KR100659677B1

KR100659677B1 - 대형 디젤 엔진용 과급기 군

Info

Publication number: KR100659677B1
Application number: KR1020000029865A
Authority: KR
Inventors: 루흐헨리
Original assignee: 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: DE50011843D1; KR20010007159A; DK1061265T3; PL340532A1; CN1175189C; EP1061265B1; JP2001020747A; EP1061265A1; CN1277317A

Abstract

본 발명에 따라 상기 대형 디젤 엔진(10)의 실린더(11)에 소기용 공기(scavenging air)로서 공급되는 공기 압축용 콤프레서(2)―여기서 콤프레서(2)는 상기 압축된 공기용 배출구(23), 및 상기 공기를 압축하기 위해 축(A) 상에 배열되는 로터(rotor; 21)를 가짐―를 포함하고, 상기 실린더(11)로부터의 배기 가스에 의해 구동가능한 상기 콤프레서(2)의 로터(21) 구동용 터빈(turbine; 3)을 포함하고, 상기 압축된 공기의 유속을 감소시키기 위해 상기 콤프레서(2)의 배출구(23)에 연결되는 디퓨저(diffusor; 4)를 포함하며, 상기 콤프레서(2)의 배출구(23)가 정상적인 작동 방향과 관련하여 상기 콤프레서(2) 축(A) 이상의 높이에 배열되는 대형 디젤 엔진용 과급기 군(supercharger group)이 제안된다.

디젤 엔진, 실린더, 소기용 공기, 콤프레서, 로터, 터빈, 디퓨저, 과급기 군, 터보과급기, 보정기, 스파이럴

Description

대형 디젤 엔진용 과급기 군 {SUPERCHARGER GROUP FOR A LARGE DIESEL ENGINE}

도 1은 본 발명에 따른 과급기 군(supercharger group)의 예시적 실시예를 갖는 대형 디젤 엔진을 도시하는 도면.

도 2는 도 1의 예시적 실시예의 콤프레서(compressor) 및 디퓨저(diffusor)를 로터(rotor) 축에 대하여 직각으로 도시하는 단면도.

도 3은 도 2와 동일하나, 본 발명에 따른 과급기 군의 제2 예시적 실시예를 도시하는 도면.

본 발명은 첨부된 특허청구범위 독립항의 전제부에 따른 대형 디젤 엔진용 과급기 군(supercharger group)에 관한 것이다.

예를 들어 선박용 주 구동부 또는 발전소용 고정 설비로서 사용되는 대형 디젤 엔진에서, 과급기 군은 소기 과정(scavenging process) 및 연소 과정(combustion process)을 위한 실린더에 공급되며, 소기용 공기(scavenging air) 또는 급기용 공기(charging air)로 일컬어지는 공기를 압축하는데 사용된다.

과급기 군은 일반적으로, 로터(rotor)에 의해 흡입되는 신선한 공기를 압축하고 배출 스파이럴(outlet spiral)에 의해 배출하는 콤프레서를 포함하며, 터빈(turbine)은 상기 콤프레서의 로터 및 급기용 공기 냉각기(charging air cooler)를 구동한다. 상기 터빈은 연소되는 동안 실린더 내에서 발생하는 고온의 연소 가스에 의해 구동된다. 상기 터빈 및 상기 콤프레서는 또한 터보과급기(turbocharger)로 일컬어진다. 압축된 공기를 냉각시키는 급기용 공기 냉각기는 상기 터보과급기의 뒤에 놓인다. 상기 급기용 공기 냉각기를 통과한 공기는 대부분 흡입 리시버(intake receiver)로 일컬어지는 용기를 거쳐 개별 실린더에 도달한다. 상기 대형 디젤 엔진의 유형에 따라, 상기 실린더로의 공기 급송은 상이한 위치에서 일어난다. 그러므로, 예를 들어 종 방향으로 소기되는 2행정 엔진에서는 상기 실린더의 하부 영역에 배열되는 소기 공기용 슬릿(scavenging air slit)을 통해 공기가 상기 실린더 내부로 유입된다. 예를 들어 4행정 엔진에서는, 상기 급기용 공기가 상기 실린더 내에 배열되는 하나 이상의 흡기 밸브를 통해 상기 실린더 내부로 유입된다.

소기의 효율을 향상시키기 위해, 상기 콤프레서의 배출구와 상기 급기용 공기 냉각기 사이에는 대개 상기 콤프레서로부터 나오는 공기의 유속을 감소시키는 디퓨저가 제공되며, 이를 통해 압력이 회복될 수 있다. 상기 디퓨저는 예를 들어 내부에서 공기의 유동 단면이 연속적으로 넓어지도록, 넓어지는 튜브로서 설계된다.

그러나, 콤프레서, 디퓨저, 및 급기용 공기 냉각기를 갖는 공지된 과급기 군 의 단점은 효율적인 디퓨저를 배열하기 위해 상기 콤프레서와 상기 급기용 공기 냉각기 사이가 소정의 간격을 유지해야 하는 것이다. 이것은 상기 과급기 군의 크기가 커지는 것을 유발하며, 상기 대형 디젤 엔진이 가급적 공간을 절약하여 가용 공간을 이상적으로 활용하고자 하는 요구에 위배된다.

본 발명의 목적은 상기 디퓨저의 필요한 효율을 저하시키지 않으면서, 특히 소형이며 공간을 절약하는 대형 디젤 엔진용 과급기 군을 제공하는 것이다. 상기 과급기 군은 가급적 양호한 가용 공간의 활용을 보장해야 한다.

상기 목적을 만족하는 과급기 군은 특허청구범위 독립항의 특징에 따른다.

그러므로, 본 발명에 따른 과급기 군은 상기 대형 디젤 엔진의 실린더에 소기용 공기로서 공급되는 공기 압축용 콤프레서―여기서 콤프레서는 상기 압축된 공기용 배출구, 및 상기 공기를 압축하기 위해 축 상에 배열되는 로터를 가짐―를 포함하는 대형 디젤 엔진용으로 제안되며, 상기 실린더로부터의 배기 가스에 의해 구동가능한 상기 콤프레서의 로터 구동용 터빈, 및 상기 압축된 공기의 유속을 감소시키기 위해 상기 콤프레서의 배출구에 연결되는 디퓨저를 포함한다. 상기 콤프레서의 배출구는 정상적인 작동 방향과 관련하여 상기 콤프레서의 축 이상의 높이에 배열된다.

이렇게 함으로써, 상기 디퓨저는 상기 콤프레서에 횡 방향으로 배열될 수 있고, 이를 통해 상기 콤프레서와 또 다른 부품, 예를 들면 급기용 공기 냉각기 사이 의 간격은 유동 방향에서 볼 때 상기 디퓨저의 길이를 감소시킬 필요 없이 상당히 감소될 수 있으며, 이것은 상기 디퓨저의 효율에 있어서 매우 중요하다. 이렇게 함으로써, 상기 과급기 군을 특별히 소형으로 설계할 수 있으며, 가용 공간이 이상적으로 활용될 수 있다.

상기 콤프레서 및 상기 터빈으로 구성되는 유닛은 터보과급기로 일컬어진다. 상기 콤프레서 및 상기 터빈은 대개 공통 하우징 내에 수납된다. 그러므로, 이하에서는 "상기 콤프레서의 바닥 면(foot plane)"이 "상기 터보과급기의 바닥 면"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해하여야 할 것이다.

상기 디퓨저는 공기의 유동 방향으로 넓어지고, 대체로 상기 콤프레서 또는 터보과급기 각각의 바닥 면까지 연장되는 형태로 설계되는 것이 바람직하다. 상기 콤프레서 또는 터보과급기 각각은 플랫폼 상에 바닥 면이 놓이도록 상기 플랫폼 상에 장착된다. 상기 디퓨저가 상기 콤프레서 또는 상기 터보과급기 각각의 바닥 면 아래로 돌출되지 않으므로, 상기 디퓨저로부터 공기가 유입되는 급기용 공기 냉각기는 상기 플랫폼 바로 아래에 배열된다. 이렇게 함으로써, 상기 과급기 군의 전체 구성 높이가 감소되며, 이것은 상기 대형 디젤 엔진이 가급적 소형으로 설계되는 것과 관련하여 특히 유리하다.

상기 디퓨저는 한쪽 개구각이 12°미만, 구체적으로는 4°내지 8°의 크기로 넓어지고, 대체로 적어도 자신의 길이 부분 전체에 걸쳐 원뿔형으로 넓어지는 경우 특히 효율적인 것으로 확인되었다.

또한, 상기 디퓨저는 상기 공기의 유동 방향과 관련하여 적어도 부분적으로 만곡 되도록 설계되는 경우 유리하다. 그러므로, 상기 디퓨저는 가급적 상기 콤프레서에 근접하여 횡 방향으로 배열될 수 있으며, 이로 인해 가용 공간이 매우 양호하게 활용된다. 상기 디퓨저는 예를 들어 상기 콤프레서의 배출구와 연결되는 자신의 단부가 연속되는 배출 스파이럴의 형태가 되도록 설계될 수 있다.

상기 디퓨저의 효율과 관련하여, 상기 디퓨저는 상기 콤프레서의 배출구와 연결되는 자신의 단부에 상기 디퓨저의 타단부에 있는 배출 영역의 최대 3분의 1 용량의 흡입 영역을 갖는 경우 유리하다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 상기 콤프레서의 배출구에서 최대 100 m/s까지 될 수 있는 상기 공기의 빠른 유속은 상기 디퓨저 내에서 상당히 낮은 값으로 감소될 수 있으며, 예를 들어 상기 콤프레서의 배출구에서 30 m/s 내지 40 m/s로 된다. 이를 통해 상당한 압력이 회복될 수 있으며, 이것은 열역학적인 관점에서 볼 때 상기 과급 효율에 특히 유리하다.

특히 바람직한 실시예에서 상기 디퓨저는 단일체로서 실시된다.

다른 바람직한 실시예에서, 상기 디퓨저는 상기 공기의 유동 방향과 관련하여 서로 직렬 배열되는 적어도 2개의 부분을 포함하며, 상기 2부분 사이에는 보정기(compensator)가 제공된다. 상기 보정기를 통해서 즉, 열에 의한 상기 디퓨저 및 상기 스파이럴 하우징의 팽창 변형이 보정될 수 있다.

또한, 상기 디퓨저가 상기 디퓨저의 고정 및 상기 디퓨저 상에 작용하는 힘의 전달을 위한 고정 장치를 갖는 경우 유리하며, 상기 고정 장치는 상기 콤프레서의 로터 축과 대체로 동일한 높이에 배열된다. 상기 디퓨저는 상기 높이에서 아직 자신의 최대 유동 단면에 도달하지 않았으므로, 공기 압력에 의한 힘 또한 그다지 크지 않다.

본 발명에 따른 과급기 군은 특히 소형이고 공간 절약적인 설계가 요구되는 대형 디젤 엔진에 특히 적합하다.

본 발명의 또 다른 유리한 방법 및 바람직한 실시예는 특허청구범위 종속항으로부터 기인된다.

본 발명은 다음의 예시적 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 설명되며, 도시되는 개략도에는 축척이 적용되지 않았다.

다음의 기술에서, "보다 위에, 보다 아래에, 위에, 아래에..."와 같이 위치와 관련되는 표현은 도 1 내지 도 3에 예시되는 작동 방향과 관련된다. 또한, 소기용 공기 및 급기용 공기는 개념적으로 구분되지 않을 것이다.

도 1은 전체가 참조부호(10)로 표시되고, 종 방향으로 소기되는 2행정 엔진으로 일컬어지는 대형 디젤 엔진의 예시적 실시예의 필수적인 부품들을 예시하는 개략도를 도시하며, 일부분은 보다 상세하게 도시되었다. 대형 디젤 엔진(10)의 일반적인 복수의 실린더는 참조부호(11)로 표시된다.

피스톤(14)은 실린더(11)내부에 상하로 이동가능하도록 배열된다. 피스톤은 예시되지 않은 피스톤로드(15)에 의해 예시되지 않은 크로스헤드와 연결되며, 상기 크로스헤드는 타단부가 트러스트로드(thrust rod)를 통해 대형 디젤 엔진(10)의 크랭크샤프트와 연결된다. 피스톤(14)의 위치에 따라 상기 피스톤에 의해 개폐되는 복수의 소기용 공기 슬릿(scavenging air slit; 16)은 실린더(11)의 하부 영역에 제공된다. 소기용 공기 또는 급기용 공기로 일컬어지는 신선한 공기는 화살표(S) 로 표시되는 바와 같이 소기용 공기 슬릿(16)을 통해 실린더(11) 내부로 유입될 수 있다.

실린더(11)의 상부 영역에는 실린더(11)의 연소실 내부로 연료를 투입하기 위한 하나 이상의 분사 노즐이 제공되고, 배기 밸브(13)가 중앙에 배열되며, 연소에서 발생한 가스가 상기 배기 밸브를 통해 배기가스로서 유출된다. 상기 배기가스는 배기 밸브(13)와 인접하는 배기가스 연결 피스(connection piece; 8)를 통해 배기가스 리시버(6)로 유동한다. 배기가스 리시버(6)는 다른 실린더와도 유사한 방법으로 연결된다.

전체가 참조부호(1)로 표시되는 본 발명에 다른 과급기 군의 예시적 실시예는 실린더(11)에 소기용 공기가 급기되도록 제공된다. 과급기 군(1)은 공기 압축용 콤프레서(2), 콤프레서(2) 구동용 터빈(3), 콤프레서 뒤에 놓여 상기 콤프레서의 유속을 감소시키는 디퓨저(4), 및 상기 압축된 공기를 냉각시키는 급기용 공기 냉각기(5)를 포함한다. 콤프레서(2) 및 터빈(3)은 공통 하우징 내에 배열되어 터보과급기를 형성한다.

공기는 급기용 공기 냉각기(5)의 배출구로부터 압력 라인(17)을 거쳐 흡입 리시버(18)로 유동하며, 이로 인해 상기 소기용 공기는 실린더(11)의 소기용 공기 슬릿(16)에 도달한다. 피스톤(14)이 소기용 공기 슬릿(16)을 개방하는 경우, 상기 소기용 공기는 도 1의 화살표(S)로 표시되는 바와 같이 실린더(11) 내부로 유입될 수 있다.

콤프레서(2; 도 2 참조)는 축(A) 상에 배열되고 복수의 블레이드 또는 베인(vane; 211)―여기서 복수의 블레이드 또는 베인은 각각 축(A)으로부터 외측으로 연장됨―이 제공되는 로터(21)를 포함한다. 로터(21)의 회전 방향은 도 2의 화살표(D)로 표시된다. 로터(21)의 둘레에는 배출 스파이럴(22)이 제공된다. 로터(21)와 배출 스파이럴(22) 사이에는 고정된 복수의 2차 안내 블레이드(after-guiding blade; 25)가 공지된 방법으로 방사상 방향과 관련하여 배열된다. 배출 스파이럴(22)은 2차 안내 블레이드(25)의 방사상 외측 단부를 둘러싸고, 로터(21)의 회전 방향(D)에서 볼 때 방사상으로 넓어져서, 회전 방향(D)에서 볼 때 2차 안내 블레이드(25)와 배출 스파이럴(22) 벽 사이의 간격(d)이 증가하도록 스파이럴 공간(22a)을 경계짓는다. 콤프레서(2)의 흡입구는 신선한 공기가 도 2의 화살표(F)로 표시되는 바와 같이 축(A) 방향으로 로터(21)에 유입되도록 배열된다. 로터(21)는 상기 신선한 공기를 스파이럴 공간(22a)으로 보내며, 이로부터 압축된 공기가 콤프레서(2)의 배출구(23)에 도달한다.

상기 경우, 배출 스파이럴(22)의 단부가 배출구(23)를 의미함으로써, 스파이럴 공간(22a)에 놓이는 배출 스파이럴(22)의 단면 영역이 축(A)을 중심으로 처음 360°권취(winding)가 막 완료되었음(그러므로 상기 스파이럴의 회전을 완료함)을 의미한다. 도 2의 단면 예시에서, 스파이럴 공간(22a)은 (B)로 표시되는 지점에서 시작하여 방사상 방향과 관련하여 회전 방향(D)으로 넓어진다. 그러므로, 본 예시에서 배출 스파이럴(22)의 외측 벽은 스파이럴을 형성하게 된다. 상기 스파이럴의 처음 360°권취가 완료되는 지점이 콤프레서(2)의 배출구(23)가 된다. 도 2의 예시에 따르면, 배출구(23)의 단면은 축(A)으로부터 지점(B)을 연결하는 라인의 방사 상 연장선이다. 본 발명에 따르면, 콤프레서(2)의 배출구(23)는 도 2에 예시되는 정상 작동 방향과 관련하여 콤프레서(2)의 축(A) 보다 위에 놓이는 높이로 배열된다.

또한, 콤프레서(2) 또는 터보과급기(2, 3)의 하우징은 엔진 하우징에 고정되는 플랫폼(19) 상에 장착되는 다리를 갖는다. 플랫폼(19)과 접촉하는 다리(24)의 하부 경계면은 콤프레서(2)의 다리 바닥면(foot plane; 24a)으로 일컫는다.

상기 콤프레서의 로터(21)는 터빈(3)에 의해 공지된 방법으로 구동된다 (도 1 참조). 이를 위해 터빈(3)은 로터(21)가 배열되는 동일한 축(A) 상에 장착되는 것이 바람직하다. 배기가스는 배기가스 리시버(6)로부터 배기가스 라인(7)을 통해 터빈(3)으로 유동되어 상기 터빈을 구동한다. 상기 배기가스는 터빈(3)을 통과한 후, 도 1에 화살표(G)로 표시되는 바와 같이 예시되지 않은 또 다른 배기가스 라인을 통해 배출된다.

회전하는 터빈(3)은 축(A)을 통해 콤프레서(2)의 로터(21)를 구동한다. 상기 콤프레서는 흡입구―여기서 흡입구는 도 1의 도면 뒤편에 놓이므로 보이지 않음―를 통해 신선한 공기를 흡입한다. 상기 신선한 공기는 축(A) 방향으로부터 로터(21) 쪽으로 유동하여 상기 로터의 베인(211)에 의해 스파이럴 공간(22a)으로 보내진다. 그리고 나서, 상기 압축된 공기는 배출구(23)를 통해 콤프레서(2)로부터 유출된다.

콤프레서(2)의 배출구(23)는 디퓨저(4)와 연결된다. 디퓨저(4)는 튜브형이고 공기의 유동 방향으로 넓어지도록 설계된다. 디퓨저(4)는 자신의 일단부에 압 축 공기용 배출 영역(42)을 갖는다.

도 2에 도시되는 예시적 실시예에서, 디퓨저(4)는 단일체로서 실시된다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 디퓨저(4)는 콤프레서(2)의 배출 스파이럴(22)이 연속되는 형태가 되도록 만곡된다. 디퓨저(4)는 콤프레서(2)의 배출 스파이럴(22)과 바로 이웃하며, 상기 유동 방향으로 증가되는 단면으로 형성된다. 배출구(23)와 연결되는 디퓨저(4)의 단부는 디퓨저(4)의 흡입 영역(41)을 형성하며, 이것은 콤프레서(2) 배출구(23)의 단면 영역과 동일하다.

디퓨저(4)는 배출 스파이럴(22)과 함께 구성되는 유닛으로 콤프레서(2)와 통합되는 구성요소로 설계될 수 있다. 그러나, 상기 디퓨저는 별도의 부품으로, 예를 들어 플랜지 결합 또는 용접 결합에 의해 배출 스파이럴(22)과 연결되도록 제조되는 것 또한 가능하다.

도 1에 도시되는 예시적 실시예에서, 급기용 공기 냉각기(5)는 플랫폼(19) 바로 아래에 배열되고, 디퓨저(4)의 하부 단부와 연결되는 공기 전달 통로(51)를 포함하여, 디퓨저(4)의 배출 영역(42)을 통과하는 공기 유동이 공기 전달 통로(51)를 통해 급기용 공기 냉각기(5) 내부로 유입되도록 할 수 있다.

도 2에 도시되는 예시적 실시예에서, 디퓨저(4)의 하부 단부, 즉, 대체로 플랫폼(19)의 높이에는, 상기 디퓨저 및 배출 스파이럴(22)의 스파이럴 하우징이 열에 의해 팽창된 것을 보정하기 위한 보정기(43)가 제공된다. 보정기(43)는 예를 들어 벨로즈(bellows)로서 실시되며, 플랜지 결합(43a)을 통해 디퓨저(4)와 연결된다.

또한, 디퓨저(4)에는 상기 엔진 하우징에 힘과 토크를 전달하도록 고정 수단이 바람직하게 제공되나, 예시되지는 않는다.

전체 디퓨저(4)는 자신의 배출 영역(42)이 자신의 흡입 영역(41)보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 3배가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이러한 기하학적 치수에 의해, 예를 들어 디퓨저(4)의 흡입 영역(41)을 통과하여 최대 100 m/s까지 유동하는 상기 압축된 공기의 유속은 대체로 40 m/s 내지 30 m/s로 감속될 수 있으며, 이를 통해 공기 압력이 상당한 정도로 상승된다.

도 3은 본 발명에 따른 과급기 군(1)의 또 다른 예시적 실시예에 대한 콤프레서(2) 및 디퓨저(4)를 도 2와 유사한 예시로써 도시한다. 차이점은 다음에서 주로 논의될 것이며, 그렇지 않은 경우에는 도 2에 도시되는 예시적 실시예와 관련한 설명이 마찬가지로 도 3에 도시되는 예시적 실시예에서도 유사하게 유지된다. 특히, 도 3의 참조부호는 도 2의 경우와 동일한 의미를 갖는다.

도 3에 도시되는 예시적 실시예에서, 디퓨저(4)는 튜브형 섹션으로 설계되고 공기의 유동 방향으로 서로 직렬 배열되는 두 부분(4a, 4b)을 포함한다. 상부 부분(4a)은 만곡되도록 설계되고, 콤프레서(2)의 배출구(23)에 직접 이웃하며, 상기 유동 방향으로 단면이 증가하도록 실시되는 것이 바람직하다. 배출구(23)와 연결되는 상부 부분(4a)의 단부는 디퓨저(4)의 흡입 영역(41)을 형성하며, 콤프레서(2)의 배출구(23) 단면 영역과 동일하다. 상부 부분(4a)은 배출 스파이럴(22)과 동일한 방향으로 만곡되고, 대략 로터(21)의 축(A)이 놓이는 높이까지 연장됨으로써, 상부 부분(4a)의 배출 영역이 대략 플랫폼(19)과 평행하게 놓이게 된다. 상부 부 분(4a)은 배출 스파이럴(22)과 함께 구성되는 유닛으로 설계될 수 있어서, 상부 부분(4a)은 콤프레서(2)와 통합되는 구성요소가 된다. 그러나, 상기 상부 부분(4a)은 별도의 부품으로 제조되어, 예를 들어 플랜지 결합 또는 용접 결합에 의해 배출 스파이럴(22)과 연결되는 것 또한 가능하다.

본 예시적 실시예에서, 상부 부분(4a)과 하부 부분(4b) 사이에는 보정기(43)가 제공된다. 보정기(43)는 예를 들어 플랜지 결합(43a)을 통해 디퓨저의 상부 부분 및 하부 부분(4a, 4b)과 연결된다. 디퓨저(4) 내의 압력에 의해 상기 스파이럴 하우징 또는 터보과급기(2) 각각의 다리(24)에 작용하는 힘 및 토크를 감소시키기 위해, 디퓨저(4)에는 고정 수단이 제공되어 상기 엔진 하우징에 상기 힘 및 토크를 전달하도록 하는 것이 바람직하다. 디퓨저(4)는 축(A)의 높이에서 아직 자신의 최대 단면에 도달하지 않았으므로, 여기에서 특히 정압(static pressure)에 의해 발생하는 힘은 아직 그다지 크지 않다. 그러므로, 상기 고정 수단의 기계적 응력을 고려하여 대체로 로터(21)의 축(A) 높이에 상기 고정 수단을 제공하는 것이 유리하다.

상기 디퓨저의 하부 부분(4b)은 보정기(43)로부터 터보과급기(2, 3)가 장착되는 플랫폼(19)까지 연장된다. 하부 부분(4b)의 하부 단부는 고정 수단(44)에 의해 플랫폼(19)과 고정되는 것이 바람직하다. 그러므로, 디퓨저(4)의 배출 영역(42)은 콤프레서(2) 또는 터보과급기(2, 3) 각각의 다리 바닥면(24a)과 동일한 높이에 놓이게 된다. 하부 부분(4b)은 깔때기 형상으로 설계되며, 이것은 보정기(43)로부터 배출 영역(42)으로 대체로 원뿔형으로 넓어지는 것을 의미한다. 상기에서, 하부 영역(4b)의 단면 영역은 모서리를 갖는, 예를 들어 사각형, 또는 둥근, 예를 들어 원형으로 설계될 수 있다. 디퓨저(4)의 가급적 양호한 효율과 관련하여, 디퓨저(4)는 가급적 한쪽 개구각(α)이 12°미만, 구체적으로는 4°내지 8°의 크기로 넓어지도록 설계하는 것이 유리하다.

디퓨저(4)는 콤프레서(2)의 배출구(23)로부터 콤프레서(2)의 다리 바닥면(24a)까지 넓어지며, 여기가 디퓨저(4)의 단부가 된다. 상기에서, 상기 넓어지는 정도는 마찬가지로 디퓨저(4)의 흡입 영역(41)이 디퓨저(4) 배출 영역(42)의 최대 2분의 1, 바람직하게는 최대 3분의1의 크기이다.

2가지 예시적 실시예(도 2 및 도 3 참조) 및 본 발명에 따라, 콤프레서(2)의 배출구(23)는 로터(21)의 축(A) 높이에, 또는 보다 위에 놓이며, 배출구(23)와, 콤프레서(2) 또는 플랫폼(19) 각각의 다리 바닥면(24a) 사이에는 개구각(α) 및 흡입구 영역(41) 대 배출구 영역(42)의 비율과 관련하여 상기 기술된 기하학적 디퓨저(4)를 위치시키기에 충분한 공간이 있다. 그러므로, 디퓨저(4)는 상기 디퓨저의 유효 길이를 대신 감소시킬 필요 없이 콤프레서(2) 또는 터보과급기(2, 3) 각각의 다리 바닥면(24a) 높이에서 단부가 된다. 디퓨저(4)가 콤프레서(2) 또는 플랫폼(19) 각각의 다리 바닥면(24a)을 넘어 하방으로 돌출하지 않으므로, 급기용 공기 냉각기(5)는 간격 없이 플랫폼(19)의 바로 아래에 배열될 수 있으며, 이를 통해 과급기 군(1)의 전체 높이가 감소된다.

본 발명에 따른 과급기 군(1)은 본 명세서에 기술된 상기 종 방향으로 소기되는 2행정 엔진 외에 다른 대형 디젤 엔진에도 적합하다는 것이 명백하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 과급기 군(1)은 마찬가지 유사한 방법으로, 실린더 커버에 배열되는 하나 이상의 흡기 밸브를 통해 실린더 내부로 급기용 공기가 투입되는 4행정 대형 디젤 엔진의 구성요소가 될 수 있다.

본 발명에 따라 디퓨저의 필요한 효율을 저하시키지 않으면서, 특히 소형이며 공간을 절약하는 대형 디젤 엔진용 과급기 군이 제공된다.

Claims

대형 디젤 엔진용 과급기 군(supercharger group)에 있어서,

상기 대형 디젤 엔진(10)의 실린더(11)에 소기용 공기로서 공급되는 공기 압축용 콤프레서(2)―여기서 콤프레서(2)는 압축된 공기용 배출구(23), 및 상기 공기를 압축하기 위해 축(A) 상에 배열되는 로터(21)를 가짐―,

상기 실린더(11)로부터의 배기 가스에 의해 구동가능한 상기 콤프레서(2)의 로터(21) 구동용 터빈(3), 및

상기 압축된 공기의 유속을 감소시키기 위해 상기 콤프레서(2)의 배출구(23)에 연결되는 디퓨저(4)

를 포함하며,

상기 콤프레서(2)의 배출구(23)가 정상적인 작동 방향과 관련하여 상기 콤프레서(2) 축(A) 이상의 높이에 배열되는

과급기 군.
제1항에 있어서,

상기 디퓨저(4)가 상기 압축된 공기의 유동 방향으로 넓어지는 튜브의 형상으로 설계되고, 대체로 상기 콤프레서(2)의 다리 바닥면(foot plane; 24a)까지 연장되는 과급기 군.
제2항에 있어서,

상기 디퓨저(4)로부터 나오는 공기가 내부로 유입되는 급기용 공기 냉각기(5)를 포함하고, 상기 콤프레서는 플랫폼(19) 상에 자신의 다리 바닥면(24a)에 의해 배열되며, 상기 급기용 공기 냉각기(5)는 상기 플랫폼(19) 바로 아래에 배열되는 과급기 군.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디퓨저(4)가 적어도 자신의 길이 부분 전체에 걸쳐 대체로 원뿔형으로 넓어지되, 상기 넓어지는 한쪽 개구각(α)의 크기가 12°미만인 과급기 군.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디퓨저(4)가 상기 압축된 공기의 유동 방향과 관련하여 적어도 부분적으로 만곡되도록 설계되는 과급기 군.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디퓨저(4)가 상기 콤프레서(2)의 배출구(23)와 연결되는 일단부에 상기 디퓨저(4)의 타단부에 있는 배출 영역(42)의 최대 2분의 1 크기의 흡입 영역(41)을 갖는 과급기 군.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디퓨저(4)가 상기 압축된 공기의 유동 방향과 관련하여 서로 직렬 배열되는 두 부분(4a, 4b)을 포함하고, 상기 두 부분 사이에는 보정기(compensator; 43)가 제공되는 과급기 군.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디퓨저(4)는 자신 상에 작용하는 힘을 전달하기 위한 고정 수단을 가지며, 상기 고정 수단은 상기 콤프레서(2)의 로터(21) 축(A)과 대체로 동일한 높이에 배열되는 과급기 군.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 과급기 군(1)을 포함하는 대형 디젤 엔진.