KR100804351B1 - Large multi-cylinder two-stroke diesel engine - Google Patents
Large multi-cylinder two-stroke diesel engineInfo
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Abstract
크로스 헤드 타입의 대형 다기통 2 행정 디젤 엔진(10)은 메인 베어링에 의해 각각 지지되는 메인 저널(5)에 의해 상호 연결되는 복수개의 크랭크 스로우(2)로 조립된 크랭크 샤프트(1)를 포함한다. 상기 각각의 크랭크 스로우(2)는 크랭크 핀에 의해 상호 연결되는 두 개의 아암(3)을 포함한다. 상기 아암(3)에 형성된 보어에 상기 메인 저널(5)의 단부가 수축 삽입된 수축 연결부(shrink connection)에 의해 상기 아암(3)과 관련되는 메인 저널(5)이 연결된다. 상기 크랭크 스로우(2)의 상기 아암(3)의 최고 두께 T1, T2, ... Tn*2와 상기 수축 연결부의 길이는 각각의 크랭크 스로우(2)에 대해 개별적으로 정해진다. 상기 메인 저널(5)의 베어링부의 길이 M1, M2,...,Mn+1+x도 개별적으로 정해질 수 있다. 실린더 피치와 메인 베어링 피치는 각각의 크랭크 스로우(2)와 메인 베어링에 따라 다른 값을 갖는다. 따라서, 크랭크 샤프트(1)와 엔진(10)의 무게가 줄어들며, 크랭크 샤프트(1)와 엔진(10)의 길이가 짧아지게 된다.The large multicylinder two-stroke diesel engine 10 of the crosshead type comprises a crankshaft 1 assembled with a plurality of crank throws 2 interconnected by a main journal 5 each supported by a main bearing. . Each crank throw 2 comprises two arms 3 interconnected by crank pins. The main journal 5 associated with the arm 3 is connected to a bore formed in the arm 3 by a shrink connection in which the end portion of the main journal 5 is shrink-inserted. The maximum thicknesses T 1 , T 2 ,... T n * 2 of the arm 3 of the crank throw 2 and the length of the shrinkage connection are individually defined for each crank throw 2. The lengths M 1 , M 2 ,..., M n + 1 + x of the bearing portion of the main journal 5 can also be determined individually. The cylinder pitch and main bearing pitch have different values for each crank throw 2 and main bearing. Therefore, the weight of the crankshaft 1 and the engine 10 is reduced, and the length of the crankshaft 1 and the engine 10 is shortened.
Description
본 발명은 복수의 파트로 조립된 크랭크 샤프트를 가지는 크로스 헤드(crosshead) 타입의 대형 다기통 2 행정 디젤 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a large multicylinder two-stroke diesel engine of the crosshead type having a crankshaft assembled into a plurality of parts.
저속으로 운전되는 대형 2 행정 크로스 헤드 디젤 엔진은 크기가 거대하고 출력 파워의 효율이 높은 기기이다. 이러한 엔진 중 최대 엔진은 94 rpm에서 약 100,000 Kw의 출력은 내며, 전장(overall length)이 33미터, 무게가 거의 3500톤이나 나간다.The large two-stroke crosshead diesel engine, which runs at low speed, is a large-sized device with high output power. The largest of these engines produce about 100,000 Kw at 94 rpm, with an overall length of 33 meters and a weight of nearly 3500 tons.
종래의 이러한 종류의 엔진은 동일한 축 길이의 실린더부(cylinder section)로 구획된다. 이러한 구획은 베드 플레이트(bedplate) 내의 인접한 크로스 거더(cross girder)사이의 거리, A-형 크랭크 케이스 프레임 내의 인접하는 횡 스티프너(transverse stiffener) 사이의 거리, 및 실린더 프레임 내의 실린더 피치에서 반영된다.This type of engine of the prior art is partitioned into cylinder sections of the same axial length. This compartment is reflected in the distance between adjacent cross girder in the bedplate, the distance between adjacent transverse stiffeners in the A-type crankcase frame, and the cylinder pitch in the cylinder frame.
이러한 엔진은 메인 베어링에 지지되는 메인 저널(journal)에 의해 상호 연결되는 복수의 크랭크 스로우(crank throw)의 조립체인 크랭크 샤프트를 포함한다. 각각의 크랭크 스로우는 크랭크 핀(crank pin)에 의해 상호 연결되는 두 개의 아암(arm)을 갖으며, 이 아암은 관련되는 메인 저널과 수축 결합방식(shrink connection)으로 결합된다. 수축 결합 방식에 의하면, 메인 저널의 끝단이 아암에 형성된 보어에 삽입 결합된다. 각각의 스로우는 일체로 제조되거나 두 개의 아암 및 크랭크 핀의 조립체로서 제조된다.Such an engine includes a crankshaft, which is an assembly of a plurality of crank throws interconnected by a main journal supported by a main bearing. Each crank throw has two arms that are interconnected by a crank pin, which is coupled in a shrink connection with the associated main journal. According to the shrinkage coupling method, the end of the main journal is inserted into the bore formed in the arm. Each throw is made integrally or as an assembly of two arms and a crank pin.
가장 큰 엔진의 스로우는 약 25톤이나 나가며, 완성된 크랭크 샤프트는 약 400톤까지 나간다. 크랭크 샤프트는 약 12.000 KNm까지의 피크 토크를 전달할 수 있어야 한다. 크랭크 샤프트 부품의 치수는 구조적 측면에서 큰 치수로 결정되며, 특히 크랭크 샤프트에 의해 전달될 힘과 크랭크 샤프트의 진동에 의해 발생되는 힘은 각각의 부품의 치수에 영향을 미친다. 또한, 연결부 및 각각 부품의 치수를 결정하는데 있어서 사용되는 안전 계수(safety factor)는 선박 종류에 따라 요구되는 조건을 고려하여 결정된다.The biggest engine has a throw of about 25 tonnes, and the finished crankshaft weighs up to about 400 tonnes. The crankshaft should be able to deliver peak torques up to about 12.000 KNm. The dimensions of the crankshaft parts are determined in terms of their structural dimensions, in particular the forces to be transmitted by the crankshaft and the forces generated by the vibrations of the crankshaft affect the dimensions of the respective parts. In addition, the safety factor used to determine the dimensions of the connection and the respective components is determined in consideration of the requirements required for the type of vessel.
샤프트를 조립한 후 보어의 내면 바로 근처, 즉 접합면 부근 재질이 항복점 이상으로 변형(yielding)될 수 있어서 수축 압력(shrink pressure)이 제한된다는 것은 일반적인 세미-빌트(semi-built) 또는 풀리-빌트(fully built) 크랭크 샤프트의 특성이다. 만약 수축 압력이 높고 엔진이 동작중 더욱 광범위한 범위에서 항복점 이상의 변형이 샤프트 재질에서 일어난다면, 샤프트가 허용 한계 이상으로 변형되지 않으면서 토크를 전달할 수는 없게 된다. 수축 압력은 개개의 샤프트 부품을 상호 연관되게 고정하는데 고려되는 인자로서, 수축 표면적(shrink surface area)과 함께 샤프트에 의해 전달될 수 있는 토크의 크기를 결정하는 인자가 된다. 언급한 바와 같이, 수축 압력의 최대치는 샤프트가 동작중 치수적으로 안정되어야 한다는 사실에 의해 제한되므로, 큰 토크를 전달할 수 있는 샤프트를 디자인하는 경우, 기존 샤프트에서는 수축 표면적을 크게 할 필요가 있으며 이에 따라 축 방향 및/또는 반경 방향으로 샤프트의 치수를 크게 할 필요가 있다.After the shaft has been assembled, it is common for semi-built or pulley-built that the shrink pressure is limited because the material can be made to yield near the inside of the bore, i.e. near the joint, above the yield point. (fully built) A characteristic of the crankshaft. If the contraction pressure is high and deformation above the yield point occurs in the shaft material over a wider range of engine operations, it will not be possible to transmit torque without the shaft deforming beyond the permissible limits. Shrinkage pressure is a factor that is considered to securely correlate individual shaft parts, which together with the shrink surface area determine the amount of torque that can be transmitted by the shaft. As mentioned, the maximum shrinkage pressure is limited by the fact that the shaft must be dimensionally stable during operation, so when designing a shaft capable of transmitting large torques, it is necessary to increase the shrinkage surface area in existing shafts. Accordingly, it is necessary to increase the dimensions of the shaft in the axial direction and / or the radial direction.
이는, 크랭크 샤프트와 인접하는 엔진 부품 모두가 더 넓은 공간을 필요로 하고 더 무거워진다는 것을 의미하고, 결국 엔진의 가격을 상승시키고 효율은 떨어뜨린다. This means that both the crankshaft and the adjacent engine parts require more space and become heavier, which in turn increases the price of the engine and lowers its efficiency.
크로스 헤드 타입 대형 다기통 2 행정 디젤 엔진의 메인 저널은 진동하는 질량체에 의해 발생하는 힘과 크랭크 샤프트의 진동뿐만 아니라 피스톤이 크랭크 샤프트에 가하는 큰 힘을 견딜 수 있어야 한다. The main journal of the crosshead type large multi-cylinder two-stroke diesel engine must be able to withstand the forces generated by the vibrating mass and the vibrations of the crankshaft as well as the large force the piston exerts on the crankshaft.
대형 다기통 2 행정 디젤 엔진의 메인 베어링은 슬라이드 베어링이며, 이 베어링 내에서 회전하는 저널에 의해 발생하는 유체역학적 효과에 의해서, 저널은 베어링면에서 들어 올려지는 압력을 받고 베어링면과 저널 사이의 오일 필름에는 압력이 축적되게 된다. 최소한의 오일 필름 두께가 유지되어야 베어링면이 마모되는 것을 방지할 수 있다. 크로스 헤드 타입의 대형 다기통 2 행정 디젤 엔진의 메인 크랭크 샤프트 베어링 개개에 작용하는 부하는 각각의 베어링에 걸쳐서 균일하게 분포하지 않고 베어링마다 다르게 분포한다. 이러한 부하의 변동은 크랭크 샤프트가 회전할 때 발생하는 동적 질량에 의한 힘(dynamic mass force)과 이에 의한 크랭크 샤프트의 진동(vibration)에 기인한다. 연소 압력에 의해 작용하는 힘에 의해 스로우가 굽는(bending) 현상이나 전달되는 토크의 요동(fluctuation)으로 인해 비중심(non-centric) 파트인 크랭크 스로우가 뒤틀리는(torsion) 것은 각각의 메인 베어링 간의 정렬 불량 및 축 방향 치우침(axial offset)을 야기하며, 그 결과, 각각의 베어링에 작용하는 부하가 변동하게 되는 원인이 된다.The main bearing of a large multi-cylinder two-stroke diesel engine is a slide bearing, and due to the hydrodynamic effects caused by the journal rotating in the bearing, the journal is forced to lift from the bearing face and the oil between the bearing face and the journal Pressure builds up on the film. A minimum oil film thickness must be maintained to prevent wear of the bearing face. The load acting on each of the main crankshaft bearings of a large multi-cylinder two-stroke diesel engine of the crosshead type is not uniformly distributed over each bearing, but varies from bearing to bearing. This change in load is due to the dynamic mass force that occurs when the crankshaft rotates and the vibration of the crankshaft thereby. It is the alignment between the main bearings that the crank throw, which is a non-centric part, is torsion due to the bending of the throw due to the force acting on the combustion pressure or the fluctuation of the transmitted torque. This results in poor and axial offsets, resulting in variations in the load acting on each bearing.
베어링에 작용하는 최대 부하가 증가하는 경우 큰 베어링 표면이 요구된다. 따라서, 각각의 메인 저널에 대하여 더 긴(longer) 베어링을 제공해야 한다.Large bearing surfaces are required when the maximum load acting on the bearings is increased. Thus, longer bearings must be provided for each main journal.
이는, 크랭크 샤프트와 인접하는 엔진 부품 모두가 더 많은 공간을 필요로 하고 더 무거워 진다는 것을 의미하며, 결국, 엔진의 가격을 상승시키고 효율은 떨어뜨리게 된다.This means that both the crankshaft and adjacent engine parts require more space and become heavier, which in turn increases the price of the engine and lowers its efficiency.
본 발명은 종래의 동종의 엔진보다 가볍고 짧으면서도 동일한 성능을 가지는 대형 다기통 2 행정 디젤 엔진, 또는 종래의 동종 엔진과 무게와 크기는 동일하지만 더 높은 성능을 갖는 대형 다기통 2 행정 디젤 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a large multi-cylinder two-stroke diesel engine which is lighter and shorter than the same type of engine but has the same performance, or a large multi-cylinder two-stroke diesel engine having the same weight and size but higher performance as the conventional engine. Its purpose is to.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 크로스 헤드 타입의 대형 다기통 2 행정 디젤 인라인 V- 또는 U-엔진은 n 또는 n*2개의 실린더; n+1+x개의 메인 베어링; 및 상기 메인 베어링에 의해 각각 지지되는 메인 저널에 의해 상호 연결되는 n개의 크랭크 스로우로 조립된 크랭크 샤프트를 포함하여 이루어지며, 상기 각각의 크랭크 스로우는 크랭크 핀에 의해 상호 연결되는 두 개의 아암을 포함하며, 상기 아암에 형성된 보어에 상기 메인 저널의 단부가 수축 삽입된 수축 연결부(shrink connection)에 의해 상기 아암과 관련되는 메인 저널이 연결되며, 상기 각각의 아암은 상기 크랭크 샤프트의 축 방향으로 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2를 가지며 상기 각각의 크랭크 스로우의 축 방향 길이 L1, L2,...,Ln는 상기 아암의 상기 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2에 의하여 또는 적어도 부분적으로 상기 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2를 고려하여 결정되며, 상기 수축 연결부 각각은 엔진 동작중 수축 연결부에 가해지는 개별적 하중에 따라 개별적으로 결정되는 길이 l1, 12,..., ln *2를 가지며, 상기 아암 각각의 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2는 상기 길이 l1, 12,..., ln *2가 포함 될 수 있도록 개별적으로 결정되며, 상기 메인 베어링의 인접하는 각 쌍(pair)의 측방 표면들 사이의 거리 D1, D2,..., Dn는 그 사이에 위치한 상기 크랭크 스로우의 축 방향 길이 L1, L2,..., Ln에 따라 다른 값으로 개별적 정해지는 것을 특징으로 한다.Cross head type large multi-cylinder two-stroke diesel in-line V- or U-engine according to the present invention for achieving the above technical problem is n or n * 2 cylinders; n + 1 + x main bearings; And a crankshaft assembled with n crank throws interconnected by a main journal each supported by the main bearings, each crank throw including two arms interconnected by a crank pin. And a main journal associated with the arm is connected to a bore formed in the arm by a shrink connection in which an end of the main journal is inserted into the bore, wherein each of the arms has a maximum thickness T in the axial direction of the crankshaft. 1 , T 2 , ... T n * 2 and the axial lengths L 1 , L 2 , ..., L n of each crank throw are the highest thicknesses of the arms T 1 , T 2 ,. . T * n is determined by the second or at least in part, considering the maximum thickness T 1, T 2, ... T n * 2, each of the shrink coupling is individually load applied to shrink the connection of engine operation Depending individually has a length l 1, 1 2, ..., l n * 2 , which is determined by each of the arms up to a thickness T 1, T 2, ... T n * 2 is the length l 1, 1 2 , ..., l n * 2 is determined individually so that the distance D 1 , D 2 , ..., D n between each of the adjacent lateral surfaces of the main bearing is It is characterized in that it is individually determined to different values according to the axial lengths L 1 , L 2 ,..., L n of the crank throw positioned therebetween.
상기 수축 연결부의 길이 l1, 12,..., ln *2를 개별적으로 정함으로써, 수축 연결부의 전체 길이는 보다 짧게 할 수 있다. 상기 수축 연결부의 요구되는 길이 l1, 12,..., ln *2가 포함 될 수 있도록 하면서 상기 아암의 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2를 개별적으로 최소값으로 정함으로써, 대부분의 크랭크 스로우의 길이 L1, L2,..., Ln가 줄어들 수 있다. 인접하는 메인 베어링 쌍의 마주 보는 표면간의 거리 D를 알맞게 조정함으로써, 인접하는 메인 베어링 간의 거리가 줄어든다. 메인 베어링 간의 거리가 줄이면 엔진의 전장(overall length)을 줄일 수 있다. 대형 2 행정 디젤 엔진의 많은 수가 선박의 추진기관으로서 사용되며, 특히, 컨테이너선과 같은 화물선, 벌크 화물선(bulk carrier), 및 유조선(oil tanker)에 있어서, 엔진의 길이를 줄여 화물을 운반할 수 있는 공간이 몇 센티미터라도 늘어나는 것은 이득이 된다. 또한, 엔진의 길이가 줄어드는 경우 엔진의 무게를 줄이므로 경쟁력 측면에서 유리하다.By individually setting the lengths l 1 , 1 2 ,..., L n * 2 of the shrinkage connecting portions, the total length of the shrinking connecting portions can be made shorter. The maximum thicknesses of the arms T 1 , T 2 , ... T n * 2 are individually reduced to the minimum values such that the required length l 1 , 1 2 , ..., l n * 2 can be included. By setting the length of most crank throws L 1 , L 2 ,..., L n can be reduced. By suitably adjusting the distance D between the opposing surfaces of adjacent main bearing pairs, the distance between adjacent main bearings is reduced. Reducing the distance between the main bearings can reduce the overall length of the engine. Many large two-stroke diesel engines are used as propulsion engines for ships, especially in cargo ships, such as container ships, bulk carriers, and oil tankers, which can reduce the length of the engine and carry cargoes. It is beneficial to increase the space by a few centimeters. In addition, when the length of the engine is reduced, the weight of the engine is reduced, which is advantageous in terms of competitiveness.
상기 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln *2 는 상기 엔진이 작동중에 상기 수축 연결부에서 일어나는 최대 변형(maximum strain)이 동일하게 되도록 각각 개별적으로 정해질 수 있다. 따라서, 아암이 엔진의 전체 길이에서 차지하는 비중을 줄일 수 있다.The lengths l 1 , l 2 ,..., L n * 2 may be individually determined such that the maximum strain occurring in the shrinkage connection during operation of the engine is the same. Thus, the weight of the arm in the overall length of the engine can be reduced.
상기 축 방향 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2 및 상기 수축 연결부의 길이 l1, 12,..., ln *2는 동일한 크랭크 스로우의 두 개의 아암에 대해서는 동일하게 선택될 수 있다.The axial maximum thicknesses T 1 , T 2 , ... T n * 2 and the length l 1 , 1 2 , ..., l n * 2 are the same for two arms of the same crank throw Can be selected.
상기 메인 저널은 인접하는 아암 사이 부분에 길이가 M1, M2,...,Mn +1+x인 베어링부를 포함하며 상기 베어링부의 길이는 상기 엔진이 작동중에 관련되는 메인 저널에 개별적으로 가해지는 부하에 따라 개별적으로 정해질 수 있으며, 상기 실린더 사이의 피치 P1, P2,..., P(n 또는 n*2)- 1는 실린더 사이의 메인 저널의 상기 길이 M1, M2,...,Mn+1+x에 따라 다르게 정해질 수 있다. 메인 저널의 베어링부 각각의 길이를 개별적으로 다르게 정함으로써, 다른 메인 저널에 비해 높지 않은 부하를 받는 메인 저널에 대응하는 실린더 쌍의 피치를 줄일 수 있다. 이렇게 인접하는 실린더 간의 피치를 줄임으로써, 엔진의 전장과 무게를 또한 줄일 수 있다.The main journal includes a bearing portion of length M 1 , M 2 , ..., M n + 1 + x in the portion between adjacent arms, the length of which is individually in the main journal with which the engine is associated during operation. Can be determined individually depending on the load applied, the pitch between the cylinders P 1 , P 2 , ..., P (n or n * 2) -1 is the length of the main journal between the cylinders M 1 , M It can be determined differently according to 2 , ..., M n + 1 + x . By individually setting the length of each bearing portion of the main journal separately, it is possible to reduce the pitch of the pair of cylinders corresponding to the main journal under a higher load than other main journals. By reducing the pitch between adjacent cylinders, the overall length and weight of the engine can also be reduced.
상기 실린더 사이의 상기 피치 P1, P2,..., P(n 또는 n*2)-1 각각은 실린더 사이에 위치하는 크랭크 샤프트 부분(section)에 포함된 아암의 최고 두께 T1, T2, ... Tn *2 각각에 맞추어 개별적으로 정해질 수 있다.The pitches P 1 , P 2 , ..., P (n or n * 2) -1 between the cylinders each have a maximum thickness T 1 , T of the arm included in the crankshaft section located between the cylinders. 2 , ... T n * 2 can be set individually for each.
상기 메인 베어링의 인접하는 쌍(pair)의 축 센터 간의 거리는 그 사이에 위치하는 상기 크랭크 스로우의 길이 L1, L2, ..., Ln 및 상기 메인 베어링의 쌍에 의해 수용되는 두 개의 메인 저널의 베어링부의 길이 M1, M2,...,Mn +1+x에 맞게 개별적으로 정해질 수 있다.The distance between the axial centers of adjacent pairs of the main bearings is such that the lengths of the crank throws L 1 , L 2 ,... L n and the two mains accommodated by the pair of main bearings The lengths of the bearing parts of the journals M 1 , M 2 , ..., M n + 1 + x can be determined individually.
상기 엔진은 상기 메인 베어링을 지지하기 위한 메인 베어링 지지부를 구비한 횡방향 거더(girder)를 포함하는 베드 플레이트; 및 크로스 헤드를 가이드하는 가이드 평면을 지지하는 횡방향 스티프너(stiffener)를 포함하며 용접에 의해 A-자형으로 형성된 크랭크 케이스 프레임을 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 횡방향 거더 사이의 거리 S1, S2,..., Sn - 1는 횡방향 거더에 의해 지지되는 메인 베어링의 축 센터간의 거리에 맞추어 개별적으로 정해지고, 상기 횡방향 스티프너가 상기 횡방향 거더 바로 위에 배치되는 상태로 상기 A-형상 크랭크 케이스 프레임이 상기 베드 플레이트 상에 장착될 수 있다.The engine includes a bed plate including a transverse girder having a main bearing support for supporting the main bearing; And a crankcase frame formed in an A-shape by welding, the transverse stiffener supporting a guide plane for guiding the cross head, wherein the distance between transverse girders S 1 , S 2 , ..., S n - 1 are individually defined in accordance with the distance between the axial centers of the main bearings supported by the transverse girders, and the A-shape with the transverse stiffeners disposed just above the transverse girders A crankcase frame can be mounted on the bed plate.
바람직하게는, 상기 최고 두께 T1, T2, ..., Tn * 2외의 상기 아암의 치수는 상기 크랭크 샤프트의 모든 아암에서 실질적으로 동일하다.Preferably, the dimensions of the arms other than the highest thicknesses T 1 , T 2 ,..., T n * 2 are substantially the same on all arms of the crankshaft.
상기 메인 저널의 지름은 상기 크랭크 샤프트의 모든 메인 저널에 있어서 실질적으로 동일할 수 있다.The diameter of the main journal may be substantially the same for all main journals of the crankshaft.
상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 크로스 헤드 타입의 대형 다기통 2 행정 디젤 인라인 V- 또는 U-엔진을 제공한다. 상기 엔진은 n 또는 n*2개의 실린더; 및 메인 베어링에 의해 각각 지지되는 n+1+x개의 메인 저널에 의해 상호 연결되는 n개의 크랭크 스로우로 조립된 크랭크 샤프트를 포함하여 이루어지며, 상기 각각의 크랭크 스로우는 크랭크 핀에 의해 상호 연결되는 두 개의 아암을 포함하며 상기 아암에 형성된 보어에 상기 메인 저널의 단부가 수축 삽입된 수축 연결부(shrink connection)에 의해 상기 아암과 관련되는 메인 저널이 연결되며, 상기 메인 저널은 상기 크랭크 샤프트의 축 방향 끝단에서는 상기 두 개의 아암중 하나에 연결되며, 상기 메인 저널은 인접하는 아암 사이 또는 상기 크랭크 샤프트의 축 방향 끝단에서 아암에 인접하는 부분에 길이가 M1, M2,...,Mn +1+x인 베어링부를 포함하며 상기 길이는 상기 엔진이 작동중에 관련되는 메인 저널에 가해지는 부하에 따라 개별적으로 정해지며, 상기 실린더 사이의 피치 P1, P2,..., P(n 또는 n*2)-1는 실린더 사이의 메인 저널의 상기 길이 M1, M2,...,Mn +1+x에 따라 다르게 정해지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a large multi-cylinder two-stroke diesel in-line V- or U-engine of the cross head type. The engine has n or n * 2 cylinders; And a crankshaft assembled with n crank throws interconnected by n + 1 + x main journals each supported by a main bearing, each crank throw being two interconnected by crank pins. A main journal associated with the arm by means of a shrink connection in which the end of the main journal is retracted and inserted into a bore formed in the arm, the main journal having an axial end of the crankshaft. Is connected to one of the two arms, the main journal having a length M 1 , M 2 , ..., M n +1 between adjacent arms or in the portion adjacent to the arm at the axial end of the crankshaft. comprising a + x of the bearing, and the length becomes individually determined according to the load on the main journal on which the engine is associated during operation, the Between the cylinder pitch P 1, P 2, ..., P (n or n * 2) -1 is the length of the main journals of the cylinder M 1, M 2, ..., a M n + 1 + x It is characterized in that it is determined differently.
상기 메인 저널은 인접하는 아암 사이 부분에 베어링부를 포함하며 상기 베어링부의 길이는 상기 엔진이 작동중에 관련되는 메인 저널에 개별적으로 가해지는 부하에 따라 개별적으로 정해질 수 있으며, 상기 실린더 사이의 피치 P1, P2,..., P(n 또는 n*2)- 1는 실린더 사이의 메인 저널의 상기 베어링부의 길이에 따라 다르게 정해질 수 있다. 메인 저널의 베어링부 각각의 길이를 개별적으로 다르게 정함으로써, 다른 메인 저널에 비해 높지 않은 부하를 받는 메인 저널에 대응하는 실린더 쌍의 피치를 줄일 수 있다. 이렇게 인접하는 실린더간의 피치를 줄임으로써, 엔진의 전장과 무게를 또한 줄일 수 있다.The main journal includes a bearing portion between the adjacent arms and the length of the bearing portion can be determined individually according to the load applied individually to the main journal associated with the engine being operated, and the pitch P 1 between the cylinders. , P 2 , ..., P (n or n * 2) -1 can be defined differently depending on the length of the bearing part of the main journal between the cylinders. By individually setting the length of each bearing portion of the main journal separately, it is possible to reduce the pitch of the pair of cylinders corresponding to the main journal under a higher load than other main journals. By reducing the pitch between adjacent cylinders, the overall length and weight of the engine can also be reduced.
상기 메인 저널의 베어링부의 길이는 가능한 최소의 값을 얻기 위해 개별적으로 정해질 수 있다.The length of the bearing portion of the main journal can be determined individually to obtain the lowest possible value.
상기 엔진은 상기 메인 베어링을 지지하기 위한 메인 베어링 지지부를 구비한 횡방향 거더를 포함하는 베드 플레이트; 및 크로스 헤드를 가이드하는 가이드 평면을 지지하는 횡방향 스티프너(stiffener)를 포함하며 용접에 의해 A-자형으로 형성된 크랭크 케이스 프레임를 더 포함하여 이루질 수 있으며, 횡방향 거더 사이의 거리 S1, S2,..., Sn - 1는 관련되는 횡방향 거더에 의해 지지되는 메인 베어링의 축 센터간의 거리에 맞추어 개별적으로 정해질 수 있고, 상기 횡방향 스티프너가 상기 횡방향 거더 바로 위에 배치되는 상태로 상기 A-형상 크랭크 케이스 프레임이 상기 베드 플레이트상에 장착될 수 있다.The engine includes a bed plate including a transverse girder having a main bearing support for supporting the main bearing; And a crankcase frame formed in an A-shape by welding, the transverse stiffener supporting a guide plane for guiding the crosshead, wherein the distance between the transverse girders S 1 , S 2 , ..., S n - 1 can be individually determined in accordance with the distance between the axial centers of the main bearings supported by the associated transverse girders, with the transverse stiffeners disposed directly above the transverse girders The A-shaped crankcase frame can be mounted on the bed plate.
본 발명에 따른 대형 2 행정 디젤 엔진의 목적, 특징, 특성은 뒤 따르는 상세한 설명에 의해 보다 명백히 이해될 것이다. The objects, features and characteristics of the large two-stroke diesel engine according to the invention will be more clearly understood by the following detailed description.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진을 상세히 설명한다.Hereinafter, a cross head type large two-stroke diesel engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1과 2는 선박 추진 엔진 또는 발전소의 발동기(prime mover)로서 사용될 수 있는 피스톤 지름이 98 cm인 대형 저속 2 행정 크로스 헤드 디젤 인라인(in-line) 엔진(10)을 도시한다. 이러한 엔진은 통상 6 에서 16개의 일렬로 배열된 실린더를 갖는다. 도 1에는 8 기통 엔진(10)의 측면도가 도시되며 추가적으로 9, 10, 11, 및 12 기통의 동종 엔진의 윤곽이 도시되었다. 엔진(10)의 아래에는 미터 단위의 스케일이 엔진의 절대 크기를 나타내기 위해 제공되어 있는데, 8 기통 엔진의 경우 길이가 약 18 미터이고 14 기통 엔진의 경우 길이가 약 28 미터이다.1 and 2 show a large low speed two stroke cross head diesel in-line engine 10 with a piston diameter of 98 cm that can be used as a prime mover of a marine propulsion engine or power plant. Such engines typically have six to sixteen arranged cylinders. 1 shows a side view of an eight-cylinder engine 10 and further shows the outline of a homogeneous engine of 9, 10, 11, and 12 cylinders. Below the engine 10 a scale in meters is provided to indicate the absolute size of the engine, which is about 18 meters in length for an 8 cylinder engine and about 28 meters in length for a 14 cylinder engine.
엔진(10)은 크랭크 샤프트(1)를 지지하기 위한 메인 베어링을 구비한 베드 플레이트(11)상에 세워진다. 베드 플레이트(11)는 생산 설비에 따라 적당한 크기의 섹션으로 나누어져 제작된다. 베드 플레이트(11)는 세로 방향(longitudinal)으로 용접된 거더(girder) 및 횡방향(cross)으로 용접된 거더(31)(도 4 참조)로 이루어 지며, 횡방향 거더(31)에는 주조강(cast steel) 메인 베어링 지지부(32)가 구비된다.The engine 10 stands on a bed plate 11 with a main bearing for supporting the crankshaft 1. The bed plate 11 is manufactured by dividing into sections of appropriate sizes according to the production equipment. Bed plate 11 is composed of girders (longitudinal) welded girders (girder) and crosswise welded girders 31 (see Fig. 4), the transverse girders 31 are cast steel ( cast steel) main bearing support 32 is provided.
도 2의 은선을 참조하면, 엔진(10)은 피스톤 로드(29)를 통해 크로스 헤드(24)와 연결되는 피스톤(28)을 포함한다. 크로스 헤드(24)는 가이드 평면(23)에 의해 가이드 된다. 커넥팅 로드(30)는 크로스 헤드(24)를 크랭크 샤프트(1)의 크랭크 핀(crank pin)에 연결한다.Referring to the hidden line of FIG. 2, the engine 10 includes a piston 28 connected to the cross head 24 via a piston rod 29. The cross head 24 is guided by the guide plane 23. The connecting rod 30 connects the cross head 24 to the crank pin of the crank shaft 1.
용접에 의해 형성되는 A-형상의 크랭크 케이스 프레임(12)은 베드 플레이트(11)에 장착된다. 실린더 프레임(13)은 크랭크 케이스 프레임(12)의 상부에 장착된다. 스테이 볼트(staybolt)(26)(도 3 참조)는 베드 플레이트(11)와 실린더 프레임(13)에 결합하고 그 결합 구조를 유지한다. 실린더(14)는 실린더 프레임(13)에 수용된다. 배기 밸브 어셈블리(15)는 각각의 실린더(14) 상부에 장착된다. 실린더 프레임(13)은 연료 분사 시스템(19), 배기 가스관(exhaust gas receiver)(16), 터보 차저(17), 및 소기관(scavenge air receiver)(18)을 또한 수용한다.An A-shaped crankcase frame 12 formed by welding is mounted to the bed plate 11. The cylinder frame 13 is mounted on the top of the crankcase frame 12. Staybolts 26 (see FIG. 3) are coupled to the bed plate 11 and the cylinder frame 13 and maintain their mating structure. The cylinder 14 is accommodated in the cylinder frame 13. The exhaust valve assembly 15 is mounted on top of each cylinder 14. The cylinder frame 13 also houses a fuel injection system 19, an exhaust gas receiver 16, a turbocharger 17, and a scavenge air receiver 18.
도 3을 참조하면, 크랭크 케이스 프레임(12) 내에는 가로 방향으로 형성된 횡방향 플레이트(transverse plate)(21)의 형태로 제공되는 스티프너(stiffener)가 각각의 실린더 사이에 대응되게 배치된다. 횡방향 플레이트(21)는 세로 방향으로 연장되는 크랭크 케이스 프레임(12)의 외벽(outer wall)(22)을 상호 연결하며 상기 A-형 크랭크 케이스 프레임(12)의 상부에서 하부에 걸쳐 형성되어 크랭크 케이스 프레임(12)의 횡방향 강성(rigidity)을 강화한다.Referring to FIG. 3, a stiffener provided in the form of a transverse plate 21 formed in a transverse direction in the crankcase frame 12 is disposed correspondingly between each cylinder. The transverse plate 21 interconnects the outer wall 22 of the crankcase frame 12 extending in the longitudinal direction and is formed from the top to the bottom of the A-type crankcase frame 12 to be cranked. The lateral rigidity of the case frame 12 is enhanced.
크로스 헤드(24)(도 2 참조)에 작용하는 횡방향 힘을 받기 위한 수직 가이드 평면(23)은 횡방향 플레이트(21)에 예를 들어 용접등의 방법으로 장착된다. 각각의 가이드 평면(23)의 후측은 가이드 평면(23)과 횡방향 플레이트(21)를 연결하며 수직 연장되는 추가 벽(25)에 의해 지지된다. 가이드 평면(23), 추가 벽(25), 및 횡방향 플레이트(21)는 높은 뒤틀림 강성을 갖는 공동(hollow profile)을 형성하며, 스테이 볼트(26)를 수용한다.The vertical guide plane 23 for receiving the transverse force acting on the cross head 24 (see FIG. 2) is mounted to the transverse plate 21 by, for example, welding or the like. The rear side of each guide plane 23 is supported by an additional wall 25 extending vertically connecting the guide plane 23 and the transverse plate 21. The guide plane 23, the additional wall 25, and the transverse plate 21 form a hollow profile with high torsional stiffness and receive the stay bolt 26.
도 4를 참조하면, 베드 플레이트(11) 내에는 횡방향 거더(cross girder)가 플레트(through going plate)(31)의 형태로 베드 플레이트(11)을 가로질러 형성된다. 메인 베어링 지지부(32)는 횡방향 거더(31)에 예를 들어 용접에 의해 장착된다. 하부 베어링 셀(33)은 메인 베어링 지지부(32)에 수용된다. 메인 베어링은 크랭크 샤프트(1)가 베드 플레이트(11)에 놓여진 후 상기 메인 베어링 지지부(32)에 결합되는 상부 베어링 셀과 베어링 캡(cap)(미도시)을 더 포함한다.Referring to FIG. 4, a cross girder is formed across the bed plate 11 in the form of a through going plate 31 in the bed plate 11. The main bearing support 32 is mounted to the transverse girder 31 by, for example, welding. The lower bearing cell 33 is housed in the main bearing support 32. The main bearing further comprises an upper bearing cell and a bearing cap (not shown) which are coupled to the main bearing support 32 after the crankshaft 1 is placed on the bed plate 11.
도 5a는 종래의 12 기통 엔진의 크랭크 샤프트(1)를 도시한다. 도 5d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 크랭크 샤프트를 도시한다. 도 5b 내지 5c는 종래의 크랭크 샤프트와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 크랭크 샤프트 모두에 적용되는 도면이다. 크랭크 스로우/실린더는 1에서 12까지 번호를 매겼으며, 제1 크랭크 스로우는 크랭크 샤프트(1)의 전단부에 위치하고 제12 크랭크 스로우는 크랭크 샤프트(1)의 출련단(후단부)에 위치한다. 다른 수의 스로우를 갖는 엔진에 대해서는, 스로우의 수를 "n"으로 나타낸다. 인라인(in-line) 엔진에 대해서는 실린더의 수가 n이 되며, U- 또는 V-엔진 (미도시)에 대해서는 실린더의 수가 n*2가 된다. 5A shows the crankshaft 1 of a conventional 12 cylinder engine. 5d shows a crankshaft according to a preferred embodiment of the present invention. 5b to 5c are views applied to both a conventional crankshaft and a crankshaft according to a preferred embodiment of the present invention. The crank throw / cylinder is numbered from 1 to 12, the first crank throw is located at the front end of the crank shaft 1 and the twelfth crank throw is located at the leading end (rear end) of the crank shaft 1. For engines with other numbers of throws, the number of throws is represented by "n". The number of cylinders is n for in-line engines and n * 2 for U- or V-engines (not shown).
약 400톤의 무게가 나가는 완성된 크랭크 샤프트(1)를 들어 올릴 수 있는 크레인이 거의 없으므로, 크랭크 샤프트(1)는 전단부(1b)와 후단부(1a)를 조립하여 맞추어 진다. 크랭크 샤프트 부분들(1a, 1b) 각각은 총 12개의 크랭크 스로우(2)중 6개를 포함한다(다른 조합도 가능하다, 예를 들어, 14 기통 엔진의 크랭크 샤프트의 경우 각각 4개의 스로우를 갖는 두 개의 부분과 6 개의 스로우를 갖는 하나의 부분으로 구성될 수 있다). 전단부(1b)와 후단부(1a)는 메인 저널(5)를 이용해 하나씩 각각의 베어링 셀(33) 안으로 하강된다. 그리고, 전단부(1b)와 후단부(1a)는 플랜지 연결부(37)에서 길이 방향으로 조립된다. 플랜지 연결부(37)의 플랜지들을 볼트로 결합함으로써 전단부(1b)와 후단부(1a)가 연결되고 여기에 베어링 캡이 장착되고 나면, 크랭크 케이스 프레임(12)을 베드 플레이트(11) 상에 놓을 수 있게 된다.Since there are few cranes that can lift the finished crankshaft 1 weighing about 400 tons, the crankshaft 1 is fitted by assembling the front end 1b and the rear end 1a. Each of the crankshaft parts 1a, 1b comprises 6 of a total of 12 crank throws 2 (other combinations are possible, for example with 4 throws each for a 14 cylinder engine crankshaft). Two parts and one part with six throws). The front end 1b and the rear end 1a are lowered into each bearing cell 33 one by one using the main journal 5. The front end 1b and the rear end 1a are assembled in the longitudinal direction at the flange connecting portion 37. After the front end 1b and the rear end 1a are connected by bolting the flanges of the flange connection part 37 with the bearing caps attached thereto, the crankcase frame 12 is placed on the bed plate 11. It becomes possible.
크랭크 샤프트 부분들(1a, 1b) 각각은 6 개(n/2)의 크랭크 스로우(2)와 7 개(n/2 + 1)의 메인 저널(5)를 사용하여 조립된다. 크랭크 스로우(2)는 두 개의 아암(3)과 이에 일체로 형성된 크랭크 핀(4)을 갖는다. 크랭크 스로우(2)는 주조 또는 단조강(cast or forged steel)을 이용하여 일체로 형성된다. 크랭크 샤프트 부분들(1a, 1b) 각각의 6 개의 크랭크 스로우(2)는 메인 저널(5)에 의해 서로 연결된다. 따라서, 완성된 크랭크 샤프트에서 메인 베어링의 총 수는 14개(n+1+x)이며, 여기서, x는 조립된 크랭크 샤프트에서 메인 베어링의 수를 결정하는 변수로서 크랭크 샤프트 부분들과 연결부가 설계된 방식에 따라 그 값이 결정된다. 메인 베어링의 총 수를 증가시키지 않도록 설계된 플랜지 연결부가 없기 때문에, 메인 베어링의 총 수는 플랜지 연결부의 수에 의해 결정된다. 결과적으로, 도시된 크랭크 샤프트에 있어서 변수 x의 값은 1이 된다.Each of the crankshaft parts 1a, 1b is assembled using six (n / 2) crank throws 2 and seven (n / 2 + 1) main journals 5. The crank throw 2 has two arms 3 and a crank pin 4 formed integrally therewith. The crank throw 2 is integrally formed using cast or forged steel. The six crank throws 2 of each of the crankshaft parts 1a, 1b are connected to each other by the main journal 5. Thus, the total number of main bearings in the finished crankshaft is 14 (n + 1 + x), where x is the variable that determines the number of main bearings in the assembled crankshaft, and the crankshaft parts and connections are designed. The value is determined by the method. Since there are no flange connections designed to increase the total number of main bearings, the total number of main bearings is determined by the number of flange connections. As a result, the value of the variable x is 1 for the illustrated crankshaft.
후단부(1a)에는 중간 샤프트(intermediate shaft)(미도시)를 통해 구동되는 프로펠러에 의해 발생되는 힘을 견디기 위해 스러스트 베어링(39)이 구비된다.The rear end 1a is provided with a thrust bearing 39 to withstand the forces generated by the propeller driven through an intermediate shaft (not shown).
도 5b는 크랭크 샤프트의 축 방향도(axial view)로서 전단부(1b) 스로우(2) 각각의 각분포(angular distribution)를 보여 준다. FIG. 5B shows the angular distribution of each of the throws 2 of the front end 1b as an axial view of the crankshaft.
도 5c는 크랭크 샤프트의 축 방향도(axial view)로서 후단부(1b) 스로우(2) 각각의 각분포(angular distribution)를 보여 준다. FIG. 5C shows the angular distribution of each of the throws 2 of the rear end 1b as an axial view of the crankshaft.
메인 저널(5)는 크랭크 샤프트(1)가 조립될 때 인접하는 크랭크 스로우(2)의 아암(3)에 형성된 보어(bore)에 수축 삽입(shrink fit)되는 두개의 단부(end section) 및 중앙 베어링부를 포함한다. 전단부(1b)와 후단부(1a)의 양 끝단에 위치하는 메인 저널(5) 각각은 베어링부 및 연관된 크랭크 스로우(2)의 아암(3)에 형성된 보어에 수축 삽입되는 하나의 단부를 포함한다. The main journal 5 has two end sections and a center that shrink fit into a bore formed in the arm 3 of the adjacent crank throw 2 when the crank shaft 1 is assembled. It includes a bearing portion. Each of the main journals 5 located at both ends of the front end 1b and the rear end 1a includes one end which is shrink-inserted into the bore formed in the bearing 3 and the arm 3 of the associated crank throw 2. do.
도 6을 참조하면, 실린더(1)의 크랭크 스로우(2)에 있어서, 아암(3)과 각각의 저널(5) 사이의 수축 연결(shrink connectin)이 상세히 도시된다. 수축 연결은 아암(3)에서 길이 l1에 걸쳐서 이루어진다(제2 실린더의 크랭크 스로우에서는 길이가 l3 와 l4, 실린더(3)의 크랭크 스로우에 대해서는 l3 등등). 수축 연결에 의해 전달될 수 있는 토크는 접촉 압력, 보어의 지름, 및 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 (n = 엔진의 스로우 개수)에 의해 결정된다. 즉, 길이와 지름이 클수록, 더 큰 토크가 전달될 수 있다. 통상 수축 연결부의 치수 결정시 고려되는 안전 계수(safety factor)는 각각의 선박 종류에 따른 요구 조건에 부합하도록 선택된다.Referring to FIG. 6, in the crank throw 2 of the cylinder 1, a shrink connectin between the arm 3 and each journal 5 is shown in detail. The contractive connection is made over the length l 1 in the arm 3 (l 3 and l 4 for the crank throw of the second cylinder, l 3 for the crank throw of the cylinder 3, etc.). The torque that can be transmitted by the contractive connection is determined by the contact pressure, the diameter of the bore, and the length l 1 , l 2 , ..., l n * 2 (n = number of throws of the engine). That is, the greater the length and diameter, the greater the torque can be transmitted. Safety factors, which are usually taken into account when dimensioning shrinkage connections, are chosen to meet the requirements of each type of vessel.
수축 연결부의 축 방향 길이 l1, l2, ..., ln*2 는 각각의 아암(3)의 축 방향 폭 T1, T2, ..., Tn*2에 의해서 주로 결정된다. 최대 압력은 보어의 내경을 초과하는 메인 저널(5)의 초과 지름 및 아암(3)을 이루는 재료의 보어 주위에서의 구조적 강도와 안정성(stability)에 의해 좌우된다. 보어 주위 재료의 구조적 강도는 보어를 둘러싸는 재질층의 두께 및 재질의 특성에 의해 좌우된다. 통상, 크랭크 샤프트(1)의 모든 부품은 고장력강(high tensile steel)으로 만들어 진다. 단조나 캐스팅(casting)으로 형성된 재료를 원하는 재질 특성과 표면 품질을 갖도록 후처리 및 정밀 가공을 하여 이러한 부품들을 제조할 수 있다.The axial lengths l 1 , l 2 , ..., l n * 2 of the contractive connection are mainly determined by the axial widths T 1 , T 2 , ..., T n * 2 of the respective arms 3. . The maximum pressure depends on the excess diameter of the main journal 5 exceeding the inner diameter of the bore and the structural strength and stability around the bore of the material constituting the arm 3. The structural strength of the material around the bore depends on the thickness of the material layer surrounding the bore and the properties of the material. Typically, all parts of the crankshaft 1 are made of high tensile steel. These parts can be manufactured by post-treatment and precision machining of materials formed by forging or casting to have the desired material properties and surface quality.
엔진 동작중 각각의 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 에 의해 전달되어야 하는 최대 토크는 모든 결합에 대하여 동일하지 않다. 주어진 시점에서 연소 행정에 있는 실린더가 해당 실린더와 크랭크 샤프트(1)의 출력단 사이의 크랭크 샤프트(1) 부분에서 전달되는 토크의 피크치에 기여한다. 12 기통 2 행정 엔진에 있어서는, 어느 주어진 시점에서든 6 개의 실린더가 동시에 연소 행정에 있게 된다. 따라서, 대형 2 행정 엔진의 크랭트 샤프트(1)의 경우, 출력단(후단부) 근처 부분에서 전달되는 토크가 전단부 근처 부분에서 전달되는 토크보다 상당히 크다. 또한, 동적 뒤틀림(torsion)과 진동(oscillation)이 각각의 수축 연결부의 최대 토크 부하의 분포에 영향을 미치므로, 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 가 크랭크 샤프트(1)의 전단부에서 후단부로 갈수록 선형적으로 증가되지는 않는다. 각각의 수축 연결부에 의해 전달되는 최대 토크는 수치적 방법, 분석적 방법, 실험적 방법, 또는 이러한 방법을 조합하여 결정될 수 있다. 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 는 이러한 방법에 의해 안전 계수(safty factor)가 크랭크 샤프트의 모든 수축 연결부에 대하여 실질적으로 동일하게 되도록 결정된다. 실질적인 이유로, 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 중 같은 메인 저널(5)에 대한 길이들은 l2 = l3, l4 = l5, l6 = l7 식으로 동일하게 선택될 수 있다. 이는 이러한 두 개의 수축 연결부에 의해 전달되는 토크는 일반적으로 동일하기 때문이다.The maximum torque that must be transmitted by the length l 1 , l 2 , ..., l n * 2 of each shrinkage connection during engine operation is not the same for all couplings. At a given point in time, the cylinder in the combustion stroke contributes to the peak value of the torque transmitted in the part of the crankshaft 1 between the cylinder and the output end of the crankshaft 1. In a 12-cylinder two-stroke engine, six cylinders are simultaneously in a combustion stroke at any given point in time. Thus, in the case of the crankshaft 1 of a large two-stroke engine, the torque transmitted at the portion near the output end (rear end) is considerably larger than the torque transmitted at the portion near the front end. In addition, since the dynamic torsion and oscillation affect the distribution of the maximum torque load of each contractive connection, the length of the contractive connection l 1 , l 2 , ..., l n * 2 It does not increase linearly from the front end to the rear end of (1). The maximum torque delivered by each shrink connection can be determined numerically, analytically, experimentally, or by combining these methods. The lengths l 1 , l 2 , ..., l n * 2 are determined in this way such that the safety factor is substantially the same for all the shrink connections of the crankshaft. For practical reasons, the lengths for the same main journal (5) among the lengths of the shrinkage connections l 1 , l 2 , ..., l n * 2 are given by l 2 = l 3 , l 4 = l 5 , l 6 = l 7 The same may be selected. This is because the torque delivered by these two contractive connections is generally the same.
수축 연결부에 대해 요구되는 길이 l1, l2, ..., ln*2는 각각의 크랭크 스로우(2)의 아암(3)의 축 방향 두께 T1, T2, ..., Tn*2의 치수를 정할 때 일반적인 결정 인자가 된다. 일반적으로, 메인 저널(5)와 크랭크 아암(3) 사이의 응력(stress)을 줄이기 위한 둥근 트렌지션(39)의 공간을 확보하기 위해 축 방향 두께 T1, T2, ..., Tn*2는 수축 연결부에 대해 요구되는 길이 l1, l2, ..., ln*2 보다 약간 크다.The required length l 1 , l 2 , ..., l n * 2 for the shrink connection is the axial thickness T 1 , T 2 , ..., T n of the arm 3 of each crank throw 2 It is a common determinant when sizing * 2 . Generally, the axial thicknesses T 1 , T 2 , ..., T n * in order to ensure the space of the rounded transition 39 to reduce the stress between the main journal 5 and the crank arm 3. 2 is slightly larger than the lengths l 1 , l 2 , ..., l n * 2 required for the shrink connection.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 아암(3)에서 최고 두께 T1, T2, ..., Tn*2를 제외한 다른 치수는 크랭크 샤프트(1)의 모든 아암에서 실질적으로 동일하다.In a preferred embodiment of the invention, the dimensions other than the highest thicknesses T 1 , T 2 ,..., T n * 2 in the arm 3 are substantially the same in all arms of the crankshaft 1.
도시 되지 않은 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 크랭크 아암은 세트(set) 단위의 그룹으로 구분되어, 축 방향 최고 두께 T1, T2, ..., Tn*2를 갖는 아암들이 동일 그룹에 속하게 하고, 이러한 최고 두께는 T1, T2, ..., Tn*2는 그룹에 따라 변하도록 할 수도 있다.According to another embodiment of the invention, which is not shown, the crank arms are divided into groups of sets so that arms having the highest axial thicknesses T 1 , T 2 , ..., T n * 2 are the same group. And the highest thickness may allow T 1 , T 2 , ..., T n * 2 to vary from group to group.
다기통 엔진의 경우 상대적으로 작은 토크가 전달되므로, 크랭크 샤프트의 전단부는 통상 상대적으로 적은 최고 두께 T1, T2, ..., Tn*2를 갖는 그룹의 아암(3)을 포함한다. 다기통 엔진의 후단부에서 전달되는 토크는 상대적으로 크므로, 크랭크 샤프트의 후단부는 상대적으로 큰 최고 두께 T1, T2, ..., Tn*2를 갖는 그룹의 아암(3)을 포함할 수 있다.Since a relatively small torque is transmitted in the case of a multicylinder engine, the front end of the crankshaft typically includes a group of arms 3 with relatively small maximum thicknesses T 1 , T 2 ,..., T n * 2 . Since the torque transmitted from the rear end of the multi-cylinder engine is relatively large, the rear end of the crankshaft includes arms 3 of the group with relatively large maximum thicknesses T 1 , T 2 , ..., T n * 2 . can do.
도 5d는 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 가 엔진 동작중에 전달되는 토크에 따라 개별적으로(individually) 정해진 크랭크 샤프트를 도시한다. 도 5a에 도시된 종래의 크랭크 샤프트와 도 5d에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 크랭크 샤프트를 비교하면 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 크랭크 샤프트의 전장이 상당히 줄어 들었으며 이에 의해 엔진(10)의 전장도 줄어 들 수 있다. 이렇게 길이를 줄일 수 있는 실질적인 이유는 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 를 개별적으로 결정했기 때문이다.FIG. 5D shows the crankshaft individually determined in accordance with the torque transmitted during the engine operation with the length l 1 , l 2 ,..., L n * 2 . As can be seen when comparing the conventional crankshaft shown in FIG. 5A and the crankshaft according to the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 5D, the overall length of the crankshaft according to the preferred embodiment of the present invention has been considerably reduced. As a result, the overall length of the engine 10 can be reduced. The practical reason for this reduction is that the lengths of the shrinkage connections l 1 , l 2 , ..., l n * 2 are determined individually.
도 7은 전단부(1b)의 일부를 더 상세히 도시하고 있다. 여기서, 제3 실린더와 결합된 크랭크 스로우(2)의 아암(3)의 축 두께(T3)는, 제2 실린더와 결합된 크랭크 스로우(2)의 아암(3)의 축 두께(T2)보다 더 크며, 제1 실린더와 결합된 크랭크 스로우(2)의 아암(3)의 축 두께(T1)보다도 더 크다. 크랭크 핀 베어링에 가해지는 반경 방향 부하(radial load)는 통상적으로 모든 크랭크 핀(4)에 걸쳐서 균등하게 분배되기 때문에, 모든 크랭크 핀(4)의 길이는 본 실시예에서 동일하다. 따라서, 개별적으로 결정된 크랭크 스로우(2)의 길이 L1, L2, ..., Ln에 따라 인접하는 메인 베어링 쌍의 측면간의 거리 D1, D2, ..., Dn가 각각 최소값으로 조절될 수 있다 (도 4 참조).7 shows a part of the front end 1b in more detail. Here, the axial thickness (T 3), the second axial thickness of the arms (3) of the crank throw (2) associated with the cylinder (T 2) of the arm (3) of the crank throw (2) combined with a three cylinder Larger than the axial thickness T 1 of the arm 3 of the crank throw 2 associated with the first cylinder. Since the radial load applied to the crank pin bearing is normally distributed evenly over all the crank pins 4, the lengths of all the crank pins 4 are the same in this embodiment. Therefore, according to the lengths L 1 , L 2 , ..., L n of the individually determined crank throws 2 , the distances D 1 , D 2 , ..., D n between the sides of adjacent main bearing pairs are respectively the minimum values. Can be adjusted (see FIG. 4).
두 개의 크랭크 아암(3)의 사이에 위치한 메인 저널(5)는 두 개의 크랭크 아암(3) 각각에 형성된 보어에 삽입되는 두 개의 단부(end portion)를 갖는다. 크랭크 샤프트(1)의 전단부(1b)의 끝과 후단부(1a)의 끝에 위치한 각각의 메인 저널(5)은 베어링부(bearing portion) 및 크랭크 아암(3)의 보어에 삽입되는 하나의 단부를 포함한다. 메인 저널(5)의 단부의 길이는 수축 연결부의 길이 l1, l2, ..., ln*2 에 맞추에 개별적으로 정해진다. 메인 저널(5)는 개별적으로 정해진 길이 M1, M2,...,Mn+1+x를 갖는 베어링부를 포함한다(도 6 및 7 참조). 메인 베어링 지지부(32)와 베어링 셀(33)은 이에 대응되게 개별 설정된 축 방향 길이를 갖는다(도 4 참조).The main journal 5 located between the two crank arms 3 has two end portions inserted in the bores formed in each of the two crank arms 3. Each main journal 5 located at the end of the front end 1b and the end of the rear end 1a of the crankshaft 1 has one end inserted into the bearing of the bearing portion and the bore of the crank arm 3. It includes. The length of the end of the main journal 5 is individually determined to fit the length l 1 , l 2 ,..., L n * 2 of the shrinkage connection. The main journal 5 comprises bearing parts with individually defined lengths M 1 , M 2 ,..., M n + 1 + x (see FIGS. 6 and 7). The main bearing support 32 and the bearing cell 33 have correspondingly set axial lengths separately (see FIG. 4).
메인 베어링에 가해지는 반경 방향 부하는 균일하게 분포하지 않는다. 이러한 불균일한 분포는 크랭크 샤프트의 반경 방향 진동(oscillation)과 크랭크 샤프트의 뒤틀림 변형 때문이다. 크랭크 스로우(2)와 같은 크랭크 샤프트(1)의 비중심(non-centric) 부품의 뒤틀림 변형은 반경 방향 치우침(radial offset)을 야기하여 메인 베어링의 반경 반향 부하 분포에 영향을 준다. 각각의 메인 베어링이 견딜 수 있는 최대 반경 방향 부하는 수치적 방법, 해석적 방법, 실험적 방법, 또는 이들을 조합한 방법으로 결정될 수 있다. 이에 따라 베어링부의 축 방향 길이 M1, M2,...,Mn+1+x와 베어링 셀(33)의 축 방향 길이가 결정된다.The radial load on the main bearings is not evenly distributed. This non-uniform distribution is due to the radial oscillation of the crankshaft and the warping deformation of the crankshaft. Warping deformation of non-centric components of the crankshaft 1, such as crank throw 2, causes radial offset, which affects the radial load distribution of the main bearing. The maximum radial load that each main bearing can withstand can be determined by numerical methods, analytical methods, experimental methods, or a combination thereof. As a result, the axial lengths M 1 , M 2 ,..., M n + 1 + x of the bearing portion and the axial lengths of the bearing cells 33 are determined.
엔진의 중량을 더 줄이기 위해, 메인 베어링 지지부(32)의 재료 두께 G1, G2,..., Gn+1는 엔진 작동중에 각각의 메인 베어링에 작용하는 하중에 따라 개별적으로 정해 질 수 있다.In order to further reduce the weight of the engine, the material thicknesses G 1 , G 2 , ..., G n + 1 of the main bearing support 32 can be individually determined according to the load applied to each main bearing during engine operation. have.
인접하는 실린더 사이의 실린더 피치 P1, P2,..., P(n 또는 n*2)-1는 그 사이에 위치하는 베어링부의 축 방향 길이 M1, M2,...,Mn+1+x와 크랭크 아암(3)의 축 방향 두께 T1, T2, ..., Tn*2에 다라 개별적으로 정해진다.Cylinder pitches P 1 , P 2 , ..., P (n or n * 2) -1 between adjacent cylinders are axial lengths M 1 , M 2 , ..., M n Individually determined by + 1 + x and the axial thicknesses T 1 , T 2 , ..., T n * 2 of the crank arm (3).
메인 베어링 지지부(32)를 수용하는 인접하는 횡방향 거더(31)(도 4 참조) 쌍의 중심선들 사이의 거리 S1, S2,..., Sn-1는 그 사이에 위치하는 크랭크 스로우(2)의 축 방향 길이 및 베어링부의 축 방향 길이 M1, M2,...,Mn+1+x에 맞게 조정된다.The distances S 1 , S 2 ,..., S n-1 between the centerlines of adjacent pairs of lateral girders 31 (see FIG. 4) for receiving the main bearing support 32 are located between them. It is adjusted to the axial length of the throw 2 and the axial lengths M 1 , M 2 ,..., M n + 1 + x of the bearing portion.
횡방향 스티프너(21)(도 3 참조)는 안정성(stability)을 위해 횡방향 거더(31) 바로 위에 놓여 지며, 따라서 횡방향 스티프너(21)(도 3 참조)의 인접하는 쌍(pair) 사이의 거리 S1, S2,..., Sn-1는 그 아래에 위치하는 횡방향 거더(31)(도 4 참조) 쌍의 사이의 거리 S1, S2,..., Sn-1와 동일하다.The transverse stiffeners 21 (see FIG. 3) are placed directly above the transverse girders 31 for stability, and thus between adjacent pairs of transverse stiffeners 21 (see FIG. 3). The distances S 1 , S 2 , ..., S n-1 are the distances S 1 , S 2 , ..., S n- between pairs of transverse girders 31 (see FIG. 4) located below them. Same as 1
실린더 피치 P1, P2,..., P(n 또는 n*2)-1와 횡방향 스티프너(21) 사이의 거리 S1, S2,..., Sn-1는 실린더 프레임(13)(도 1 및 2 참조)에서도 동일하다. 따라서, 완성된 엔진(1)에서 축 방향 섹션은 개별적으로 정해진 길이를 가지게된다. 그 결과, 본 발명에 따른 엔진(10)의 전체 길이는 종래의 엔진과 비교했을 때 3에서 7% 정도 줄어들 수 있다. 이렇게 엔진(10)의 길이가 줄어 들게 되면 중량도 상당히 줄어들게 된다.The distance between the cylinder pitches P 1 , P 2 , ..., P (n or n * 2) -1 and the transverse stiffener 21 S 1 , S 2 , ..., S n-1 is the cylinder frame ( 13) (see FIGS. 1 and 2) the same. Thus, in the finished engine 1 the axial sections are individually of defined length. As a result, the overall length of the engine 10 according to the invention can be reduced by 3 to 7% as compared to conventional engines. When the length of the engine 10 is reduced, the weight is significantly reduced.
이상 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하였지만, 이는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be considered from an illustrative point of view rather than a restrictive point of view, and a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains does not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that it can be implemented in a modified form.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 엔진은, 종래의 동종의 엔진보다 가볍고 짧으면서도 동일한 성능을 가지며, 또는 종래의 동종 엔진과 무게와 크기는 동일하지만 더 높은 성능을 갖는다.As described above, the engine of the present invention is lighter and shorter than conventional engines of the same type, and has the same performance, or has the same performance and weight as the conventional engines but has higher performance.
본 발명의 특징 및 장점들은 뒤따르는 본 발명의 실시예의 상세한 설명과 함께 다음의 첨부된 도면들을 참고하여 더 잘 이해될 수 있으며, 상기 도면들 중:The features and advantages of the present invention may be better understood with reference to the following accompanying drawings in conjunction with the following detailed description of embodiments of the invention, of which:
도 1은 9 내지 12 기통 엔진의 길이를 함께 나타낸 종래의 대형 8 기통 2 행정 디젤 엔진의 측면도;1 is a side view of a conventional large 8-cylinder two-stroke diesel engine with the lengths of a 9-12 cylinder engine;
도 2는 도 1에 도시된 엔진의 정면도;2 is a front view of the engine shown in FIG. 1;
도 3은 크랭크 케이스 프레임의 단면도;3 is a cross-sectional view of the crankcase frame;
도 4는 베드 플레이트의 단면도;4 is a cross-sectional view of the bed plate;
도 5a는 12 기통 엔진용 종래의 크랭크 샤프트의 측면도;5A is a side view of a conventional crankshaft for a 12 cylinder engine;
도 5b는 도 5a 및 5d에 도시된 크랭크 샤프트 전단부의 축 방향도(axial view);5B is an axial view of the crankshaft front end shown in FIGS. 5A and 5D;
도 5c는 도 5a 및 5d에 도시된 크랭크 샤프트 후단부의 축 방향도;5C is an axial view of the crankshaft rear end shown in FIGS. 5A and 5D;
도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 12 기통 엔진의 크랭크 샤프트의 측면도;5D is a side view of a crankshaft of a twelve-cylinder engine in accordance with one embodiment of the present invention;
도 6은 도 5d에 도시된 크랭크 샤프트의 크랭크 스로우 및 메인 저널 부분의 상세 단면도; 그리도FIG. 6 is a detailed cross-sectional view of the crank throw and main journal portion of the crankshaft shown in FIG. 5D; FIG. And
도 7은 도 5d에 도시된 크랭크 샤프트의 부분 확대도이다.FIG. 7 is a partially enlarged view of the crankshaft shown in FIG. 5D.
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