KR100245083B1

KR100245083B1 - 내연기관

Info

Publication number: KR100245083B1
Application number: KR1019950700106A
Authority: KR
Inventors: 죄르겐 메이에르
Original assignee: 한센 존 스텐달; 엠에이엔 비 앤드 떠블유 디젤 에이/에스
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 2000-03-02
Also published as: WO1994013948A1; DK169825B1; KR950702674A; DK147792A; JP2977902B2; JPH08504493A; DK147792D0

Abstract

90 cm까지의 실린더 직경을 갖는 크로스 헤드형 대형 내연기관은 2개의 V형 열로 배치된 실린더들을 지닌다. 엔진의 고정된 주 구조체는 베드 플레이트 (12) 형태의 분리 요소들로 분리되는바, 적어도 2개가 엔진의 중심평면(29)에 대해 경사지게 연장되는 스테이 볼트에의해 함께 체결되는 프레임 박스(14) 및 실린더 섹션(13)으로 분리된다. 분리 구성요소들 사이의 분리면들은, 접합면의 방향에 의해 결정된 기하학적 형성 쇄정 또는 실제 쇄정 수단에의해 상호 쇄정된다.

Description

내연기관

본 발명은 2열로 V형으로 배치된 실린더를 지니는 내연기관에 관한 것으로서, 기관의 주 고정 구조체는 엔진 프레임 박스가 장착되는 분리 베드 플레이트(bed plate) 및 프레임 박스상에 장착된 분리 실린더 섹션으로 분리되며, 분리된 주구조적 요소들은 실린더 섹션으로부터 베드 플레이트까지 연장하는 스테이 볼트들에 의해 함께 체결되는바, 스테이 볼트중 적어도 2개는 기관의 중심 평면에대해 경사지게 연장된다.

V형 기관은 4행정 트렁크 기관들내에 광범위하게 사용되는 것으로 발견됐다. 그 기관들은 모두 일체로 형성된 주 고정 구조체를 지니는바, 즉, 크랭크 샤프트가 장착되는 비교적 깊은 하향 홈이 형성된 단일 일체형 블럭이 무거운 수직 볼트에 의해 주 구조체와 함께 체결된 느슨한 저부의 주 베어링 부품에 의해 주 구조체 하부에 부착 및 고정된다. 이같은 볼트들은 평행하며 고정 구조체의 상부측까지 연장될 수 있다. 특히, 대형 V형 기관에 있어서는, 크레인(crane)에 의해 엔진내의 제위치내로 직접 샤프트를 하강시킬 수 없기 때문에 크랭크 샤프트가 하부에 부착되는 단점이 있다.

미국 특허 제3,318,297호에는 전술된 형태의 기관이 개시되어 있다. 이 기관은 탱크형으로서 적절히 작아 크레인을 사용함이 없이 크랭크 샤프트를 들어 올릴 수 있다. 실린더의 내부상의 스테이 볼트(stay bolts)가 크랭크 샤프트를 횡단하며 이웃 실린더의 외측에서 베드 플레이트에 고정된다. 스테이 볼트를 해체시킴없이 크랭크 샤프트를 제거할 수 있도록, 최내측 스테이 볼트의 하단부는, 크랭크 샤프트가 주 베어링을 벗어나 리프트되어 기관 프레임 박스의 단부 벽내의 개구부를 통해 종방향으로 방출될만한 크기의 크랭크 샤프트상의 자유공간이 존재하도록 상방으로 오프셋된다.

본 발명의 목적은 크로스 헤드 형태의 대형 V형 기관을 제공하는데 있다.

이같은 목적을 고려하여, 본 발명에 따른 내연기관은 엔진이 프레임 박스내의 횡고정구상에 장착된 안내 평면을 지니며 프레임 박스의 높이의 일부를 지나 엔진의 중앙 평면에 대해 경사지게 연장되는 2 행정 크로스 헤드엔진이며, 베드 플레이트에 고정된 스테이 볼트들이 횡방향으로 최외측에 있는 관련 실린더의 안내 평면 외측에 위치하며 종방향을 따라 통과하는 것을 특징으로 한다.

크로스 헤드 엔진에 대해서, 크로스 헤드의 매우 신뢰적인 작동 조건을 획득하는 것이 매우 중요하다. 엔진 프레임 박스의 횡 고정구상에 안내 평면을 장착하면 가이드 평면의 평면성에 악영향을 미치는 범위까지 프레임 박스에 변형시킴 없이 가이드 평면으로부터 프레임 박스까지 힘을 크게 전달할 수 있다. 횡 고정부에 대한 안내 평면의 견고한 고정 및 체결을 획득할 수 있으나 공지된 안내 평면은 수직하게 연장되며, 프레임 박스는 각각의 실린더의 종축의 양측부상에서 안내 평면 바로 외측에 배치된 스테이 볼트에 의해 지지된다는 사실은, 정렬형태의 대형 2행정 크로스 헤드 엔진으로부터 본질적으로 공지되어 있다.

본 발명은 각각의 실린더의 내부상에서 스테이 볼트를 완전히 남기지 않을 수 있으며, 횡 고정구에 고정된 안내 평면이 엔진의 중앙 평면에 대해 경사 방향으로 정렬될 수 있는 놀라운 달성을 기본으로 한다. 실린더의 내부에서 스테이볼트를 제거하면 안내 평면을 횡벽에 고정 및 체결시키기위한 격실을 만들 수 있다. 최외측 안내 평면이 최내측 안내평면보다 크로스 헤드로부터 실제로 더 큰 힘을 받으므로써, 최내측 스테이 볼트의 부재(absense)는 프레임 박스의 허용할 수 없는 변형을 초래하지 않는다. 실린더 섹션의 고정을 필요로하면, 실린더 섹션은 베드 플레이트가 아닌 프레임 박스에 고정된 짧은 볼트에 의해 실린더 내부상의 프레임 박스를 향해 하부에 고정될 수 있다.

본 발명에 따른 엔진에 있어서, 실린더들의 축들은 90˚이외의 각으로 수평면을 가로지른다. 이는, 최대 실린더의 힘이 실제적인 크기의 수평 성분을 지닐 수 있는 효과를 제공한다. 경사진 스테이 볼트들이 실린더 힘들의 수평성분들을 베드 플레이트에 전달하게 함으로써, 엔진의 고정된 주 구조체의 각각의 요소들이 결합력에 따라 상호간 이동되지 않는다. 안내평면의 외측상에 배치된 관통 스테이 볼트들은 각각의 결합력으로 분리되는 요소들을 결합시키기 위한 동일 볼트 고정력을 사용할 수 있게함으로써, 전체 볼트의 수가 가능한 적게 유지된다. 공지된 V형 엔진과 비교할때, 결합 볼트들은 상당히 약하게 될것인바, 즉, 볼트들의 길이와 두께간의 비가 매우 높게 될 것이다. 볼트 체결력이 볼트 길이에 관계 없이 거의 동일하게 되어야함으로써, 볼트 조임시 볼트의 신장은 볼트 길이에 비례하며, 이에따라 매우 나약한 볼트들이 고정시 매우 크게 신장되는바, 너트용 나사 및 접촉면의 설치, 및 상호 체결된 요소들의 부품들 및 진동들 사이의 어떤 마모에 관계없이 인장력을 크게 만든다. 스테이 볼트의 이같은 특성은, 실린더들의 축이 주 구조요소들 사이의 하부 접합면들에 대해 직각이 아닌 V형 엔진에 대해 매우 중요하다.

안내평면의 외측상에 스테이 볼트가 배치되면, 베드 플레이트의 기부에서 고정용 크랭크 샤프트를 지나 하부로 통과하도록 스테이 볼트를 위한 충분한 격실이 만들어진다.

엔진의 주 구조체내의 횡 부하를 감소시키기 위해, 스테이 볼트들이 안내 평면에 대해 평행하게 적절하게 연장된다.

하나의 실시예에 있어서, 2개의 이웃 실린더들의 실린더 섹션들은 각각의 열에서 상호 분리 유닛으로 설계되며, 각각의 실린더는 프레임 박스에 고정되며 횡 방향으로 최내측에 있는 실린더의 안내 평면의 내부상에서 종방향을 따라 연장되는 볼트를 지닌다. 최내측 안내 평면의 내측상의 볼트가 베트 플레이트에 고정된 적절한 스테이 볼트가 아니므로써, 프레임 박스와 베드 플레이트의 상호 결합을 제공하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 내측의 볼트는, 실린더 섹션이 실린더의 외측에 배치된 스테이 볼트로부터의 영향으로 인해 외부를 향한 경사 가능성 없이 프레임 박스에 확실하게 고정되게 한다.

특히 단순 실시예에 있어서, 2개의 이웃하는 실린더들의 실린더 섹션이 각각의 열에서 일체로 형성되며, 엔진의 횡방향으로 볼때 모든 스테이 볼트들이 횡방향으로 최외측에 있는 관련 실린더의 안내 평면의 외측에 배치된다. 일체형 실린더 섹션이 2개의 이웃하는 실린더 사이의 영역에서 볼트를 제거할 수 있게함으로써, 실린더 쌍당 최소 2개의 스테이 볼트만이 필요로 된다. 우세한 실린더 힘이 엔진 구동중 분리된 주 구조요소들을 상호 관계로 오프셋시키는 것을 방지하기 위하여, 스테이 볼트들은 조인트의 평면에서의 고정 마찰력이 확실한 안전 여유에의해 동일 평면내의 우세한 실린더 힘의 성분들을 초과하도록 강하게 조여질 수 있다.

각각의 엔진요소들의 제조를 용이하게 하기 위하여, 분리된 주 구조요소들 사이의 분할면이 엔진의 중앙 평면에 대해 직각으로 연장하므로써 통상의 기계에서 가공하기 쉬운 대형 수평 집합면들을 제조하는 것이 바람직하다. 그러나, 평면 분할면은 각각의 요소들이 상호간에 대해 이동하는 것을 방지하는데 필요한 인장력을 부적절하게 높게 만들수 있으므로, 바람직한 실시예는 분리면의 평면내의 구성 요소들의 상호 이동을 방지하기 위해 분리면에 배치된 쇄정 수단을 이용한다. 스테이 볼트들의 인장력에 대한 필요성을 감소시키는 것과는 달리, 쇄정수단은 엔진의 장착을 용이하게하여, 각각의 요소들이 쇄정수단에의해 상호관계로 배치되는 반면, 스테이 볼트들이 조여지며, 그렇지 않으면, 접합면에 대한 스테이 볼트들의 경사 방향때문에 스테이 볼트들이 순간적으로 균일하지 않게 조여진다면 요소들의 상호 이동을 초래한다.

바람직한 실시예에 따르면, 분리된 주 구성요소들 사이에 기하학적으로 형성된 쇄정을 제공할 수 있는바, 상기 요소들 사이의 분리면은 엔진의 중앙 평면의 어떤 측면에 배치되며 그에대해 일정 각으로 연장하는 적어도 2개의 평면 섹션을 포함한다. 이같은 방식에 있어서, 분리면은 하나의 루프 표면을 따르는 상대 이동이 다른 루프표면의 개방 및 관련 스테이 볼트의 결과적인 과도한 신장이 있는 일종의 루프 형상으로 제공될 수 있는바, 이는 정상적으로는 불가능하다. 분리요소들이 이같은 종류의 상호 쇄정은 물론 더 많은 제조비용이 소모되지만, 이렇게 제공된 쇄정은 매우 효과적인바, 특히 2열의 실린더 사이가 비교적 큰 각으로되는 V형 엔진에서 유리하다. 분리면의 평면내의 실린더 힘들의 성분은 관련된 실린더의 중심 축에 대해 직각으로 되는 분리면의 평면 섹션에의해 적합하게 최소화될 수 있다.

본 발명은 첨부도면을 참조로하여 상세히 설명될 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 엔진의 제1실시예의 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 단면도.

제3도는 2개의 요소들의 접합면의 부분 확대 단면도.

제1도에는 크로스 헤드 형태의 2 행정 장행정 V형 엔진(1)이 도시되어 있는바, 실린더들이 2열로 V형으로 장착되어 있어 이웃하는 2개의 실린더(2, 3)내의 피스톤이 크랭크 샤프트(5)상의 공통 크랭크 핀 저어널(4)에 연결된다. 피스톤들은, 안내평면(10)상에서 활주하는 가이드 슈우(9)에 의해 엔진의 종방향으로 안내되는 크로스 헤드(8)에 상호 연결되는 커넥팅 로드(7) 및 피스톤 로드(6)를 통해 저어널(4)에 연결된다. 이 안내 평면들은, 엔진의 종방향으로 각각의 실린더 쌍들을 상호 분리시키는 직립 횡벽(11)들에 고정된다.

피스톤의 직경은 90cm이며 엔진의 행정은 2.5m 이상으로 엔진은 약 12m의 전체 높이를 지닌다. 12개의 실린더를 지닌 실시예에 있어서, 엔진은 14m 바로 이하의 전체 길이를 지니는바, 이는 상응하는 출력의 공지된 12개 실린더 엔진이 24m 바로 이하의 전체 길이를 지니는 것과 비교된다. 실제적으로 절약된 공간은 본 발명에 따른 엔진의 제시된 실시예에 의해 획득되는바, 70,000 BMP 이상의 출력을 발생시킬 수 있는 것으로 나타낸다. 물론, 본 발명의 범위내에서는 피스톤 직경 및 출력 모두에대해 다른 치수로되는 엔진을 만들수도 있다.

엔진의 고정된 주 구조체는 베드 플레이트(12)와 실린더 섹션(13), 뿐아니라 베드 플레이트와 실린더 섹션 사이에 배치되며 관련된 가이드 및 장착부로 크로스 헤드를 포위하는 프레임 박스(14)로 분리된다. 주 구조체를 더 작은 요소들로 분리하면 각각의 요소들을 더 용이하게 제조 및 처리할 수 있다.

베드 플레이트에는, 그 베드 플레이트에 장착되는 주 베어링들의 하부에 배치하기 위해 크랭크 샤프트가 하강될 수 있는 중앙의 상방 홈(15)이 설계되어 있다. 홈 외측의 측방에는, 베드 플레이트의 상부면(16)이 베드 플레이트의 외측벽(17)을 향해 하향으로 경사 연장된다. 엔진의 중심 평면의 어떤 측부상에 배치된 상부면(16)의 2개의 경사 섹션들이 중앙 평면에대해 각각의 방향으로 경사지므로써, 베드 플레이트의 상부면이 루프 현상을 지닌다.

프레임 박스(14)의 기부측에는 2개의 평면 경사 섹션(18)이 설계되어 있는바, 그것의 경사는 베드 플레이트의 상부면의 경사에 상응한다.

유사하게, 프레임 박스의 상부측(19)에는, 실린더 섹션(13)의 기부측상의 동일 경사 섹션(21)들과 함께 고정된 2개의 경사 섹션(20)이 설계되어 있다. 경사 섹션(18, 20, 21)은 각각의 실린더 열의 종방향 중심 평면(22)에 대해 직각으로 연장된다.

실린더 섹션(13)은 전체 엔진의 횡방향을 지나 일체로 연장되며 각각의 실린더에 대한 배출 공기 챔버(23)를 포함한다. 이웃하는 실린더들의 쌍에 연계된 2개의 배출 공기 챔버는 과급기(25)로부터 공기가 공급되는 중앙 배치 배출공기 수용실(24)에 의해 상호 연결된다.

실린더 섹션(13), 프레임 박스(14) 및 베드 플레이트(12)는 각각의 횡벽(11)에서 2개의 스테이 볼트에의해 함꼐 클램프된다. 스테이 볼트들은 스테이 볼트 파이프(27)내부에 연장되며 각각의 단부에서 실린더 섹션(3)의 상부측면 및 베드 플레이트 (12)기부측면상의 접촉면에 대해 클램프된 너트(28)들을 각각 지닌다. 스테이 볼트들은 각각 중앙 평면(22)에 대해 평행하게 연장하며 중앙 평면들의 외부 측부상에 적절한 거리에 배치되어 스테이 볼트들의 저부 섹션들이 크랭크 샤프트(5)를 넘어 지날수 있다. 2개의 스테이 볼트들이 V 형의 레그와 같이 배치되고 각각의 접합면들에 배치된 2개의 상호 경사 섹션(18, 20)에 대해 횡으로 연장함으로써, 엔진의 고정된 주 구조체의 3개의 분리 요소들이 기하학적으로 상호 쇄정되어 실린더 힘에의해 발생된 주 구조체내의 횡방향 힘이 요소들을 함께 쇄정시키는 힘을 극복할수 없게 된다.

횡벽(11)의 중앙에 배치된 스테이 볼트 파이프를 사용하는 대신에, 횡벽의 어떤 측부상의 파이프가 쌍둥이형 스테이 볼트와 함께 사용될 수 있다. 또한 주 베어링 상부 수준에서 스테이 볼트들을 베드 플레이트(12)에 고정시켜 베어링들이 볼트의 인장력에 의해 부하를 받지 않게 할 수 있다. 실린더 섹션이 각각의 실린더 쌍에 대해 2개의 분리 유닛으로 설계된다면, 각각의 실린더에 대해 실린더의 중앙 평면의 내부상에 볼트(도시되지 않았음)를 사용하고, 특히 볼트들이 최내측 안내 평면을 따라 그 내부에서 종방향으로 통과하도록 배치될 필요가 있다. 이 같은 내측 볼트의 하단부는 예컨대 크랭크 샤프트 상부 영역내의 프레임 박스(14)에 고정될 수 있고 또한 엔진의 종방향 중심 평면에 근접할 수 있다.

제2도에 도시된 또다른 실시예에 있어서, 제1도에 도시된 요소들과 동일 기능을 지닌 요소들을 참조번호에 100을 더하여 표시하였다. 후술설명은 제1도의 실시에와 어떻게 다른가만을 설명한다.

분리 주 요소들, 즉, 베드 플레이트(112), 프레임박스(114), 및 실린더 섹션(113)사이의 분리면들은 엔진의 중심 평면(129)에 대해 직각으로 연장된다. 제3도에 도시된 바와 같이, 각각의 요소들 사이의 상호 수평 이동을 저지하기 위하여, 쇄정 요소(131)들이 프레임 박스(114) 및 실린더 섹션(113)상의 각각의 플랜지(132, 133)내의 연결 보어에서 활동함이 없이 대부분 삽입된 고정 볼트 형태로 분리면(130)들에 제공된다. 고정 볼트들은 분리면의 평면에서 플랜지 부분들의 상호 이동을 저지한다. 단일 쇄정수단이 제2도에만 표시되어 있지만, 쇄정수단의 갯수는 수용될 횡방향힘의 크기에 적합하게됨은 명백하다. 쇄정 수단은, 예컨대 하나의 요소의 플랜지로부터 돌출하며 인접요소의 플랜지내의 안내 구멍들내로 통과하는 고정핀과 같이 어떤 다른 방식으로 설계될 수 있다.

Claims

V형으로 2열 배치된 실린더(2, 3 ; 102, 103)를 지니는 내연기관(1 ; 101)에 있어서, 엔진의 고정 주 구조체는 엔진 프레임 박스(14 ; 114)가 장착되는 분리 베드 플레이트(12 ; 112)로 분리되며, 특히 프레임 박스상에 장착된 분리 실린더 섹션(13 ; 113)으로 더 분리되며, 분리 주 구조요소들은 실린더 섹션으로부터 베드 플레이트까지 연장하는 스테이 볼트 (26 ; 126)에 의해 함께 클램프되며, 스테이 볼트중 적어도 2개는 엔진의 중심평면 (29 ; 129)에 대해 경사지게 연장되며, 엔진은 프레임 박스내의 횡 고정부(11)상에 장착되며 프레임 박스의 높이의 일부를 지나 엔진의 중심 평면에대해 연장하는 안내 평면(10)을 지니는 2행정 크로스 헤드엔진이며, 베드 플레이트(12 ; 112)에 고정된 상기 스테이 볼트(26 ; 126)들은 횡방향으로 최외측에 있는 관련 실린더(2, 3)의 안내 평면(10)외측으로 종방향을 따라 통과하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제1항에 있어서, 2개의 이웃 실린더들의 실린더 섹션은 각각의 열에서 상호 분리 유닛으로되며, 각각의 실린더는 엔진 프레임 박스에 고정되며 횡방향으로 최외측에 있는 실린더의 안내 평면의 내부상에서 그를 따라 종방향으로 연장하는 볼트를 지니는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제1항에 있어서, 상기 스테이 볼트 (26 ; 126)는 안내 평면 (10 ; 110)에 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 2개의 이웃하는 실린더들의 실린더 섹션(13 ; 113)은 각각의 열에서 일체로 형성되며, 엔진의 횡방향으로 볼때 모든 스테이 볼트(26 ; 126)는 횡방향으로 최외측에 있는 관련 실린더(2, 3)의 안내 평면(10)외 외측에 배치되는 것을 특징으로하는 내연기관.
제1항에 있어서, 분리된 주 구성요소들(112, 113, 114) 사이의 분리면(130)은 엔진의 중앙평면(129)에 대해 직각으로 연장되며, 분리면에 배치된 쇄정수단(131)은 분리면의 평면에서 구성요소들의 상호 이동을 방지하는 것을 특징으로하는 내연기관.
제1항에 있어서, 분리 주 구성요소들(12, 13, 14) 사이의 분리면은 엔진의 중심평면(29)의 어떤 측부에 배치되며 그것에 대해 일정각으로 연장하는 적어도 2개의 평면 섹션(18, 20, 21)을 포함하는 것을 특징으로하는 내연기관.
제6항에 있어서, 분리면의 평면 섹션(18, 20, 21)은 관련된 실린더의 중심축에 대해 직각으로 되는 것을 특징으로하는 내연기관.