JP4653191B2

JP4653191B2 - 内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置

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Publication number: JP4653191B2
Application number: JP2008112193A
Authority: JP
Inventors: 姜殷錫
Original assignee: 株式會社エムティー．エイチコントロールバルブ
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP2008274942A

Description

本発明は内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置に係り、より詳しくは過熱した耐熱機関の誤爆の際、外部に放出される火炎を吸収かつ減圧させる性能をそのまま維持しながらも爆圧の衝撃による内部構成要素の変形を最小化するトラップ装置に関するものである。

通常に、船舶、自動車などにおいては、燃料を機関内で燃消させることで発生した高温、高圧のガスを直接仕事エネルギーに転換させる内燃機関を使用することになる。一般的な内燃機関の構造は、多数のシリンダー装置を備えているエンジン部から動力を発生させ、この動力を機械的運動エネルギーに転換するシステムでなっている。

エンジン部には電動装置のクランク部が連結されており、クランク部はクランクケースによって取り囲まれる。よって、クランクケースの内部は、エンジンの高温、高圧ガスによって比較的高い温度及び圧力を維持することになるが、クランクケースの内部圧力が規定圧力（通常に、０．０４〜０．０６ｋｇ／ｃｍ^２）以上に上昇すれば、過度な圧力の分だけ内部のガスを外部に流出させることで、クランクケースの内部を常に正常圧力に維持させるようにしている。

クランクケースの内部に誤爆による火炎が発生する場合には、火炎が外部に広く流出してクランクケースの周りの各種機械装置だけでなく、人体に致命的な被害を及ぼすことになる。

これを防止するために、内燃機関のエンジン部の周りには、爆発の際、火炎が外部に噴出することを遮断する火炎噴出防止用トラップ装置が要求される。

これに応え、従来、本出願人によって“内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置”が出願されたことがあり（特許文献１参照）、性能向上のために持続的な開発がなされている。

図１は従来の火炎噴出防止用トラップ装置を示す縦断面図である。

図１に示すように、クランクケースの開口部には火炎噴出防止用トラップ装置が装着されることにより、クランクケースの内部で誤爆によって火炎が発生するとき、この火炎を遮断するようになっている。

具体的に、従来の火炎噴出防止用トラップ装置は、外部に放出される火炎を多重に吸収し減圧するように、クランクケースの開口部に隣り合う内側から順に１次火炎熱吸収網部１０、減圧拡散空間部２０及び２次火炎熱吸収網部３０でなる火炎熱吸収網部と、板面に放射状に凹凸が形成されたストラップ６１が多数重なった構造を有する火炎導出ダクト部６０とを備えた既存の火炎噴出防止用トラップ装置において、前記火炎熱吸収網部と火炎導出ダクト部６０との間に高強度変形防止部４０及び変形防止空間部５０をさらに構成した構造を有する。

すなわち、外部に流出する火炎を１次火炎熱吸収網部１０と減圧拡散空間部２０によって１次に吸収し、減圧された火炎を２次に吸収かつ分散させる２次火炎熱吸収網部３０で構成されている。

このような１次火炎熱吸収網部１０及び２次火炎熱吸収網部３０は、多数の金属線材が交差して重なった網構造を持っており、この金属網は幅が１５ｍｍ〜２０ｍｍ程しかならないため、爆発の際、火炎を捕獲する空間が小さく、抵抗の効果があるばかりなので、熱相殺効率が低下する問題点があった。

また、前記火炎熱吸収網部と火炎導出ダクト部６０との間に高強度変形防止部４０と変形防止空間部５０を備えている。このような中空構造は、火炎を吸収かつ減圧させる性能はそのまま維持しながらも金属網ないし多数のストラップが爆圧の衝撃によって変形することを効果的に防止することができる利点はあるが、製造過程が複雑になる問題点があり、火炎の移動距離上に中空を持つ離隔構造なので、隙間が多いとか距離が遠い場合には、圧力は減殺する一方、火炎は移動中に生き返える性質があるため、火花が減らなくて火炎の相殺効率が低下する問題点があった。

一方、図２は、従来の本出願人が出願した“内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置のシート構造”の一実施例を示す平断面図、図３は図２の側断面図である（特許文献２参照）。

図２及び図３を参照すれば、多数の鉄線部材が交差して重なった網構造を有し、火炎が噴出するクランクケースの開口部の外周に取り付けられるトラップ網１００と、多数の板状ストラップが重なった構造を有し、前記トラップ網１００の外側に設置される火炎導出ダクト２００を備えた内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置において、前記トラップ網１００と火炎導出ダクト２００の下端を支持かつ固定するシート３００を、前記火炎導出ダクト２００より外径を縮小したメーンシート３１０と、前記メーンシート３１０の縮小した外径を補償しながら前記メーンシート３１０の上側に結合固定される補助シート３２０とから構成したものである。

このような従来の火炎噴出防止用トラップ装置は、前記火炎導出ダクト２００の内側に前記トラップ網１００を設置かつ固定するに際して、前記トラップ網１００を通過する火炎の放出経路に邪魔をしないように、多数のボルトを前記トラップ網１００の側面に接して、一定の間隔で固定設置するようになっている。

また、前記メーンシート３１０には、多数のボルトが固定結合できるように、多数の結合孔が形成され、前記結合孔のうちには、前記火炎導出ダクト２００の内側に隣り合って設置された前記トラップ網１００に接するように設置される結合ボルト３３０の下端部が固定結合されるように形成されたボルト結合孔３１１が形成されている。また、前記補助シート３２０は、前記メーンシート３１０にボルト結合で固定できるように、前記メーンシートのボルト結合孔３１１に対応する位置に多数の貫通孔３２１が形成されるので、前記トラップ網１００の固定設置のために前記結合ボルト３３０を結合するとき、前記メーンシート３１０の上側に前記補助シート３２０を置き、前記補助シートの貫通孔３２１を前記メーンシートのボルト結合孔３１１に整合させて置けば、前記結合ボルト３３０が前記貫通孔３２１を通過して前記ボルト結合孔３１１に固定結合されることにより、前記補助シート３２０の固定まで簡単に行えるようになっている。

しかし、このような従来の構造において、シート３００は一般の構造用圧延鋼材を主材として製作されるので、大きな重量と長い切断経路によって加工性が低下するだけでなく、材料の消耗が多く、前記シートによって火炎防止用トラップ装置の全体が重くなるという問題点があった。すなわち、メーンシート３１０と補助シート３２０を結合するために、補助シート３２０上に別途の貫通孔３２１を形成させなければならないので、貫通孔３２１の形成のための別途の製造工程が必要で、製作時間が長くなり、さらに補助シート３２０の材料消耗が多くて生産原価が高くなる問題点があった。

また、前記結合ボルト３１１によるメーンシート３１０及び補助シート３２０の結合によって、エンジンの機械振動の条件下で長期間にわたって使用することにより、ボルト結合部分の耐久性が低下しての騷音及び振動の発生を引き起こすことになる問題点があった。

また、前記補助シート３２０が火炎の噴出するクランクケースの開口部の外周に取り付けられ、前記補助シート３２０の厚さによる段部が火炎の放出経路を邪魔して火花の流れを不均一にし、渦流が発生する問題点があった。

大韓民国特許登録第１０−６６１９２５号明細書大韓民国実用新案登録第２０−０３９３１４７号明細書

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、クランクケースの外部に流出する火炎を火炎吸収及び内圧衝撃防止網部で１次に吸収かつ分散させ、２次、３次に、火炎をストラップの間に形成された導出孔を通過するうちに吸収し、酸素欠乏による不完全燃焼によって不完全火花状態で吐き出す１次火炎導出ダクト部及び２次火炎導出ダクト部を火炎吸収及び内圧衝撃防止網部の外側に構成し、その間の変形防止空間部によって内圧を低減させるようにした内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置を提供することにその目的がある。

前述したような目的を達成するための本発明の好適な一実施例による内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置は、多数の金属線材が交差して重なった網構造のもので、クランクケースの開口部の外周に設置され、前記クランクケースの外部に流出する火炎を１次に吸収かつ分散させる火炎吸収及び内圧衝撃防止網部と；板面に放射状に凹凸が形成された多数のストラップが重なった構造のもので、前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部の外側に設置され、前記ストラップの間に形成された導出孔を通過するうちに吸収し、酸素欠乏による不完全燃焼によって不完全火花状態で吐き出す１次火炎導出ダクト部と；前記１次火炎導出ダクト部の外側に設置され、前記１次火炎導出ダクト部が所定幅内で歪み変形し得る空間部を提供する変形防止空間部と；前記１次火炎導出ダクト部のような多数のストラップが重なった構造のもので、前記変形防止空間部の外側に設置され、前記変形防止空間部を通過した残りの火炎を３次に前記ストラップ間に形成された導出孔を通過するうちに最終に吸収し、酸素欠乏による不完全燃焼によって不完全火花状態で吐き出す２次火炎導出ダクト部と；を含んでなることを特徴とする。

また、前記１次火炎導出ダクト部及び２次火炎導出ダクト部は、内外側に接する多数の支持ボルトによって形状が維持されるように固定設置されることが好ましい。

また、前記２次火炎導出ダクト部は、１次火炎導出ダクト部と厚さが同一、あるいはそれより厚く形成され、幅は同一、あるいはそれより大きく形成されることが好ましい。

前述したような構成による本発明によれば、過熱した内燃機関の誤爆の際、外部に放出される火炎の熱気を１次に火炎吸収及び内圧衝撃防止網部によって吸収する火炎熱吸収空間を極大化して、火炎の量及び衝撃を格段に減らすことができ、さらに１次火炎導出ダクト部及び２次火炎導出ダクト部によって２次及び３次に多重に吸収かつ減殺させることで、火炎が外部に放出されることを最大限に抑制することができる効果を得ることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

以下に説明する実施例は、いろいろの他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に説明する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、当該分野で通常の知識を持った者に本発明をより明らかに説明するために提供するものである。実施例の全般にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指す。

図４は本発明による内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置の一実施例を示す縦断面図である。

図４に示すように、本発明による内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置は、外部に放出される火炎を多重に吸収して減圧させるように、クランクケースの開口部に隣り合う内側から順に、火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０、１次火炎導出ダクト部２０、変形防止空間部３０及び２次火炎導出ダクト部４０を含んでなる構成を有する。

前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０は、多数の金属線材が交差して重なった網構造を有し、火炎の噴出通路になるクランクケースの開口部の外周に設置される。前記クランクケースを通過した火炎は前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０を通過しながら多数の金属線材にぶつかり、その気流が停滞し、金属線材の隙間ごとに分散しながらエネルギーを消耗することにより、衝撃が減少し、前記金属線材との接触によって熱気が冷却して火花の力が弱化する。したがって、前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０を１次にクランクケースの開口部に備えることで、火炎吸収及び衝撃防止の能力を強化させることができるものである。この際、前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０を構成する金属線材は、線材状または網状への加工が容易で、熱伝導性に優れたワイヤ素材などから製作される。

ついで、前記１次火炎導出ダクト部２０は、板面に放射状に凹凸が形成された多数のストラップ２１が内外側への火炎移動経路を提供する多数の導出孔２２を形成するように重なった構造のもので、前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０の外周に設置される。前記１次火炎導出ダクト部２０の導出孔２２は、前記ストラップ２１の凹凸が上下側壁を形成して広い表面積を提供するだけでなく、内部に冷空気との接触面積を拡張させることにより、前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０を通過する火炎が効果的に冷却される。さらに、速い流速を有する火炎が、それぞれの導出孔２２が形成する長い経路のそれぞれを通過する間に瞬間的に酸素が欠乏する現象が発生し、この酸素欠乏によって火炎を格段に減らすことができる。

また、前記１次火炎導出ダクト部２０は多数のストラップ２１及び導出孔２２が重なった構造のもので、たいていその幅が２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度になっているので、火炎の前記ストラップ２１及び導出孔２２を通過する空気の流れに対する抵抗力が大きくて、爆圧の衝撃による変形が小さく生じる。したがって、従来のような高強度変形防止部が不要になる利点がある。

次に、前記変形防止空間部３０は、前記１次火炎導出ダクト部２０の外側に所定間隔の空間部を提供する構成要素である。このように、本発明は最小限の中空構造のみでなって、従来のような不要な中空構造による火炎の熱減殺効率が低下することを防止することができるものである。

次に、前記２次火炎導出ダクト部４０は火炎を最終に吸収かつ減殺させる構成要素で、前記１次火炎導出ダクト部２０のように、板面に放射状に凹凸が形成された多数のストラップ２１が内外側への火炎移動経路を提供する多数の導出孔２２を形成するように重なった構造であり、前記１次火炎導出ダクト部２０の外側に前記変形防止空間部３０を形成するとともに円筒状に離隔して設置される。

また、前記２次火炎導出ダクト部４０の導出孔４２は、前記ストラップ４１の凹凸が上下側壁を形成して広い表面積を提供するだけでなく、内部に冷たい空気との接触面積を拡張させることにより、前記２次火炎導出ダクト部４０を通過する火炎が効果的に冷却され、速い流速を有する火炎がそれぞれの導出孔４２が形成する長い経路のそれぞれを通過しながら瞬間的に酸素が欠乏する現象が発生することになり、酸素欠乏によって火炎はそれ以上火花の形態ではない煙状になって外部へ吐き出されることになる。

ここで、前記２次火炎導出ダクト部４０の厚さは前記１次火炎導出ダクト部２０の厚さと同一、あるいはそれより厚く形成され、その幅も同一、あるいはそれより長く形成される。すなわち、同高の空間内であっても、１次火炎導出ダクト部２０の外側を取り囲む円筒状の２次火炎導出ダクト部４０は面積が増大し、面積の増大に従って空間も増大することになる。したがって、前記２次火炎導出ダクト部４０において、火炎の接触面積に対比して増加分の隙間空間を相殺させるために、厚さを同じにあるいはより厚く形成させ、その幅も同一あるいはより長く形成することで、最終に火炎のすべてを取ることになるものである。例えば、前記１次火炎導出ダクト部２０の厚さが０．５ｔであれば、２次火炎導出ダクト部４０の厚さは０．５ｔ〜１．０ｔ程度であるのが望ましく、前記１次火炎導出ダクト部２０の幅が３０ｍｍであれば、２次火炎導出ダクト部４０の幅は２５ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるのが望ましい。このような厚さの数値は多様な内燃機関に応じていくらでも調整が可能であり、どの範囲内では同一に使用することもできる。

このような構造により、本発明による内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置は、まず火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０の多数の鉄線部材間を２次に通過しているうち、空気の流れが多数の鉄線部材にぶつかって停滞し、鉄線部材の隙間ごとに分散しながらエネルギーを消耗して圧力が減少し、前記鉄線部材との接触によって熱気が１次に冷却されて火花の力が弱化し、２次に火炎が１次火炎導出ダクト部２０の火炎移動空間である導出孔２２に流れ、前記導出孔２２を通過する火炎を冷却させることになり、１次火炎導出ダクト部２０を通過した火炎は、３次に２次火炎導出ダクト部４０を通過しているうち、前記１次火炎導出ダクト部２０と同様な原理で格段に弱化した火炎の熱気を遮断することができる。よって、クランクケースの内部で爆発が起こっても、外部に放出される火炎は全く遮断される。

図６は内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置のシート構造の参考例を示す平断面図、図７は図６の側断面図である。

図６及び図７を参照すれば、内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置のシート構造は、変形防止空間部３０に多数の鉄線部材が交差して重なった網構造を有し、火炎が噴出するクランクケースの開口部の外周にトラップ網５０が設置され、さらに前記１次火炎導出ダクト部２０、トラップ網５０及び２次火炎導出ダクト部４０の下端を支持かつ固定するシート６０をメーンシート６２と補助シート６４で構成したものである。ここで、前記トラップ網５０は従来の技術で説明したものと同様な構成なので、その詳細な説明は省略する。

まず、前記メーンシート６２は２ｃｍ以上の厚さを有する環状のもので、前記１次火炎導出ダクト部２０、トラップ網５０及び２次火炎導出ダクト部４０の下端を主に支持する構成要素であり、前記２次火炎導出ダクト部４０の一部を支えるように、外径が前記２次火炎導出ダクト部４０の外径以下に一定幅だけ縮小して形成された構造を有する。また、前記メーンシート６２には、多数のボルトが締結されるように、多数の結合孔が形成される。ここでは、前記結合孔の中で、前記１次火炎導出ダクト部２０に接するように設置される支持ボルト２３の下端部が固定結合されるように形成されたボルト結合孔６２ａという。

一方、前記２次火炎導出ダクト部４０は、内燃機関の性能またはサイズに応じて１５０ｍｍ〜１１００ｍｍの多様な外径を有することができる。前記メーンシート６２は、前記２次火炎導出ダクト部４０の大きさに構わずに多様な大きさを有する前記２次火炎導出ダクト部４０のそれぞれの外径より２０〜３５ｍｍ小さく形成することが望ましい。

次に、前記補助シート６４は平たい環状のもので、前記メーンシート６２によって一部だけが支持された前記２次火炎導出ダクト部４０の残部を支持する構成要素であり、前記メーンシート６２の１／１０〜１／４以下の薄厚で前記メーンシート６２の上側に点熔接される。ここで、前記メーンシート６２と補助シート６４は、強度４００Ｎ／ｍｍ^２の一般構造用圧延鋼材を主材として、前記メーンシート６２の厚さが２０〜２５ｍｍになるように形成すれば、前記補助シート６４は、２〜５ｍｍの厚さに構成しても、前記２次火炎導出ダクト部４０を支持するのに十分である。

また、前記メーンシート６２と補助シート６４の固定方式は、多数の熔接点を形成する点熔接方式で熔接して固定する。具体的に、前記メーンシート６２の上側に、前記トラップ網５０と２次火炎導出ダクト部４０の下端の位置に所定の長さで内側に直角に切削された陷沒端部６２ｂを形成し、この陷沒端部６２ｂに補助シート６４の一側が内挿されるように互いに重ねた後、重なる部位に圧力を加えた状態で大電流を流して、メーンシート６２と補助シート６４間の接触面で生ずる接触抵抗と金属の固有抵抗によって熱を発生し、これによって金属が加熱または溶融されれば、加えられた圧力によって接合をなす点熔接によって互いに簡単に接合される。よって、メーンシート６２と補助シート６４は、突出部がなく、一直線上に結合され、より精巧な製品生産が可能になるものである。ここで、前記熔接点の数、位置及び配列は、トラップ装置の大きさに応じて、メーンシート６２の中心点を頂点にとして外側半径方向に沿って多様に位置することができる。

前述したように、内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置のシート構造は、既存のシート構造に比べ、補助シート６４に対してボルト結合によるボルト結合孔の形成工程が不要になって作業速度が速く、補助シート６４の長さがそれ分だけ減少して材料の消耗量を格段に減らすことにより、製造原価を一層節減させることができ、点熔接による迅速な結合及び耐久性向上、より精巧な製品を生産することができる利点がある。

以上、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該分野で通常の知識を持った者であれば、これから多様な変形例及び等価の実施例が可能であることが分かる。本発明の真正な技術的保護範囲は特許請求範囲によって決められるべきである。

本発明は、過熱した耐熱機関の誤爆の際、外部に放出される火炎を吸収かつ減圧させる性能をそのまま維持しながらも爆圧の衝撃による内部構成要素の変形を最小化する内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置に適用可能である。

従来の内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置の一実施例を示す縦断面図である。従来の内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置のシート構造の一実施例を示す平断面図である。図２の側断面図である。本発明による内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置の一実施例を示す縦断面図である。図４の横断面図である。内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置のシート構造の参考例を示す平断面図である。図６の側断面図である。

１０火炎吸収及び内圧衝撃防止網部
２０１次火炎導出ダクト部
２１ストラップ
２２導出孔
２３支持ボルト
３０変形防止空間部
４０２次火炎導出ダクト部
４１ストラップ
４２導出孔
５０トラップ網
６０シート
６２メーンシート
６２ａボルト結合孔
６２ｂ陷沒端部
６４補助シート

Claims

多数の金属線材が交差して重なった網構造のもので、クランクケースの開口部の外周に設置され、前記クランクケースの外部に流出する火炎を吸収かつ分散させる火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０と；
板面に放射状に凹凸が形成された多数のストラップ２１が重なった構造のもので、前記火炎吸収及び内圧衝撃防止網部１０の外側に設置され、前記ストラップ２１の間に形成された導出孔２２を通過するうちに吸収し、酸素欠乏による不完全燃焼によって不完全火花状態で吐き出す１次火炎導出ダクト部２０と；
前記１次火炎導出ダクト部２０の外側に設置され、前記１次火炎導出ダクト部２０が所定幅内で歪み変形し得る空間部を提供する変形防止空間部３０と；
前記１次火炎導出ダクト部２０のような多数のストラップが重なった構造のもので、前記変形防止空間部３０の外側に設置され、前記変形防止空間部３０を通過した残りの火炎が前記ストラップ４１間に形成された導出孔４２を通過するうちに、前記変形防止空間部３０を通過した残りの火炎を最終的に吸収し、酸素欠乏による不完全燃焼によって不完全火花状態で吐き出す２次火炎導出ダクト部４０と；を含んでなることを特徴とする、内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置。
前記１次火炎導出ダクト部２０及び２次火炎導出ダクト部４０は、
内外側に接する多数の支持ボルト２３によって形状が維持されるように固定設置されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置。
前記２次火炎導出ダクト部４０は、
厚さが、１次火炎導出ダクト部２０と同一、あるいはそれより厚く形成され、幅は同一、あるいはそれより大きく形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の火炎噴出防止用トラップ装置。