KR101751674B1 - 유체 시스템 및 내연 엔진 - Google Patents

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Abstract

내연 엔진용 유체 시스템은 적어도 제 1 유체 회로 (1) 및 제 2 유체 회로 (2) 를 포함하고, 제 1 유체 회로 (1) 및 제 2 유체 회로 (2) 각각은 내연 엔진의 서브시스템의 부분을 형성한다. 유체 시스템은 이 유체 시스템 안으로 유체를 공급하기 위한 펌프 (3), 및 적어도 1 개의 증압기 (6, 7, 8) 를 갖고 적어도 2 개의 대안적인 증가율들을 갖는 증압 장치 (4) 를 또한 포함한다.

Description

유체 시스템 및 내연 엔진{FLUID SYSTEM AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 내연 엔진용 유체 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 다른 독립 청구항의 전제부에 따른 내연 엔진에 관한 것이다.
전형적으로 대형 왕복 엔진들은 상이한 목적들, 예를 들어 윤활, 연료 주입 및 가스 교환 밸브들의 작동을 위해서 유압식으로 작동되는 몇 개의 시스템들을 갖는다. 종종 이러한 시스템들 각각을 위한 하나 이상의 펌프들이 존재한다. 또는, 고압 펌프가 상이한 시스템들에 유압식 유체를 고압으로 공급하기 위해서 이용되고, 그리고 압력 감소 장치들이 각각의 시스템에서 요구되는 더 낮은 압력 레벨로 압력을 감소시키기 위해서 이용된다. 많은 응용분야들, 예를 들어 연료 압력이 증가되거나 또는 주입 이벤트가 별개의 유압 회로에 의해서 제어되는 연료 주입 시스템들에 있어서, 유압 및 유동은 작동 조건들, 예를 들어 엔진의 로드 및 속도에 따라서 조정될 필요가 있다. 상이한 압력 레벨들 및/또는 유량들에 대한 필요성은 복수의 펌프들을 구비하는 복잡한 시스템들로 이어지고, 그리고/또는 시스템들의 열악한 에너지 효율로 이어진다. 종래 시스템들의 다른 단점은 조정가능한 유동 용량 및/또는 압력을 갖는 고압 펌프들이 고가라는 점이다.
본 발명의 목적은 향상된 내연 엔진용 유체 시스템을 제공하는 것이다. 유체 시스템은 적어도 제 1 유체 회로 및 제 2 유체 회로를 포함하고, 제 1 유체 회로 및 제 2 유체 회로 각각은 내연 엔진의 서브 시스템의 부분을 형성한다. 본 발명에 따른 유체 시스템의 구별되는 특징들은 청구항 1 의 특징부에 주어진다. 본 발명의 다른 목적은 향상된 내연 엔진을 제공하는 것이다. 내연 엔진은 본 발명에 따른 유체 시스템을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유체 시스템은, 적어도 하나의 증압기를 갖으며, 적어도 2 개의 대안적인 증가율들을 갖는 증압 장치를 포함한다.
본 발명은 몇 가지 장점들을 갖는다. 단일 펌프가 몇 개의 유체 회로들에 유체를 공급하기 위해서 이용될 수 있기 때문에, 엔진에서의 펌프들의 전체 개수가 감소될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유체 회로들 중 몇몇 유체 회로들은 고압 펌프 대신 저압 펌프를 구비할 수 있고, 이것은 시스템의 비용을 감소시키는 데 도움이 된다. 증압기들의 간단한 구성 때문에, 시스템의 신뢰성은 향상된다. 또한, 본 발명은 증압기들의 작동 빈도를 제어함으로써 제 2 회로에서 체적 유동의 조정을 가능하게 한다. 적어도 2 개의 대안적 증가율들을 갖는 증압 장치들은 변하는 압력 요건들을 갖는 유체 회로들을 위해서 본 발명이 이용될 수 있도록 한다.
제 1 유체 회로는, 예를 들어 엔진의 가스 교환 밸브들 또는 엔진의 윤활 오일 회로를 작동시키는 유압 회로일 수 있다. 제 2 유체 회로는, 예를 들어 엔진의 연료 주입기들을 작동시키는 유압 회로 또는 연료를 가압하기 위한 수단을 작동시키는 유압 회로일 수 있다. 상이한 증가율들을 실시하는 상이한 방법들이 있다. 예를 들어, 유체 시스템은 상이한 증가율들을 갖는 2 개의 증압기들을 포함할 수 있다. 다른 선택은 적어도 2 개의 증가율들을 갖는 증압기를 증압 장치에 제공하는 것이다. 펌프는 가변 출력 압력들 및 유동들을 가능하도록 하는 가변용량형 펌프일 수 있다. 증압기들은, 예를 들어 전기적으로 제어가능한 수단에 의해서 작동되고 그리고 정지될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 각각의 증압기는 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 포함한다. 증압기들의 제 1 챔버들 중 적어도 하나의 제 1 챔버는 제 1 유체 회로와 유체 연통되며 제 2 챔버들 중 적어도 하나의 제 2 챔버는 제 2 유체 회로와 유체 연통된다. 증압기들 각각은 제 1 챔버 내의 제 1 압력면 및 제 2 챔버 내의 제 2 압력면을 갖는 왕복 플런저를 더 포함하고, 제 2 압력면의 면적은 제 1 압력면의 면적보다 더 작다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 증압기들은, 각각의 증압기의 제 1 챔버가 제 1 유체 회로와 유체 연통되며, 각각의 증압기의 제 2 챔버가 제 2 유체 회로와 유체 연통되도록 병렬로 연결된다. 병렬로 연결된 2 개 이상의 증압기들에 의해서, 제 2 유체 회로는 일정한 압력으로 작동될 수 있다. 증압기들 중 하나의 증압기가 제 2 유체 회로 내 유체를 가압하는 동안, 다른 증압기들은 재로딩 (reload) 될 수 있다. 증압기들의 중복성은 시스템의 신뢰성 및 안전성을 향상시키고, 이는 해양 응용들에 있어서 특히 중요하다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 시스템은 선택적으로 제 1 증압기 및 제 2 증압기를 병렬 또는 직렬로 연결하기 위한 수단을 포함한다. 직렬 연결에 있어서, 제 1 증압기의 제 1 챔버는 제 1 유체 회로와 유체 연통되고, 제 1 증압기의 제 2 챔버는 제 2 증압기의 제 1 챔버와 유체 연통되고, 제 2 증압기의 제 2 챔버는 제 2 유체 회로와 유체 연통된다. 이 장치에 의해서, 상이한 증가율들이 필요에 따라서 선택될 수 있다.
도 1 은 유체 시스템의 메인 부분들을 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 유체 시스템을 도시한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 유체 시스템을 도시한다.
도 4 는 피스톤 타입의 증압기의 간략도를 도시한다.
이제, 본 발명의 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1 에서, 본 발명에 따른 유체 시스템의 메인 부분이 개략적으로 도시된다. 유체 시스템은 제 1 유체 회로 (1) 및 제 2 유체 회로 (2) 를 포함한다. 제 1 유체 회로 (1) 및 제 2 유체 회로 (2) 는 대형 내연 엔진의 서브시스템들의 부분이고, 상이한 압력 범위들 내에서 작동된다. 엔진은, 예를 들어 선박의 메인 엔진 또는 보조 엔진일 수 있다. 제 1 유체 회로 (1) 는, 예를 들어 엔진의 윤활 오일 시스템의 부분 또는 엔진의 가스 교환 밸브들을 작동시키는 유압 회로일 수 있다. 제 2 유체 회로 (2) 는 엔진의 연료 주입기들을 작동시키기 위해서 또는 주입될 연료를 가압하기 위해서 이용되는 유압 회로일 수 있다. 일반적으로, 제 2 유체 회로 (2) 에서 요구되는 압력 레벨은 제 1 유체 회로 (1) 에서 요구되는 압력 레벨보다 더 높다. 만약, 제 1 유체 회로 (1) 가 엔진의 가스 교환 밸브들을 작동시킨다면, 제 1 유체 회로 (1) 의 압력은, 예를 들어 200 내지 350 바 (bar) 사이의 범위에 있을 수 있다. 만약, 제 2 유체 회로 (2) 가 연료를 가압하기 위해서 이용된다면, 제 2 유체 회로 (2) 의 압력은, 예를 들어 250 내지 700 바 사이의 범위에 있을 수 있다.
유체 시스템은 이 유체 시스템에 가압된 유체를 공급하기 위한 펌프 (3) 를 포함한다. 도 1 의 실시형태에 있어서, 상기 펌프 (3) 는 제 1 유체 공급 라인 (20) 을 통해서 제 1 유체 회로 (1) 에 그리고 제 2 유체 공급 라인 (21) 을 통해서 제 2 유체 회로 (2) 에 유체를 공급하기 위해서 이용된다. 제 2 유체 공급 라인 (21) 은 펌프 (3) 및 제 1 유체 회로 (1) 를 제 2 유체 회로 (2) 의 더 높은 압력으로부터 보호하기 위한 체크 밸브 (24) 를 구비한다. 펌프 (3) 는 상이한 압력들 및 유량들로 유체를 공급할 수 있는 가변용량형 펌프이다. 유체는 제 1 유체 회로 (1) 로부터 제 1 복귀 라인 (22) 을 통해서 탱크 (5) 로 복귀되고, 제 2 유체 회로 (2) 로부터 제 2 복귀 라인 (23) 을 통해서 탱크 (5) 로 복귀된다.
제 2 유체 회로 (2) 의 압력 증가를 위해서, 유체 시스템은 증압 장치 (4) 를 구비한다. 제 2 유체 회로 (2) 에서 가변 압력 요건들을 만족시키기 위해서, 증압 장치 (4) 는 적어도 2 개의 상이한 압력 증가율들이 선택될 수 있도록 구성된다. 상이한 증가율들은 상이한 수단에 의해서 달성될 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 증압 장치는 적어도 2 개의 증압기들을 구비한다. 만약 증압기들이 상이한 증가율들을 갖는다면, 소정 증가율은 이러한 작동 조건들에 가장 적합한 증압기를 이용함으로써 선택될 수 있다. 또한, 증압기들의 상이한 조합들이 이용되는 것이 가능하다. 예를 들어, 더 적은 증폭을 위해서, 증압기들 중 단지 하나의 증압기만이 이용된다. 더 큰 증폭이 필요할 때, 증압기들이 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 증압 장치 (4) 는 적어도 2 개의 상이한 증가율들을 갖는 단일의 증압기를 포함할 수 있다.
도 2 의 실시형태에 있어서, 제 1 유체 회로 (1) 는 엔진의 가스 교환 밸브들 (14) 을 작동시키도록 배치되고, 그리고 제 2 유체 회로 (2) 는 엔진에 주입되는 연료를 가압하기 위한 수단 (15) 을 작동시키도록 배치된다. 증압 장치 (4) 는 3 개의 증압기들 (6, 7, 8) 을 포함한다. 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 는 병렬로 연결된다. 제 1 제어 밸브 (9) 는 제 1 유체 회로 (1) 와 제 1 증압기 (6) 사이에 위치되고, 그리고 제 2 제어 밸브 (10) 는 제 1 유체 회로 (1) 와 제 2 증압기 (7) 사이에 위치된다. 제 1 제어 밸브 (9) 는 제 1 유체 회로 (1) 와 제 1 증압기 (6) 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하도록 배치된다. 제 2 제어 밸브 (10) 는 제 1 유체 회로 (1) 와 제 2 증압기 (7) 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하도록 배치된다. 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 는 상이한 증가율들을 갖는다. 이것은 제 2 유체 회로 (2) 의 요구되는 압력 레벨에 따라서 상이한 압력 증폭을 가능하게 한다. 제 3 증압기 (8) 는 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 와 제 2 유체 회로 (2) 사이에 배치된다. 제 3 제어 밸브 (11) 는 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 와 제 3 증압기 (8) 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하도록 배치된다. 도 2 의 실시형태에 있어서, 제어 밸브들 (9, 10, 11) 은 솔레노이드 밸브들이다. 제어 밸브들 (9, 10, 11) 은 제 1 유체 회로 (1) 로부터 제 2 유체 회로 (2) 로의 유체 유동을 방지하도록 이용될 수 있기 때문에, 제어 밸브들은 증압기들 (6, 7, 8) 을 작동시키고 정지시키기 위한 수단으로서 이용될 수 있다.
도 4 에서 적합한 증압기 (6, 7, 8) 의 예가 도시된다. 증압기 (6, 7, 8) 는 제 1 압력면 (A1) 및 제 2 압력면 (A2) 을 갖는 왕복 플런저 (17) 를 포함한다. 유체가 증압기 (6, 7, 8) 의 제 1 챔버 (18) 안으로 도입될 때, 플런저 (17) 는 이동된다. 따라서, 증압기 (6, 7, 8) 의 제 2 챔버 (19) 내 유체는 가압된다. 증압기 (6, 7, 8) 의 증가율은 제 1 압력면 (A1) 과 제 2 압력면 (A2) 사이의 비율에 의존된다.
증압 장치 (4) 의 기능이 이제 도 2 와 도 4 를 참조하여 설명된다. 드레인 밸브 (25, 26, 27) 는 각각의 제어 밸브 (9, 10, 11) 와 증압기 (6, 7, 8) 사이에 배치된다. 드레인 밸브 (25, 26, 27) 를 통해서, 각각의 증압기 (6, 7, 8) 의 제 1 챔버 (18) 는 증압기 (6, 7, 8) 를 재로딩하기 위해서 탱크 (5) 로 비워진다. 각각의 증압기 (6, 7, 8) 의 제 2 챔버 (19) 와 각각의 제어 밸브 (9, 10, 11) 를 연결하는 덕트는, 증압기 (6, 7, 8) 가 재로딩될 때 제 2 챔버 (18) 의 충전을 허여하나 가압된 유체가 잘못된 방향으로 유동되는 것을 방지하기 위한 제 1 체크 밸브 (28) 를 구비한다. 가압된 유체가 각각의 증압기 (6, 7, 8) 로부터 제 2 유체 회로 (2) 또는 제 3 증압기 (8) 로 유동하면서 통과하는 덕트는, 제 2 유체 회로로부터 또는 제 3 유체 증강기 (8) 로부터 각각의 증압기 (6, 7, 8) 로의 유동을 방지하기 위한 제 2 체크 밸브 (29) 를 구비한다.
제 4 제어 밸브 (12) 는 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 와 제 2 유체 회로 (2) 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하도록 배치된다. 제 4 제어 밸브 (12) 에 의해서, 제 3 증압기 (8) 는 바이패싱되거나 또는 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 중 하나의 증압기와 직렬로 연결될 수 있다. 만약 제 3 증압기 (8) 가 배이패싱된다면, 증압 장치 (4) 의 전체 증가율은 제 1 압력 증강 단계에서 이용되는 증압기 (6, 7) 의 압력 증가율과 같다. 만약 제 3 증압기 (8) 가 제 1 증압기 (6) 또는 제 2 증압기 (7) 와 직렬로 연결된다면, 전체 증가율은 제 1 단계 및 제 2 단계에서 증가율들의 곱이다. 따라서, 도 2 의 실시형태에 따른 증압 장치를 이용하여, 4 개의 상이한 증가율들이 달성된다. 모든 제어 밸브들 (9, 10, 11, 12) 및 드레인 밸브들 (25, 26, 27) 은 전기적으로 제어될 수 있다.
도 3 의 실시형태에 있어서, 증압 장치 (4) 는 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 를 구비한다. 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 는 선택적으로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 이 실시형태의 기능은 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명된다. 제 1 제어 밸브 (9) 및 제 2 제어 밸브 (10) 는 제 2 유체 회로 (2) 의 압력 증가를 위해서 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 중 어느 한 증압기를 선택하도록 이용된다. 제 1 제어 밸브 (9) 는 개방되고 제 2 제어 밸브 (10) 는 폐쇄될 때, 제 1 증압기 (6) 가 이용된다. 제 3 제어 밸브 (11) 및 제 4 제어 밸브 (12) 는 제 1 증압기 (6) 가 단독으로 이용될 것인지 또는 제 2 증압기 (7) 와 함께 이용될 것인지 제어하기 위해서 이용된다. 따라서 제어 밸브들 (9, 10, 11, 12) 은 선택적으로 증압기들 (6, 7, 8) 을 병렬로 또는 직렬로 연결하기 위한 수단으로서 작동된다. 만약 제 3 제어 밸브 (11) 가 폐쇄되고 제 4 제어 밸브 (12) 가 개방되면, 제 1 증압기 및 제 2 증압기 (7) 는 직렬로 연결된다. 제 1 증압기 (6) 의 제 2 챔버 (19) 로부터의 유체는 제 2 증압기 (7) 의 제 1 챔버 (18) 안으로 유동된다. 따라서 증압 장치 (4) 의 전체 증가율은 제 1 증압기 (6) 의 증가율과 제 2 증압기 (7) 의 증가율의 곱이다. 만약 제 1 증압기 (6) 의 증가율과 제 2 증압기 (7) 의 증가율이 상이하면, 3 개의 상이한 증가율들이 증압 장치 (4) 로 달성될 수 있다. 또한, 이 실시형태에 있어서, 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 는 제 1 증압기 (6) 및 제 2 증압기 (7) 의 재로딩을 가능하게 하는 드레인 밸브들 (25, 26) 및 가압된 유체를 올바른 방향으로 안내하기 위한 체크 밸브들 (28, 29) 을 구비한다. 또한, 증압 장치 (4) 는 2 개가 넘는 증강 단계들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 3 개의 증압기들은, 선택적으로 3 개의 증압기들이 병렬로, 3 개의 증압기들 모두가 직렬로, 또는 3 개의 증압기들 중 2 개의 임의의 조합이 직렬로 연결될 수 있도록 배치될 수 있다.
본 발명이 위에서 설명된 실시형태들에 한정되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 변경될 수도 있다는 점은 당업자에 의해서 이해될 것이다. 예를 들어, 유체 시스템은 2 개가 넘는 유체 회로들을 구비할 수 있다. 추가적인 유체 회로들은 제 1 유체 회로 및 제 2 유체 회로와 동일한 또는 상이한 압력 레벨을 가질 수 있다.

Claims (11)

  1. 내연 엔진용 유체 시스템으로서,
    상기 유체 시스템은, 내연 엔진의 서브시스템의 부분을 각각 형성하는 적어도 제 1 유체 회로 (1) 및 제 2 유체 회로 (2) 를 포함하고,
    상기 유체 시스템은, 상기 유체 시스템 안으로 유체를 공급하기 위한 펌프 (3), 및 적어도 2 개의 대안적인 증가비들을 갖고 그리고 상기 제 2 유체 회로 (2) 의 압력 증가를 위한 제 1 증압기 (6) 및 상기 제 2 유체 회로 (2) 의 압력 증가를 위한 제 2 증압기 (7) 를 갖는 증압 장치 (4) 를 더 포함하며,
    상기 제 1 증압기 (6) 및 상기 제 2 증압기 (7) 각각은 제 1 챔버 (18) 및 제 2 챔버 (19) 를 포함하고,
    상기 제 1 챔버 (18) 들 중 적어도 하나의 제 1 챔버는 상기 제 1 유체 회로 (1) 와 유체 연통되고, 그리고 상기 제 2 챔버 (19) 들 중 적어도 하나의 제 2 챔버는 상기 제 2 유체 회로 (2) 와 유체 연통되고,
    상기 제 1 증압기 (6) 및 상기 제 2 증압기 (7) 각각은 상기 제 1 챔버 (18) 내의 제 1 압력면 (A1) 및 상기 제 2 챔버 (19) 내의 제 2 압력면 (A2) 을 갖는 왕복 플런저 (17) 를 더 포함하고,
    상기 제 2 압력면 (A2) 의 면적은 상기 제 1 압력면 (A1) 의 면적보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 회로 (1) 는 상기 내연 엔진의 가스 교환 밸브 (14) 를 작동시키는 유압식 회로인 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 회로 (1) 는 상기 내연 엔진의 윤활 오일 회로인 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 회로 (2) 는 상기 내연 엔진의 연료 주입기들 (15) 을 작동시키는 유압식 회로인, 내연 엔진용 유체 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 회로 (2) 는 연료를 가압하기 위한 수단 (16) 을 작동시키는 유압식 회로인 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증압기들 (6, 7) 은 상이한 증가비들을 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증압기들 (6, 7) 은 상기 증압기 (6, 7) 각각의 제 1 챔버 (18) 가 상기 제 1 유체 회로 (1) 와 유체 연통되고, 상기 증압기 (6, 7) 각각의 제 2 챔버 (19) 가 상기 제 2 유체 회로 (2) 와 유체 연통되도록 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 시스템은, 상기 제 1 증압기 (6) 의 제 1 챔버 (18) 가 상기 제 1 유체 회로 (1) 와 유체 연통되고, 상기 제 1 증압기 (6) 의 제 2 챔버 (19) 가 상기 제 2 증압기 (7) 의 제 1 챔버 (18) 와 유체 연통되고, 그리고 상기 제 2 증압기 (7) 의 제 2 챔버 (19) 가 상기 제 2 유체 회로 (2) 와 유체 연통되도록, 직렬로 또는 병렬로 상기 제 1 증압기 (6) 및 상기 제 2 증압기 (7) 를 선택적으로 연결하기 위한 수단 (9, 10, 11, 12) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 시스템은 상기 증압기들 (6, 7) 을 작동시키고 그리고 정지시키기 위한 전기적으로 제어가능한 수단 (9, 10, 11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 증압기들 (6, 7) 각각은 적어도 2 개의 상이한 증가비들을 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 엔진용 유체 시스템.
  11. 내연 엔진으로서,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 유체 시스템을 특징으로 하는, 내연 엔진.
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