KR101834591B1

KR101834591B1 - 내연기관용 가열 시스템

Info

Publication number: KR101834591B1
Application number: KR1020137008745A
Authority: KR
Inventors: 폴커 아브라함; 홀거 야콥스
Original assignee: 캐터필라 모토렌 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2018-03-05
Also published as: EP2426344A1; WO2012031713A1; CN103097709B; CN103097709A; KR20130103740A; EP2426344B1

Abstract

본 발명은 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 내연기관은 특정 유형의 연료가 하나 이상의 연소실로 분사되는 동작모드와 하나 이상의 연소실에서 아무런 연료도 연소되지 않는 대기모드로 작동되도록 설계될 수 있다. 가동 방법은, 내연기관의 대기모드 동안, 가열된 연료를 순환시키는 단계와 내연기관의 대기모드 동안, 윤활유를 순환하는 단계(35,40,50,60)로 구성될 수 있다. 열 에너지는 열교환기(25) 안에서, 하나 이상의 인젝터(injector)(15)의 상류(upstream)에서, 순환하는 가열된 연료(20,30)로부터 순환하는 윤활유(35,40,50,60)로 전달될 수 있다. 그렇게 함으로써, 내연기관의 대기모드 동안 윤활유(35,40,50,60)가 가열될 수 있다. 순환하는 가열된 윤활유(35,40,50,60)는, 내연기관의 대기모드 동안 열을 가하려는 목적으로 하나 이상의 인젝터(15)에 공급될 수 있다.

Description

내연기관용 가열 시스템{Heating system for an internal combustion engine}

본 발명은 일반적으로, 중유와 같은 특정 유형의 연료를 연소시키도록 구성되는 내연기관에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 연료가 연소되는 동작모드(operating mode)와 연료가 연소되지 않는 대기모드(standby mode)로 작동되도록 구성된 내연기관에 관한 것으로, 대기모드에서 동작모드로의 전환은 앞선 연료(예컨대, 중유) 이외의 다른 연료를 연소시키지 않고 수행될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 본 명세서에서 언급된 형태의 내연기관에서 사용되거나 이러한 내연기관과 함께 사용될 가열 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 명세서에서 언급된 형태의 내연기관을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.

커먼레일엔진(common rail engine), 특히 중속(medium-speed) 커먼레일엔진과 같은 내연기관은 상대적으로 높은 점성을 가진 특정 유형의 연료로 가동되도록 설정될 수 있다. 도 4에 예시적으로 도시된 것과 같이, 이러한 연료의 유형에는 예를 들면, 디젤유(DO), 선박용 디젤유(MDO), 특히 중유(HFO)가 포함된다. 이러한 연료가 연소를 위해 엔진에 공급될 때, 연료들의 점성은 2.5cSt에서 16cSt로 다양할 수 있다.

일반적으로 "내연기관" 이라는 용어는 크루즈 여객선, 화물선, 컨테이너선, 유조선과 같은 배/선박이나, 열과 전기 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 생산하기 위한 발전소에서의 주 또는 보조 엔진으로 사용될 수 있는 내연기관을 지칭한다. 특히, "중형"과 "대형" 내연기관으로도 알려진 이들 엔진들은, 디젤과 선박용 디젤유(MDO), 그리고 중유(HFO)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 연료를 사용하도록 설정될 수 있다.

중유는 "아스팔텐(asphaltenes)"을 포함하고 있을 수 있다. 아스팔텐은 수지, 방향족 탄화 수소 및 알칸(즉, 포화 탄화수소)과 함께 원유 내에서 발견되는 분자 물질로 정의될 수 있다. 아스팔텐은 주로 탄소, 수소, 질소, 산소와 황 그리고 상당량의 바나듐과 니켈로 이루어질 수 있다. 중유는 중간 API 그래픽유(graphic oil)나 경질 원유보다 훨씬 높은 비율의 아스팔텐을 포함 할 수 있다. 예를 들어, ISO 8217 연료 표준(Fuel Standard)은 "선박용 증류유(marine distillate fuels)" 또는 "선박용 잔류유(marine residual fuels)"라고도 불리는 "중유"의 다양한 파라미터에 대해 기술하고 있다.

사용되는 연료 인젝터는 특히 HFO와 같이 높은 점성을 가진 유형의 연료를 분사하는 경우에, 분사되는 연료에 의해 오염될 수 있다. 이러한 문제는 내연기관이 상술한 대기모드에 놓여있는 경우 훨씬 악화될 수 있다.

JP 2005146964 A호는 액화된 가스연료를 공급 파이프로부터 디젤엔진의 연료분사노즐에 연결된 분사파이프로 공급하는 펌프가 포함된 구성을 개시하고 있다. 여기서, 냉매 경로(cooling-medium path)가 분사 파이프를 냉각시킨다.

US 7,383,794호는 윤활유나 모터오일(motor oil)이 흐를 수 있는 윤활유 라인 또는 모터오일 라인과 연결되어 있는 채널을 가진 분사 노즐을 나타내고 있다. 이러한 채널들은 노즐 니들(nozzle needle) 영역에 배치되어 있다. 윤활유나 모터오일이 흐를 수 있는 윤활유 라인 또는 모터오일 라인과 연결되어 있는 채널은, 또한, 제어 밸브 영역 및/또는 제어 밸브를 작동시키는 전자석 영역에 배치되어 있다. 밸브 시트(valve seat)와 함께 작동하는 밸브 니들은, 모터오일과 같은 윤활유를 흐르도록 하는 분지라인(branch line)을 가지고 있다.

US 3,945,353 A호는 수냉식 열 파이프(heat pipe)를 구비하는 2상 연료 분사 노즐 냉각 시스템을 개시하고 있다. 노즐 끝 단으로부터, 열 흡수원(heat sink) 역할을 하는 순환하는 작동액(hydraulic fluid)으로 열을 전달하기 위해, 열 파이프는 허용된 노즐 작동 온도보다 높은 구간에 상응하는 끓는점을 가진 밀봉된 냉매를 포함한다.

JP 2007303404 A호는 발전소에서 주 엔진으로 사용되는, 크로스헤드 방식의 대용량 2사이클 멀티 실린더를 개시하고 있다. 이 엔진은 연료순환을 위해, 제어 밸브를 경유하여 중간 압력 파이프와 분사 파이프를 연결하는 밸브를 가지고 있다. 연료 분사가 시작되는 동안 분사 파이프를 커먼레일에 연결하는 제어 밸브는, 커먼레일로부터 분사 밸브로의 중유의 흐름을 조절한다. 연료 밸브는 제어 밸브와 연결된 유입구(intake)와 저압 파이프와 연결된 출구(output opening)를 구비하고 있다. 분사 파이프는 연료가 분사되는 동안 중간 압력 파이프와 연결된다. 엔진이 동작하지 않을 때는 하나의 밸브가 연료순환을 위한 제어 밸브를 통해서 이 파이프들을 연결한다.

KR 2008/068500 A호는 연료저감장치에서의 연료 필터 유닛(fuel filter unit)을 보여준다. 이 필터 유닛은 연결 튜브(link tube)를 통해 이 방향 밸브(two-way valve)와 연결된 연료 주입부(fuel injection port)를 포함하고 있다. 이 연료 주입부는 연료를 가열장치로 유도하기 위해 제공된다. 이 밸브는 연료 주입부를 통해 필터로 분사되도록 선택적으로 연료를 공급한다. 연료 주입부는 연결 튜브를 통해 밸브와 연결되어 있다.

CN 201351555 Y호는, 냉각기의 입력구(feeding hole)에 연결된 자동 온도 조절기와, 동력구동장치에 연동되는 가압 오일 펌프(pressure oil pump)를 가진, 디젤 엔진용 오일 분사 냉각 유닛을 개시하고 있다. 이 오일 펌프는 동력 구동 장치에 의해 구동된다. 냉각 유닛은, 즉 관다발과 같은 냉각기를 포함하고 있고, 이 냉각기는 전방 평행 연결 축과 후방 평행 연결 축인 두 연결점을 형성하기 위해 오일 공급 파이프에 연결되어 있다. 자동 온도 조절기는 전방 평행 연결 축에 제공되고, 냉각기의 입력구에 연결된다. 가압 오일 펌프는 후방 평행 연결 축에 제공되고, 오일 공급 파이프에 연결된다. 가압 오일 펌프는 동력 구동 장치에 연결되고, 동력 구동 장치에 의해 구동된다.

US 4,432,329 A호는 추운 환경에서 쉽게 엔진을 시동하고, 이러한 환경에서 디젤유의 결정화(crystallization)를 방지하는 장치를 개시하고 있다. 이 장치는, 미리 결정된 최소값에 도달하면, 엔진 냉각수와 같은 열 수송 유체로 연료를 가열하는 열교환기로 이루어져 있다. 고온 연료의 예비 저장소가 열교환기에 연결된다. 이 고온 연료의 예비 저장소는 분사 펌프와 연결된다.

GB 1,121,013 A호는 일반적으로 높은 점성의 연료로 작동하는 내연기관에서의 연료 분사에 관한 것이다. 이 문헌은, 상대적으로 높은 점성의 연료를 공급원으로부터 받아들이고 또 이 연료를 엔진에 분사하도록 배치된 분사 밸브를 포함하는 장치를 개시하고 있다. 압력 밀폐형 폐회로는, 가열되거나 냉각된 유체를 분사 밸브에 선택적으로 공급함으로써 분사 밸브의 온도를 조절하고, 그에 의해 분사되는 연료를 가열하거나 냉각시킨다. 이러한 회로는 유체를 순환시키기 위한 펌프, 가열 장치, 냉각 장치 그리고 제어 밸브를 포함한다. 제어 밸브는 가열장치와 냉각장치를 흐르는 유체의 양을 조절함으로써, 분사 밸브를 통해 순환하는 유체의 온도를 조절할 수 있다. 분사 밸브와 연료 공급라인에 위치한 온도 감응 구성요소에 의해 기록된 온도에 대응하여 제어 밸브를 조종하기 위한 수단들이 제공된다. 물이 순환하여 인젝터를 가열하고 냉각시킨다.

EP 0 304 742 A1호는 디젤 엔진용 제어된 인젝터를 갖춘 연료 분사 시스템을 개시하고 있다. 시스템이 연료의 온도를 조절하기 위해 제공된다.

US 3,354,872 A호는 오직 동작모드 동안만 열교환기 내에서 중유를 가열하는 물 순환을 구성하는 내연기관용 연료 공급시스템을 개시하고 있다. 클린 디젤(clean diesel)이 내연기관을 시동하기 위해 사용된다.

WO 2006/021014 A1호는 내연기관의 연소실로 연료를 분사하는 분사노즐과 관련되어 있다. 분사 노즐에는 윤활유와 모터오일 라인에 연결된 채널이 제공된다. 윤활유는 노즐을 냉각시키기 위해 사용된다.

여기서 언급된 유형의 내연기관에 있어, 특히 상대적으로 높은 점성을 가진 연료들의 발생 가능한 부정적인 효과를 해결할 필요가 있다.

본 발명은 종래 시스템의 하나 이상의 측면을 적어도 부분적으로 극복 또는 개선하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 의하면, 하나의 내연기관이 제공되고, 이 내연기관은, 예를 들면 상술된 중유와 같이 특정 유형의 연료를 연소시키는 동작모드와 아무런 연료를 연소시키지 않는 대기모드로 작동 되도록 설정된다. 대기모드에서 동작모드로의 전환은 오직 그 특정된 연료를 연소시킴으로써 이루어질 수 있다. 내연기관은 동작모드에서 연계된 연소실로 특정된 연료를 분사하도록 설정된 하나 이상의 인젝터로 구성될 수 있다. 하나 이상의 인젝터는 그 안에서 하나 이상의 인젝터를 가열하기 위한 윤활유가 순환될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 내연기관은 여기서 언급되는 유형의 가열 시스템으로 구성될 수 있다. 가열 시스템은 윤활유 공급시스템과 연료 공급시스템으로 구성될 수 있다. 윤활유 공급시스템은, "루브 오일(lube oil)"로도 불리는 윤활유가, 하나 이상의 인젝터를 가열할 목적으로, 하나 이상의 인젝터를 통해 순환되도록 설정할 수 있다. 연료 공급시스템은 대기모드에서, 적어도 내연기관 일부분에서 미리 설정된 온도를 유지하기 위해 가열된 연료를 순환시키도록 설정될 수 있다. 동작모드에서, 연료 공급시스템은, 연소실로 연료를 분사할 수 있도록, 하나 이상의 인젝터에 연료를 공급하도록 설정될 수 있다. 열교환기가 제공될 수 있다. 열교환기는 윤활유 공급시스템과 연료 공급시스템에 연결될 수 있다. 그렇게 함으로써, 대기모드에서, 열에너지가 연료 공급시스템을 순환하는 가열된 연료로부터 윤활유 공급시스템을 순환하는 윤활유로 전달되고, 윤활유는 하나 이상의 인젝터 상류에서 적절한 온도로 가열될 수 있다. 이러한 열에너지 전달은 특히 미리 설정된 온도에서 윤활유를 가열하는 데 이용될 수 있고, 또한, 대기모드에서 가열된 윤활유로 하나 이상의 연료 인젝터를 가열하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 내연기관을 작동시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 내연기관의 대기모드에서, 가열된 연료를 순환시키는 단계로 구성될 수 있다. 대기모드에서 연소실에서 연소되는 연료는 없다. 또한, 내연기관의 대기모드에서는 윤활유가 순환할 수 있다. 더욱이, 내연기관의 대기모드에서, 그렇게 함으로써 윤활유를 가열시키는, 순환하는 가열된 연료로부터 순환하는 윤활유로의 열 에너지 전달이, 하나 이상의 인젝터의 상류에서 이루어 질 수 있다. 내연기관의 대기모드에서, 순환하고 있는 가열된 윤활유는, 연계된 연소실 안으로 연료를 분사하도록 구성된 하나 이상의 연료 인젝터에 공급될 수 있다.

본 발명의 다른 특징과 실시예는 첨부된 도면과 이어지는 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 내연기관용 가열 시스템의 예시적 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가열 시스템과 내연기관 일부의 예시적 실시예의 또 다른 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 내연기관에서 사용될 수 있는 연료 인젝터의 예시적 실시예이다.
도 4는 넓은 범위의 연료 점성에서의 엔진 동작의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 내연기관(일부만 도시됨)은 하나 이상의 인젝터(15)를 포함할 수 있다. 각 인젝터(15)는 내연기관의 연소실과 연계되어 질 수 있다. 다시 말하면, 내연기관의 각 연소실에는 하나 이상의 인젝터(15)가 장착될 수 있다. 인젝터(15)는 연계된 연소실 안으로 연료를 분사하도록 구성될 수 있다. 인젝터(15)는 도 3과 같이 구성될 수 있고, 상세한 내용은 후술 될 것이다. 각 인젝터(15)는 분지라인(55)과 연결될 수 있으며, 분지라인(55)은 또한 가열된 윤활유용 공동 공급라인(50)과 연결될 수 있다. 또한 각 인젝터(15)는 윤활유 배출라인(60)과 연결 될 수 있다.

가열된 윤활유용 공동 공급라인(50)은 주 윤활유 공급라인(70)과 부 윤활유 공급라인(40) 중 어느 하나에 또는 양쪽 모두에 연결될 수 있다. 체크 밸브(45) 또는, 부 윤활유 공급라인(40)으로부터 윤활유용 공동 공급라인(50)으로의 윤활유 공급을 조절할 수 있다고 해당 기술분야에 알려진 다른 어떠한 조절 수단이 제공될 수 있다. 또 다른 체크 밸브(65)가 주 윤활유 공급라인(70)과 윤활유용 공동 공급라인(50) 사이에 연결될 수 있다.

열교환기(25)가 도 1에 나타난 구조로, 예를 들면 내연기관에서 가열 시스템(10)이 제공된 구조로 제공될 수 있다. 열교환기(25)는 차가운 윤활유용 윤활유 입구(35), 예를 들면 중유(HFO)와 같이 특정 유형의 가열된 연료용 연료 입구(20)와 연결될 수 있다. 열교환기(25)는 또한, 연료 출구(30)와 부 윤활유 공급라인(40)과 연결될 수 있다. 윤활유 입구(35)를 경유하여 열교환기(25)로 흐르는 윤활유와 연료 입구(20)에서 열교환기로 흐르는 연료가 열교환기(25) 안에서, 윤활유 입구(35) 또는 연료 입구(20)를 통해 들어온 유체 중 어느 하나의 열 에너지의 적어도 일부분이 유체 사이에서 교환되도록 유도할 수 있게, 열교환기(25)가 설계될 수 있다. 이러한 열 에너지 전달은, HFO 입구(20)를 통해 열교환기(25)로 들어오는 연료가 들어올 때의 온도보다 낮은 온도로 출구(30)를 통해 열교환기(25)를 빠져나가고, 윤활유 입구(35)를 통해 열교환기(25)로 들어온 윤활유가 열교환기(25) 입구의 윤활유 온도보다 높은 온도로 출구 또는 부 윤활유 공급라인(40)을 통해 열교환기(25)를 빠져나가는 결과를 야기할 수 있다.

열교환기(25)는, 특히 관다발(tube bundle) 열교환기, 원통 다관식(shell and tube) 열교환기, 판형(plate) 열교환기, 평판-핀(plate fin) 열교환기 등 해당 기술분야에 알려진 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.

앞서 서술된 가열 시스템(10)을 갖춘 내연기관 일부분의 또 다른 개략도가 도 2에 도시되어 있다. 도 1에서 사용된 도면 부호와 동일한 도 2에서의 도면부호는 동일한 구성이나 요소를 지시한다. 그에 따라, 도 2에 있는 구성 또는 요소에, 도 1과 관련하여 이미 서술된 도면 부호가 붙여진 경우에는 그에 대해서는 대응하는 설명이 적용된다.

도 2는 윤활유(220)용 오일 팬(pan) 또는 저장소(215)를 도시한다. 저장소(215)는 윤활유(220)용 사전 윤활 펌프(pre-lubricating pump)(240)를 포함할 수 있다. 사전 윤활 펌프(240)는 윤활유 입구(35)를 통해 열교환기(25)에 연결 될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 윤활유용 파이프 코일(pipe coil)(210)이 열교환기(25) 내부에 위치할 수 있다. 윤활유(220)용 파이프 코일(210)은 제 1측에서 윤활유 입구(35)와 연결될 수 있고, 파이프 코일(210)의 제 2측에서 부 윤활유 공급라인(40)과 연결될 수 있다. 이 파이프 코일(210)은 열교환기(25) 안에 형성된 챔버(235) 안에 제공될 수 있다.

열교환기(25) 자체도 연료 필터(23)의 하우징(24) 안에 배치될 수 있다. 그러나 열교환기(25)는 가열 시스템(10)의 다른 위치에 배치될 수도 있다. 연료필터(23)의 일부로서, 또는 그 안에 배치되는 것은 시스템의 크기를 줄이는 이점을 제공한다.

도 2에 도시된 것처럼, 각 인젝터(15)의 윤활유 배출라인(60)은 저장소(215)까지 연장될 수 있는데, 그렇게 함으로써 인젝터(15)의 인젝터 몸체(151)(도 3 참조)를 떠나는 윤활유가 저장소(215)로 되돌아올 수 있도록 유도된다.

도 2에 도시된 열교환기(25)는 연료 입구(20)과 연료 출구(30)를 구비할 수 있다. 연료 출구(30)는 커먼레일(300)과 연결될 수 있는데, 이로부터 연료 분지라인(310)이 각 인젝터(15)로 연장된다.

예를 들면 동작모드에서 내연기관에 의해 기계적으로 구동되는 윤활유 펌프(250)가 제공될 수 있는데, 펌프는 입구 쪽에서 하나의 경로(255)를 경유하여 저장소(215)와 연결될 수 있고, 윤활유 펌프(250)의 출구 쪽에서 주 윤활유 공급라인(70)과 연결될 수 있다.

제어 유닛(260)은, 연료 주입라인(20)과 윤활유 주입라인(35)을 통해 열교환기(25) 내에서 흐르는 각 유체(즉 윤활유와 연료)의 유량을 조절하기 위하여 펌프(240)와 또 다른 펌프(270)에 연결될 수 있다.

펌프(270)와 연료 주입라인(20), 출구라인(30)은 연료 공급시스템(7)의 일부를 형성할 수 있다. 윤활유 공급시스템(6)은 두 개의 펌프(240,250) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두 및 이와 관련된 라인들(예를 들면 35, 40, 50)로 형성될 수 있다.

도 3은, 도 1 또는 도 2에 도시된 시스템에 사용될 수 있고 여기서 설명된 연료 인젝터(15)의 예시적인 실시예의 종 단면도를 도시한다.

여기 도시된 인젝터 몸체(151)에는 윤활유 채널들(152,153,154)이 제공될 수 있다. 채널들(152,153,154)은 예를 들면, 155 방향으로 흐르는 윤활유(220)를 통해 인젝터(15)의 적어도 일부분이 냉각되거나 가열될 수 있도록 설계될 수 있다. 도면에서 채널(152,154)은 일직선이지만, 다른 예시적인 실시예에서 이들 채널은 다르게 설계되거나 다른 형상(예컨대, 코일 모양)이 될 수 있다. 채널들(152,153,154)은 구불구불할 수도 있다. 여기에서 채널(153)은 움직일 수 있는(movable) 인젝터 니들(157)을 둘러싼 고리모양 채널로 도시됐지만, 채널(153) 부근에서 채널(153)을 흐르는 윤활유로부터 인젝터(15)의 일부분으로 열 전달을 제공하기 위한 어떠한 다른 적절한 형태로든 설계될 수 있다. 이는 채널(152)과 채널(154)에도 똑같이 적용된다.

이러한 연료 인젝터(15)의 예시적인 실시예에서는, 연계된 연소실(도시 안함) 안으로 연료가 분사될 수 있도록 하는 2 이상의 노즐 구멍(158)이 제공된다. 노즐 구멍(158)을 통해 분사되는 시점과 연료의 양은 움직일 수 있는 인젝터 니들(157)에 의해 제어될 수 있다.

인젝터 몸체(151)의 위쪽에 있는 채널(152)의 입구는 연계된 분지라인(55)과 연결 될 수 있다. 인젝터 몸체(151)의 위쪽에 있는 채널(156)의 출구는 연계된 배출라인(60)과 연결될 수 있다.

도 4는 다른 온도에서 서로 다른 유형의 연료들의 점도(viscosities)와 동적 점도(kinematic viscosities)가 나타난 그래프를 도시한다. 특히, 선박용 가스 오일(gas oil) 및 선박용 디젤유와 비교하여, 다른 온도에서 다양한 유형의 중유의 상이한 동적 점도와 상이한 점도가 도시되어 있다. 또한, 다른 온도에 대해서 예열 한계와 펌프 압송성(pumpability) 한계도 도시되어 있다.

선박용 디젤유는 50°C를 초과해서는 예열될 필요가 없다는 것이 명백하다. 그러나 다른 종류의 중유(IF 700)의 점도는 150°C 이상의 온도에서조차 MDO의 점도보다 훨씬 높다. 이런 이유로 만약 내연기관에 중유(예를 들면 여기서 언급된 유형 중 하나의 중유)가 공급되고 연소된다면, 그 중유는 예열되어야 한다. 왜냐하면, 그렇지 않은 경우 중유의 점도가 너무 높아서 HFO는 연료 공급라인과 그 구성요소(특히, 인젝터 내부)에서 흐르지 못할 수 있다. 이러한 문제는 특히, 내연기관에서 아무런 연료가 연소되지 않는 대기모드에서 발생할 수 있다. 그런 이유로 중유는 대기모드 동안에 예열되고 공급라인에서 순환되어야 한다는 것이 알려진 것일 수 있다.

그러나 대기모드 동안에, 특히 인젝터에 남아있는 중유는 고여있게 되고, 예를 들면 약 60°C의 온도로 냉각된다. 도 4에 나타난 것처럼, 이 온도에서 중유의 점도는 매우 높아서 내연기관을 재시동하는 것이 어려울 수 있다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 기본적인 사상은 순환하는 연료(예컨대, 중유)에 의해 가열된 윤활유를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 윤활유 자체가 가열되어 대기모드에서도 인젝터를 따뜻하게 유지시킬 수 있다.

산업상 이용가능성

이하에서는, 가열 시스템(10)을 포함하고 있는 연료 분사 시스템(10)의 기본적인 작동에 대해 설명한다.

내연기관의 동작모드에서, 예를 들면 도 4에서 언급된 유형의 중유와 같은 연료는, 커먼레일(300)과 분지라인(310)를 통해 각 인젝터(15)로 공급된다. 연료 인젝터(15)를 통해 적절한 양의 연료가, 제어된 시점에 연계된 연소실로 분사될 수 있다. 여기서 커먼레일(300)은 인젝터(15)를 통해 연료가 분사될 수 있는 충분한 압력을 가하기 위해 사용된다. 그러나 커먼레일 기술 외에도, 예를 들면 인젝터들에 연결된 독립된 고압 펌프를 포함하는 구성과 같은 다른 기술이 사용될 수도 있다.

내연기관의 동작모드에서, 윤활유(220)는 주 윤활유 공급라인(70)과 공동 공급라인(50) 그리고 분지라인(55)을 통해 각 인젝터(15)로 공급될 수 있다. 이 경우에 윤활유(220)는, 채널들(152,153,154)이 있는 인젝터 몸체(151) 내부에서 참조 부호 155에 의해 지시되는 방향으로 흐를 수 있고, 각 배출라인(60)을 통해 인젝터 몸체(151)를 빠져나갈 수 있다.

동작모드에서, 윤활유(220)는 각 인젝터(15)를 냉각시킬 수 있고, 윤활유(220)는 예를 들면 1500bar에서 2000bar 또는 심지어 더 높은 압력의 연료가 공급되는 각 인젝터(15)의 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다. 그에 따라 인젝터(15)의 온도는 동작모드에서 상승할 수 있고, 그 안에서 순환하는 윤활유(220)에 의해 낮아져야만 할 것이다.

내연기관이, 인젝터(15)에서 아예 없거나 더 적은 연료가 연소되는 대기모드로 전환된다면, 특히 중유와 같은 연료는, 시스템 내에서 어떠한 의도치 않은 응고도 방지하기 위한 적절한 온도 수준으로 전체 엔진을 유지하기 위해 순환될 수 있다. 그런 이유로, 특별히 가열 장치(도시 안함)가 대기모드에서 순환하는 연료를 가열하기 위해 제공 될 수 있다.

한편, 내연기관이 동작모드로 가동되고 있는 경우에는, 펌프(250)에 의해 공급되는 윤활유(220)의 높은 압력 때문에 체크 밸브(65)는 개방될 것이고, 라인(40) 내의 윤활유의 낮은 압력 때문에 체크 밸브(45)는 폐쇄될 것이다. 그렇게 되어 부 윤활유 공급라인(40) 내의 윤활유는 공동 공급라인(50)으로 들어오지 못한다. 또한 펌프(240)는 동작모드에서 꺼져 있을 수 있다.

대기모드에서, 본 발명에 따른 시스템은 다음과 같이 작동할 수 있다.

펌프(240)는 저장소(215)로부터 열교환기(25)안으로 윤활유(220)를 펌핑한다. 동시에 연료 공급시스템(7)에서 순환하는 가열된 연료가 열교환기(25)안으로 유도되고, 출구(30)를 통해 열교환기를 빠져나갈 수 있다. 가열된 연료는 도 2에서 파선으로 표시된 입구(20)로 되돌아 올 수 있다. 윤활유(220)가 열교환기(25)안에 배열된 파이프 코일(210) 속을 흐르고, 동시에, 가열된 연료가 챔버(235) 내의 열교환기(25)를 순환하기 때문에, 파이프 코일(210) 안의 윤활유의 온도는 증가하게 될 것이다. 이러한 온도 증가는 펌프(240)와 연료 공급 펌프(270)에 연결될 수 있는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다.

다른 방법으로, 펌프(240)와 펌프(270) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두의 펌핑 회전 속도가 조절될 수 있는데, 그렇게 하여 열교환기(25)를 빠져나가는 윤활유(220)에 대해 의도했던 온도에 도달할 수 있을 것이다.

또 다른 방법은 각 인젝터(15)로 들어가는 가열된 윤활유(220)의 유량을 기계적으로 제어하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 의하면, 공동 공급라인(50)으로 들어오는 가열된 윤활유(220)의 유량을, 예를 들면 구멍 판(aperture plate)을 통해, 기계적으로 조절할 수 있다. 구멍의 지름을 조절하는 방식으로 이 구멍 판은 조절될 수 있을 것이다.

가열된 윤활유는 부 윤활유 공급라인(40)을 통해 열교환기(25)를 빠져나갈 수 있고, 채널들(152,153,154)을 통해 각 인젝터 몸체(151)을 통과해 흐를 수 있다. 각 인젝터(15)를 빠져 나가는 윤활유는 배출라인(60)을 거쳐 저장소(215)로 되돌아 올 수 있다. 그리하여, 인젝터(15)의 온도는 미리 지정된 온도 수준보다 높게 유지될 수 있고, 그렇게 함으로써, 제시된 시스템에서, 특히 인젝터(15) 내부에서 연료 또는 기타 잔류물의 응고가 방지되거나 적어도 줄어들 수 있다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예가 여기서 기술되긴 하였으나, 청구 범위의 범주로부터 벗어남 없이, 수정 또는 개선이 가해질 수 있다

Claims

특정 유형의 연료가 연소되는 동작모드와 아무런 연료가 연소되지 않는 대기모드로 작동되도록 구성되고, 대기모드로부터 동작모드로의 전환은 오직 상기 연료를 연소시킴으로써 이루어지는 내연기관이며,
동작모드에서 연계된 연소실로 중유를 분사하도록 구성된 하나 이상의 인젝터(15)로서, 상기 하나 이상의 인젝터(15)를 냉각시키거나 가열하기 위해 윤활유(220)가 내부에서 순환할 수 있도록 구성되는 상기 하나 이상의 인젝터(15)와,
동작모드에서 상기 하나 이상의 인젝터(15)를 냉각시키고, 대기모드에서 상기 하나 이상의 인젝터(15)를 가열하기 위해, 상기 하나 이상의 인젝터(15)를 통해 윤활유(220)를 순환시키도록 구성되는 윤활유 공급시스템(6)과,
연계된 연소실 안으로의 분사를 위해, 상기 하나 이상의 인젝터(15)에 상기 연료를 공급하고 상기 연료를 순환시키도록 구성되는 연료 공급시스템(7)과,
윤활유 공급시스템(6)과 연료 공급시스템(5)에 연결되어 있고, 상기 하나 이상의 인젝터(15)의 상류에 배치되어, 대기모드에서 연료 공급시스템(7)을 순환하는 가열된 연료로부터 윤활유 공급시스템(6)을 순환하는 윤활유(220)로 열 에너지가 전달되고 윤활유(220)가 소정의 온도로 가열되도록 구성되는 열교환기(25)를 포함하는
내연기관.
제1항에 있어서,
윤활유 공급시스템(6)을 순환하는 윤활유(220)가 대기모드에서 소정의 온도로 가열되도록 윤활유 공급시스템(6)과 연료 공급시스템(7)을 제어하게 구성되는 제어 유닛(260)을 더 포함하는
내연기관.
제2항에 있어서,
윤활유 공급시스템(6)은 윤활유 펌프(240)를 포함하고,
연료 공급시스템(7)은 연료 펌프(270)를 포함하며,
소정량의 윤활유(220)와 연료가 각각의 유체 공급시스템(6,7)에서 순환되도록 윤활유 펌프(240)와 연료 펌프(270)가 제어 유닛(260)에 의해 제어되는
내연기관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
열교환기(25)를 수용하도록 구성되는 필터 하우징(24)을 포함하는 연료 필터(23)를 더 포함하는
내연기관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터(15)는 윤활유 공급시스템(6)과 유체적으로 연결된 하나 이상의 윤활유 채널(152,153,154)을 가진 인젝터 몸체(151)를 포함하고,
상기 인젝터 몸체(151)는 동작모드에서 하나 이상의 윤활유 채널(152,153,154)에서 순환하는 윤활유(220)에 의해 냉각되고, 대기모드에서 하나 이상의 윤활유 채널(152,153,154)에서 순환하는 가열된 윤활유(220)에 의해 가열되는
내연기관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터(15)가 연결되는 커먼레일(300)을 더 포함하는
내연기관.
특정 유형 연료가 하나 이상의 연소실로 분사되는 동작모드와 하나 이상의 연소실에서 아무런 연료가 연소되지 않는 대기모드로 작동되도록 구성되는 내연기관을 작동하는 방법이며,
내연기관의 대기모드에서 가열된 연료를 순환시키는 단계와,
내연기관의 대기모드에서 윤활유(220)를 순환시키는 단계와,
내연기관의 대기모드에서 윤활유(220)를 가열하도록, 하나 이상의 인젝터(15)의 상류에서 상기 순환하는 가열된 연료로부터 상기 순환하는 윤활유로의 열 에너지 전달을 수행하는 단계와,
내연기관의 대기모드에서 상기 순환하는 가열된 윤활유(220)를 하나 이상의 인젝터(15)에 공급하는 단계로 이루어진
내연기관을 작동하는 방법.
제7항에 있어서,
대기모드에서 동작모드로 전환하는 단계와,
동작모드로 전환하는 동안 하나 이상의 인젝터(15)에 오직 상기 연료만 공급하는 단계를 더 포함하는
내연기관을 작동하는 방법.
제7항 또는 8항에 있어서,
동작모드에서 내연기관을 작동시키는 단계와,
동작모드에서 대기모드로 전환하는 단계를 더 포함하는
내연기관을 작동하는 방법.
제8항에 있어서,
하나 이상의 인젝터(15)가 냉각되도록 동작모드에서 윤활유(220)를 순환시키는 단계를 더 포함하는
내연기관을 작동하는 방법.
제7항 또는 8항에 있어서,
상기 연료로부터 상기 윤활유(220)로의 열 에너지 전달을 수행하는 단계는 연료 필터(23)의 하우징(24) 안에서 이루어지는
내연기관을 작동하는 방법.
제7항 또는 8항에 있어서,
상기 연료로부터 상기 윤활유(220)로의 열 에너지 전달을 수행하는 단계는 하나 이상의 인젝터(15)의 상류에 배치된 열교환기(25) 안에서 이루어지는
내연기관을 작동하는 방법.
제7항 또는 8항에 있어서,
상기 연료는 중유인
내연기관을 작동하는 방법.
제7항 또는 8항에 있어서,
대기모드에서 윤활유 공급시스템(6)을 순환하는 윤활유(220)가 소정의 온도로 가열되도록, 가열된 연료를 순환시키는 단계와 윤활유(220)를 순환시키는 단계를 제어하는 단계를 더 포함하는
내연기관을 작동하는 방법.