KR101359051B1 - 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩 밸브 - Google Patents

대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩밸브에 관한 것으로, 그 목적은 선박용 대형 2-행정(stroke) 디젤엔진의 에어 리시버(air receiver) 안에 조립되어 있는 에어플랩밸브를 구성하는 에어플랩에 스톱퍼를 일체화하여 제작이 단순하고, 조립 및 사후 관리가 용이한 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩밸브를 제공함에 있다.
본 발명의 구성은 선박용 주/보기 에어 리시버(air receiver) 유입공기의 역류를 방지하도록 일정 기압이상에서만 개방되도록 일측단부가 엑시스 바에 축결합하는 에어플랩이 다수개 설치된 에어플랩밸브에 있어서,
일측단부에 형성된 원형 밴딩부(191)의 중앙부 일구간을 절개하여 주평면과 이루는 각도가 일정각도로 절곡되게 스톱퍼(192)를 일체로 형성한 에어플랩(19)을 엑시스 바에 축결합시켜 구성한 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어플랩밸브를 특징으로 한다.
디젤엔진, 스캐빈지, 에어리시버, 에어플랩밸브, 터보차저

Description

대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩 밸브{Air flap valve of scavenge air receiver for 2-strock diesel engine}
본 발명은 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩 밸브에 관한 것으로, 자세하게는 선박용 주/보기 에어 리시버(air receiver) 유입공기의 역류 방지 장치 즉, 에어플랩밸브에 관한 것으로, 특히 통상적으로 사용되고 있는 에어 플랩 밸브(Air flap valve)에 사용되는 개별 에어플랩을 스톱퍼와 일체화하여 그 형상을 단순화함과 동시에 기존의 부품들의 기능을 통합하여 실제적으로 동일한 기능수행을 하며, 제작, 조립 및 사후 관리에 대한 기능을 향상시킨 에어 플랩 밸브에 관한 것이다.
선박용 대형 2행정 디젤엔진은 일반적으로 1개의 엔진에 2개의 에어 리시버(Air receiver)를 가지고 있으며, 스캐빈지 에어 리시버(Scavenge air receiver) 1개당 다수개의 유입공기 역류 방지 장치 즉, 에어 플랩 밸브를 갖추고 있다.
기존의 에어플랩밸브는 엔진 시동 및 저속 운전시 사용되는 블로어(Blower) 하단부 및 블로어(Blower) 운전 정지 후 터보차저(Turbocharger) 구동에 의해 유입 되는 공기 통로에 각각 설치되게 되어 있으며, 이는 엔진 운전시 스캐빈지 에어 리시버(Scavenge air receiver) 내의 공기압을 유지시키고 엔진 출력을 최대화하기 위해 구성된 장치이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 기술을 설명한다.
도 4a는 종래의 스캐빈지 에어 리시버(Scavenge air receiver) 내 에어 플랩 밸브(air flap valve)의 장착 위치도이고, 도 4b는 스캐빈지 에어리시버의 절개 사시도이고, 도 4c는 종래의 스캐빈지 에어 리시버(Scavenge air receiver) 내 에어 플랩 밸브(air flap valve)의 장착 위치 상세도이고, 도 4d는 종래 에어 플랩 밸브(air flap valve)의 조립도이다.
도시된 바와 같이 에어 플랩 밸브(Air flap valve , 15-1, 15-2)는 다수개의 에어플랩(19)이 배열되어 이루어지고, 하부 에어플랩밸브(Air flap valve, 15-1) 및 상부 에어플랩밸브(Air flap valve, 15-2)로 구분되어 설치된 상부 에어플랩밸브(Air flap valve, 15-2)쪽으로는 보조 블로어(Auxiliary Blower, 18) 및 블로어박스가 위치하고 있음을 알 수 있다. 이러한 에어플랩 각각은 엑시스 바(Axis bar, 20)에 끼워져 장치되고, 엑시스바는 다수개의 블록(Block, 21)간을 관통하면서 이웃하는 여러개의 에어플랩을 끼우게 된다. 또한 다수개의 블록마다 와셔(Washer, 22)가 엑시스 바(Axis bar, 20)에 끼워져 블록과 에어플랩으로 고정하게 된다. 한편, 에어 플랩(Air flap, 19)을 제외한 나머지 부품들은 일체형으로 되어 있을 뿐만 아니라 각각의 부품간 정밀한 조립공차를 가져야 하므로 조립 시 상당한 어렵고 많은 시간을 요한다.(도4b 내지 4d 참조)
또한 스톱퍼(Stopper) 지지용 플레이트(Plate, 23)가 스톱퍼(Stopper, 24)를 볼트(Bolt) 등으로 고정하여 에어플랩(Air flap, 19)의 회전시 스톱퍼가 정지력을 발휘토록 구성된다.
상기와 같이 다수개의 에어플랩이 배열설치되어 구성된 에어플랩밸브는 일정 압력에 도달할 경우 에어 플랩 밸브(Air flap valve , 15-1, 15-2)가 압력에 의해 개방되게 되고, 개방된 에어 플랩 밸브의 에어 플랩(Air flap, 19)은 스톱퍼(Stopper, 24)에 의해 회전이 정지되게 된다.
이때, 스톱퍼(Stopper, 24)와 에어 플랩(Air flap, 19)은 면 접촉이 이루어져야 되며, 면 접촉이 일어나지 않을 경우 피로파괴의 원인이 되어 운전 중인 엔진이 정지 될 수 있는 상황이 발생하게 된다.
따라서 스톱퍼(Stopper, 24)와 에어플랩(Air flap, 19)의 면 접촉을 유지케 하기 위하여 스톱퍼(Stopper)와 에어플랩은 초기 조립되는 플레이트 사이를 세밀하고 정밀한 접촉 구조를 가지도록 제작하는데, 이러한 제작공정은 상당한 어려움을 유발하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 선박용 대형 2-행정(stroke) 디젤엔진의 에어 리시버(air receiver) 안에 조립되어 있는 에어플랩밸브를 구성하는 에어플랩에 스톱퍼를 일체화하여 제작이 단순하고, 조립 및 사후 관리가 용이한 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩밸브를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 선박용 주/보기 에어 리시버(air receiver) 유입공기의 역류를 방지하도록 일정 기압이상에서만 개방되도록 일측단부가 엑시스 바에 축결합하는 에어플랩이 다수개 설치된 에어플랩밸브에 있어서, 일측단부에 형성된 원형 밴딩부의 중앙부 일구간을 절개하여 주평면과 이루는 각도가 일정각도로 절곡되게 스톱퍼를 일체로 형성한 에어플랩을 엑시스 바에 축결합시켜 구성한 것을 특징으로 하는 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어플랩밸브를 제공함으로써 달성된다.
상기 스톱퍼는 에어플랩의 주평면에 대하여 70도가 되도록 절곡되어 일체화 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩 밸브는 종래 에어플랩밸브를 구성하는 스톱퍼(Stopper) 지지용 플레이트(Plate), 스톱퍼(Stopper) 대신에 개량된 각각의 에어플랩(Air flap)에 스톱퍼를 일체화시켜 단순화 하였음에도 기존 에어플랩에서 요구된 모든 기능이 일체화된 에어 플랩(Air flap)에서도 기능할 수 있게 되어 있게 되었다는 장점과,
또한 종래와 같이 별도로 구성된 스톱퍼 및 스톱퍼 지지용 플레이트를 제거함으로써 에어플랩밸브의 전체적인 조립이 단순하고 간단해졌다는 장점과,
또한 스톱퍼가 일체화되어 구성된 에어플랩을 조립시 엑시스 바(Axis bar), 블록(Block), 와셔(Washer)를 통하여 연속배열되어 장치되는 것은 유사하지만, 에어 플랩(Air flap )의 각각의 크기에 맞게 에어 플랩 밸브를 모듈(Module)화하여 크기를 축소하여 제품 제작 및 이동 시 용이하게 되고, 제품 조립시 단순 조립으로도 충분한 면 접촉 유지가 가능하다는 장점과,
또한 제품 교체시 단품 별 교체가 가능하게 되므로 제작 원가, 투입 공수 등이 현저히 절감되어 코스트(Cost) 저감의 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성 에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1a는 본 발명에 따른 에어플랩밸브에 사용되는 스톱퍼 일체형 에어 플랩(air flap)의 3D 형상(Isometric view)도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 에어플랩밸브에 사용되는 스톱퍼 일체형 에어 플랩 (Air flap)의 3D 형상도(Rear view)이고,도 1c는 본 발명에 따른 에어플랩밸브에 사용되는 스톱퍼 일체형 에어 플랩 의 전개도, 측면도 및 배면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 구성은 선박용 주/보기 에어 리시버(air receiver) 유입공기의 역류 방지 장치 즉, 에어 플랩 밸브에 장치되는 개별 에어플랩(Air flap, 19)의 구조에 관한 것인데, 본 발명에 따른 개별 에어플랩 각각은 일측단에는 에어플랩밸브 구성에 있어서 개별 에어플랩을 축결합하여 힌지 회전토록 하는 엑시스 바(Axis bar)에 축결합되는 원형밴딩부(191)의 중앙부 일구간을 절개하여 에어플랩과 일정각도로 절곡되게 스톱퍼(192)를 형성하여 일체화환 구조를 가진다.
상기 에어플랩에 형성된 스톱퍼는 에어 플랩 조립면 기준으로 70도 각도로 밴딩(Bending)을 주어 그 형상을 구성함으로써 에어플랩밸브가 작동하여 에어플랩이 닫힐 시 중력에 의해 자동으로 회전할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이 스톱퍼(192)가 일체로 형성된 에어플랩(19)이 다수개 배열 설치되어 구성된 에어플랩밸브(air flap valve)는 종래 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어 플랩 밸브에 사용되는 스톱퍼(Stopper) 지지용 플레이트(Plate)를 제거하고, 여기에 부착되는 스톱퍼(Stopper)를 에어플랩(Air flap)에 일체화시켰지만 종래 에어플랩밸브에서 요구되는 기능 모두를 일체화된 에어 플랩(Air flap, 19)에서 기능할 수 있게 되어 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 에어플랩밸브와 종래의 에어플랩밸브의 작동에 따른 비교도인 도 2를 참조하여 설명한다.
좌측도면은 종래 에어플랩밸브의 구성인 스톱퍼(Stopper) 지지용 플레이트(Plate, 13)와 여기에 부착된 스톱퍼(Stopper, 24)가 개방시 에어플랩(19)을 지지하는 구성이고, 우측은 본 발명에 따라 스톱퍼(Stopper) 지지용 플레이트(Plate, 13)가 삭제되고, 여기에 부착되는 스톱퍼(24)가 본 발명에 따른 에어플랩(19)의 원형밴딩부(191)의 중앙부 일구간을 절개하여 에어플랩과 일정각도로 절곡되게 스톱퍼(192)를 형성한 구성이다. 또한 각각의 에어플랩은 엑시스 바(Axis bar, 20)에 끼워져 장치되고, 엑시스바는 다수개의 블록(Block, 21)간을 관통하면서 이웃하는 여러개의 에어플랩을 끼우게 구성되어 있음을 알 수 있다.
좌측의 기존 에어플랩밸브(air flap valve)가 작동할 조건은 3.7Bar의 압력이상이 에어플랩(air flap)에 가해질 때 에어플랩밸브(air flap valve)가 작동하게 된다. 이것은 에어플랩밸브의 에어플랩(19)이 일정 압력이상이 되었을 시 엑시스 바(Axis bar, 20)를 중심으로 에어플랩이 회전운동을 하여 스톱퍼(24)에 부딪히게 되고 이로 인하여 에어플랩밸브의 개방(open)기능을 유지하게 된다. 이 때의 각도 는 70도이고 이는 에어플랩밸브의 닫힘(close)기능을 에어플랩의 자중에 의한 회전력을 이용하기 위함이다.
우측의 본 발명에 따른 에어플랩은 이러한 종래의 에어플랩밸브에서 요구되는 개방과 닫힘 작용을 모두 동일하게 하도록 구성되었음을 알 수 있는데, 이러한 이유는 에어플랩(19)의 원형밴딩부(191)의 중앙부 일구간을 절개하여 에어플랩과 일정각도로 절곡되게 스톱퍼(192)가 형성되었기 때문이다.
또한 본 발명 역시 기존의 도 4a 내지 도 4d에서 도시된 엑시스 바(Axis bar, 20), 블록(Block, 21), 와셔(Washer, 22), 에어 플랩(Air flap, 19)이 일체형으로 조립되는 방식은 동일하다.
이에 따라 본 발명에 다른 에어플랩은 각각의 크기에 맞게 에어플랩밸브(air flap valve)를 모듈(Module)화하여 크기를 축소하여 제품 제작 및 이동 시 용이하게 되고, 제품 조립 시 단순 조립으로도 충분한 면 접촉 유지가 가능할 뿐만 아니라, 제품 교체 시 단품 별 교체가 가능하게 되므로 제작 원가, 투입 공수 등이 현저히 절감되어 코스트(Cost) 저감을 달성하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 2행정 디젤엔진에서의 에어플랩밸브의 작동을 보인 예시도인데, 이를 통하여 상기 도 1a 내지 도1c의 구성이 작동되는 시점을 설명한다.
도시된 바와 같이 최초에 터보차저(Turbocharger, 3)로 유입된 공기는 배기 다기관(Exhaust manifold, 1)에서 익스펜션 조인트(Expansion joint, 2)를 통하여 나오는 고온 고압의 배기가스가 터보차저(Turbocharger, 3)를 구동시켜 유입된 공기를 고온고압으로 만들어 익스펜션 조인트(Expansion joint, 4), 디퓨저(Diffuser, 5)와 에어 쿨러 하우징 루프(Air cooler housing roof, 6)를 고속으로 통과하여 에어 쿨러(Air cooler, 7) 상단부에 도달하게 된다. 이 공기는 엔진 연소를 위하여 에어 쿨러(Air cooler, 7)에서 적정온도로 냉각되고, 냉각된 공기는 언더슬렁(underslung, 10)으로 유입되게 된다.
이때 발생되는 수분(water)을 1차로 언더슬렁(underslung, 10) 내의 프리-케쳐(pre-catcher)기능을 하는 플레이트(plate, 8)에서 걸러지게 되고, 걸러진 수분(water)은 수분배출파이프(water drain pipe, 9)를 통하여 언더슬렁(underslung, 10) 하단부에 조립되는 컨덴세이트 컬렉터(Condensate collector, 12)로 모이게 된다.
언더슬렁(underslung, 10) 내 플레이트(Plate, 8)를 거친 수분을 함유한 공기(air)는 언더슬렁(Underslung, 10)의 벽면에서 유동흐름을 바꾸면서 2차적인 수분분리(Water separating)를 하게 되고, 이때 발생하는 수분(water) 또한 언더슬렁(Underslung, 10)의 벽면을 따라 흘러 내려 컨덴세이트 컬렉터(Condensate collector, 12)로 모이게 된다.
이후 언더슬렁(Underslung, 10) 하단부에 위치한 수분분리기(Water separator, 11)로 유입되어 냉각된 공기 내에 함유된 수분(water)을 인위적으로 걸러 내게 된다.
수분 분리기(Water separator, 11)에서 발생된 수분(water)은 하단부의 컨덴 세이트 컬렉터(Condensate collector, 12)로 배출(Drain)되도록 되어 있다.
수분 분리기(Water separator, 11)를 통과한 건조한 공기는 추가적으로 언더슬렁(underslung, 10)의 벽면을 부딪치게 되고, 이때 발생되는 소량의 수분(Water) 또한 수분 배출 파이프(water drain pipe, 13)를 통하여 배출(drain) 된다.
최종적으로 수분 분리(water separating)를 마친 공기는 터보차저(Turbocharger support, 14) 하단부를 거쳐 에어플랩밸브(15-1, 15-2)를 통과하고, 공기(Air)를 저장하는 파이프(pipe, 16)에서 연소를 위하여 실린더 자켓(cylinder jacket, 17)으로 유입되게 된다.
엔진시동 및 저부하 운전시에는 최초 터보차저(turbocharger, 3)에 유입된 공기는 배기 다기관(Exhaust manifold, 1)에서 압축된 공기의 유입이 불가능하므로 익스펜션 조인트(Expansion joint, 2)를 통하여 나오는 고온 고압의 배가가스가 없으므로 터보차저(Turbocharger, 3)를 구동시킬 에너지가 없다. 때문에 도 4b에 도시된 보조 블로어(Auxiliary Blower, 18)를 구동시켜 에어플랩밸브(Air flap valve(15-1)를 거치지 않고 보조 블로어(Auxiliary Blower, 18) 하단부 에어플랩밸브(Air flap valve, 15-2)를 통과하여 보조 블로어(auxiliary Blower, 18)를 통과하여 에어(Air)를 저장하는 파이프(Pipe, 16)에서 연소를 위하여 실린더 자켓(Cylinder Jacket, 17)로 유입되게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1a는 본 발명에 따른 에어플랩밸브에 사용되는 스톱퍼 일체형 에어 플랩(air flap)의 3D 형상(Isometric view)도이고,
도 1b는 본 발명에 따른 에어플랩밸브에 사용되는 스톱퍼 일체형 에어 플랩 (Air flap)의 3D 형상도(Rear view)이고,
도 1c는 본 발명에 따른 에어플랩밸브에 사용되는 스톱퍼 일체형 에어 플랩 의 전개도, 측면도 및 배면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 에어플랩밸브와 종래의 에어플랩밸브의 작동에 따른 비교도이고,
도 3은 본 발명에 따른 2행정 디젤엔진에서의 에어플랩밸브의 작동을 보인 예시도이고,
도 4a는 종래의 스캐빈지 에어 리시버(Scavenge air receiver)내 에어 플랩 밸브(air flap valve) 장착 위치도이고,
도 4b는 스캐빈지 에어리시버의 절개 사시도이고,
도 4c는 종래의 스캐빈지 에어 리시버(Scavenge air receiver)내 에어 플랩 밸브(air flap valve)의 장착 위치 상세도이고,
도 4d는 종래 에어 플랩 밸브(air flap valve)의 조립도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(19) : 에어플랩 (191) : 원형 밴딩부
(192) : 스톱퍼

Claims (2)

  1. 선박용 주/보기 에어 리시버(air receiver) 유입공기의 역류를 방지하도록 일정 기압이상에서만 개방되도록 일측단부가 블록 간을 관통하는 엑시스 바에 축결합하는 에어플랩이 다수개 설치된 에어플랩밸브에 있어서,
    일측단부에 형성된 원형 밴딩부(191)의 중앙부 일구간을 절개하여 주평면과 이루는 각도가 70도로 절곡되게 스톱퍼(192)를 일체로 형성한 에어플랩(19)을 블록 간을 관통하는 엑시스 바에 축결합시켜 구성한 것을 특징으로 하는 대형 2행정 디젤 엔진용 스캐빈지 에어 리시버의 에어플랩밸브.
  2. 삭제
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