KR100689947B1 - Reciprocating piston combustion engine - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 왕복동 피스톤 연소기관(reciprocating piston combustion engine)은 각 실린더용 용적식 분사(volumetric injection)를 위한 분사 시스템, 하나 이상의 연료 공급용 압축 펌프, 적어도 하나의 제어 매개물(control medium) 공급용 압축 펌프, 상기 펌프 및 가스 교환 시스템(gas exchange system)과 연결되는 각각 하나의 연료용, 콘트롤 오일용, 작동유용 어큐뮬레이터(accumulator), 하나 이상의 각도 센서(angle sensor)와 중앙 유닛(central unit)을 갖는 제어 장치, 및 상기 시동 공기 공급(starting air supply), 분사, 가스 교환과 중앙 윤활(central lubrication)을 제어하기 위한 복수의 전자 제어 모듈(electronic control module)을 포함한다.The reciprocating piston combustion engine according to the present invention is an injection system for volumetric injection for each cylinder, one or more fuel supply compression pumps, and at least one control medium supply compression. A control having a pump, an accumulator for fuel, control oil, hydraulic fluid, at least one angle sensor and a central unit, each connected to the pump, the pump and a gas exchange system. A device and a plurality of electronic control modules for controlling the starting air supply, injection, gas exchange and central lubrication.
상기 연소기관은 정상 가동 상태에서 완전히 전자 방식으로 제어된다.The combustion engine is fully electronically controlled in normal operation.
왕복동 피스톤 연소기관, 실린더, 용적식 분사, 분사 시스템, 압축 펌프, 가스 교환 시스템, 어큐뮬레이터, 각도 센서, 중앙 유닛, 전자 제어 모듈Reciprocating piston combustion engine, cylinder, volumetric injection, injection system, compression pump, gas exchange system, accumulator, angle sensor, central unit, electronic control module
Description
도 1은 본 발명에 따른 2행정 디젤 엔진의 실시예를 도시하는 개략도.1 is a schematic diagram showing an embodiment of a two-stroke diesel engine according to the present invention;
도 2는 도 1에 따른 연소기관을 도시하는 개략도.2 shows a schematic view of the combustion engine according to FIG. 1;
도 3은 분사 장치의 실시예를 도시하는 개략도.3 is a schematic view showing an embodiment of the injection apparatus.
도 4는 가스 교환 시스템을 도시하는 개략도.4 is a schematic diagram illustrating a gas exchange system.
도 5는 연소기관용 제어 시스템의 블록도.5 is a block diagram of a control system for a combustion engine.
도 6은 분사 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 개략도.6 is a schematic view showing another embodiment of an injection device.
도 7은 도 4에서 A의 상세도.FIG. 7 is a detail view of A in FIG. 4; FIG.
본 발명은 복수의 실린더를 갖는 왕복동 피스톤 연소기관, 구체적으로는 2행정 디젤 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a reciprocating piston combustion engine having a plurality of cylinders, in particular a two-stroke diesel engine.
내연기관, 특히 2행정 디젤 엔진은 선박 추진용 메인 엔진으로서 뿐만 아니라 발전용 고정식 장치로서도 사용된다. 상기 연소기관은 자신에 장착된 캠(cam)을 통해 연료 펌프를 작동시키는 콘트롤 샤프트(캠샤프트)를 구비하며, 또한 가스 교환 밸브(gas exchange valve)는 캠 및 트러스트 로드(thrust rod)를 통해 상기 콘트롤 샤프트에 의해 작동되거나, 캠, 즉 유압 트러스트 로드 및 피스톤 구동장치에 의해 작동되는 펌프에 의해 작동된다. 상기 콘트롤 샤프트는 이미 높은 제조 비용 및 복잡성을 보여주며, 상기 엔진의 전체 길이에 걸치는 크기이고, 중량이 크며, 양방향으로 작동하는 기관의 가역 메커니즘(reversal mechanism)의 베어링은 오일에 의해 윤활되어야 하며, 특히 크랭크샤프트(crankshaft)로 상기 콘트롤 샤프트를 구동하기 위해 적어도 두 개(네 개까지)의 기어(및/또는 체인)가 필요하다. 또한, 비틀림 진동(torsion oscillation)에 대한 감쇠 장치(damping apparatus)가 필요하다.Internal combustion engines, in particular two-stroke diesel engines, are used not only as main engines for ship propulsion but also as stationary devices for power generation. The combustion engine has a control shaft (camshaft) for operating the fuel pump through a cam mounted thereon, and the gas exchange valve is connected via a cam and a thrust rod. It is actuated by a control shaft or by a pump actuated by a cam, ie a hydraulic thrust rod and a piston drive. The control shaft already shows high manufacturing cost and complexity, the bearing of the reversal mechanism of the engine which is large, heavy and bidirectional over the entire length of the engine must be lubricated by oil, In particular at least two (up to four) gears (and / or chains) are needed to drive the control shaft with a crankshaft. There is also a need for a damping apparatus for torsion oscillation.
상기 종류와 같은 연소기관의 제조 상 단점은, 한편으로, 분사의 개시 시점 및 가스 교환 밸브의 개폐 시점이 각각의 캠에 의해 일정하게 설정되어 있는 것이며, 다른 한편으로, 상기 가스 교환 밸브의 가변적 동작 및/또는 상기 분사의 가변적 개시를 위해서는 제조에 있어서 보다 많은 노력이 필요하다는 것이다.The disadvantages in the manufacture of combustion engines of the above kind are, on the one hand, that the start time of injection and the opening and closing time of the gas exchange valve are set constant by each cam, and on the other hand, the variable operation of the gas exchange valve And / or more effort is required in manufacturing for variable initiation of the injection.
본 발명의 목적은 상기 단점을 회피함으로써 복수의 실린더를 갖는 왕복동 피스톤 연소기관을 개량하는 것이다.It is an object of the present invention to improve a reciprocating piston combustion engine having a plurality of cylinders by avoiding the above disadvantages.
본 발명의 장점은 전자 제어 시스템을 이용함으로써 보다 경제적인 연소기관의 설계, 보다 적은 연료 소모, 보다 적은 공해 배출, 보다 낮은 부품의 온도 상승, 보다 간단한 유지보수 및 보다 신뢰적인 작동이 실현될 수 있다. 또한, 정상 회전 속도보다 25% 낮은 회전 속도에서의 상기 연소기관의 작동을 개량함으로써, 특히 좁은 길을 저속으로 운행하는 동안 개량된 원활한 가동을 통해 상기 연소기관 이 연속적으로 작동되도록 한다.The advantage of the present invention is that by using an electronic control system, more economical combustion engine design, less fuel consumption, less pollution emissions, lower part temperature rise, simpler maintenance and more reliable operation can be realized. . In addition, by improving the operation of the combustion engine at a rotational speed of 25% lower than the normal rotational speed, the combustion engine can be operated continuously through improved smooth running, especially while traveling at narrow speeds at low speeds.
본 발명은 상기 소개된 첨부 도면을 참조하여 다음과 같이 기술된다.The invention is described as follows with reference to the accompanying drawings introduced above.
도 1 내지 도 3을 참조한다. 도 1은 예를 들어 예시되지 않은 네 개의 실린더를 가지며 내부에서 상기 가스 교환 밸브의 동작, 연료 공급과 피스톤 위치 사이의 협동이 전자 제어되는 2행정 디젤 엔진을 도시한다. 상기 연소기관은 상기 크랭크샤프트에 장착되는 제1 기어(1) 및 상기 제1 기어와 맞물리는 제2 기어(2)를 갖는다. 제2 기어(2)는 보조 에너지를 위해 기계적 구동장치 내에 존재하며, 2차 관성력의 보상을 구동하기 위해 특정의 실린더 개수인 경우에 사용될 수 있다. 상기 연소기관은 고압 펌프(3)―바람직하게는 연료를 가변적으로 압축하는 흡입 제한기(suction restrictor) 펌프―, 압력 레귤레이터 액츄에이터(pressure regulator actuator; 4), 배관 라인(tubular line; 6)을 통해 상기 고압 펌프에 연결되는 연료용 어큐뮬레이터(accumulator; 5), 콘트롤 오일용 압축 펌프(pressure pump; 7, 107) 및 배관 라인(109)을 통해 압축 펌프(7, 107)와 연결되는 콘트롤 오일용 어큐뮬레이터(8, 108)를 포함하며, 각각의 경우에 단지 하나의 펌프, 하나의 어큐뮬레이터 및 하나의 배관 라인만이 예시되었다. 상기 연료용 고압 펌프(3)는 제2 기어(2)에 의해 구동되며, 콘트롤 오일용 펌프(107)는 보조 모터에 의해 구동된다.See FIGS. 1 to 3. 1 shows a two-stroke diesel engine having, for example, four cylinders which are not illustrated and in which the operation of the gas exchange valve, cooperation between fuel supply and piston position, is electronically controlled. The combustion engine has a
도 2에 도시되는 바와 같이, 실린더에는 어큐뮬레이터(5)는 물론 제2 어큐뮬레이터(108)와도 연결되는 분사 시스템(11) 및 제3 어큐뮬레이터(8)와 연결되는 가스 교환 시스템(12)이 제공된다,As shown in FIG. 2, the cylinder is provided with a
상기 어큐뮬레이터(5, 108)는 피팅류(fittings)를 구비하거나 또는 구비하지 않은 튜브형 구성 요소이다. 피팅류를 갖지 않은 어큐뮬레이터에서 저장 용량은 오직 저장될 매개물(media)의 신축성에만 의존하는 것이 바람직하다. 어큐큘레이터(5)에는 상기 어큐뮬레이터 내의 최대 압력을 설정 값으로 제한하는 안전 밸브(16) 및 상기 어큐뮬레이터 내의 압력을 측정하는 압력 센서(17)가 제공된다.The
작동유용 또는 콘트롤 오일용 각각의 어큐뮬레이터(8, 108)의 압축 펌프(7, 107) 및 예비 제어 밸브(pre-control valve; 14)는 각각의 경우에 상기 분사 시스템 및 가스 교환 시스템을 제어하기 위한 유압 시스템을 형성하며, 압력 센서(18, 19)가 제공되는 각 펌프 및 각 어큐뮬레이터(8, 108)의 전방에는 필터(13)가 설치된다. 상기 유압 제어 시스템의 입구와 출구 및 어큐뮬레이터(5)와 분사 시스템(11) 사이의 연료 라인에는 각 개별 실린더의 분사 시스템이 상기 엔진으로부터의 단절(cut off)을 허용하는 밸브(40, 41, 42)가 설치되어 상기 엔진이 가동 중에도 상기 분사 시스템은 수리될 수 있다.The
상기 연소기관은 전자 제어 장치를 갖는다. 상기 크랭크샤프트의 회전 속도 및 상기 크랭크샤프트 각도를 측정하기 위해, 각도 센서(angle sensor; 25)는 기계적 수단을 통해 미끄럼 및 공차없이 상기 크랭크샤프트에 결합되며, 상기 크랭크샤프트는 제2 기어(2)와 각도 센서(25) 사이에 동력을 전달할 수 있으므로 상기 각도 센서는 상기 엔진의 회전 속도로 회전한다. 상기 크랭크샤프트와 각도 센서 사이의 동기(synchronism)를 모니터(monitor)하기 위해 두 개의 기준 센서(reference sensor; 26)가 제공된다.The combustion engine has an electronic control device. In order to measure the rotational speed of the crankshaft and the crankshaft angle, an
상기 제어 장치는 적어도 하나의 중앙 유닛(central unit; 21), 각 실린더용 제어 모듈(control module; 22), 원격 제어기(remote control; 23) 및 회전 속도 레귤레이터(regulator; 24)를 포함한다. 중앙 유닛(21) 및 제어 모듈(22)은 데이터 버스(data bus)를 통해 연결되지만, 상기 제어 모듈은 고정된 범위의 작업이 할당된 독립적인 제어 유닛을 형성한다. 원격 제어기(23)는 신호 전달(signal transmitting) 방식으로 상기 중앙 유닛에 연결된다. 압력 센서(pressure sensor; 17, 18, 19) 또한 중앙 유닛에 연결된다. 또한 중앙 유닛(21)은 하나 또는 그 이상의 연료용 고압 펌프 압력 레귤레이터 액츄에이터(pressure regulator actuator; 4)에 연결되며, 하나 또는 그 이상의 작동유용 고압 펌프(7)의 하나 이상의 압력 설정 부재(pressure setting member)에 연결된다. 제어 모듈(22)은 분사 시스템(11)의 예비 제어 밸브(14) 및 가스 교환 시스템(12)의 예비 제어 밸브(14)는 물론 상기 가스 교환 시스템의 측정 시스템(measurement system; 71) 및 용적식(volumetric) 분사(도 7 참조)용 측정 시스템(36)에도 연결된다.The control device comprises at least one
중앙 유닛(21)은 상기 엔진에 관한 모든 기능이 저장되는 기억장치를 포함한다. 마찬가지로 상기 제어 모듈도 상기 실린더에 관한 기능이 저장되는 기억장치를 포함한다.The
중앙 유닛(21)은 상기 실린더의 제어 유닛에 대한 상기 엔진과 관련한 센서, 회전 속도 레귤레이터 및 원격 제어기(운전자 인터페이스)의 인터페이스(interface)를 형성한다. 또한 여러 매체(media)의 압력은 조절되어야 한다.The
공급된 데이터에 따라, 상기 엔진의 일시적 작동 상태 및 원하는 작동 상태 각각은 상기 중앙 유닛에서 결정되며 상기 버스를 통해 제어 모듈(22)로 전달된다.According to the data supplied, each of the engine's temporary and desired operating states is determined at the central unit and communicated to the
제어 모듈(22)은 상기 개별 실린더의 오프셋 시간(offset time) 및 지연 시간(delay time)을 고려한 분사 시점, 분사량 및 가스 교환 제어 시간에 따른 상기 데이터를 결정한다. 본 실시예에서는 안전을 위해 중앙 유닛(21)이 여유 있는(redundant) 형태로 제공된다. 하나의 실린더에 문제가 발생하여도 계속적인 가동이 보장되기 때문에 제어 모듈(22)에 문제가 발생할 경우에는 신규 제어 모듈로 교체해주면 된다.The
변형 실시예는 단지 하나의 중앙 유닛(21)을 갖기 때문에 상기 중앙 유닛은 압력 레귤레이터의 기능 및 운전자에 대한 인터페이스만을 포함할 수 있다. 상기 두 가지 기능은 상기 중앙 유닛으로부터 독립되는 간단한 백업(backup) 시스템에 의해 백업된다. 다른 모든 데이터 및 기능은 각 개별 제어 모듈(22)에 집합되며, 이를 통해 중앙 유닛(21) 및 제어 모듈(22)에 문제가 발생하는 경우에도 상기 엔진은 여전히 가동될 수 있다.Since the variant embodiment has only one
다음에서는, 예를 들어 네 개의 실린더 각각을 위한 세 개의 연료 노즐(31)과 분사 장치(32) 및 상기 실린더와 연관되는 하나 이상의 예비 제어 밸브(14)로 구성되는 분사 시스템(11)이 기술될 것이다.In the following, an
도 3은 기본 상태(basic position)에 있는 분사 장치(32)의 실시예를 도시한다. 상기 분사 장치는 용적식 분사를 실행하기 위해 정량 피스톤(metering piston; 34), 밸브 슬라이더(35) 및 상기 정량 피스톤의 위치를 감시하는 경로 기 록 시스템(path recorder system; 36)을 포함한다. 정량 피스톤(34)은 차동 피스톤(differential piston)으로서 설계된다. 정량 피스톤(34)은 정량 체임버(metering chamber; 37) 내에 설치되며, 상기 정량 체임버에는, 한편으로 어큐뮬레이터(5)로 연결되는 통로가 개방되며, 다른 한편으로 통로(140)가 연결된다. 상기 통로는 체임버(141) 및 체임버(142)와 연결되며, 상기 통로의 길이는 동압차(動壓差; dynamic pressure difference)를 작게 유지하고 상기 밸브 슬라이더의 자동 개방을 방지하기 위해 짧게 설계되는 것이 유리하다. 블라인드 보어(blind bore; 143)는 체임버(141)로 개방된다. 체임버(141) 내에는, 한편으로 밸브 슬라이더(35)에 지지되고 다른 한편으로 체임버(141) 내에서 지지되는 스프링(154)이 설치되며, 이는 상기 밸브 슬라이더를 기본 상태로 유지하기 위함이다. 밸브 슬라이더(35)에는 밸브 시트(valve seat; 38Ⅰ) 및 두 개의 콘트롤 에지(control edge) (38Ⅱ)와 (38Ⅳ)가 형성된다. 밸브 슬라이더(35)는 하우징 내에 설치되며 상기 하우징과 함께 갭 밀봉(gab seal; 38Ⅲ, 38Ⅴ, 39)을 형성한다. 밸브 슬라이더(35)는 상기 블라인드 보어 내로 돌출되는 피스톤(144)을 갖는다. 상기 노즐 니들이 고착되면(stuck), 마스크(mask; 30)를 가진 연료용 복귀 통로는 분사 통로로 분기되어 상기 연료가 마스크(30)를 통해 압력을 받지 않는 공간(pressureless space)으로 배출되기 때문에 연료는 분사되지 않게 된다.3 shows an embodiment of the
상기 예비 제어 밸브는 전환(switchover) 밸브로서 설계되며 밸브 피스톤이 고착되었을 때 제2 어큐뮬레이터(108)가 비워지는 것을 방지하기 위해 양쪽 전환 위치 사이에서 실질적으로 역할을 해주어야 한다.The preliminary control valve is designed as a switchover valve and should play a substantial role between both switching positions to prevent the
또한, 부하 및/또는 크랭크샤프트 각도에 종속되는 윤활 수단을 갖는 각 실린더를 공급하기 위해 예시되지 않는 유닛이 제공된다.In addition, a unit is provided which is not illustrated for supplying each cylinder with lubrication means dependent on the load and / or crankshaft angle.
상기 분사 시스템의 기능은 다음과 같이 기술된다. 밸브 슬라이더(35)의 기본 위치에서, 연료는 어큐뮬레이터(5)로부터 밸브 슬라이더(35)의 콘트롤 에지(38Ⅳ)를 거쳐 정량 체임버(37)로 유입된다. 양쪽 면에 어큐뮬레이터 압력이 작용되는 정량 피스톤(34)은 면적 차이에 의해 정해진 단부 위치로 이동한다. 정량 피스톤 및 밸브 슬라이더(35)는 어큐뮬레이터(5)로부터 연료 노즐(31)로 가는 상기 연료의 통로를 봉쇄하며, 예를 들어 상기 연료 노즐의 노즐 니들이 고착될 경우 어큐뮬레이터(5)가 비워지는 것을 방지한다. 또한, 연료는 통로(140)를 거쳐 체임버(141) 및 (142)로 유동되어 상기 체임버 내에는 동일한 압력이 존재하게 된다. 이렇게 함으로써 상기 밸브 슬라이더는 오직 제어 명령에 의해서만 동작하는 장점을 갖는다.The function of the injection system is described as follows. In the basic position of the
예비 제어 밸브(14)는 제어 모듈(22)에 의해 개폐되어 콘트롤 오일이 어큐뮬레이터(108)로부터 나와 밸브 슬라이더(35)의 콘트롤 피스톤(39) 상에 도달하여 상기 피스톤을 변위(displacement)시키게 된다. 상기 콘트롤 오일이 밸브 시트(38Ⅰ)와 콘트롤 에지(control edge; 38Ⅱ) 사이를 완전히 채움으로써, (38Ⅳ)는 (38Ⅱ)가 개방되기 전에 폐쇄된다. 콘트롤 에지(38Ⅱ)가 개방되면 정량 체임버(37)는 연료 노즐(31)과 연결된다. 밸브 슬라이더(35)의 변위를 통해 피스톤(144)은 블라인드 보어(143) 내부로 변위되며, 상기 밸브 슬라이더의 이동은 특히 유리한 방식으로 콘트롤 에지(147)에 의해 제동 작용(braking)과 함께 시작되고 감쇠 작용(damping)과 함께 도달한다.The
상기 정량 피스톤의 후면은 어큐뮬레이터(5)에 연결되고, 상기 어큐뮬레이터 내의 압력은 상기 회전 속도 레귤레이터에 의해 설정된 회전 속도를 얻기 위해 연료의 체적이 상기 정량 피스톤의 면적과 상기 정량 피스톤의 행정거리를 곱한 값에 해당할 때까지 연료를 연료 노즐로 이송시키는, 즉 용적식 연료 계량(volumetric fuel metering)을 실행한다. 정량 피스톤(34)의 변위는 측정 시스템(36)에 의해 측정되며, 제어 모듈(22)은 예비 제어 밸브(14)를 전환하여 밸브 슬라이더(35) 내에서 제1 콘트롤 에지(38Ⅱ)를 폐쇄하고 그 다음에 콘트롤 에지(38Ⅳ)를 개방하도록 한다. 이렇게 함으로써 연료 노즐(31)로 공급되는 연료가 단속된다(interrupted).The rear face of the metering piston is connected to the
밸브 슬라이더(35)는 각 연료 노즐(31)과 연관되어 각 실린더용 연료 노즐이 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 예를 들어 단순 분사, 단식(singly) 단속 분사(interrupted injection) 또는 복식(multiply) 단속 분사, 개별 연료 노즐에서 다양한 길이의 분사 시간과 같은 모든 분사 가능성 또한 각각 주기적(cyclic) 또는 무작위적(stochastic permutation)으로 실행될 수 있다(도 2 참조). 상기 연료 노즐은 상기 노즐 니들이 감쇠되도록 제공되는 것이 바람직하다. 이를 위해서 체임버(148) 및 상기 체임버를 누출 라인(leakage line)에 연결하는 통로(149)가 상기 하우징 내에 형성된다. 상기 노즐 니들의 단부는 상기 밸브 시트의 반대쪽으로 대면하여 상기 체임버 내부로 돌출되는 피스톤(150)과 함께 제공된다. 싱글 밸브 슬라이더(35)는 엔진 실린더의 모든 연료 노즐을 적은 비용으로 작동시킬 수 있다. 상기 기술된 시스템에서는 통상의 중질유(heavy oil) 및 잔사유(sediment oil)가 이러한 엔진에 사용될 수 있다.The
도 4에 도시되는 바와 같이, 가스 교환 시스템(12)은 가스 교환 밸브(53)와 각각 연관되는 세퍼레이션 피스톤(separation piston; 56) 및 콘트롤 피스톤(52)을 구비하는 장치(51)를 포함한다. 세퍼레이션 피스톤(56)은 상기 콘트롤 오일 회로에서 상기 유압 시스템(작동유)을 분리시키며, 단부 위치의 영역에 있는 배기 밸브(53)의 이동을 감쇠시킨다. 예비 제어 밸브(14)는 개폐 위치에서 어큐뮬레이터(8)로부터 작동유를 제거하고, 콘트롤 피스톤(52)이 이동 가능한 두 위치 중 하나로 이동되도록 하며, 여기에서 가스 교환 밸브(53)는 밸브 에어 스프링(valve air spring; 61)에 의해 "폐쇄" 위치로 이동된다. 상기에서 드라이브 피스톤(drive piston; 54)은 상기 밸브 샤프트를 누르고, 오일을 배관 라인(55)으로 유동시키며, 상기 배관 라인은 차례로 피스톤(56)을 변위시키고 대략 정해진 초기 위치로 이동시킨다. 피스톤(56)은 차례로 작동유를 콘트롤 피스톤(52)을 통해 회수 탱크(collection tank)로 가는 라인(57)에 보낸다. 상기 가스 교환 밸브(53)가 다음 번 작동을 할 때까지 누출 손실(leakage losses) 및 연속적인 환기(ventilation)(도시되지 않음)로 인해 손실되는 오일은 라인(58) 및 역지 밸브(non-return valve; 59)를 통해 다시 채워지고, 이렇게 함으로써 피스톤(56)은 완전하게 정해진 초기 위치로 이동된다.As shown in FIG. 4, the
예비 제어 밸브(14)가 다른 위치에 있을 경우, 압축 스프링(60)이 콘트롤 피스톤(52)을 다른 위치로 이동시킴으로써 상기 작동유는 예비 제어 밸브(14)를 통해 배출될 수 있으며, 피스톤(56)의 측부를 콘트롤 피스톤(52)를 통해 어큐뮬레이터(8)에 연결시킨다―여기서 상기 피스톤의 측부는 배관 라인(58)의 반대쪽으로 대면함―. 피스톤(56), 상기 배관 라인 및 드라이브 피스톤(54)으로 유입되는 상기 작동유는 상기 가스 교환 밸브를 상기 엔진의 실린더 내에 여전히 존재하는 가스 압력 및 밸브 에어 스프링(61)에 대항하여 개방시킨다.When the
상기 가스 교환 밸브가 배기 밸브로서 사용되는 경우, 상기 실린더 내에 여전히 남아있는 압력에 대항하여 개방될 수 있도록 하기 위해서 이러한 움직임의 초기에는 큰 힘이 존재해야 하기 때문에, 드라이브 피스톤(54)은 스텝형 피스톤(step piston; 65, 66)으로서 형성된다. 상기 밸브 움직임의 이동 경로 초기에는 대형 피스톤(65)이 자신의 보다 넓은 단면적으로 동작하여 가스 교환 밸브(53)를 개방하는데 필요한 힘을 생성한다. 상기 밸브 동작의 추가 과정에서는 보다 작은 힘으로도 가스 교환 밸브(53)가 완전한 행정을 실행하도록 하는데 충분하다. 대형 피스톤(65)은 받침부(abutment; 67)를 향해 이동하며, 이때 상기 이동은 상기 받침부에 도달하기 전에 도시되지 않은 짧은 감쇠 작용에 의해 감쇠된다. 상기와 같이 피스톤(65) 및 (65)를 배열함으로써 제2 어큐뮬레이터(8)로부터 빠져 나오는 작동유의 양은 최소화된다.When the gas exchange valve is used as an exhaust valve, the
측정 시스템(71)은 스텝형 콘(step cone; 72) 및 가스 교환 밸브의 이동을 감지하여 제어 모듈(22)로 전송되는 측정 신호를 발생하기 위한 리던던트 센서(redundant sensor; 78)를 포함한다. 상기 제어 시스템은 상기 가스 교환 밸브의 이동이 기대치에 부합하는지를 인지하여 잘못된 개폐 및 부적절한 압력일 경우, 예를 들면 관련되는 실린더에서의 다음 번 연료 분사를 저지한다. 이렇게 함으로써 예를 들어 n개의 실린더를 갖는 엔진은 n-1개의 실린더로 작동될 수 있다는 것이 보장된다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 스텝형 콘(72)은 제1 원추형 섹션(79), 상기 제1 원추형 섹션에 인접하는 원통형 섹션(76) 및 연속되는 제2 원추형 섹션(77)을 가지며, 상기 센서의 측정 영역을 최대 범위로 확보하기 위해 제1 및 제2 원뿔각(cone angle)은 가급적 크게 한다. 제1 섹션(79)은 상기 밸브의 개방 동작을 측정하며, 상기 밸브가 개방되는 동안에 결정되는 감쇠 작용이 가능하게 한다. 제2 섹션은 상기 밸브의 폐쇄 동작을 측정하며, 상기 밸브가 폐쇄되는 동안에 결정되는 감쇠 작용이 가능하게 한다. 배기 밸브의 행정거리가 보다 짧고 공차(tolerance)가 작은 보다 소형의 엔진에서는 전체 밸브 행정거리가 단지 하나의 원추형 섹션으로 형성되는 단순한 콘(simple cone)으로 설계되는 것 또한 가능하다.The measuring
어떠한 이유로 인해 가스 교환 밸브(53)가 완전히 폐쇄되지 않는 경우, 스텝형 피스톤(65, 66)은 자신의 초기 위치에 있지 않게 되는, 즉 라인(55) 내에는 너무 많은 오일이 있게 되는 상태가 된다. 이때 피스톤(56)이 전량의 오일을 밀어내면, 에어 스프링(61)을 갖는 가스 교환 밸브(53)는 밸브 가이드 슬리브(valve guide sleeve)를 향해 매우 강하게 눌려지고, 상기 엔진이 파손되기에 이른다.If for some reason the
이를 방지하기 위해, 압축을 통해 상기 가스 교환 밸브의 운동 에너지를 흡수하는 판 스프링(plate spring)이 제공되며 이에 의해 엔진의 파손이 방지된다. 배관 라인(55)과 드라이브 피스톤(54) 사이 시스템의 도시되지 않은 연속적인 환기 및 불가피한 누출 손실은, 가스 교환 밸브의 "개방" 상태 동안에 유압 제어에 문제가 발생하는 경우 일정 시간(분)이 지나면 상기 밸브가 자동으로 폐쇄되는 것을 보장한다.To prevent this, a plate spring is provided which absorbs the kinetic energy of the gas exchange valve through compression, thereby preventing breakage of the engine. Unillustrated continuous ventilation and unavoidable leakage loss of the system between the piping
피스톤(56)이 상기 유압 시스템을 윤활유 회로에서 분리함으로써 상기 작동유 회로가 오염되는 위험은 대부분 제거되는데, 이는 상기 실린더를 채우지 않을 때에는 정밀하게 여과된 오일로 채워진 작동유 회로는 개방될 필요가 없기 때문이다. 각 개별 실린더의 가스 교환 시스템을 엔진으로부터 격리를 허용해주는 밸브(73, 74, 75)는 제2 어큐뮬레이터(8)와 콘트롤 피스톤(52) 사이의 라인에, 역지 밸브(59) 전방의 재충전(replenishing) 라인에, 그리고 배출(flow-off) 라인(57)에 설치되어 상기 엔진이 가동 중에도 상기 배기 밸브의 제어 장치는 수리될 수 있다.The risk of contamination of the hydraulic circuit is largely eliminated by the
도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 제어 장치는 두 개의 중앙 유닛(21)을 가질 수 있는데, 하나는 메인 유닛으로서 작동되며 다른 하나는 예비 유닛이다. 중앙 유닛(21)은 버스 시스템에 의해 각 제어 모듈(22) 및 센서(25,26)에 연결된다. 센서(25, 26)는 상기 크랭크샤프트의 특정한 각도 위치에 설치되고 모든 센서의 신호들은 논리(logic)에 의해 그 유효성이 검증된다. 에러가 검지되는 경우, 결함이 있는 센서 역시 검지될 수 있다. 각 제어 모듈(22)은 중앙 유닛(21)의 데이터의 도움으로 상기 분사 시스템, 가스 교환 시스템 및 시동 공기 밸브(starting air valve; 28)를 제어한다. 흡기 제어(inlet control; 27), 물 분사(water injection) 또는 후속의 피스톤 윤활이 제공되는 경우, 마찬가지로 제어 모듈(22)에 의해 제어된다. 정상 작동에서, 도 5에 도시되는 두 개의 버스는 하나는 단지 모듈간의 통신용으로만 사용되고, 다른 하나는 단지 크랭크샤프트의 현재 위치 및 회전 속도의 전달용으로만 사용되는 의미로 역할을 분담한다. 비상 작동에서, 즉 둘 중 하나의 버스에 결함이 생겼을 경우, 상기 엔진은 남은 하나의 정상적인 버스를 이용하여 낮은 정밀도로 또한 작동될 수 있다.As shown in FIG. 5, the control device can have two
상기 전자 제어 시스템 내에서 교란(disturbance) 또는 고장이 발생하는 경우, 예를 들어 두 개의 각도 센서(angle sensor; 25)가 손상되어 중앙 유닛(21)이 더 이상 필요한 전기적 신호를 정확하게 또는 전혀 발생시키지 못하게 되면, 상기 대형 디젤 엔진의 가동 출력(operating capability)을 유지하기 위해 비상 시스템이 요구된다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관에서는 상기 엔진의 작동 사이클에 동조되는(attuned) 방식으로 예비 제어 밸브(14)용 전기 제어 신호를 발생시키기 위한 펄스(pulse) 제어 샤프트(91)가 제공될 수 있다. 펄스 제어 샤프트(91)는 상기 연소기관의 크랭크샤프트에 기계적으로 결합되는 별도의 유닛이다.In the event of disturbance or failure within the electronic control system, for example, two
도 6은 상기 분사 장치의 다른 실시예를 도시한다. 압축 펌프(7), 어큐뮬레이터(8) 및 예비 제어 밸브(14)는 상기 분사의 제어 및 상기 가스 교환의 작용을 위한 유압 시스템을 형성한다.6 shows another embodiment of the injection device. The
상기 분사 장치는 용적식 분사를 실시하기 위해 정량 피스톤(81), 밸브 슬라이더(82), 콘트롤 밸브(83) 및 상기 정량 피스톤의 위치 측정용 경로 기록 시스템(84)을 포함한다. 상기 정량 피스톤은 압력 증대기(pressure amplifier)로서 설계된다. 압축 펌프(86)는 상기 연료를 정량 피스톤(81)으로 보내며 콘트롤 밸브(83)는 상기 분사 노즐로 가는 통로를 봉쇄(block)한다.The injection device comprises a
기본 위치에서 상기 밸브 슬라이더는 폐쇄되어 있고, 상기 압력 증대기는 초기 위치에 있으며, 상기 콘트롤 밸브는 폐쇄되어 있다. 상기 압축 펌프에 의해 상기 압력 증대기로 이송되는 연료는 상기 압력 증대기를 초기 위치에 유지시킨다. 상기 콘트롤 슬라이더가 상기 예비 제어 밸브(14a)를 갖는 유압 시스템에 의해 작동되는 경우, 가압된 오일은 상기 압력 증대기로 유입되어 상기 압력 증대기를 변위시킨다. 상기 압력 증대기는 연료 내의 압력을 분사 압력으로 증가시킨다. 각 실린더에는 하나 이상의 예비 제어 밸브(14) 또는 콘트롤 밸브(83)가 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다.In the default position the valve slider is closed, the pressure intensifier is in the initial position and the control valve is closed. Fuel delivered to the pressure increaser by the compression pump maintains the pressure increaser in its initial position. When the control slider is operated by the hydraulic system with the
상기 왕복동 피스톤 연소기관은 각 실린더용 용적식 분사를 위한 분사 시스템, 하나 이상의 연료 공급용 압축 펌프, 적어도 하나의 제어 매체 공급용 압축 펌프, 상기 펌프 및 가스 교환 시스템과 연결되는 각각 하나의 연료용, 콘트롤 오일용, 작동유용 어큐뮬레이터, 하나 이상의 각도 센서와 중앙 유닛을 갖는 제어 장치, 및 상기 시동 공기 공급, 분사, 가스 교환과 중앙 윤활을 제어하기 위한 복수의 전자 제어 모듈을 포함한다.The reciprocating piston combustor comprises an injection system for volumetric injection for each cylinder, one or more fuel supply compression pumps, at least one compression pump for supplying control media, one fuel each connected to the pump and gas exchange system, An accumulator for control oil, a hydraulic fluid, a control device having one or more angle sensors and a central unit, and a plurality of electronic control modules for controlling the starting air supply, injection, gas exchange and central lubrication.
상기 연소기관은 정상 가동 상태에서 완전히 전자 방식으로 제어된다.The combustion engine is fully electronically controlled in normal operation.
본 발명에 따른 2행정 디젤 엔진에서, 종래의 엔진보다 경제적인 연소기관의 설계, 적은 연료 소모, 적은 공해 배출, 낮은 부품의 온도 상승, 간단한 유지보수 및 전자 제어 시스템을 이용한 보다 신뢰적인 작동이 실현될 수 있다.In the two-stroke diesel engine according to the present invention, the design of combustion engines more economical than conventional engines, less fuel consumption, less pollution, low temperature rise of parts, simple maintenance and more reliable operation using electronic control system are realized. Can be.
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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