KR101073634B1 - 대형 2행정 디젤 엔진용 연료 분사 시스템 - Google Patents

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Abstract

대형 2행정 디젤 엔진에는 서로 간에 연결되지 않은 적어도 두 개의 연료 레일들을 포함하는 커먼 레일 연료 분사 시스템이 제공된다. 각 연료 레일은 고압 연료원에 연결된다. 각 실린더에는 적어도 두 개의 연료 분사 밸브들이 제공된다. 각 실린더의 연료 분사 밸브들중의 하나는 연료 레일들중의 하나에 연결되고, 각 실린더의 다른 연료 분사 밸브들은 다른 커먼 연료 레일에 연결된다. 그러므로 커먼 연료 레일들 중의 하나에서의 압력 손실은 실린더들에 있어서 감소된 연료 공급만을 초래할 뿐이고, 엔진 작동은 감소된 동력 수준에서 지속될 수 있다. 만약 엔진이 선박에서 사용된다면, 커먼 연료 레일들 중의 하나에서의 압력 손실이 발생하는 경우에도 선박은 조종될 수 있을 것이다.
디젤 엔진, 커먼 연료 분사 시스템, 여유, 이중, 동력 손실

Description

대형 2행정 디젤 엔진용 연료 분사 시스템{Fuel injection system for large two-stroke diesel engine}
본 발명은 대형 2행정 디젤 엔진에 관한 것으로, 특히 선박 추진용 및 동력 발전용으로 사용되는 대형 2행정 디젤 엔진에 관한 것이다.
선박 추진용 또는 동력 발전용으로 사용되는 대형 2행정 디젤 엔진에는 전통적으로 직접 분사 고압 연료 시스템이 제공된다. 대양을 항해하는 대형 선박들은 통상적으로 하나의 주 엔진에 의해 추진된다. 이러한 대형 엔진들은 전형적으로 25 내지 110 cm 직경의 실린더를 가진다. 대형 크기의 연소실로 인하여, 엔진들에는 실린더당 하나 이상의 연료 분사 밸브, 통상적으로는 실린더당 두 개 또는 세 개의 연료 분사 밸브들이 제공된다. 연료 분사 시스템은 캠축에 의해 구동되는 펌프들을 가진 메인 실린더 당 하나의 펌프에 기초하거나 최근에는 연료를 모든 인젝터에 공급하는 하나의 고압 레일 또는 다수의 서로 연결된 레일 부분들을 포함하는 커먼 레일(common rail) 연료 분사 시스템에 기초한다. 따라서, 레일로부터 큰 누출이 갑작스럽게 일어나거나 커먼 연료 레일에서 분출이 발생하면 전체 커먼 레일 분사 시스템에서 압력이 저하되고, 엔진이 멈추게 된다. 대양을 항해하는 대형 선박에서의 추진력의 상실이나 동력 발전소에서의 예상치 못한 동력 손실은 매우 부 자연스러운 상황이 되고 심지어 위험한 상황이 될 수 있다. 엔진의 신뢰성은 선박의 조종에 있어서 필수적이며, 또한 승무원, 화물, 주변 환경 및 선박 자체의 안전에 있어서도 필수적이다.
이러한 신뢰성을 보장하기 위하여, 예를 들면 윤활 오일 펌프 및 연료 오일 공급 펌프들과 같은 필수 엔진 기능들은 이중으로 하여 고장나는 경우에도 선박이 여분(redundancy)의 시스템을 가질 수 있도록 하는 것이 관행이고 필수적으로 요구된다. 캠축이 구동하는 연료 분사 펌프들을 구비한 종래의 디젤 엔진에서, 하나의 연료 분사 펌프가 고장나면 하나의 실린더가 작동되지 않게 되며, 선박의 조종을 유지하면서 남은 실린더들이 감소된 부하로 동작할 수 있다. 그러나 단일 커먼 레일을 구비한 엔진의 경우, 예를 들면 커먼 연료 레일에 큰 누출이 있는 것과 같이 레일 압력이 유지되지 않으면 단번에 모든 실린더들의 동력이 상실된다.
이러한 배경을 감안하여, 본 발명은 동력 상실의 위험성을 감소시키는 커먼 레일 연료 분사 시스템을 가진 대형 2행정 디젤 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각각 적어도 제1 및 제2 연료 분사 밸브가 제공되는 복수 개의 실린더; 고압 연료원; 및 서로 간에는 연결되지 않은 채로 상기 고압 연료원에 연결되는 적어도 제1 및 제2 커먼 연료 레일;을 포함하며, 상기 제1 연료 분사 밸브는 상기 제1 커먼 연료 레일에 연결되며, 상기 제2 연료 분사 밸브는 상기 제2 커먼 연료 레일에 연결되는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진을 제공한다.
각 실린더의 연료 분사 밸브들 중 하나를 커먼 연료 레일들 중 하나에 연결하고, 각 실린더의 다른 연료 분사 밸브를 다른 커먼 연료 레일들에 연결함으로써, 커먼 연료 레일들 중 하나가 갑작스럽게 압력이 빠지는 경우에도 엔진의 모든 실린더들이 합리적인 양의 연료를 받을 수 있기 때문에 개선된 여유가 제공된다.
상기 실린더들에는 각각 제3 연료 분사 밸브가 제공될 수 있으며, 상기 제3 연료 분사 밸브는 서로의 연료 레일간에는 연결되지 않는 제1 커먼 연료 레일, 제2 커먼 연료 레일 또는 제3 커먼 연료 레일에 연결된다.
상기 고압 연료원은 고압 펌프 스테이션 또는 하나 이상의 고압 연료 펌프를 포함할 수 있다.
각각의 상기 커먼 레일은 전용 고압 연료 펌프 또는 전용 고압 펌프 스테이션에 연결되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 커먼 연료 레일은 다른 압력 레벨에서 작동될 수 있다.
연소실 부품들의 냉각은 제1 및 제2 커먼 연료 레일에서 다른 압력에서의 엔진 작동으로부터 야기되는 열부하의 차이를 보상하도록 조절될 수 있다.
엔진이 정지한 동안 연료 분사 시스템의 연료를 따뜻하고 배기(de-aeration)하도록 유지하는 연료 재순환 시스템을 더 포함할 수 있다.
연료 재순환 시스템은 엔진이 정지한 동안 상기 커먼 연료 레일들 및 상기 연료 분사를 통하여 재순환을 보장할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각각 두 개 이상의 연료 분사 밸브들이 제공되는 복수 개의 실린더들; 제2 커먼 연료 레일에 서로 연결되지 않은 제1 커먼 연료 레일을 구비하는 커먼 레일 연료 분사 시스템; 및 상기 제1 커먼 연료 레일에 연결되는 각 실린더의 적어도 하나의 연료 분사 밸브와 상기 제2 커먼 연료 레일에 연결되는 각 실린더의 적어도 하나의 연료 분사 밸브;가 제공되며, 다른 커먼 연료 레일에서의 압력 손실 이후에, 상기 엔진은 남은 커먼 연료 레일과 그에 연관된 연료 분사 밸브들로 작동하는 대형 2행정 디젤 엔진의 작동 방법을 제공하는 것이다.
이 방법은 다른 압력 레벨에서 상기 제1 및 제2 커먼 연료 레일을 작동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 방법에서, 제1 및 제2 커먼 연료 레일에서의 압력 레벨들은 엔진의 연료 소비를 감소시키도록 결정될 수 있다. 이와 달리, 제1 및 제2 커먼 연료 레일에서의 압력 레벨들은 엔진의 배기 가스를 감소시키도록 결정될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 두 개 이상의 연료 분사 밸브들이 각각 제공되는 복수 개의 실린더; 제2 커먼 연료 레일과 서로 연결되지 않은 제1 커먼 연료 레일을 구비하는 커먼 레일 연료 분사 시스템; 및 상기 제1 커먼 연료 레일에 연결되는 각 실린더의 적어도 하나의 연료 분사 밸브 및 상기 제2 커먼 연료 레일에 연결되는 각 실린더의 적어도 하나의 연료 분사 밸브;가 제공되며, 저부하 상태 동안, 상기 엔진은 단지 하나의 커먼 연료로 작동하는 대형 2행정 디젤 엔진 작동 방법을 제공하는 것이다.
그러므로, 엔진은 상대적으로 높은 분사 압력과 합리적으로 긴 분사 시간, 예를 들면 연료 밸브들이 열린 동안 합리적으로 긴 시간으로 저부하 상태에서 작동될 수 있다.
본 발명에 따른 대형 2행정 디젤 엔진 및 그 작동 방법의 추가적인 목적, 특징, 장점 및 특성들은 상세한 기술에 의하여 더욱 명확해질 것이다.
후술하는 본 발명의 상세한 실시예는 다음의 도면에 도시된 실시예들을 참고하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 횡단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 엔진의 하나의 실린더 섹션의 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 제1 실시예를 기호로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 엔진의 제1 실시예를 또 다른 기호로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 엔진의 다른 실시예를 기호로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 엔진의 또 다른 실시예를 기호로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 엔진의 또 다른 실시예를 기호로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 엔진의 또 다른 실시예를 기호로 나타낸 도면이다.
도 1 및 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진(1)의 하나의 실린더의 횡단면도 및 종단면도를 보여준다. 엔진(1)은 크로스헤드 타입의 저속 2행정 크로스헤드 디젤 엔진으로서, 선박에서 추진 시스템이거나 동력 발전소에서의 메인 기동기(mover)일 수 있다. 이러한 엔진들은 전형적으로 3개에서 14개 까지의 실린더 들을 일렬로 가지고 있다. 엔진(1)은 크랭크축(3)용 메인 베어링이 있는 베드 플레이트(2)로부터 만들어진다.
크랭크축(3)은 반제조(semi-built) 타입이다. 반제조 타입은 가열 끼움 연결부(shrink fit connections)에 의해 메인 저널들에 연결된 단조 또는 주조 강철로 만들어진다.
베드 플레이트(2)는 생산 설비에 따라 적당한 크기로 나눠지거나 하나의 부품으로 만들어질 수 있다. 베드 플레이트는 베어링 지지체를 가진 용접된 횡 빔들(cross girders) 및 측벽들로 구성된다. 오일 팬(58)은 베드 플레이트(2)의 바닥에 용접되며, 윤활 및 냉각 오일 시스템으로부터 회송된 오일을 수집한다.
커넥팅 로드(8)들은 크랭크축(3)을 크로스헤드 베어링(22)들에 연결한다. 크로스헤드 베어링(22)들은 수직 가이드면(23)들 사이에서 안내된다.
용접된 디자인 A 형상의 프레임 박스(4)는 베드 플레이트(2)에 장착된다. 프레임 박스(4)는 용접된 디자인이다. 배기 측에서, 프레임 박스(4)에는 각 실린더마다 릴리프 밸브들이 제공되는 반면, 캠축 측에서, 프레임 박스(4)에는 각 실린더마다 대형 힌지 문이 제공된다. 크로스헤드 안내면(23)들은 프레임 박스(4)내에 일체로 된다.
실린더 프레임(5)은 프레임 박스(4)의 상부에 장착된다. 스테이 볼트(23)들은 베드 플레이트(2), 프레임 박스(4) 및 실린더 프레임(5)을 연결하며, 서로 구조를 유지한다. 스테이 볼트(29)들은 유압 잭(jack)들로 체결된다.
실린더 프레임(5)은 일체로 된 캠축 하우징(25)과 최종적으로 하나 이상의 부분으로 배치되거나 용접된 디자인이다. 도면에는 도시되지 않았으나, 이 실시예의 변형예에 따르면, 배기 밸브 작동이 전자적으로 제어되며, 캠축(28)과 캠축 하우징(25)이 없이 전자적으로만 제어되는 유압 시스템이 있다.
실린더 프레임(5)에는 캠축 측으로부터 피스톤 링들 및 배기구들을 검사하고 배기 공간을 세척하기 위한 접근 커버가 제공된다. 실린더 라이너(6)와 함께 배기 공간을 형성한다. 배기 수용부(9)는 개방측이 실린더 프레임을 향한 채로 볼트 체결된다. 실린더 프레임의 바닥에는 피스톤 로드 채워짐 박스가 있는데, 여기에는 배기를 위한 실링 링들이 제공되며, 배기물들이 프레임 박스(4)와 베드 플레이트(2)로 침투하는 것을 방지하는 오일 긁음(scraper) 링들이 제공되며, 이러한 방식으로 이 공간에 존재하는 모든 베어링들을 보호한다.
피스톤(13)은 피스톤 크라운(crown)과 피스톤 스커트(skirt)를 포함한다. 피스톤 크라운은 내열강(heat-resistant steel)으로 만들어지며, 그루브들의 상면과 하면들 모두에 강 크롬(hard-chrome) 도금된 4 개의 링 그루브들을 가진다.
피스톤 로드(14)는 4개의 스크류로 크로스헤드(22)에 연결된다. 피스톤 로드(14)는 2개의 동축 보어(도면에는 보이지 않음)를 가지는데, 냉각 오일 파이프와 함께 접속되어 피스톤(13)용 냉각 오일을 위한 입구와 출구를 형성한다.
실린더 라이너(6)들은 실린더 프레임(5)에 의해 형성된다. 실린더 라이너(6)들은 합금 주조 철(alloyed cast iron)로 만들어지며, 낮게 위치한 플랜지에 의해 실린더 프레임(5)에 매달린다. 라이너의 최상위부는 주조 철 냉각 자켓에 의해 둘러싸인다. 실린더 라이너(6)들은 실린더 윤활을 위한 드릴된 구멍들(미도시) 을 가진다.
실린더들은 유니플로우(uniflow) 타입이며, 공기박스에 위치한 배기 포트(7)들을 가지는데, 공기 박스로부터 배기 수용부(9)에는 터보 차져(10)에 의해 과급되는 배기가 공급된다.(도 1)
엔진에는, 4개 내지 9개의 실린더를 가진 엔진의 경우에는 엔진의 후방단에 배치된 하나 이상의 터보 차져(10)들이 끼워지며, 10개 이상의 실린더를 가진 엔진의 경우에는 배기측에 배치된 하나 이상의 터보 차져(10)들이 끼워진다.
터보 차져(10)로의 공기의 흡입은 엔진 룸으로부터 터보 차져의 흡입 사일렌서(intake silencer)(미도시)를 통해 직접 발생한다. 터보 차져(10)로부터, 공기는 차징 공기 파이프(미도시), 공기 쿨러(미도시) 및 배기 수용부(9)를 통해 실린더 라이너(6)들의 배기 포트(7)들로 유입된다.
엔진에는 전자적으로 구동되는 배기 블로워들(미도시)이 제공된다. 블로워들의 흡입 측은 공기 쿨러의 뒤의 배기 공간에 연결된다. 공기 쿨러와 배기 수용부의 사이에서, 보조 블로워들이 공기를 공급할 때 자동으로 닫히는 비복귀 밸브들(미도시)이 끼워진다. 보조 블로워들은 낮은 부하 조건과 중간 부하 조건에서 터보 차져 컴프레서를 보조한다.
적어도 두 개의 연료 분사 밸브들(50, 50')은 실린더 커버(12)에 장착된다. 압축 행정의 후기에 연료 분사 밸브들(50, 50')은 미세 입자 형태로 분사 노즐들을 통하여 고압으로 연료를 연소실(15)로 분사한다. 배기 밸브(11)는 실린더 커버(12)내의 실린더 상부의 중앙에 장착된다. 팽창 행정의 후기에, 엔진 피스 톤(13)이 배기 포트(7)들을 통과하여 내려가기 전에 배기 밸브(11)는 열리며, 피스톤 윗 부분의 연소실(15) 내의 연소 가스가 배기 통로(16) 개구를 통하여 배기 수용부(17)로 흘러가고, 연소실 내의 압력은 낮아진다. 피스톤(13)이 위로 움직이는 동안 배기 밸브(11)는 다시 닫힌다. 배기 밸브(11)는 유압적으로 작동한다.
도 3 및 4는, 이해상의 편의를 위해 도면을 간단하게 하기 위하여, 본 발명에 따른 연료 주입 시스템의 제1 실시예를 보여준다. 도 3은 엔진에서 단지 2개의 실린더만을 보여주는 반면, 도 4는 3개의 실린더이지만 연료 분사 시스템의 부품들에 관해서는 덜 자세하게 보여준다. 하지만 엔진(1)은 2 또는 3개 이상의 실린더들을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 연료 분사 시스템은 상승된 온도에서 중연료 오일(heavy fuel oil)이 저장되는 중연료 오일 서비스 탱크(27)를 포함한다. 중연료 오일은 저압(바람직하게는 대략 2 내지 10 bar 사이의 압력)에서 저압 공급 펌프(30)에 의하여 저압관(32)으로 이송된다.(여분의 목적으로, 적어도 2개의 공급 펌프들이 있지만, 단순성을 위하여 그들 중 하나만이 도면에는 도시되어 있음) 저압관(32)은 연료 밸브들(50, 50')의 출구 포트들에 연결되는 복수 개의 브랜치(33)들을 포함한다. 저압 공급 펌프(30)는 엔진(1)에 의해 소비되는 양에 대응하는 연료를 보충한다.
저압관(32)은 순환 펌프(36)(여분의 목적으로, 적어도 2개의 순환 펌프들이 있지만, 단순성을 위하여 도면에는 그 중 하나만이 도시되어 있음)의 입구에 연결된 브랜치(34)와 순환 펌프(36')의 입구에 연결된 브랜치(34')를 포함한다. 연료 분사 시스템은 이중의 펌프들, 관들, 밸브들 및 연료 분사시스템의 부분들을 위한 다른 부품들을 제공함으로써 여분을 가진다. 이중의 부품들은 따옴표(')가 있는 도면 번호로 지시된다. 연료 분사 밸브(50)들은 따옴표 없는 도면 번호가 있는 연료 분사 시스템의 부분에 연결되며, 연료 분사 밸브(50')들은 따옴표가 있는 도면 번호가 있는 연료 분사 시스템의 부분에 연결된다. 각 실린더에는 연료 분사 밸브(50)와 연료 분사 밸브(50')가 제공된다. 또한 연료 분사 밸브(50)는 실린더의 제1 연료 분사 밸브로 지칭되고, 연료 분사 밸브(50')는 실린더의 제2 연료 분사 밸브로 지칭될 것이다.
순환 펌프(36)는 중간 압력에서 중연료 오일을 중간 압력관(38)으로 이송하며, 대략적으로 2 내지 10 bar의 저압관과 중간 압력관 사이의 압력차를 유지한다. 이때 중간 압력관내의 압력은 바람직하게는 6 내지 16 bar이다. 중간 압력관(38)은 고압 연료 펌프(40)의 입구에서 가지를 치도록 연결된다.(여분의 목적으로, 적어도 2개의 고압 연료 펌프들이 있지만, 단순성을 위하여 그 중 하나만이 도면에 도시되어 있으며, 엔진 시동 초기에 커먼 레일에 압력을 제공하기 위한 전자적으로 구동되는 도시되지 않은 고압 시동 펌프가 있음)
고압 연료 펌프(40)는 고압으로 중연료를 (제1) 커먼 레일로 주입한다. 커먼 연료 레일내의 압력은 변동될 수 있으나, 바람직하게는 600~1200 bar 사이에서 유지된다. 주입관(44)들은 커먼 레일(42)로부터 각각의 실린더로 가지쳐서 연결된다. 제어 밸브(46)는 주입관(44)들의 각각을 분사관(48)에 연결한다. 각 분사관(48)은 각 실린더에 관련된 2개의 연료 밸브(50)들의 입구 포트에 연결된다.(이와 달리, 각 실린더에 관련된 단지 하나 또는 둘 이상의 연료 밸브(50)들일 수 있 음)
제어 밸브(46)(비례 밸브일 수 있음)들은 전자적으로 제어되며, 미도시된 전자 제어 유닛으로부터 라인(56)을 통해 제어 신호를 받는다. 제어 밸브(46)들은 제1 위치와 제2 위치를 가지는데, 제1 위치에서는 제어 밸브들이 주입관(44)들을 분사관(48)들에 연결하며, 제2 위치에서는 제어 밸브들이 주입관(48)들을 중간 압력관(38)의 브랜치(39)를 통해 중간 압력관(38)에 연결한다. 제어 유닛은 관련 실린더용 연료 분사가 시작되었을 때 제어 밸브(46)들이 제1 위치가 되도록 지시하며, 관련 실린더용 연료 분사가 끝났을 때 제어 밸브(46)들이 제2 위치가 되도록 지시한다. 제어 유닛은 다양한 실린더들에 대해 연료 분사가 시작되는 시점과 끝나는 시점을 결정하기 위하여 타코미터(미도시)로부터 신호를 받는다.
스프링이 내장된 체크 밸브(58)는 연료 분사의 말기에 분사관(48)의 압력 저하가 너무 급격하지 않도록 하여 연료 밸브(50)들 및 제어 밸브(46)들이 높은 충격력에 의해 손상되지 않도록 하는 것을 보장한다. 전형적으로, 스프링이 내장된 체크 밸브(58)는 대략 100bar의 후방 압력을 유지한다. 스프링 내장된 체크 밸브 대신에, 압력 제어 밸브(미도시)가 사용될 수 있다.
중간 압력관(38)의 브랜치(39)는 나뉘어져서 두개의 평행관부(61, 62)들을 구비한다. 상기한 체크 밸브(58)는 접촉부(61)에 배치되고, 제어 밸브(46)로부터 중간 압력관(38)으로의 흐름을 허용하는 반면, 다른 체크 밸브(59)는 관부(62)에 배치되며 엔진이 정지한 동안 중연료 오일의 순환을 위하여 중간 압력관(38)으로부터 제어 밸브(46) 방향으로의 유체 흐름을 허용한다.
엔진이 정지한 동안, 엔진이 대기 상태로 있어야 될 때 커먼 레일(42)은 압력을 받는 상태로 유지될 수 있다. 엔진이 대기 상태로 있어야 될 필요가 없다면, 제어 유닛으로부터 받은 명령에 의하여 커먼 레일(42)과 저압관(32) 사이에 형성된 연결을 열거나 닫을 수 있는 릴리프 밸브(66)의 제어에 따라 커먼 레일(42)이 릴리프 관(67)을 통해 압력이 빠질 수 있다. 엔진이 정지한 동안, 순환 펌프(36)는 저압관(32) 내의 공급 펌프(30)에 의해 유지되는 압력보다 대략 4 bar 정도 높게 중간 압력관 내의 압력을 유지한다. 이 상황에서, 제어 밸브(46)들은 제2 위치로 유지되며, 중간 압력관(38)을 분사관(48)들에 연결한다.
저압 또는 중간 압력의 유체가 연료 밸브의 입구 포트로 전달될 때, 연료 밸브(50)의 입구 포트를 연료 밸브의 출구 포트로 연결하는 압력 반응형 내부 밸브 부재들(미도시)이 연료 밸브(50)들에 제공되는 반면, 고압 유체가 연료 밸브의 입구 포트로 전달될 때 압력 반응형 내부 밸브 부재들은 연료 밸브(50)의 입구 포트를 연료 밸브의 분사 노즐로 연결한다. 연료 밸브(50)들의 출구 포트들은 저압관(32)의 브랜치(33)들에 연결된다. 그러므로 체크 밸브(59), 제어 밸브(46) 및 분사관(48)을 통하여 중간 압력관(38)에 의해 전달된 중간압 중연료 오일은 분사 밸브(50)를 통과하여 흐를 수 있고 분사 밸브의 출구 포트를 통하여 분사 밸브(50)로부터 저압관(32)으로 빠져나간다. 그럼으로써 연료 밸브(50)들은 따뜻하고 공기가 없도록 유지시킨다.
중간 압력관(38)과 저압관(32)에 의해 형성된 순환 루프는 바람직한 실시예에서 스팀 트레이싱(steam tracing)과 단열(heat insulation)이 제공된다.
바이패스/카운트 압력 밸브(69)는 중간 압력관(38) 및 저압관(32) 사이의 압력차를 유지한다.
제2 연료 분사 밸브(50')들은 제1 연료 분사 밸브(50)와 실질적으로 동일하다. 제2 연료 분사 밸브(50')들에는 재순환 펌프(36'), 고압 연료 펌프(40'), (제2) 커먼 레일(42'), 제어 밸브(46')들, 및 분사관(48')들을 포함하는 여분의 분사 시스템의 이중부(duplicate part)로부터의 고압 연료 오일 또는 중연료 요일이 제공된다. 제2 연료 분사 밸브(50')들에 연결된 분사 시스템의 부분은 제1 연료 분사 밸브(50)들에 연결된 분사 시스템의 부분들에 실질적으로 동일할 뿐만 아니라 동작 방법도 실질적으로 동일하다. 제2 커먼 연료 레일(42')은 제1 커먼 연료 레일(42)과 절대적으로 접속되어 있지는 않아서, 둘 중의 어느 하나가 압력이 빠진다고 하더라도 두 개의 연료 레일 들은 서로 다른 연료 레일들에 영향을 주지 않는다.
동작에 있어서, 제1 및 제2 커먼 연료 레일(42, 42')은 엔진이 정상적으로 작동하는 동안 실질적으로 동일한 압력에서 작동된다. 예를 들면, 커먼 연료 레일들 중의 하나에서 파쇄가 있거나 고압 펌프들 중의 하나의 미작동으로 인하여 커먼 연료 레일들 중의 하나의 압력이 빠지면, 영향을 받지 않는 커먼 연료 레일을 통해 분사되는 연료를 통하여 오작동으로부터 안전한 동작을 유지할 수 있다. 그러한 경우에서, 각 실린더는 여전히 아마도 감소된 연료의 양을 받을 것이고, 아마도 감소된 출력 정도로 동작할 것이다. 이러한 감소된 출력 수준은 정상적인 환경하에서는 본 발명에 따른 엔진이 설치될 선박의 조종을 확보하는데 충분할 정도가 될 것이다.
또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 커먼 연료 레일(42, 42')은 다른 압력으로 작동된다. 하나의 커먼 연료 레일은 높은 압력, 예를 들면 600 내지 1200 bar에서 동작할 것인 반면, 다른 커먼 레일은 더 낮은 압력, 예를 들면 250 내지 800 bar에서 동작할 것이다. 이러한 압력들은 전자 모터 관리 시스템(미도시)에 의해 제어된다. 모터 관리 시스템은 또한 연료 분사 밸브들(50, 50')의 열림 시점과 닫힘 시점을 제어하며, 모터 관리 시스템은 관련된 연료 분사 밸브가 열리고 닫힐 때 관련된 커먼 레일 압력을 고려한다. 배기 가스를 저감하거나 연료 효율을 증가시키기 위한 목적으로, 엔진 관리 시스템은 두 개의 다른 압력 레벨에 의해 제공되는 기회를 이용하도록 프로그래밍될 수 있다. 연소실 부품의 냉각은 제1 및 제2 커먼 연료 레일에서의 다른 압력에서의 엔진 작동으로부터 야기되는 열 부하에서의 차이를 보상하도록 조정된다.
일 실시예에서, 저부하 동작 동안에 엔진은 커먼 연료 레일들 중의 단지 하나로부터 나온 연료로 동작된다. 그러므로, 비교적 소량의 연료가 비교적 고압 및 합리적으로 긴 분사 기간으로 주입될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 것으로, 이 실시예에는 다른 커먼 연료 레일들(42, 42')과 접속되지 않는 제3 커먼 연료 레일(42'')이 제공된다는 점 외에는 도 3 및 4를 참고하여 기술된 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 또한 이 실시예는 각 실린더에 대해 제3 연료 분사 밸브(50'')를 포함하며, 제3 연료 분사 밸브(50'')들에는 제어 밸브(46'')들과 분사관(42'')을 통하여 제3 커먼 연료 레일(42'')로부터의 고압의 연료가 제공된다. 커먼 연료 레일들 중의 하나가 압력이 빠지면 본 발명의 실시예는 훨씬 개량된 여분을 제공한다. 그럼으로써 엔진 성능이 훨씬 더 높은 수준에서의 그런 환경하에서도 유지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주며, 이 실시예에서는 각 실린더에 세 개의 연료 분사 밸브들(50, 50', 50'')이 제공된다는 점을 제외하고는 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 연료 분사 밸브들(50, 50'')은 분사관들(48, 48'') 및 제어 밸브들(46, 46'')을 통해 제1 커먼 연료 레일(42)에 연결된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주며, 이 실시예에서는 제2 커먼 연료 레일(42')에 연결된 두 개의 연료 분사 밸브들(50', 50'')에 단일 제어 밸브(46')를 통해 연료가 제공된다는 점을 제외하고는, 도 6을 참고하여 기술된 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주며, 각 실린더에 두 개의 연료 분사 밸브들(50)과 두 개의 연료 분사 밸브(50'), 예를 들면 실린더당 4 개의 연료 분사 밸브들이 제공된다는 점을 제외하고는, 도 3 및 4를 참고하여 기술된 실시예와 실질적으로 동일하다. 각각의 연료 밸브에는 그 자신의 전용 제어 밸브(46, 46') 및 그 자신의 전용 분사관(48, 48')이 제공된다.
본 발명은 많은 장점을 가지고 있다. 다른 실시예들 또는 구현예들은 다음과 같은 하나 이상의 장점을 가질 수 있다. 이것은 제한적인 리스트가 아니며, 여기에 기술되지 않은 다른 장점들이 있을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 장점 중 하나는 커먼 레일 연료 분사 시스템을 가진 대형 2행정 디젤 엔진의 개선된 여유를 허용한다는 점이다. 본 발명의 장점 중 다른 하나는 엔진의 다른 커먼 연료 레일들에서의 압력 차이를 허용한다는 점이다.
청구범위에서 사용된 '포함'의 용어는 다른 구성요소나 단계를 배제하지 않는다. 청구범위에 사용된 단수의 표현은 복수를 배제하지 않는다.
전술한 명세서에서는 특별히 중요하다고 믿어지는 발명의 특징들을 주목하기 위하여 설명되었지만, 특별히 강조를 했든 안 했든 무관하게 도면에 도시되었거나 도면을 참조하여 앞서 설명한 특징들의 어떠한 특허 가능한 특징 또는 그 특징들의 조합에 대해서 출원인은 보호를 받고자 한다는 것을 이해하여야 한다. 뿐만 아니라, 본 명세서를 참고하였을 때 당업자라면 다음의 청구범위에 주어진 권리범위를 벗어나지 않고서도 장치의 변형 및/또는 개량을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 디젤 엔진을 제조하고 이용하는 산업에 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 적어도 제1 연료 분사 밸브(50) 및 제2 연료 분사 밸브(50')가 각각 제공되는 복수 개의 실린더;
    고압 연료원; 및
    서로 간에는 연결되지 않은 채로 상기 고압 연료원에 연결되는 적어도 제1 커먼 연료 레일(42) 및 제2 커먼 연료 레일(42');을 포함하며,
    상기 제1 커먼 연료 레일(42)은 상기 복수 개의 실린더의 상기 제1 연료 분사밸브(50)에 연결되어 이어지며, 상기 제2 커먼 연료 레일(42')은 상기 복수 개의 실린더의 상기 제2 연료 분사 밸브(50')에 연결되어 이어지며,
    제 1 커먼 연료 레일 또는 제 2 커먼 연료 레일 중 하나에서의 압력 손실 이후에, 엔진은 상기 제 1 커먼 연료 레일 또는 제 2 커먼 연료 레일 중 다른 하나와 그에 연관된 연료 분사 밸브들로 작동되는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더들에는 각각 제3 연료 분사 밸브가 제공되며, 상기 제3 연료 분사 밸브는 서로의 연료 레일간에는 연결되지 않는 제1 커먼 연료 레일, 제2 커먼 연료 레일 또는 제3 커먼 연료 레일에 연결되는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 고압 연료원은 고압 펌프 스테이션 또는 하나 이상의 고압 연료 펌프를 포함하는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  4. 제1 항에 있어서,
    각각의 상기 커먼 레일은 전용 고압 연료 펌프 또는 전용 고압 펌프 스테이션에 연결되는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  5. 제4 항에 있어서,
    제1 및 제2 커먼 연료 레일은 다른 압력 레벨에서 작동되는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  6. 제5 항에 있어서,
    연소실 부품들의 냉각은 제1 및 제2 커먼 연료 레일에서 다른 압력에서의 엔진 작동으로부터 야기되는 열부하의 차이를 보상하도록 조절되는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  7. 제1 항에 있어서,
    엔진이 정지한 동안 연료 분사 시스템의 연료를 따뜻하고 배기(de-aeration)된 상태로 유지하는 연료 재순환 시스템을 더 포함하는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  8. 제7 항에 있어서,
    연료 재순환 시스템은 엔진이 정지한 동안 상기 커먼 연료 레일들 및 상기 연료 분사를 통하여 재순환을 보장하는 크로스헤드 타입 대형 2행정 디젤 엔진.
  9. 대형 2행정 디젤 엔진의 작동 방법에 있어서,
    두 개 이상의 연료 분사 밸브들이 각각 제공되는 복수 개의 실린더들;
    제2 커먼 연료 레일에 서로 연결되지 않은 제1 커먼 연료 레일을 구비하는 커먼 레일 연료 분사 시스템; 및
    상기 제1 커먼 연료 레일에 연결되는 각 실린더의 적어도 하나의 연료 분사 밸브와 상기 제2 커먼 연료 레일에 연결되는 각 실린더의 적어도 하나의 연료 분사 밸브;가 제공되며,
    다른 커먼 연료 레일에서의 압력 손실 이후에, 상기 엔진은 남은 커먼 연료 레일과 그에 연관된 연료 분사 밸브들로 작동하는 대형 2행정 디젤 엔진의 작동 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    다른 압력 레벨에서 상기 제1 및 제2 커먼 연료 레일을 작동하는 단계를 더 포함하는 대형 2행정 디젤 엔진의 작동 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    제1 및 제2 커먼 연료 레일에서의 압력 레벨들은 엔진의 연료 소비를 감소시키도록 결정되는 대형 2행정 디젤 엔진의 작동 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    제1 및 제2 커먼 연료 레일에서의 압력 레벨들은 엔진의 배기 가스를 감소시키도록 결정되는 대형 2행정 디젤 엔진의 작동 방법.
  13. 삭제
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