KR19980063585A - 디젤 엔진 - Google Patents

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KR19980063585A
KR19980063585A KR1019970060406A KR19970060406A KR19980063585A KR 19980063585 A KR19980063585 A KR 19980063585A KR 1019970060406 A KR1019970060406 A KR 1019970060406A KR 19970060406 A KR19970060406 A KR 19970060406A KR 19980063585 A KR19980063585 A KR 19980063585A
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piston
slider
cylinder liner
diesel engine
cylinder
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KR1019970060406A
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젠더헤르베르트
유스트크리스티안
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아에베를리한스카스파
베르트질레엔에스데슈바이츠아게
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Abstract

피스톤(20)이 그 내부에서 운동하는 실린더라이너(21)를 포함하는 디젤 엔진은 실린더라이너(21)의 하측말단에 인접하고 실린더라이너(21)와 함께 슬라이드밸브를 형성하는 슬라이더(24)를 가진다. 상기 슬라이더(24)는 하부 사점 영역 내에서 피스톤(20)의 운동과 함께 실린더라이너(21)로부터 멀어지게 이동하고, 환형 개구부를 가지며, 배기 갭(210)은 실린더공간(22)으로 배기 공기를 공급하기 위하여 실린더라이너(21)와 슬라이더(24) 사이에 형성된다. 배기 갭(210)은 피스톤(20)이 상부 사점 방향으로 이동 할 때 다시 닫힌다. 이러한 디젤 엔진의 구조는, 선박과 발전용 발전설비에 사용되는 것과 같은, 저속으로 가동하며 스트로크가 긴 2 스트로크 디젤 엔진에 특히 적합하다. 신규의 구조에 있어서, 크랭크샤프트 하우징 공간에 대한 실(12)은 생략될 수 있고, 엔진의 더 낮은 설계를 가능하게 한다.

Description

디젤 엔진
본 발명은 특허청구범위에서의 독립청구항 1의 전제부에 따른 디젤 엔진에 관한 것이다.
선박과 발전설비에서 사용되는 것과 같이, 종래 구조의 대형 2 스트로크(two-stroke) 디젤 엔진은 대부분 크로스헤드를 가진다. 크랭크샤프트를 구동하는, 이른바 연결봉은 크랭크샤프트와 크로스헤드 사이에 배설된다. 피스톤의 직선 왕복운동을 크로스헤드에 전달하는, 이른바 피스톤봉은 크로스헤드와 피스톤 사이에 배설된다.
최근의 대형 2 스트로크 디젤 엔진은 대부분 작동 실린더의 길이방향 배기(또는 플러싱(flushing)) 기능을 가지는데, 즉 피스톤이 이러한 배기 슬릿보다 하부에 오게되면 즉시 실린더 라이너 내에 고정된 배기 슬릿을 경유하여 배기용 공기가 실린더 공간 속으로 들어간다. 사용되지 않은 신선한 배기용 공기가, 실린더 라이너 내의 배기 슬릿과 연소 체임버를 통하여 흘러서, 실린더커버 내의 하나 이상의 배출밸브를 통하여 폐가스를 배기시스템 내부로 밀어준다.
피스톤이 배기 슬릿보다 상부에 위치할 때는 배기용 공기는 크랭크샤프트 하우징 공간 내부로 방해받지 않고 유입되고 빠져나갈 수 있었다. 이것을 막기위하여 피스톤 공간 밑에 놓인 피스톤부는 글랜드실(gland seal)로 지칭되거나 또는 패킹 혹은 스터핑(stuffing)박스실로서 알려진 실에 의해 밀봉된다. 피스톤봉을 이러한 실 내에서 운동한다.
피스톤에 대한 오일 냉각기능을 구비하는 엔진에 있어서, 냉각유는 피스톤봉에 있는 채널을 경유하여 피스톤으로 이송되고 다시 인출된다.
본 발명의 목적은 무엇보다도, 실이 없더라도 배기되는 공기가 크랭크샤프트 하우징 공간 내부로 흘러들어 가지 않는 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 이와 같은 종류의 엔진은 독립청구항 1의 특징부에 개시되는 특징을 가진다. 종속항들은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.
도 1은 실린더 라이너의 하부에 배기용 갭과 실(seal)을 구비한 종래기술에 의한 엔진의 단면 개략도.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 신규한 엔진의 동작과 기능의 방식과 작용을 실린더 내에서의 피스톤과 슬라이더의 여러 가지 위치와 관련하여 설명하는 단면 개략도.
본 발명에 의한 엔진은 실이 제외될 때는 보다 낮은 구조로 만들어질 수 있다. 이것은 특히 수리와 서비스작업을 위해 필요한 엔진 상부의 자유공간이 상대적으로 작은 선박 엔진에 있어서 유리하다. 피스톤봉이 여러개의 부분으로 만들어지는 경우에, 엔진 상부의 자유공간의 높이가 낮을 때에도 상기 피스톤봉의 제거 및 장착 또는 교체가 가능하게 된다.
피스톤이 왕복운동을 하는 실린더라이너를 구비한 디젤 엔진은 실린더라이너의 하단에 접하고 실린더라이너와 함께 슬라이드밸브를 형성하는 슬라이더를 포함한다. 상기 슬라이더는 피스톤의 운동과 함께 하부의 사점(死点: dead center)영역에서 실린더로부터 이격되어, 실린더라이너와 슬라이더 사이에 환상개구부인 배기갭을 형성함으로써 배기용 공기가 실린더 공간에 공급된다. 상기 배기갭은 피스톤이 상부 사점 방향으로 이동할 때 다시 닫힌다. 디젤 엔진의 이러한 신규한 구조는, 선박 및 발전용 발전설비에 사용되는 엔진과 같이 저속 운전의 스트로크가 긴 2 스트로크 대형 엔진에 있어서 특히 적합하다. 신규한 구조에 있어서 엔진 공간에 대한 실은 생략될 수 있고, 따라서 엔진의 높이를 더욱 낮게 할 수 있다.
본 발명은 종래의 디젤 엔진과 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부하는 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
종래기술에 의한 도 1의 크로스헤드(도시되지 않음)를 구비하는 디젤 엔진에 있어서, 피스톤(10)은 실린더라이너(11) 내에서 운동한다. 실린더라이너(11)는 그 최하단부에, 피스톤이 하부 사점에 위치할 때 피스톤에 의해서 열리게 되어 있는 배기슬릿(110)을 가진다. 다음에 배기 공기는 환형공간(110')으로부터 연소 체임버 내부로 흐른다(화살표). 피스톤(10)의 하부에 위치하는 상기 환형공간(110')부분은 실(12)에 의하여 크랭크샤프트 하우징 공간, 즉 엔진 공간(110'')으로부터 밀봉된다. 상기 피스톤과 크로스헤드(도시되지 않음) 사이에 배설되는 피스톤봉(13)은 상기 실(12) 안에서 움직인다.
크로스헤드(도시되지 않음)를 구비하는 도 2 내지 도 4의 디젤 엔진은 본 발명에 의해 설계된다. 실린더라이너(21)는 하측 영역에 배기 슬릿을 가지지 않는다. 그 대신에, 피스톤(20)의 운동과 함께 상하로 왕복운동하는 실린더라이너(21)의 베이스에 인접하는 배기 슬라이더 즉 슬라이더부재(24)가 배설된다. 피스톤의 왕복운동 중에 실린더라이너(21)와 슬라이더(24)의 사이에 배기갭(210)이 개폐를 반복하고, 그 배기갭을 통하여 배기 공기가 상기 실린더라이너와 실린더 공간(22)과 연소 체임버를 통과하여 흐른다.
가이드요소(2124)(도 4에만 나타냄)는 실린더라이너(21)와 슬라이더(24)의 사이에 배설될 수 있고 피스톤링(205)에 대한 가이드 및 지지요소로서 역할을 한다. 여기서, 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 가이드요소(2124)는 실린더라이너(21)에 견고하게 고정될 수 있고, 또는 슬라이더(24)에 고정되어 그것의 왕복운동에 동참할 수 있다.
환상 피스톤셔트(piston shirt)(201)는 피스톤(20)에 고정된다. 피스톤셔트(201)를 구비하는 피스톤(20)은 피스톤봉(23)에 연결된다. 냉각유는 채널(230)을 거쳐 피스톤(20)의 내부로 펌핑된다. 노즐(202)은 냉각유를 피스톤의 베이스에 있는 냉각개구(203) 속으로 분사한다. 본 발명에 따른 엔진에 있어서, 종래설계의 엔진에서의 냉각유 복귀로서 예를 들면, 피스톤봉의 제2 채널 내에서 냉각유가 상기와는 달리 런오프채널(run-off channel)(204)을 통하여 엔진공간 속으로 복귀시킬 수 있다. 한편으로는 도 2에서, 또 다른 한편으로는 도 3 및 도 4에서, 런오프채널(204)은 상이하게 배열된다.
슬라이더(24)의 운동과 작동 모드는 본 발명에 따른 대젤엔진을 개략적으로 예시하는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된다. 도 2로부터 도 4의 순으로 피스톤(20)은 하향이동하고, 반대로 도 4로부터 도 2의 순으로는 상향이동한다.
여기에서 설명되는 원리는, 2 스트로크 크로스헤드 엔진의 피스톤봉 실 대신에 이동가능한 슬라이더(24)를 사용하여 크랭크샤프트 하우징공간에 대한 배기용 공기체임버의 밀봉을 실행하는 아이디어를 추구하는 것이다. 실린더라이너(11)의 하측 말단에 배기 슬릿(110)(도 1)을 구비한 종래에 공지된 설계와는 상이하게, 배기 슬라이더(24), 즉 실린더라이너(21)의 이동가능한 하측 연장부는 피스톤(20)의 운동과 관련하여 배기 슬릿의 기능과 피스톤봉 실의 기능을 수행한다.
실린더의 길이방향 축에 관하여 이동가능한 배기 슬라이더(24)는 실린더라이너의 하측 말단에 위치한다. 상기 슬라이더(24)는 실린더라이너(21)의 하측 말단에 대향하고 환상체임버 방향으로 형성되는 공기스프링(209)에 의하여 가압된다.
하측 제어 에지(edge)(206)를 구비하는 피스톤(20)이 슬라이더의 상대방 에지(241) 방향으로 이동하게 되면, 슬라이더(24)는 피스톤(20)과 함께 서서히 움직이기 시작한다. 피스톤(20)과 함께 움직이는 상기 슬라이더(24)는 실린더라이너(21)로부터 아래쪽으로 멀어지게 이동한다. 실린더라이너(21)와 슬라이더(24)의 사이에 링갭(ring gap)(210)이 열리고, 이 갭을 통하여 배기용 공기(화살표)가 배기공기 체임버로부터 실린더공간(22), 즉 연소체임버 속으로 흐를 수 있다. 상기 링갭(210)은 그 내부의 피스톤링(205)이 굽어져 나오는 것을 막아주는 가이드브리지(2124)에 의하여 가교될 수 있다. 만일 가이드브리지(2124)가 없다면, 상기 공기스프링(209)이 작동하지만 않으면 피스톤링(205)이 링갭(210) 내부로 굽어져 나오는 것이 가능하다.
배기 공기 체임버(211)의 밀봉은, 대기압 하에서 배기공기의 압력이 크랭크샤프트 하우징공간, 즉 기계공간을 가압하여, 슬라이더(24)의 영역 내에 위치하는 피스톤(20)을 통하여 배기공정이 진행되는 동안 실행된다.
피스톤(20)이 다시 상부 사점 방향으로 이동하면, 공기스프링(209)에 의해 구동되는 슬라이더(24)는 피스톤(20)을 뒤 따르고 배기용 갭(210)을 다시 폐쇄한다. 피스톤(20)이 실린더라이너(21) 내에서 상부 사점 방향으로 더 이동하는 동안에, 감속되고 감쇠된 슬라이더(24)는 실린더(21)의 저부에 접한다. 이로써 배기공기용 링갭(210)은 다시 닫힌다. 배기 공기 체임버(211)는 크랭크샤프트 하우징공간, 즉 엔진공간으로부터 지속하여 분리된 상태를 유지한다.
슬라이더(24)는 공기스프링(209)에 의해 구동되어, 예에서 나타낸 피스톤(20)을 뒤 따른다. 그러나 슬라이더(24)는 유압구동장치(도시되지 않음)에 의해서도 구동될 수 있다.
이하에서, 피스톤에 의하여 구동되는 슬라이더(24)의 가속 및 감속과정이 구체적으로 설명된다. 슬라이더(24)가 피스톤(20)의 속도로 가속되는 것은 댐핑체임버(207) 내에 있는 윤활유와 존재할 수 있는 배기공기가 상기 갭을 통하여 환형공간(207)로부터 밀려나오는 동안에 일어난다.
폐쇄공정이 진행되는 동안 슬라이더(24)가 피스톤 속도로부터 실린더라이너(21) 상의 슬라이더(24)의 가능한 인접속도로의 감속은, 에지(242)가 환형 댐핑체임버(243)의 용적을 폐쇄한 후 압축공기가 채워진 댐핑체임버(243)의 도움으로 일어난다.
상기 슬라이더(24)는 상부 및 하부 측면이 배기용 공기가 부하되는 방식으로 구성된다. 만일 상부 및 하부 측면이 동일한 면적을 가지고 운동 방향으로 돌출하고 있다면, 배기공기의 영향, 특히 배기공기압의 변화는 없어진다. 즉, 슬라이더(24)의 움직임에 영향을 주지 않는다. 슬라이더(24)의 이동은 또한 상이한 돌출 면적을 퉁해 소망의 방식으로 영향을 받을 수 있고, 그 결과 한 방향으로 또는 반대방향으로 슬라이더(24)에 힘이 유도된다.
금속 가이드쉬트의 조절가능한 링이 수직 가이드 웹을 구비하는 배기 갭(210)의 상부에 배설될 수 있다. 따라서 각 작동상태에 상응하는 회전 또는 소용돌이가 실린더공간(22) 속으로 흐르는 배기공기에 부여될 수 있다.
냉각역할을 하는 윤활유는 피스톤봉(23)을 거쳐 크로스헤드로부터 작동 피스톤(20)으로 공급된다. 상기 냉각유는 피스톤봉(23) 내에서 다시 복구되지 않고, 채널(204)을 통하여 피스톤(20)을 빠져나간다.
실린더 가동 표면은 상기와 같이 윤활유에 의하여 철저히 적셔지고, 윤활유는 실린더(21)와 슬라이더(24)의 내벽을 따라 흐르고 엔진의 크랭크샤프트 하우징으로 되돌아 온다. 윤활유는 피스톤셔트(201) 밑의 폐쇄된 댐핑용적(207) 내에 있는 공기와 함께 흘러서, 피스톤지지링(208)의 제어 에지(206)가 슬라이더(24)의 카운터에지(241)를 지나 슬라이드 이동한 후 댐핑 혼합물을 형성한다. 상기 피스톤셔트(201)는 피스톤(20)과 피스톤지지링(208)의 사이에서 센터링 요소의 역할을 하고, 오일 스크레퍼(scraper)링을 운반한다.
도 1의 피스톤봉 실(12)를 제거함으로써 그밖의 치수(상대적인 연결봉 길이)는 불변인 상태로 하면서, 스트로크-개구의 비가 4:1인 엔진의 높이를 엔진 내의 실린더개구 크기의 30% 만큼 낮출 수 있게 한다. 배기공기 슬릿을 생략함으로써 실린더라이너(21)의 길이를 실린더개구의 약 85% 만큼 줄일 수 있다.
피스톤봉(23)과 피스톤 지지링(208) 사이의 연결나사는 크랭크샤프트 하우징으로부터 쉽게 접근할 수 있다. 연결은 유지보수 작업을 위하여 연결을 풀 수 있고, 피스톤봉을 제거하지 않아도 된다. 따라서 피스톤 제거 높이는 대략 피스톤봉의 길이만큼 감소한다.
내부에 놓인 윤활유 런오프관의 생략은 피스톤봉(23)의 구조를 더욱 단순화하고, 또한 중간에 배설되는 플랜지 연결을 가지는 다수의 부품으로 이루어 질 수 있다.
마지막으로, 더 이상의 어려움이 없이 실린더라이너(21)와 슬라이더(24)를 상이한 재료로 제조하는 것이 가능하다. 따라서 예를 들면, 슬라이더(24)는 하부의 다소 저온부에서 생기는 황산과 같은 화학적 부식성 산에 대하여 특히 내구성인 재료로 제조될 수 있다. 실린더(21)가 별도의 구성요소로서 설명되지만, 실린더라이너도 역시 엔진블록의 일부분일 수 있다. 실린더라이너(21) 또는 피스톤(20)과 관련하여 상부 및 하부에 대하여 언급할 때, 통상의 엔진 구조에서와 같이, 피스톤(20)의 상부 사점은 상향하여 배설되고, 피스톤(20)의 하부 사점은 하향하여 베설되는 것을 의미하며, 이것은 독립적으로 실린더의 실제 방향을 나타낸다. 본 발명은 실린더의 수와 관계없이 엔진에 적합하다.
실시예에서, 환형 개구부, 즉 링 갭(210)는 슬라이더(24)와 실린더 상의 평면 외주 표면을 구비하는 것으로 표시된다. 그러나 실린더라이너(21)와 슬라이더(24) 사이의 분리 표면은, 예를 들어 외주 상에 주름지고 지그재그 방식으로 연장될 수도 있다. 마찬가지로 방사상으로 고려되는 분리 표면을 계단형 또는 예를 들면 주름진 형태로 실행하는 것도 생각될 수 있다.
상기한 설명과 같다.

Claims (12)

  1. 피스톤(20)이 운동하는 실린더라이너(21)를 포함하는 디젤 엔진, 특히 2 스트로크 대형 디젤 엔진에 있어서,
    상기 실린더라이너(21)의 하측 말단에 인접하고 실린더라이너(21)와 함께 슬라이드밸브를 형성하는 슬라이더(24)와, 상기 슬라이더(24)는 피스톤(20)의 운동과 함께 실린더라이너(21)로부터 멀어지게 이동하고, 상기 이동하는 동안에 실린더라이너(21)와 슬라이더(24)의 사이에 환형 개구부(210)를 형성하여 실린더공간(22)에 배기 공기를 공급하고, 상기 개구부는 피스톤(20)이 상부 사점 방향으로 이동할 때 다시 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 피스톤(20)은 상기 슬라이더(24)를 왕복운동으로 구동하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 제1 스프링 및/또는 댐핑장치(206)가 상기 피스톤(20)과 상기 슬라이더(24)의 사이에 배설되고, 추가의 스프링 및/또는 댐핑장치(207)들이 존재하여, 슬라이더(24)의 왕복운동을 탄성적으로 보조하거나 억제하고 및/또는 감쇠하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 스프링 및/또는 댐핑장치(206)는 최소한 부분적으로 공기작용방식 및/또는 유압방식으로 작동하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 적어도 한 개, 바람직하게는 다수의 스프링 및/또는 댐핑장치(207)들이 엔진의 배기 공기로 부하되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 한 항에 있어서, 상기 슬라이더(24)는 가이드부(2124)에 의하여 실린더라이너(21)에 대하여 가이드되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  7. 청구항 1 내지 6 중의 한 항에 있어서, 상기 슬라이더(24)와 상기 실린더라이너(21)의 사이의 분리 표면은 환형 또는 주름진 형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  8. 청구항 1 내지 7 중의 한 항에 있어서, 상기 슬라이더(24)와 상기 실린더라이너(21)는 서로 상이한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  9. 청구항 1 내지 8 중의 한 항에 있어서, 가이드블레이드(212), 바람직하게는 실린더공간 및 연소 체임버(22)로의 배기공기 공급부(211) 내에 조절가능한 가이드블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  10. 청구항 1 내지 9 중의 한 항에 있어서, 오일 냉각 피스톤(20), 및 실린더공간, 즉 피스톤(20) 밑의 크랭크샤프트 하우징 내부로 직접 유도하는 상기 피스톤(20) 내의 리턴플로우 채널(204)을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  11. 청구항 1 내지 10 중의 한 항에 있어서, 슬라이더(24)의 왕복운동을 위하여, 기계적으로(20) 및/또는 공기작용방식으로(209), 유압식으로 및/또는 유압-공기작용방식으로, 바람직하게는 공기작용방식으로 작동하는 드라이브(209; 207)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
  12. 청구항 1 내지 9 중의 한 항에 있어서, 크로스헤드, 및 실린더공간(22) 또는 연소공간(22)의 길이방향 배기를 포함하고, 피스톤의 스트로크가 1미터 이상이고, 바람직하게는 3미터 이상이며, 피스톤봉(23)은 상기 크로스헤드와 피스톤(20)의 사이에 다수의 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저속 2 스트로크 대형 디젤 엔진.
KR1019970060406A 1996-12-24 1997-11-17 디젤 엔진 KR19980063585A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP96810903A EP0851101B1 (de) 1996-12-24 1996-12-24 Dieselmotor
EP96810903.3 1996-12-24

Publications (1)

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KR19980063585A true KR19980063585A (ko) 1998-10-07

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