KR20210024419A - 배기 가스 재순환 송풍기 및 내연 기관 - Google Patents

Abstract

내연 기관의 배기 가스 재순환 송풍기(8)가, 송풍기 하우징(13)을 구비하고, 송풍기 샤프트(11) 및 송풍기 샤프트(11)에 연결되는 송풍기 임펠러(12)를 구비하며, 송풍기 샤프트(11) 및 송풍기 임펠러(12)를 위한 구동기(9)를 구비하고, 상기 구동기(9)는, 유압 모터로서 설계된다.

Description

배기 가스 재순환 송풍기 및 내연 기관{EXHAUST GAS RECIRCULATION BLOWER AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 배기 가스 재순환 송풍기에 그리고 내연 기관에 관한 것이다.

배기 가스 재순환 장치를 갖는 내연 기관들은, 당업자들에게 친숙하다. 그러한 내연 기관들에서, 내연 기관을 떠나는 배기 가스를 내연 기관의 배기 분기관으로부터 추출하는 것, 및 내연 기관의 충전 공기 시스템의 방향으로, 또한 EGR 송풍기로 지칭되는, 배기 가스 재순환 장치의 소위 배기 가스 재순환 송풍기를 통해, 추출한 배기 가스를 전달하며, 그리고 이어서, 배기 가스를 내연 기관의 실린더들에 급송될 충전 공기와 혼합 하는 것이 공지된다.

배기 가스 재순환 송풍기들 또는 EGR 송풍기들은, 일반적으로, 배기 가스를 규정된 압력으로 압축하는, 터보 압축기들로서 구현된다. 내연 기관의 배기 가스 재순환 장치의 배기 가스 재순환 송풍기는, 송풍기 하우징을 포함하는 스테이터, 및 송풍기 샤프트와 송풍기 임펠러를 포함하는 로터를 포함한다. 여기서, 전기 모터가 일반적으로, 송풍기 샤프트의 구동을, 그리고 송풍기 샤프트를 통해, 배기 가스 재순환 송풍기의 송풍기 임펠러의 구동을 책임진다.

전기 모터의 도움을 동반하는 송풍기 샤프트의 구동은, 고주파 전기 모터 및 전기 모터를 활성화하기 위한 주파수 변환기를 요구한다. 주파수 변환기는, 별개의 스위칭 캐비닛 내에 수용되고, 주파수 변환기는, 높은 주변 온도에서 냉각되어야만 한다. 이는, 상당한 공간적 요구 및 냉각 요구를 초래한다. 주파수 변환기에 대한 신뢰할 수 있는 제한 온도가 초과되는 경우에, 전기 모터의 그리고 그에 따른 배기 가스 재순환 송풍기의 출력은, 감소되어야만 한다.

요구에 따라, 부가적으로, 수고스러운 조치에 의해 EMC 차폐체를 제공할 필요가 있다. 이러한 모든 것은, 배기 가스 재순환 송풍기의 송풍기 샤프트를 구동하기 위해 전기 모터를 사용하는 것이, 문제가 되도록 한다.

이로부터 시작하여, 본 발명은, 새로운 유형의 배기 가스 재순환 송풍기 및 그러한 배기 가스 재순환 송풍기를 구비하는 내연 기관을 창출하는 목적에 기초하게 된다.

이러한 목적은, 청구항 1에 따른 배기 가스 재순환 송풍기를 통해 해소된다. 경험에 기초하여, 구동기는, 유압 모터로서 설계된다. 본 발명에 따라, 배기 가스 재순환 송풍기의 송풍기 샤프트를 위한 그리고 그에 따라 송풍기 임펠러를 위한 구동기로서, 또한 수압 모터로도 지칭되는, 유압 모터를 사용하는 것이, 제안된다. 이에 의해, 전기 모터들과 비교하여, 복수의 이점이, 실현될 수 있다. 따라서, 주파수 변환기, 주파수 변환기를 위한 냉각, 그리고 EMC 차폐가, 요구되지 않는다. 배기 가스 재순환 송풍기의 송풍기 샤프트를 위한 구동기로서 유압 모터 또는 수압 모터를 사용함에 의해, 배기 가스 재순환 송풍기의 더욱 콤팩트하고, 더욱 견고하며, 더욱 간단한 설계가, 제공될 수 있다. 더불어, 부하 거동, 가속 거동 및 효율이, 증가될 수 있다.

유리한 다른 개선예에 따르면, 유압 모터는, 스퍼 기어 스테이지를 통해 송풍기 샤프트에 간접적으로 커플링된다. 대안적으로, 유압 모터는, 송풍기 샤프트에 직접적으로 커플링된다. 스퍼 기어 스테이지를 통한 송풍기 샤프트에 대한 유압 모터의 커플링은, 특히 비교적 높은 회전 속도로 회전하는 배기 가스 재순환 송풍기들에 바람직하다. 비교적 낮은 회전 속도로 회전하는 배기 가스 재순환 송풍기들의 경우, 유압 모터를 송풍기 샤프트에 직접적으로 커플링하는 것이, 유리하다,

특히, 유압 모터가 스퍼 기어 스테이지를 통해 송풍기 샤프트에 간접적으로 커플링되는 경우, 스퍼 기어 스테이지의 중간 맞물림 기어 휠들이 나선형-절삭 유형의 것일 때, 특히 유리하다. 이러한 경우에, 축력의 일부가, 이때, 유압 모터의 장착에 의해 미리 흡수되고, 따라서, 특히 바람직하게 콤팩트함을 증가시키기 위해 조합된 액시얼-레이디얼 베어링으로서 송풍기 샤프트의 레이디얼 베어링과 함께 구현될 수 있는, 단일 액시얼 베어링이 이때, 송풍기 샤프트의 구역에서 충분하다.

배기 가스 재순환 송풍기를 구비하는 내연 기관은, 청구항 7에서 한정된다.

본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 달성된다. 본 발명의 예시적인 실시예들이, 이에 제한되지 않는, 도면을 통해, 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은, 배기 가스 재순환 장치 및 배기 가스 재순환 송풍기를 갖는, 내연 기관의 블록도이며;
도 2는 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 송풍기의 제1 실시예이고;
도 3은 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 송풍기의 제2 실시예이며; 그리고
도 4는 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 송풍기의 제3 실시예이다.

본 발명은, 내연 기관의 배기 가스 재순환 장치의 배기 가스 재순환 송풍기에 관한 것이다.

그러한 배기 가스 재순환 송풍기는, 내연 기관의 배기 시스템으로부터 추출되며 그리고 배기 가스 재순환 송풍기의 도움으로 내연 기관의 충전 공기 시스템의 방향으로 운반되는, 배기 가스를 운반하고 압축하는 역할을 한다. 더불어, 본 발명은, 배기 가스 재순환 장치를 갖는 내연 기관에 관한 것이다.

도 1은 복수의 실린더(2)를 갖는 내연 기관(1)의 블록도를 도시한다. 내연 기관(1)의 작동 도중에, 배기 가스가 생성되고, 배기 가스는, 내연 기관(1)의 실린더들(2)에서 나오며 그리고 내연 기관(1)의 배기 가스 터보차저(3)의 터빈(4)의 방향으로 전달된다. 배기 가스 터보차저(3)의 터빈(4)을 통해 전달되는, 내연 기관(1)의 실린더들(2)에서 나오는 배기 가스는, 터빈(4) 내에서 팽창되고, 이러한 프로세스에서 추출되는 에너지가, 배기 가스 터보차저(3)의 압축기(5)에서, 내연 기관(1)의 실린더들(2)에 급송될 충전 공기를 압축하기 위해 활용된다.

도 1의 내연 기관(1)은, 배기 가스 재순환 장치(6)를 포함한다. 배기 가스 재순환 장치(6)는, 배기 가스 재순환 냉각기(7) 및 배기 가스 재순환 송풍기(8)를 포함한다. 배기 가스 재순환 냉각기(7)는, 도 1에서 터빈(4)으로 이어지는 배기 시스템으로부터 고압에서 터빈(4)의 상류에서 추출되는, 배기 가스를 냉각하는 역할을 한다. 배기 가스 재순환 송풍기(8)는, 배기 가스 재순환 장치의 이러한 배기 가스를 압축기(5) 하류에서 압축된 충전 공기와 혼합하기 위해, 배기 가스 재순환 냉각기(7)를 통해 전달되는 배기 가스를 내연 기관의 충전 공기 시스템의 방향으로 운반하는 역할을 한다.

내연 기관(1)은 특히, 중유 또는 가스가 그 내부에서 연소되는 내연 기관, 예를 들어 선박의 내연 기관이다.

그러한 내연 기관은, 연료 및 실린더들(2) 내에서의 연료의 연소를 위해 필요한 충전 공기를 실린더들로 급송하기 위한 그리고 더불어 실린더들(2)로부터 배기 가스를 방출하기 위한, 각 실린더(2)의 구역 내의 도시되지 않은, 가스교환 밸브들 및 연료 밸브들을 포함한다.

본 발명에 따르면, 배기 가스 재순환 송풍기(8)는, 구동기로서 유압 모터(9)를 포함한다. 유압 모터(9)는, 도 1에 상세하게 도시되지 않는 배기 가스 재순환 송풍기(8)의 로터의 송풍기 샤프트를 구동하는 역할을 하고, 송풍기 샤프트는, 송풍기 샤프트를 통해 구동되는, 송풍기 임펠러를 지탱한다. 배기 가스 재순환 송풍기(8)의 세부사항은, 도 2 내지 도 4의 예시적인 실시예를 참조하여 이하에 더욱 상세하게 설명된다.

배기 가스 재순환 송풍기(8)의 유압 모터(9)는 또한, 수압 모터로서 지칭되며, 그러한 유압 모터는, 유압 에너지를 기계적 일로 변환한다. 유압 모터(9)에 유압 에너지를 공급하기 위해, 유압 모터는, 내연 기관의 유압 시스템(10)에 커플링되고, 특히 2-행정 내연 기관들에서, 이러한 유압 시스템(10)은 또한, 내연 기관(1)의 실린더들(2)의 가스교환 밸브들 및/또는 연료 밸브들의 유압 구동을 위해 역할을 한다. 따라서, 유압 모터(9)는, 유압 시스템(10)을 통해 유압 모터(9)에 유압 에너지를 공급하기 위해, 내연 기관(1)의 기존의 유압 시스템(10)에 용이하게 연결될 수 있다.

도 2는, 유압 모터(9)와 함께하는 배기 가스 재순환 송풍기(8)의 제1 예시적 실시예를 도시하고, 여기서 유압 모터(9)는, 배기 가스 재순환 송풍기(8)의 로터의 송풍기 샤프트(11)를 구동하는 역할을 하며, 이러한 송풍기 샤프트(11) 상에, 배기 가스 재순환 장치(6)를 통해 전달되는 배기 가스를 압축하는 역할을 하는, 송풍기 임펠러(12)가, 배치된다. 따라서, 송풍기 샤프트(11) 및 송풍기 임펠러(12)는, 배기 가스 재순환 송풍기(8)의 로터의 일부이고, 배기 가스 재순환 송풍기는, 로터 이외에, 송풍기 하우징(13)을 포함하는 스테이터를 또한 포함한다.

도 2의 도시된 예시적인 실시예에서, 유압 모터(9)는, 기어 연결을 제공하는 스퍼 기어 스테이지(14)를 통해, 송풍기 샤프트(11)에 간접적으로 커플링된다. 도 2의 스퍼 기어 스테이지(14)의 중간 맞물림 기어 휠들(15, 16)은, 직선형-절삭 유형의 것이다. 기어 휠(15)은, 송풍기 샤프트(11) 상에 안착되며, 그리고 기어 휠(16)은, 구동기 또는 유압 모터(9)의 샤프트(19) 상에 안착된다. 스퍼 기어 스테이지(14)의 직선형-절삭 중간 맞물림 기어 휠들(15, 16)을 갖는 도 2의 예시적인 실시예에서, 송풍기 샤프트(11)는 우선적으로, 레이디얼 베어링 및 2개의 액시얼 베어링을 통해 송풍기 하우징(13) 내에 장착된다. 여기서, 도 2에서 조합된 이중-작용 액시얼 베어링(17)으로 제공되는, 액시얼 베어링은, 각 힘 방향을 위해, 즉 스러스트 방향 및 반-스러스트 방향 양자 모두를 위해, 제공된다. 송풍기 샤프트(11)를 위한 소위 외팔보 장착을 제공하는, 단일 레이디얼 베어링(18)이면, 충분하다. 그러나, 2개의 레이디얼 베어링이, 또한 존재할 수 있다. 설치 공간적 이유로, 양자의 액시얼 베어링은, 공통의 이중-작용 액시얼 베어링(17)으로 제공된다. 2개의 별개의 액시얼 베어링이 또한, 사용될 수 있다. 액시얼 베어링들 및 레이디얼 베어링들은 우선적으로, 유압 베어링들이다.

도 3은, 스퍼 기어 스테이지(14)의 중간 맞물림 기어 휠들(15, 16)이 나선형 절삭 유형의 것인, 도 2의 예시적 실시예의 수정예를 도시한다. 여기서, 반-스러스트 방향의 축방향 힘들이 이때, 유압 모터(9)에 의해 미리 흡수될 수 있다. 이러한 경우에, 이때 우선적으로 특히 콤팩트한 설계를 제공하기 위해 조합된 액시얼-레이디얼 베어링(20)으로서 구현되는, 단일 액시얼 베어링 및 단일 레이디얼 베어링을 송풍기 샤프트(11)의 구역 내에 제공하면 충분하다. 그러나, 독립적인 조립체들로서 액시얼 베어링 및 레이디얼 베어링을 구현하는 것이, 또한 가능하다. 바람직하게, 유압 베어링들이, 다시 사용된다. 도 3에, 송풍기 샤프트(11)를 위한 추가적 레이디얼 베어링(21)이, 조합된 액시얼-레이디얼 베어링(20)에 부가하여, 도시된다.

송풍기 샤프트(11)의 그리고 유압 모터(9)의 샤프트(19)의 장착은, 우선적으로, 베어링 하우징으로서 기능하는 송풍기 하우징(13) 내에서 함께 이루어진다. 이는, 한편으로 콤팩트한 설계를 제공하는데 바람직하다.

도 4는, 유압 모터(9)가 송풍기 샤프트(11)에 직접적으로 커플링되는 경우의, 배기 가스 재순환 송풍기(8)의 실시예를 도시한다. 도 2 및 도 3의 실시예들이 특히 고속 배기 가스 재순환 송풍기들에 적합한 가운데, 도 4의 실시예는, 상대적으로 저속의 배기 가스 재순환 송풍기들(8)에 적합하다.

유압 모터(9)가 직접적으로 커플링되는, 송풍기 샤프트(11)의 장착은, 이때, 말하자면 우선적으로 유압 실시예에서, 액시얼 베어링들(22, 23) 및 레이디얼 베어링(24, 25)을 통해, 이루어진다. 베어링들은, 조합된 레이디얼 및 액시얼 베어링들로서 구현될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 송풍기(8)는 우선적으로, 예를 들어 2-행정 대형 내연 기관, 특히 선박의 2-행정 내연 기관과 같은, 중유 또는 가스에 의해 작동되는 내연 기관 상에 사용된다.

1: 내연 기관 2: 실린더
3: 배기 가스 터보차저 4: 터빈
5: 압축기 6: 배기 가스 재순환 장치
7: 배기 가스 재순환 냉각기 8: 배기 가스 재순환 송풍기
9: 구동기/유압 모터 10: 유압 시스템
11: 송풍기 샤프트 12: 송풍기 임펠러
13: 송풍기 하우징 14: 스퍼 기어 스테이지
15: 기어 휠 16: 기어 휠
17: 액시얼 베어링 18: 레이디얼 베어링
19: 샤프트 20: 액시얼/레이디얼 베어링
21: 레이디얼 베어링 22: 액시얼 베어링
23: 액시얼 베어링 24: 레이디얼 베어링
25: 레이디얼 베어링

Claims (8)

1. 내연 기관의 배기 가스 재순환 송풍기(8)로서,
   송풍기 하우징(13)을 구비하고,
   송풍기 샤프트(11) 및 상기 송풍기 샤프트(11)에 연결되는 송풍기 임펠러(12)를 구비하며,
   상기 송풍기 샤프트(11) 및 상기 송풍기 임펠러(12)를 구동하기 위한 구동기(9)를 구비하는 것인, 배기 가스 재순환 송풍기(8)에 있어서,
   상기 구동기(9)는, 유압 모터로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 송풍기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 송풍기 샤프트(11)는, 말하자면 적어도 하나의 우선적으로 유압 액시얼 베어링 및 적어도 하나의 우선적으로 유압 레이디얼 베어링을 통해, 상기 송풍기 하우징(13) 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 송풍기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유압 모터(9)는, 스퍼 기어 스테이지(14)를 통해 상기 송풍기 샤프트(11)에 간접적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 송풍기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스퍼 기어 스테이지(14)의 중간 맞물림 기어 휠들(15, 16)이, 직선형-절삭 유형의 것이며, 그리고 상기 송풍기 샤프트(11)는, 이중-작용 액시얼 베어링(17) 및 적어도 하나의 레이디얼 베어링(18)을 통해 상기 송풍기 하우징(13) 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 송풍기.
5. 제3항에 있어서,
   상기 스퍼 기어 스테이지(14)의 중간 맞물림 기어 휠들(15, 16)이, 나선형-절삭 유형의 것이며, 그리고 상기 송풍기 샤프트(11)는, 적어도 하나의 조합된 액시얼-레이디얼 베어링(20)을 통해 상기 송풍기 하우징(13) 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 송풍기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유압 모터(9)는, 상기 송풍기 샤프트(11)에 직접적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 송풍기.
7. 내연 기관(1), 특히 선박의 내연 기관과 같은 중유 또는 가스에 의해 작동되는 대형 내연 기관으로서,
   복수의 실린더(2)로서, 가스교환 밸브들 및/또는 연료 밸브들이 내연 기관의 유압 시스템(10)으로 활성화 가능한 것인, 복수의 실린더(2)를 구비하고,
   터빈(4) 및 압축기(5)를 포함하는 배기 가스 터보차저(3)로서, 상기 터빈(4) 내에서, 상기 실린더들(2)에서 나오는 배기 가스가 팽창 가능하며, 그리고 이 프로세스에서 추출되는 에너지가, 상기 압축기(5)에서, 상기 실린더들(2)에 급송될 충전 공기를 압축하기 위해 활용되는 것인, 배기 가스 터보차저(3)를 구비하며,
   배기 가스 재순환 송풍기(8)를 포함하는 배기 가스 재순환 장치(6)를 구비하는 것인, 내연 기관(1)에 있어서,
   상기 배기 가스 재순환 송풍기(8)는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따라 설계되고, 상기 유압 모터(9)는, 내연 기관의 상기 유압 시스템(10)에 커플링되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
8. 제7항에 있어서,
   내연 기관은, 중유 또는 가스에 의해 작동되는 대형 2-행정 내연 기관인 것을 특징으로 하는 내연 기관.

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