고 있는 연료 분사장치를 가진 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  3. 제 1 항에 있어서, 실린더블럭 및 실린더헤드에 의해 형성되는 연소 쳄버의 코너부를 원형으로 하여 아치형 횡단면을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  4. 제 1 항에 있어서, 실린더블럭 및 실린더헤드에 연속적 냉각수 자켓을 설치한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  5. 제 1 항에 있어서, 실린더헤드에 유니트 연료 분사기용의 원통형 보스를 형성한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  6. 제 1 항에 있어서, 실린더블럭에는 내부면의 호우닝으로 마무리 가공된 라이너가 장착되며, 상기 라이너의 내주면 단부에 호우닝 양각부를 형성한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  7. 제 1 항에 있어서, 실린더헤드 또는 실린더블럭에 배기 매니포울드를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  8. 제 1 항에 있어서, 실린더헤드 및 실린더블럭에 의해 형성된 연소 쳄버를 직접 분사형 연소쳄버로 한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  9. 제 1 항에 있어서, 실린더헤드와 실린더블럭에 의해 직접 분사형 연소쳄버가 형성되어 있으며, 유니트 연료 분사기가 연료 분사장치로서 실린더헤드에 장치되어 있는 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  10. 제 6 항에 있어서, 라이너를 실린더블럭과 일체로 주조하고 상기 라이너의 단부를 연소 쳄버의 원형 코너부 아래에 있게 하고 상사점에 위치된 피스톤상의 상부링 윗쪽에 배치한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
  11. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 실린더헤드 또는 실린더블록의 결합면에, 실린더헤드 또는 실린더블럭에 형성된 배기 매니포울드의 출구를 설치하여 선외기의 본체와 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 선외기용 수냉식 디젤기관.
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