KR102159854B1

KR102159854B1 - 고출력을 위한 에어 챔버 구조를 가지는 v-형 엔진

Info

Publication number: KR102159854B1
Application number: KR1020160113762A
Authority: KR
Inventors: 임철영; 김훈석; 김기훈
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2020-09-24
Also published as: KR20180026887A

Abstract

본 발명은 엔진에서 실린더에 흡기를 공급하는 통로로 제공되는 에어 챔버 구조를 엔진 고출력화에 대응하여 충분한 용적의 챔버 공간을 확보할 수 있도록 한 고출력 엔진을 위한 에어 챔버 구조를 가지는 V-형 엔진에 관한 것이다.
본 발명에 따른 V-형 엔진은, V-형 다기통 엔진의 엔진으로서, 좌우 양측에 'V-자' 모양으로 배치되는 좌우 실린더 보어(102)(102)가 형성되는 엔진 블록(100); 상기 좌우 실린더 보어(102)(102)에 설치되는 실린더 라이너(200); 상기 좌우 실린더 보어(102)(102) 사이에 둘레 벽부(110)를 길이 방향으로 연장하는 것에 의해 흡기가 1차적으로 모이는 공간을 제공하며, 상면부(114)에 상향 개방된 상하 연결 통로(116)가 형성되는 하부 제1 챔버(112); 상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114) 위에 탑재되고 상기 상하 연결 통로(116)를 통해 하부 제1 챔버(112)와 통하여 흡기가 2차적으로 모이는 상부 제2 챔버(402)를 추가로 제공하며 상부 좌우에 흡기 출구(420)(420)가 형성되는 확장 헤드 커버(400); 상기 좌우의 흡기 출구(420)(420)에 흡기 포트(302)를 통해 연결되는 실린더 헤드(300); 를 포함한다.

Description

고출력을 위한 에어 챔버 구조를 가지는 V-형 엔진{V-type Engine For High Power Engine}

본 발명은 엔진에서 실린더에 흡기를 공급하는 통로로 제공되는 에어 챔버 구조를 엔진 고출력화에 대응하여 충분한 용적의 챔버 공간을 확보할 수 있도록 한 고출력 엔진을 위한 에어 챔버 구조를 가지는 V-형 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 선박 추진용, 해양 플랜트, 육상 플랜트 등에 적용되는 V-형 다기통 대형 엔진은, 높이가 수미터에 이르고 V-형 엔진 블록의 양쪽에 각각 6~9기통씩의 실린더가 일렬로 늘어서는 등 규모가 큰 것부터 소형 선박용과 같이 비교적 규모가 작은 것까지 있다.

이러한 엔진은 그 설치공간이 협소하고 매우 제한적이므로, 구조적으로 단순하고 크기를 최소화할 수 있는 엔진이 요구되고 있다.

그런데 다른 한편으로는, 같은 크기의 엔진에 대해서는 출력을 극대화하려는 요구가 점차로 확대되고 있다.

따라서, 본 발명자들은 엔진의 크기를 그대로 유지하거나 크기의 증가를 최소화하면서도 고출력 엔진을 구현하기 위한 노력과 연구를 진행해 오고 있다.

고출력화를 실현하기 위한 다양한 방안 중 하나로서, 실린더의 보어(Bore) 지름은 동일하게 유지하고 행정거리(stroke)를 증가시킴으로써 유효일을 증대시키는 방안이 모색되고 있다.

행정거리가 증가하면 그만큼 많은 공기를 공급해 주어야 하므로 에어 챔버의 체적을 증가시킬 수밖에 없어서 엔진의 크기가 커지게 된다.

이러한 관점에서 종래의 V-형 엔진에서는, 각 실린더에 흡기를 공급하기 위한 에어 챔버(air chamber), 실린더 라이너 및 실린더 해드의 냉각을 위한 엔진 냉각수 공급 및 배출 관로, 연소후 배기가스를 배출하기 위한 배기 관로 들을 V-자 모양으로 늘어선 좌우 실린더 사이의 중앙 부분의 공간을 활용하여 배치하는 한편, 공기 공급 관로, 냉각수 관로, 배기 관로 들의 구조를 단순화하는 방향으로 설계하고 있다.

첨부도면 1 및 2는 종래의 V-형 다기통 엔진의 일례를 나타내는 것으로서, 도 1에는 단면도가 도시되어 있고, 도 2에 사시도가 도시되어 있다. 도 1에서, 좌우 중앙을 기준으로, 오른쪽은 실린더 라이너(20)의 중심을 기준으로 절단한 단면 모양을 도시하였고, 왼쪽은 흡기 포트(32)의 중심을 기준으로 절단한 단면 모양을 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 V-형 엔진은, 엔진 블록(10)의 좌우 양측에 'V-자' 모양으로 실린더 라이너(20)와 워터 재킷(30)이 배치되고, 실린더 라이너(20)와 워터 재킷(30)의 상부에 실린더 헤드(40)가 탑재되어 있다.

그리고 양쪽의 실린더 라이너(20) 사이의 공간을 활용하여 에어 챔버(14)를 배치함으로써 엔진 크기가 증가하는 것을 최소화하고 있다.

에어 챔버(14)의 상부에는 흡기 포트(32, 42)가 연결된다. 더 자세하게, 흡기 포트(32)는 워터 재킷(30)에 형성되고, 흡기 포트(42)는 실린더 헤드(40)에 형성된다.

흡기는 에어 챔버(14)로 들어온 다음, 기통별 흡기 포트(32, 42)를 통해 각 실린더의 연소실로 유입된다.

또한, 워터 재킷(30)과 실린더 헤드(40)에는 연소실 부분을 냉각하기 위해 냉각수 유입통로(34)와 냉각수 배출통로(44)가 형성되어 있다. 냉각수 유입통로(34)를 통해 공급된 냉각수는 실린더 라이너(20)의 헤드 부분에 형성된 나선형 냉각수 통로를 지나면서 연소실 부분을 냉각한 다음, 실린더 헤드의 냉각수 통로를 거치면서 실린더 헤드를 냉각한 후 냉각수 배출통로(44)로 빠져나간다.

이처럼, 도 1 내지 도 2에 도시된 V-형 다기통 엔진은, 'V-자' 모양으로 배치되는 좌우 양쪽의 실린더 라이너(20) 사이의 공간에 에어 챔버(14)를 배치함으로써, 엔진 크기를 증가시키지 않고 흡기 공급 공간을 확보할 수 있도록 개선한 것이지만, 엔진 고출력화에 대한 새로운 요구를 충분히 수용할 수 있는 엔진으로 개조할 필요가 발생하였다.

그런데 위와 같이, 좌우 양쪽의 실린더 사이에 에어 챔버(14)를 구비한 형태의 V-형 엔진의 경우에는, 피스톤 스커핑(scuffing) 문제 등에 따른 좌우 뱅크 각도(bank angle)의 제한으로 인해 중간의 에어 챔버(14)의 체적을 증가시키기에 한계가 있고, 뱅크 각도를 증가시켜 에어 챔버 공간을 확장시키기에는 에어 챔버 내부의 압력 맥동, 실린더간 연소 관련 인자(예; 흡기량, 흡기 온도, 연소실 최대 압력, 연소 온도)의 편차 발생 등과 같은 엔진 성능에 예측하기 어려운 부정적인 영향의 원인이 될 수 있다.

공개특허공보 제10-2016-0026406호 공개특허공보 제10-2014-0075926호

이에, 본 발명은 엔진의 크기를 증가시키지 않으면서 엔진 고출력화에 대응하여 충분한 용적의 에어 챔버 공간을 확보할 수 있는 구조의 V-형 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 V-형 엔진은, V-형 다기통 엔진의 엔진으로서, 좌우 양측에 'V-자' 모양으로 배치되는 좌우 실린더 보어(102)(102)가 형성되는 엔진 블록(100); 상기 좌우 실린더 보어(102)(102)에 설치되는 실린더 라이너(200); 상기 좌우 실린더 보어(102)(102) 사이에 둘레 벽부(110)를 길이 방향으로 연장하는 것에 의해 흡기가 1차적으로 모이는 공간을 제공하며, 상면부(114)에 상향 개방된 상하 연결 통로(116)가 형성되는 하부 제1 챔버(112); 상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114) 위에 탑재되고 상기 상하 연결 통로(116)를 통해 하부 제1 챔버(112)와 통하여 흡기가 2차적으로 모이는 상부 제2 챔버(402)를 추가로 제공하며 상부 좌우에 흡기 출구(420)(420)가 형성되는 확장 헤드 커버(400); 상기 좌우의 흡기 출구(420)(420)에 흡기 포트(302)를 통해 연결되는 실린더 헤드(300); 를 포함한다.

본 발명에 따른 V-형 엔진에서, 상기 하부 제1 챔버(112)를 제공하는 상기 둘레 벽부(110) 및 상면부(114)는 상기 엔진 블록(100)의 일부로서 단일체로 주조된다.

본 발명에 따른 V-형 엔진에서, 상기 하부 제1 챔버(112)의 상부 좌우 양측에는, 좌우 양측의 실린더 라이너(200)와 실린더 헤드(300)로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유입 통로(120)를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 V-형 엔진에서, 상기 확장 헤드 커버(400)는, 그것의 중앙 상부에 상기 실린더 헤드(300)를 나온 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출 통로(430)를 형성하고, 그것의 좌우 양측에 상기 좌우 양측의 실린더 헤드(300)의 냉각수 출구와 연결되는 냉각수 연결 통로(440)를 형성한 구조를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 V-형 엔진에서, 상기 상하 연결 통로(116)는 상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)에 길이 방향으로 복수 개로 구획하여 형성하고, 상기 확장 헤드 커버(400)는 상기 복수 개로 구획된 각 상하 연결 통로(116)에 대응하여 복수 개의 커버로 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 V-형 엔진에서, 상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)는 수평면으로 이루어지고, 상기 확장 헤드 커버(400)는 몸통(410)의 아래에 상기 상면부(114)에 장착하기 위한 장착 플랜지(412)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 좌우 양쪽 실린더 사이의 공간에 하부 제1 챔버와 상부 제2 챔버를 마련하는 것에 의해, 엔진 고출력화에 대응하여 많은 양의 흡기를 제공하기 위한 충분한 체적의 에어 챔버가 확보된다.

따라서, 엔진의 외관 크기의 증가나 복잡한 구조 변경을 회피하면서 엔진 출력 증대에 대응할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 좌우 양쪽의 실린더 사이의 공간 부분에 하부 제1 챔버 및 상부 제2 챔버를 확보함과 더불어, 냉각수 유입 통로 및 냉각수 배출 통로까지 집중적으로 배치할 수 있음으로써, 엔진의 크기 증가 없이 출력 증대를 위한 에어 챔버 공간을 확보할 수 있으면서도 엔진의 전체적인 구조를 더욱 단순화할 수 있다.

도 1은 종래의 V-형 다기통 엔진의 일례를 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 다기통 엔진의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 V-형 다기통 엔진의 단면도이다.
도 4는 도 3의 다기통 엔진의 사시도이다.
도 5는 도 3의 종단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 V-형 다기통 엔진의 엔진 블록과 확장 헤드 커버를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 확장 헤드 커버의 외면 형태를 자세하게 나타내는 확대 사시도이다.
도 8은 도 7의 확장 헤드 커버의 내면 형태를 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 V-형 다기통 엔진을 나타내는 것으로서, 도 3에는 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 종단면도가 도시되어 있으며, 도 6에는 엔진 블록과 확장 헤드 커버를 분리하여 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 V-형 엔진은, 엔진 블록(100)의 좌우 양측에 좌우 실린더 보어(102)(102)가 'V-자' 모양을 취하여 배치되고, 각각의 실린더 보어(102)(102)에는 실린더 라이너(200)가 설치되며, 실린더 라이너(200)의 상면에는 실린더 헤드(300)가 탑재된다.

엔진 블록(100)의 좌우 실린더 보어(102)(102) 사이에는, 도 3에 도시된 것과 같이 폐곡선 모양으로 둘레를 형성한 둘레 벽부(110)를, 도 4 내지 도 5에 도시된 것과 같이 엔진 블록(100)의 길이방향으로 연장하는 것에 의해 흡기가 1차적으로 모이는 공간인 하부 제1 챔버(112)가 제공된다.

이러한 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)는 상향 개방된 상하 연결 통로(116)가 형성되며, 그로써 하부 제1 챔버(112)에 유입된 흡기는 상하 연결 통로(116) 통해 연소실 방향으로 공급된다.

하부 제1 챔버(112)의 상면부(114) 위에는 확장 헤드 커버(400)가 탑재된다. 확장 헤드 커버(400)는 흡기가 2차적으로 모이는 공간인 상부 제2 챔버(402)를 추가로 제공한다. 확장 헤드 커버(400)의 상부 좌우에는 양쪽 실린더로 흡기를 내보내기 위한 흡기 출구(420)(420)가 형성된다.

좌우의 흡기 출구(420)(420)에는 좌우 실린더 헤드(300)의 흡기 포트(302)(30)가 연결된다.

흡기는 하부 제1 챔버(112)의 체적에 상부 제2 챔버(402)의 체적을 합하여 확보된 확장된 공간에 유입된 후, 흡기 출구(420)(420)와 흡기 포트(302)(302)를 통해 좌우 실린더 헤드(300)의 연소실로 공급된다. 이러한 구조에 의하면, 엔진의 외관 크기의 증가 없이 상부 제2 챔버(402)에 의해 확장된 공간만큼 더 많은 흡기가 확보됨으로써, 단순한 구조에 의해 엔진 출력 증대(예: 행정 체적의 증가)에 충당하기 위한 충분한 흡기를 제공할 수 있게 된다.

본 발명에서, 하부 제1 챔버(112)를 제공하는 둘레 벽부(110) 및 상면부(114)는 엔진 블록(100)의 일부로서 단일체로 주조하여 제공하는 것에 의해 엔진 블록 및 엔진의 구조적 단순화를 구현할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 제1 챔버(112)의 상부 좌우 양측에는, 좌우 양측의 실린더 라이너(200)와 실린더 헤드(300)로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유입 통로(120)가 함께 형성된다.

냉각수 유입 통로(120)로 공급된 냉각수는 실린더 라이너(200)의 상부에 나선 모양 등으로 형성된 냉각수 통로(202)를 지나면서 실린더 라이너(200)의 상부 연소실 주변을 냉각시킨 다음, 실린더 헤드(300) 내부로 들어가서 냉각시킨다.

확장 헤드 커버(400)의 중앙 상부에는, 이처럼 실린더 헤드(300)를 냉각하고 나오는 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출 통로(430)가 함께 형성된다.

위와 같이, 좌우 양쪽의 실린더 보어(102) 사이의 공간 부분에 하부 제1 챔버(112) 및 상부 제2 챔버(402)를 배치함과 더불어, 냉각수 유입 통로(120) 및 냉각수 배출 통로(430)까지 집중적으로 배치함으로써, 엔진의 크기 증가 없이 출력 증대를 위한 에어 챔버 공간을 확보할 수 있으면서도 엔진의 전체적인 구조를 더욱 단순화할 수 있다.

다음으로, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상하 연결 통로(116)는 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)에 길이 방향으로 복수 개로 구획하여 형성하고, 그것에 맞추어 확장 헤드 커버(400)는 이처럼 복수 개로 구획된 각 상하 연결 통로(116)에 대응하여 복수 개의 커버로 구비할 수 있다.

이처럼 상하 연결 통로(116)를 복수 개로 나누어 형성하면, 이웃하는 상하 연결 통로(116)와 상하 연결 통로(116) 사이에 블록이 연결되므로 엔진 블록(100)이 구조적으로 취약해지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 확장 헤드 커버(400)를 복수 개로 구비하여 장착하면, 확장 헤드 커버(400)의 제조, 운반, 관리, 조립 등의 과정이 쉽고 편리하다.

도 7 내지 도 8에는 확장 헤드 커버(400)의 구성이 자세하게 도시되어 있다.

도 7 내지 도 8을 참조하면, 앞에서 설명한 바와 같이, 확장 헤드 커버(400)는 하부 제1 챔버(112)에 더하여 흡기가 2차적으로 모이는 공간이 상부 제2 챔버(402)를 제공하기 위해 소정의 체적을 가지는 몸통부(410)를 가진다.

이러한 확장 헤드 커버(400)의 상부 좌우에는, 양쪽 실린더로 흡기를 내보내기 위한 흡기 출구(420)(420)가 형성된다. 좌우의 흡기 출구(420)(420)에는 좌우 실린더 헤드(300)의 흡기 포트(302)(302)가 연결된다(도 3 참조).

확장 헤드 커버(400)의 중앙 상부에는, 이처럼 실린더 헤드(300)를 냉각하고 나오는 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출 통로(430)가 함께 형성된다. 냉각수 배출 통로(430)에는 좌우 양측의 실린더 헤드(300)의 냉각수 출구가 연결되어, 좌우의 실린더 헤드(300)를 냉각하고 나온 냉각수가 모여 빠져나간다.

실린더 헤드(300)의 냉각수 출구와 연결하기 위해, 확장 헤드 커버(400)의 좌우 양측에는 냉각수 연결 통로(440)가 형성된다. 냉각수 연결 통로(440)는 몸통(410)을 가로질러서 냉각수 배출 통로(430)에 연결된다. 결국, 실린더 헤드(300)의 냉각수 출구는 냉각수 연결 통로(440)를 통해 냉각수 배출 통로(430)와 연결된다.

한편, 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)는 수평면으로 구성하는 것이 주조와 가공에 유리하며, 더 나아가서는 확장 헤드 커버(400)의 장착도 정확하고 편리하게 할 수 있다. 이에 대응하여, 확장 헤드 커버(400)는, 그것의 몸통(410) 아래에 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)에 장착하기 위한 수평면을 가지는 장착 플랜지(412)가 형성된다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

100: 엔진 블록
102: 실린더 보어
110: 둘레 벽부
112: 제1 챔버
114: 상면부
116: 상하 연결 통로
120: 냉각수 유입 통로
200: 실린더 라이너
202: 냉각수 통로
300: 실린더 헤드
302: 흡기 포트
400: 확장 헤드 커버
402: 제2 챔버
410: 몸통
412; 장착 플랜지
420: 흡기 출구
430: 냉각수 배출 통로
440: 냉각수 연결 통로

Claims

V-형 다기통 엔진의 엔진으로서,
좌우 양측에 'V-자' 모양으로 배치되는 좌우 실린더 보어(102)(102)가 형성되는 엔진 블록(100);
상기 좌우 실린더 보어(102)(102)에 설치되는 실린더 라이너(200);
상기 좌우 실린더 보어(102)(102) 사이에 둘레 벽부(110)를 길이 방향으로 연장하는 것에 의해 흡기가 1차적으로 모이는 공간을 제공하며, 상면부(114)에 상향 개방된 상하 연결 통로(116)가 형성되는 하부 제1 챔버(112);
상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114) 위에 탑재되고 상기 상하 연결 통로(116)를 통해 하부 제1 챔버(112)와 통하여 흡기가 2차적으로 모이는 상부 제2 챔버(402)를 추가로 제공하며 상부 좌우에 흡기 출구(420)(420)가 형성되는 확장 헤드 커버(400); 및
상기 좌우의 흡기 출구(420)(420)에 흡기 포트(302)를 통해 연결되는 실린더 헤드(300); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 V-형 엔진.
제1항에서,
상기 하부 제1 챔버(112)를 제공하는 상기 둘레 벽부(110) 및 상면부(114)는 상기 엔진 블록(100)의 일부로서 단일체로 주조된 것임을 특징으로 하는 V-형 엔진.
제1항에서,
상기 하부 제1 챔버(112)의 상부 좌우 양측에는, 좌우 양측의 실린더 라이너(200)와 실린더 헤드(300)로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유입 통로(120)가 형성되는 것을 특징으로 하는 V-형 엔진.
제1항에서,
상기 확장 헤드 커버(400)는,
중앙 상부에, 상기 실린더 헤드(300)를 나온 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출 통로(430)가 형성되고,
좌우 양측에, 상기 좌우 양측의 실린더 헤드(300)의 냉각수 출구와 연결되는 냉각수 연결 통로(440)가 형성되는 것을 특징으로 하는 V-형 엔진.
제1항에서,
상기 상하 연결 통로(116)는 상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)에 길이 방향으로 복수 개로 구획되어 형성되고, 상기 확장 헤드 커버(400)는 상기 복수 개로 구획된 각 상하 연결 통로(116)에 대응하여 복수 개의 커버로 구비되는 것을 특징으로 하는 V-형 엔진.
제1항 또는 제5항에서,
상기 하부 제1 챔버(112)의 상면부(114)는 수평면으로 이루어지고, 상기 확장 헤드 커버(400)는 몸통(410)의 아래에 상기 상면부(114)에 장착하기 위한 장착 플랜지(412)를 구비하는 것을 특징으로 하는 V-형 엔진.