KR20110011608U - 내연기관 - Google Patents

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KR20110011608U
KR20110011608U KR2020110004769U KR20110004769U KR20110011608U KR 20110011608 U KR20110011608 U KR 20110011608U KR 2020110004769 U KR2020110004769 U KR 2020110004769U KR 20110004769 U KR20110004769 U KR 20110004769U KR 20110011608 U KR20110011608 U KR 20110011608U
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KR2020110004769U
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울리흐 다이센호페르
요하네스 베르텐브라이테르
페테르 드루크밀레르
하이케 베르가우에르
마타아스 쇤겐
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

제1 터보 과급기(10) 및 제2 터보 과급기(20)를 포함하는 내연기관으로서, 상기 제1 터보 과급기(10)는 상기 내연기관의 제1 급기단을 형성하며 제1 회전 축선(R1)을 중심으로 회전하도록 설치된 블레이드 휠을 포함하고, 상기 제2 터보 과급기(20)는 상기 제1 터보 과급기에 연속해서 접속되므로 상기 제2 터보 과급기는 상기 내연기관의 제2 급기단을 형성하고 제2 회전 축선(R2)을 중심으로 회전하도록 설치된 블레이드 휠을 포함한다. 내연기관은 2개의 터보 과급기가 매우 컴팩트하게, 따라서 장소 절감 방식으로 배치되도록 설치된다. 이는 특히, 상기 제1 회전 축선과 상기 제2 회전 축선이 상이한 방향으로 연장됨으로써 달성된다.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 고안은 청구항 제1항의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.
이러한 방식의 내연기관은 예컨대 2010년 베르겐에서 개최된 회의에서 발표된 간행물 PAPER NO.:82, 국제 내연기관 협회(International council on combustion engine)의 "중간 속도 디젤 엔진용 2단 터보 과급기 시스템의 구성 및 제1 적용"(Design and first application of a 2-stage turbocharging system for a medium-speed diesel engine)의 도 14에 개시되며, 여기서는 도 1에 도시된다.
도 1에 도시된 내연기관(1')은 V-대형 디젤 엔진으로서 형성되고, 2개의 실린더 열 각각에 제1 터보 과급기(10') 및 제2 터보 과급기(20')를 갖는다. 제1 터보 과급기(10')는 내연기관(1')의 제1 과급단을 형성하고, 제1 회전 축선(R1')을 중심으로 회전하도록 설치된 (도시되지 않은) 블레이드 휠을 포함한다. 제2 터보 과급기(20')는 제1 터보 과급기(10')에 연속해서(in series) 접속되므로, 제2 터보 과급기(20')는 내연기관(1')의 제2 과급단을 형성하며 제2 회전 축선(R2')을 중심으로 회전하도록 설치된 (도시되지 않은) 블레이드 휠을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 회전 축선(R1')과 제2 회전 축선(R2')은 동일한 방향으로, 즉 서로 평행하게 연장된다.
도 1에는 또한 2개의 터보 과급기들(10', 20')을 통한 배기 가스 흐름 경로(P1') 및 급기 흐름 경로(P2')가 도시된다. 배기 가스는 배기 가스 흐름 경로(P1')를 따라 먼저 제2 터보 과급기(20')의 제2 배기 가스 터빈(21') 내로 유입되어 거기서 작동한 다음, 배기 가스 연결 라인(30')을 통해 제2 배기 가스 터빈(21')보다 높게 배치된 제1 터보 과급기(10')의 제1 배기 가스 터빈(11') 내로 유입되고, 거기서 작동한 다음, 제1 배기 가스 터빈(11')의 배기 가스 출구(12')를 통해 배출부 또는 굴뚝(도시되지 않음)으로 방출된다.
급기 흐름 경로(P2')를 따라, 제1 터보 과급기(10')의 제1 터보 압축기(15')의 급기 입구(16')를 통해 흡입된 공기는 제1 터보 압축기(15')에서 저압으로 압축되고, 급기 연결 라인(40')을 통해 제1 터보 압축기(15')보다 낮게 배치된, 제2 터보 과급기(20')의 제2 터보 압축기(25') 내로 유입되며, 제2 터보 압축기(25)에서 고압으로 압축된 다음, 연소를 위해 내연기관(1')의 (도시되지 않은) 급기 입구에 공급된다.
도 1에 도시된, 실린더 열마다 각각 2단 터보 과급식 내연기관(1')의 문제점은 이 내연기관이 1단 터보 과급식 내연기관에 비해 훨씬 더 넓고 높게 구성된다는 것이며, 이는 특히 길이 방향 측면에 서로 나란히 배치된 다수의 내연기관을 가진 다중 엔진 시스템에서 내연기관들 사이의 추가의 측면 간격, 및 그에 따라 더 큰 설치 장소를 필요로 한다.
또한, 연속해서 접속된 2개의 2단 과급식 터보 과급기의, 도 1에 도시된 배치에 의해 일반적으로 장소적 이유 때문에, 연속해서 접속된 2개의 터보 과급기를 (도시되지 않은) 부하의 연결을 위해 제공된 내연기관의 클러치 측에 배치하는 것이 불가능하다.
본 고안의 과제는 연속해서 접속된 2개의 2단 과급식 터보 과급기의 컴팩트한, 따라서 장소 절감 방식의 배치를 갖는, 청구항 제1항의 전제부에 따른 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따른 내연기관에 의해 해결된다.
본 고안의 제1 관점에 따라, 제1 터보 과급기 및 제2 터보 과급기를 포함하는 내연기관이 제공되고, 상기 제1 터보 과급기는 내연기관의 제1 급기단을 형성하며 제1 회전 축선을 중심으로 회전하도록 설치된 블레이드 휠을 포함하고, 상기 제2 터보 과급기는 제1 터보 과급기에 연속해서 접속되므로 제2 터보 과급기는 내연기관의 제2 급기단을 형성하고 제2 회전 축선을 중심으로 회전하도록 설치된 블레이드 휠을 포함한다. 본 고안에 따른 내연기관은 제1 회전 축선과 제2 회전 축선이 상이한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 한다.
상이한 방향으로, 즉 비-평행 배치로 또는 서로 각을 이루게 회전된 상태로, 제1 회전 축선과 제2 회전 축선을 배치함으로써, 2개의 터보 과급기들의 매우 컴팩트한 배치 및 그에 따라 효과적인 설치 공간 이용이 양호한 급기 안내 및 배기 가스 안내와 더불어 달성된다. 본 고안에 따라 얻어진 급기- 및 배기 가스 안내는 내연기관의 높은 효율 및 그에 따라 특히 감소된 연비를 제공한다.
바람직하게, 제1 회전 축선과 제2 회전 축선은 70 도 내지 110 도 범위의 각을 형성한다. 더욱 바람직하게, 제1 회전 축선과 제2 회전 축선은 85 도 내지 95 도 범위의 각을 형성한다. 더욱 바람직하게, 제1 회전 축선과 제2 회전 축선은 90 도의 각을 형성한다.
본 고안의 다른 실시예에 따라, 제1 회전 축선과 제2 회전 축선 중 하나가 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전 축선에 대해 평행하게 연장된다. 바람직하게는 제2 회전 축선이 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전 축선에 대해 평행하게 연장되고, 제1 회전 축선은 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전 축선에 대해 수직으로 연장된다.
2개의 회전 축선이 각을 이루게 배치됨으로써, 전체 내연기관의 훨씬 더 짧은 길이가 얻어진다. 또한, 2개의 터보 과급기의 각각의 배기 가스 터빈들 사이의 배기 가스 연결 라인이 훨씬 더 짧아질 수 있고, 이는 열 손실 또는 에너지 손실을 감소시키므로 효율을 증가시킨다.
2개의 터보 과급기들이 본 고안에 따라 컴팩트하게 배치됨으로써, 내연기관의 예컨대 플라이휠, 클러치 및 트랜스미션에 대한 설치 공간이 주어질 수 있어서, (2개의 터보 과급기의) 2단 과급 모듈이 1단 과급식 내연기관에 비해 설치 공간의 큰 증가 없이 내연기관의 클러치 측 및 클러치 반대편에 장착될 수 있다. 또한, 이로 인해 다중 엔진 시스템에서 엔진 간격이 1단 과급식 내연기관에 비해 커지지 않는다.
본 고안의 실시예에 따라 제1 터보 과급기 및 제2 터보 과급기는 부하의 연결을 위해 제공된 내연기관의 클러치 측에 배치된다.
본 고안의 다른 실시예에 따라, 제1 터보 과급기는 반경 방향 배기 가스 입구를 가진 제1 배기 가스 터빈을 포함하고, 제2 터보 과급기는 축 방향 배기 가스 출구를 가진 제2 배기 가스 터빈을 포함한다.
2개의 배기 가스 터빈들 사이의 배기 가스 연결부의 상기 실시예에 의해, 배기 가스 연결 라인의 필요 길이 및 필요 설치 공간이 줄어든다.
배기 가스 연결 라인의 짧은 실시예는 특히 제1 배기 가스 터빈의 배기 가스 입구와 제2 배기 가스 터빈의 배기 가스 출구의 상이한 실시예에 의해 그리고 그에 따라 가능한 배기 가스 연결 라인의 선형 또는 직선 형상에 의해 구현될 수 있다.
본 고안의 다른 실시예에 따라, 제1 터보 과급기는 저압을 제공하는 제1 터보 압축기를 포함하고, 제2 터보 과급기는 제1 터보 압축기 후방에 접속되어 고압을 제공하는 제2 터보 압축기를 포함하고, 상기 제2 터보 압축기는 내연기관의 작동 위치에서 제1 터보 압축기보다 더 높게 배치된다.
본 고안의 상기 실시예도 바람직하게 필요 설치 공간을 감소시킨다.
본 고안의 실시예에 따라, 내연기관은 선박(예컨대, 대형 화물선 또는 크루즈선에서 제너레이터 작동) 및/또는 발전소용 대형 디젤 엔진으로 형성된다.
본 고안의 제2 관점에 따라, 본 고안의 하나의, 다수의 또는 모든 전술한 실시예에 따른 다수의 내연기관을 가진 다중 엔진 시스템은 가능한 모든 조합으로 제공되고, 내연기관들 중 적어도 몇몇은 길이 방향 측면에 서로 나란히 배치된다.
바람직하게는 이러한 본 고안에 따른 다중 엔진 시스템은 길이 방향 측면에 서로 나란히 배치된 2단 터보 과급식 내연기관들 사이에 측면 간격을 갖지 않거나 또는 1단 터보 과급식 내연기관을 가진 유사한 다중 엔진 시스템보다 약간 더 큰 측면 간격을 갖는다.
본 고안에 의해, 연속해서 접속된 2개의 2단 과급식 터보 과급기의 컴팩트한, 따라서 장소 절감 방식의 배치를 갖는 내연기관이 제공된다.
이하에, 본 고안의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 선행 기술에 따른 내연기관의 부분 사시도.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 내연기관의 사시도.
도 3은 도 2의 내연기관의 종단면도.
도 4는 도 2의 내연기관의 측면도.
도 5는 도 4의 내연기관의 부분 확대도.
이하에, 도 2 내지 도 5를 참고로 본 고안의 실시예에 따른 내연기관(1)이 설명된다.
내연기관(1)은 선박(예컨대, 대형 화물선 또는 크루즈선에서 제너레이터 작동) 및/또는 발전소용 대형 디젤 엔진으로서 형성되고, 다수의 이러한 내연기관들(1)을 가진 다중 엔진 시스템(도시되지 않음) 내에 통합되며, 상기 내연기관들(1) 중 적어도 몇몇은 길이방향 측면에 서로 나란히 배치된다.
내연기관(1)은 제1 터보 과급기(10) 및 제2 터보 과급기(20)를 포함하고, 상기 제1 터보 과급기(10)는 저압 작동식 제1 배기 가스 터빈(11) 및 저압을 제공하는 제1 터보 압축기(15)를 포함하고, 상기 제2 터보 과급기(20)는 고압 작동식 제2 배기 가스 터빈(21) 및 고압을 제공하는 제2 터보 압축기(25)를 포함한다.
제1 터보 과급기(10)는 내연기관(1)의 제1 과급단을 형성하고, 제1 회전 축선(R1)을 중심으로 회전하도록 설치된 도시되지 않은 블레이드 휠들(하나 이상의 압축기 블레이드 휠 및 하나 이상의 터빈 블레이드 휠)을 포함한다.
제2 터보 과급기(20)는 제1 터보 과급기(10)에 연속해서 직렬 접속되므로, 제2 터보 과급기(20)는 내연기관의 제2 과급단을 형성한다. 제2 터보 과급기(20)는 제2 회전 축선(R2)을 중심으로 회전하도록 설치된 도시되지 않은 블레이드 휠들(하나 이상의 압축기 블레이드 휠 및 하나 이상의 터빈 블레이드 휠)을 포함한다.
도 2에 가장 잘 나타나는 바와 같이, 제1 회전 축선(R1) 및 제2 회전 축선(R2)은 상이한 방향으로 서로 평행하지 않게 연장된다. 더 정확히 말하면, 제1 회전 축선(R1)은 제2 회전 축선(R2)과 90도의 각을 형성하고, 제2 회전 축선(R2)은 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(100)의 회전 축선(R3)에 대해 평행하게 연장되며, 제1 회전 축선(R1)은 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(100)의 회전 축선(R3)에 대해 수직으로 연장된다.
도 3은 내연기관(1)의 클러치 반대편(KG)의 단면도를 도시한다. 도면들에 나타나는 바와 같이, 제1 터보 과급기(10) 및 제2 터보 과급기(20)는 내연기관(1)의 클러치 반대편(KG)에 배치된다. 그러나, 본 고안에 따라 2개의 터보 과급기(10, 20)는 부하(도시되지 않음)의 연결을 위해 제공된 내연기관(1)의 클러치 측(K)에 함께 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 5에 나타나는 바와 같이, 제1 터보 과급기(10)의 제1 배기 가스 터빈(11)은 반경 방향 배기 가스 입구(13)를 포함하고, 제2 터보 과급기(20)의 제2 배기 가스 터빈(21)은 축 방향 배기 가스 출구(22)를 포함한다. 제1 배기 가스 터빈(11)의 배기 가스 입구(13)와 제2 배기 가스 터빈(21)의 배기 가스 출구(22)는 비교적 짧으며 에너지 손실이 적은 배기 가스 연결 라인(30)을 통해 서로 유체가 통하도록 연결된다.
배기 가스 연결 라인(30)의 짧은 실시예는 특히 제1 배기 가스 터빈(11)의 배기 가스 입구(13)와 제2 배기 가스 터빈(21)의 배기 가스 출구(22)의 상이한 디자인 및 그에 따라 가능한 배기 가스 연결 라인(30)의 실질적으로 선형 또는 직선의 형상에 의해 구현된다.
도 3에 가장 잘 나타나는 바와 같이, 제2 터보 과급기(20)의 제2 터보 압축기(25)는 내연기관(1)의 수직 작동 위치에서 제1 터보 과급기(10)의 제1 터보 압축기(15)보다 더 높게 배치된다.
끝으로, 본 고안에 따른 다중 엔진 시스템은 길이 방향 측면에 서로 나란히 배치된 각각 2단 터보 과급식 본 고안에 따른 내연기관(1)들 사이에 측면 간격을 갖지 않거나 또는 각각 1단 터보 과급식 내연기관을 가진 유사한 다중 엔진 시스템보다 약간 더 큰 측면 간격을 갖는다. 따라서, 본 고안에 따른 다중 엔진 시스템 또는 내연기관(1)은 실질적으로 동일한 장소를 필요로 하면서 기존의 1단 터보 과급식 다중 엔진 시스템을 본 고안에 따른 2단 터보 과급식으로 개장하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다.
1, 1' : 내연기관
10, 10' : 제1 터보 과급기
11, 11' : 제1 배기 가스 터빈
12' : 배기 가스 출구
13 : 배기 가스 입구
15, 15' : 제1 터보 압축기
16' : 급기 입구
20, 20' : 제2 터보 과급기
21, 21' : 제2 배기 가스 터빈
22 : 배기 가스 출구
25, 25' : 제2 터보 압축기
30, 30' : 배기 가스 연결 라인
40' : 급기 연결 라인
100 : 크랭크 샤프트
K : 클러치 측
KG : 클러치 반대편
R1, R1' : 제1 회전 축선
R2, R2' : 제2 회전 축선
R3 : 회전 축선
P1' : 배기 가스 흐름 경로
P2' : 급기 흐름 경로

Claims (10)

  1. 제1 터보 과급기(10) 및 제2 터보 과급기(20)를 포함하는 내연기관으로서, 상기 제1 터보 과급기(10)는 상기 내연기관(1)의 제1 급기단을 형성하며 제1 회전 축선(R1)을 중심으로 회전하도록 설치된 블레이드 휠을 포함하고, 상기 제2 터보 과급기(20)는 상기 제1 터보 과급기(10)에 연속해서 접속되므로 상기 제2 터보 과급기(20)는 상기 내연기관(1)의 제2 급기단을 형성하고 제2 회전 축선(R2)을 중심으로 회전하도록 설치된 블레이드 휠을 포함하는, 내연기관에 있어서,
    상기 제1 회전 축선(R1)과 상기 제2 회전 축선(R2)이 상이한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 회전 축선(R1)은 상기 제2 회전 축선(R2)과 70 도 내지 110 도 범위의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 회전 축선(R1)은 상기 제2 회전 축선(R2)과 85 도 내지 95 도 범위의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 회전 축선(R1)은 상기 제2 회전 축선(R2)과 90 도의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 회전 축선(R1)과 상기 제2 회전 축선(R2) 중 하나는 상기 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(100)의 회전 축선(R3)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 회전 축선(R2)은 상기 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(100)의 회전 축선(R3)에 대해 평행하게 연장되고, 상기 제1 회전 축선(R1)은 상기 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(100)의 회전 축선(R3)에 대해 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 터보 과급기(10) 및 상기 제2 터보 과급기(20)는 부하의 연결을 위해 제공된 상기 내연기관(1)의 클러치 측(K)에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 터보 과급기(10)는 반경 방향 배기 가스 입구(13)를 가진 제1 배기 가스 터빈(11)을 포함하고, 상기 제2 터보 과급기(20)는 축 방향 배기 가스 출구(22)를 가진 제2 배기 가스 터빈(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 터보 과급기(10)는 저압을 제공하는 제1 터보 압축기(15)를 포함하고, 상기 제2 터보 과급기(20)는 상기 제1 터보 압축기(15) 후방에 접속된 고압을 제공하는 제2 터보 압축기(25)를 포함하며, 상기 제2 터보 압축기(25)는 상기 내연기관(1)의 작동 위치에서 상기 제1 터보 압축기(15)보다 높게 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내연기관(1)은 대형 디젤 엔진으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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