KR101956974B1 - 내연기관, 그리고 내연기관의 작동 방법 - Google Patents

내연기관, 그리고 내연기관의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 실린더(11)와, 밸브(17)에 의해 차단될 수 있는 하나 이상의 압축 공기 저장 탱크(16)를 포함하는 내연기관(10)에 관한 것이며, 내연기관(10)의 가속을 위해 해당 또는 각각의 압축 공기 저장 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는, 내연기관의 가속을 촉진하기 위해, 해당 또는 각각의 밸브(17)를 개방하는 것을 통해 내연기관의 실린더들(11)의 방향으로 안내될 수 있다.

Description

내연기관, 그리고 내연기관의 작동 방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR OPERATING SAME}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는 내연기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 내연기관을 작동시키기 위한 방법에도 관한 것이다.
실제로 배기가스 터보차저를 포함하거나 포함하지 않은 내연기관들은 공지되었다. 과급형 내연기관들의 경우, 내연기관의 실린더들에서 배출된 배기가스는 하나 이상의 터빈 내에서 팽창되며, 이때 획득된 에너지는 내연기관의 실린더들로 공급될 과급 공기를 압축하기 위해 하나 이상의 압축기 내에서 이용된다.
내연기관을 시동할 때 엔진은 맨 먼저 가속되어야 한다. 이를 위해, 내연기관의 유형에 따라서 소정의 시간 간격이 필요하다. 이 경우, 바람직하게는 내연기관의 가속을 위해 필요한 시간은 최대한 짧다. 이는 특히 이른바 근해 선박(offshore ship)의 경우 최단 시간 이내에 선박의 조종성능(maneuverability)을 보장하기 위한 경우에 해당한다.
본 발명의 과제는, 종래 기술로부터 출발하여, 새로운 유형의 내연기관을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따르는 내연기관을 통해 해결된다. 본 발명에 따르는 내연기관은 밸브에 의해 차단될 수 있는 하나 이상의 압축 공기 저장 탱크를 포함하며, 내연기관의 가속을 위해 해당 또는 각각의 압축 공기 저장 탱크 내에 저장된 압축 공기가, 내연기관의 가속을 촉진하기 위해, 해당 또는 각각의 밸브를 개방하는 것을 통해 실린더들의 방향으로 안내될 수 있다.
본 발명에 따르는 내연기관에 의해, 내연기관의 가속을 위해 필요한 시간은 최소화될 수 있다.
배기가스 터보차저를 포함하지 않은 내연기관의 경우, 압축 공기는 내연기관의 실린더들로 이어지는 과급 공기 라인 내로, 그리고/또는 직접적으로는 내연기관의 실린더들 내로 유입될 수 있다.
배기가스 터보차저를 포함하는 내연기관의 경우에는, 압축 공기는, 추가로, 또는 그 대안으로, 과급 장치(supercharging device)의 압축기와 과급 장치의 과급 공기 냉각기 사이에서 연장되는 과급 공기 라인 내로, 그리고/또는 직접적으로는 과급 장치의 압축기 내로 유입될 수 있다.
내연기관을 작동시키기 위한 방법은 청구항 제8항에 정의되어 있다.
바람직하게는, 해당 또는 각각의 압축 공기 저장 탱크의 해당 또는 각각의 밸브를 개방하는 것과 동시에, 내연기관의 가속을 촉진하기 위해 내연기관으로 향하는 연료 공급이 증가된다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들과 하기의 기재내용에서 제시된다. 본 발명의 실시예들은, 이 실시예들로 제한되지 않으면서, 도면에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따르는 제1 내연기관을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 제2 내연기관을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 제3 내연기관을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 제4 내연기관을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 제5 내연기관을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 제6 내연기관을 도시한 개략도이다.
본 발명은 내연기관뿐만 아니라 내연기관을 작동시키기 위한 방법에도 관한 것이다.
도 1에는, 복수의 실린더(11)와 하나의 과급 장치(12)를 포함하는 본 발명에 따르는 내연기관(10)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 과급 장치(12)는 터빈(13)을 포함하며, 이 터빈 내에서는 내연기관(10)의 실린더들(11)에서 배출된 배기가스가 팽창된다. 터빈(13) 내에서 배기가스의 팽창 시 획득되는 에너지는, 실린더들(11)로 공급될 과급 공기를 압축기(14) 내에서 압축하기 위해, 과급 장치(12)의 압축기(14) 내에서 이용된다. 이 경우, 과급 장치(12)의 압축기(14)와 내연기관(10)의 실린더들(11) 사이에는, 내연기관(10)의 실린더들(11) 내로 압축된 과급 공기를 유입하기 전에 압축된 과급 공기를 냉각하기 위해, 과급 장치(12)의 과급 공기 냉각기(15)가 연결된다.
도 1의 내연기관(10)은 밸브(17)가 할당되어 있는 압력 탱크(16)를 포함하며, 밸브(17)가 폐쇄되면, 압력 탱크(16) 내에 준비된 압축 공기는 압력 탱크(16)로부터 누출될 수 없다. 이와 반대로, 밸브(17)가 개방되면, 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는 압력 탱크에서 누출될 수 있다.
본 발명의 의미에서, 내연기관(10)의 가속을 위해, 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는, 내연기관(10)의 가속을 촉진하기 위해, 밸브(17)를 개방하는 것을 통해 내연기관(10)의 실린더들(11)의 방향으로 안내될 수 있다. 이 경우, 도 1의 실시예에서 과급 장치(12)의 압축기(14) 내로 직접적으로 압축 공기를 유입하는 점이 제공된다.
압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)를 개방하는 것과 동시에, 내연기관의 가속을 촉진하기 위해 내연기관(10)으로 향하는 연료 공급은 증가된다.
압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)의 개방과 그에 따른 내연기관(10)의 실린더들(11)의 방향으로 압축 공기의 안내뿐만 아니라, 내연기관(10)으로 향하는 연료 공급의 증가는 바람직하게는 직접적으로 내연기관(10)의 스타터 장치의 구동과 함께, 또는 그 구동 직후에 수행된다.
도 2에는, 본 발명에 따르는 내연기관(10)의 대체되는 구현예가 도시되어 있으며, 이 구현예의 경우 내연기관(10)의 가속의 촉진을 위해, 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는 밸브(17)를 개방하는 것을 통해 과급 장치(12)의 압축기(14)와 그 과급 공기 냉각기(15) 사이에서 연장되는 과급 공기 라인(18) 내로 유입될 수 있다. 압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)를 개방하는 것과 동시에, 내연기관(10)의 가속을 촉진하기 위해 내연기관(10)으로 향하는 연료 공급은 증가된다.
도 3에는, 본 발명에 따르는 내연기관(10)의 추가 변형예가 도시되어 있으며, 이 변형예의 경우 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는 밸브(17)가 개방된 상태에서 내연기관(10)의 가속의 촉진을 위해 한편으로 과급 공기 냉각기(15)와 내연기관의 실린더들(11) 사이에서 연장되는 과급 공기 라인(19) 내로 유입될 뿐만 아니라, 다른 한편으로는 간접적으로 내연기관(10)의 실린더들(11) 내로도 유입될 수 있다. 또한, 그 대안으로, 간접적으로만 실린더들(11) 내로, 또는 과급 공기 라인(19) 내로 압축 공기를 유입시킬 수도 있다. 압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)를 개방하는 것과 동시에, 내연기관(10)의 가속을 촉진하기 위해 내연기관(10)으로 향하는 연료 공급은 증가된다.
도 4에는, 본 발명의 한 변형예가 도시되어 있으며, 이 변형예의 경우 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는 밸브(17)가 개방된 상태에서, 내연기관의 가속을 촉진하기 위해, 한편으로 직접적으로 과급 장치(12)의 압축기 내로, 그리고 다른 한편으로는 과급 공기 냉각기(15)와 실린더들(11) 사이에서 연장되는 과급 공기 라인(19) 내로 유입될 수 있다. 또한, 그 대안으로, 간접적으로만 압축기(14) 내로, 또는 과급 공기 라인(19) 내로 압축 공기를 유입시킬 수도 있다. 압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)를 개방하는 것과 동시에, 내연기관(10)의 가속을 촉진하기 위해 내연기관(10)으로 향하는 연료 공급은 증가된다.
도 5에는, 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기가 밸브(17)가 개방된 상태에서 4개의 경로를 경유하여 실린더들(11)의 방향으로, 요컨대 직접적으로 과급 장치(12)의 압축기(14) 내로, 과급 공기 라인들(18 및 19) 내로, 그리고 직접적으로 내연기관(10)의 실린더들(11) 내로 안내될 수 있는, 변형예가 도시되어 있다. 이런 관점에서 주지할 사항은, 압축 공기를 위한 상기 공급 지점들의 임의의 조합들도 이용될 수 있다는 점이다. 따라서, 결과적으로 내연기관(10)의 가속의 촉진을 위해 내연기관(10)의 실린더들(11)의 방향으로 압축 공기를 안내하기 위해, 도 5에 도시된 총 4개의 공급 지점들 중 하나의 공급 지점에서, 또는 임의의 2개의 공급 지점에서, 또는 임의의 3개의 공급 지점에서, 또는 4개의 공급 지점 모두에서 과급 공기 내로 압력 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기를 유도하거나 유입시킬 수 있다. 압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)를 개방하는 것과 동시에, 내연기관(10)으로 향하는 연료 공급은 증가된다.
도 1 내지 도 5의 내연기관들은 각각 자신의 과급 장치(12)가 터빈(13) 및 압축기(14)를 구비한 단일의 배기가스 터보차저를 포함하는 과급형 내연기관이다. 또한, 그와 달리, 과급 장치(12)는 다단형으로 형성될 수도 있으며, 다시 말하면 복수의 배기가스 터보차저와 그에 따른 복수의 터빈 및 복수의 압축기를 포함할 수도 있다.
동일한 방식으로, 도 6에 따르는 본 발명은 비과급형 내연기관(10)에서도 적용될 수 있으며, 상기 비과급형 내연기관(10)의 경우 내연기관의 가속의 촉진을 위해 압력 탱크(16) 내에 준비된 압축 공기는 밸브(17)가 개방된 상태에서 내연기관(10)의 실린더들(11)의 방향으로 안내되며, 요컨대 도 6에 따라서는 실린더들(11)로 이어지는 과급 공기 라인(20) 내로, 그리고/또는 직접적으로는 실린더들(11) 내로 안내된다.
또한, 도시한 실시예들과 달리, 하나 이상의 압력 탱크(16)도 제공될 수 있다. 따라서 압축 공기를 위한 각각의 공급 지점에 별도의 밸브(17)를 포함하는 별도의 압력 탱크(16)를 할당할 수 있다. 또한, 복수의 압력 탱크(16)에 하나의 공통 밸브(17)를 할당할 수도 있다.
그에 따라, 복수의 실린더(11)를 포함하는 내연기관(10)의 가속의 촉진을 위해, 하나 이상의 압축 공기 저장 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는 내연기관(10)의 실린더들(11)의 방향으로 안내된다. 압축 공기 저장 탱크(16)의 밸브(17)를 개방하는 것과 동시에, 바람직하게는 내연기관(10)의 실린더들(11)로 향하는 연료 공급이 증가된다.
내연기관(10)의 가속을 촉진하기 위해 내연기관의 실린더들(11)의 방향으로 안내되는 압축 공기의 압력 레벨은 특히 5bar와 30bar 사이이다.
10: 내연기관
11: 실린더
12: 과급 장치
13: 터빈
14: 압축기
15: 과급 공기 냉각기
16: 압축 공기 저장 탱크
17: 밸브
18: 과급 공기 라인
19: 과급 공기 라인
20: 과급 공기 라인

Claims (9)

  1. 복수의 실린더(11)를 포함하는 내연기관에 있어서,
    밸브(17)에 의해 차단될 수 있는 하나 이상의 압축 공기 저장 탱크(16)가 제공되며, 내연기관의 가속을 위해 해당 또는 각각의 압축 공기 저장 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기는, 상기 내연기관의 가속을 촉진하기 위해, 해당 또는 각각의 밸브(17)를 개방하는 것을 통해 상기 내연기관의 실린더들(11)의 방향으로 안내될 수 있고,
    상기 압축 공기의 안내는 상기 내연기관의 스타터 장치의 구동과 함께 수행되고,
    해당 또는 각각의 밸브(17)의 개방과 동시에 상기 내연기관으로 향하는 연료 공급이 증가되며,
    상기 내연기관은 적어도 단단형인 과급 장치(12)를 포함하고, 상기 과급 장치(12)는 상기 실린더들(11)에서 배출되는 배기가스를 팽창시키기 위한 하나 이상의 터빈(13)과, 상기 실린더들(11)로부터 공급될 과급 공기를 압축하기 위한 하나 이상의 압축기(14)를 포함하고,
    상기 압축 공기는 상기 내연기관의 스타터 장치의 구동과 동시에 직접적으로 상기 과급 장치(12)의 압축기(14) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축 공기는 직접적으로 상기 실린더들(11) 내로도 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축 공기는 상기 실린더들(11)로 이어지는 과급 공기 라인(19, 20) 내로도 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 압축 공기는 상기 과급 장치(12)의 압축기(14)와 상기 과급 장치(12)의 과급 공기 냉각기(15) 사이에서 연장되는 과급 공기 라인(18) 내로도 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제1항에 있어서, 상기 내연기관은 선박용 디젤 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제1항에 따르는 복수의 실린더(12)를 포함한 내연기관(10)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 내연기관의 가속을 위해 해당 또는 각각의 압축 공기 저장 탱크(16) 내에 저장된 압축 공기를, 상기 내연기관(10)의 가속을 촉진하기 위해, 상기 내연기관(10)의 실린더들(12)의 방향으로 안내하고,
    상기 압축 공기의 안내는 상기 내연기관(10)의 스타터 장치의 구동과 함께 수행되며,
    해당 또는 각각의 밸브(17)의 개방과 동시에 상기 내연기관으로 향하는 연료 공급을 증가시키고,
    상기 내연기관(10)은 적어도 단단형인 과급 장치(12)를 포함하고, 상기 과급 장치(12)는 상기 실린더들(11)에서 배출되는 배기가스를 팽창시키기 위한 하나 이상의 터빈(13)과, 상기 실린더들(11)로부터 공급될 과급 공기를 압축하기 위한 하나 이상의 압축기(14)를 포함하며,
    상기 압축 공기는 상기 내연기관(10)의 스타터 장치의 구동과 동시에 직접적으로 상기 과급 장치(12)의 압축기(14) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동 방법.
  9. 삭제
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