KR101266726B1 - 내연기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진(11), 및 고압 급기 장치(12)와 저압 급기 장치(13)로 이루어진 적어도 2단의 배기가스 터보 과급 장치를 포함하고, 상기 고압 급기 장치(12)는 상기 엔진(11)으로부터 나오는 배기가스 흐름을 팽창시키기 위한 고압 터빈(14), 상기 엔진(11)에 공급될 연소 공기 흐름을 압축시키기 위한 고압 압축기(15) 및 상기 고압 압축기(15)와 상기 엔진(11) 사이에 설치된 급기 냉각기(16)를 가지며, 상기 저압 급기 장치(13)는 상기 고압 터빈(14)으로부터 나오는 배기가스 흐름을 재팽창시키기 위한 저압 터빈(17), 상기 고압 압축기(15)에 공급될 연소 공기 흐름을 예비 압축시키기 위한 저압 압축기(18) 및 경우에 따라 상기 저압 압축기(18)와 상기 고압 압축기(15) 사이에 설치된 급기 냉각기(19)를 가진, 내연기관에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 저압 급기 장치(13)는 별도의 모듈로서 형성되고, 상기 저압 급기 장치(13)가 별도의 프레임에 지지되는 방식으로 엔진(11)으로부터 분리된다.
내연기관, 엔진, 배기가스 터보 과급기, 고압 급기 장치, 저압 급기 장치, 고압 터빈, 고압 압축기, 급기 냉각기, 저압 터빈, 저압 압축기.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 내연기관 11: 엔진
12: 고압 급기 장치 13: 저압 급기 장치
14: 고압 터빈 15: 고압 압축기
16, 19: 급기 냉각기 17: 저압 터빈
18: 저압 압축기 20, 21, 22: 배기가스 흐름
23, 24, 25: 급기 흐름
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.
내연기관의 효율 및 출력을 높이기 위해, 내연기관에 배기가스 터보 과급 장치를 설치하는 것은 선행 기술에 이미 공지되어 있다. 배기가스 터보 과급 장치에서는 엔진으로부터 방출된 배기가스가 터빈에서 팽창되고, 상기 터빈은 압축기를 구동시키며, 상기 압축기 내에서 엔진에 공급될 연소 공기가 압축된다. 압축기와 엔진 사이에는 급기 냉각기가 설치되어, 압축된 연소 공기를 규정된 온도로 냉각시킨다. 이러한 배기가스 터보 과급 장치에 의해, 예컨대 디젤 엔진 또는 가스 엔진을 포함하는 내연기관의 효율이 증가될 수 있다.
하나의 터빈 및 하나의 압축기를 이용한 상기 1단 배기가스 터보 과급 장치는 실현 가능한 급기압 및 실현 가능한 효율과 관련해서 그 경제적인 한계에 부딪히기 때문에, 내연기관의 효율 및 출력을 더욱 개선시키기 위해, 다단의, 특히 2단의 배기가스 터보 과급이 수행된다. 2단 배기가스 터보 과급 시에, 내연기관의 엔진에는 고압 급기 장치 및 저압 급기 장치가 배속된다. 고압 급기 장치는 엔진으로부터 나오는 배기가스 흐름을 팽창시키는 고압 터빈을 포함한다. 고압 터빈은 고압 압축기를 구동시키고, 상기 고압 압축기는 엔진에 공급될 연소 공기 흐름을 압축한다. 고압 압축기와 엔진 사이에는 급기 냉각기가 설치된다. 저압 급기 장치는 고압 터빈으로부터 나오는 배기가스 흐름을 재팽창시키는 저압 터빈을 포함한다.
저압 터빈은 저압 압축기를 구동시키고, 상기 저압 압축기는 고압 압축기를 통해 엔진에 공급될 연소 공기 흐름을 예비 압축시킨다. 저압 압축기와 고압 압축기 사이에는 통상적으로 추가의 급기 냉각기가 설치된다.
2단 배기가스 터보 과급 장치를 구비한 내연기관에서는 내연기관의 엔진에 2개의 급기 장치, 즉 고압 급기 장치 및 저압 급기 장치가 배속되는데, 이들 장치는 선행 기술에서는 둘다 엔진에 장착되어야 한다. 엔진이 각각의 실린더 열이 별도의 배기가스 터보 과급 장치를 갖는 V-구성 방식이면, 2단 배기가스 터보 과급 장치에서 엔진에 장착될 급기 장치의 수가 4개로 증가할 것이다. 즉, 각각의 실린더 열에 각각 하나의 고압 급기 장치와 하나의 저압 급기 장치가 배치된다.
엔진에 장착될 또는 지지될 급기 장치의 수가 증가하면, 급기 장치의 적지 않은 장소 필요로 인해 급기 장치의 설치 시에 문제가 생길 수 있다. 또한, 내연기관의 강도 및 진동 특성이 부정적인 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 과제는 신규의 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 내연기관에 의해 해결된다. 본 발명에 따라 저압 급기 장치는 별도의 모듈로서 형성되고, 상기 저압 급기 장치가 별도의 프레임에 지지되는 방식으로 엔진으로부터 분리된다.
본 발명의 의미에 있어서, 적어도 2단의 배기가스 터보 과급 장치를 가진 내연기관에서 저압 급기 장치는 별도의 모듈로서 형성되고, 상기 저압 급기 장치가 별도의 프레임에 지지되는 방식으로 엔진으로부터 분리된다. 이로 인해, 1단으로 과급된 내연기관에 비해 내연기관의 강도 및 진동 특성이 변하지 않는다. 저압 급기 장치의 설치 및 조립 시의 장소 문제가 피해진다. 저압 급기 장치가 별도의 모듈로서 형성되기 때문에, 엔진 또는 고압 급기 장치에서의 구조적 변경 없이, 1단 배기가스 터보 과급 장치를 구비한 기존 내연기관이 간단히 개장될 수 있다.
바람직하게는 고압 급기 장치가 엔진과 함께 공통 프레임에 지지되고, 고압 급기 장치와 엔진은 특히 하나의 모듈로서 형성된다.
본 발명의 바람직한 개선예는 종속 청구항 및 하기의 실시예 설명에 제시된 다. 본 발명의 실시예가 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 본 발명이 이 실시예에 국한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 첨부한 도 1을 참고로 상세히 설명한다.
도 1은 엔진(11), 및 고압 급기 장치(12) 및 저압 급기 장치(13)로 이루어진 2단 배기가스 터보 과급 장치를 구비한 본 발명에 따른 내연기관(10)의 블록도를 도시한다.
고압 급기 장치(12)는 고압 터빈(14), 고압 압축기(15) 및 급기 냉각기(16)를 포함한다. 저압 급기 장치(13)는 저압 터빈(17), 저압 압축기(18) 및 급기 냉각기(19)를 포함한다. 고압 급기 장치(12)의 급기 냉각기(16)는 엔진(11)과 고압 압축기(15) 사이에 설치된다. 저압 급기 장치(13)의 급기 냉각기(19)는 고압 압축기(15)와 저압 압축기(18) 사이에 설치된다.
도 1에 도시된 내연기관(10)에서 엔진(11)으로부터 나오는 배기가스 흐름(20)은 고압 터빈(14)에 공급되고 고압 터빈(14)에서 팽창되며, 상기 고압 터빈(14)으로부터 나오는 배기가스 흐름(21)은 그의 재팽창을 위해 저압 터빈(17)에 공급된다. 저압 터빈(17)은 2단으로 팽창된 배기가스 흐름(22)을 내보낸다. 저압 터빈(17)은 저압 압축기(18)를 구동시키고, 고압 터빈(14)은 고압 압축기(15)를 구동시킨다. 엔진(11)에 공급될 연소 공기 흐름의 2단 과급을 위해, 저압 압축기에는 저압 압축기(18)에서 예비 압축된 공기 흐름(23)이 공급된다. 저압 압축기(18)를 나온 예비 압축된 연소 공기 흐름(24)은 급기 냉각기(19)를 통해 안내된 다음, 고압 압축기(15)에 공급된다. 상기 고압 압축기(15)에서 상기 예비 압축된 연소 공기 흐름(24)이 소정 급기압으로 압축된다. 고압 압축기(15)로부터 상응하게 압축된 연소 공기 흐름(25)이 급기 냉각기(16)를 통해 엔진(11)에 공급된다.
본 발명의 의미에서, 저압 급기 장치(13)는 별도의 모듈로서 구현되고, 상기 저압 급기 장치(13)가 별도의 지지 프레임에 지지되는 방식으로 엔진(11)으로부터 분리된다.
바람직한 실시예에서, 고압 급기 장치(12) 및 엔진(11)은 공통 모듈로서 구현되고 공통 지지 프레임에 지지된다. 저압 급기 장치(13)는 엔진(11) 및 그에 따라 고압 급기 장치(12)로부터 분리되고 별도의 지지 프레임에 지지된다. 이로 인해, 엔진(11)과 고압 급기 장치(12)로 이루어진 모듈의 강도 및 진동 특성이 저압 급기 장치(13)에 의해 변동되지 않는다. 또한, 엔진과 고압 급기 장치로 이루어진 기존 내연기관은 엔진(11) 및 고압 급기 장치(12)에서의 구조적 변동 없이 저압 급기 장치로 보충되거나 확장될 수 있다.
저압 급기 장치(13)는 가요성 연결 관을 통해 고압 급기 장치(12)와 연결된다. 이를 위해, 저압 터빈(17)은 고압 터빈(14)에 그리고 저압 압축기(18)는 고압 압축기(15)에 각각 가요성 연결 관을 통해 연결된다. 고압 급기 장치(12)와 저압 급기 장치(13) 사이의 간격은 임의로 선택될 수 있으나, 짧은 거리가 바람직하기 때문에 고압 급기 장치(12)와 저압 급기 장치(13) 사이의 짧은 간격이 바람직하다.
본 발명에 따른 내연기관(10)은 바람직하게는 고정식 내연기관으로 구현된다. 그러나, 내연기관(10)은 선박 구동 장치 또는 그밖의 차량 구동 장치일 수도 있다.
본 발명에 따라 저압 급기 장치는 별도의 모듈로서 형성되고, 상기 저압 급기 장치가 별도의 프레임에 지지되는 방식으로 엔진으로부터 분리된다.

Claims (4)

  1. 엔진(11), 및 고압 급기 장치(12)와 저압 급기 장치(13)로 이루어진 적어도 2단의 배기가스 터보 과급 장치를 포함하는 내연기관으로서,
    상기 고압 급기 장치(12)는 상기 엔진(11)으로부터 나오는 배기가스 흐름을 팽창시키기 위한 고압 터빈(14), 상기 엔진(11)에 공급될 연소 공기 흐름을 압축시키기 위한 고압 압축기(15) 및 상기 고압 압축기(15)와 상기 엔진(11) 사이에 설치된 급기 냉각기(16)를 가지며, 상기 저압 급기 장치(13)는 상기 고압 터빈(14)으로부터 나오는 배기가스 흐름을 재팽창시키기 위한 저압 터빈(17), 상기 고압 압축기(15)에 공급될 연소 공기 흐름을 예비 압축시키기 위한 저압 압축기(18) 및 상기 저압 압축기(18)와 상기 고압 압축기(15) 사이에 설치된 급기 냉각기(19)를 갖고,
    상기 저압 급기 장치(13)는 별도의 모듈로서 형성되어, 상기 저압 급기 장치(13)가 별도의 프레임에 지지되는 방식으로 엔진(11)으로부터 분리되고,
    상기 고압 터빈(14)은 상기 저압 터빈(17)에 그리고 상기 저압 압축기(18)는 상기 고압 압축기(15)에, 각각 가요성 연결 관을 통해 연결되는 것인 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고압 급기 장치(12)가 상기 엔진(11)과 함께 공통 프레임에 지지되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압 급기 장치(12)와 상기 엔진(11)이 하나의 모듈로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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