KR20020031177A - 엔진, 바람직하게 왕복 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 조립되는 두 부품(1, 7)을 포함하는 2행정 대형 디젤엔진과 같은 엔진에 관한 것이다. 냉각재가 삽입될 수 있는 냉각채널(12), 상기 냉각채널을 폐쇄하고 축 방향으로 오프셋(offset)되는 밀봉장치, 및 카운터 지지력(counter supporting forces)을 흡수하는 지지면(support surface)(9, 10)이 서로 조립되는 부품(1, 7) 사이의 접합부(juncture) 영역에 제공된다. 외부 표면에서 끝나는 지시 구멍(indication boreholes)(19)이 누출(leakage)을 지시하기 위해 지지면에 제공된다. 본 발명에 의한 엔진은 냉각재의 스며나옴 또는 연소가스의 누출을 확실하게 방지하는데 특징이 있다. 이를 위해, 냉각채널에 제공된 밀봉장치가 지지면(9, 10) 사이에 위치되는 원형 플랫 밀봉 링(circular flat sealing ring)(17)으로 이루어진다. 지지면측에 위치하는 플랫 밀봉 링의 측면 플랭크(lateral flank)를 서로 연결시키는 원형 채널 시스템(18)이 플랫 밀봉 링에 제공되며, 지시 구멍(19)은 채널 시스템과 연통된다.

Description

엔진, 바람직하게 왕복 엔진 {ENGINE, PREFERABLY A RECIPROCATING ENGINE}
잘 알려져 있는 동종의 2행정 대형 디젤엔진의 실린더는 실린더 헤드에 제공된 배기 개구부를 각각 구비하고, 배기 개구부는 구비된 배기 밸브에 의해 열리고 닫힐 수 있다. 이러한 2행정 디젤엔진의 경우, 배기 밸브와 함께 공동작용하는 밸브 시트를 포함하고 배기 개구부가 달린 시트부가 실린더 헤드에 제공된다. 시트부는 수평 지지면과 함께 실린더 헤드에 구비된 지지면 상에 지지된다. 시트부의 시트 영역은 냉각된다. 이를 위해 시트부 및 실린더 헤드 사이의 접합부 영역에냉각수가 삽입될 수 있는 원형 냉각 채널이 구비된다. 시트부의 원형 홈(circular groove) 내에 삽입되고 소위 O-링처럼 형성된 밀봉링(sealing ring)이 냉각 채널 상하부에 구비되어 냉각채널을 밀폐한다. 그러나 온도의 부하(temperature-load)가 대단히 크기 때문에, 특히 연소실(combustion chamber)에 가까운 하부 O-링이 손상되고 밀봉이 잘 이루어지지 않을 수 있다. 그 결과 냉각수가 연소실에 도달할 수 있는데, 이것은 대단히 바람직하지 못하며 실린더 라이너(cylinder liner)의 작동면(running face)을 급히 폐쇄하게 될 수 있다. 여기에서는 마찬가지로 고온의 연소가스가 냉각채널 내로 누출될 수 있어서 냉각효과가 없어질 위험이 있다. 이러한 위험은 특히 시트 표면들이 서로 정확하게 맞닿아 있지 않을 때 나타나기 쉬운데, 이는 석탄입자(coal particle)처럼 가령 시트 표면 사이에 도달한 불순물 입자 때문이다.
지시 구멍은 동종의 누출을 지시한다. 그러나 동종의 지시는 이미 앞서 언급한 파괴(demolition)가 일어난 다음에 나타날 위험이 있다. 이 점을 제외하더라도, 지시 구멍으로부터 나오는 냉각수는 냉각수 손실로 이어질 뿐만 아니라 기관실도 젖게(wetting) 만드는데, 이는 마찬가지로 바람직하지 못하다.
본 발명은 서로 조립되는 두 부품을 갖는 엔진, 주로 왕복 엔진, 특히 배기 밸브를 통해 조절 가능한 배기 개구부를 구비하는 실린더를 적어도 하나 구비하는 2행정 대형 디젤엔진에 관한 것이다. 실린더는 실린더 헤드를 구비하고, 배기 밸브에 결합되고 배기 개구부를 포함하는 시트부(seat part)가 실린더 헤드에 제공된다. 서로 조립되는 부품들 사이에 있는 접합부(juncture) 영역에, 냉각재가 삽입될 수 있는 냉각채널, 냉각채널을 폐쇄하고 축방향으로 오프셋(offset)되는 밀봉장치, 및 카운터 지지력(counter supporting forces)을 흡수하는 지지면(support surface)이 제공된다. 외부 표면에서 끝나는 지시 구멍(indication boreholes)이 누출(leakage)을 지시하기 위해 지지면에 제공된다.
도 1은 2행정 대형 디젤엔진 실린더의 실린더 헤드 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 플랫 밀봉링의 평면도.
도 3은 도 2에 따른 플랫 밀봉링의 횡단면도.
도 4는 플랫 밀봉링의 다른 실시형태의 횡단면도.
도 5는 다른 실시예의 횡단면도.
본 발명의 목적은 이로부터 출발하여 앞서 언급한 장치를 간단하고도 저렴한 비용으로 개선하여 고도의 구동 안정성을 달성하는 데 있다.
본 발명의 목적은 냉각채널에 배치된 밀봉장치가 지지면 사이에 위치되는 원형 플랫 밀봉링(circular flat sealing ring)을 포함하고, 지지면측에 위치하는 플랫 밀봉링의 측면 플랭크(lateral flank)를 서로 연결시키는 원형 채널 시스템이 밀봉 링에 제공되며, 지시 구멍이 채널 시스템과 연통됨으로써 달성된다.
이러한 조치로 앞서 언급한 기존 장치들의 단점들을 완전히 방지할 수 있다. 지지면들 사이에 삽입된 플랫 밀봉링은 누출에 대한 고도의 안정성을 확보한다. 여기에서 플랫 밀봉링은 간단한 방법으로 석탄 입자와 같은 불순물 입자가 완전히 박히도록 형성될 수 있어서, 어떤 경우에든 간극(gap)이 형성되지 않는다. 마찬가지로 플랫 밀봉링을 형성하기 위해 비교적 높은 온도 내성을 갖는 재질이 사용될 수 있다. 이로써 구동 온도가 상승할 수 있어서 달성하고자 하는 효율에 유리하게 작용한다. 바람직하게는 플랫 밀봉링에 제공된 밀봉장치가 플랫 밀봉링만 포함하는 것으로 충분하다. 다른 밀봉 수단은 여기에서 필요하지 않다.
상기 방안들을 유리하게 형성하고 목적에 맞게 개선한 형태들이 종속항들에 제시되어 있다. 앞에서 언급한 2행정 대형 디젤엔진의 경우, 지지면들 사이에 위치된 플랫 밀봉링이 목적에 적합하게 냉각채널의 연소실쪽 하부 밀봉장치에 구비되고, 바람직하게는 하부 밀봉장치를 형성할 수 있다. 이는 하부 밀봉장치가 이로부터 멀리 떨어진 상부 밀봉장치보다 심한 온도 부하에 노출되어 있기 때문이다. 상부 밀봉장치는 간단히 O-링으로서 형성될 수 있다.
또 다른 바람직한 방안으로는, 플랫 밀봉링이 금속링으로서 형성된다는 점을 들 수 있다. 이로써 위에서 언급한 속성들이 가장 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 이때 플랫 밀봉링을 형성하기 위해서는 동합금 또는 비교적 연한 강철합금을 사용하는 것이 바람직하다. 구동력의 작용이 있으면 플랫 밀봉링을 탄력적이고 약간 가소성있게 변형할 수 있다는 점이 이런 식으로 확인될 수 있다. 이로써 평편하진 않은 경우에도 신뢰할만한 기밀도(tightness)가 보장된다.
상기 방안들의 다른 실시 형태에서, 플랫 밀봉링은 채널 시스템을 형성하기 위해, 웨브(web)를 통해 서로 분리된 다수의 밸브 개방 슬롯(valve-opening slot)을 구비할 수 있다. 밸브 개방 슬롯은 플랫 밀봉링 상하면 사이에서 지시 구멍에 연통된 비교적 큰 횡단면이 된다. 이로써 누출이 있는 경우 신속한 지시가 이루어진다.
또 다른 바람직한 형태로는, 채널 시스템을 형성하기 위해 플랫 밀봉링 양쪽에 원형 홈을 구비한다는 점을 들 수 있다. 원형 홈은 공동의 홈 바닥을 파고드는 연결 구멍(connection-recess)들에 의해 상호 연통된다. 원형 홈의 제조는 비교적 간단하므로, 제조 비용도 비교적 적게 든다. 뿐만 아니라 공동의 홈 바닥은 반경 방향으로 확실한 안정성을 보장한다.
채널 시스템을 형성하기 위해 지지면측 원형 채널들이 시트부 및 실린더 헤드 내에 제공됨으로써 특히 안정적인 플랫 밀봉링을 얻을 수 있다. 이때 원형 채널들은 플랫 밀봉링의 구멍에 의해 상호 연통된다.
상기 방안들을 유리하게 형성하고 바람직하게 개선한 다른 형태들이 나머지 종속항들에 제시되고, 도면에 의거한 하기의 실시예를 통해 보다 상세히 알 수 있다.
하기에 설명되는 도면은 다음과 같다.
본 발명은 주로 2행정 대형 디젤엔진의 실린더 헤드에 적용된다. 여기에서 실린더는 실린더 헤드 영역에 제공되고 각각의 배기 밸브에 의해 조정 가능한 배기 개구부를 구비한다. 동종의 엔진들의 경우 기본적인 구조 및 작용 방식은 잘 알려져 있고, 따라서 이와 관련해서는 상세한 설명이 필요하지 않다.
도 1에 도시되어 있는 2행정 대형 디젤엔진의 실린더 헤드(1)는 실린더 라이너(상세히 도시되지 않음) 상에 장착되어 있다. 실린더 헤드(1)는 비교적 큰 직경을 구비하는 중앙 배기 개구부(2)을 구비하고, 배기 개구부에 배기 채널(3)이 연통된다. 배기 개구부(2)는 실린더실(5) 맞은편에 배치된 배기 밸브(4)에 의해 열리고 닫힐 수 있다. 배기 밸브(4)의 밸브 디스크(valve disk)는 원추대(truncated cone)형 접촉면(bearing surface)(6)을 구비하고, 접촉면에 제공되는 원추형 시트면(8)은 실린더 헤드(1) 내에 위치되고 배기 채널(2)에 의해 관통되는 시트부(7)에 형성된다.
실린더 헤드(1) 및 실린더 헤드에 위치된 시트부(7)는 앵커(anchor)(상세히 도시되지 않음)에 의해 결합되고, 카운터 지지력을 전달하기 위해 서로 결합된 수평 지지면(9, 10)을 구비한다. 지지면(9, 10)을 형성하기 위해 실린더 헤드(1)는 상향 스텝(step)을 구비하고, 시트부(7)는 하향 스텝을 구비한다. 배기 밸브(4) 및 시트부(7)의 상호 접촉면(6, 8)은 높은 기계 및 열 부하에 노출된다. 따라서 접촉면은 특수 재질로 구성되는 장갑판(armour-plating; 11)을 구비할 수 있다. 시트부(7) 시트 영역의 냉각은 냉각재를 이용하여 동시에 이루어진다.
또한 지지면(9, 10) 상부에 위치하고 실린더 헤드(1) 및 시트부(7) 사이를 연결하는 실린더형 접합부 영역에 원형 냉각채널(12)이 위치된다. 이 냉각채널은 실린더 헤드(1) 내부 원주 및 시트부(7) 외부 원주의 서로 대향하는 원형 구멍에 의해 형성된다. 냉각채널(12)은 도 1의 좌측에서 볼 수 있듯이, 흡입 및 배기 도관을 통해 순환 냉각재, 보통 냉각수를 공급할 수 있다. 마찬가지로 도 1 좌측에 도시된 관통 구멍(piercing bores)(14)은 냉각채널(12)로부터 분기하여 시트부(7)의 시트영역에까지 이른다.
냉각채널(12)은 축방향으로 상하 밀봉장치에 의해 밀폐된다. 연소실에서 멀리 떨어진 상부 밀봉장치는 O-링(15)으로 형성된다. O-링은 시트부(7) 외부 원주 영역에 오목하게 형성된 원형 홈(16) 내에 삽입되고, 실린더 헤드(1)의 실린더형 내부 원주와 함께 공동 작용한다. 연소실에 가까운 하부 밀봉장치를 형성하기 위해 도시된 실시예의 경우 지지면(9, 10) 사이에 위치되는 원형 플랫 밀봉링(17)을 구비하고, 플랫 밀봉링은 평평한 장방형처럼 보이는 횡단면을 갖는다. 플랫 밀봉링의 두께는 약 2㎜이다. 플랫 밀봉링(17)에 앞서 언급한 O-링처럼 다른 밀봉 수단을 추가할 수 있음은 물론이다.
지지면(9, 10) 사이에 배치된 플랫 밀봉링(17)은 비교적 연한 강철합금 또는 그만큼 연한 동합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 이때 어느 경우에나 실린더 헤드(1) 또는 시트부(7)의 기본 재질에 비해 비교적 연한 금속이어야 한다. 금속은 구동 중에 나타나는 힘의 작용으로 탄력이 있고 약간 가소성이 있게 변형될 수 있을 정도로 강도가 있어야 한다. 이로써 임의의 표면 조도(surface roughness) 및/또는 지지면들 사이에 도달한 불순물 입자 등이 있는 경우에도 플랫 밀봉링(17)의 측면 부속 플랭크는 대면한 지지면(9 또는 10)에서 밀폐 접촉이 가능하다.
플랫 밀봉링(17)이 대단히 신뢰할만하다 할지라도, 안정성을 높이기 위해 지시장치를 구비하여 누출을 표시할 수 있다. 지시장치는 채널 시스템(18)을 포함하고, 채널 시스템은 플랫 밀봉링(17)에 제공되고, 플랫 밀봉링(17)의 측면 부속 플랭크 및 측면 부속 플랭크를 향한 지지면(9, 10) 사이에 있는 상하 접합부를 서로 연결한다. 알아볼 수 있는 외부 표면에서 끝나는 지시 구멍(19)(도 1 우측에 도시됨)이 채널 시스템과 연결된다. 원주에 걸쳐 균등하게 분포된 다수의 지시 구멍(19)을 원주 전반에 걸쳐 구비하는 것이 바람직하다.
지시 구멍은 시트부(7)에 배치되고, 시트부(7)에 장착된 배기 채널 하우징(20)의 반경 외부, 곧 시트부(7) 상부 영역에서 끝난다. 배기 채널 하우징은 시트부(7)의 칼라(collar)를 포함하는 칼라를 갖는다. 따라서 지시 구멍(19)의 입구 영역에 외부에서 잘 볼 수 있는 원형 환체(circular annulus; 21)가 생긴다. 지시 구멍(19)에서 배출되어 환체(21)로 들어가는 액체 또는 연소가스는 따라서 조금만 관찰하면 쉽게 알아볼 수 있다. 배출되는 누출액은 환체(21)를 둘러싸는 엔진의 부품 및 연소실을 젖게 할 수 있다. 그러나 이런 경우는 플랫 밀봉링(17)의 신뢰도가 높기 때문에 실제로는 발생하지 않는다.
플랫 밀봉링(17)은 채널 시스템(18)을 형성하기 위해 도 2에서 가장 잘 알 수 있듯이, 가느다란 웨브(22)에 의해 서로 분리된 다수의 원호형 슬롯(arc slot)(23)을 구비할 수 있다. 원호형 슬롯은 도 3에 따르면 플랫 밀봉링(17)의 두께 전체를 통과하고 따라서 플랫 밀봉링의 상하면을 서로 연통한다. 도 2의 기초가 되는 실시예는 각각의 4분원(quadrant)에 제공되는 4개의 원호형 슬롯(23) 및 4개의 웨브(22)를 구비한다. 원호형 슬롯(23)의 내측 폭은 플랫 밀봉링의 내부 직경이 약 200㎜일 때 약 2㎜로, 내부 직경의 1%에 달한다. 웨브(22)의 폭도 마찬가지로 2㎜로, 내부 직경의 1% 정도일 수 있다.
원호형 슬롯(23)은 도 2에서 알 수 있듯이, 반경 내부로 플랫 밀봉링(17) 폭의 반쪽 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 이로써 반경 외부의 넓은 밀봉면(24)이 형성된다. 원호형 슬롯(23)이 플랫 밀봉링(17) 상하면 사이를 연통하기 때문에, 누출액 또는 누출가스가 있으면 어느 경우에나 플랫 밀봉링(17)의 상부로부터 분기하는 지시 구멍(19)에 이르게 된다. 이것은 누출이 플랫 밀봉링(17)의 하부 영역에 있거나 상부 영역에 있어도 상관없다.
도 4에 따른 실시형태의 경우, 플랫 밀봉링(17) 양측에 서로 마주보는 원형 홈(25)이 구비된다. 원형 홈은 공동의 홈 바닥(26)을 파고드는 구멍(27)에 의해 상호 연통된다. 이 실시형태는 반경 방향으로 비교적 고강도를 얻는다. 또한 반경 외부의 비교적 넓은 밀봉면(24)을 구비할 수도 있다. 플랫 밀봉링(17)의 축방향 두께는 2㎜로, 마찬가지로 내부 직경의 약 1%에 달한다. 반경 두께는 26㎜로, 외부 직경의 10% 미만이다.
도 5에 따른 실시형태에서 실린더 헤드(1) 및 시트부(7)는 서로 마주보고 지지면(9, 10)을 중단시키는 원형 홈(28)을 구비한다. 플랫 밀봉링(17)은 두께 전체를 관통하는 구멍(29)을 구비함으로써, 마찬가지로 플랫 밀봉링(17)의 상하면을 연통하는 채널 시스템이 형성되어 지시 구멍(19)에 연통될 수 있다.
본 발명은 서로 조립되는 두 부품을 갖는 엔진, 주로 왕복 엔진, 특히 배기 밸브를 통해 조절 가능한 배기 개구부를 구비하는 실린더를 적어도 하나 구비하는 2행정 대형 디젤엔진에 관한 것이다.

Claims (13)

  1. 서로 조립되는 두 부품을 갖는 엔진, 바람직하게 왕복 엔진(reciprocation engine), 특히 배기 밸브(4)를 통해 조절 가능한 배기 개구부(2)를 구비하는 실린더를 적어도 하나 구비하고, 상기 실린더는 실린더 헤드(1)를 갖고, 상기 배기 밸브(4)에 결합되고 상기 배기 개구부(2)를 포함하는 시트부(seat part)(7)가 상기 실린더 헤드에 제공되며, 냉각재가 삽입될 수 있는 냉각채널(12), 상기 냉각채널을 폐쇄하고 축방향으로 오프셋(offset)되는 밀봉장치, 및 카운터 지지력(counter supporting forces)을 흡수하는 지지면(support surface)(9, 10)이 서로 조립되는 부품들(실린더 헤드(1), 시트부(7)) 사이에 있는 접합부(juncture) 영역에 제공되고, 외부 표면에서 끝나는 지시 구멍(indication boreholes)이 누출(leakage)을 지시하기 위해 상기 지지면에 제공되는 2행정 대형 디젤엔진으로서,
    상기 냉각채널에 제공된 밀봉장치가 상기 지지면(9, 10) 사이에 위치되는 원형 플랫 밀봉링(circular flat sealing ring)(17)을 포함하고, 상기 지지면측에 위치하는 플랫 밀봉링의 측면 플랭크(lateral flank)를 서로 연결시키는 원형 채널 시스템(18)이 상기 플랫 밀봉 링에 제공되며, 상기 지시 구멍(19)이 상기 채널 시스템에 연통되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  2. 제1항에서,
    상기 플랫 밀봉링(17)은 구동력의 작용이 있으면 탄력이 있고 약간 가소성있게 변형될 수 있는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 플랫 밀봉링(17)은 금속링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 플랫 밀봉링은 동합금 또는 연한 강철합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 플랫 밀봉링(17)은 채널 시스템(18)을 형성하기 위해, 웨브(web)(22)에 의해 서로 분리되고 상기 플랫 밀봉링의 높이를 관통하는 다수의 원호형 슬롯(arc slot)(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 플랫 밀봉링(17)은 채널 시스템(18)을 형성하기 위해 원형 홈(circular groove)(25)을 양쪽에 구비하고, 상기 홈은 공동의 홈 바닥(26)을 파고드는 연결 구멍(connection-recess)(27)에 의해 상호 연통되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    서로 조립되는 두 부품(실린더 헤드(1), 시트부(7))은 채널 시스템을 형성하기 위해 상기 지지면쪽에 원형 채널(28)을 구비하고, 상기 채널은 지지링(17)의 높이를 관통하는 구멍(29)에 의해 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 플랫 밀봉링(17)은 제공된 밀봉장치를 단독으로 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
    2행정 대형 디젤엔진의 경우, 상기 지지면(9, 10) 사이에 위치된 상기 플랫 밀봉링(17)은 냉각 채널(12)의 연소실측 하부 밀봉장치에 제공되고, 바람직하게는 상기 밀봉장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  10. 제9항에서,
    상기 냉각채널(12)의 연소실에서 멀리 떨어진 밀봉장치를 원형 O-링으로서 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에서,
    2행정 대형 디젤엔진의 경우, 상기 시트부(7)는 상기 냉각채널(12)로부터 분기하여 시트 영역에까지 이르는 냉각구멍(14)을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    2행정 대형 디젤엔진의 경우, 상기 냉각채널(12)에 제공된 흡입 및 배기 도관(13)은 실린더 헤드(1)에 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    2행정 대형 디젤엔진의 경우, 상기 지시 구멍(19)은 상기 시트부(7)에 배치되고 상기 시트부(7)의 상부 영역에서 끝나며, 상기 시트부 상부 영역은 상기 시트부(7)에 장착된 배기 채널 하우징(20)에 제공되는 연결 영역을 반경 방향으로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
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