KR101536799B1 - 피스톤 엔진용 기저부 - Google Patents

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Abstract

피스톤 엔진 (2) 이 장착될 수 있는 대형 터보 차저 부착 피스톤 엔진 (2) 용 기저부 (12) 는 가압된 차지 에어를 위한 에어 케이싱 (15) 을 포함하고, 상기 에어 케이싱 (15) 내에 차지 에어 냉각기 (9, 11) 가 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

피스톤 엔진용 기저부{A BASE FOR A PISTON ENGINE}
본 발명은 피스톤 엔진이 장착될 수 있는, 청구항 제 1 항의 전문에 따른 피스톤 엔진용 기저부에 관한 것이다.
발전소 및 선박의 메인 및 보조 엔진으로서 사용되는, 대형 터보 차저 부착 (turbocharged) 피스톤 엔진에서, 차징 (charging) 은 2 개의 스테이지로, 즉 먼저 저압 차저 그리고 그 후 고압 차저로 종종 수행된다. 차지 에어는 차징 스테이지 사이에서 뿐만아니라 고압 차저 이후에 이를 엔진 실린더에 유도하기 전에 냉각된다. 대형 엔진에서, 터보 차저 및 차저 에어 냉각기는 크기가 크고 따라서 이들을 엔진과 함께 수용하는 것이 어렵다. 양쪽 실린더열이 저압 터보 차저, 고압 터보 차저 그리고 이들 자체의 차지 에어 냉각기를 가질 수 있는 V-엔진에서 특히 문제가 된다. 엔진의 정상부에 많은 공간이 있지 않기 때문에, 터보 차저 및 에어 냉각기는 보통 엔진 블럭의 단부 상에 장착되는 브래킷에 놓인다. 대형 엔진에서, 연결 채널을 갖는 터보 차저와 에어 냉각기는 무겁고, 이에 의해 브래킷에 거대한 하중이 놓이고 질량의 중심이 엔진 블럭으로부터 멀리 떨어져 위치된다. 이는 예컨대 진동, 절연, 소음 및 밀봉 문제를 야기한다. 게다가, 브래킷과 엔진 블럭 사이의 장착 표면 영역은 종종 상당히 작고, 이에 의해 큰 질량이 브래킷에 놓이는 것이 허락되지 않는다. 유사한 문제가 1 개의 스테이지에서 차지되는 피스톤 엔진과 함께 또한 발생한다.
본 발명의 목적은 상기 설명된 문제가 감소될 수 있게 하는 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 첨부된 첨구항 제 1 항에 기재된 것과 같이 달성된다. 본 발명에 따르면, 엔진이 장착될 수 있는 기저부는 가압된 차지 에어를 위한 에어 케이싱을 포함한다. 차지 에어 냉각기는 에어 케이싱 내에 구성된다.
본 발명에 의해 상당한 이점이 달성된다. 차지 에어 냉각기가 엔진 기저부와 일체로 된 에어 케이싱에 수용되기 때문에, 엔진 블럭 상에 장착되는 브래킷에 더 적은 중량이 놓이고 질량의 중심은 비교적 엔진 블럭에 가깝게 되고, 이에 의해 진동 문제가 덜 발생한다. 이에 의하여, 터보 차저 그리고 결과적으로, 또한 엔진 및 가능하게는 이에 연결되는 발전기 세트는 보강된 작동을 갖는다.
이하에, 본 발명은, 첨부된 개략도를 참조하여, 실시예로서 더 상세하게 설명된다.
도 1 은 2 개의 스테이지로 터보 차지되는 피스톤 엔진의 개략도이다.
도 2 는 도 1 에 따른 피스톤 엔진이 장착될 수 있는 기저부를 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 2 에 따른 기저부 및 이에 장착되는 피스톤 엔진을 나타내는 도면이다.
도 4 는 도 1 에 따른 피스톤 엔진이 장착될 수 있는, 본 발명에 따른 다른 기저부를 나타내는 도면이다.
도 5 는 도 4 에 따른 기저부 및 이에 장착되는 피스톤 엔진을 나타낸다.
도 6 은 도 1 에 따른 피스톤 엔진이 장착될 수 있는, 본 발명에 따른 제 3 기저부를 나타내는 도면이다.
도 1 은 2 개의 스테이지로 터보 차지되는 피스톤 엔진 (2) 을 개략적으로 나타내는 도면이다. 엔진은 예컨대 선박의 메인 및 보조 엔진으로서 뿐만아니라 발전소에서 사용되는, 대형 피스톤 엔진이다. 엔진 (2) 은 저압 압축기 (4) 및 저압 터빈 (5) 이 제공되는, 저압 터보 차저 (3) 를 포함한다. 게다가, 엔진 (2) 은 고압 압축기 (7) 및 고압 터빈 (8) 이 제공되는 고압 터보 차저 (6) 를 포함한다. 저압 압축기 (4) 와 고압 압축기 (7) 사이의 유동 채널에는 저압 차지 에어 냉각기 (9) 가 제공되고, 이에 의해 저압 압축기 (4) 에 의해 가압된 차지 에어는 이 차지 에어가 고압 압축기 (7) 로 유도되기 전에 냉각된다. 고압 압축기 (7) 와 엔진 실린더 (10) 사이의 유동 채널에는 고압 차지 에어 냉각기 (11) 가 제공되고, 이에 의해 고압 압축기 (7) 에 의해 가압된 차지 에어는 이 차지 에어가 실린더 (10) 로 유도되기 전에 냉각된다. 발전기 세트 (13) 가 엔진 (2) 에 연결된다.
엔진 (2), 더 구체적으로는 그의 엔진 블럭 (14) 은 기저부 (12) 에 장착된다. 엔진 (2) 에 연결되는 발전기 세트 (13) 가 있다면, 발전기 세트 (13) 는 또한 기저부 (12) 에 장착된다. 기저부 (12) 는 엔진 (2) 의 전체 길이에 걸쳐 뻗어있다. 기저부 (12) 는 또한 엔진 (2) 을 위한 오일통 (oil sump) 으로서 작용할 수 있다. 기저부 (12) 는 또한 엔진 (2) 으로 유도하고 엔진 (2) 으로부터 멀어지는 파이프의 지지부를 위한 장착 프레임으로서 작용한다. 발전소 또는 다른 고정 플랜트 적용에서, 기저부 (12) 는 콘크리트 기저부에 부착되고, 선박의 적용에는 선저 (ship hull) 에 부착된다. 연성 댐퍼 (damper) 가 기저부 (12) 로의 엔진 진동의 전달을 방지하기 위해 기저부 (12) 와 엔진 블럭 (14) 사이에 제공될 수 있다. 예컨대 스프링인, 댐퍼가 장착 프레임으로의 진동 전달을 억제하기 위해 기저부 (12) 와 그의 장착 프레임 사이에 제공될 수 있다.
기저부 (12) 는 엔진의 가압된 차지 에어를 위한 에어 케이싱 (15) 을 포함한다. 에어 케이싱 (15) 은 기저부 (12) 와 일체로 된다. 에어 케이싱 (15) 은 저압 차지 에어를 위한 저압 공간 (16) 그리고 고압 차지 에어를 위한 고압 공간 (17) 을 포함한다. 저압 차지 에어를 위한 냉각기 (9) 는 저압 공간 (16) 에 구성되고 고압 차지 에어를 위한 냉각기 (11) 는 고압 공간 (17) 에 구성된다. 기저부 (12) 의 구조는 이하에 설명되는 실시형태에서 더 상세하게 설명된다.
엔진 (2) 의 운전 동안, 에어는 저압 압축기 (4) 로 유도되고, 이에 의해 그 압력은 약 4 바로 상승된다. 그 다음에, 저압 차지 에어는 저압 공간 (16) 으로 유도되고 여기서 이 차지 에어는 저압 차지 에어 냉각기 (9) 에 의해 냉각된다. 냉각된 차지 에어는 저압 공간 (16) 으로부터 고압 압축기 (7) 로 유도되고, 이에 의해 차지 에어의 압력은 약 8 바로 상승된다. 그 다음에, 고압 차지 에어는 고압 공간 (17) 으로 유도되고 이는 고압 차지 에어 냉각기 (11) 에 의해 냉각된다. 냉각된 고압 차지 에어는 고압 공간 (17) 으로부터 유도되어 실린더 (10) 에서 연소 에어로서 사용된다. 차지 에어는 엔진의 냉각수에 의해 냉각되고, 이는 차지 에어 냉각기 (9, 11) 로 공급된다. 실린더 (10) 로부터의 배기 가스는 고압 터빈 (8) 으로 그리고 그 이후에 저압 터빈 (5) 으로 운반된다. 고압 터빈 (8) 은 고압 압축기 (7) 를 구동시키고 저압 터빈 (5) 은 저압 압축기 (3) 를 구동시킨다.
도 2 및 도 3 에 따른 실시형태에서, 에어 케이싱 (15) 은 기저부 (12) 의 일단부에 구성된다. 에어 케이싱 (15) 은 저압 압축기 (5) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 저압 공간 (16), 그리고 고압 압축기 (8) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 고압 공간 (17) 을 에워싼다. 고압 차지 에어 냉각기 (11) 가 고압 공간 (17) 에 구성된다. 저압 차지 에어 냉각기 (9) 가 저압 공간 (16) 에 구성된다. 에어 케이싱 (15) 의 커버에는 저압 압축기 (4) 로부터 나오는 차지 에어를 저압 공간 (16) 으로 전달하기 위한 입구 (21) 그리고 저압 공간 (16) 으로부터의 냉각된 차지 에어를 배출하기 위한 출구 (22) 가 제공된다. 또한, 에어 케이싱 (15) 에는 고압 압축기 (7) 로부터 나오는 차지 에어를 고압 공간 (17) 으로 전달하기 위한 제 2 입구 (23) 가 제공된다. 에어 케이싱 (15) 에는 고압 공간 (17) 으로부터의 냉각된 차지 에어를 배출하기 위한 제 2 출구 (24) 가 제공된다. 입구 (21) 는 저압 압축기의 출구와 유동 연결되고 출구 (22) 는 고압 압축기의 입구와 유동 연결된다. 제 2 입구 (23) 는 고압 압축기 (7) 의 출구와 유동 연결되고 제 2 출구 (24) 는 실린더로 유도하는 차지 에어 채널과 유동 연결된다. 저압 터보 차저 (3) 가 에어 케이싱 (15) 에 의해 지지된다. 고압 터보 차저 (6) 가 엔진 블럭 (14) 상에 장착되는 브래킷에 수용된다. 기저부 (12) 는 엔진 윤활유를 위한 오일통 (18) 을 포함한다.
도 4 및 도 5 에 따른 실시형태에서, 에어 케이싱 (15) 은 저압 압축기 (5) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 연장된 저압 공간 (16) 그리고 고압 압축기 (8) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 연장된 고압 공간 (17) 을 포함한다. 저압 공간 (16) 은 기저부 (12) 의 한 측에 구성되고 고압 공간 (17) 은 기저부 (12) 의 다른 측에 구성된다. 기저부 (12) 의 한 측에 위치되는 저압 공간 (16) 의 일부는 기저부의 다른 측에 위치되는 고압 공간 (17) 의 일부와 나란하다. 게다가, 저압 공간 (16) 과 고압 공간 (17) 양 쪽의 양단부에는 기저부 (12) 의 단부와 나란한 단부 구역이 제공된다. 기저부 (12) 의 한 측에 위치되는 저압 공간 (16) 의 부분과 기저부 (12) 의 다른 측에 위치되는 고압 공간 (17) 의 부분은 관형이다. 저압 공간 (16) 과 고압 공간 (17) 은 엔진의 전체 길이에 걸쳐 뻗어있다. 엔진 윤활유를 위한 오일통 (18) 이 저압 공간 (16) 과 고압 공간 (17) 사이에 제공된다. 저압 차지 에어 냉각기 (9) 가 기저부 (2) 의 한 측에 위치되는 저압 공간 (16) 의 부분에 구성된다. 고압 차지 에어 냉각기 (11) 가 기저부 (12) 의 다른 측에 위치되는 고압 공간 (17) 의 부분에 구성된다. 고압 차지 에어 냉각기 (11) 및 저압 차지 에어 냉각기 (9) 는 엔진 (2) 의 냉각 액체 서킷에 연결된다.
저압 터보 차저 (3) 및 고압 터보 차저 (6) 는 엔진 (2) 의 대향하는 단부에 구성된다. 터보 차저 (3, 6) 는 엔진 블럭 (14) 상에 장착되는 브래킷에 놓인다. 저압 터보 차저 (3) 는 또한 기저부 (12) 에 지지될 수 있다. 에어 케이싱 (15) 에는 저압 압축기 (4) 로부터 나오는 차지 에어를 저압 공간 (16) 으로 전달하기 위한 입구 (21) 그리고 저압 공간 (16) 으로부터 냉각된 차지 에어를 배출하기 위한 출구 (22) 가 제공된다. 입구 (21) 는 저압 압축기 (4) 의 출구와 유동 연결되고 출구 (22) 는 고압 압축기 (7) 의 입구와 유동 연결된다. 입구 (21) 및 출구 (22) 는 저압 공간 (16) 의 대향하는 단부에, 즉 입구 (21) 는 저압 터보 차저 (3) 를 향하는 단부에 그리고 출구 (22) 는 고압 터보 차저 (6) 를 향하는 단부에 위치된다. 또한, 에어 케이싱 (15) 에는 고압 압축기 (7) 로부터 나오는 차지 에어를 고압 공간 (17) 으로 전달하기 위한 제 2 입구 (23) 그리고 고압 공간 (17) 으로부터 냉각된 차지 에어를 배출하기 위한 제 2 출구 (24) 가 제공된다. 제 2 입구 (23) 는 고압 압축기 (7) 의 출구와 유동 연결되고 제 2 출구 (24) 는 실린더로 유도하는 차지 에어 채널과 유동 연결된다. 제 2 입구 (23) 와 제 2 출구 (24) 는 고압 공간 (17) 의 대향하는 단부에, 즉 제 2 입구 (23) 는 고압 터보 차저 (6) 를 향하는 단부 그리고 제 2 출구 (24) 는 저압 터보 차저 (3) 를 향하는 단부에 위치된다.
도 6 에 따른 실시형태에서, 에어 케이싱 (15) 이 기저부 (12) 의 단부에 수용된다. 에어 케이싱 (15) 은 저압 압축기 (4) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 저압 공간 (16) 을 포함한다. 저압 차지 에어 냉각기 (9) 는 모듈식이다. 냉각기 (9) 는 에어 케이싱 (15) 에 제거 가능하게 구성된다. 냉각기 (9) 는 에어 케이싱 (15) 에 장착될 수 있고 에어 케이싱 (15) 을 개방하지 않으면서 이로부터 제거될 수 있다.
본 발명은 상기 설명된 실시형태로 제한되지 않으며, 몇몇 변형예가 첨부된 청구항의 범위 내에서 가능하다. 차징은 2 개의 별개의 스테이지 대신 하나의 스테이지로 수행될 수 있다. 이러한 경우, 에어 케이싱에 단지 하나의 압력 수준의 차지 에어를 위한 공간이 있다.
도 4 및 도 5 에 따른 실시형태에서, 에어 케이싱은 기저부의 단지 한 측에 구성될 수 있다. 이러한 경우, 에어 케이싱에 차지 에어 냉각기 및 단지 하나의 압력 레벨의 차지 에어를 위한 공간이 있다. 차징이 2 개의 스테이지로 수행된다면, 기저부의 측에 위치되는 에어 케이싱에 차지 에어 냉각기 및 저압 차지 에어를 위한 공간이 있을 수 있다. 고압 차지 에어를 위한 냉각기는 엔진 블럭 상에 장착되는 브래킷에 놓인다.
또한 다른 엔진 기능이 기저부 (12) 와 일체로 될 수 있다. 예컨대, 우회 채널 및/또는 웨이스트 게이트 (wastegate) 의 밸브가 기저부 (12) 상에 지지될 수 있다. 웨이스트 게이트 및/또는 우회 채널은 기저부 (12) 와 일체로 될 수 있다. 배기 가스가 단지 하나의 터빈 또는 양쪽 터빈 (5, 8) 을 지나는 웨이스트 게이트 채널을 따라 유도된다. 가압된 차지 에어는 엔진을 지나 배기 가스 채널 안으로 우회 채널을 따라, 터빈 (5, 8) 중 하나의 이전의 위치로 유도된다. 우회 채널의 입구 개구는, 차지 에어의 유동 방향으로, 저압 압축기 (4) 와 고압 압축기 (7) 사이에 또는 고압 압축기 (7) 이후의 위치에 구성된다. 우회 채널의 입구 개구는 차지 에어 냉각기 (9, 11) 이전 또는 이후에 위치될 수 있다. 유사하게는, 우회 채널의 출구 개구는, 차지 에어의 유동 방향으로, 고압 터빈 (8) 이전의 위치에 또는 고압 터빈 (8) 과 저압 터빈 (5) 사이에 구성된다.
차지 에어의 습윤 (moistening) 을 위해 사용되는 장치의 물 공급 채널은 기저부 (12) 와 일체로 될 수 있다. 차지 에어를 위한 액적 분리기가 기저부 (12) 와 일체로 될 수 있다. 또한, 엔진의 냉각수 채널이 기저부 (12) 와 일체로 될 수 있다. 공기 웨이스트 게이트 채널이 기저부 (12) 와 일체로 될 수 있다. 가압된 차지 에어는 공기 웨이스트 게이트 채널을 통하여 유도되어 실린더의 외측에서 사용된다.

Claims (11)

  1. 피스톤 엔진 (2) 의 엔진 블럭이 장착될 수 있는, 대형 터보 차저 부착 피스톤 엔진 (2) 용 기저부 (12) 에 있어서, 상기 기저부 (12) 는 가압된 차지 에어를 위한 에어 케이싱 (15) 을 포함하고, 상기 에어 케이싱 (15) 내에 차지 에어 냉각기 (9, 11) 가 구성되고,
    상기 에어 케이싱 (15) 은 저압 차지 에어를 위한 저압 공간 (16) 그리고 고압 차지 에어를 위한 고압 공간 (17) 을 포함하고, 상기 저압 공간 (16) 에는 저압 차지 에어 냉각기 (9) 가 제공되고 상기 고압 공간 (17) 에는 고압 차지 에어 냉각기 (11) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 케이싱 (15) 은 기저부 (12) 의 단부에 구성되는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 케이싱 (15) 은 기저부 (12) 의 한 측에 구성되는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 에어 케이싱 (15) 은 기저부 (12) 의 양측에 구성되는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기저부 (12) 의 한 측의 에어 케이싱 (15) 은 저압 차지 에어를 위한 저압 공간 (16) 과 저압 차지 에어를 위한 냉각기 (9) 를 포함하고 상기 기저부 (12) 의 다른 측의 에어 케이싱 (15) 은 고압 차지 에어를 위한 고압 공간 (17) 과 고압 차지 에어를 위한 냉각기 (11) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  7. 제 6 항에 있어서, 엔진 윤활유를 위한 오일통이 저압 공간 (16) 과 고압 공간 (17) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 차지 에어 냉각기는 에어 케이싱 (15) 을 개방하지 않으면서 그 위치로부터 제거될 수 있고 그 위치에 수용될 수 있는 것을 특징으로 하는 기저부 (12).
  9. 터보 차저 (6) 가 제공되는 피스톤 엔진 (2) 을 포함하는 피스톤 엔진 구성 (1) 에 있어서, 상기 구성은 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 기저부 (12) 를 포함하고 상기 기저부에 피스톤 엔진 (2) 의 엔진 블럭이 장착되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진 구성 (1).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 피스톤 엔진 (2) 에 연결되는 발전기 세트 (13) 가 기저부 (12) 에 장착되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진 구성 (1).
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 피스톤 엔진 (2) 에는 저압 터보 차저 (3) 와 고압 터보 차저 (6) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진 구성 (1).
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