KR101417006B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연기관의 크랭크 하우징으로부터 나온 크랭크 하우징 환기 가스의 배출 장치를 포함하는 내연기관, 특히 중유로 작동되는 대형 디젤 내연기관에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 크랭크 하우징 환기 가스 배출 장치는 사이펀형 파이프 라인(18)을 포함하고, 상기 사이펀형 파이프 라인(18)에서 그 저점 영역(21)의 하류에 물 공급 장치(22)가 할당 배치되며, 상기 물 공급 장치(22)에 의해 물이 배출 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입될 수 있고, 상기 사이펀형 파이프 라인(18)에서 그 저점 영역(21)에는, 형성되는 오일-물 혼합물을 배출하기 위해 밸브(24)가 할당 배치된다.
크랭크 하우징 환기 가스 배출 장치, 사이펀형 파이프 라인, 저점 영역, 물 공급 장치, 밸브.
The present invention relates to an internal combustion engine, particularly a heavy duty diesel internal combustion engine, which is operated by heavy oil, including a device for discharging the ventilation gas of the crank housing from the crank housing of the internal combustion engine. According to the invention, the crankcase ventilation gas discharge device comprises a siphon type pipeline 18 in which a water supply device 22 is assigned downstream of its low point area 21 in the siphon type pipeline 18 Water can be introduced into the exhaust crankcase ventilation gas by the water supply device 22 and the low-viscosity region 21 in the siphon pipe line 18 is discharged through the water- The valve 24 is allocated and arranged.
Crank housing Ventilation vent, siphon pipeline, low point area, water supply, valve.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
중유로 작동되는, 실제로 공지된 대형 디젤 내연기관의 경우, 크랭크 하우징 환기 가스는 통상적으로 처리되지 않은 상태로 대기로 환기된다. 동일한 것이 그러한 대형 디젤 내연기관의 배기 터보 과급기의 실링 에어에도 적용된다.In the case of a substantially known large diesel internal combustion engine operating with heavy oil, the crank housing vent gas is typically vented to the atmosphere in an untreated state. The same applies to the sealing air of the exhaust turbo supercharger of such a large diesel internal combustion engine.
예컨대 승용차 또는 상용차에 사용되는 비교적 소형 내연기관의 경우, 크랭크 하우징 환기 가스로부터 오일 또는 오일 미스트를 분리하기 위해, 크랭크 하우징 환기 가스를 대기 내로 환기하기 전에 오일 분리기에 공급하는 것이 실제로 이미 공지되어 있다. 그러나, 얻어질 수 있는 오일 분리율이 제한된다.For example, in the case of a relatively small internal combustion engine used in a passenger car or commercial vehicle, it is already known to supply the crankcase ventilation gas to the oil separator before venting into the atmosphere, in order to separate the oil or oil mist from the crankcase ventilation gas. However, the oil separation rate that can be obtained is limited.
DE 10 2004 031 281 A1 호에는 내연기관의 크랭크 하우징으로부터 나온 크랭크 하우징 환기 가스를 배출하기 위한 장치를 포함하는, 배기 터보 과급기를 구비한 상용차의 비교적 소형 내연기관이 공지되어 있다. 이 경우, 가스 펌프로서 형성된 장치는 크랭크 하우징 환기 가스의 압축을 위해 사용되고, 압축된 크랭크 하우징 환기 가스는 내연기관에 반송될 수 있다.DE 10 2004 031 281 A1 discloses a relatively small internal combustion engine of a commercial vehicle with an exhaust turbo supercharger, including an arrangement for discharging the ventilation gas of the crank housing from the crank housing of the internal combustion engine. In this case, a device formed as a gas pump is used for compression of the crank housing ventilation gas, and the compressed crank housing ventilation gas can be returned to the internal combustion engine.
본 발명의 과제는 높은 오일 분리율을 가진 새로운 형태의 내연기관을 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 1에 따른 내연기관에 의해 해결된다.It is an object of the present invention to provide a new type internal combustion engine having a high oil separation rate. The above problem is solved by the internal combustion engine according to claim 1.
본 발명에 따라 크랭크 하우징 환기 가스 배출 장치는 사이펀형 파이프 라인을 포함한다. 상기 사이펀형 파이프 라인에서 그 저점 영역의 하류에 물 공급 장치가 할당 배치된다. 상기 물 공급 장치에 의해 물이 배출 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입될 수 있다. 사이펀형 파이프 라인에서 그 저점 영역에, 형성되는 오일-물 혼합물을 배출하기 위해 밸브가 할당 배치된다.According to the present invention, the crank housing ventilation gas discharge device includes a siphon type pipeline. In the siphon type pipeline, a water supply device is allocated downstream of the low point area. Water can be introduced into the exhaust crankcase ventilation gas by the water supply device. In the siphon-type pipeline, valves are assigned to discharge the oil-water mixture to be formed in the low-viscosity region.
본 발명에 따른 내연기관의 경우, 물은 사이펀형 파이프 라인의 저점 영역의 하류에서, 배출 크랭크 하우징 환기 가스를 안내하는 사이편형 파이프 라인 내로 유입된다.In the case of an internal combustion engine according to the present invention, water is introduced into the interdigitated pipeline that guides the exhaust crankcase ventilation gas downstream of the low point region of the siphon pipeline.
물이 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입됨으로써, 물의 부분적인 증발로 인해 크랭크 하우징 환기 가스의 냉각이 이루어진다. 크랭크 하우징 환기 가스의 냉각에 의해, 크랭크 하우징 환기 가스 내에 포함된, 기체 오일의 일부가 응축된다. 또한, 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입된 물방울이 크랭크 하우징 환기 가스의 오일 방울에 달라붙어, 응고 및 응집에 의해 큰 방울을 형성한다. 따라서, 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입된 물에 의해, 한편으로는 크랭크 하우징 환기 가스의 기체 성분이 액상으로 바뀌고, 다른 한편으로는 액체 방울이 커진다. 두 가지 효 과는 크랭크 하우징 환기 가스로부터의 양호한 오일 분리를 야기한다.Water is introduced into the crankcase housing ventilation gas, thereby cooling the crank housing ventilation gas due to partial evaporation of water. By cooling the crank housing ventilation gas, a portion of the gas oil contained in the crank housing ventilation gas condenses. In addition, water droplets introduced into the crank housing ventilation gas adhere to the oil droplets of the crankcase ventilation gas, forming large droplets by coagulation and agglomeration. Thus, the water introduced into the crank housing ventilation gas, on the one hand, changes the gas constituents of the crank housing ventilation gas into the liquid phase and on the other hand the liquid droplet becomes larger. Two effects cause good oil separation from the crankcase ventilation gas.
바람직하게는 배기 터보 과급기의 실링 에어가 파이프 라인을 통해 상기 사이펀형 파이프 라인에 공급될 수 있다. 실링 에어의 파이프 라인은 사이펀형 파이프 라인의 저점 영역의 상류에서 상기 사이펀형 파이프 라인과 통한다.Preferably, the sealing air of the exhaust turbo supercharger may be supplied to the siphon pipeline through the pipeline. The sealing air pipeline communicates with the siphon type pipeline upstream of the low point region of the siphon type pipeline.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 형성되는 오일-물 혼합물이 크랭크 하우징 내로 과류되는 것을 방지하기 위해, 사이펀형 파이프 라인의 저점 영역과 내연기관의 크랭크 하우징 사이에 체크 밸브가 접속된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a check valve is connected between the low point region of the siphon pipeline and the crank housing of the internal combustion engine to prevent the formed oil-water mixture from being swirled into the crank housing.
본 발명에 따라 오일 분리율이 높은 내연기관이 제공된다.According to the present invention, an internal combustion engine having a high oil separation rate is provided.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예가 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 본 발명이 이 실시예에 제한되지는 않는다.Preferred embodiments of the invention are set forth in the dependent claims and the following description. Although the embodiments of the present invention are described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments.
이하, 본 발명을 첨부한 도 1 내지 도 3을 참고로 일단 터보 과급식 내연기관의 실시예로 설명한다. 물론, 본 발명이 이러한 일단 터보 과급식 내연기관에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 다단 터보 과급식 내연기관, 압축기 과급식 내연기관, 그 밖의 방식의 과급식 내연기관 또는 비과급식 내연기관에도 사용될 수 있다. 내연기관은 디젤 엔진, 오토(Otto) 엔진, HCCI 엔진 또는 다른 내연기관일 수 있다. 그러나, 내연기관이 중유로 작동되는 대형 디젤 내연기관, 예컨대 선박 디젤 내연기관인 것이 바람직하다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 3, which are one example of an embodiment of a turbo and feed internal combustion engine. Of course, the present invention is not limited to such one-stage turbo and feed internal combustion engines. The present invention can also be used in multi-stage turbo and feed internal combustion engines, compressors and feed internal combustion engines, other types of super-feed internal combustion engines or non-feed internal combustion engines. The internal combustion engine may be a diesel engine, an Otto engine, an HCCI engine or other internal combustion engine. However, it is preferable that the internal combustion engine is a large diesel internal combustion engine operated by heavy oil, for example, a marine diesel internal combustion engine.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 개략도를 도시한다. 내연기관(10)을 떠난 배기 흐름(11)은 배기 터보 과급기(13)의 터빈(12)에 공급되고, 상기 터빈에서 팽창된다. 배기 터보 과급기(13)의 터빈(12)은 그것의 압축기(14)를 구동시키고, 배기 터보 과급기(13)의 압축기(14)에서, 내연기관(10)에 공급될 연소 공기 흐름(15)이 압축된다. 배기 터보 과급기(13)의 압축기(14)에서 압축된 연소 공기 흐름(15)은 급기 냉각기(16)에 공급되고, 상기 급기 냉각기는 압축된 연소 공기 흐름을 냉각시켜서, 급기 냉각기(16)의 하류에 압축되어 냉각된 연소 공급 흐름이 주어지며, 이는 급기 흐름(17)이라고도 한다.Figure 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of the present invention. The
본 발명에 따른 내연기관은 내연기관의 크랭크 하우징으로부터 나온 크랭크 하우징 환기 가스의 배출 장치를 갖는다. 상기 크랭크 하우징 환기 가스 배출 장치는 사이펀형 파이프 라인(18)을 포함한다. 사이펀형 파이프 라인(18)은 2개의 수직 파이프 라인 부분들(19, 20)을 가지며, 상기 수직 파이프 라인 부분들(19, 20)은 실질적으로 수평으로 연장하는, 저점 영역(21)을 형성하는 파이프 라인 부분을 통해 서로 연결된다.The internal combustion engine according to the present invention has a device for discharging the ventilation gas of the crank housing from the crank housing of the internal combustion engine. The crank housing ventilation gas discharge device includes a siphon type pipeline (18). The
사이펀형 파이프 라인(18), 즉 수직의 파이프 라인 부분(20)에는 노즐로서 형성된 물 공급 장치(22)가 할당 배치되고, 상기 물 공급 장치(22)에 의해 물은 배출 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입, 즉 분사될 수 있다. 물 공급 장치(22)는 물을 가급적 미세한 분무 상태로 크랭크 하우징 환기 가스 내로 분사하기 위해 바람직하게는 평면 노즐로서 형성된다. 물을 크랭크 하우징 환기 가스를 안내하는, 사이펀형 파이프 라인(18)의 수직 파이프 라인 부분(20) 내로 분사하기 위해, 다른 노즐 및 다수의 노즐을 가진 장치도 사용될 수 있다. 물 공급 장치(22)를 통해 크랭크 하우징 환기 가스 내로 분사되는 물의 양 및 압력은 밸브(23)를 통해 조절 가능하다.A
물을 크랭크 하우징 환기 가스 내로 분사함으로써, 그 기체의 오일 성분이 액상으로 바뀌는데, 그 이유는 분사된 물이 크랭크 하우징 환기 가스를 냉각하기 때문이다. 또한, 크랭크 하우징 환기 가스 내에 포함된 오일 방울이 커지는데, 그 이유는 물 방울이 응고 및 응집으로 인해 크랭크 하우징 환기 가스의 오일 방울에 달라붙기 때문이다.By injecting water into the ventilation gas of the crankcase housing, the oil component of the gas is converted into a liquid phase because the injected water cools the ventilation gas of the crankcase housing. In addition, the oil droplets contained in the crankcase ventilation gas become larger because the water droplets stick to the oil droplets of the crankcase ventilation gas due to solidification and agglomeration.
형성되는 오일-물 혼합물을 사이펀형 파이프 라인(18)의 영역으로부터 배출하여 빌지(bilge; 25)에 공급하기 위해, 사이펀형 파이프 라인(18)의 저점 영역(21)에는 밸브(24)가 할당 배치된다. 밸브(24)는, 규정된 충전 레벨에 도달시 형성되는 오일-물 혼합물을 사이펀형 파이프 라인(18)으로부터 배출하기 위해, 사이펀형 파이프 라인(18)의 충전 레벨에 의해 제어되어 개폐되는, 자동 개폐 밸브일 수 있다. 빌지(25) 내에 모이는 오일-물 혼합물은 오일 분리기를 통해 폐기될 수 있다.A
물 공급 장치(22)가 할당 배치된, 사이펀형 파이프 라인(18)의 수직 파이프 라인 부분(20)은 배출 크랭크 하우징 환기 가스의 낮은 유동 속도를 제공하기 위한 큰 유동 횡단면, 및 긴 파이프 길이를 갖도록 설계된다. 이 경우, 별도의 오일 분리기 없이 중력만을 이용해서 크랭크 하우징 환기 가스로부터 오일이 양호하게 분리될 수 있다. 경우에 따라, 수직 파이프 라인 부분(20)의 하류측 단부에 방울 분 리 격자가 할당 배치된다.The
도 1에 따라 사이펀형 파이프 라인(18)에서 저점 영역(21)의 상류에, 그에 따라 수직 파이프 라인 부분(19)에 체크 밸브(26)가 통합되어, 형성되는 오일-물 혼합물이 내연기관의 크랭크 하우징 내로 과류되는 것을 방지한다.The
물 공급 장치(22)를 통해 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입되거나 분사되는 물은 담수, 해수, 공정 용수 또는 소위 그레이 워터(grey water)일 수 있다.The water which is introduced into the crank housing ventilation gas through the
도 2는 도 1에 따른 내연기관의 바람직한 실시예를 도시한다. 불필요한 반복 설명을 피하기 위해, 도 1과 동일한 부품은 동일한 도면 부호를 갖는다. 도 2의 실시예에서, 사이펀형 파이프 라인(18)에는 파이프 라인(27)을 통해 배기 터보 과급기(13)의 실링 에어가 공급됨으로써, 크랭크 하우징 환기 가스로부터와 마찬가지로 배기 터보 과급기로부터 오일이 분리된다. 도 2에 따라 실링 에어의 파이프 라인(27)은 저점 영역(21)의 상류에서, 즉 체크 밸브(26)의 상류에서 사이펀형 파이프 라인(18) 내로 통한다.Fig. 2 shows a preferred embodiment of the internal combustion engine according to Fig. In order to avoid unnecessary repetitive descriptions, the same parts as in Fig. 1 have the same reference numerals. 2, the
오일 분리율을 더욱 개선 또는 최적화하기 위해, 도 3에 따라 사이펀형 파이프 라인(18)에는 추가의 오일 분리기(28)가 할당 배치된다. 상기 오일 분리기(28)는 확산 분리기, 관성 분리기, 원심 분리기, 전기 분리기 또는 이들 분리기의 조합일 수 있다. 오일 분리기(28) 내에서 분리된 오일은 파이프 라인(29)를 통해 빌지(25)에 공급되어 폐기된다.To further improve or optimize the oil separation rate, an additional oil separator 28 is assigned to the
오일 분리기(28)를 떠난 가스(30)는 대기로 방출될 수 있거나 또는 내연기관에 반송될 수 있다. 이 경우, 가스(30)는 도시되지 않은 압축기에서 압축된 다음 내연기관에, 즉, 급기 냉각기(16)의 하류에서 압축되어 냉각된 연소 공기 흐름 내로 또는 급기 냉각기(16)의 상류에서 압축되고 냉각되지 않은 연소 공기 흐름 내로 또는 배기 터보 과급기(13)의 압축기(14)의 상류에서 압축되지 않은 연소 공기 흐름(15) 내로 반송된다.The
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내연기관의 개략도.1 is a schematic view of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 내연기관의 개략도.2 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내연기관의 개략도.3 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
10: 내연기관 11: 배기 흐름10: Internal combustion engine 11: Exhaust flow
12: 터빈 13: 배기 터보 과급기12: Turbine 13: Exhaust turbocharger
14: 압축기 15: 연소 공기 흐름14: Compressor 15: Combustion air flow
16: 급기 냉각기 17: 급기 흐름16: supply cooler 17: supply flow
18: 사이펀형 파이프 라인 19, 20: 수직 파이프 라인 부분18: Siphon
21: 저점 영역 22: 물 공급 장치21: low point area 22: water supply device
23, 24: 밸브 25: 빌지23, 24: valve 25: bilge
26: 체크 밸브 27, 29: 파이프 라인26:
28: 오일 분리기 30: 가스28: Oil separator 30: Gas
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