KR101725850B1 - 단류 소기식 2사이클 엔진 - Google Patents

단류 소기식 2사이클 엔진 Download PDF

Info

Publication number
KR101725850B1
KR101725850B1 KR1020157002575A KR20157002575A KR101725850B1 KR 101725850 B1 KR101725850 B1 KR 101725850B1 KR 1020157002575 A KR1020157002575 A KR 1020157002575A KR 20157002575 A KR20157002575 A KR 20157002575A KR 101725850 B1 KR101725850 B1 KR 101725850B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust valve
exhaust
gas
leakage
piston
Prior art date
Application number
KR1020157002575A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150023917A (ko
Inventor
유타카 마스다
다카유키 야마다
다카유키 히로세
다카히로 구게
다케시 야마다
Original Assignee
가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 아이에이치아이 filed Critical 가부시키가이샤 아이에이치아이
Publication of KR20150023917A publication Critical patent/KR20150023917A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101725850B1 publication Critical patent/KR101725850B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04—Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0077—Control of the EGR valve or actuator, e.g. duty cycle, closed loop control of position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/028—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation for two-stroke engines
    • F02D13/0284—Variable control of exhaust valves only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0692—Arrangement of multiple injectors per combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0275—Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0284—Arrangement of multiple injectors or fuel-air mixers per combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/04—Two-stroke combustion engines with electronic control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1459—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a hydrocarbon content or concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F02D41/3041—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • F02D41/3047—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug said means being a secondary injection of fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

단류 소기식 2사이클 엔진(100)은 내부에 연소실(140)이 형성되는 실린더(110); 실린더 내를 슬라이딩하는 피스톤(112); 실린더에 있어서의 피스톤의 스트로크 방향 일단부측의 내주면에 설치되고, 피스톤의 슬라이딩 동작에 따라 연소실에 활성 가스를 흡입하는 소기 포트(122); 소기 포트로부터 연소실로 흡입된 활성 가스에 연료 가스를 분사하여 예혼합 가스를 생성하는 연료 분사 밸브(128); 실린더에 있어서의 피스톤의 스트로크 방향의 타단부에 설치된 배기 포트(116); 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브(120); 및 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시키는 시간이 배기 밸브를 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 변이시키는 시간보다 길어지도록 개폐시키는 배기 밸브 구동 기구(118);를 구비한다. 상기 구성에 의해, 연료 가스가 누출을 억제하면서, 연료 가스의 분사 개시 타이밍을 앞당길 수 있다.

Description

단류 소기식 2사이클 엔진{Uniflow scavenging 2-cycle engine}
본 발명은 소기 포트로부터 흡입된 활성 가스에 연료 가스를 분사하여 생성되는 예혼합 가스(pre-mixed gas)를 연소시키는 단류 소기식 2사이클 엔진에 관한 것이다.
본원은 2012년 10월 3일자로 일본에 출원된 일본특허출원 2012-220901호를 근거로 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
선박의 기관으로도 이용되는 단류 소기식 2사이클 엔진(2 스트로크 엔진)에서는, 실린더에 있어서의 피스톤의 스트로크 방향 일단부에 배기 포트가 설치되고, 실린더에 있어서의 피스톤의 스트로크 방향의 타단부 측에 소기 포트가 설치되어 있다. 그리고, 피스톤의 하강 과정에서, 피스톤이 소기 포트 위치까지 내려 가면 소기 포트가 개구되고, 소기 포트로부터 연소실로 활성 가스가 흡입되면, 연소 작용에 의해 발생한 배기 가스가 흡입되는 활성 가스에 의해 배기 포트로부터 밀려 나오도록 하여 배기된다. 이 때, 흡입된 활성 가스에 연료 가스를 분사하여 예혼합 가스를 생성하고, 생성된 예혼합 가스를 압축함으로써 연소 작용이 얻어지고, 이 연소 작용에 의해 발생하는 폭발 압력에 의해 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동한다.
이러한 단류 소기식 2사이클 엔진에서는, 예컨대, 특허 문헌 1, 2에 도시된 바와 같이, 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브가 설치되어 있고, 엔진의 부하 상황이나 운전 상황에 따라 배기 밸브의 개방 타이밍이나 폐쇄 타이밍이 제어된다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허 평03－061611호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공고 평06－035830호 공보
실린더 내의 배기 가스를 공기(활성 가스)로 치환하는 소기 과정에서 배기 가스의 체류를 피하고, 배기 가스를 확실히 배출하고자 하는 경우, 소기 포트로부터 흡입된 활성 가스도 배기 가스와 함께 배기 포트로부터 다소 배출(누출)되게 된다. 이러한 활성 가스의 누출에 수반되어, 예혼합하는 연료 가스가 누출되지 않도록, 배기 밸브의 폐쇄 타이밍 직전부터 단기간 동안만 연료 가스를 분사할 수 있다.
상기와 같이 연료 가스의 분사 시간이 제한되면, 그 단기간 동안에 다량의 연료 가스를 분사할 수 밖에 없게 된다. 그 결과, 연료 가스가 활성 가스와 충분히 혼합되지 않아 국소적으로 연료 가스의 농도가 높은 부분이 생긴다. 이러한 상황 하에서는 노킹이나 조기 점화 등의 이상 연소가 발생하여 정상적인 운전이 곤란하게 될 가능성이 있다.
본 발명은 이러한 과제에 비추어 연료 가스의 누출을 억제하면서, 연료 가스의 분사 개시 타이밍을 앞당김으로써, 이상 연소를 회피하여 항상 정상적인 운전을 가능하게 하는 단류 소기식 2사이클 엔진을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 단류 소기식 2사이클 엔진은, 내부에 연소실이 형성되는 실린더; 실린더 내를 슬라이딩하는 피스톤; 실린더에 있어서의 피스톤의 스트로크 방향 일단부측의 내주면에 설치되고, 피스톤의 슬라이딩 동작에 따라 연소실에 활성 가스를 흡입하는 소기 포트; 소기 포트로부터 연소실로 흡입된 활성 가스에 연료 가스를 분사하여 예혼합 가스를 생성하는 연료 분사 밸브; 실린더에 있어서의 피스톤의 스트로크 방향의 타단부에 설치된 배기 포트; 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브; 및 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시키는 시간이, 배기 밸브를 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 변이시키는 시간보다 길어지도록 개폐시키는 배기 밸브 구동 기구;를 구비한다.
배기 밸브 구동 기구는, 연료 분사 밸브로부터 연료 가스가 분사 개시됨과 동시에, 혹은 연료 가스가 분사 개시된 후에, 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이 개시할 수 있다.
배기 밸브 구동 기구는, 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시킬 때, 배기 밸브를 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 하나 또는 복수의 개방도로 단계적으로 추이(推移)시킬 수 있다.
연료 가스의 배기 포트로부터의 누출량을 검지하는 누출 검지부; 및 검지된 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구를 통해, 개방도의 크기를 제어하는 배기 제어부;를 더 구비하여도 좋다.
연료 가스의 배기 포트로부터의 누출량을 검지하는 누출 검지부; 및 검지된 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구를 통해, 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 개방도로 변경하는 타이밍을 제어하는 배기 제어부;를 더 구비하여도 좋다.
배기 밸브 구동 기구는 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시킬 때, 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지, 배기 밸브를 연속적으로 추이시킬 수 있다.
연료 가스의 배기 포트로부터의 누출량을 검지하는 누출 검지부; 및 검지된 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구를 통해, 변이 개시 시점 및 변이 종료 시점 중 어느 일방 또는 양방을 제어하는 배기 제어부;를 더 구비하여도 좋다.
본 발명의 단류 소기식 2사이클 엔진에 의하면, 연료 가스가 누출을 억제하면서, 연료 가스의 분사 개시 타이밍을 앞당김으로써, 이상 연소를 회피하여 항상 정상적인 운전을 가능하게 한다.
도 1은 단류 소기식 2사이클 엔진의 전체 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 각 제어부의 기본적인 동작을 나타내는 설명도이다.
도 3a는 배기 밸브 구동 기구의 구체적인 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3b는 배기 밸브 구동 기구의 구체적인 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4a는 배기 밸브의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 4b는 배기 밸브의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 5a는 배기 밸브의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 5b는 배기 밸브의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 6은 배기 밸브의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이러한 실시 형태에 나타내는 치수, 재료, 기타 구체적인 수치 등은 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 예시에 불과하며, 특별한 언급이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하고, 또한 본 발명에 직접 관계가 없는 요소는 도시를 생략한다.
도 1은 단류 소기식 2사이클 엔진(100)의 전체 구성을 나타내는 설명도이다. 본 실시 형태의 단류 소기식 2사이클 엔진(100)은, 예컨대 선박 등에 이용된다. 구체적으로, 단류 소기식 2사이클 엔진(100)은 실린더(110)(실린더 헤드(110a), 실린더 블록(110b)), 피스톤(112), 파일럿 분사 밸브(114), 배기 포트(116), 배기 밸브 구동 기구(118), 배기 밸브(120), 소기 포트(122), 소기실(124), 연료 분사 포트(126), 연료 분사 밸브(128), 로터리 엔코더(130), 누출 검지부(132), 및 연소실(140)을 포함하여 구성되고, 거버너(조속기)(150), 연료 분사 제어부(152), 및 배기 제어부(154) 등의 제어부에 의해 제어된다.
단류 소기식 2사이클 엔진(100)에서는 흡기(급기), 압축, 연소, 팽창, 배기라는 연속 과정을 통해, 크로스 헤드(미도시)에 연결된 피스톤(112)이 실린더(110) 내를 슬라이딩이 자유롭게 왕복 이동한다. 이러한 크로스 헤드형 피스톤(112)에서는 실린더(110) 내에서의 스트로크를 비교적 길게 형성할 수 있고, 피스톤(112)에 작용하는 측압을 크로스 헤드가 받게 할 수 있어 단류 소기식 2사이클 엔진(100)의 고출력화를 도모할 수 있다. 또한, 실린더(110)와 크로스 헤드가 수용되는 크랭크실(미도시)이 격리되므로, 저질 연료유를 이용하는 경우에도 크랭크실측에 위치하는 부재의 오손(staining) 열화를 방지할 수 있다.
파일럿 분사 밸브(114)는, 실린더(110)의 스트로크 방향의 일단부인 피스톤(112)의 상사점보다 상방의 실린더 헤드(110a)에 설치되고, 엔진 사이클의 원하는 시점에 적당량의 연료유를 분사한다. 분사된 연료유는 실린더 헤드(110a), 실린더 블록(110b)의 실린더 라이너, 및 피스톤(112)으로 둘러싸인 연소실(140)의 열에 의해 자연 발화되고, 짧은 시간에 연소되어 연소실(140)의 온도를 매우 높게 하므로, 연료 가스를 포함하는 예혼합 가스를 원하는 타이밍에 확실히 연소시킬 수 있다.
배기 포트(116)는, 실린더(110)에 있어서의 피스톤(112)의 스트로크 방향의 일단측, 즉, 피스톤(112)의 상사점보다 상방의 실린더 헤드(110a)의 꼭대기부에 마련된 개구부이고, 실린더(110) 내에서 발생한 연소 후의 배기 가스를 배기하기 위해 개폐된다. 배기 밸브 구동 기구(118)는 소정의 타이밍에 배기 밸브(120)를 상하로 슬라이딩시켜, 배기 포트(116)를 개폐한다. 이와 같이 하여 배기 포트(116)를 통해 배기된 배기 가스는, 예컨대 과급기(미도시)의 터빈측에 공급된 후, 외부로 배기된다.
소기 포트(122)는 실린더(110)에 있어서의 피스톤(112)의 스트로크 방향의 타단측의 내주면(실린더 블록(110b)의 내주면)에 마련된 개구부이고, 피스톤(112)의 슬라이딩 동작에 따라 실린더(110) 내에 활성 가스를 흡입한다. 활성 가스는 산소, 오존 등의 산화제, 또는 그 혼합기(예컨대, 공기)를 포함한다. 소기실(124)에는 과급기(미도시)의 압력에 의해 가압된 활성 가스(예컨대, 공기)가 봉입되어 있고, 소기실(124)과 실린더(110) 내의 차압(差壓)에 의해, 소기 포트(122)로부터 활성 가스가 흡입된다. 소기실(124)의 압력은 거의 일정하게 할 수 있는데, 소기실(124)의 압력이 변화되는 경우에는, 소기 포트(122)에 압력계를 설치하고, 그 계측치에 따라 연료 가스의 분사량 등 다른 파라미터를 제어하여도 좋다.
연료 분사 포트(126)는, 실린더(110) 내주면(배기 포트(116)과 소기 포트(122) 사이)에서 대략 둘레 방향(엄밀한 주방향 뿐만 아니라, 스트로크 방향으로의 변위를 허용)으로 소정의 간격을 두고 마련된 복수의 개구부이다.
연료 분사 밸브(128)는, 각 연료 분사 포트(126) 내에 배치되고, 연료 분사 제어부(152)로부터 지령을 받아, 예컨대, LNG(액화 천연 가스)를 가스화한 연료 가스를 분사한다. 이와 같이 하여 실린더(110) 내에 연료 가스가 공급된다. 또한, 연료 가스는 LNG에 한정하지 않고, 예컨대, LPG(액화 석유 가스), 경유, 중유 등을 가스화한 것을 적용할 수도 있다.
로터리 엔코더(130)는 크랭크 기구(미도시)에 설치되고, 크랭크의 각도 신호(이하, 크랭크 각도 신호라 함)를 검출한다.
누출 검지부(132)는 배기 포트(116)보다 하류측의 배기관에 설치되고, 배기 포트(116)로부터 배출된 배기 가스 중에 포함되는 연료 가스의 성분(예컨대, 하이드로 카본)량, 즉, 연료 가스 누출량을 검지한다.
거버너(150)는 상위의 제어 장치로부터 입력된 엔진 출력 지령값과, 로터리 엔코더(130)로부터의 크랭크 각도 신호에 의한 엔진 회전수에 기초하여, 연료 분사량을 도출하여 연료 분사 제어부(152)로 출력한다.
연료 분사 제어부(152)는 거버너(150)로부터 입력된 연료 분사량을 나타내는 정보와, 로터리 엔코더(130)로부터의 크랭크 각도 신호에 기초하여, 제어 신호를 통해 연료 분사 밸브(128)를 제어한다.
배기 제어부(154)는 연료 분사 제어부(152)로부터의 배기 밸브 개폐 타이밍 신호, 로터리 엔코더(130)로부터의 크랭크 각도 신호, 및, 누출 검지부(132)로부터의 누출 검지 신호(누출량)에 기초하여, 배기 밸브 구동 기구(118)로 배기 밸브(120)의 개방도를 제어하기 위한 배기 밸브 제어 신호를 출력한다. 이하, 상술한 단류 소기식 2사이클 엔진(100)의 엔진 사이클에서의 각 제어부의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 각 제어부의 기본적인 동작을 나타내는 설명도이다. 특히 도 2의 (a)~(f)는 단류 소기식 2사이클 엔진(100)의 종단면도를 나타내고, 도 2의 (g)는 도 2의 (a)~(f)에서 도시한 상태의 시간 관계를 나타내기 위한 타이밍 차트를 나타내고 있다. 도 2에서는, 단류 소기식 2사이클 엔진(100)에서의 사이클을 팽창, 배기, 흡기, 압축, 연소의 순서로 설명한다.
팽창 과정에서는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 배기 밸브(120) 및 소기 포트(122)가 폐색 상태에 있고, 실린더(110) 내는 배기 가스(170)로 채워져 있다. 연소압에 의해 피스톤(112)이 하강하여 하사점에 가까워지면, 배기 제어부(154)는 배기 밸브 구동 기구(118)를 통해, 배기 밸브(120)를 개방하고, 배기 과정으로 이행한다. 또한, 피스톤(112)의 슬라이딩 동작에 따라 피스톤(112)이 더 하강하면, 소기 포트(122)가 개구된다. 이러한 흡기 과정에서는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 소기 포트(122)로부터 활성 가스(172)가 흡입되고, 활성 가스(172)는 연료 가스(174)의 혼합을 촉진하기 위한 스월(186)을 형성하면서 상승하여 실린더(110) 내의 배기 가스(170)를 배기 포트(116)로부터 밀어 낸다.
그리고, 피스톤(112)이 하사점으로부터 상사점을 향해 상승하면, 소기 포트(122)가 막히고, 활성 가스(172)의 흡입이 정지된다. 이 때, 배기 제어부(154)는 배기 밸브(120)를 개방 상태로 유지하고 있다. 그 때문에, 피스톤(112)의 상승에 의해 계속 연소실(140)(실린더(110) 내)의 배기 가스(170)는 배기 포트(116)로부터 배출된다.
그리고, 활성 가스(172)의 흡입에 수반되는 배기 가스(170)와 활성 가스(172)의 경계가, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 연료 분사 포트(126)에 도달하면, 연료 분사 제어부(152)는 거버너(150)로부터 입력된 연료 분사량을 나타내는 정보나, 로터리 엔코더(130)로부터의 크랭크 각도 신호에 의해 도출되는 엔진 회전수 등에 기초하여 연료 분사 밸브(128)로부터 실린더(110) 내로 연료 가스(174)의 분사를 개시하게 한다.
이에 따라, 소기 포트(122)로부터 흡입된 활성 가스(172)에 연료 가스(174)가 분사되고, 연소실(140)(실린더(110) 내)에 예혼합 가스가 생성된다. 이 때, 배기 밸브(120)는 개방된 상태를 유지하고 있고, 실린더(110) 내의 압력은 아직 낮은 상태이다. 그 때문에, 연료 분사 밸브(128)에 높은 압력을 가하지 않더라도(저압에서도), 연료 분사 밸브(128)는 적절히 연료 가스(174)를 분사할 수 있다.
단, 본 실시 형태에 있어서 연료 분사 제어부(152)는 소기 포트(122)로부터의 활성 가스(172)가 연료 분사 포트(126)에 도달한 후, 즉시 연료 가스(174)의 분사를 개시하지 않고, 소정 시간이 더 경과하는 것을 기다려 연료 가스(174)를 분사 개시한다. 그러면, 도 2의 (d)에 도시한 바와 같이, 연료 가스(174)와 활성 가스(172)를 혼합한 예혼합 가스(176)와 배기 가스(170) 사이에 연료 가스(174)가 혼합되지 않은 활성 가스(172)를 주성분으로 하는 개재층(178)이 생성된다.
배기 가스(170)와 예혼합 가스(176) 사이에 개재층(178)이 생성되면, 고온의 배기 가스(170)와 예혼합 가스(176)를 접촉시키지 않고 배기 가스(170)를 배기 포트(116)로부터 배출할 수 있다. 여기서는 개재층(178)이 상하 방향으로 어느 정도의 두께를 가지고 있으므로, 배기 가스(170)와 개재층(178)의 경계면에 요동이 발생한 경우라도, 예혼합 가스(176)의 고온화를 회피할 수 있다. 그리고, 배기 가스(170)의 배출이 완료되면, 배기 밸브 구동 기구(118)는 도 2의 (e)로 도시한 바와 같이, 배기 밸브(120)를 폐색 상태로 한다.
연료 분사 제어부(152)는 연료 분사 밸브(128)를 통해 연료 가스(174)를 계속 분사하고, 도 2의 (e)에 도시한 바와 같이, 피스톤(112)이 연료 분사 포트(126)에 도달하기 전에, 연료 가스(174)의 분사를 정지한다. 이와 같이, 연료 분사 제어부(152)에 의한 연료 가스(174)의 분사가 대충 완료된 후, 압축 과정을 거쳐 예혼합 가스(176)는 고압으로 압축되고, 또한 파일럿 분사 밸브(114)로부터의 디젤 연료유의 분사에 따라 예혼합 가스(176)가 착화되고, 도 2에 (f)로 도시한 바와 같이, 예혼합 가스(176)가 연소된다. 그리고, 연소에 의해 피스톤(112)이 하강하면, 도 2의 (a)에 도시한 상태로 돌아간 후, 팽창, 배기, 흡기, 압축, 연소의 과정이 반복된다.
배기 과정에서 배기 가스(170)의 체류를 피하고, 배기 가스(170)를 연소실(140)로부터 확실히 배출시키려면, 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍은 가능한 늦추는 것이 바람직하다. 그러나, 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍을 그저 늦추기만 한다면, 예혼합 가스(176)가 누출되어 연소실(140)의 압력을 높일 수 없어 엔진의 출력을 저하시킨다. 또한, 누출된 예혼합 가스(176)가 다른 배기 포트(116)로부터 배출된 고열의 배기 가스(170)와 접촉하여 예상 외의 연소가 생길 가능성도 있다. 따라서, 엔진의 효율을 고려한 경우, 배기 제어부(154)는 실린더(110) 내에 배기 가스(170)가 체류하기 어렵고, 또한 예혼합 가스(176)의 누출을 억제할 수 있는 도 2의 (e)로 도시한 타이밍에서 배기 밸브(120)를 폐쇄(완전 폐쇄)하는 것이 좋다.
여기서는 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 배기 가스(170)와 함께 개재층(178)의 일부가 배출되는 것을 허용한다. 여기서, 연료 가스(174)와 활성 가스(172)의 혼합 촉진을 도모하기 위해, 연료 가스(174)의 분사 개시 시기를 앞당기고자 하는 경우, 개재층(178)과 함께 예혼합 가스(176)의 누출량이 많아진다. 연료 가스(174)의 분사 개시 시기를 앞당김과 동시에 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍을 앞당기는 것도 생각할 수 있는데, 배기 밸브(120)를 조기에 폐쇄(완전 폐쇄) 완료시키면, 실린더(110) 내의 온도나 압력이 과도하게 높아져, 이상 연소의 원인이 될 가능성이 있다. 따라서, 개재층(178)과 함께 예혼합 가스(176)까지 누출되는 일이 없도록, 역시, 배기 제어부(154)는 예혼합 가스(176)의 누출을 억제할 수 있는 도 2의 (e)로 도시한 타이밍에서 배기 밸브(120)를 폐쇄(완전 폐쇄) 완료해야 한다. 그 때문에, 연료 분사 제어부(152)는 연료 가스(174)를 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍 직전부터 단기간 동안만 분사할 수 있다. 이와 같이, 연료 가스(174)의 분사 시간이 제한되면, 그 단기간에 다량의 연료 가스(174)를 분사해야 하므로, 국소적으로 연료 가스(174)의 농도가 높은 부분이 발생하게 된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 배기 밸브 구동 기구(118)의 개폐 처리를 강구함으로써, 연료 가스(174)의 누출을 억제하면서, 연료 가스(174)의 분사 개시 타이밍을 앞당겨 연료 가스(174) 분사 시간의 장기화를 도모한다.
도 3a 및 도 3b는 배기 밸브 구동 기구(118)의 구체적인 구성을 나타낸 설명도이다. 배기 밸브 구동 기구(118)는 제1 전자 밸브(210), 제2 전자 밸브(212), 유압 펌프(214), 유압실(216), 및 탄성부(218)를 포함하여 구성된다.
배기 과정으로 이행하여, 제1 전자 밸브(210)를 폐쇄한 상태에서 제2 전자 밸브(212)를 개방하면, 유압 펌프(214)에서 증압된 오일(214a)이 유압실(216)로 유입된다. 그러면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 유압실(216) 내의 피스톤(216a)이 탄성부(218)의 탄성력에 반하여 배기 밸브(120)를 연소실(140) 방향으로 압압하고, 배기 밸브(120)가 개방되어 배기 가스(170)가 배출 가능하게 된다.
또한, 압축 과정으로 이행하여, 제2 전자 밸브(212)를 폐쇄한 상태에서, 제1 전자 밸브(210)를 개방하면, 유압실(216) 내의 오일(214a)이 유출된다. 그러면, 도 3b에 도시한 바와 같이, 유압실(216) 내의 피스톤(216a)이 탄성부(218)의 탄성력에 의해 연소실(140)과 반대 방향으로 되돌려지고 배기 밸브(120)가 폐쇄된다.
본 실시 형태에서 배기 제어부(154)는, 배기 밸브(120)의 폐쇄가 완료되는 타이밍을, 예혼합 가스(176)의 누출을 억제할 수 있는 도 2의 (e)에 도시한 타이밍과 동일하거나, 거의 같도록 유지한 상태에서, 제1 전자 밸브(210)의 개방 시간이나 개방도(유량)를 조정하고, 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시키는 시간이, 배기 밸브(120)를 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 변이시키는 시간보다 길어지도록 배기 밸브(120)를 개폐시킨다.
이와 같이 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로의 시간을 장기화함으로써, 배기 밸브(120) 주위를 통과하는 배기 가스(170)에 압력 손실(저항)이 발생하고, 배기 가스(170)에 비해 예혼합 가스(176)의 누출이 잘 발생하지 않게 된다. 따라서, 연료 가스(174)의 분사 개시 타이밍을 앞당기고, 연료 가스(174) 분사 시간의 장기화를 도모할 수 있게 된다.
도 4a 및 도 4b는 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브(128)의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 도 4a 및 도 4b에서는 통상의 신호 추이를 일점쇄선으로 하고, 본 실시 형태에 의한 신호 추이를 실선으로 도시하고 있다.
도 4a를 참조하면, 배기 제어부(154)는 배기 과정에서, 배기 밸브 구동 기구(118)를 통해 배기 밸브(120)를 개방하고, 연료 분사 밸브(128)로부터 연료 가스(174)가 분사 개시됨과 동시에, 혹은 연료 가스(174)가 분사 개시된 후에(여기서는 연료 가스(174)가 분사된 후), 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이 개시한다.
단, 배기 제어부(154)는 배기 밸브 구동 기구(118)를 통해 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시킬 때, 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 하나 또는 복수의 개방도로 단계적으로 추이시킨다. 도 4a에서는, 배기 밸브(120)의 개방도가 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치의 중간 개방도(220)의 1단을 경유하여 단계적으로 추이하는 예를 들고 있다. 그러나, 상기 개방도의 단수는 1단에 한정되지 않으며, 임의로 선택할 수 있다.
이러한 단계적인 개방도는 아래와 같이 하여 실현될 수 있다. 즉, 배기 밸브 구동 기구(118)의 제1 전자 밸브(210)를, 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치로 이행시키기 위해 필요한 개방 시간보다 짧은 시간 만큼 개방한다. 그러면, 그 비율에 따라 배기 밸브(120)가 도중의 중간 개방도(220) 까지 변이한다. 그리고, 임의의 시간이 경과하면, 중간 개방도(220)로부터 완전 폐쇄 위치로 이행시키기 위해 필요한 개방 시간 만큼 제1 전자 밸브(210)를 개방함으로써, 배기 밸브(120)가 완전 폐쇄 위치로 변이한다.
배기 밸브(120)가 중간 개방도(220)에 위치하고 있는 상태에서는 배기 밸브(120) 주위를 통과하는 배기 가스(170)에 압력 손실(저항)이 발생하고, 배기 가스(170)의 유속이 감쇠하여 실린더(110) 내에 체류하고 있는 배기 가스(170)는 빠지기 쉽지만, 스월류를 수반하여 피스톤(112)의 스트로크 방향으로 상승하는 예혼합 가스(176)는 빠지기 어려워진다. 따라서, 예혼합 가스(176)가 누출될 때 까지의 시간에 유예가 발생하고, 도 4a의 흰색 화살표로 도시한 바와 같이, 연료 가스(174)의 분사 개시 타이밍을 앞당길 수 있게 된다.
또한, 배기 밸브(120)는 단계적으로 변이시킬 뿐만 아니라, 연속적으로 변이시킬 수 있다. 예컨대, 도 4b에서는 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지, 배기 밸브(120)를 1차 또는 복수차의 곡선에 의해, 1회 또는 복수회에 걸쳐 연속적으로 추이시키고 있다. 이는 배기 밸브 구동 기구(118)의 제1 전자 밸브(210)의 개방도를 작게 하고, 유압실(216)로부터 유출되는 오일(214a)의 유량을 억제함으로써 실현될 수 있다. 여기서도, 예혼합 가스(176)가 누출될 때까지의 시간에 유예가 발생하여, 도 4a의 흰색 화살표로 도시한 바와 같이, 연료 가스(174)의 분사 개시 타이밍을 앞당길 수 있게 된다.
상기에 도시한 구성에 의해, 연료 가스(174)의 누출을 억제하면서, 연료 가스(174)의 분사 시간의 장기화를 도모할 수 있다. 그러나, 단류 소기식 2사이클 엔진(100)에서는 배기 과정과 흡기 과정이 거의 동시에 실행되므로, 연료 가스(174)의 누출을 완전히 배제할 수는 없다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 누출 검지부(132)를 더 이용하여 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구(118)를 피드백 제어하여 누출량을 소정의 목표량에 근접시킨다.
도 5a 및 도 5b는 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브(128)의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 도 5a 및 도 5b에서는 제어 전의 신호 추이를 일점쇄선으로 나타내고, 제어 후의 신호 추이를 실선으로 나타내고 있다.
배기 제어부(154)는 누출 검지부(132)가 검지한 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구(118)를 통해, 배기 밸브(120)의 개방도의 크기를 제어한다. 예컨대, 누출 검지부(132)가 누출량으로서 목표량보다 큰 값을 검지하면, 도 5a의 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 배기 제어부(154)는 배기 밸브(120) 도중 단계의 개방도(중간 개방도(220))를 낮춘다.
이렇게 하여 배기 밸브(120) 주위를 통과하는 배기 가스(170)에 의해 큰 압력 손실(저항)이 발생하여 예혼합 가스(176)의 누출을 방지할 수 있고, 그 결과, 누출 검지부(132)에서 검지되는 누출량이 저하된다. 또한, 누출량으로서 목표량보다 작은 값을 검지하면, 배기 제어부(154)는 배기 밸브(120) 도중 단계의 개방도를 높인다.
또한, 다른 제어 방식으로서 배기 제어부(154)는 누출 검지부(132)가 검지한 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구(118)를 통해, 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로의 도중의 개방도로 변경하는 타이밍을 제어할 수도 있다. 예컨대, 누출 검지부(132)가 누출량으로서 목표량보다 큰 값을 검지하면, 도 5b의 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 배기 제어부(154)는 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로의 도중의 개방도로 변경하는 타이밍을 앞당긴다.
이렇게 하여 도 5a와 마찬가지로, 도 5b의 경우에도, 배기 밸브(120) 주위를 통과하는 배기 가스(170)에 의해 큰 압력 손실(저항)이 발생하여 예혼합 가스(176)의 누출을 방지할 수 있고, 그 결과, 누출 검지부(132)에서 검지되는 누출량이 저하된다. 또한, 누출량으로서 목표량보다 작은 값을 검지하면, 배기 제어부(154)는 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로의 도중의 개방도로 변경하는 타이밍을 늦춘다.
또한, 배기 밸브(120)를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로의 도중의 개방도로 변경하는 타이밍 뿐만 아니라, 도중의 개방도로부터 완전 폐쇄 위치로 변경하는 타이밍을 제어하더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이러한 제어는 단계적으로 변이시키는 것 뿐만 아니라, 도 4b에 도시한 바와 같이, 배기 밸브(120)를 연속적으로 변이시키는 예에도 적용할 수 있다.
도 6은 배기 밸브(120)의 폐쇄 타이밍과 연료 분사 밸브(128)의 분사 개시 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 도 6에서도, 제어 전의 신호 추이를 일점쇄선으로 나타내고, 제어 후의 신호 추이를 실선으로 나타내고 있다.
배기 제어부(154)는 누출 검지부(132)가 검지한 누출량에 따라, 배기 밸브 구동 기구(118)를 통해, 배기 밸브(120)의 연속적인 변이의 변이 개시 시점 및 변이 종료 시점 중 어느 일방 또는 양방을 제어한다. 예컨대, 누출 검지부(132)가 누출량으로서 목표량보다 큰 값을 검지하면, 도 6의 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 배기 제어부(154)는, 예컨대 변이 개시 시점을 앞당긴다.
이렇게 하여, 도 5a 및 도 5b와 마찬가지로, 도 6의 경우에도, 배기 밸브(120) 주위를 통과하는 배기 가스(170)에 의해 큰 압력 손실(저항)이 생겨 예혼합 가스(176)의 누출을 방지할 수 있고, 그 결과, 누출 검지부(132)에서 검지되는 누출량이 저하된다. 또한, 누출량으로서 목표량보다 작은 값을 검지하면, 배기 제어부(154)는 배기 밸브(120)의 변이 개시 시점을 늦춘다.
이상 설명한 바와 같이, 단류 소기식 2사이클 엔진(100)에 의해 연료 가스(174)의 누출을 억제하면서, 연료 가스(174)의 분사 개시 타이밍을 앞당김으로써, 이상 연소를 회피하여 항상 정상적인 운전이 가능하게 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시 형태에 한정되지 않음은 말할 필요도 없다. 통상의 기술자라면, 특허청구범위에 기재된 범주에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있음은 분명하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예컨대, 상술한 실시 형태에서는 배기 밸브 구동 기구(118)를 배기 제어부(154)에 의해 전기적으로 제어하는 예를 들어 설명하였지만, 이러한 경우에 한정하지 않고, 배기 밸브 구동 기구(118) 자체의 기구를 통해 기계적으로 제어할 수도 있다.
본 발명은 소기 포트로부터 흡입된 활성 가스에 연료 가스를 분사하여 생성되는 예혼합 가스를 연소시키는 단류 소기식 2사이클 엔진에 이용할 수 있다.
100 단류 소기식 2사이클 엔진
110 실린더
112 피스톤
116 배기 포트
118 배기 밸브 구동 기구
120 배기 밸브
122 소기 포트
128 연료 분사 밸브
132 누출 검지부
140 연소실
154 배기 제어부

Claims (7)

  1. 내부에 연소실이 형성되는 실린더;
    상기 실린더 내를 슬라이딩하는 피스톤;
    상기 실린더에서 상기 피스톤의 스트로크 방향 일단부측의 내주면에 설치되고, 상기 피스톤의 슬라이딩 동작에 따라 상기 연소실에 활성 가스를 흡입하는 소기 포트;
    상기 소기 포트로부터 상기 연소실로 흡입된 활성 가스에 연료 가스를 분사하여 예혼합 가스를 생성하는 연료 분사 밸브;
    상기 실린더에서 상기 피스톤의 스트로크 방향의 타단부에 설치된 배기 포트;
    상기 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브; 및
    상기 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시키는 시간이, 상기 배기 밸브를 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 변이시키는 시간보다 길어지도록 개폐시키는 배기 밸브 구동 기구;를 구비하며,
    상기 배기 밸브 구동 기구는, 상기 연료 분사 밸브로부터 연료 가스가 분사 개시됨과 동시에, 혹은 상기 연료 가스가 분사 개시된 후에 상기 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이 개시시키는 단류 소기식 2사이클 엔진.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 밸브 구동 기구는, 상기 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시킬 때, 상기 배기 밸브를 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 하나 또는 복수의 개방도로 단계적으로 추이(推移)시키는 단류 소기식 2사이클 엔진.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연료 가스의 상기 배기 포트로부터의 누출량을 검지하는 누출 검지부; 및
    검지된 누출량에 따라, 상기 배기 밸브 구동 기구를 통해, 상기 개방도의 크기를 제어하는 배기 제어부;를 더 구비하는 단류 소기식 2사이클 엔진.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 연료 가스의 상기 배기 포트로부터의 누출량을 검지하는 누출 검지부;
    검지된 누출량에 따라, 상기 배기 밸브 구동 기구를 통해, 상기 배기 밸브를 상기 완전 개방 위치로부터 상기 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 개방도로 변경하는 타이밍을 제어하는 배기 제어부;를 더 구비하는 단류 소기식 2사이클 엔진.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 밸브 구동 기구는, 상기 배기 밸브를 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 변이시킬 때, 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지 상기 배기 밸브를 연속적으로 추이시키는 단류 소기식 2사이클 엔진.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연료 가스의 상기 배기 포트로부터의 누출량을 검지하는 누출 검지부; 및
    검지된 누출량에 따라, 상기 배기 밸브 구동 기구를 통해, 변이 개시 시점 및 변이 종료 시점 중 어느 일방 또는 양방을 제어하는 배기 제어부;를 더 구비하는 단류 소기식 2사이클 엔진.
  7. 삭제
KR1020157002575A 2012-10-03 2013-10-03 단류 소기식 2사이클 엔진 KR101725850B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2012-220901 2012-10-03
JP2012220901A JP6036128B2 (ja) 2012-10-03 2012-10-03 ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
PCT/JP2013/076941 WO2014054732A1 (ja) 2012-10-03 2013-10-03 ユニフロー掃気式２サイクルエンジン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150023917A KR20150023917A (ko) 2015-03-05
KR101725850B1 true KR101725850B1 (ko) 2017-04-11

Family

ID=50435052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157002575A KR101725850B1 (ko) 2012-10-03 2013-10-03 단류 소기식 2사이클 엔진

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20150260115A1 (ko)
EP (1) EP2905450B1 (ko)
JP (1) JP6036128B2 (ko)
KR (1) KR101725850B1 (ko)
CN (1) CN104685188B (ko)
DK (1) DK2905450T3 (ko)
WO (1) WO2014054732A1 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5949183B2 (ja) 2012-06-06 2016-07-06 株式会社Ihi ２ストロークユニフローエンジン
JP5983196B2 (ja) 2012-08-31 2016-08-31 株式会社Ihi ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
KR101792831B1 (ko) 2013-05-10 2017-11-01 가부시키가이샤 아이에이치아이 유니플로 소기식 2사이클 엔진
US9650924B2 (en) * 2014-03-07 2017-05-16 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine control system having quick-open valve timing
DK3015679T3 (en) * 2014-10-31 2019-03-11 Winterthur Gas & Diesel Ag Cylinder for a piston combustion engine, piston combustion engine and method for operating a piston combustion engine
JP6524788B2 (ja) * 2015-05-11 2019-06-05 株式会社Ihi 燃料噴射装置およびエンジン
JP7125245B2 (ja) * 2015-05-19 2022-08-24 ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル アーゲー 大型ディーゼル機関を運転する方法、この方法の使用、及び大型ディーゼル機関
US10018097B2 (en) * 2016-02-25 2018-07-10 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for exhaust gas heat recovery
EP3594470B1 (en) * 2017-03-06 2023-05-03 IHI Corporation Uniflow scavenging type two-cycle engine
EP3434874A1 (de) * 2017-07-27 2019-01-30 Winterthur Gas & Diesel AG Verfahren zum betreiben eines grossdieselmotors, sowie grossdieselmotor
DK179798B1 (en) * 2017-09-19 2019-06-26 MAN Energy Solutions A LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED GASEOUS FUELED ENGINE
JP7309110B2 (ja) * 2017-12-07 2023-07-18 株式会社三井E&S Du エンジンシステム
KR20210041332A (ko) 2019-10-07 2021-04-15 현대자동차주식회사 압축 완화형 엔진 브레이크의 소켓모듈 및 이를 이용한 엔진 브레이크의 작동 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006283629A (ja) 2005-03-31 2006-10-19 Honda Motor Co Ltd ２サイクルエンジン

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0635830B2 (ja) 1985-01-30 1994-05-11 本田技研工業株式会社 ２サイクルエンジンの排気時期制御弁駆動装置
JPH0361611A (ja) 1989-07-29 1991-03-18 Fuji Heavy Ind Ltd 燃料噴射式２サイクルエンジン
JPH0635830A (ja) 1992-07-16 1994-02-10 Nec Corp 入出力制御回路
DE4241429A1 (de) * 1992-12-09 1994-06-30 Svein Wieneke Opto-Elektronische Steuerung des Auslass-Kanals für Zweitakt-Verbrennungsmotoren
JPH084505A (ja) * 1994-06-17 1996-01-09 Yamaha Motor Co Ltd エンジンの動弁装置
JPH10110634A (ja) * 1996-10-08 1998-04-28 Mitsubishi Motors Corp エンジン補助ブレーキ装置
US5791304A (en) * 1997-02-13 1998-08-11 Brunswick Corporation Cylinder wall fuel injection system for cross-scavenged, two-cycle combustion engine
JPH1193710A (ja) * 1997-09-24 1999-04-06 Nissan Motor Co Ltd 過給機付２ストロークディーゼル機関の排気弁制御装置
JPH11324623A (ja) * 1998-05-20 1999-11-26 Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd 吸気弁作動制御装置を備えたエンジン
JP2000064859A (ja) * 1998-08-20 2000-02-29 Daihatsu Motor Co Ltd ユニフロ−型２サイクルエンジン
JP4253339B2 (ja) * 2006-09-21 2009-04-08 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置
CN101220769A (zh) * 2007-10-28 2008-07-16 向南森 组织换气分层混合二冲程转缸发动机
EP2602460B1 (en) * 2010-08-05 2017-06-21 IHI Corporation Two-stroke engine
JP5024477B2 (ja) * 2010-09-08 2012-09-12 株式会社Ｉｈｉ ２サイクルエンジン
JP5811538B2 (ja) * 2011-01-24 2015-11-11 株式会社Ihi ２サイクルエンジン
JP5811539B2 (ja) * 2011-01-24 2015-11-11 株式会社Ihi ２サイクルエンジン
DE102011009557A1 (de) * 2011-01-24 2012-07-26 Sbs Feintechnik Gmbh & Co.Kg Schrittmotor für einen Akuator
US8555834B2 (en) * 2011-03-22 2013-10-15 Robert Bosch Gmbh Device and method configured to control valve operation in a piston engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006283629A (ja) 2005-03-31 2006-10-19 Honda Motor Co Ltd ２サイクルエンジン

Also Published As

Publication number Publication date
EP2905450A4 (en) 2016-06-15
EP2905450A1 (en) 2015-08-12
WO2014054732A1 (ja) 2014-04-10
JP2014074342A (ja) 2014-04-24
CN104685188B (zh) 2017-08-15
DK2905450T3 (en) 2018-07-23
US20150260115A1 (en) 2015-09-17
EP2905450B1 (en) 2018-05-30
KR20150023917A (ko) 2015-03-05
CN104685188A (zh) 2015-06-03
JP6036128B2 (ja) 2016-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101725850B1 (ko) 단류 소기식 2사이클 엔진
KR101411395B1 (ko) 2사이클 엔진
US9556818B2 (en) Two-stroke uniflow engine
JP5811539B2 (ja) ２サイクルエンジン
DK2891780T3 (en) LENGTH RINSE TOTAL ENGINE
US7395813B2 (en) Method of controlling the intake and/or the exhaust of at least one deactivated cylinder of an internal-combustion engine
JP5587091B2 (ja) ２ストロークガス機関
JP2008202545A (ja) デュアルフュールエンジン
JP2013007320A (ja) 低速２サイクルガスエンジン
KR101864971B1 (ko) 기체연료공급시스템 및 기체연료공급시스템의 이상검출방법
JP5807612B2 (ja) ２サイクルエンジン
JP5998671B2 (ja) ２サイクルエンジン
JP2011252411A (ja) ディーゼル機関及びディーゼル機関制御方法
JP6412243B2 (ja) 内燃機関の制御装置及びこれを備えた船舶並びに内燃機関の運転方法
JP6003288B2 (ja) ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
JP2014101884A (ja) ２ストロークガス機関
KR102611647B1 (ko) 내연 엔진

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
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
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200226

Year of fee payment: 4