KR20060108213A

KR20060108213A - 대형 엔진

Info

Publication number: KR20060108213A
Application number: KR1020060029398A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 넥소 닐슨
Original assignee: 맨 비 앤드 더블유 디젤 에이/에스
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2006-10-17
Also published as: JP4421573B2; DE102005016820B4; DE102005016820A1; KR101200481B1; JP2006291961A; CN1847639A; CN100595430C

Abstract

차지 에어 탱크(6)를 구비한 대형 엔진으로서, 이 차지 에어 탱크는 배기가스 터보차저(1) 및/또는 전동 모터(9)를 통해 구동할 수 있는 임펠러(13)를 포함하는 적어도 하나의 보조팬(10)을 통해 차지 에어로 과급할 수 있고, 이 차지 에어는 후단에 배치된 액적 제거기를 구비한 차지 에어 냉각기를 통해 처리가 가능하며, 배기가스 터보차저(1) 후단에 배치된 처리장치 하우징(8)이 제공되며, 이 처리장치 하우징은 차지 에어 냉각기를 위한 적어도 하나의 구획(19) 및 액적 제거기를 위한 적어도 하나의 구획(11)을 가지며, 보조팬(10)의 적어도 하나의 팬 공간(12)이 입구측에서 이 구획과 연결되는 대형 엔진에 있어서, 각 팬 공간(12) 및 인접한 각 구획(11)이 팬 공간(12)의 입구를 갖는 적어도 하나의 공동 측벽(15)을 포함함으로써 매우 컴팩트한 내진동성의 장치가 구현된다.

차지 에어 탱크, 액적 제거기, 보조팬, 내진동성

Description

대형 엔진{LARGE ENGINE}

도 1은 측면에 배치된 배기가스 터보차저 및 후속 배치된 처리 장치 및 2개의 보조팬을 구비한 2행정 대형 디젤엔진으로서 형성된 대형 엔진의 측면도이다.

도 2는 부분적으로 단면도로 도시한 도 1에 따른 처리 장치에 대한 정면도이다.

도 3은 일측면에 배치된 보조팬을 구비한, 본 발명의 다른 실시예에 대한 수평 단면도이다.

도 4는 도 3의 차단 장치로서 형성된 플랩에 대한 도면이다.

도 5는 상하로 배치된 팬 공간이 포함된 듀얼팬 장치에 대한 도면이다.

본 발명은 대형 엔진, 특히 2행정 대형 디젤엔진에 관한 것으로서, 그 실린더가 적어도 그룹 형태로 하나의 공동 차지 에어 탱크에 연결되며, 이 차지 에어 탱크는 배기가스 터보차저 및/또는 전동 모터를 통해 구동할 수 있는 임펠러를 포함하는 적어도 하나의 보조팬을 통해 차지 에어로 과급할 수 있고, 이 차지 에어는 후단에 배치된 액적 제거기를 구비한 차지 에어 냉각기를 통해 처리가 가능하며, 배기가스 터보차저 후단에 배치된 처리장치 하우징이 제공되며, 이 처리장치 하우 징은 차지 에어 냉각기를 위한 적어도 하나의 구획 및 액적 제거기를 위한 적어도 하나의 구획을 가지며, 보조팬의 적어도 하나의 팬 공간이 입구측에서 이 구획과 연결되는 대형 엔진에 관한 것이다.

이런 유형의 알려진 장치에서는 각각의 보조팬이 자체적으로 팬 하우징을 포함하는데, 이 팬 하우징은 흡입측 및 압력측에서 연결 플랜지를 구비한 연결관을 가지며 이 연결관을 통해 처리장치 하우징 또는 차지 에어 탱크에 플랜지로 연결된다. 이는 고가의 조립 비용이 요구될 뿐 아니라 공간 수요도 상당히 요구되며 특히 진동에 매우 약한 구조를 야기시킨다. 이로 인해 비교적 작은 직경을 갖는 임펠러를 포함하는 보조팬만 사용할 수 있다. 하지만 이런 유형의 임펠러에는 고속의 회전속도를 요구되는데, 이는 전기 모터와 임펠러 사이에 감속 기어의 사용을 필요하게 하고 이에 상응하게 비용 및 소요 공간을 더욱 증가시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 서문에 설명한 유형의 장치를 간단한 저비용의 수단을 이용하여 개선함으로써 안정성 및 내진동성을 증대시키는 것이다.

이 목적은 본 발명에 따라서 보조팬의 각 팬 공간 및 처리장치 하우징의 인접한 각 구획이 팬 공간의 입구를 갖는 공동 측벽을 포함함으로써 달성된다.

이런 조치에 따라서 보조팬의 팬 하우징과 처리장치 하우징이 하나의 공동 하우징 블록으로 통합되며, 연결관과 플랜지 결합부가 필요치 않게 되고 공동의 측벽이 그에 연결되고, 팬 공간을 경계짓는 측벽 구역에 의해 보강된다. 이에 상응하게 본 발명에 따른 조치는 팬 하우징의 연결을 위한 조립 비용의 절약을 가능하게 할 뿐 아니라 또한 매우 우수한 안정성 및 내진동성을 구현한다. 그 결과로서 바람직하게도 비교적 큰 직경의 임펠러를 사용할 수 있으며 이런 임펠러는 감속 기어를 중간에 연결하지 않고 직접 해당 전동 모터의 모터 축과 결합될 수 있다. 따라서 전동 모터는 팬 하우징의 공동 측벽 대향측 측벽에 간단하게 장착될 수 있다. 본 발명을 통해 구현할 수 있는 이점은 바람직하게도 보조팬의 배치와는 무관하게 달성된다. 보조팬은 처리장치 하우징의 서로 대향하는 측면 또는 일측면에 배치할 수 있다.

다른 조치의 바람직한 형태 및 목적에 부합하는 개선된 형태는 종속항에 명시된다.

팬 공간과 처리장치 하우징의 그 이웃한 구획 사이의 공동 측벽과 그 연결된 팽 공간의 측벽 구역을 서로 용접하는 것이 바람직하다. 이로서 바람직하게도 용접 구조로서 형성된 일체형 하우징 블록이 이루어지는데, 이 하우징 블록은 차지 에어 냉각기 및 액적 제거기를 위한 구획 뿐 아니라 하나 또는 복수의 팬 하우징도 포함한다.

다른 조치의 더욱 개선된 형태에서는, 팬 공간과 처리장치 하우징의 그 이웃한 구획 사이의 공동 측벽에 대향하는 팬 공간의 측벽의 홈을 밀폐하는 커버에 전동 모터가 플랜지로 연결된다. 이는 한편으로 임펠러를 팬 공간에 간단하게 삽입하는 것을 가능하게 하며 다른 한편으로는 컴팩트한 장치를 가능하게 한다.

바람직하게도 팬 공간의 입구를 형성하는 흡입 노즐이 임펠러에 할당될 수 있는데, 이 흡입 노즐은 팬 공간과 그 이웃한 처리장치 하우징의 구획 사이의 공동 측벽으로 삽입된다. 흡입 노즐은 레이디얼 팬의 사용 시 안정적인 축방향 흡입 흐름을 보 장한다.

각 팬 공간을 액적 제거기에 할당된 처리장치 하우징의 구획에 배치하는 것이 바람직하다. 이로서 보조팬이 액적 없는 공기를 흡입하는 것이 보장된다.

다른 바람직한 조치에서는, 액적 제거기에 할당된 구획 및 이웃한 팬 공간이 차지 에어 탱크로 안내되며 압력 제어식 차단 장치가 할당된 적어도 하나의 출구를 갖는다. 이로서 흐름의 장애 및 이로 인한 흐름 손실이 방지된다.

전술한 조치의 다른 개선된 형태에서는 출구가 액적 제거기에 할당된 구획 및 팬 공간에 접하는 하우징 블록의 공동 배기실에 연결된다. 이 조치는 차단 장치의 간단한 형상을 가능하게 한다. 이 차단 장치는 세워져 있으며 수직에 대해 경사진 축을 중심으로 선회 가능한 플랩으로서 형성될 수 있으므로, 개방 시 선회점이 상승하며 이로서 차단 동작이 중력의 작용에 의해 이루어진다.

이런 조치의 다른 바람직한 형태 및 목적에 부합하는 개선된 형태는 다른 종속항에 설명되며 도면을 근거로 하기 실시예를 통해 상세히 설명된다.

도면은 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 대형 엔진을 나타낸다. 이 엔진은 2행정 대형 디젤엔진이다. 예를 들어 선박용 구동장치 또는 제너레이터 구동장치로서 사용될 수 있는 이런 유형의 엔진의 작동 방식 및 기본적 구조는 이미 알려져 있다.

도 1에 도시한 엔진에는 배기가스 터보차저(1)가 탑재되며, 이 배기가스 터보차저의 터빈(2)은 엔진 실린더에서의 연소 시 발생하는 배기가스를 통해 가동되며 이 배기가스 터보차저의 압축기(3)는 에어 필터(4)를 통해 흡입된 공기를 압축하는데, 이 공기는 차지 에어(charge air)로서 실린더에 공급된다. 터빈(2)은 각각의 실린더와 연결된 배기 매니폴드(5)와 공급 라인을 통해 연결되며, 해당 실린더의 배기가스 출구가 이 배기 매니폴드에 연결된다. 도시한 예시에서는 배기 매니폴드가 직렬로 나란히 배치된 엔진 실린더 위를 통과한다. 압축기(3)에 의해 압축된 공기는 차지 에어 탱크(6)를 에 공급되며, 적어도 하나의 그룹에 할당된 실린더가 이 차지 에어 탱크에 연결된다. 도시한 예시에서는 엔진의 모든 실린더가 엔진 길이 전체를 통과하는 튜브로서 형성된 동일한 차지 에어 탱크(6)에 연결된다.

압축기(3)의 출구는 확산기(diffuser)(7)를 거쳐 후단에 배치된 차지 에어 냉각기와 연결되며, 이 차지 에어 냉각기는 압축의 결과로 가열된 공기를 냉각시킨다. 이때 형성되는 응축수는 차지 에어 냉각기와 함께 조립된 액적 제거기(droplet eliminator)에서 제거된다. 이런 유형의 요건은 이미 공개되어 있다(예: 독일특허 DE 199 11 252 C1). 액적 제거기의 출구는 차지 에어 탱크(6)에 연결된다. 차지 에어 냉각기와 액적 제거기는 실질적으로 처리 장치를 형성한다. 이 처리 장치는 공동의 처리장치 하우징(8) 내에 배치되며, 이 처리장치 하우징은 배기가스 터보차저(1) 아래에서 엔진 종방향 측면에 배치되며, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 적어도 하나의 차지 에어 냉각기 및 적어도 하나의 액적 제거기를 위해 구획(compartment)(19) 또는 구획(11)을 갖는다. 물론 배기가스 터보차저(1) 및 처리 장치를 엔진의 정면에 배치하는 것도 가능하다.

시동 단계 및 공회전 또는 최저 부하 구역에서 배기가스 터보차저(1)에 의해 제공되는 공기는 차지 에어로서 충분하지 않다. 이런 운전 단계에서 충분한 차지 에어 를 공급하기 위해, 전동 모터(9)를 통해 구동할 수 있는 적어도 하나의 보조팬(10)이 제공되며, 이 보조팬을 통해 배기가스 터보차저(1)에 대해 추가적으로 또는 대안적으로 압축된 차지 에어가 차지 에어 탱크(6)에 과급될 수 있다. 도시한 예시에서는 각각의 전동 모터(9)에 의해 구동될 수 있으며, 처리장치 하우징(8)의 대형측에 배치되는 2개의 보조팬(10)이 제공된다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 각각의 보조팬(10)은 하나의 액적 제거기에 할당된 처리장치 하우징(8)의 해당 구획(11) 측면에 배치되며 이 구획과 흡입측으로 연결된다. 보조팬(10)이 작동하면 그 출구가 차지 에어 탱크(6)와 연결된다.

예시에서는 보조팬(10)이 레이디얼 팬(radial fan)으로 형성되며, 레이디얼 팬은 나선형 하우징에 의해 한정되는 팬 공간(12) 내에 배치된 각각 하나의 임펠러(impeller)(13)를 포함하고, 동축성의 흡입 노즐(14)이 이 임펠러에 할당된다. 임펠러(13)의 직경은, 임펠러가 그에 할당된 각 전동 모터(9)의 모터 축에 직접 배치할 수 있을 정도로 클 수 있다. 감속 기어는 필요치 않지만, 물론 적용하는 것도 생각할 수 있다. 보조팬(10)의 하우징은 차지 에어 냉각기 또는 액적 제거기에 포함된 처리장치 하우징(8)에 통합된다. 이에 상응하게 액적 제거기에 배속된, 각각의 인접한 처리장치 하우징(8)의 구획(11) 및 팬 공간(12)이 하나의 측벽(15)을 갖는데, 이 측벽은 구획(11) 및 그 옆에 배치된 팬 공간(12)에 동시에 접한다. 팬 공간(12)의 둘레 측을 경계짓는 측벽(16)은 한정한다. 용접 심(welding seam)(17)을 통해 표시되는 바와 같이 공동의 측벽(15)에 용접된다. 공동의 측벽(15)에 대향 배치된 팬 하우징의 각 측벽(18)은 둘레 측벽(16)에 용접될 수 있다. 이런 방식으로 처리장치 하우징(8)을 형성하는 용접 구조에 통합되며, 보조팬(10)의 팬 하우징을 형성하는 매우 큰 강성의 구조물이 형성된다. 액적 제거기를 위한 구획(11) 뿐 아니라 차지 에어 냉각기 또는 팬 공간(12)을 위한 구획(19)도 포함하는 용접 구조물이 이에 상응하게 일체형 하우징 블록을 형성한다.

구획(11) 및 바로 인접한 팬 공간(12)의 공동의 측벽이 팬 공간(12)의 입구를 포함하며 이에 상응하게 흡입 노즐(14)에 의해 관통되고, 한편으로 이 흡입 노즐은 구획(11) 내부로 돌출되며 다른 한편으로는 해당 임펠러(13)에까지 도달한다. 흡입 노즐(14)은 플랜지(20)를 포함하며 이 플랜지를 통해 공동 측벽(15)의 해당 홈 가장자리에 고정된다. 공동의 측벽(15)에 대향 배치된 팬 하우징 측벽(18)에도 홈이 형성되는데, 임펠러(13)가 이 홈을 통해 팬 공간(12)으로 삽입될 수 있다. 이 홈은 커버(21)를 통해 밀폐되는데, 이 커버는 해당 홈의 가장자리에 고정되며, 각각의 인접한 임펠러(13)에 할당된 전동 모터(9)가 이 커버에 플랜지로 연결된다.

액적 제거기에 할당된 각 구획(11) 및 각 팬 공간(12)은 차지 에어 냉각기(6)로 안내되는 각각 적어도 하나의 출구(22)를 갖는다. 출구(22) 및 차지 에어 냉각기(6)는 도 2에 따른 도시에서 도면 평면의 위에 있고 따라서 도 2에는 단지 파선으로 표시된다. 압력 손실 등을 방지하기 위해 출구(22)에는 각각 하나의 압력 제어식 자체 차단 장치가 배치된다.

이런 유형의 차단 장치는 도 3에서 뚜렷하게 알 수 있다. 이 차단 장치는 단엽(single leaf) 플랩(23)으로서 형성된다. 출구(22)는 둘레로 진행하는 각각의 프레임에 의해 한정되며, 해당 플랩(23)이 닫힌 위치에서 이 프레임에 접하고, 접촉 구역에는 둘레로 진행하는 실링이 부착될 수 있다. 팬 공간(12) 및 그 옆에 있는 구획(11)의 출구(22)는 공동 하우징 블록의 공동 배기실(24)에 연결되는데, 이 배기실은 구획(11) 및 그 옆에 있는 팬 공간(12)와 접하며 차지 에어 탱크(6)와 연결된다.

배기실(24)은 세워져 있는, 바람직하게는 수직인 측벽(25)을 통해 구획(11) 및 팬 공간(12)과 접하며, 이 측벽은 출구(22)를 포함한다. 출구(22)에 속하며 차단 장치로서 기능하는 플랩(23)은 가장자리 구역에서 세워져 있는 축(26)을 중심으로 선회 가능한 형태로 지지된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 플랩(23)의 축(26)은 플랩(23)의 선회점이 개방 동작 시 약간 위로 상승하도록 수직 방향에 대해 약간 경사져 있다. 축(26)의 경사는 해당 플랩(23)에 할당된 공동의 프레임측 접촉 구역에 대해 유효하므로, 닫힌 상태에서는 플랩(23) 전체가 수직면 및 이에 상응하게 수직 측벽(23)에 대해 경사지게 조절된다. 몇 도정도의 경사로도 충분하다. 도시한 예시에서는 10°의 경사가 제공된다. 축(26)의 경사로 인해 그 하단 단부가 그 상단 단부의 수직부에 대해 약간 외측으로 배치된다. 이로서 내측으로부터, 즉 구획(11) 또는 팬 공간(12)에서부터 플랩(23)을 개방 위치로 이동시키는 충분한 역압이 존재하지 않는 경우에, 플랩(23)이 그 중력으로 인해 자체적으로 닫히는 것이 보장된다. 따라서 보조팬(10)이 가동되거나 또는 가동되지 않을 때, 팬 공간(12)에 할당된 플랩(23)이 자동적으로 개방되고 인접한 구획(11)에 할당된 플랩(23)이 자동적으로 닫히는 것이 달성된다.

간단한 경우에는 하나의 보조팬으로 충분하다. 도시한 예시에서는 각각 2개의 보조 팬(10)이 제공된다. 도 1 및 도 2에 도시한 실시예에서는 배기가스 터보차저(1) 및 처리장치 하우징(8)이 엔진 종방향 측면 구역에 배치된다. 이 실시예에서 양측 보조팬(10)은 처리장치 하우징(8)의 서로 대향측에 배치된다. 이때 임펠러(13)는 튜브 형태의 차지 에어 탱크(6)의 축에 대해 평행하게 배치된다.

도 3에 따른 실시에서 차지 에어 탱크(6)는 일측 단부를 통해 처리장치 하우징(8)의 배기실(24)에 연결된다. 이런 유형의 구성은 엔진 정면 구역에 제공되는 처리장치 하우징 및 배기가스 터보차저의 배치에서 나타난다. 도 3에 도시한 유형의 실시에서는 양측 보조팬(10)이 액적 제거기에 할당된 구획(11)의 동일면에서 서로 축에 대해 평행하게 배치될 수 있다. 바람직하게도 도 5에 도시한 바와 같이, 양측 보조팬(10)을 위해 양측 임펠러를 포함하는 하나의 공동 팬 공간이 제공되는데, 이 팬 공간은 인접한 구획(11) 방향의 공동 측벽의 구역에 배치된 2개의 입구 및 배기실(24)로 안내되는 하나의 공동 출구(22)를 갖는다. 공동 측벽에 연결되는 둘레 경계부는 양측 팬 공간 위로 진행하는 공동의 둘레 경계부(27)로서 형성된다.

처리장치 하우징(8)으로의 보조팬(10) 팬 하우징의 통합으로 인해 매우 큰 강성의 장치가 형성되는데, 이는 비교적 큰 직경의 임펠러(13) 및 이에 상응하게 비교적 저속의 회전속도를 가능하게 하며 동시에 팬 하우징의 개별적 조립이 필요치 않게 한다.

Claims

대형 엔진, 특히 2행정 대형 디젤엔진으로서,

그 실린더가 적어도 그룹 형태로 하나의 공동 차지 에어 탱크(6)에 연결되며, 이 차지 에어 탱크는 배기가스 터보차저(1) 및/또는 전동 모터(9)를 통해 구동할 수 있는 임펠러(13)를 포함하는 적어도 하나의 보조팬(10)을 통해 차지 에어로 과급할 수 있고, 이 차지 에어는 후단에 배치된 액적 제거기를 구비한 차지 에어 냉각기를 통해 처리가 가능하며, 배기가스 터보차저(1) 후단에 배치된 처리장치 하우징(8)이 제공되며, 이 처리장치 하우징은 차지 에어 냉각기를 위한 적어도 하나의 구획(19) 및 액적 제거기를 위한 적어도 하나의 구획(11)을 가지며, 보조팬(10)의 적어도 하나의 팬 공간(12)이 입구측에서 이 구획과 연결되는 대형 엔진에 있어서,

보조팬(10)의 각 팬 공간(12) 및 처리장치 하우징(8)의 인접한 각 구획(11)이 팬 공간(12)의 입구를 갖는 공동 측벽(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제1항에 있어서, 공동의 측벽(15) 및 여기에 연결되는 팬 공간(12)의 측벽 구역이 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제1항 또는 제2항에 있어서, 차지 에어 냉각기를 위한 적어도 하나의 구획(19), 액적 제거기를 위한 적어도 하나의 구획(11) 및 보조팬(10)을 위한 적어도 하나의 팬 공간(12)을 포함하는, 용접 구조로서 형성된 일체형 하우징 블록을 특징 으로 하는 대형 엔진.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 공동 측벽(15)에 대향하는 팬 공간(12)의 측벽(18)의 홈을 밀폐하는 커버(21)에 전동 모터(9)가 부착되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 해당 팬 공간(12)의 입구를 형성하는 흡입 노즐(14)이 임펠러(13)에 할당되며, 이 흡입 노즐은 팬 공간(12)과 그 이웃한, 바람직하게는 액적 제거기에 할당된 구획(11) 사이의 공동 측벽(15)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제5항에 있어서, 흡입 노즐(14)은 플랜지(20)를 포함하며 이 플랜지가 구획(11)과 팬 공간(12) 사이의 공동 측벽(15)의 해당 홈 가장자리에 고정되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 팬 공간(12)이 액적 제거기에 할당된 처리장치 하우징(8)의 구획(11) 옆에 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 액적 제거기에 할당된 구획(11) 및 팬 공간(12)이 각각 차지 에어 탱크(6)으로 안내되며 압력 제어식 차단 장치가 할당되는 적어도 하나의 출구(22)를 갖는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제8항에 있어서, 출구(22)가 액적 제거기에 할당된 구획(11) 및 팬 공간(12)에 접하는 처리장치 하우징(8)의 공동 배기실(24)에 연결되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제8항 또는 제9항에 있어서, 액적 제거기에 할당된 구획(11) 및 팬 공간(12)이 출구 측에서 세워진 측벽(25)에 의해 한정되며 각 차단 장치가 수직 방향으로 경사지게 세워진 축(26)을 중심으로 선회 가능한 플랩(23)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 터보차저(1)에 할당된 처리장치 하우징(8)에 통합된 각각의 팬 공간(12)을 포함하는 적어도 2개의 보조팬(10)이 각 배기가스 터보차저(1)에 제공되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
제11항에 있어서,

2개의 입구와 하나의 공동 출구(22)를 갖는 공동 팬 공간(12) 내에 배치되며, 평행한 축을 통해 상하로 배치된 2개의 임펠러(13)를 포함하는 해당 구획(11)의 일측면에 배치된 듀얼팬 장치를 특징으로 하는 대형 엔진.
제11항에 있어서, 해당 구획(11)의 서로 대향하게 배치된 측면에 각각 적어도 하나의 보조팬(10)이 제공되는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.