KR20090012080A

KR20090012080A - ２행정 디젤 연소 엔진

Info

Publication number: KR20090012080A
Application number: KR1020080068542A
Authority: KR
Inventors: 프란세스코 미칼리; 마르쿠스 에프. 웨버
Original assignee: 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2009-02-02
Also published as: BRPI0803485A2; DE502008001806D1; EP2019191A1; CN101353979B; JP5403962B2; ATE488681T1; EP2019191B1; CN101353979A; RU2470166C2; RU2008130849A; JP2009030601A; KR101448571B1

Abstract

본 발명은, 왕복동 피스톤 연소 엔진, 특히 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진(1)에 관한 것이다. 이 왕복동 피스톤 연소 엔진은, 실린더 슬리브(12)를 구비한 하나 이상의 실린더(10)를 포함하며 상기 실린더(10) 내부에는 피스톤(20)이 배치되고, 상기 실린더 슬리브(12)는 복수의 소기용 공기 개구부(45)를 갖고, 상기 실린더(10)는 하나 이상의 실린더 재킷 개구부(27)를 구비한 실린더 재킷(26)을 갖고, 상기 실린더 재킷(26)은 상기 실린더 슬리브(12)의 적어도 저부를 둘러싸고, 상기 소기용 공기 개구부(45)는 상기 실린더 재킷(26)의 내부와 연통되고, 상기 피스톤은 상기 소기용 공기 개구부(45)의 한쪽의 상사점과 상기 소기용 공기개구부(45)의 반대쪽의 하사점 사이에서 전후로 이동 가능하며, 상기 소기용 공기 개구부(45)와 상기 실린더 재킷 개구부(27) 사이에는 소기용 공기(50)를 위한 편향 수단(30)이 배치되어, 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진(1)의 작동 상태에서 상기 소기용 공기(50)가 상기 실린더 재킷 개구부(27)로부터 상기 소기용 공기 개구부(45)로 직접 유동되는 것을 방지한다.

대형 디젤 엔진, 왕복동 피스톤, 편향 부재, 편향 플레이트, 응축수

Description

２행정 디젤 연소 엔진 {A TWO-STROKE DIESEL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 왕복동 피스톤 연소 엔진, 구체적으로는, 선박 또는 전기 에너지의 제조를 위한 고정 설비를 위한 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진에 관한 것이다.

예를 들어 선박 또는 전기 에너지의 제조를 위한 고정 설비를 위한 대형 디젤 엔진과 같은 왕복동 피스톤 연소 엔진의 파워를 증대시키기 위해, 연소 행정 후에 실린더의 연소 공간에, 일반적으로 배기가스 터보과급기로서 설계된 급기 장치에 의해 상승된 압력의 신선한 공기가 투입된다. 이러한 장치에서 배기가스의 열에너지의 일부는 연소 행정 후에 실린더의 연소 공간에 남아 활용될 수 있다. 이를 위해, 실린더의 연소 공간으로부터 발생된 고온의 배기가스는 배기밸브의 개방에 의해 급기 장치로 공급된다. 급기 장치는 실질적으로, 압력을 받아 급기 장치로 들어가는 고온의 배기가스에 의해 구동되는 터빈으로 이루어진다. 터빈은 로터 디스크를 구동시키고, 이에 따라 신선한 공기가 흡입되어 압축된다. 일반적으로 터보과급기라고 하는, 컴프레서를 구비한 터빈은, 반드시 그러하지는 않지만, 2행정 대형 디젤 엔진의 경우에 레이디얼 컴프레서로 설계되며, 여기에 소위 디퓨저, 급기용 공기 냉각기, 워터 세퍼레이터, 및 입구 리시버가 연결되고, 급기용 공기 또는 소기용 공기라고 하는 압축된 신선한 공기가 대형 디젤 엔진의 실린더의 각각의 연소 공간으로 공급된다.

길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 경우, 각각의 실린더의 연소 공간에 공기를 공급하는 것은 실린더 슬리브 또는 가동 슬리브의 하부 영역에 배치된 소기용 슬롯을 통해 이루어진다.

길이방향으로 소기되는 디젤 엔진의 심각한 문제점은, 소기용 공기에서 응축수가 발생하는 것이며, 이 응축수는 실린더 슬리브의 내측 표면의 윤활유의 막에 악영향을 준다.

엔진은 상당한 급기용 공기 압력으로, 즉 가압되어 작동되기 때문에, 급기용 공기의 수분의 대부분은 급기용 공기 냉각기에서 분리된다. 이러한 응축액은 가능하면 엔진의 입구 리시버로 들어가지 않아야 하거나, 가능한 사전에 완전히 배출되어야 한다. 이를 위해, 공지된 바와 같이, 워터 세퍼레이터가 사용되어 응축수의 상당 부분이 배출될 수 있다.

급기용 공기 냉각기에서의 국부적인 압력 손실로 인해 공기의 속도가 상당히 증가될 수 있으며, 그 결과 응축액이 후속의 워터 세퍼레이터로 들어가게 된다. 공지된 급기용 공기 냉각기에서는 통상적으로 약 80% 이하의 응축액이 분리되며 나머지는 워터 세퍼레이터로 들어간다.

급기용 공기 냉각기의 하류에 배치된 워터 세퍼레이터의 효율이 낮기 때문에, 분리되지 않은 물방울이 소기용 공기의 유동에 의해 입구 리시버로 들어갈 수 있다. 입구 리시버로 들어간 물방울은 소기 과정 중에 자유롭게 이동하고 실린더 재킷 개구부 및 소기용 공기 개구부를 통과하여 실린더의 연소 공간으로 들어가고 실린더 슬리브의 실린더 표면에 달라붙는다.

그러나 피스톤의 하측에는, 워터 세퍼레이터 후에 존재하는 소기용 공기의 유동에서 소기용 공기로부터의 물 응축, 또는 실린더 재킷 및 임의의 밸브 또는 존재하는 입구 개구부의 입구 리시버의 연결 라인의 벽에서의 응축 및 물방울 형성에 의해, 물방울이 형성될 수도 있다.

특히 열대 조건에서는 지나치게 많은 응축수가 소기용 공기와 함께 실린더의 연소 공간으로 들어가서, 피스톤 및/또는 실린더 슬리브에서의 높은 마모로 인해 손상으로 이어질 수 있으며, 그 이유는, 실린더 슬리브의 내측 표면에 있는 윤활유의 막이 응축수에 의해 손상될 수 있기 때문이다.

본 발명의 목적은, 소기용 공기 개구부를 통해 왕복동 피스톤 연소 엔진의 실린더의 연소 공간으로 들어가는 급기용 공기의 응축수의 비율을 더욱 저감시키는 것이다.

상기 목적은 독립청구항인 청구항 1의 특징에 의해 해결된다.

종속청구항은 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 관한 것이다.

따라서 본 발명은, 왕복동 피스톤 연소 엔진, 보다 구체적으로는, 피스톤이 배치되어 전후로 이동 가능한 실린더 슬리브를 구비한 하나 이상의 실린더를 가진, 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진에 관한 것이다. 2행정 대형 디젤 엔진은 통상적으로 5개 내지 14개 또는 그 이상의 수직으로 배치된 실린더를 포함한다. 그 하부에서 실린더 슬리브는 복수의 소기용 공기 개구부를 갖는다. 각각의 실린더 슬리브의 일부분은 각각 실린더 재킷에 의해 둘러싸이고, 실린더 재킷은 입구 리시버로부터 실린더 슬리브에 소기용 공기를 투입하기 위한 하나 이상의 실린더 재킷 개구부를 갖는다. 따라서 실린더 재킷은, 실린더 슬리브의 하부 부분 및 소기용 공기 개구부를 둘러싸고 실린더 슬리브의 소정의 높이로 연장되며, 커버 및 시일에 의해 실린더 슬리브에 대하여 기밀되게 폐쇄된다. 실린더 재킷에 의해 둘러싸인 공간은 피스톤 하측이라고도 한다. 실린더 재킷의 바닥은 피스톤 로드가 안내되는 통로 개구부를 포함하며, 이 통로는 바람직하게 기밀되게 설계된다. 실 린더 재킷에 의해 둘러싸인 공간, 즉 피스톤의 하측은 통상 실질적으로 블록 형상의 형태를 갖는다. 다중 실린더 왕복동 피스톤 연소 엔진에서, 통상 서로 나란히 놓이는 피스톤의 하측은 인접하는 실린더 재킷의 연결 개구부에 의해 서로 연결될 수 있다.

실린더 재킷 개구부를 통해 유동하는 소기용 공기를 위해 실린더 재킷 개구부의 영역에 배치된 편향 수단은 본 발명에서 중요하다. 실린더 재킷 개구부와 소기용 공기 개구부 사이에 위치된 편향 수단은, 왕복동 피스톤 연소 엔진의 작동 상태에서, 즉 연소실이 소기용 공기에 의해 소기되는 동안, 소기용 공기가 실린더 재킷 개구부로부터 소기용 공기 개구부로 직접 유동하는 것을 방지한다. 이와 관련하여, 소기용 공기는 입구 리시버라고 하는 예비 챔버로부터 실린더 재킷 개구부를 통해 편향 수단을 거쳐 피스톤 하측으로 유동한 후 실린더 슬리브의 소기용 공기 개구부를 통해 실린더의 연소 공간으로 유동한다. 이러한 구성에서, 입구 리시버는 피스톤이 없는 예비 챔버이며 소기용 공기를 위한 중간 저장소의 역할을 한다.

실린더 재킷 개구부는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 그 단면은 바람직하게 다각형, 특히 직사각형 또는 타원형으로 만들어질 수 있다. 둥근 단면을 가진 실린더 재킷 개구부는 특히 본 발명에 따른 왕복동 피스톤 연소 엔진에 사용되기에 바람직하다.

본 발명에 따른 편향 수단 없는 경우, 실린더 재킷 개구부와 소기용 공기 개구부 사이의 거리가 최단인 관계로, 연소 공간의 길이방향 소기 중에, 다량의 물방울은 소기용 공기 개구부를 통해 연소 공간으로 고속으로 통과할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 그리고 본 발명에 따라, 소기용 공기의 유동에 의해 이동되는 물방울이 그 입구로부터 실린더 재킷 개구부를 통해 소기용 공기 개구부로 이동해야 하는 거리가 증가되도록, 실린더 재킷에는 실린더 재킷 개구부 후의 소기 유동에 소기 유동을 위한 편향 수단이 설치된다. 따라서 소기 과정 중에는 약간의 물방울만이 소기용 공기 개구부에 도달하게 된다.

본 발명은 특히 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 실린더의 실린더 재킷의 설계에 관한 것이다. 소기용 공기의 유동은 본 발명에 따른 편향 수단에 의해 더욱 회전되어, 소기용 공기의 유동의 교란이 증대된다. 교란이 커지면 공기 마찰이 작아지기 때문에, 다량의 물방울은 더 이상 소기용 공기의 유동에 의해 이동되지 않고 실린더 재킷의 바닥으로 떨어진다. 그 결과, 편향 수단에 의해 생성된 소기용 공기의 유동의 교란은 특히 소기용 공기로부터 응축수의 분리 및 배출을 증대시킨다.

편향 수단은 소기용 공기의 유동량에 영향을 미치지 않지만, 실린더 재킷 개구부의 입구 영역의 소기용 공기의 유속을 증대시킨다. 실린더 재킷으로 들어가는 응축수의 물방울의 속도는 통상 약 30㎧이다.

소기용 공기에 의해 연소 공간으로 투입되는 응축수의 양의 감소는, 특히 연소 공간으로 다량의 물방울이 투입되는 것을 방지하며, 그 이유는, 물의 양은 물방울의 반경의 세제곱에 따르기 때문이다.

본 발명에 따른 편향 수단을 사용하지 않으면, 통상 최대 6.5㎜의 직경 또는 0.143g의 중량의 물방울이 실린더 슬리브의 소기용 공기 개구부로 들어갈 수 있다. 본 발명에 따른 편향 수단을 사용함으로써, 실린더 슬리브의 소기용 공기 개구부로 들어가는 물방울은 최대 약 2.5㎜의 직경 또는 0.008g의 중량으로 감소된다.

본 발명에 따른 편향 수단을 사용함으로써, 실린더 슬리브의 소기용 공기 개구부에 도달하는 응축된 물방울의 최대 가능한 양이 통상 90% 내지 95% 감소된다.

본 발명에 따른 편향 수단은, 실린더 재킷 개구부를 통과하는 입구와 실린더 슬리브의 소기용 공기 개구부 사이의 소기용 공기에 존재하거나 형성되는 물방울의 유동 길이를 증대시키고, 소기용 공기의 유동의 교란을 증대시킨다. 물방울의 이동 경로를 증대시킴으로써, 한편으로는 거리가 길기 때문에 실린더 재킷의 벽에 물방울이 응집될 가능성이 증가되고, 다른 한편으로는, 소기용 공기의 유동의 교란이 증대되기 때문에 다량의 물방울이 중력에 의해 실린더 재킷의 바닥으로 낙하될 가능성이 증가되기 때문에, 물방울이 소기용 공기 개구부에 도달할 가능성이 감소된다.

편향 수단은 원칙적으로 임의의 원하는 형태를 가질 수 있으며 예를 들어 원통 형상, 원뿔대 형상, 또는 편평한 형상을 가질 수 있다. 편향 수단은 바람직하게 편평하거나 굴곡진 플레이트 형태의 폐쇄되지 않은 형상을 갖는다. 이와 관련하여, 트로프(trough) 형상 또는 웨이브(wave) 형상으로 형성될 수 있는 굴곡진 플레이트는 다른 벤드(bend)를 가질 수도 있다. 이러한 굴곡진 편향 부재의 길이방향 또는 가로방향 축은 바람직하게 피스톤 하측으로 들어가는 소기용 공기의 유동 방향에 놓인다. 편향 수단이 편평한 플레이트의 형태인 것이 특히 바람직하다.

편향 수단은 실린더 재킷 및/또는 실린더 슬리브에 바람직하게 고정되거나 실린더 재킷에 통합될 수 있다. 편향 수단은 바람직하게, 실린더 재킷 개구부 위에서 실린더 재킷에 고정되거나 실린더 재킷 개구부의 상부 림에 고정된다. 실린더 슬리브는 통상 실질적으로 수직으로 정렬되기 때문에, 편향 수단은 바람직하게 실린더 재킷 개구부의 상부 림으로부터 아래쪽으로 비스듬하게 연장되며 실린더 슬리브의 길이방향 축을 향한다.

실린더 슬리브의 길이방향 축의 방향으로 놓이는 편향 수단의 단부는 특히 바람직하게 실린더 슬리브의 소기용 공기 개구부 아래에 놓인다.

편향 수단은 실린더 슬리브의 길이방향 축에 대하여 경사를 이루며 그 사이에 α의 각도를 포함한다. 이 각도 α는 바람직하게 예각이다. 이것은 바람직하게, 360°의 원을 기준으로 하여, 20°내지 70°, 특히 25°내지 50°이다.

실린더 재킷으로 들어가는 소기용 공기의 유입 방향에서 보아 실린더 재킷 개구부의 후측은 바람직하게 편향 수단에 의해 적어도 일부분이 덮인다. 즉, 실린더 재킷 개구부 뒤에 놓인 공간은 편향 수단에 의해 부분적으로 덮인다. 이러한 구성에서, 소기용 공기의 유동은 실린더 재킷 개구부를 통과한 후 아래쪽으로 비스듬하게 편향된다.

편향 수단은, 한편으로는, 실린더 재킷 개구부 위에 바람직하게 고정되고 실린더 축의 방향으로 실린더 재킷 내에서 아래쪽으로 비스듬하게 연장된다. 편향 수단의 외측 림은 바람직하게 적어도 일부분이 실린더 재킷 개구부 다음에 실린더 재킷 표면의 내측 표면과 매칭되도록 형성된다. 그 결과, 편향 수단과 실린더 재킷 사이의 편향 수단의 림 주위에 포함된 소기용 공기 및 물방울의 교란이 방지된 다. 이와 관련하여, 편향 수단과 실린더 벽 사이에 형성된 편향 수단의 림 영역에 걸쳐 아래로부터, 즉 편향 수단의 유동이 일어나는 쪽으로부터 위쪽으로 소기용 공기가 유동할 수 있는 상황이 방지된다.

편향 수단의 실린더 벽과 접촉하지 않는 자유 단부는 바람직하게 실린더 슬리브의 외벽으로 연장된다. 편향 수단의 실린더 축의 방향으로 놓인 자유 단부는 또한 바람직하게 실린더 슬리브의 하단부로 연장된다. 편향 수단은 또한 바람직하게 실린더 슬리브와 정확하게 끼워지는 형상을 가져서, 편향 수단과 실린더 슬리브 사이에는 형상이 매칭된 연결부가 존재한다. 이 형상이 매칭된 연결부는 기밀된다.

편향 수단과 실린더 재킷과의 사이, 필요한 경우에는 실린더 슬리브와의 사이의 형상이 매칭된 연결부의 기밀 연결은 예를 들어 접착 연결에 의해 이루어질 수 있다. 금속제 편향 수단을 사용함으로써, 편향 수단과 실린더 재킷 및/또는 실린더 슬리브 사이의 형상이 매칭된 연결부의 기밀 연결이 예를 들어 납땜 또는 용접 연결에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 기밀된 형상 매칭은 나사 연결 또는 클램핑 연결에 의해 이루어질 수 있다.

실린더 재킷 사이에 놓인 실린더 슬리브의 길이방향 축을 향하는 편향 수단의 자유 단부는, 실린더 슬리브의 길이방향 축과 실질적으로 직각으로 연장되는 직선 에지로서 형성된다. 여기서, 실질적으로 직각이란, 예를 들어 360°의 전체 원과 관련하여, 직각 또는 85°내지 95°의 각도를 의미한다. 그 결과, 실린더 슬리브의 길이방향 축을 향하는 편향 수단의 자유 단부는 수평으로 정렬된다. 편향 수 단의 노출된 직선 에지는 또한 바람직하게, 그 법선이, 360°의 전체 원과 관련하여, 실린더 슬리브의 길이방향 축에 대하여 2°내지 5°의 각도로 경사를 이룬다.

편향 수단은 바람직하게, 실린더 슬리브의 길이방향 축을 향하며 실린더 슬리브의 길이방향 축과 실질적으로 직각으로 연장되는 자유 단부에, 응축수를 위한 드레인 채널을 갖는다. 보다 바람직하게, 이 드레인 채널은 편향 수단의 전체 자유 에지에 걸쳐 연장된다. 즉, 편향 수단이 편평한 플레이트 형상인 경우, 드레인 채널은 바람직하게 편향 시트의 에지의 노출된 전체 길이에 걸쳐 연장되며, 대응되는 에지는 직선 경로를 나타낸다.

드레인 채널은, 바람직하게 길이방향으로 눌린 형상을 가지며, 편향 수단의 소기용 공기의 유동 쪽으로 향하는 측부에 퇴적되어 소기용 공기의 유동 및 중력에 의해 편향 수단의 하측 자유 에지로 유동되는 응축수를 수용하여 배출시키는 역할을 한다. 드레인 채널에 회수된 응축수의 배출은, 드레인 채널의 일 단부에서 바람직하게 수직 드레인 튜브를 통해 실린더 재킷을 따라 실린더 재킷의 바닥으로 이루어지거나, 드레인 채널의 양측에서 각각의 수직 드레인 튜브에 의해 실린더 재킷을 따라 실린더 재킷의 바닥으로 이루어진다. 드레인 튜브는 바람직하게 폐쇄된 단면을 가지지만, 드레인 채널의 형상으로 형성될 수도 있다. 드레인 채널로부터 드레인 튜브를 통해 실린더 재킷의 바닥으로 응축수를 배출하는 것은 바람직하게 중력에 의해 이루어진다. 왕복동 피스톤 연소 엔진의 오일 배출 시스템은 원칙적으로 피스톤의 각각의 하측으로부터 응축수를 배출시키는 데에도 적합하다.

바람직한 실시예에서, 드레인 채널은 편향 수단에 수평으로 고정되고, 각각 의 드레인 튜브는 드레인 채널의 양 단부에 구비된다.

드레인 채널은 폐쇄되지 않은 단면을 가질 수 있다. 예를 들어 이 단면은 반원형 또는 볼록한 다각형 커브일 수 있으며, 이 중심 각도는 바람직하게, 360°의 전체 원과 관련하여, 180°내지 270°이다.

드레인 채널은 바람직하게, 시간당 최대 200㎏의 물이 배출될 수 있는 치수를 갖는다. 편향 수단은 임의의 유형의 표면 구조를 가질 수 있다. 이 표면은 바람직하게 구멍을 갖지 않는다. 이 표면은 예를 들어 매끄럽거나 소정의 표면 거칠기를 갖는다.

편향 수단은 바람직하게 강, 특히 스테인리스강으로 만들어진다. 그러나 그 표면은 코팅될 수 있다. 편향 수단의 두께는 바람직하게 5㎜ 내지 10㎜이다.

편향 수단에 의해 야기되는 소기용 공기의 유동의 압력 손실은 통상 실린더당 0.1 내지 6 bar이고, 피스톤 하측에서 평균 소기용 공기 압력의 약 0.15%이므로, 왕복동 피스톤 연소 엔진의 기능에 부정적 영향을 주지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 편향 수단은 복수의 부분, 특히 2개의 부분으로 형성된다. 편향 수단을 복수의 부분으로 형성하면, 실린더 재킷에서 개구부, 특히 실린더 재킷 개구부를 통해 삽입하는 것이 가능하다.

편향 수단의 각각의 부분 부재의 어셈블리는 바람직하게, 중첩 부분, 즉 예를 들면 편향 수단의 2개의 부분 부재의 연결 측에서 이들을 중첩시키는 직사각형의 플레이트 부재에 의해 이루어진다. 중첩 부분의 길이는 실린더 재킷 개구부로부터 편향 수단의 자유 에지의 거리에 의해 결정된다. 중첩 부분의 폭은 바람직하 게 50㎜ 내지 100㎜이다. 중첩 부분의 편향 수단의 부분 부재와의 연결은 바람직하게, 나사 연결 또는 리벳 연결에 의해 기계식으로 이루어진다. 여러 실린더의 실린더 재킷은, 예를 들어 제조 공차로 인해, 그리고 그 폭(실린더 재킷 개구부의 단면과 평행한 실린더 재킷의 길이방향 범위)이 통상 ±10㎜ 가변적이어서, 정확하게 동일한 치수를 갖지 않으므로, 편향 부재의 부분 부재 및 연결 부재로서 사용되는 중첩 부분은 바람직하게, 예를 들어 최대 20㎜의 실린더 재킷 폭의 차이를 보상할 수 있도록 형성된다. 이것은 예를 들어 연결 나사 또는 연결 리벳을 수용하는 슬롯 형상의 보어에 의해 이루어진다. 편향 수단의 부분 부재는 또한 바람직하게 서로 중첩되지 않는다.

편향 수단은 바람직하게 편향 수단의 2개의 부분 부재를 포함한다. 실린더 재킷에 형상이 매칭되도록 바람직하게 연결되는 이들 부분 부재의 에지 구역은, 바람직하게 실린더 재킷에 제공된 후에 예를 들어 납땜 또는 용접 연결에 의해 기밀되게 연결되고, 편향 수단의 부분 부재들이 연결된 후에 실린더 재킷에 중첩 부분이 장착된다.

중첩 부분은 바람직하게 편향 수단의 소기용 공기의 유동의 반대쪽에 고정된다.

편향 수단의 부분 부재의 연결 조인트, 즉 중첩 부분에 의해 연결되는 서로 대향하는 에지 구역은, 바람직하게 소기용 공기의 실린더 재킷으로의 유입 방향과 평행하게 형성된다.

편향 수단의 부분 부재는 또한 바람직하게, 이들의 연결 조인트가 편향 수단 의 중간으로 떨어지지 않도록 형성된다. 편향 수단의 부분 부재는 특히, 이들의 연결 조인트가 실린더 재킷 개구부의 영역으로 떨어지지 않도록 형성된다. 이와 관련하여, 실린더 재킷 개구부의 영역은 직선의 실린더 영역으로 이해되어야 하고, 실린더 재킷 개구부는 바닥면으로 이해되어야 하며, 소기용 공기의 유입 방향에서 보아 실린더 재킷 개구부의 측부에 대한 중앙 법선은 실린더의 길이방향 축으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 소기용 공기의 유입 쪽으로 향하는 편향 수단의 제1 부분 부재의 부분 표면은 바람직하게 편향 수단의 전체 표면의 20% 내지 40%이다. 2개의 부분으로 설계된 편향 수단에서 연결 조인트는 바람직하게 대칭으로 배치된다.

2개 이상의 편향 수단의 부분 부재를 포함하는 편향 수단을 사용하는 경우, 드레인 채널은 바람직하게, 마찬가지로 편향 수단의 분할에 대응하여 분할된다. 중첩 부분은 특히 바람직하게, 편향 부재의 부분 부재를, 마찬가지로 드레인 채널 부분을 가진 드레인 채널의 대응되게 분할된 부분 부재와 연결하는데 사용되며, 중첩 부분의 드레인 채널 부분의 단면 형상은 편향 수단의 부분 부재의 드레인 채널의 부분 부재의 형상과 매칭되도록 조절된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 대형 디젤 엔진(1)의 배기가스 터보과급기 시스템의 여러 구성요소를 개략적으로 나타낸다. 이러한 구성에서, 대형 디젤 엔진은, 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진으로서 형성되고, 본 발명에 따른 소기용 공기 편향 수 단(30)을 구비한다.

대형 디젤 엔진(1)은 일반적으로, 공지된 그 자체의 방식으로, 실린더 커버(14)에 배치된 배기밸브(16)를 구비한 복수의 실린더(10)를 포함하고, 실린더(10) 내에는 피스톤(20)이 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에서 실린더 슬리브(12)의 내벽을 따라 전후로 이동 가능하도록 배치된다. 실린더 커버(14)를 구비한 실린더 슬리브(12) 및 피스톤(20)은 공지된 그 자체의 방식으로 실린더(1)의 연소 공간(40)을 형성한다. 실린더 슬리브(12)의 하부 영역에는 소기용 슬롯으로서 설계된 복수의 소기용 공기 개구부(45)가 구비된다. 피스톤(20)의 위치에 따라, 소기용 슬롯(45)은 개폐된다. 소기용 공기(50)라고 하는 급기용 공기는 소기용 공기 개구부(45)를 통해 실린더(10)의 연소 공간(40)으로 유입될 수 있다. 연소 중에 발생하는 배기가스(60)는 실린더 커버(14)에 배치된 배기 밸브(16) 및 배기 밸브(16)에 연결된 배기 라인(65)을 통해 배기가스 터보과급기(70)로 유동한다.

공지된 그 자체의 방식에서, 배기가스 터보과급기(70)는 중요한 구성요소로서, 신선한 공기(55)의 압축을 위해 임펠러(75)를 구비한 컴프레서, 및 임펠러(75)를 구동시키기 위해 터빈 로터(80)를 구비한 터빈을 포함하고, 임펠러(75)는 공지된 그 자체의 방식으로 샤프트에 의해 터빈 로터(80)에 연결된다. 터빈 및 컴프레서는 하우징 내에 배치되며 배기가스 터보과급기(70)를 형성하고, 본 실시예의 경우에는 컴프레서 측의 레이디얼 컴프레서로서 형성된다. 터빈은 실린더(10)의 연소 공간(40)으로부터 유입되는 고온의 배기가스(60)에 의해 공지된 그 자체의 방식으로 구동된다.

연소 공간(40)에 급기용 공기(50)를 충전하기 위해, 신선한 공기(55)가 유도 스터브(induction stub)를 통해 임펠러(75)에 의해 취입되고 배기가스 터보과급기(70)에서 압축된다. 압축된 신선한 공기는 급기용 공기(50)로서 터보과급기(70)로부터 후속의 디퓨저(85), 급기용 공기 냉각기(90), 및 워터 세퍼레이터(95)를 통해 입구 리시버(98)로 유동하고, 편향 플레이트(30)를 거쳐 피스톤 하측(25)으로 가고, 궁극적으로 소기용 슬롯(45)을 통해 가압된 상태로 실린더(10)의 연소 공간(40)으로 들어간다.

도 2는 본 발명에 따른, 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 실린더의 개략적인 종단면도이다. 일반적으로, 이러한 대형 디젤 엔진은 복수의 실린더(10)를 갖는다.

이와 같은 대형 디젤 엔진의 실린더(10)는 하나 이상의 분사 노즐(18) 및 배기 밸브(16)를 구비한 실린더 커버(14)를 갖는다. 실린더 커버는 실린더 슬리브(12) 및 피스톤(20)과 함께 실린더의 연소 공간(40)을 형성한다. 분사 노즐(18)은 연료 라인을 통해 분사 장치(미도시)에 연결되며, 연료 라인은 분사 노즐(18)을 통해 실린더(10)의 연소 공간(40)에 연료를 공급한다. 실린더(10)는, 내부에서 피스톤(20)이 길이방향 축(m)을 따라 전후로 이동 가능한 실린더 슬리브(12)를 포함하며, 실린더 슬리브(12)의 하부 부분에서는 실린더 재킷(26)이 피스톤의 하측(25) 및 실린더 슬리브(12)의 저부 부분을 외부와 격리시킨다. 실린더 재킷은 실질적으로 평행육면체로 설계된다.

피스톤(20)은 공지된 그 자체의 방식으로 피스톤 로드(22)에 의해 크랭크샤 프트(미도시)에 연결된다. 이와 관련하여, 피스톤 로드는 실린더 재킷(26)의 바닥을 관통하며, 이를 위해 바닥의 개구부는 시일(21)을 구비할 필요가 있다.

실린더 슬리브(12)는 실린더 재킷(26) 내부의 하부 영역에 소기용 공기 개구부(45)를 포함하여, 피스톤(20)이 하사점의 영역에 도달하였을 때 소기용 공기(50)가 연소 공간(40)으로 들어가도록 한다. 그러나 소기용 공기 개구부(45)는 피스톤(20)이 상사점의 영역에 위치되면 피스톤(20)에 의해 폐쇄된다.

소기용 공기(50)는 입구 리시버(98)로부터 실린더 재킷 개구부(27)를 통해 실린더 재킷(26)으로 들어간다. 실린더 재킷 개구부(27)는 임의의 단면을 가질 수 있으며, 예를 들면 둥근 형태 또는 타원 형태이지만 폐쇄된 다각형 형상일 수 있다. 소기용 공기(50)는, 실린더 재킷 개구부(27)를 통과하는 경우, 유입 방향(52)을 갖는다. 소기용 공기(50)가 실린더 재킷 개구부(27)를 통과한 후, 소기용 공기(50)의 유동은, 예를 들어 편향 플레이트 형태의 편향 수단(30)에 의해 아래쪽으로 편향된다.

편향 플레이트(30)는 실린더 재킷(26) 내에서 실린더 재킷 개구부(27) 위에 고정되며 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)의 방향으로 아래쪽 내측으로 경사지게 연장되어 실린더 슬리브(12)의 하부 림(13)의 영역에서 끝난다. 편향 플레이트(30)는, 평면으로 보아, 소기용 공기(50)의 유입 방향(42)에서 실린더 재킷의 한쪽 측벽으로부터 실린더 재킷(26)의 반대쪽에 배치된 측벽으로 연장되며, 즉 도 2의 종단면도에서 실린더 재킷(26)의 직각으로 놓인 2개의 측벽을 서로 연결한다. 편향 플레이트(30)의 실린더 재킷(26)에 대한 연결은 기밀되게 이루어져서, 소기용 공기가 편향 플레이트(30)의 옆이나 위를 통해 편향 플레이트(30) 위에 놓인 피스톤 하측(25)으로 유동되지 않도록 한다. 편향 플레이트(30)는, 소기용 공기(50)의 유입 방향(52)에서 보아, 실린더 재킷 개구부(27)의 단면의 대부분을 커버한다.

실린더 재킷(26)의 2개의 대향하여 배치된 벽 사이에 놓인 편향 플레이트(30)의 하부 에지(32)는 실린더 슬리브(12)의 하부 림(13)과 부분적으로 접촉하지만 실린더 슬리브와는 접촉하지 않는다. 이러한 이유로, 편향 플레이트(30)의 하부 에지(32)는, 직선형이며 본 실시예에서는 수평으로 배치된 에지(32)로서 형성된 자유 에지를 형성한다.

편향 플레이트(30)의 자유 에지(32)에는 드레인 채널(35)이 형성된다. 이 드레인 채널은 트로프 형상이며 편향 플레이트(30)의 자유 에지(32)의 길이 전체에 걸쳐 연장된다.

도 3은 본 발명에 따른, 부분 부재(31a, 31b)를 포함하는 편향 장치(30)의 평면도이다. 편향 플레이트(30) 형태의 편향 수단은 2개의 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)를 갖는다. 도 3은 또한 스크루 구멍 또는 리벳 구멍(34)을 구비한 중첩 부분(33)을 나타낸다.

중첩 부분(33)은 부분 부재(31a, 31b)의 배면에 고정되며 따라서 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)의 결합 에지(37a, 37b)와 연결된다. 실린더에 삽입되는 편향 수단(30)의 자유 에지(32)는 직선형 에지를 형성한다. 결합 에지(37a, 37b)와 대향하여 놓이는 2개의 외측 에지(38a, 38b)는 실린더 재킷(26)의 형상과 매칭되어, 편향 플레이트(30)와 실린더 재킷(26) 사이에 고정된 기밀 연결이 가능하다. 이와 관련하여, 기밀 연결은 특히, 실린더 재킷과, 외측 에지(38a, 38b)와의 사이, 그리고 자유 에지(32)와 대향하여 놓인 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)의 에지와의 사이에 이루어지며, 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)와 중첩 부분(33)의 연결도 기밀된다.

편향 플레이트(30)의 2개의 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)로의 분할은 대칭이 아니다. 도 3에 도시한 분할에서, 편향 플레이트 부분 부재(31b)는 편향 플레이트(30)의 전체 에지 길이(32)의 약 1/3인 자유 에지 길이(32)를 갖는다. 따라서, 편향 플레이트 부분 부재(31a)의 자유 에지 길이(32)는 편향 플레이트(30)의 전체 에지 길이(32)의 약 2/3이다.

편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b) 및 중첩 부분(33)의 하부 에지에는 전술한 부분들의 드레인 채널의 대응하는 부분 부재(35a, 35b, 35c)가 존재한다. 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)에 대한 중첩 부분(33)의 연결 후, 중첩 부분은 편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b) 뒤에 놓이게 되어, 결합 에지(37a, 37b)에 의해 형성되는 연결 조인트의 배면이 중첩 부분(33)에 의해 커버된다. 중첩 부분(33)의 드레인 채널 부분 부재(35c) 및 편향 플레이트의 부분 부재(31a, 31b)의 드레인 채널 부분 부재(35a, 35b)는, 편향 플레이트(30)가 조립되었을 때 드레인 채널 부분 부재(35a) 및 드레인 채널 부분 부재(35b)가 중첩 부분(33)의 드레인 채널 부분 부재(35c)에 의해 고정되는 방식의 형상 내에 수용되도록 형성된다. 드레인 채널 부분 부재(35a)의 좌측 에지에는 드레인 튜브(36)가 연결되어, 드레인 채널(35)로부터 응축수를 유도한다.

도 4는 도 3의 편향 플레이트가 조립된 상태에서 선 A-A를 따라 취한 단면도이다.

편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)의 연결 에지(37a, 37b)는 서로 맞대어질 수 있거나 임의의 거리로 서로 평행하게 위치될 수 있으며, 이로 인한 연결 조인트는 배면에서 중첩 부분(33)에 의해 커버된다. 드레인 채널 부분 부재(35a, 35c)는 부분 원의 내측 단면을 가지는 트로프 형상을 갖는다. 좌측에 놓인 부재는 성형된 드레인 채널(35c)을 구비한 하류 중첩 부분(33)과 관련된다. 드레인 채널(35a)을 구비한 편향 플레이트 부분 부재(31a)의 단면은 중첩 부분(33)의 단면과 접촉하여 우측에 이어진다. 중첩 부분(33)의 드레인 채널(35c)의 단면 형상은 편향 플레이트 부분 부재(31a)의 단면과 대응되어, 양쪽의 드레인 채널 부분 부재(35a, 35c)가 형상이 매칭된 방식으로 상하로 놓인다. 드레인 채널(35) 내에 회수된 물을 배출하는 드레인 튜브(36) 또한, 도 3에 도시한 편향 플레이트(30)의 선 A-A를 따라 취한 단면을 평면으로 보아, 실린더 재킷(26)의 바닥(미도시)에서 볼 수 있다.

편향 플레이트 부분 부재(31a, 31b)를 실린더 재킷(26)에 고정하는 것은, 바람직하게 납땜, 용접, 접착, 나사결합, 또는 클램핑에 의해 이루어진다. 또한, 편향 수단/편향 수단 부분 부재는 추가적으로, 기계식 지지 수단(미도시)에 의해, 바람직하게는 소기용 공기의 유동과 멀리 떨어진 쪽에서 실린더 재킷에 더 연결될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른, 배기가스 터보과급기 시스템 및 편향 수단을 구비한 대형 디젤 엔진의 원칙적인 구조를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른, 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 실린더의 개략적인 종단면도이다.

도 3은 부분 부재를 포함하는, 본 발명에 따른 편향 부재의 평면도이다.

도 4는 도 3의 선 A-A를 따라 취한, 편향 플레이트의 단면도이다.

Claims

왕복동 피스톤 연소 엔진, 특히 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진(1)에 있어서,

실린더 슬리브(12)를 구비한 하나 이상의 실린더(10)를 포함하며 상기 실린더(10) 내부에는 피스톤(20)이 배치되고,

상기 실린더 슬리브(12)는 복수의 소기용 공기 개구부(45)를 갖고, 상기 실린더(10)는 하나 이상의 실린더 재킷 개구부(27)를 구비한 실린더 재킷(26)을 갖고,

상기 실린더 재킷(26)은 상기 실린더 슬리브(12)의 적어도 저부를 둘러싸고,

상기 소기용 공기 개구부(45)는 상기 실린더 재킷(26)의 내부와 연통되고, 상기 피스톤은 상기 소기용 공기 개구부(45)의 한쪽의 상사점과 상기 소기용 공기개구부(45)의 반대쪽의 하사점 사이에서 전후로 이동 가능하며,

상기 소기용 공기 개구부(45)와 상기 실린더 재킷 개구부(27) 사이에는 소기용 공기(50)를 위한 편향 수단(30)이 배치되어, 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진(1)의 작동 상태에서 상기 소기용 공기(50)가 상기 실린더 재킷 개구부(27)로부터 상기 소기용 공기 개구부(45)로 직접 유동되는 것을 방지하는,

왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항에 있어서,

상기 편향 수단(30)은, 상기 실린더 재킷(26) 및/또는 상기 실린더 슬리브(12)에 고정되도록 편평하거나 굴곡진 부재이며, 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)에 대하여 미리 결정된 각도(α)로 경사를 이루고, 상기 실린더 슬리브(12)의 하단부 쪽으로 돌출된,

왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 편향 수단(30)은 편향 플레이트인, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제3항에 있어서,

상기 편향 수단(30)과 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m) 사이의 각도(α)는 예각이며, 바람직하게는 360°의 전체 원을 기준으로 하여, 20°내지 70°이고, 특히 25°내지 50°인, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)은, 한편으로는 상기 실린더 재킷 개구부(27)의 상부 림 또는 상기 상부 림 위에 고정되고, 상기 편향 수단(30)의 자유 단부(32)는 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)의 방향으로 상기 실린더 슬리브(12)의 소기용 공기 개구부(45) 아래에 놓이는, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)은, 한편으로는 상기 실린더 재킷 개구부(27)의 상부 림 또는 상기 상부 림 위에 고정되고, 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)의 방향으로 상기 실린더 슬리브(12)의 하단부를 향해 아래쪽으로 비스듬하게 돌출되며,

상기 편향 수단(30)의 외측 둘레면(38a, 38b)은 적어도 일부분이 상기 실린더 재킷(26)과 매칭되는 형상으로 형성된,

왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)의 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)을 향하는 자유 단부(32)는 상기 실린더 슬리브(12)의 하부 림(13)으로 연장되는, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)의 상기 실린더 재킷(26)에 대한 연결부는 형상이 매칭된 방식으로 형성된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)은 상기 실린더 슬리브(12)에 형상이 매칭된 방식으로 연결되는, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)과 상기 실린더 재킷(26) 사이의 연결부는 기밀된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)과 상기 실린더 슬리브(12) 사이의 연결부는 기밀된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)의 상기 실린더 재킷(26) 및/또는 상기 실린더 슬리브(12)에 대한 연결부는, 적어도 일부분이, 접착, 납땜, 브레이징, 용접, 나사결합, 클램핑에 의해 연결된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)의, 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)을 향하며 상기 실린더 재킷(26)의 벽들 사이에 놓이는 자유 단부(32)는, 상기 실린더 슬리브의 길이방향 축(m)에 대하여 실질적으로 직각으로 연장된 직선형 에지로서 형성된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)의 자유 단부는, 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)과, 360°의 전체 원과 관련하여, 2°내지 5°의 각도를 이루는, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)의, 상기 실린더 슬리브(12)의 길이방향 축(m)을 향하며 상기 실린더 재킷(26)의 벽들 사이에 놓이는 자유 단부(32)는, 응축수용 드레인 채널(35)을 가진, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제15항에 있어서,

상기 드레인 채널(35)은, 상기 편향 수단(30)의 상기 실린더 재킷(26)의 벽들 사이에 놓이는 자유 단부 전체에 걸쳐 연장된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제15항 또는 제16항에 있어서,

상기 드레인 채널(35)의 적어도 한쪽에, 상기 드레인 채널(35)에 회수된 응축수를 상기 실린더 재킷(26)의 바닥으로 배출시키기 위한 드레인 튜브가 구비된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 드레인 채널(35)의 양쪽에, 상기 드레인 채널(35)에 회수된 응축수를 상기 실린더 재킷(26)의 바닥으로 배출시키기 위한 드레인 튜브가 구비된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단(30)이 복수의 부분, 특히 2개의 부분으로 형성된, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제19항에 있어서,

상기 편향 수단의 부분 부재(31)는 중첩 부재(33)와 결합되고, 상기 중첩 부재는 바람직하게 상기 부분 부재(31)의 소기용 공기(50)의 유동과 반대쪽에 장착되는, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제19항 또는 제20항에 있어서,

상기 편향 수단(30)은 2개의 부분으로 설계되며, 상기 2개의 부분의 연결 조인트는 대칭으로 배치되는, 왕복동 피스톤 연소 엔진.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편향 수단의 제1 부분 부재(31b)의 부분 면적은, 상기 편향 수단(30)의 소기용 공기(50)의 유동에 대향하는 전체 면적의 20% 내지 40%인, 왕복동 피스톤 연소 엔진.