KR20110099788A - 피스톤 엔진 냉각 조립체 - Google Patents

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안드레아스 요르뜨
떼로 라이끼오
또미 라우니오
빌레 뚜오미넨
끌라우스 비드예스꼬이
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바르실라 핀랜드 오이
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Abstract

터보차지형 피스톤 엔진 (1) 은 엔진 블럭 (15), 엔진 블럭에 장착된 브래킷 (14) 및 엔진의 냉각 회로 (39, 40) 의 냉각 액체를 순환시키기 위한 적어도 하나의 냉매 펌프 (12, 13) 를 포함한다. 브래킷 (14) 은 압축된 차지 에어를 위한 에어 케이싱 (18) 을 포함하고, 이 에어 케이싱 (18) 에 차지 에어를 위한 냉각기 (9, 11) 가 구성된다. 또한, 브래킷 (14) 은 펌프 모듈 (27) 을 포함하고, 그 안에 냉매 펌프 (12, 13) 가 구성된다.

Description

피스톤 엔진 냉각 조립체{PISTON ENGINE COOLING ASSEMBLY}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전문에 따른 터보차지형 피스톤 엔진에 관한 것이다.
발전소 및 선박의 메인 및 보조 엔진에 이용되는, 대형 터보차지형 피스톤 엔진에서, 차징은 2 개의 스테이지, 즉 먼저 저압 차저 그리고 고압 차저에서 수행될 수 있다. 차지 에어는 차징 스테이지 사이에서 그리고 고압 차저 이후에 에어가 엔진 실린더 안으로 유도하기 전에 냉각된다. 대형 엔진에서, 터보차저 및 차지 에어 냉각기는 크기가 대형이고 따라서, 이들을 엔진과 관련하여 적응시키는 것은 어렵다. 엔진의 정상부에는 많은 공간이 있지 않기 때문에, 터보차저 및 에어 냉각기는 보통 엔진 블럭의 단부 상에 장착되는 브래킷에 의해 수반된다. 대형 엔진에서, 터보차저 및 그 연결 채널을 갖는 에어 냉각기는 무겁고, 이에 의해 브래킷에는 거대한 로드가 부여되고 무게 중심은 엔진 블럭으로부터 멀리 떨어져서 위치된다. 이는 예컨대 진동, 고립, 소음 및 밀봉 문제를 야기한다. 브래킷과 엔진 블럭 사이의 장착 표면 영역은 종종 상당히 작아서, 이에 의해 큰 부피 (mass) 가 브래킷에 놓이는 것이 허락되지 않는다. 게다가, 냉각 액체를 위한 펌프는 엔진 블럭의 단부에 적응되고, 이는 구성 요소를 최적의 위치에 놓는 것을 더욱 더 어렵게 한다. 유사한 문제가 또한 하나의 스테이지의 차징을 갖는 피스톤 엔진과 관련하여 발생한다.
본 발명의 목적은 상기 설명된 문제를 줄일 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 제 1 에 기재된 것과 같이 달성된다. 본 발명에 따른 터보차지형 피스톤 엔진은 엔진 블럭, 엔진 블럭에 장착되는 브래킷 그리고 엔진의 냉각 회로의 냉각 액체를 순환시키기 위한 적어도 하나의 냉매 펌프를 포함한다. 브래킷은 압축된 차지 에어를 위한 에어 케이싱을 포함하고, 이 에어 케이싱에 차지 에어 냉각기가 구성된다. 또한, 브래킷은 냉매 펌프가 구성되는 펌프 모듈을 포함한다.
본 발명에 의해 상당한 이점이 달성된다. 차지 에어 냉각기와 펌프 모듈 모두가 브래킷에 적응되거나 또는 일체로 되기 때문에, 펌프 모듈은 엔진 블럭에서의 별개의 장착 지점을 요구하지 않으며, 이에 의해 브래킷을 위한 더 큰 장착 표면이 얻어진다. 게다가, 냉각기 및 펌프 모듈은 서로 근접하게 위치될 수 있고, 이에 의해 이들 사이의 파이핑이 짧아지며, 이는 브래킷에 놓이는 부피를 줄인다.
이하에, 본 발명은 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 실시예에 의해 설명된다.
도 1 은 2 개의 스테이지의 터보차징을 갖는 피스톤 엔진의 개략도이다.
도 2 는 도 1 에 따른 피스톤 엔진을 나타내며, 그의 엔진 블럭에 브래킷이 장착된다.
도 3 은 도 2 에 따른 피스톤 엔진의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 4 는 위로부터 본 도 2 및 도 3 에 따른 브래킷을 나타내는 도면이다.
도 1 은 2 개의 스테이지의 터보차징을 갖는 피스톤 엔진 (1) 의 개략도이다. 엔진 (1) 은 대형 피스톤 엔진이며, 예컨대 발전소 및 선박의 메인 및 보조 엔진으로서 사용된다. 엔진 (1) 은 연소 에어를 실린더 (10) 에 운반하기 위한 입구 채널 (2) 그리고 실린더 (10) 로부터 배기 가스를 제거하기 위한 배기 채널 (17) 을 포함한다. 엔진 (1) 에는 저압 터보차저 (3) 가 제공되며, 이는 저압 압축기 (4) 및 저압 터빈 (5) 을 포함한다. 게다가, 엔진 (1) 에는 고압 터보차저 (6) 가 제공되며, 이는 고압 압축기 (7) 및 고압 터빈 (8) 을 포함한다. 저압 압축기 (4) 와 고압 압축기 (7) 사이의 입구 채널의 구역에는 저압 차지 에어를 위한 냉각기 (9) (LP 냉각기) 가 제공된다. 게다가, 엔진 (1) 은 차지 에어 수용기 (26) 를 포함하며, 여기에 고압 압축기 (7) 에 의해 압축된 차지 에어가 저장된다. 차지 에어를 위한 차지 에어 수용기 (26) 와 고압 압축기 (7) 사이의 입구 채널 (2) 의 단면에는 고압 차지 에어를 위한 냉각기 (11) (HP 냉각기) 가 제공된다.
HP 및 LP 냉각기는 저온 냉각 액체가 저온 펌프 (12) 에 의해 순환되는 저온 냉각 회로 (39) 에 연결된다. LP 냉각기 (9) 는 냉각 액체의 흐름 방향에서 HP 냉각기 (11) 전에 위치된다. 윤활유 냉각기 (16) 가 또한 저온 냉각 회로에 연결될 수 있고, 이 냉각기에 의해 엔진의 윤활유는 냉각된다. 윤활유 냉각기 (16) 는 냉각 액체의 흐름 방향에서 HP 냉각기 (11) 이후에 위치된다. 엔진은 엔진 블럭 (15) 을 냉각시키기 위해 고온 냉각 회로 (40) 를 또한 포함한다. 고온 냉각 액체는 고온 펌프 (13) 에 의해 고온 냉각 회로에서 순환된다. 또한, 엔진 (1) 은 윤활유 펌프 (56) 를 포함하고, 이에 의해 윤활유는 엔진의 윤활 회로 (57) 에서 순환된다.
배기 채널 (17) 이 우회 채널 (28) 에 의해 입구 채널 (2) 에 연결된다. 우회 채널 (28) 의 제 1 단부는 LP 냉각기 (9) 와 저압 압축기 (4) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 에 연결되고 제 2 단부는 저압 터빈 (5) 과 고압 터빈 (8) 사이의 지점에서 배기 채널 (17) 에 연결된다. 우회 채널 (28) 에는 우회 밸브 (29) 가 제공되며, 이에 의해 우회 채널 (28) 의 차지 에어의 흐름이 조절된다.
또한, 배기 채널 (17) 이 제 2 우회 채널 (30) 에 의해 입구 채널 (2) 에 연결된다. 제 2 우회 채널 (30) 의 제 1 단부는 HP 냉각기 (11) 와 고압 압축기 (7) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 에 연결되고 제 2 단부는 배기 가스의 흐름 방향에서 고압 터빈 (8) 전의 지점에서 배기 채널 (17) 에 연결된다. 제 2 우회 채널 (30) 에는 제 2 우회 밸브 (31) 가 제공되고, 이에 의해 채널의 차지 에어의 흐름이 조절된다.
게다가, 엔진 (1) 에는 저압 터빈 (8) 을 지나는 배기 가스를 운반하기 위한 우회 채널 (32) 이 제공된다. 우회 채널 (32) 의 제 1 단부는 저압 터빈 (5) 이전의 지점에서 배기 채널 (17) 에 연결되고 제 2 단부는 저압 터빈 (5) 이후의 지점에 연결된다. 우회 채널 (32) 에는 우회 밸브 (33) 가 제공되며, 이에 의해 우회 채널 (32) 의 배기 가스의 흐름은 조절된다. 엔진 (1) 에는 고압 터빈 (8) 을 지나는 배기 가스를 운반하기 위한 제 2 우회 채널 (34) 이 또한 제공된다. 제 2 우회 채널 (3) 의 제 1 단부는 흐름 방향에서 고압 터빈 (8) 이전의 지점에서 배기 채널 (17) 에 연결되고 제 2 단부는 고압 터빈 (8) 이후의 지점에 연결된다. 제 2 우회 채널 (34) 에는 제 2 우회 밸브 (35) 가 제공되고, 이에 의해 제 2 우회 채널 (34) 의 배기 가스의 흐름은 조절된다.
엔진 (1) 에는 차지 에어의 습윤을 위한 차지 에어 습윤기 (41) 가 제공된다. 또한, 엔진 (1) 에는 차지 에어의 습윤을 위한 제 2 차지 에어 습윤기 (42) 가 제공된다. 습윤기 (41, 42) 는 차지 에어에 물 미스트 (water mist) 를 분무한다. 차지 에어 습윤기 (41) 는 LP 냉각기 (9) 와 저압 압축기 (4) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 안으로 물 미스트를 분무한다. 제 2 차지 에어 습윤기 (42) 는 HP 냉각기 (11) 와 고압 압축기 (7) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 안으로 물 미스트를 분무한다. 차지 에어 습윤기 (41, 42) 는 물 미스트를 분무하기 위한 분무 노즐을 포함한다.
드롭 분리기 (43) 가 차지 에어로부터 물방울을 제거하기 위해 입구 채널 (2) 에 제공된다. 또한 제 2 드롭 분리기 (44) 가 차지 에어로부터 물방울을 제거하기 위해 입구 채널 (2) 에 제공된다. 드롭 분리기 (43) 는 LP 냉각기 (9) 와 차지 에어 습윤기 (41) 의 분무 지점 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 에 구성될 수 있다. 대안적으로는, 드롭 분리기 (43) 는 고압 압축기 (7) 와 LP 냉각기 (9) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 에 구성될 수 있다. 제 2 드롭 분리기 (44) 는 HP 냉각기 (11) 와 제 2 차지 에어 습윤기 (42) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 에 구성될 수 있다. 대안적으로는, 제 2 드롭 분리기 (44) 는 차지 에어 수용기 (26) 내에 또는 차지 에어 수용기 (26) 와 HP 냉각기 (11) 사이의 지점에서 입구 채널 (2) 에 적응될 수 있다.
브래킷 (14) 이 엔진 블럭 (15) 에 장착되고, 이 브래킷의 구조는 도 2 ~ 도 4 에 더 상세하게 나타나 있다. 브래킷 (14) 은 차지 에어를 위한 에어 케이싱 (18) 을 포함한다. 에어 케이싱 (18) 은 입구 채널 (2) 의 일부이다. 에어 케이싱 (18) 은 브래킷 (14) 과 일체형이다. 에어 케이싱 (18) 은 저압 압축기 (4) 에 의해 압축된 차지 에어를 위한 저압 공간 (36), 그리고 고압 압축기 (7) 에 의해 압축된 차지 에어를 위한 고압 공간 (37) 을 감싼다. LP 냉각기 (9) 는 저압 공간 (36) 에 적응되고 HP 냉각기 (11) 는 고압 공간 (37) 에 적응된다. 저압 공간 (36) 은 고압 공간 (37) 의 단부에 구성되어 고압 공간 (37) 은 저압 공간 (36) 과 엔진 블럭 (15) 사이에 위치된다. 저압 공간 (36) 과 고압 공간 (37) 은 적어도 하나의 공통 파티션 벽 (36) 을 갖고, 이는 도 4 에 파선으로 나타나 있다. 저압 공간 (36) 은 고압 공간 (37) 의 양 측에 또한 구성될 수 있다. 에어 케이싱 (18) 의 단부는 개방될 수 있고, 이에 의해 차지 에어를 위한 냉각기 (9, 11) 는 예컨대 단부에서 적응되는 커버 (80) 를 통하여 에어 케이싱 (18) 으로부터 유지 및 제거될 수 있다 (도 2 에 나타나 있음).
브래킷 (14) 은 펌프 모듈 (27) 을 포함한다. 펌프 모듈 (27) 은 브래킷 (14) 과 일체이거나 또는 브래킷 (14) 에 분리 가능하게 장착될 수 있다. 고압 펌프 (12) 및/또는 저압 펌프 (13) 는 펌프 모듈 (27) 에 적응된다. 게다가, 윤활유 펌프 (56) 는 펌프 모듈 (27) 에 적응된다. 펌프 (12, 13, 56) 는 엔진의 크랭크축으로부터 이들의 동력을 얻는다. 펌프 모듈 (27) 은 엔진 블럭 (15) 에 대항하여 놓인다. 저압 터보차저 (3) 와 고압 터보차저 (6) 는 브래킷 (14) 에 지지된다. 여기서, 터보차저 (3, 6) 는 브래킷 (14) 의 정상부에 놓인다. 에어 케이싱 (18) 은, 저압 터보차저 (3) 와 고압 터보차저 (6) 아래의, 브래킷 (14) 의 하부 부분에 위치된다. 윤활유 냉각기 (16) (도 1 에 나타나 있음) 는 브래킷 (14) 에 장착된다. 우회 밸브 (29, 30) 및 우회 밸브 (33, 35) 는 브래킷 (14) 에 장착될 수 있다. 입구 에어 습윤기 (41) 및/또는 제 2 입구 에어 습윤기 (42) 는 브래킷 (14) 에 장착 또는 지지될 수 있다. 습윤기 (41, 42) 의 분무 노즐은 에어 케이싱 (18) 에 위치될 수 있다. 드롭 분리기 및 제 2 드롭 분리기는 에어 케이싱 (18) 에 적응될 수 있다. 브래킷 (14) 에 일체, 지지 또는 장착될 수 있는 엔진의 이러한 구성 요소는 도 1 의 파선에 의해 윤곽이 나타난다.
에어 케이싱 (18) 의 커버 (19) 에는 저압 압축기 (4) 로부터 나오는 차지 에어를 저압 공간으로 운반하기 위한 입구 (20) 그리고 에어 케이싱의 저압 공간 (36) 으로부터 냉각된 차지 에어를 배출하기 위한 출구 (21) 가 제공된다. 또한, 에어 케이싱의 커버 (19) 에는 고압 압축기 (7) 로부터 나오는 차지 에어를 에어 케이싱의 고압 공간 (37) 으로 운반하기 위한 제 2 입구 (22) 가 제공된다. 커버 (19) 에는 에어 케이싱의 고압 공간 (37) 으로부터의 냉각된 차지 에어를 배출하기 위한 제 2 출구 (23) 가 제공된다. 게다가, 커버 (9) 에는 저온 냉각 액체를 냉각기 (9, 11, 16) 에 전달하고 이를 냉각기 (9, 11, 16) 로부터 배출하기 위한 입구 및 출구 (24) 가 제공된다. 입구 및 출구 (24) 그리고 냉각기 (9, 11, 16) 는 브래킷 (14) 에 적응되는 채널을 통하여 상호 연결될 수 있다. 브래킷 (14) 의 측면에는 고온 냉각 액체를 위한 입구 및 출구 (25) 가 있다.
엔진 (2) 의 운전 중, 연소 에어는 저압 압축기 (4) 에 유도되고, 이에 의해 그의 압력은 약 4 바로 상승된다. 다음에, 저압 차지 에어는 브래킷에 형성되는 저압 공간 (36) 에 유도되고, 이 공간에서 LP 냉각기 (9) 에 의해 에어는 냉각된다. 냉각된 차지 에어는 저압 공간 (36) 으로부터 고압 압축기 (7) 로 유도되고, 이에 의해 차지 에어의 압력은 약 8 바로 상승된다. 다음에, 고압 차지 에어는 고압 공간 (37) 으로 유도되고 HP 냉각기 (11) 에 의해 냉각된다. 냉각된 고압 차지 에어는 고압 공간 (37) 으로부터 차지 에어 수용기 (26) 로 유도되고 여기로부터 또한 연소 에어로서 사용되는 실린더 (10) 로 유도된다. 차지 에어는 냉각기 (9, 11) 에 유도되는 저온 냉각 액체에 의해 냉각된다. 실린더 (10) 로부터의 배기 가스는 고압 터빈 (8) 을 통하여 운반되고 그 이후 저압 터빈 (5) 을 통하여 운반된다. 고압 터빈 (8) 은 고압 압축기 (7) 를 구동시키고 저압 터빈 (5) 은 저압 압축기 (4) 를 구동시킨다. 엔진 (1) 의 작동 상태 및 로드에 따라, 차지 에어의 일부가 우회 채널 (28) 및/또는 제 2 우회 채널 (30) 을 따라 입구 채널 (2) 로부터 배기 채널 (17) 로 유도된다. 유사하게, 배기 가스의 일부가 우회 채널 (32) 을 따라 저압 터빈 (5) 을 지나서 및/또는 제 2 우회 채널 (34) 을 따라 고압 터빈 (8) 을 지나서 유도될 수 있다.
본 발명은 또한 대안적인 실시형태를 갖는다.
엔진 (1) 은 하나의 스테이지의 차징을 갖는 터보엔진일 수 있고, 이에 의해 이는 차지 에어를 위해 단지 하나의 터보차저 및 하나의 냉각기를 포함한다. 그 후, 에어 케이싱 (18) 에는 압축된 차지 에어를 위한 단지 하나의 공간만이 있다.

Claims (14)

  1. 엔진 블럭 (15), 엔진 블럭에 장착되는 브래킷 (14) 그리고 엔진의 냉각 회로 (39, 40) 의 냉각 액체를 순환시키기 위한 적어도 하나의 냉매 펌프 (12, 13) 를 포함하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1) 에 있어서, 상기 브래킷 (14) 은 압축된 차지 에어를 위한 에어 케이싱 (18) 을 포함하며, 이 에어 케이싱 (18) 에 차지 에어를 위한 냉각기 (9, 11) 가 구성되고, 브래킷 (14) 은 펌프 모듈 (27) 을 포함하고, 이 펌프 모듈에 냉각 액체 펌프 (12, 13) 가 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  2. 제 1 항에 있어서, 터보차저 (3, 6) 가 브래킷 (14) 에 지지되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엔진 (1) 은 저압 터보차저 (3) 및 고압 터보차저 (6) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 저압 터보차저 (3) 및/또는 고압 터보차저는 브래킷 (14) 에 지지되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어 케이싱 (18) 은 저압 차지 에어를 위한 저압 공간 (36) 및 고압 차지 에어를 위한 고압 공간 (37) 을 포함하고, 이 저압 공간 (36) 에는 저압 차지 에어를 위한 냉각기 (9) 가 제공되고 이 고압 공간 (37) 에는 고압 차지 에어를 위한 냉각기 (11) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 고압 공간 (37) 은 엔진 블럭 (15) 과 저압 공간 (36) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 저압 공간 (36) 및 고압 공간 (37) 은 적어도 하나의 공통 파티션 벽 (38) 을 갖는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매 펌프는 엔진의 저온 냉각 회로 (39) 의 냉각 액체를 순환시키기 위한 저온 펌프 (12) 이며, 이 회로에 차지 에어를 위한 냉각기 (9, 11) 가 연결되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매 펌프는 엔진의 고온 냉각 회로 (40) 의 냉각 액체를 순환시키기 위한 고온 펌프 (13) 이며, 이 회로는 엔진 블럭 (15) 을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활유 펌프 (56) 가 펌프 모듈 (27) 에 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 모듈 (27) 은 브래킷 (14) 과 일체형인 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 모듈 (27) 은 브래킷 (14) 에 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차지 에어로부터 물방울을 제거하기 위해 적어도 하나의 드롭 분리기 (43, 44) 가 에어 케이싱 (18) 에 제공되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 드롭 분리기 (43, 44) 는 차지 에어의 흐름 방향에서 고압 차지 에어를 위한 냉각기 (11) 이전 및/또는 저압 차지 에어를 위한 냉각기 (9) 이전인 지점으로 적응되는 것을 특징으로 하는 터보차지형 피스톤 엔진 (1).
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