KR101928109B1 - 착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진 - Google Patents

착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실린더 헤드의 배기 포트에 대해 배기관의 착탈이 편리하도록 하여 조립성과 유지보수성을 향상시킨 착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진에 관한 것이다. 본 발명에 따른 클린 엔진은, 실린더 헤드의 흡기 포트보다 더 위쪽으로 돌출되도록 연장되고, 내부에는 출구의 높이가 상기 흡기 포트보다 높은 위치에서 측면 방향을 향하는 배기 포트가 형성되는 배기용 연장 몸체가 구비되고; 상기 배기 포트의 출구를 형성하는 배기용 연장 몸체의 측면 선단부에 측방 플랜지가 형성되며; 상기 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지에 배기 연결관의 단부 플랜지가 맞대어지고; 볼트를 실린더 헤드 쪽에서 배기 연결관을 향하는 방향으로 삽입하여 상기 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지와 배기 연결관의 단부 플랜지를 체결하는 구조로 이루어진다. 이러한 본 발명은, 실린더 헤드 위쪽으로 배기용 연장 몸체를 돌출 연장하고, 위로 돌출된 배기용 연장 몸체에 출구가 측방을 향하는 배기 포트를 형성하며, 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지와 배기 연결관의 단부 플랜지를 실린더 헤드 쪽에서 배기 연결관을 향하는 방향으로 볼트를 삽입하여 체결하는 구조에 의해, 배기 연결관, 배기가스 리시버, 인슐레이션 커버, 또는 워터 재킷 등과 같은 복잡한 주변 구조물들의 방해를 받지 않고 배기 연결관의 착탈 작업을 쉽게 수행할 수 있다.

Description

착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진{A CLEAN Engine With Easy to Assemble and Disassemble Structure of Exhaust Pipe}
본 발명은 클린 엔진의 구현을 위한 배기관 연결구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 헤드의 배기 포트에 대해 배기관의 착탈이 편리하도록 하여 조립성과 유지보수성을 향상시킨 착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진에 관한 것이다.
일반적으로 선박 추진용, 해양 플랜트, 육상 플랜트 등은 엔진 구조물의 설치공간은 협소하고 매우 제한적인데 비해, 엔진을 유지 및 보수하기 위한 플랫폼 구조물을 비롯한 부수적인 구조물 및 설비들을 위한 공간까지 추가로 확보하여야 하는 어려움이 있다.
예를 들어, 선박에서는 화물 적재 공간을 우선적으로 확보하여야 하기 때문에 엔진 및 감속기 등의 파워 트레인 및 플랫폼 구조물들을 설치하기 위한 엔진 룸의 공간은 협소해질 수밖에 없으며, 이는 소형의 선박일 경우 더욱 그러하다.
따라서, 현대 및 미래의 엔진 설비는, 출력과 연비의 관점에서의 효율의 향상이라는 과제와 함께, 엔진 구조물이나 부대설비의 규모를 축소하여야 하는 과제도 해결해 나가야 한다. 또한, 선박과 같이 외부와 차단되어 있고 별도의 엔진 룸 공간을 제공하는 곳에서는, 엔진 및 부속 시설에 대한 용이한 조립성 및 유지보수성, 그리고 화재 및 사고의 방지라는 과제들도 매우 중요하다.
이른바 '클린 엔진'(CLEAN Engine ; C-CUSTOMER, L-Liability, E-Environment, A-Acceptable, N-No defect)은 이러한 기술적 요구와 고객의 요구에 능동적으로 대처하기 위하여 본 출원인과 발명자들에 의해 도입된 새로운 개념의 엔진이다.
요컨대, 클린 엔진은, 엔진 효율을 종래와 동등하게 유지하거나 더욱 향상시킴과 함께 엔진과 그에 부속하는 윤활유 순환계통, 냉각수 순환계통, 흡기 계통, 배기 계통, 펌프, 블로어, 모터 등을 포함하는 엔진 보조 기기들을 모듈화, 통합화, 소형화 및 단순화를 통해 합리적으로 재구성하며, 냉각수, 윤활유 및 연료의 순환 또는 공급 배관 및 통로를 기능적으로 향상시키고, 그와 함께 간결하고 가지런하게 정렬하거나 엔진 블록 내부에 형성하여 엔진의 내, 외부 구조를 간소화하며, 또한 엔진 및 부속 장치들을 포함하는 구조물의 조립, 분해와 유지보수가 용이하도록 설계하고, 엔진 주변 및 엔진 룸 내부를 언제나 깨끗하게 유지하여 작업자에게 쾌적한 엔진룸을 제공할 수 있도록 구성하는 것을 중점으로 발전시켜 나가고 있는 엔진이다.
클린 엔진의 관점에서 종래 엔진의 연소실로부터 나오는 배기가스를 배출하는 통로인 배기관의 연결 구조에 대해 살펴본다.
도 1은 종래 엔진의 단면을 도시한 도면이고, 도 2는 그 엔진의 외부 모양을 도시한 사시도이며, 도 3은 실린더 헤드에 배기관이 연결된 상태를 도시한 주요부 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 엔진은 기통수에 대응하는 실린더 보어(bore)가 형성되어 있는 엔진 블록(10)과, 엔진 블록(10)의 각 실린더 보어마다 삽입되는 실린더 라이너(cylinder liner)(20)와, 실린더 라이너(20)의 상부 일부를 감싸는 워터 가이드 재킷(water guide jacket)(30)과, 실린더 라이너(20)와 워터 가이드 재킷(30)의 상부에 탑재되는 실린더 헤드(40)와, 실린더 헤드(40)의 상부를 덮는 실린더 헤드 커버(50)를 구비한다.
엔진 블록(10)에는 흡기 유입 챔버(14)가 구비되고, 이의 흡기 유입 챔버(14)는 실린더 헤드(40)의 흡기 포트에 연결된다. 워터 가이드 재킷(30)에 구비된 냉각수 챔버(32)를 통해서는 엔진 냉각수가 유입되어 실린더 라이너(20) 둘레를 냉각한 다음 실린더 헤드(40) 측으로 나가 순환하고, 실린더 헤드(40)에서는 냉각수 배출 통로(40a)를 통해 빠져나간다.
배기계통은, 실린더 헤드(40)에 형성된 배기 포트(42)와, 이 배기 포트(42)를 개폐하는 배기 밸브(44) 및 배기가스 배출 관로를 구비한다.
배기가스 배출 관로는, 배기 포트(42)마다 연결되는 배기관(60)들과, 배기관(60)들이 연결되는 하나의 큰 용적을 가지는 배기 가스 리시버(exhaust gas receiver)(도시하지 않음)와, 배기가스 리시버의 외부를 감싸 보호하는 인슐레이션 커버(80)를 포함한다.
종래에, 배기관(60)들과 실린더 헤드(40)의 연결에 있어서는, 배기관(60)의 단부에 플랜지(62)를 형성하고, 실린더 헤드(40)의 배기 포트(42) 출구에는 대향 플랜지 면(46)을 형성한다. 배기관(60)의 플랜지(62)에 형성된 체결공(64)에 볼트(70)를 삽입하여 실린더 헤드(40)의 플랜지 면(46)에 형성된 탭 홀(48)에 나사 체결하여 연결한다.
엔진의 배기계는, 배기관을 교체 또는 수리하거나, 실린더 헤드를 들어올려 정비를 수행하고자 할 때, 실린더 헤드(40)로부터 배기관(60)을 탈거 하여야 한다.
실린더 헤드(40)에 배기관(60)을 연결할 때나 실린더 헤드(40)로부터 배기관(60)을 탈거 할 때에는 여러 개(보통 4개)의 볼트(70)를 일일이 체결하거나 푸는 작업이 수반된다.
그런데 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배기관(60)의 플랜지(62) 연결 부분이 아래쪽 깊숙한 곳에 위치하고 있어, 볼트(70)를 체결하거나 분해하기 위한 작업공간이 협소하여 작업이 어렵고 시간이 많이 걸리게 된다.
공개특허공보 제10-2006-0064729호 공개실용신안공보 실1998-053759호
본 발명은 위와 같은 종래의 문제를 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 실린더 헤드의 배기 포트에 대해 배기관을 쉽게 착탈할 수 있는 구조를 제공하여 조립성과 유지보수성을 향상시킨 착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진을 제공하는 것에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 클린 엔진은, 실린더 헤드의 흡기 포트보다 더 위쪽으로 돌출되도록 연장되고, 내부에는 출구의 높이가 상기 흡기 포트보다 높은 위치에서 측면 방향을 향하는 배기 포트가 형성되는 배기용 연장 몸체가 구비되고; 상기 배기 포트의 출구를 형성하는 배기용 연장 몸체의 측면 선단부에 측방 플랜지가 형성되며; 상기 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지에 배기 연결관의 단부 플랜지가 맞대어지고; 볼트를 실린더 헤드 쪽에서 배기 연결관을 향하는 방향으로 삽입하여 상기 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지와 배기 연결관의 단부 플랜지를 체결하는 구조로 이루어진다.
본 발명의 바림직한 실시예에 따르면, 상기 배기용 연장 몸체에는, 배기용 연장 몸체의 측면 선단부로부터 상기 측방 플랜지만큼의 두께를 남기고 상기 실린더 헤드 쪽의 몸체 부분을 절취하여 상기 볼트의 진입과 체결 여유 공간을 제공하는 해제 홈이 형성된다.
본 발명의 바림직한 실시예에 따르면, 상기 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지에는 상기 볼트가 통과하기 위한 관통공이 형성되고, 상기 배기 연결관의 단부 플랜지에는 상기 볼트가 나사 결합되는 나사부가 형성된다.
본 발명의 클린 엔진에 의하면, 실린더 헤드 위쪽으로 배기용 연장 몸체를 돌출 연장하고, 위로 돌출된 배기용 연장 몸체에 출구가 측방을 향하는 배기 포트를 형성하며, 배기용 연장 몸체의 측방 플랜지와 배기 연결관의 단부 플랜지를 실린더 헤드 쪽에서 배기 연결관을 향하는 방향으로 볼트를 삽입하여 체결하는 구조를 제공함으로써, 배기 연결관, 배기가스 리시버, 인슐레이션 커버, 또는 워터 재킷 등과 같은 복잡한 주변 구조 요소들의 방해를 받지 않고 배기 연결관의 착탈 작업을 단시간에 쉽게 수행할 수 있다.
도 1은 종래 엔진의 단면도이다.
도 2는 도 2에 나타낸 엔진의 외부 모양을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 실린더 헤드에 배기관이 연결된 상태를 도시한 주요부 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 클린 엔진의 단면도이다.
도 5는 도 4의 배기용 연장 몸체와 배기 연결관의 연결 구조를 나타내는 주요부 사시도이다.
도 6은 도 5의 연결부의 정면도이다.
도 7은 도 6의 A-A 선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4에는 본 발명에 따른 클린 엔진의 단면도가 도시되어 있다.
먼저, 도 4에서, 엔진 블록(100)에는 기통 별로 실린더 라이너(200)가 삽입되고, 실린더 라이너(200)의 상면에는 실린더 헤드 블록(300)이 탑재된다.
엔진 블록(100)의 일측에는 흡기 유입 챔버(102), 냉각수 유입 챔버(112) 및 냉각수 유출 챔버(114)가 형성된다. 냉각수 유입 챔버(112)로 들어온 냉각수는 라이너 냉각 챔버(122)를 돌아 연결통로(206)를 거쳐 실린더 헤드(300)로 들어간다.
실린더 헤드 블록(300)의 흡기 포트(304)는 엔진 블록(100)의 흡기 유입 챔버(102)와 연결 파이프(104)에 의해 연결된다.
본 발명의 클린 엔진에 있어서, 실린더 헤드(300)의 배기 포트(306)의 출구는 흡기 포트(302)보다 높은 위치에 형성된다.
즉, 실린더 헤드(300)로부터는 배기용 연장 몸체(304)가 흡기 포트(302)보다 더 위쪽으로 돌출되도록 연장된다. 이러한 배기용 연장 몸체(304)의 내부에는 배기 포트(306)가 형성되는데, 배기 포트(306)의 출구의 높이는 흡기 포트(302)보다 높은 위치에서 측면 방향을 향하여 형성된다.
그리고 배기 포트(306)의 출구를 형성하는 배기용 연장 몸체(304)의 측면 선단부에는 측방 플랜지(310)가 형성되며, 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)에는 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)가 맞대어져 연결된다.
배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)와 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)는 볼트(320)에 의해 체결된다.
볼트(320)는, 실린더 헤드(300) 쪽에서 배기 연결관(400)을 향하는 방향으로 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)와 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)에 삽입하여 체결하는 구조로 이루어진다.
이처럼 실린더 헤드(300) 위쪽으로 돌출 연장된 구조의 배기용 연장 몸체(304) 및 배기 포트(306)의 출구 위치의 설정에 따라 실린더 헤드(300) 쪽에는 볼트(320)를 삽입하거나 분리하기 위한 작업 공간이 확보되고, 그와 함께 실린더 헤드(300) 쪽에서 배기 연결관(400)을 향하는 방향으로 볼트(320)를 체결하는 구조를 가진다. 따라서, 예를 들어, 배기 연결관(400), 배기가스 리시버(402), 인슐레이션 커버(404), 또는 워터 재킷 등과 같은 주변 구조 요소들과의 간섭이 없는 넓은 작업공간의 확보가 가능해지므로 볼트(320)의 체결 및 분리 작업을 쉽고 편리하게 수행할 수 있게 되며, 당연히 배기 연결관(400)의 착탈 작업을 단시간에 쉽게 수행할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)와 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)의 연결 구조를 상세하게 나타내는 것으로서, 도 5에는 주요부 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 연결부의 정면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 6의 A-A 선에 따른 단면도가 도시되어 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)는 둘레 전체가 배기용 연장 몸체(304)로부터 돌출되는 것이 아니라, 볼트(320)를 체결할 부위만 배기용 연장 몸체(304)를 오목하게 형성하여 플랜지의 두께와 볼트(320) 체결 및 분리 공간을 확보하는 구조를 가진다.
즉, 배기용 연장 몸체(304)의 측면 선단부로부터 측방 플랜지(310)가 가져야할 만큼의 두께를 남기고 실린더 헤드(300) 쪽의 몸체 부분을 절취해 낸 형태의 해제 홈(312)(314)이 형성된다. 이에 따르면, 해제 홈(312)(314)에 의해 확보된 절취 공간이 볼트(320)의 진입과 체결을 위한 여유 공간을 제공하게 된다.
해제 홈은, 도 5 내지 도 7에 도시된 것처럼, 실린더 헤드(300) 방향으로 열려있는 형태의 해제 홈(312), 또는 실린더 헤드(300) 방향이 닫혀 있는 해제 홈(314)의 형태 등으로 이루어질 수 있으며, 어떤 것이나 볼트(320) 및 공구를 여유롭게 진입시킬 수 있을 정도의 깊이와 길이를 가지면 된다.
볼트(320)는 실린더 헤드(300) 쪽에서 배기 연결관(400) 또는 배기가스 리시버(402)를 향하는 방향을 향해 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)를 관통하여 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)에 체결된다. 즉, 도 5 및 도 6에서 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 삽입하여 체결되고, 그 반대 방향으로 분리된다.
바람직한 실시예에 따르면, 볼트(320)는 그것의 단부가 직접 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)에 나사결합으로 체결되도록 하여, 너트와 같은 별도의 조임 수단 없이 체결이 이루어지도록 한다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)에는 볼트(320)가 통과하기 위한 관통공(310a)을 형성하고, 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)에는 볼트(320)가 나사 결합하기 위한 나사부(410a)를 형성한다. 따라서, 볼트(320)를 관통공(310a)에 삽입한 후 나사부(410a)에 나사 체결하면, 체결이 진행됨에 따라 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)가 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)로 당겨져서 밀착하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 클린 엔진은, 실린더 헤드(300) 위쪽으로 배기용 연장 몸체(304)를 돌출 연장하고, 그 배기용 연장 몸체(304)에 출구가 측방을 향하는 배기 포트(306)를 형성함으로써, 실린더 헤드(300)의 위쪽 부분에 볼트(320) 체결 및 분리 작업에 대한 간섭 요소를 없앤 구조이다.
또한, 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)와 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)의 새로운 연결 구조에 의해 볼트(320) 체결 및 분리를 위한 작업 공간이 용이하게 확보됨과 함께 실린더 헤드(300) 쪽에서 배기 연결관(400)을 향하는 방향으로 볼트(320)를 체결하는 구조를 제공함으로써, 배기 연결관(400), 배기가스 리시버(402), 인슐레이션 커버(404), 또는 워터 재킷 등과 같은 복잡한 주변 구조 요소들의 방해를 받지 않고 볼트(320)의 체결 및 분리 작업을 쉽고 편리하게 수행할 수 있게 되며, 그에 따라 배기 연결관(400)의 착탈 작업을 단시간에 쉽게 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
100 : 엔진 블록
102 : 흡기 유입 챔버
104 : 연결 파이프
112 : 냉각수 유입 챔버
114 : 냉각수 유출 챔버
122 : 라이너 냉각 챔버
200 : 실린더 라이너
206 : 연결통로
300 : 실린더 헤드
302 : 흡기 포트
304 : 배기용 연장 몸체
306 : 배기 포트
310 : 측방 플랜지
310a : 관통공
312, 314 : 해제 홈
320 : 볼트
400 : 배기 연결관
402 : 배기가스 리시버
404 : 인슐레이션 커버
410 : 단부 플랜지
410a : 나사부

Claims (3)

  1. 실린더 헤드(300)의 흡기 포트(302)보다 더 위쪽으로 돌출되도록 연장되고, 내부에는 출구의 높이가 상기 흡기 포트(302)보다 높은 위치에서 측면 방향을 향하는 배기 포트(306)가 형성되는 배기용 연장 몸체(304)가 구비되고;
    상기 배기 포트(306)의 출구를 형성하는 배기용 연장 몸체(304)의 측면 선단부에 측방 플랜지(310)가 형성되며;
    상기 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)에 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)가 맞대어지고;
    볼트(320)를 실린더 헤드(300) 쪽에서 배기 연결관(400)을 향하는 방향으로 삽입하여 상기 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)와 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)를 체결하는 구조를 가지며;
    상기 배기용 연장 몸체(304)에는, 배기용 연장 몸체(304)의 측면 선단부로부터 상기 측방 플랜지(310)만큼의 두께를 남기고 상기 실린더 헤드(300) 쪽의 몸체 부분을 절취하여 상기 볼트(320)의 진입과 체결 여유 공간을 제공하는 해제 홈(312) 또는 해제 홈(314)이 형성된 것을 특징으로 하는 착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배기용 연장 몸체(304)의 측방 플랜지(310)에는 상기 볼트(320)가 통과하기 위한 관통공(310a)이 형성되고, 상기 배기 연결관(400)의 단부 플랜지(410)에는 상기 볼트(320)가 나사 결합되는 나사부(410a)가 형성되는 것을 특징으로 하는 착탈이 용이한 배기관 연결구조를 가지는 클린 엔진.
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