KR102330222B1

KR102330222B1 - 기체 연료 모드를 갖춘 대형 2행정 단류 소기식 엔진

Info

Publication number: KR102330222B1
Application number: KR1020200079053A
Authority: KR
Inventors: 키엠트루프 닐스
Original assignee: 만 에너지 솔루션즈, 필리알 아프 만 에너지 솔루션즈 에스이, 티스크란드
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-11-23
Also published as: CN112177762A; CN112177762B; KR20210005519A; JP7013529B2; JP2021011870A

Abstract

실린더 라이너(1), BDC와 TDC 사이에서 왕복 운동하는 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 전체 연소실 그룹을 갖춘 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관에서, 전체 연소실 그룹에는 제1 소그룹 연소실과 제2 소그룹 연소실을 포함하며, 내연기관은 적어도 하나의 작동 모드에서 기체 연료를 주 연료로 작동하도록 구성되고, 제1 소그룹 연소실의 실린더(1)에는 BDC로부터 TDC로 관련 피스톤(10)의 행정 중에 가압된 기체 연료를 관련 연소실에 유입하기 위한 연료 유입 밸브(30)와 관련 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 관련 연소실 내로 고압 가스 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(50)가 둘 다 제공되고, 제2 소그룹 연소실의 실린더에는 BDC로부터 TDC로 관련 피스톤(10)의 행정 중에 가압된 기체 연료를 관련 연소실에 유입하기 위한 연료 유입 밸브(30) 또는 관련 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 관련 연소실 내로 고압 기체 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(50) 중 하나가 제공된다.

Description

기체 연료 모드를 갖춘 대형 2행정 단류 소기식 엔진{LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED ENGINE WITH A GASEOUS FUEL MODE}

본 발명은 기체 연료 모드를 갖춘 대형 2행정 내연기관, 특히 기체 연료 모드를 갖춘 크로스헤드를 포함하는 대형 2행정 단류 소기식 내연기관에 관한 것이다.

크로스헤드를 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관은 대형 해양 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용되고 있다. 상기 2행정 디젤 엔진은 크기가 엄청나게 크기 때문에 다른 내연기관과는 다르게 구성된다.

이러한 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관은 예컨대, 선박용 디젤유 또는 중유 대신에 예컨대, 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 기체 연료를 점점 더 연료로 사용하고 있다. 기체 연료로의 이러한 변화는 주로 배기가스를 줄이고 더 친환경적인 원동기를 제공하려는 요구에 의해 주도되고 있다.

기체 연료의 발전으로 기체 연료를 주 연료로 사용하는 두 가지 서로 다른 유형의 대형 2행정 터보 차징 내연기관이 개발되었다.

제1 유형의 엔진은 기체 연료가 상사점(TDC) 주위에서 고압으로 분사되고 압축에 의해(압축에 의한 고온에 의해) 점화되는 직접 분사식이며, 이들 엔진은 디젤 사이클에 따라 작동된다. 기체 연료는 연소실 내로 분사되는 순간에 점화되며, 낮은 공기과잉률에 따른 조기 점화 또는 높은 공기과잉률에 따른 실화와 관련된 우려가 없다. 제1 유형의 기체 연료 작동식 대형 2행정 터보 차징 내연기관의 유효 압축비는 종래의 액체 연료 작동식 대형 2행정 터보 차징 내연 기관과 동일하거나 더 높다. 전형적으로, 이러한 유형 엔진의 유효 압축비는 대략 15 내지 17인 반면, 기하학적 압축비는 대략 30이다. 제1 유형 엔진의 장점은 높은 압축비로 인해 연료 효율이 매우 높다는 것이다. 또 다른 장점은 제2 유형의 엔진에 비해 조기 점화와 실화 위험이 훨씬 적다는 것이다.

그러나 TDC에서 또는 그 근처에서 기체 연료를 분사할 수 있으려면, 연소실 내로 기체 연료를 분사하는 연료 밸브에 공급되는 기체 연료의 압력이 연소실 내 압축 압력보다 상당히 높아야 한다. 실제로, 기체 연료는 250bar 이상, 바람직하게는 300bar 이상의 압력으로 연소실 내로 분사되어야 한다. 펌프 또는 펌핑 스테이션은 액화 가스 연료의 압력을 예컨대, 300bar로 증가시키며, 이어서 고압 액화 연료는 고압 증발 유닛에서 기화되어 기체 형태로 고압에서 주 엔진의 연료 분사 밸브로 전달된다. 이 공급 시스템은 종래의 액체 연료 공급 시스템에 비해 비싸다.

천연가스와 같은 기체 연료는 기존 연료에 비해 에너지 밀도가 매우 낮다. 편리한 에너지 공급원으로 사용하려면 밀도를 높여야 한다. 이것은 기체 연료를 극저온 온도로 냉각하여 천연가스를 예로 들면, 액화천연가스(LNG)를 생성함으로써 이루어진다.

이러한 가스 작동 엔진용 기체 연료 공급 시스템은 액화 가스가 저장되어 장기간 액체 상태를 유지하는 단열 탱크를 포함한다. 그러나 주변 환경에서 발생하는 열 유속(heat flux)은 탱크 내부의 온도를 상승시켜 액화 가스를 기화시킨다. 이 과정에서 나오는 가스를 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)라고 한다. 탱크에서 증발이 발생하면 기체 연료의 상당한 정류(steady flow)가 유발되어 이를 탱크에서 제거하고 처리해야 한다. 18만m³ LNG선에서 처리해야 하는 BOG의 양은 시간당 수 톤, 일반적으로 약 3000kg/시이며, 이 유형 LNG선 주 엔진의 가스 발전 수요는 약 4000kg/시이다( 주 엔진의 모든 에너지가 실질적으로 천연가스라고 가정).

압축기를 사용하여 이 증발가스의 압력을 약 300bar의 분사 압력으로 증가시키는 것은 기술적으로 매우 까다롭기 때문에 BOG를 제1 유형의 고압 가스 분사 대형 2행정 터보 차징 내연기관의 연료로 사용할 수 없다.

압축기를 사용하여 BOG의 압력을 예컨대, 10~20bar로 높일 수 있으며, 이 압력으로 기체 연료로 작동할 수 있는 응용 분야 예컨대, 일반적으로 선박에 설치되는 대형 2행정 터보 차징 내연기관과 관련된 발전기 세트에 사용할 수 있다(발전기 세트는 대형 2행정 터보 차징 내연기관보다 상당히 작은 4행정 내연기관이며, 발전기 세트는 선박용 전력과 열 생산을 위해 발전기/교류기를 구동하는 데 사용된다).

또는 증발가스는 예컨대 극저온 발생기로 다시 액화될 수 있다. 그러나 재액화에는 고가의 장비가 필요하고 상당한 양의 에너지를 소비한다.

마지막 비상 방법으로, 증발가스를 그냥 태울 수 있다.

제WO2016058611A1호는 제1 유형의 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 개시한다.

제2 유형의 엔진은 기체 연료가 소기와 혼합되는 소위 저압 가스 엔진이고, 이 제2 유형의 엔진은 연소실에서 기체 연료 및 소기의 혼합물을 압축한다. 제2 유형의 엔진에서, 기체 연료는 실린더 라이너의 길이를 따라 내측으로 배치된 연료 밸브에 의해 유입된다. 즉, 배기 밸브가 닫히기 훨씬 전에 시작하여 하사점(BDC)부터 상사점(TDC)까지 피스톤의 상향 행정 중에 유입된다. 피스톤은 연소실에서 기체 연료와 소기의 혼합물을 압축하고, 압축된 혼합물을 예컨대, 파일럿 오일 분사와 같은 타이밍된 점화 수단으로 상사점(TDC)에서 또는 그 근처에서 점화시킨다. 이 제2 유형 엔진의 장점은 비교적 낮은 압력에서(예: 15bar) 공급되는 기체 연료로 작동할 수 있다는 것이다. 왜냐하면, 기체 연료가 유입될 때 연소실의 압력이 상대적으로 낮기 때문이다. 따라서, 제2 유형의 엔진은 압축기 스테이션을 사용하여 압력이 증가한 BOG로 작동될 수 있다. 그에 따라, 제2 유형의 엔진을 위한 가스 공급 시스템은 제1 유형의 엔진을 위해 필요한 가스 공급 시스템보다 저렴할 수 있다. 특히 제1 유형의 엔진을 위한 가스 공급 시스템은 탱크에 의해 생성된 BOG 스트림을 처리할 수 있어야 하는데 보일러와 발전기 세트는 이 BOG 스트림의 일부만 처리할 수 있으므로, 상대적으로 고가의 액화 시스템이 제1 유형 엔진의 기체 연료 공급 시스템에 설치하여 작동해야 한다.

그러나 제2 유형의 엔진은 연소실에서 혼합물을 압축한다는 사실 때문에, 제1 유형의 엔진에 비해 상당히 낮은 유효 압축비로 작동할 필요가 있다. 일반적으로, 제1 유형의 엔진은 약 15 내지 약 17의 유효 압축비로 작동하는 반면, 제2 유형의 엔진은 약 7 내지 약 9의 유효 압축비로 작동하며, 제2 유형 엔진의 기하학적 압축비는 대략 13.5이다. 기하학적으로 결정된 압축비가 크게 낮아지면 제1 유형의 엔진에 비해 제2 유형의 엔진의 에너지 효율이 상당히 낮아지고, 또한, 유사한 크기의 제1 유형의 엔진과 비교하여 제2 유형 엔진에 대해 더 낮은 최대 연속 정격 출력을 초래한다.

또한, 제2 유형의 엔진은 일반적으로 안정적인 점화를 제공하기 위해 프리챔버 및 타이밍된 점화 시스템을 필요로 한다.

제2 유형 엔진의 다른 단점은 (국부적으로) 너무 낮은 공기과잉률 및/또는 너무 높은 벌크 온도로 인한 조기 점화를 피하고 너무 높은 공기과잉률 및/또는 너무 낮은 벌크 온도로 인한 실화를 피하기 위해 피스톤의 상향 행정 동안 연소실의 공기과잉률과 벌크 온도를 매우 정확하게 제어해야 한다. 균질한 혼합물을 생성하는 적절한 혼합은 연소실에서 조기 점화 또는 실화를 일으킬 수 있는 국부 조건을 피하기 위해 중요하다. 연소실에서 이러한 조건을 제어하는 것은 특히 과도 작동에서 어렵다.

제DK201770703호는 제2 유형을 포함하는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 개시한다.

제WO2014/0971763호는 모든 실린더에 TDC에서 또는 그 근처에서 기화 가스 연료의 고압 분사를 위한 연료 분사 밸브 및 TBC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 동안 증발 연료를 유입하기 위한 연료 유입 밸브를 모두 갖춘 대형 2행정 엔진을 개시하고 있다. 이 엔진은 첫 번째 유형과 두 번째 유형을 결합한다. 제WO2014/0971763호의 목적은 디젤 노킹(조기 연소)을 피하는 것이다. 이는 노킹 임계치 미만 양의 증발 가스를 유입함으로써 원하는 동력 레벨을 획득하고 TDC에서 또는 그 근처에서 고압으로 분사된 기화 가스 연료로 원하는 전력 설정에 필요한 에너지를 조정하여 분사함으로써 원하는 전력 레벨을 획득함으로써 피한다. 그러나 이 엔진의 연료 공급 시스템은 비교적 복잡하고 비용이 많이 든다.

특허문헌 1: WO 제2016058611A1호 특허문헌 2: DK 제201770703호 특허문헌 3: WO 제2014/0971763호

엔진과 기체 연료 공급 시스템의 제공뿐만 아니라 전술한 문제점을 극복하거나 적어도 줄이는 방법을 제공하는 것이 목적이다.

전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항과 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다.

제1 양태에 따르면, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이 제공되며, 상기 복수의 연소실은 전체 연소실 그룹을 형성하며, 상기 전체 연소실 그룹의 각각의 연소실은 실린더 라이너, 피스톤 및 실린더 커버로 구분되고, 상기 피스톤은 BDC와 TDC 사이에서 왕복 운동하도록 배치되며, 상기 전체 연소실 그룹은 제1 소그룹과 제2 소그룹을 포함하고, 각각의 연소실은 상기 제1 소그룹 또는 상기 제2 소그룹에 있고, 상기 엔진은 적어도 하나의 작동 모드에서 기체 연료를 주 연료로 작동하도록 구성되고,

제1 소그룹의 실린더에는 아래의 둘 다가 제공된다.

BDC부터 TDC까지 관련된 피스톤의 행정 중에 관련된 연소실에 가압 기체 연료를 유입하기 위한 연료 유입 밸브; 및

관련된 피스톤이 TDC 또는 그 근처에 있을 때 관련된 연소실 내로 고압 기체 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브,

제2 소그룹의 실린더에는 아래 중 어느 하나가 제공된다.

BDC부터 TDC까지 관련된 피스톤의 행정 중에 관련된 연소실에 가압 기체 연료를 유입하기 위한 연료 유입 밸브; 또는

관련된 피스톤이 TDC 또는 그 근처에 있을 때 관련된 연소실 내로 고압 기체 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브.

선택된 소그룹 실린더에만 연료 유입 밸브와 연료 분사 밸브를 둘 다 제공함으로써 연료 공급 시스템의 비용을 크게 줄이면서도 연료 유입을 위한 저압 가스 및 연료 분사를 위한 고압 가스 모두에서 작동될 수 있는 엔진을 제공한다.

연료 분사 밸브가 제공되는 모든 실린더와 연료 분사 밸브와 연료 유입 밸브가 둘 다 제공되는 일부 실린더를 갖춘 엔진은 연료 유입 밸브를 통해 액화 연료 가스 탱크에서 증발 가스를 소비할 수 있어 증발 가스가 의미 있는 방식으로 소비되도록 하는 다른 컨슈머(consumer)를 제공할 필요가 없다.

연료 유입 밸브가 제공되는 모든 실린더와 연료 분사 밸브와 연료 유입 밸브가 둘 다 제공되는 일부 실린더를 갖춘 엔진은 연료 유입 밸브를 통해 액화 연료 가스 탱크에서 증발 가스를 소비하고 더 높은 동력 설정에서 연료 분사 밸브와 연료 유입 밸브를 둘 다 사용하여 실린더를 작동시킨다. 왜냐하면, 이들 실린더에 공급되는 기체 연료의 총량은 노킹 또는 예연소(pre-combustion) 임계치에 의해 제한되지 않기 때문이다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 제1 소그룹의 연소실에 대해 다음 중 적어도 하나의 작동 모드로 구성된다.

BDC로부터 TDC까지 피스톤 행정 중에 연료 유입 밸브를 사용하여 제1 양의 가압 기체 연료를 적어도 하나의 연소실에 유입하는 모드; 및

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 연료 분사 밸브를 사용하여 제2 양의 고압 가스 연료를 적어도 하나의 연소실 내로 분사하는 모드.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 액화 연료 가스를 저장하는 연료 탱크를 압축하는 연료 공급 시스템을 포함하고, 연료 탱크는 증발 가스의 스트림을 생성하고, 연료 공급 시스템은 연료 탱크로부터 연료 유입 밸브로 가압 증발 연료 가스를 공급하도록 구성되고, 연료 공급 시스템은 연료 탱크에서 고압 액화 가스 연료를 기화하도록 구성되고, 고압 기화 연료를 연료 분사 밸브에 공급하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 제2 소그룹의 실린더에는 연료 분사 밸브가 제공되며, 엔진은 증발 가스 스트림의 대부분 또는 전부를 소비하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 제2 소그룹의 실린더에는 연료 유입 밸브가 제공되며, 연료 시스템은 연료 분사 밸브에 공급하기 위해 액화 가스 연료의 일부를 고압으로 기화하도록 구성되고 연료 유입 밸브에 공급하기 위해 액화 연료의 대부분을 저압으로 기화하는 단계를 포함한다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 연료 유입 밸브는 실린더 라이너에 배치되고 연료 분사 밸브는 실린더 커버에 배치된다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 연소실로 소기 공기를 유입하기 위해 실린더 라이너에 배치된 피스톤 제어 소기 포트, 및/또는 실린더 커버에 배치되고 배기 밸브에 의해 제어되는 배기 가스 출구를 더 포함한다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 단일 엔진 사이클 내에서 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 제1 양의 가압 기체 연료를 유입한 후 및 제2 양의 고압 기체 연료의 분사 전에 또는 동시에 제3 양의 점화액을 유입하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 기화된 연료가 연료 분사 밸브로 전달되는 제1 압력(P1)은 150Bar를 넘는 압력이다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 증발 가스가 연료 유입 밸브로 전달되는 제2 압력(P2)은 5 내지 40bar, 바람직하게는 10 내지 20bar의 압력이다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 제1 양의 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성하며, 제2 양의 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성한다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 제3 양의 점화액은 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 모든 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성한다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 하나 이상의 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러(60)는 연료 유입 밸브와 연료 분사 밸브에 연결되어 제어하며, 컨트롤러는 아래를 실행하도록 연료 유입 밸브와 연료 분사 밸브를 작동하도록 구성된다.

BDC로부터 TDC로 피스톤 행정 중에 제1 소그룹의 연소실에 제1 양의 증발 가스를 유입하기, 및

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기화 가스 연료를 제1 소그룹의 연소실 내로 분사하기.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 저압 작동 모드를 더 포함하며, 엔진은 BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체의 연료 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하고, 피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제1 가압 기체 연료의 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하지 않도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 구현에 따르면, 엔진은 고압 작동 모드를 더 포함하며, 엔진은 TDC에서 또는 그 근처에서 제1 가압 기체의 연료 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실로 제2 양의 기체 연료를 분사하고, BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체 연료의 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제1 양의 기체 연료를 분사하지 않도록 구성된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 하기 실시예로부터 명백해질 것이다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진과 기체 연료 공급 시스템의 제공뿐만 아니라 전술한 문제점을 극복하거나 적어도 줄일 수 있다는 장점이 있다.

하기 본 발명의 개시, 양태, 실시예 및 구현 형태의 상세한 부분에서, 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 대형 2행정 엔진의 정면도이다.
도 2는 도 1 대형 2행정 엔진의 측면도이다.
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 엔진의 개략도이다.
도 4는 실린더 커버와 실린더 커버에 장착된 배기 밸브 및 TDC와 BDC 모두에 도시된 피스톤이 포함된 도 1 엔진의 실린더 프레임과 실린더 라이너의 단면도이다.
도 5는 가스 교환 및 연료 분사 사이클을 나타내는 그래프이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 실린더 프레임과 실린더 라이너의 단면도이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 대형 2행정 엔진의 개략도이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 대형 2행정 엔진의 개략도이다.

하기 상세한 설명에서, 실시예의 대형 2행정 저속 터보 차징 내연 크로스 헤드 엔진을 참조하여 내연기관을 설명할 것이다. 도 1, 2 및 3은 크랭크샤프트(8)와 크로스헤드(9)를 갖춘 대형 저속 터보 차징 2행정 내연기관의 실시예를 도시한다. 도 1 및 도 2는 각각 정면도와 측면도이다. 도 3은 흡배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보 차징 2행정 디젤 엔진의 개략도이다. 이 예시적인 실시예에서, 엔진은 열을 지은 네 개의 실린더를 구비한다. 대형 저속 터보 차징 2행정 내연기관은 통상적으로 엔진 프레임(11)에 의해 지지가 되는, 열을 지은 4개 내지 14개의 실린더를 갖는다. 이 엔진은 예컨대, 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동하는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 이 엔진의 총 출력은 예컨대, 1,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다.

이 엔진은 작동 모드에서 디젤 사이클과 오토(Otto) 사이클의 제1 소그룹 실린더에 대한 주 연료로 기체 연료와 결합한다. 관련 실린더가 압축 점화되기는 하지만 피스톤의 압축 행정 중에 유입되는 제1 양의 가압 기체 연료의 공기-연료 혼합물을 압축하기 때문이다. 압축된 공기-연료 혼합물은 제2 양의 고압 가스 하우스 연료가 TDC에서 또는 그 근처에서 분사될 때 점화된다.

다른 작동 모드에서, 엔진은 압축 행정 동안 연료가 유입되지 않고 TDC에서 또는 그 근처에서 모든 연료가 분사되는 디젤 사이클에 따라 제1 소그룹의 실린더를 작동할 수 있으며, 이 모드는 기체 연료를 주 연료로 할 수도 있다. 또 다른 작동 모드에서, 엔진은 모든 기체 연료가 소기와 혼합되고 압축 행정 중에 공기-연료 혼합물이 압축되고 TDC에서 또는 그 근처에서 시간적 점화가 제공되는 오토 사이클에 따라 제1 소그룹의 실린더를 작동할 수 있다.

이 엔진은, 이 예시적인 실시예에서, 실린더 라이너(1) 하부 영역에 소기 포트(18)가, 실린더 라이너(1) 상단에 중앙 배기밸브(4)가 구비된 2행정 단류 소기 유형의 엔진이다. 따라서, 연소실은 실린더 라이너(1), 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이에서 실린더 라이너에서 왕복 운동하도록 배치된 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분된다.

소기는 피스톤이 소기 포트(18) 아래에 있을 때 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1) 하단의 소기 포트(18)를 통과한다. 피스톤이 상향 이동 중이면서 연료 밸브(30)를 통과하기 전일 때 전자제어기(60)의 제어에 따라 기체 연료 유입 밸브(30)로부터 기체 연료가 유입된다. 연료 밸브(30)가 제공된 실린더(1)는 바람직하게는, 복수의 연료 밸브(30)가 실린더 라이너의 원주 둘레에 균일하게 분포하고 실린더 라이너(1) 길이의 중앙 영역 어딘가에 배치된다. 기체 연료의 유입은 압축 압력이 비교적 낮을 때, 즉 피스톤이 TDC에 도달하여 압축 압력보다 훨씬 낮을 때 발생한다.

실린더 라이너(1) 내의 피스톤(10)은 충전 기체 연료와 소기를 압축하고, TDC에서 또는 그 근처에서 고압 기체 연료가 연료 분사 밸브(50)를 통해 분사된다. 연소실 내의 또는 TDC 근처의 고압으로 야기된 고온에 의한 디젤 원리에 따라 점화가 촉발되며, 연료 분사 밸브(50)에 의해 기체 연료와 함께 분사되거나 바람직하게는 모든 실린더(1)에 대한 실린더 커버(22)에 배치된 전용 파일럿 오일 연료 밸브에 의해 전달되는 제3 소량의 파일럿 오일(또는 임의의 다른 적절한 점화액)의 지원을 받을 수 있다.

"TDC에서 또는 그 근처에서"는 피스톤이 빨라도 TDC 전 약 15도에 시작하고 늦어도 TDC 후 약 40도에 끝나는 기체 연료의 분사를 포함하는 범위를 의미한다.

이어 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다. 파일럿 오일 연료 밸브(50) 대신에 또는 파일럿 연료 밸브(50)에 추가하는 대안 형태의 점화 시스템, 예컨대 프리챔버(미도시), 레이저 점화(미도시) 또는 글로(glow) 플러그(미도시)를 사용하여 점화를 시작할 수도 있다.

배기밸브(4)가 열리면 배기가스는 실린더(1)와 결합한 배기 덕트를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동한 후, 이 배기가스는 제2 배기 도관을 통해 이코노마이저(20)를 경유하여 출구(21)와 대기 중으로 배출된다. 터빈(6)은 샤프트를 통해 공기 유입구(12)를 경유하여 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 이 압축기(7)는 소기 수용부(2)에 이르는 소기 도관(13)에 가압된 소기를 전달한다. 이 도관(13) 내 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(14)를 통과한다.

터보차저(5)의 압축기(7)가 소기 수용부(2)에 충분한 압력을 전달하지 않으면, 즉 엔진의 낮은 부하 조건 또는 부분 부하 조건에서는, 냉각된 소기는 소기 유동을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 경유하여 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서, 터보차저 압축기(7)가 충분히 가압된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)가 역류방지밸브(15)를 경유하여 바이패스 된다.

도 3은 신호 라인 또는 다른 통신 채널을 통해 컨트롤러에 엔진의 작동 조건에 관한 정보를 제공하는 센서 및 컨트롤러(60)에 의해 제어되는 엔진 부품들에 연결된 예컨대, 전자제어장치와 같은 컨트롤러(60)를 도시한다. 센서들 중 하나가 크랭크 각도 센서의 형태로 도시되어 있으며, 이는 크랭크샤프트(8)의 회전 각도를 컨트롤러(60)에 통지한다. 컨트롤러(60)는 연료 유입 밸브(30), 연료 분사 밸브(50) 및 바람직하게는, 배기 밸브(4) 또한 작동을 제어한다.

컨트롤러(60)는 연료 유입 밸브(30)와 연료 분사 밸브(50)에 연결되어 제어하며, 컨트롤러(60)는 제1 소그룹 실린더에 대해 BDC로부터 TDC로 가는 피스톤 행정 중에 제2 가압 기체 연료 공급원(35)으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제1 양의 기체 연료가 유입되도록 연료 유입 밸브를 작동시키고, 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 가압된 제1 고압 기체 연료 공급원(35)으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하도록 연료 분사 밸브(50)를 작동시키도록 구성된다.

제2 소그룹 실린더의 실린더(1)에는 연료 유입 밸브(30) 또는 연료 분사 밸브(50)가 제공된다. 엔진의 실린더(1)는 제1 소그룹 또는 제2 소그룹에 속한다.

도 4는 제1 소그룹의 실린더 라이너(1)를 도시한다. 엔진 크기에 따라, 제1 소그룹과 제2 소그룹 모두에 대한 실린더 라이너(1)는 전형적으로 250mm 내지 1000mm 범위의 실린더 보어 및 1000mm 내지 4500mm 범위의 대응하는 전형적인 길이의 상이한 크기로 제조될 수 있다.

도 4에서, 실린더 라이너(1)는 실린더 커버(22)가 기밀 인터페이스를 사이에 두고 실린더 라이너(1)의 상부에 배치된 실린더 프레임(23)에 장착된 것으로 도시되어 있다. 도면 참조

도 4에서, 피스톤(10)은 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 모두에서 점선으로 개략적으로 도시되어 있지만, 물론 이 두 위치가 동시에 발생하지 않고 크랭크샤프트(8)의 180도 회전으로 분리된다는 것은 분명하다. 실린더 라이너(1)에는 피스톤(10)이 윤활 라인(24)을 통과할 때 실린더 윤활 오일의 공급을 제공하는 실린더 윤활 구멍(25)과 실린더 윤활 라인(24)이 제공되며, 다음 피스톤 링(미도시)은 실린더 라이너의 작동 표면에 실린더 윤활 오일을 분배한다.

연료 분사 밸브(50)(일반적으로 2개 또는 3개의 연료 분사 밸브(50)가 실린더마다 배기밸브(4) 주위에 원주형으로 분포함)가 실린더 커버(22)에 장착되어 제1 공급 도관(36)을 경유하여 제1 고압 기체 연료 공급원(35)에 연결되고 파일럿 라인(28)을 경유하여 파일럿 오일(27)의 공급원에 연결된다.

제3 점화액의 양은 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 전체 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성한다.

연료분사밸브(50)는 제DK178519B1호에 개시된 유형일 수 있으며, 이는 소량의 파일럿 오일과 함께 상당한 양의 고압 기체 연료를 연소실에 분사할 수 있다.

연료분사밸브(50)에 의한 고압 기체 연료와 파일럿 오일 분사의 타이밍은 전자제어장치(60)에 의해 제어되며, 전자제어장치(60)는 도 3에 점선으로 개략적으로 표시된 신호 라인을 통해 연료분사밸브(50)에 연결된다.

연료유입밸브(30)는 노즐/유입 개구가 실린더 라이너(1)의 내면 및 실린더 라이너(1)의 외벽으로부터 돌출된 연료밸브(30)의 후단과 실질적으로 같은 높이인 실린더 라이너 내에 설치된다. 전형적으로, 실린더 라이너(1) 주위에 원주 방향으로 분포된 각각의 실린더 라이너(1)에는 하나 또는 두 개, 또는 아마도 세 개 또는 네 개까지 연료유입밸브(30)가 제공된다. 연료유입밸브(30)는 일 실시예에서 실린더 라이너(1)의 길이를 따라 실질적으로 중간에 배열된다.

연료유입밸브(30)에 의한 중압(medium pressure) 기체 연료의 유입은 전자제어장치(60)에 의해 제어되며, 전자제어장치(60)는 일 실시예에서 도 3에 개략적으로 표시된 신호 라인을 통해 연료유입밸브(30)에 연결된다.

엔진은 단일 엔진 사이클 내에 제1 소그룹의 실린더에 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된다. 즉, 제2 양의 고압 기체 연료는 제1 양의 가압 기체 연료를 유입한 후 피스톤이 TDC에 도달하는 제1 경우에 분사된다. 즉, 제2 양의 고압 기체 연료는 제1 양의 가압 기체 연료를 유입한 후 피스톤이 TDC에 도달하는 제1 경우에 분사된다.

또한, 도 4는 제1 공급 도관(36)을 통해 실린더 커버(22) 내 각각의 연료분사밸브(50)에 연결된 제1 고압 기체 연료 공급원(35)과 증발 가스 공급 도관(41)을 통해 각각의 기체 연료 밸브(30)의 입구에 연결된 제2 중압 기체 연료 공급원(40)을 갖는 엔진의 기체 연료 공급 시스템을 개략적이고 단순화 된 방식으로 도시한다.

일 실시예에서, 제1 고압 기체 연료 공급원(35)의 고압(P1)은 대략 15 내지 45 MPa(150 내지 450bar)일 수 있어, 기체 연료가 피크 압축 압력을 극복하고 TDC에서 또는 그 근처에서 분사될 수 있게 한다.

일 실시예에서, 제2 중압 기체 연료 공급원(40)의 중압(P2)은 대략 1 내지 3 MPa(10 내지 30bar)일 수 있어, 기체 연료가 압축 행정 중에 유입될 수 있게 한다.

제2 소그룹의 실린더(1)는 본질적으로 제1 소그룹의 실린더에 대해 전술한 바와 같지만, 제2 소그룹의 실린더(1)에는 연료 분사 밸브(50) 또는 연료 유입 밸브 (30)가 제공된다는 점이 다르다.

도 5는 제1 소그룹 실린더에 대한 소기포트(18), 배기밸브(4), 연료유입밸브(30)(GA 연료밸브) 및 연료분사밸브(50)(GI 연료밸브)의 개폐 기간을 크랭크 각도(크랭크샤프트의 각도(8))의 함수로 도시한 그래프이다. 상기 그래프는 기체 연료를 유입하기 위한 창이 비교적 짧으며, 기체 연료가 연소실에서 소기와 혼합되는 데 매우 짧은 시간을 허용함을 보여준다. 매우 짧은 이 창에는 기체 연료가 허용된다. 고압 기체 연료는 TDC 주변의 창에 분사된다.

제1 소그룹의 실린더에 대해 엔진 사이클당 전달된(유입 및 분사된) 기체 연료의 총량은 엔진 부하에 의해 결정된다. 전달되는 총 기체 연료량은 압력 P2에서 실린더로 유입되는 제1 양의 기체 연료와 압력 P1에서 실린더로 분사되는 제2 양의 고압 기체 연료를 합한 것이다. 일 실시예에서, 제1 소그룹의 실린더로 전달되는 기체 연료 발열량의 대략 70 또는 80%까지는 압력 P2에서 가압된 기체 연료의 제2 공급원(40)으로부터 유입된 기체 연료이다. 일 실시예에서, 제1 소그룹의 실린더로 전달되는 기체 연료 발열량의 대략 70 또는 80%까지는 압력 P1에서 고압 기체 연료의 제1 공급원(35)으로부터 분사된 기체 연료이다.

따라서, 제1 기체 연료량과 제2 기체 연료량 사이의 비율은 각각의 기체 연료 공급원의 가용 연료량과 일치하도록 조정될 수 있다. 즉, 비교적 적은 고압 연료를 제1 공급원에서 이용 가능한 경우, 엔진은 압축 행정 중에 가압된 기체 연료의 제2 공급원(40)으로부터 실린더에 유입되는 비교적 많은 양의 중압 기체 연료 및 TDC에서 또는 그 근처에 분사되는 비교적 적은 양의 고압 기체 연료로 작동할 수 있다. 한편, 제2 가압 기체 연료 공급원(40)으로부터 비교적 적은 중간 가압된 기체 연료가 이용 가능한 경우, 엔진은 TDC에서 또는 그 근처에서 실린더 내로 분사된 제1 고압 기체 연료 공급원으로부터 비교적 많은 양의 고압 기체 연료와 압축 행정 중에 실린더에 유입된 제2 가압 기체 연료 공급원의 비교적 적은 양의 연료로 작동할 수 있다.

도 6은 제1 소그룹 실린더(1)의 다른 실시예를 도시한다. 도 6의 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 부호로 표시한다. 도 4의 실시예에 대한 본 실시예의 주요 차이점은 기체 연료 유입 밸브(30)가 실린더 커버(22)에 배치된다는 것이다. 이 실시예는 모든 연료밸브(30, 50)가 실린더 커버(22) 내에 위치할 수 있도록 한다.

엔진은 모두 함께 전체 실린더 그룹(1)을 형성하는 복수의 연소 실린더(1)를 갖는다. 전체 그룹 중 하나 또는 선택된 개수의 실린더(1)에만 연료 분사 밸브(50)와 연료 유입 밸브(30)가 제공된다. 이들 실린더(1)는 제1 소그룹을 형성한다. 나머지 실린더는 제2 소그룹을 형성한다. 이 실시예의 제1 변형에서, 제2 소그룹의 나머지/기타 실린더(1)에는 연료 유입 밸브(30)만이 제공된다. 이 실시예의 제2 변형에서, 제2 소그룹의 나머지/기타 실린더(1)에는 연료 분사 밸브(50)만이 제공된다.

도 7은 제2 변형에 따른 엔진의 개략도이다. 도 7의 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 부호로 표시한다. 도 7의 실시예에서, 엔진은 전술한 실시예에서와 같이, 실린더(1)와 연료 공급 시스템에 주로 초점을 맞춘 개략적인 스타일로 도시된, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이다. 엔진은 엔진이 기체 연료 대신에 통상적인 연료로 작동할 수 있도록 하는 예컨대, 연료유와 같은 통상적인 연료로 작동하는 연료 공급 시스템(미도시)을 더 포함하는 이중 연료 엔진일 수 있다. 일 실시예에서, 엔진 및 연료 시스템(들)은 해양 선박에 원동기로 설치된다.

연료 탱크(26)는 적어도 액화 가스 연료로 일부가 채워져 있다. 연료 탱크(26)의 증발 가스는 증발 가스를 실린더(1)로 유입시키기 위해 증발 가스를 적절한 압력으로 유도하기 위해 증발 가스 공급 도관(42)을 경유하여 압축기 유닛(46)으로 전달된다. 제1 소그룹의 실린더에는 연료 유입 밸브(30)가 제공된다. 압축기 유닛(46)으로부터, 가압된 증발 가스는 증발 가스 공급 도관(41)을 경유하여 제1 소그룹 실린더의 연료 유입 밸브(30)로 전달된다. 이 증발 가스는 BDC에서 TDC로 피스톤 행정 중에 연료 유입 밸브(30)에 의해 제1 소그룹의 실린더(1)로 유입된다.

도시된 실시예에서, 엔진에는 6개의 실린더(1)가 제공되지만, 4개 내지 16개의 실린더가 제공될 수 있는 것으로 이해된다. 본 실시예에서, 엔진의 6개 실린더 중 2개만이 실린더(1)에 증발 가스를 유입하는 연료 유입 밸브(30)가 제공된다. 따라서, 예컨대, 실린더(1) 전체 개수 중에 소수에만 연료 유입 밸브(30)가 제공된다. 이 소수는 제1 소그룹 실린더를 형성한다. 이 실시예에서, 실린더(1) 전체 개수 중에 1개 내지 약 절반 정도에는 연료 유입 밸브(30)가 제공된다. 즉, 제1 소그룹의 일부에 제공된다.

본 실시예에 따른 엔진의 모든 실린더(1)에는 연료 분사 밸브(50)가 제공된다. 연료 분사 밸브(50)에는 연료 탱크(26)로부터 액체 형태로 유래하는 가압된 기화 가스 연료가 공급된다. 액화된 이 기체 연료는 공급 도관(31)을 통해 연료 탱크(26)로부터 연료 펌프(37)로 공급되고, 연료 펌프(37)에 의해 액체 형태로 가압된 다음 고압 기화기 유닛(38)에서 기화된다. 고압 기화기 유닛(38)으로부터, 고압 기화된 가스 연료는 제1 도관(36)을 경유하여 연료 분사 밸브(50)에 공급된다. 이 고압 기화된 가스 연료는 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 연료 분사 밸브(50)에 의해 실린더(1) 내로 분사된다.

본 실시예에서, 연료 분사 밸브(50)만 제공되는 실린더(1)는 제2 소그룹을 형성한다. 도 7에서, 엔진은 제1 소그룹에 2개의 실린더를 갖고 제2 소그룹에 4개의 실린더(1)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 제1 소그룹의 실린더 (1) 개수를 자유롭게 선택할 수 있으며, 따라서 제2 소그룹의 실린더 개수도 자유롭게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 제1 소그룹은 실린더(1)의 소수를 형성하고 제2 소그룹은 대다수의 실린더(1)를 형성한다.

제1 소그룹의 실린더 개수는 연료 탱크(26)의 모든 증발 가스가 제1 소그룹의 실린더(1)에 연료가 유입되어 소비될 수 있도록 선택할 수 있다.

도 8은 상기 1 실시예의 제1 변형에 따른 엔진의 개략도이다. 도 8의 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 부호로 표시한다. 도 8의 실시예에서, 엔진은 전술한 실시예에서와 같이, 실린더(1)와 연료 공급 시스템에 주로 초점을 맞춘 개략적인 스타일로 도시된, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이다. 엔진은 엔진이 기체 연료 대신에 통상적인 연료로 작동할 수 있도록 하는 예컨대, 연료유와 같은 통상적인 연료로 작동하는 연료 공급 시스템(미도시)을 더 포함하는 이중 연료 엔진일 수 있다. 일 실시예에서, 엔진 및 연료 시스템(들)은 해양 선박에 원동기로 설치된다.

연료 탱크(26)는 적어도 액화 가스 연료로 일부가 채워져 있다. 연료 탱크(26)의 증발 가스는 증발 가스를 실린더(1)로 유입시키기 위해 증발 가스를 적절한 압력으로 유도하기 위해 증발 가스 공급 도관(42)을 경유하여 압축기 유닛(46)으로 전달된다. 압축기 유닛(46)으로부터, 가압된 증발 가스는 증발 가스 공급 도관(41)을 경유하여 연료 유입 밸브(30)로 전달된다. 이 증발 가스는 제1 소그룹의 실린더와 제2 소그룹의 실린더 모두에 BDC로부터 TDC로 피스톤의 행정 중에 기체 연료를 유입하도록 구성된 연료 유입 밸브(30)가 제공되기 때문에 모든 실린더(1)에 유입된다.

도시된 실시예에서, 엔진에는 6개의 실린더(1)가 제공되지만, 4개 내지 16개의 실린더가 제공될 수 있는 것으로 이해된다. 본 실시예에서, 엔진의 6개 실린더 중 2개만이 실린더(1)에 기화 가스를 분사하는 연료 분사 밸브(50)가 제공된다. 따라서, 예컨대, 실린더(1) 전체 개수 중에 소수에만 연료 분사 밸브(50)가 제공된다. 이 소수는 제1 소그룹 실린더를 형성한다. 이 실시예에서, 실린더(1) 전체 개수 중에 1개 내지 약 절반 정도에는 연료 분사 밸브(50)가 제공된다. 즉, 제1 소그룹의 일부에 제공된다.

본 실시예에 따른 엔진의 모든 실린더(1)에는 연료 유입 밸브(30)가 제공되고 전술한 바와 같이 가압된 증발 가스를 수용한다. 따라서, 제1 소그룹의 실린더는 연료 유입 밸브(30)와 연료 분사 밸브(50)를 모두 갖는다.

제1 소그룹의 연료 분사 밸브(50)에는 연료 탱크(26)로부터 액체 형태로 유래하는 가압된 기화 가스 연료가 공급된다. 이 액화된 기체 연료는 공급 도관(31)을 통해 연료 탱크(26)로부터 연료 펌프(37)로 공급되고, 연료 펌프(37)에 의해 액체 형태로 가압된 다음 고압 기화기 유닛(38)에서 기화된다. 고압 기화기 유닛(38)으로부터, 고압 기화된 가스 연료는 제1 도관(36)을 경유하여 연료 분사 밸브(50)에 공급된다. 이 고압 기화된 가스 연료는 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 연료 분사 밸브(50)에 의해 제1 소그룹의 실린더(1) 내로 분사된다.

본 실시예에서, 연료 유입 밸브(30)만 제공되는 실린더(1)는 제2 소그룹을 형성한다.

도 8에서, 엔진은 제1 소그룹에 2개의 실린더를 갖고 제2 소그룹에 4개의 실린더(1)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 제1 소그룹의 실린더 (1) 개수를 자유롭게 선택할 수 있으며, 따라서 제2 소그룹의 실린더(1) 개수도 자유롭게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 제1 소그룹은 실린더(1)의 소수를 형성하고 제2 소그룹은 대다수의 실린더(1)를 형성한다. 연료 유입 밸브(30)가 제공되는 모든 실린더와 연료 분사 밸브(50)와 연료 유입 밸브(30)가 둘 다 제공되는 일부 실린더를 갖춘 엔진은 연료 유입 밸브를 통해 액화 연료 가스 탱크에서 증발 가스를 소비하고 더 높은 동력 설정에서 연료 분사 밸브(50)와 연료 유입 밸브(30)를 둘 다 사용하여 제1 그룹의 실린더를 작동시킨다. 왜냐하면, 이들 실린더(1)에 공급되는 기체 연료의 총량은 노킹 또는 예연소(pre-combustion) 임계치에 의해 덜 제한받기 때문이다.

다양한 양태와 실시예가 본원의 다양한 실시예와 관련하여 설명되었다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형은 도면, 개시 및 첨부한 청구 범위의 연구로 청구된 주제를 실시할 때 당업자가 이해하고 수행할 수 있다. 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "하나” 또는 “한”은 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서, 컨트롤러 또는 다른 유닛은 청구 범위에 인용된 여러 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 조치가 단순히 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 사실로 측정된 이들 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구 범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석하지 않아야 한다.

1: 실린더 라이너
10: 피스톤
22: 실린더 커버
30: 연료 유입 밸브
50: 연료 분사 밸브

Claims

복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관에 있어서, 상기 복수의 연소실은 전체 연소실 그룹을 형성하고,
상기 전체 연소실 그룹 내 각각의 연소실은 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되고,
상기 피스톤(10)은 BDC와 TDC 사이에서 왕복 운동하도록 배치되고,
상기 전체 연소실 그룹은 제1 소그룹과 제2 소그룹을 포함하고 각각의 연소실은 상기 제1 소그룹 내 또는 상기 제2 소그룹 내에 있고,
상기 내연기관은 하나 이상의 작동 모드에서 기체 연료가 주 연료로 작동하도록 구성되며,
상기 제1 소그룹의 실린더(1)에는
BDC부터 TDC까지 관련된 상기 피스톤(10)의 행정 중에 관련된 상기 연소실에 가압 기체 연료를 유입하기 위한 연료 유입 밸브(30); 및
관련된 상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 관련된 상기 연소실 내로 고압 기체 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(50);가 제공되며,
상기 제2 소그룹의 실린더(1)에는
BDC부터 TDC까지 관련된 상기 피스톤(10)의 행정 중에 관련된 상기 연소실에 가압 기체 연료를 유입하기 위한 연료 유입 밸브(30); 또는
관련된 상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 관련된 상기 연소 실 내로 고압 기체 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(50);가 제공되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제1항에 있어서,
상기 내연기관은 상기 제1 소그룹의 연소실에 대해,
BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 상기 연료 유입 밸브(30)로 제1 양의 가압 기체 연료를 상기 관련된 연소실에 유입하는 모드; 및
상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 상기 연료 분사 밸브(50)로 제2 양의 고압 기체 연료를 상기 하나 이상의 연소실 내로 분사하는 모드; 중 상기 하나 이상의 작동 모드로 구성되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내연기관은 액화 연료 가스를 저장하기 위한 연료 탱크(26)를 압축하는 연료 공급 시스템을 포함하고,
상기 연료 탱크(26)는 증발 가스의 스트림을 생성하도록 구성되고,
상기 연료 공급 시스템은 상기 연료 탱크(26)로부터 상기 연료 유입 밸브(30)로 가압된 증발 연료 가스를 공급하도록 구성되고,
상기 연료 공급 시스템은 상기 연료 탱크의 고압 액화 가스 연료를 기화하도록 구성되고 상기 고압 기화 연료를 상기 연료 분사 밸브(50)에 공급하도록 구성되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제3항에 있어서,
상기 제2 소그룹의 실린더(1)에는 연료 분사 밸브(50)가 제공되며,
상기 내연기관은 상기 제1 소그룹 실린더(1)의 연료 유입 밸브를 통해 상기 증발 가스 스트림의 일부 또는 전부를 소비하도록 구성되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제3항에 있어서,
상기 제2 소그룹의 실린더(1)에는 연료 유입 밸브(30)가 제공되며,
상기 연료 공급 시스템은 상기 연료 분사 밸브(50)에 공급하기 위해 상기 액화 가스 연료의 소수 부분을 고압에서 기화하도록 구성되고 상기 연료 유입 밸브(30)에 공급하기 위해 상기 액화 가스 연료의 다수 부분을 저압에서 기화하도록 구성되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제1항에 있어서,
상기 연료 유입 밸브(30)는 상기 실린더 라이너(1)에 배치되고,
상기 연료 분사 밸브(50)는 상기 실린더 커버(22)에 배치되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제1항에 있어서,
상기 연소실로 소기를 유입하기 위해 상기 실린더 라이너(1)에 배치된 피스톤 제어 소기 포트(18) 또는 상기 실린더 커버(22)에 배치되어 배기 밸브에 의해 제어되는 배기가스 출구;를 더 포함하는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제2항에 있어서,
상기 내연기관은 상기 제1 소그룹의 실린더가 단일 엔진 사이클 내에 상기 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 상기 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제8항에 있어서,
상기 제1 양의 가압 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 상기 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%를 형성하며,
상기 제2 양의 고압 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 상기 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%를 형성하는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
제2항에 있어서,
하나 이상의 컨트롤러(60)를 포함하고,
상기 컨트롤러(60)는 상기 연료 유입 밸브(30)와 상기 연료 분사 밸브(50)에 연결되어 제어하고,
상기 컨트롤러(60)는 상기 연료 유입 밸브(30)와 상기 연료 분사 밸브(50)를 작동하여,
BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤의 행정 중에 상기 제1 소그룹의 상기 연소실에 제1 양의 증발 가스를 유입하고,
상기 피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기화 가스 연료를 상기 제1 소그룹의 상기 연소실 내로 분사하도록 구성되는, 복수의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.