KR100613637B1

KR100613637B1 - 크로스헤드형 대형 2 행정 엔진

Info

Publication number: KR100613637B1
Application number: KR1020030031840A
Authority: KR
Inventors: 비고한센안데르스; 라트만옌스
Original assignee: 맨 비 앤드 더블유 디젤 에이/에스
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2006-08-21
Also published as: CN1296609C; KR20030091694A; JP2004003485A; CN1460784A; JP3867064B2

Abstract

본 발명은 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관에 관한 것이다. 엔진은, 크랭크샤프트 (22) 용 메인 베어링을 갖춘 대판 (7), 크로스헤드의 안내면 (13) 을 지지하는 횡방향 스티퍼너 (9) 를 구비하며 상기 대판 (7) 에 장착되는 A 형 크랭크케이스 프레임 (2), 및 스테이 볼트 (16) 에 의해서 대판 (7) 과 함께 고정되며 A 형 크랭크케이스 프레임 (2) 상에 장착된 실린더 프레임 (30, 30') 을 포함한다. 상기 실린더 프레임 (30, 30') 은, 실린더 라이너 (6) 를 수용 및 지지하기 위한 원형 구멍 (39) 이 제공되는 실질적으로 평평한 상부판 (31) 을 포함하는 용접된 구조물에 의해 형성된다. 상기 실린더 프레임 (30, 30') 에는, 크랭크샤프트 (22) 에 실질적으로 평행하게 연장하는 2 개의 외부 측면벽 (32, 33) 과, 측면벽 (32, 33) 을 서로 연결하는 2 이상의 횡방향벽 (34, 35, 36) 이 제공된다. 실린더 프레임 (30, 30') 의 측면벽은 실질적으로 안내면 (13) 바로 위에 배열되어, 이 측면벽이 안내면상에서 지지된다.

실린더 프레임

Description

크로스헤드형 대형 2 행정 엔진 {LARGE TWO-STROKE ENGINE OF THE CROSSHEAD TYPE}

도 1 은 종래 기술의 엔진의 단면도,

도 1a 는 엔진의 단면도,

도 1b 는 도 1a 의 Ib-Ib 선을 따른 엔진을 부분 확대한 단면도,

도 2 는 실린더 프레임의 사시도,

도 3 은 실린더 프레임의 상부에서의 부분 단면도,

도 3a 와 도 3b 는 실린더 프레임의 다른 구조를 도시한 단면도,

도 4 는 실린더 프레임에 장착된 소기 수용기의 사시도,

도 5 는 실린더 프레임과 소기 수용기를 자세히 도시한 단면도,

도 5a 는 인장 감소 노치를 갖춘 용접부의 상세도,

도 5b 는 인장 감소 홈을 갖춘 용접부의 상세도,

도 6 은 실린더 프레임과 소기 수용기의 다른 구조를 더 자세히 도시한 단면도, 및

도 7 은 결합된 유닛의 외형을 도시한 실린더 프레임 및 소기 수용기의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명*

1 : 엔진 2 : 크랭크케이스 프레임

3 : 캠샤프트 하우징 4 : 소기 수용기

6 : 라이너 7 : 대판

8 : 터보차저 9 : 판벽 (또는 횡방향판)

10 : 외벽 11 : 배기 가스 수용기

13 : 안내면 14 : 보강벽

16 : 스테이 볼트 21 : 크로스헤드

22 : 크랭크샤프트 30, 30' : 실린더 프레임

31 : 상부판 32, 33 : 측면벽

34 : 전방벽 35 : 후방벽

36 : 추가 강판 37 : 강판

38, 39, 40, 51 : 구멍 41, 42 : 용접부

43 : 노치 46 : 리브

47 : 플랜지 48 : 필렛 용접부

49, 49' : 홈 50 : 연장판

52 : 판 53 : 보강판 (또는 지지판)

54 : 바닥판 55 : 플랜지

56 : C 형 판 57, 60, 62 : 세그먼트

58 : 냉각기 하우징 61 : 블로어

63 : 브라켓 71 : 상부 브레이싱

본 발명은, 크랭크샤프트용 메인 베어링을 갖춘 대판 (bedplate), 이 대판에 장착되어 크로스헤드의 안내면을 지지하는 횡방향 스티퍼너 (stiffener) 를 구비한 A 형 크랭크케이스 프레임, 및 스테이 볼트에 의해서 대판과 함께 고정된 A 형 크랭크케이스 프레임상에 장착된 실린더 프레임을 포함하는 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관에 관한 것으로, 상기 실린더 프레임은 실린더 라이너를 수용 및 지지하기 위한 1 이상의 원형 구멍이 제공되는 실질적으로 평평한 상부판을 포함하는 용접된 구조물에 의해 형성되고, 2 개의 외부 측면벽은 크랭크샤프트에 실질적으로 평행하게 연장하며, 2 이상의 횡방향벽은 측면벽들을 서로 연결한다. 실린더 프레임은 지지부를 형성하여 실린더 라이너, 캠샤프트 하우징, 및 소기 수용기 (scavenge air receiver) 를 지지한다.

MAN B&W Diesel A/S 사의 "K98MC Project Guide Two-Stroke Engines" 의 제 2 판(1999년) 에 공지된 바와 같이, 대형 2 행정 내연기관용 실린더 프레임은 2 이상의 실린더용 모노블록 (monoblock) 으로서 또는 매우 큰 엔진용 실린더당 유닛으로서 철 주조에 의해서만 형성된다. 캠샤프트 하우징은 실린더 프레임과 함께 하나의 유닛으로 주조된다. 실린더 라이너를 수용 및 지지하기 위한 1 이상의 원형 구멍이 제공된 실질적으로 평평한 상부판은 실린더 프레임의 상부상에 장착된다. 50 cm 까지의 실린더 보어를 갖춘 엔진에 있어서, 실린더 프레임과 캠샤프트 하우징은 하나의 유닛으로 주조된다. 60 ~ 70 cm 사이의 실린더 보어를 갖춘 엔진에 있어서, 실린더 프레임과 캠샤프트 하우징은 통상적으로 2 개의 실린더를 포함하는 블록으로 주조된다. 80 cm 이상의 실린더 보어를 갖춘 대형 엔진에 있어서, 실린더 프레임은 통상적으로 단지 1 개의 실린더를 포함하는 블록으로 주조된다. 실린더 프레임의 자중이 엔진 조립 설비에서 크레인의 최대 지지 하중을 초과하기 때문에, 실린더 프레임은 더 큰 엔진내에서 더 작은 유닛으로 분리되어야 한다. 게다가, 오늘날까지 유지되는 주조 기법은 주조되는 대상물의 최대 크기를 제한하도록 되어 있다. 주조에 의한 실린더 프레임의 생산은 비교적 값싸고 발달된 기법이지만, 대형 엔진내의 실리더 프레임을 분리함으로써 추가적인 생산 비용을 유발하게 된다.

예컨대, 실린더 프레임의 상부에서 평평한 표면을 기계가공하기 위해서, 개별 유닛은 플래너 밀러 (planar miller) 상으로 차례로 상승된다. 그 후, 이 개별 유닛은 서로 볼트 체결되고 실린더 프레임은 기계가공된다. 하지만, 생산 과정에서, 실린더 프레임 그 자체의 기계가공 전후, 엔진의 시험 운행 전후, 및 엔진의 작업장, 즉 선박이나 발전소내에 설치될 시 실린더 프레임은 조립 및 분리될 필요가 있다. 따라서, 상기 각각의 단계에서 상기와 같은 실린더 프레임은 여러 유닛으로부터 조립 및 조절되어야 하고 그 반대일 수 있기 때문에, 대형 엔진에서 실질적으로 추가적인 물자 소비가 유발된다. 게다가, 실린더 프레임의 개별 유닛간의 연결부는 조립시 견고해야 하고 정확해야 한다. 따라서, 여기에 사용되는 볼트 체결된 연결부는 값비싸고 노동 집약적이다.

특허출원 제 DK 1405/92 호에서는 용접판에 의해 형성되는 실린더 프레임이 장착된 대형 크로스헤드형 2 행정 내연기관을 개시하였다. 스테이 볼트에 의해 프레임 박스와 실린더 프레임에 전달되는 변동하는 큰 압축력을 견딜 수 있는 실린더 프레임의 두꺼운 측면벽은, 크랭크케이스 프레임의 외벽 바로 위에 배열된다. 따라서, 크랭크케이스 프레임의 외벽은 스테이 볼트에 의해 전달된 전술한 큰 힘을 견딜 수 있어야 하고, 크랭크케이스의 외벽은 이에 대응하는 두께를 구비해야 한다. 이로 인하여 크랭크케이스 프레임의 무게와 엔진의 전체 무게는 증가하게 된다. 게다가, 실린더 프레임은 크랭크케이스 프레임의 상부 전체 폭에 걸쳐 연장해야 한다. 이로 인하여 실린더 프레임은 비교적 대형화되고, 실린더 프레임의 상부판을 지지하기 위해서 종방향으로 연장하는 보강벽이 필요하다. 따라서, 상기의 실린더 프레임은 비교적 무거워지게 된다.

상기 배경기술을 바탕으로, 본 발명의 목적은, 전술한 문제점을 해결하는 전술한 종류의 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관을 제공하는 것이다. 상기 목적은, 청구항 제 1 항에 따라서, 크랭크샤프트용 메인 베어링을 갖춘 대판, 크로스헤드의 안내면을 지지하는 횡방향 스티퍼너를 구비하며 상기 대판에 장착되는 A 형 크랭크케이스 프레임, 및 스테이 볼트에 의해서 대판과 함께 고정되며 A 형 크랭크케이스 프레임상에 장착된 실린더 프레임을 포함하는 크로스헤드형 2 행정 내연기관에 의해 달성되며, 상기 실린더 프레임은, 실린더 라이너를 수용 및 지지하기 위한 1 이상의 원형 구멍이 제공되는 실질적으로 평평한 상부판과, 크랭 크샤프트에 실질적으로 평행하게 연장하는 2 개의 외부 측면벽, 및 측면벽을 서로 연결하는 2 이상의 횡방향벽을 포함하는 용접 구조물로 형성되고, 측면벽은 실질적으로 안내면 바로 위에 배열되어, 이 측면벽은 안내면상에서 지지된다.

주철 구조물을 용접된 판 구조물로 교체함으로써, 실린더 프레임은 더 가볍게 구성될 수 있다. 대형 엔진의 다수의 실린더 라이너를 지지하기 위한 본 발명에 따른 모노블록의 실린더 프레임은 현재 존재하는 크레인 용량으로 상승될 수 있다. 더욱이, 실린더 프레임의 두꺼운 측면벽을 실질적으로 크랭크케이스 프레임의 안내면 바로 위에 배열함으로써, 측면벽은 안내면상에서 지지되고, 전체 엔진 구조물은, 엔진 작동시, 스테이 볼트에 의해 프레임 박스와 실린더 프레임으로 전달되는 변동하는 큰 압축력을 견딜 수 있도록 필요한 압축 강성을 가지면서 경량화된다.

상기 측면벽과 지지 안내면은 스테이 볼트에 의해서 엔진 구조물상에 가해지는 대부분의 힘을 지지할 수 있기 때문에, 나머지 구조물은 더 가볍게 치수결정될 수 있다.

상기 측면벽과 횡방향벽은 서로 용접되어 상부판의 면에서 실질적으로 사각형 단면의 중공체를 형성하게 된다.

측면벽은 상부판에 수직인 평면에 대하여 0°~ 20°의 각도, 보다 바람직하게는 2°~ 10°의 각도로 서로에 대하여 경사져서 배열될 수 있다. 이는, 측면벽의 상부와 원형 구멍간의 거리를 감소시켜 준다. 따라서, 상부판은 스테이 볼트에 의해 가해지는 힘에 의해서 덜 구부러질 것이다. 이로써, 상부판과 측면벽간의 천이부에서 응력 레벨이 감소하게 된다.

각각의 실린더 사이에 횡방향벽이 제공될 수 있고, 따라서 이 횡방향벽은 각 실린더를 둘러싸는 상기 사각형 단면을 실질적으로 정사각형 단면으로 분리할 수 있다. 따라서, 상부판은 실린더 라이너를 수용하는 각각의 리세스 주변부에서 지지된다.

각 리세스 주변부에서 상부판의 지지를 개선하기 위해서, 실질적으로 정사각형 단면에는 다른 4 개의 벽이 더 제공되어서, 상부판의 면에서 실질적으로 팔각형 단면의 중공체를 형성할 수 있다.

실린더 프레임에는, 바람직하게는 상기 횡방향벽의 면내에서, 측면벽으로부터 실질적으로 수직하게 연장하는 연장판이 더 제공될 수 있고, 1 이상의 연장판은 측면벽 중 하나 및 보강판과 함께 제 1 중공 형상을 형성하게 되고, 이 제 1 중공 형상내에서 하나의 스테이 볼트가 연장된다.

또한, A 형상의 크랭크케이스 프레임에는 스테이 볼트가 연장하는 중공 형상이 제공될 수 있다. 횡방향 강화부 (stiffenings) 는 하나의 안내면 및 보강판과 함께 제 2 중공 형상을 형성하게 된다.

제 1 중공 형상은 실질적으로 상기 제 2 중공 형상의 바로 위에 배열되어서, 제 1 중공 형상이 제 2 중공 형상 상에서 지지되는 것이 바람직하다. 따라서, 중공 형상은, 스테이 볼트에 의해서 프레임 박스와 실린더 프레임에 전달된 변동하는 큰 압축력을 견디는 구조물의 일체부를 형성한다.

제 1 중공 형상과 제 2 중공 형상은, 실질상의 이유로, 실질적으로 삼각형 단면을 가질 수 있다.

스테이 볼트에 의해서 가해진 변동하는 힘을 실린더 라이너로부터 측면벽으로 전달함으로써 유발되는 상부판의 굽힘 운동은, 상부판과 측면벽 사이의 연결부에서 잠재적인 피로 문제를 유발한다. 상부판과 측면벽 사이의 천이부에서 응력을 감소시키는 방법으로는, 용접부에 인접하여 연장하는 바람직하게는 원호 형상의 횡단면을 가진 노치, 가장 바람직하게는 반원형이나 반타원형 등의 횡단면을 가진 노치가 상부판의 바닥측에 제공되는 것이다. 따라서, 피로 문제를 증가시키는 소위 노치 효과는 크게 방지된다.

또한, 상부판과 측면벽 사이의 천이부에서의 피로 문제는, 필렛 용접부에 의해서 상기 지지벽의 강판과 상부판을 연결함으로써 감소될 수 있고, 필렛 용접부와 상부판 사이 및 필렛 용접부와 측면벽들 사이의 천이부는 이 천이부에 홈이 제공되도록 기계가공된다.

실린더 프레임은 스터핑 박스를 수용하기 위한 원형 플랜지이 제공되는 강판으로 형성된 바닥판을 포함한다.

보다 더 단단하고 강한 실린더 프레임을 획득하기 위해서, 측면벽 및/또는 상기 횡방향벽은 강판, 바람직하게는 압연 강판으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 실린더 프레임의 목적, 특징, 장점 및 특성은 이후에 명백할 것이다.

이후의 자세한 설명에서, 본 발명은 바람직한 실시형태로 설명될 것이다. 도 1 에서는, 본 발명에 따른 엔진보다 보다 더 넓고 더 높은 종래 기술의 엔진을 설명할 목적으로 도시되었다.

도 1a 에서는 크랭크샤프트 (22) 용 메인 베어링을 갖춘 대판 (7) 으로부터 형성되는 대형 12 실린더 2 행정 내연기관 (1) 을 도시하였다. 대판 (7) 은 이용가능한 생산 설비에 따라서 적절한 크기의 섹션으로 분리된다. 대판은 주강 베어링 지지부를 갖춘 용접된 크로스 거더 (girders) 및 높은 용접된 종방향 거더로 구성된다. 용접된 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 은 대판 (7) 상에 장착된다. 크랭크케이스 프레임 (2) 의 횡방향 강성을 증가시키기 위해서 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 의 상부로부터 하부까지 연장하고 크랭크케이스 프레임 (2) 의 종방향으로 연장하는 외벽 (10) 을 상호연결하는 관통 횡방향판 (9) 형태의 스티퍼너를 갖춘 각각의 실린더 사이에는 크랭크 프레임이 제공된다.

크로스헤드 (21) 상에 작용하는 횡방향 힘을 수용하기 위한 수직 안내면 (13) 은, 예컨대 용접에 의해서 판벽 (9) 상에 장착된다. 2 개의 안내면 (13) 은 내부 판벽 (9) 의 양측상에서 서로 횡방향으로 마주보게 위치된다. 각각의 안내면 (13) 의 후측은 이 안내면과 판벽 (9) 을 연결하는 수직으로 연장하는 보강벽 (14) 에 의해 지지된다. 도시된 바와 같이, 보강벽 (14) 은 판벽과 예각을 형성하는 편평한 판부재로 구성될 수 있지만, 또한 수평 4 분의 1 원이나 4 분의 1 타원 섹션을 구비한 보강벽 (14), 즉 판벽 (9) 에 실질적으로 수직한 보강벽을 사용할 수 있다. 안내면 (13), 보강벽 (14), 및 판벽바닥판 은 스테이 볼트 (16) 가 수용되는 높은 비틀림 강성의 중공 형상을 형성한다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 2 개의 실린더 프레임 (30, 30') 은 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 의 상부상에 한 줄로 장착된다. 각각의 실린더 프레임 (30, 30') 은 엔진 (1) 의 6 개의 실린더 라이너 (6) 를 지지한다. 물론, 3 개의 실린더 프레임을 갖춘 엔진, 또는 5 개의 실린더를 갖춘 실린더 프레임과 6 개의 실린더를 갖춘 실린더 프레임을 구비하는 11 개의 실린더를 갖춘 엔진 등의 다른 형상일 수 있다.

실린더 라이너 (6) 는 합금 주철로 제조된다. 실린더 라이너 (6) 의 상부는 짧은 냉각 자켓으로 보어-냉각된다. 실린더 라이너 (6) 는 실린더 윤활용 드릴 구멍과 소기구 (scanvenge ports) 를 구비한다. 실린더 프레임 (30, 30') 은 일측상에서 캠샤프트 하우징 (3) 을 지지한다. 소기 수용기 (4) 는 실린더 프레임 (30, 30') 의 다른 측면을 따라서 연장한다. 소기 수용기 (4) 는 소기를 가압하는 터보차저 유닛 (8) 과 개별 실린더로부터 변동 압력을 균일화시키는 배기 가스 수용기 (11) 를 지지한다. 터보차저 (8) 의 압축기는 공기 여과기를 통하여 엔진 룸으로부터 공기를 흡인하고, 이 압축된 공기는 1 이상의 터보차저 (8) 를 사용할 수 있는 소기 냉각기에 의해 냉각된다. 소기 냉각기에는 연무 포집기 (water mist catcher) 가 제공되고, 이 연무 포집기는 소기 수용기 및 연소 챔버로 응축된 물이 공기와 함께 운반되는 것을 방지한다.

도 2 와 도 3 에서는 실린더 프레임 (30) 을 도시하였지만, 실린더 프레임 (30') 은 실린더 프레임 (30) 과 동일함을 이해해야 할 것이다. 실린더 프레임 (30) 은 실린더 프레임 (30, 30') 의 측면벽 (32, 33) 을 형성하는 2 개의 종방향 으로 연장하는 강판을 포함한다. 측면벽 (32, 33) 은 실린더 프레임 (30) 의 전방벽 (34) 과 후방벽 (35) 을 형성하는 횡방향으로 연장하는 강판에 의해 서로 연결된다. 측면벽 (32, 33), 전방벽 (34), 및 후방벽 (35) 은 함께 용접되어 실질적으로 사각형 단면을 가진 중공 구조물을 형성하게 된다. 또한, 후방벽 (35) 과 전방벽 (34) 은 구조의 무게를 감소시키기 위해서 서로에 대하여 (비도시) 기울어질 수 있다. 각각의 실린더 사이에 횡방향으로 연장하는 추가 강판 (36) 이 제공되어서, 실린더 프레임의 사각형 단면을 정사각형 섹션으로 분리한다. 횡방향으로 연장하는 추가 강판 (36) 은 실린더 프레임의 측면벽 (32, 33) 에 용접된다. 바람직한 다른 실시형태에 따라서, 도 3a 에 도시된 바와 같이, 실린더 당 4 개의 강판 (37) 이 측면벽에서 추가 강판까지 실질적으로 45°의 각도로 연장되어서, 실린더 프레임의 내부 단면은 실질적으로 팔각형 형상이 된다.

실린더 프레임은 일반적인 강판이나 잉곳으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시형태에 따라서, 실린더 프레임을 구성하기 위한 강판은 압연 강판이다. 하지만, 상부판은 어떠한 다른 용접가능한 재료, 예컨대 주강으로 구성될 수 있다.

실린더 라이너 (6) 를 수용하고 지지하기 위한 원형 구멍 (39) 이 제공된 상부판 (31) 은 측면벽 (32, 33), 전방벽 (34), 후방벽 (35), 및 횡방향으로 연장하는 추가 강판 (36) 을 형성하는 강판에 용접된다. 측면벽 (32) 에는 실린더 프레임 (30) 으로 소기가 유입되도록 하는 각각의 실린더를 위한 구멍 (38) 이 제공된다. 상부판 (31) 의 종방향 가장자리를 따라서 스테이 볼트 (16) 를 수용 하기 위해서 인접하게 이격된 구멍 (40) 쌍들이 제공된다.

도 3 에 잘 도시된 바와 같이, 바람직한 실시형태의 측면벽 (32, 33) 은 서로에 대하여 기울어진다. 따라서, 실린더 프레임 (30) 의 상부에서 측면벽 (32, 33) 간의 거리는, 실린더 프레임 (30) 의 하부에서 측면벽 (32, 33) 간의 거리보다 작다. 상부판 (31) 에 수직인 평면과 측면벽 (32, 33) 사이의 각도는 바람직하게는 약 2° ~ 10° 일 수 있지만, 0° ~ 20 ° 사이의 어떠한 각도일 수 있다. 측면벽 (32, 33) 을 서로에 대하여 기울어지게 배열함으로써, 엔진 작동시, 실린더 라이너 (6) 와 스테이 볼트 (16) 에 의해 상부판 (31) 에 가해진 변동하는 큰 힘에 반응하는 상부판의 굽힘에 의해 유발된 기계적 응력은 상부판 (31) 과 측면벽 (32, 33) 사이의 용접부에 의해 형성된 천이부에서 감소된다.

바람직한 다른 실시형태에 따라서, 도 5 와 도 5a 에 도시된 바와 같이, 측면벽 (32, 33) 은 상부판 (31) 과 90°의 각도로 배열된다. 측면벽 사이의 용접부 (41, 42) 에 의해 형성된 천이부에서의 기계적 응력은 이 용접부를 따라서 연장하는 노치 (43, 44) 를 제공함으로 감소된다. 노치 (43, 44) 는 반원형의 단면을 가진다. 다른 방법으로는, 단면은 반타원형 등일 수 있다.

바람직한 다른 실시형태에 따라서, 도 5b 에 잘 도시된 바와 같이, 상부판 (31) 은 필렛 용접부 (48) 에 의해 측면벽 (32, 33) 에 연결된다. 필렛 용접부 (48) 와 측면벽 (32, 33) 사이의 천이부에서, 또한 필렛 용접부 (48) 와 상부판 (31) 사이의 천이부에서, 바람직하게는 대략 반원형의 홈 (49, 49') 은 예컨대 연삭 가공되어서, 필렛 용접부 (48) 와 각각의 판 사이의 기계적인 응력을 감소시킨 다.

풋 플랜지 (45) 는 양 측면벽 (32, 33) 의 하부로부터 수평으로 연장한다. 수직으로 연장하는 리브 (46) 는 캠샤프트 하우징 (3) 과 대면하는 측면벽 (33) 에 용접된다. 캠샤프트 하우징을 장착하기 위한 플랜지 (47) 는 리브 (46) 에 용접된다. 지지판 (53) 은 플랜지 (47) 의 말단부와 측면벽 (33) 에 용접되어 스테이 볼트 (16) 를 수용하기 위한 삼각형 형상을 형성하게 된다. 캠샤프트 없이 구성된 엔진에 있어서, 지지판 (53) 은 측면벽 (33) 과 리브 (46) 에 용접된다.

횡방향으로 연장하는 연장판 (50) 은 소기 수용기 (4) 와 대면하는 측면벽 (32) 에 용접된다. 연장판 (50) 에는 소기를 통과시키도록 하는 구멍 (51) 이 제공된다. 소기 수용기 (4) 의 상부를 형성하는 판 (52) 은 연장판 (50) 사이에서 상부판 (31) 에 용접된다. 보강판 (53) 은 각 연장판 (50) 의 양측에서 측면벽 (32) 쪽으로 예각으로 연장하여, 각 연장판 (50) 의 일측상에서 실질적으로 삼각형 단면을 가진 중공 형상을 형성하게 된다. 연장판 (50), 보강판 (53), 및 측면벽 (32) 은 함께 스테이 볼트 (16) 가 수용되는 높은 비틀림 강성과 압축 강성을 가진 중공 형상을 형성한다.

실질적으로 정사각형의 바닥판 (54) 은 실린더 프레임 (30) 의 내부로 대면하는 표면에 용접된다. 피스톤 로드용 스터핑 박스 (stuffing box) 를 수용하기 위한 원형 플랜지 (55) 는 바닥판 (54) 중심내의 대응 구멍안에 용접된다.

실린더 프레임 (30, 30') 과 대판 (7) 은, 실린더 프레임내의 중공 형상 내 부에서 또한 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 내의 중공 형상 내부에서, 인접하게 배열된 스테이 볼트 (16) 쌍에 의해서 서로 고정되고, 이 스테이 볼트 (16) 는 실린더 프레임 (30, 30') 의 상부판 (31) 에서 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 의 바닥부까지 연장한다. 따라서, 상기 중공 형상은 스테이 볼트의 채널로서의 기능을 하고, 이 채널은 실린더 프레임 (30, 30') 과 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 에 필요한 압축 강성을 제공하여, 엔진 (1) 작동시, 스테이 볼트 (16) 에 의해 프레임 박스 (2) 와 실린더 프레임 (30, 30') 에 전달되는 변동하는 큰 압축력을 견디게 된다. 스테이 볼트 (16) 의 하단부는 대판 (7) 의 상측면에서 나사 구멍내에 적절하게 고정된다. 실린더 프레임 (30, 30') 내의 중공 형상과 크랭크케이스 프레임 (2) 내의 중공 형상은 동일한 단면을 가지고 서로 바로 그 위에 배열되는 것이 바람직하다. 도 3 에 잘 도시된 바와 같이, 캠샤프트 하우징의 측면에서 실린더 프레임 (30, 30') 상의 중공 형상은 캠샤프트 하우징 (3) 을 장착하기 위한 플랜지 (47) 에 의해서 "절취" 될 수 있다.

도 4 에 잘 도시된 바와 같이, 소기 수용기 (4) 의 세그먼트를 형성하는 C 형의 판 (56) 은 연장판 (50) 사이에서 용접된다. 따라서, 소기 수용기 (4) 내의 내부 공간은 캡슐화된다. 또한, 실린더 프레임 (30, 30') 의 측면벽 (32) 은 소기 수용기 (4) 용 측면벽을 형성한다. 측면벽 (32) 을 소기 수용기 (4) 와 실린더 프레임 (30, 30') 용 측면벽으로서 사용함으로써, 소기 수용기 (4) 와 실린더 프레임 (30, 30') 은 매우 소형의 유닛으로 형성된다. 터보차저 (8) 가 저부에 배치되어서, 배기 가스 수용기 (11) 도 저부에 위치되어서 엔진 (1) 의 전체 높이를 감소시킬 수 있을 때 특히 유용하다.

배기 가스 수용기 (11) 는 연장판 (50) 상에 바로 놓인 브라켓 (63) 에 의해 지지된다. 터보차저 (8) 와 배기 가스 수용기 (11) 의 비교적 낮은 위치는 전체 배기 가스 수용기 배열체의 고유 진동수를 증가시킨다. 배기 가스 수용기 (11) 의 증가된 강성으로 인해, 배기 가스 수용기 (11) 를 보다 작은 유닛으로 분리할 수 있고, 따라서 생산 비용을 저감할 수 있다.

소기 수용기 (4) 는 상이한 세그먼트로부터 형성된다. 각 실린더 프레임은 터보차저 (8) 와 냉각기 하우징 (58) 을 수용하기 위한 1 또는 2 개의 전용 세그먼트 (57) 를 포함한다. 세그먼트 (57) 를 지지하는 터보차저는 용접된 구조로 평평한 상부판을 포함하고, 터보차저의 하부에는 냉각기에서 나오는 공기를 수용하기 위한 구멍이 배열된다. 냉각기 하우징에는 터보차저로부터 나오는 압축 공기를 수용하기 위한 구멍이 장착된 상부판이 제공되고 이 냉각기 하우징은 연장판에 볼트 체결 또는 용접된다. 터보차저 (8) 의 플랜지는 냉각기 하우징 (58) 의 상부판에 볼트 체결된다. 열교환기 형태의 중간 냉각기는 냉각기 하우징 내부에 배열된다. 냉각기 하우징은 소기 수용기의 여러 세그먼트에 걸쳐서 연장할 수 있고 1 이상의 터보차저 (비도시) 를 지지 및 사용한다. 소기 수용기 (4) 의 다른 전용 세그먼트 (60) 는 보조 블로어 (61) 용 입구를 포함한다. 냉각기 하우징 (58) 은 디퓨저부를 가지도록 형상결정될 수 있고, 따라서 보조 블로어는 임펠러와 함께 전동기로서 설치될 수 있으며, 이 임펠러는 터보챠저 (8) 와 일렬로 또는 평행하게 디퓨저부내에 삽입된다.

소기 수용기 (4) 는 12 개의 세그먼트, 즉 6 개의 표준 C 형 세그먼트 (56), 3 개의 터보차저 지지 세그먼트 (57), 및 3 개의 보조 블로어 세그먼트 (60) 로 형성된다. 소기 수용기 (4) 는 단일 원형 브리징 세그먼트 (62) 에 의해서 2 개의 실린더 프레임 (30, 30') 을 연결하고, 이 단일 원형 브리징 세그먼트 (62) 는 2 개의 실린더 프레임 (30, 30') 의 외부 연장판 (50) 사이에 일렬로 배치된다. 연장판 사이의 세그먼트를 용접함으로써, 실린더 프레임과 소기 수용기는 고강성의 일체의 안정된 구조물을 형성한다.

소기 수용기 (4) 용 모듈 설계를 사용함으로써, 단일 세그먼트는 비교적 작은 작업실내에서 형성될 수 있다.

엔진과 이 엔진 룸의 측면벽 (비도시) 을 연결하는 상부 브레이싱 (71) (도 1 참조) 은 연장판 (50) 에 연결된다. 연장판 (50) 은 이 연장판의 수직 연장부를 따른 어떠한 위치에서 상부 브레이싱에 부착될 수 있다. 따라서, 상부 브레이싱의 높이는, 예컨대 엔진 룸의 덱 높이에 적절할 수 있다.

도 7 에 잘 도시된 바와 같이, 소기 수용기 (4) 가 장착된 실린더 프레임 (30, 30') 의 횡단면은 제조시 유닛의 취급 및 기계가공시 도움이 되는 실질적으로 사각형이다.

본 발명은 설명을 목적으로 자세히 기재되었지만, 설명 목적을 위해서만 기재되었음을 이해해야 하고, 본 발명의 관점을 벗어나지 않는 한 당업자에 의해서 변형될 수 있다.

따라서, 장치와 방법의 바람직한 실시형태는 개선된 환경을 고려하여 기재 된 반면, 이 실시형태는 본 발명의 원리만 설명하였다. 본 발명의 정신과 첨부된 청구항의 관점을 벗어나지 않는 한 다른 실시형태와 형상이 고안될 수 있다.

주철 구조물을 용접된 판 구조물로 교체함으로써, 실린더 프레임은 더 가볍게 구성될 수 있기 때문에, 대형 엔진의 다수의 실린더 라이너를 지지하기 위한 본 발명에 따른 모노블록의 실린더 프레임은 현재 존재하는 크레인 용량으로 상승될 수 있다. 더욱이, 실린더 프레임의 두꺼운 측면벽을 실질적으로 크랭크케이스 프레임의 안내면 바로 위에 배열함으로써, 측면벽은 안내면상에서 지지되고, 전체 엔진 구조물은, 엔진 작동시, 스테이 볼트에 의해 프레임 박스와 실린더 프레임으로 전달되는 변동하는 큰 압축력을 견딜 수 있도록 필요한 압축 강성을 가지면서 경량화된다.

측면벽과 상기 지지 안내면은 스테이 볼트에 의해서 엔진 구조물상에 가해지는 대부분의 힘을 지지할 수 있기 때문에, 나머지 구조물은 더 가볍게 치수결정될 수 있다.

측면벽과 상기 횡방향벽은 서로 용접되어 상기 상부판의 플랜에서 실질적으로 사각형 단면의 중공체를 형성하게 된다.

측면벽은 서로에 대하여 경사지도록 배열되어 측면벽의 상부와 원형 구멍간의 거리가 감소되기 때문에, 상부판은 스테이 볼트에 의해 가해지는 힘에 의해서 덜 구부러지고, 상부판과 측면벽간의 천이부에서는 응력 레벨이 감소하게 된다.

상부판의 바닥측에 용접부에 인접하여 연장하는 바람직하게는 원호 형상의 횡단면을 가진 노치, 가장 바람직하게는 반원형이나 반타원형 등의 횡단면을 가진 노치를 제공함으로써, 상부판과 측면벽 사이의 천이부에서 응력을 감소시킬 수 있고, 피로 문제를 증가시키는 소위 노치 효과가 크게 방지된다.

또한, 상부판과 측면벽 사이의 천이부에서의 피로 문제는, 필렛 용접부에 의해서 상기 지지벽의 강판과 상부판을 연결함으로써 감소될 수 있고, 이로 인하여 필렛 용접부와 상부판 사이 및 측면벽들 사이의 천이부는 이 천이부에 홈을 제공하도록 기계가공된다.

Claims

크랭크샤프트 (22) 용 메인 베어링을 갖춘 대판 (7), 크로스헤드 (21) 의 안내면 (13) 을 지지하는 횡방향 스티퍼너 (9) 를 구비하며 상기 대판 (7) 에 장착되는 A 형 크랭크케이스 프레임 (2), 및 스테이 볼트 (16) 에 의해서 대판 (7) 과 함께 고정되며 A 형 크랭크케이스 프레임 (2) 상에 장착된 실린더 프레임 (30, 30') 을 포함하는 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관에 있어서,

상기 실린더 프레임 (30) 은, 실린더 라이너 (6) 를 수용 및 지지하기 위한 1 이상의 원형 구멍 (39) 이 제공되는 실질적으로 평평한 상부판 (31) 과, 크랭크샤프트 (22) 에 실질적으로 평행하게 연장하는 2 개의 외부 측면벽 (32, 33), 및 측면벽 (32, 33) 을 서로 연결하는 2 이상의 횡방향벽 (34, 35, 36) 을 포함하는 용접 구조물로 형성되고, 측면벽은 실질적으로 안내면 (13) 바로 위에 배열되어, 상기 측면벽 (32, 33) 이 안내면상에서 지지되며 스테이 볼트 (16) 에 의해서 실린더 프레임 (30, 30') 과 A 형상의 크랭크케이스 프레임 (2) 상에 가해진 대부분의 힘을 지지하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
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제 1 항에 있어서, 상기 측면벽 (32, 33) 과 상기 횡방향벽 (34, 35, 36) 은 서로 용접되어 상부판 (31) 의 면에서 실질적으로 사각형 단면을 가진 중공체를 형성하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 측면벽 (32, 33) 은 상부판 (31) 에 대하여 0°~ 20°의 각도로 서로에 대하여 경사지는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 각 실린더 사이의 횡방향벽 (34, 35, 36) 을 포함하여, 각 실린더를 둘러싸는 상기 사각형 단면을 실질적으로 정사각형 단면으로 분리하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 5 항에 있어서, 실질적으로 정사각형 단면에는 다른 4 개의 벽 (37) 이 더 제공되어서 상부판 (31) 의 면에서 실질적으로 팔각형 단면을 가진 중공체를 형성하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 6 항에 있어서, 상기 실린더 프레임 (30, 30') 은, 상기 측면벽 (32, 33) 으로부터 실질적으로 수직하게 연장하는 연장판 (50) 을 더 포함하고, 1 이상의 연장판 (50) 은 측면벽 (32, 33) 중 하나 및 보강판 (53) 과 함께 제 1 중공 형상을 형성하게 되며, 이 제 1 중공 형상내에서 하나의 스테이 볼트 (16) 가 연장되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 7 항에 있어서, 1 이상의 횡방향 강화부 (9) 는 상기 하나의 안내면 (13) 및 보강판 (14) 과 함께 제 2 중공 형상을 형성하게 되며, 이 제 2 중공 형상내에서 하나의 스테이 볼트 (16) 가 연장하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 8 항에 있어서, 상기 제 1 중공 형상은 실질적으로 상기 제 2 중공 형상 바로 위에 배열되어서 제 1 중공 형상은 제 2 중공 형상 상에서 지지되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 9 항에 있어서, 상기 제 1 중공 형상과 상기 제 2 중공 형상은 실질적으로 삼각형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 상부판 (31) 은 용접부 (42) 에 의해 측면벽 (32, 33) 및 횡방향벽 (34, 35, 36) 중 어느 하나 또는 모두에 연결되고, 용접부 (42) 에 인접한 원호 형상의 횡단면을 가진 노치 (43, 44) 가 상부판 (31) 의 바닥측에 제공되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 상부판 (31) 은 필렛 용접부에 의해 측면벽 (32, 33) 및 횡방향벽 (34, 35, 36) 중 어느 하나 또는 모두에 연결되고, 필렛 용접부와 상부판 사이 및 필렛 용접부와 측면벽들 사이의 천이부는, 기계적 응력을 감소시키기 위해서 이 천이부에 홈이 제공되도록 기계가공되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 스터핑 박스를 수용하기 위한 원형 플랜지원형 플랜지공되는 판으로 형성된 바닥판 (54) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 측면벽 (32, 33) 및 횡방향벽 (34, 35, 36) 중 어느 하나 또는 모두는 강판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 측면벽 (32, 33) 은 상부판 (31) 에 수직인 평면에 대하여 바람직하게는 2°~ 10°의 각도로 서로에 대하여 경사지는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 상부판 (31) 은 용접부 (42) 에 의해 측면벽 (32, 33) 및 횡방향벽 (34, 35, 36) 중 어느 하나 또는 모두에 연결되고, 상부판 (31) 의 바닥측에 용접부 (42) 에 인접한 반원형이나 반타원형 등의 횡단면을 가진 노치 (43, 44) 를 제공하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 6 항에 있어서, 상기 실린더 프레임 (30, 30') 은, 상기 횡방향벽 (34, 35, 36) 의 면에서, 상기 측면벽 (32, 33) 으로부터 실질적으로 수직하게 연장하는 연장판 (50) 을 더 포함하고, 1 이상의 연장판 (50) 은 측면벽 (32, 33) 중 하나 및 보강판과 함께 제 1 중공 형상을 형성하게 되며, 이 제 1 중공 형상내에서 하나의 스테이 볼트 (16) 가 연장되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
제 1 항에 있어서, 상기 측면벽 (32, 33) 및 횡방향벽 (34, 35, 36) 중 어느 하나 또는 모두는 압연 강판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.