KR102384167B1

KR102384167B1 - 선박용 엔진

Info

Publication number: KR102384167B1
Application number: KR1020200006232A
Authority: KR
Inventors: 백은성; 김기두; 표준호
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2022-04-07
Also published as: KR20190045800A; KR20190045794A; KR102439320B1; KR102439314B1; KR20190045801A; KR20200008649A; KR102439316B1; KR20190045797A; KR20200009104A; KR20190045804A; KR102326530B1; KR20190045796A; KR102064051B1; KR20210123276A; KR20200008650A; KR102423241B1; KR102522655B1; KR20190045795A; KR20190045798A; KR20190045803A

Abstract

본 발명은 연료를 연소시키기 위한 실린더, 상기 실린더에서 하사점과 상사점 사이를 왕복 이동하는 피스톤, 및 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중간에 상기 실린더에 가스연료를 공급하기 위한 가스공급장치를 포함하고, 상기 가스공급장치는 실린더라이너에 설치되어 가스연료의 분사 방향을 결정하는 노즐 축선을 가지는 가스분사노즐, 및 상기 가스분사노즐로 공급되는 가스연료를 개폐하면서 밸브 축선을 가지는 가스공급밸브를 포함하고, 상기 가스분사노즐의 노즐 축선과 상기 가스공급밸브의 밸브 축선은 일렬로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진에 관한 것이다.

Description

선박용 엔진{Engine for Ship}

본 발명은 선박을 추진시키기 위한 선박용 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 엔진은 디젤엔진(Diesel Engine), 가스엔진(Gas Turbine Engine), 이중연료엔진(Dual Fuel Engine) 등 다양한 엔진을 포함한다. 특히, 이중연료엔진(Dual Fuel Engine)은 2가지 연료. 예컨대, 가스와 디젤을 병행하여 사용할 수 있는 장점으로 인해 선박에 많이 사용된다.

이러한 이중연료엔진이 설치된 선박(이하, '선박'이라 함)은 가스를 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 가스모드와 디젤을 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 디젤모드 중 하나를 이용하여 운전한다.

이중연료엔진은 실린더, 실린더에서 상하방향으로 왕복운동하는 피스톤, 실린더의 상측에 설치되는 실린더커버, 실린더커버에 설치되어서 디젤모드 시 디젤연료를 분사하는 메인인젝터, 실린더커버에 설치되어서 가스모드 시 가스연료를 착화시키기 위해 소량의 디젤연료를 분사하는 파일럿인젝터, 실린더커버에 설치되어서 실린더에서 연소된 배기가스를 배출시키기 위한 배기밸브, 실린더에서 배출되는 배기가스를 공급받는 배기리시버, 실린더의 하측에 설치되어서 실린더 내부로 공기를 공급하는 소기리시버, 실린더의 상측과 하측 사이에 설치되어서 실린더 내부에 가스연료를 공급하는 가스공급장치를 포함한다.

한편, 종래 선박은 가스모드 운전 시, 실린더의 하측에 설치되어서 실린더 내부로 소기를 공급한 후 피스톤이 상측으로 이동하는 중간에 가스공급장치가 실린더의 하측과 상측 사이에서 실린더로 가스연료를 공급하고, 피스톤이 상측으로 더 이동하여서 실린더에 공급된 소기와 가스연료를 압축 연소시켜 추진력을 발생시켰다.

그러나, 종래 기술에 따른 선박용 엔진은 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 종래 기술에 따른 선박용 엔진은 실린더에 소기가 공급된 후 피스톤이 압축을 위해 상측방향으로 이동 시, 가스공급장치가 실린더의 중심방향을 향해서 가스연료를 공급함으로써, 소기와 가스연료의 혼합이 균일하게 되지 않아 노킹(Knocking)이 발생하거나 부분적으로 가스연료가 농후하여 조기점화(Pre-ignition)가 발생하는 문제가 있다.

둘째, 종래 기술에 따른 선박용 엔진은 가스공급장치가 복수개 설치될 경우, 서로 다른 위치에서 실린더의 중심을 향해서 가스연료를 공급하므로, 실린더의 중심에서 가스연료들이 충돌하여 가스연료가 상측으로 빠르게 이동하여서 가스연료 일부가 연소실의 외부로 배출되는 메탄슬립이 발생하는 문제가 있다.

셋째, 종래 기술은 연료공급밸브와 가스분사노즐이 각도를 가지고 있어서 유로 내에 압력 손실이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 실린더에 가스연료 공급 시 실린더의 중심방향을 회피하여 가스연료를 공급하여서 소기와 가스연료를 균일하게 혼합시킬 수 있는 선박용 엔진을 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 연료를 연소시키기 위한 실린더; 상기 실린더에서 하사점과 상사점 사이를 왕복 이동하는 피스톤; 및 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중간에 상기 실린더에 가스연료를 공급하기 위한 가스공급장치를 포함할 수 있다. 상기 가스공급장치는 실린더라이너에 설치되어 가스연료의 분사 방향을 결정하는 노즐 축선을 가지는 가스분사노즐; 및 상기 가스분사노즐로 공급되는 가스연료를 개폐하면서 밸브 축선을 가지는 가스공급밸브를 포함할 수 있다. 상기 가스분사노즐의 노즐 축선과 상기 가스공급밸브의 밸브 축선은 일렬로 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 가스분사노즐의 노즐 축선은 반경 방향으로부터 소정 각도로 기울어져서 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 가스공급밸브는 밸브축선 방향이 상기 가스분사노즐의 노즐축선 방향과 일치하도록 상기 가스분사노즐에 결합될 수 있다. 상기 가스분사노즐은 상기 노즐축선 방향이 상기 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인으로부터 소정 간격으로 이격되어 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 상기 가스분사노즐에 연결되게 설치되어서 상기 가스분사노즐을 통해 상기 실린더에 가스를 공급하기 위해 가스연료를 저장하는 가스공급원을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 상기 실린더에 제1방향으로 공기를 공급하기 위한 소기공기공급부를 포함할 수 있다. 상기 가스분사노즐은 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 상기 실린더에 가스연료가 분사되도록 상기 실린더라이너에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 상기 소기공기공급부가 실린더에 공급한 공기의 스월방향과 상기 가스분사노즐이 상기 실린더에 공급하는 가스연료의 스월방향이 반대가 되도록 상기 가스분사노즐이 상기 실린더라이너에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 가스분사노즐은 상기 가상라인과 평행한 방향으로 상기 실린더에 가스연료가 분사되도록 상기 실린더라이너에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 상기 실린더에 공기를 공급하기 위한 소기공기공급부를 포함할 수 있다. 상기 가스분사노즐은 상기 소기공기공급부에서 공급된 공기와 혼합되는 가스연료의 혼합률이 증가하도록 복수개가 상기 실린더라이너에 서로 이격되게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은에 있어서, 상기 가스분사노즐들은 상기 실린더의 중심을 기준으로 서로 대칭되게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 가스분사노즐들은 상기 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인을 기준으로 제1영역에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 가스분사노즐들은 상기 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인을 기준으로 제1영역 및 상기 제1영역과 반대되는 제2영역에 각각 분산 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 상기 실린더의 하측에 설치되고 상기 실린더에 공기를 공급하기 위한 소기공기공급부, 및 상기 가스공급장치에 연결되고, 상기 소기공기공급부가 공급하는 공기 외에 상기 실린더에 공기를 추가로 공급하기 위한 보조공기공급부를 포함할 수 있다. 상기 가스공급장치는 상기 실린더에 가스연료를 공급할 때 상기 보조공기공급부로부터 추가 공기를 공급받아서 함께 공급할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 실린더에 가스연료 공급 시 실린더의 중심방향을 회피하여 가스연료를 공급하도록 구현됨으로써, 소기와 가스연료를 균일하게 혼합시켜서 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition) 및 메탄슬립 등이 발생하는 것을 방지하여 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연료공급밸브 축선과 가스분사노즐 축선이 일치하도록 하여서 유로 내에 압력 손실을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 엔진의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가스공급장치 및 소기공기공급부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가스공급원, 가스분사노즐 및 가스공급밸브를 설명하기 위한 도 2의 I-I선을 기준으로 한 개략적인 도면
도 5는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가스공급밸브의 밸브축선 방향과 가스분사노즐의 노즐축선 방향이 일치하는 것을 설명하기 위한 도 4의 A부분의 개략적인 도면
도 6은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가스분사노즐이 제2방향으로 가스연료를 분사하는 것을 설명하기 위한 개략적인 작동상태도
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가스분사노즐이 제1방향으로 가스연료를 분사하는 것을 설명하기 위한 개략적인 작동상태도
도 9는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가스분사노즐이 가상라인과 평행한 방향으로 가스연료를 분사하는 것을 설명하기 위한 개략적인 작동상태도
도 10은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 복수개의 가스분사노즐이 실린더의 중심을 기준으로 대칭되게 설치된 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 11은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 복수개의 가스분사노즐이 제1영역에 배치된 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 12는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 보조공기공급부를 설명하기 위한 개략적인 블록도

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박용 엔진에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 12를 참고하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스분사노즐의 노즐축선과 가스공급밸브의 밸브축선을 일렬로 마련함으로써, 실린더에 가스연료를 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 실린더에 가스연료 공급 시 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인으로부터 소정 간격으로 이격된 위치에서 가스연료를 공급함으로써, 가스연료 공급 전에 실린더에 공급된 공기에 가스연료를 균일하게 혼합시킬 수 있으므로 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition) 등 이상연소가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 노킹(Knocking)은 실린더 내에서의 이상연소에 의해 망치로 두드리는 것과 같은 소리가 나는 현상이다. 상기 조기점화는 이상연소의 하나로 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 점화되는 현상이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 크게 실린더(2), 피스톤(3) 및 가스공급장치(4)를 포함한다. 상기 가스공급장치(4)는 가스분사노즐(42) 및 가스공급밸브(43)를 포함할 수 있다.

상기 실린더(2)는 연료를 연소시키기 위한 것이다. 상기 피스톤(3)은 상기 실린더(2)에서 하사점과 상사점 사이를 왕복 이동할 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 상기 피스톤(3)이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중간에 실린더(2)에 가스연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 가스분사노즐(42)은 실린더라이너에 설치되어 가스연료의 분사 방향을 결정하는 노즐 축선을 가진다. 상기 가스공급밸브(43)는 가스분사노즐(42)로 공급되는 가스연료를 개폐하면서 밸브 축선을 가진다. 여기서, 상기 가스분사노즐(42)의 노즐축선과 상기 가스공급밸브(43)의 밸브축선을 일렬로 마련될 수 있다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스공급밸브(43)에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료를 일렬로 공급할 수 있으므로, 상기 가스분사노즐(42)의 노즐축선과 상기 가스공급밸브(43)의 밸브축선이 일렬로 마련되지 않은 경우에 비해 실린더(2)의 가스연료 공급에 대한 손실이 발생하는 것을 방지하여 가스연료의 공급효율을 높일 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 실린더(2)에 가스연료를 공급하기 위한 가스공급원(41)을 더 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 실린더(2)는 연료를 연소시키기 위한 것이다. 상기 실린더(2)는 엔진블록(미도시)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 실린더(2)는 공기, 연료 등이 공급될 수 있는 연소실을 갖는다. 상기 연소실은 내부가 비어있는 원통형태로 형성될 수 있다. 상기 연소실과 상기 엔진블록 사이에는 실린더라이너(2a, 도 3에 도시됨)가 설치될 수 있다. 상기 실린더(2)에는 피스톤(3)이 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 피스톤(3)은 상기 연소실의 내부에서 Z축방향(도 2에 도시됨)을 기준으로 상하방향으로 왕복운동할 수 있다. 상기 Z축방향은 중력방향과 평행한 방향일 수 있으나, 다른 방향일 수도 있다. 상기 실린더(2)에는 가스연료를 공급하기 위한 가스공급장치(4)가 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 연소실은 상기 가스공급장치(4)로부터 가스연료를 공급받을 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 상기 실린더(2)의 하측에 설치되는 소기공(미도시)을 통해 외부공기인 소기(掃氣)가 공급된 후에 상기 연소실에 가스연료를 공급할 수 있다. 상기 소기공은 상기 실린더(2)의 하측에서 상기 실린더(2)를 관통하여 형성된 구멍으로, 공기가 충진되어 있는 소기리시버(미도시)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 소기리시버에 충진된 공기는 상기 소기공을 통해 상기 연소실로 공급될 수 있다. 상기 소기리시버는 터보차져(미도시)가 상기 연소실에서 배출되는 배기가스를 공급받아 공기를 압축하여 공급함으로써, 공기를 충진할 수 있다. 상기 연소실은 피스톤(3)이 왕복 운동함에 따라 체적이 증감될 수 있다. 예컨대, 실린더(2)는 피스톤(3)이 상측방향으로 이동하면, 체적이 감소될 수 있다. 이 경우, 실린더(2)에 공급된 가스연료와 배기가스는 압축될 수 있다. 상기 피스톤(3)이 제1위치(P1, 도 2에 도시됨)에서 이동하여 제2위치(P2, 도 2에 도시됨)에 도달하면, 실린더(2)의 상측에 설치된 마이크로파일럿인젝터(미도시)가 디젤을 공급하여 압축된 연료를 착화시킴으로써 연료와 공기가 혼합된 혼합기체가 연소 및 폭발하여 피스톤(3)을 하측방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 구동력이 발생되고, 연소실에는 배기가스가 발생될 수 있다. 제1위치(P1)는 피스톤(3)이 하사점에 위치되는 경우이다. 제2위치(P2)는 피스톤(3)이 상사점에 위치되는 경우이다. 실린더(2)는 피스톤(3)이 하측방향으로 이동하면, 체적이 증가될 수 있다. 피스톤(3)이 하사점 쪽으로 이동하면, 상기 소기리시버에 충진된 공기가 상기 연소실로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 연소실에서 연료의 연소에 의해 발생된 배기가스는 상기 소기리시버에서 공급된 공기에 의해 상기 연소실의 외부로 배출될 수 있다. 배기가스는 고온으로 인해 자연적으로 상기 연소실의 외부로 배출될 수도 있다. 배기가스는 상기 실린더(2)에 결합된 배기관을 따라 배출되어서 배기리시버로 공급될 수 있다.

도 3을 참고하면, 상기 실린더(2)는 중심(C)을 기준으로 원형으로 형성될 수 있다. 상기 중심(C)은 연소실을 형성하는 실린더라이너(2a)로부터 동일한 거리에 위치한 지점일 수 있다. 상기 실린더(2)가 원형으로 형성되므로, 상기 실린더(2)는 직경을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 상기 실린더의 중심(C)을 수평하게 통과하는 선을 가상라인(L)으로 정의한다. 상기 가상라인(L)은 직경과 평행할 수 있다. 또한, 본 명세서는 도 3에서 Y축방향을 기준으로 상기 가상라인(L)의 하측 방향에 위치한 실린더(2)의 영역을 제1영역(A1), 및 상기 가상라인(L)의 상측 방향에 위치한 실린더(2)의 영역을 제2영역(A2)이라 정의한다. 또한, 상기 실린더라이너(2a)에서 상기 실린더(2)의 중심(C)을 향하는 방향을 반경방향(RD)라 정의한다. 도 3을 기준으로 상기 가상라인(L)은 X축방향에 평행한 방향일 수 있다. 상기 X축방향은 Y축방향과 Z축방향 각각에 대해 수직한 방향일 수 있다. 상기 Y축방향은 상기 Z축방향에 대해 수직한 방향이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 피스톤(3)은 상기 연소실에 공급된 공기 및 연료를 압축하기 위한 것이다. 피스톤(3)은 상기 연소실에 이동 가능하게 설치된다. 예컨대, 피스톤(3)은 상기 연소실의 내부에서 하사점(P1)와 상사점(P2) 사이를 왕복 이동할 수 있다. 상기 피스톤(3)은 원기둥형태로 형성될 수 있으나, 상기 연소실에서 이동하면서 연료와 공기를 압축할 수 있으면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 피스톤(3)은 구동력을 전달하는 크랭크샤프트(미도시)에 의해 상측방향으로 이동할 수 있다. 피스톤(3)은 막대형태인 피스톤로드와 커넥팅로드를 통해 크랭크샤프트에 연결될 수 있다. 피스톤(3)은 크랭크샤프트에 의해 상측방향으로 이동하는 경우 연료, 배기가스 및 공기를 압축시킬 수 있다. 피스톤(3)은 상사점(P2)에서 실린더(2)에 공급된 연료 및 공기가 혼합 연소되어 폭발함에 따라 하측방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 피스톤(3)은 실린더(2)의 내부에서 하사점(P1)과 상사점(P2) 사이를 왕복 운동할 수 있다. 하사점(P1)은 Z축 방향을 기준으로 피스톤(3)이 실린더(2)의 내부에서 가장 낮은 위치에 위치되는 지점이다. 상사점(P2)은 Z축 방향을 기준으로 피스톤(3)이 실린더(2)의 내부에서 가장 높은 위치에 위치되는 지점이다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 피스톤(3)이 상사점(P2)에 도달하면, 구동력을 발생시키기 위해 압축된 연료를 폭발시킬 수 있다.

상기 가스공급장치(4)는 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 가스공급장치(4)는 피스톤(3)의 상사점(P2)과 하사점(P1) 사이에 위치하도록 상기 실린더(2)에 결합될 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에, 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에, 상기 실린더(2)에 가스연료와 추가 공기를 혼합하여 공급할 수도 있다. 예컨대, 상기 가스공급장치(4)는 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에 상기 실린더(2)로 가스연료를 공급할 때 보조공기공급부로부터 추가 공기를 공급받아서 함께 공급할 수 있다. 이에 대한 설명은 후술하기로 한다. 상기 가스공급장치(4)는 소기공을 통해 상기 실린더(2)에 공기가 공급된 후에 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 선박이 LNG선일 경우, LNG저장탱크에 저장된 LNG를 기화시켜서 상기 실린더(2)에 공급할 수 있다. 상기 가스공급장치(4)는 LNG저장탱크에서 발생되는 BOG(Boil off gas)를 상기 실린더(2)에 공급할 수도 있다. 상기 가스공급장치(4)는 가스공급원(41), 가스분사노즐(42) 및 가스공급밸브(43)를 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 12를 참고하면, 상기 가스공급원(41)은 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 가스공급원(41)은 관 또는 파이프를 통해 상기 가스분사노즐(42)에 연결될 수 있다. 상기 가스공급원(41)은 가스연료를 저장하는 LNG저장탱크일 수 있다. 따라서, 상기 가스공급원(41)은 상기 LNG저장탱크에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료를 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 연료는 기체상태일 수 있다. 상기 가스공급원(41)과 상기 가스분사노즐(42)을 연결하는 파이프에는 연료를 이송시키기 위해 이송력을 발생시키는 컴프레서, 임펠러, 펌프와 같은 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 가스공급원(41)은 가스연료를 일정한 압력으로 저장하고 있는 가스연료저장탱크일 수도 있다. 이 경우, 상기 이송장치가 설치되지 않고 상기 파이프에는 개폐밸브가 설치될 수 있다. 상기 가스공급원(41)은 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료를 공급함으로써, 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 상기 가스공급원(41)은 피스톤(3)이 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 이동되는 중간에 가스연료를 상기 실린더(2)에 공급할 수 있다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스공급장치(4)가 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급하기 전에 배기밸브(미도시)를 이용하여 상기 실린더(2)와 상기 배기관을 차단시킴으로써, 상기 실린더(2)를 폐쇄하여 메탄슬립을 방지할 수 있다. 상기 가스공급원(41)은 상기 실린더(2)에 공급되는 가스연료의 압력이 약 3바(bar)에서 30바(bar) 사이. 바람직하게 5바(bar)에서 22바(bar) 사이가 되도록 가스연료를 압축할 수 있다.

상기 가스분사노즐(42)은 상기 실린더(2)에 가스연료를 공급하도록 상기 가스공급원(41)에 관 또는 파이프로 연결될 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)은 상기 가스공급원(41)에서 공급되는 가스연료를 실린더(2)의 내부로 분사하기 위해 상기 실린더라이너(2a)에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 가스분사노즐(42)은 상기 실린더라이너(2a)를 관통하여 설치됨으로써, 상기 연소실에 연통될 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)은 내부가 비어 있는 원통형태로 형성됨으로써, 상기 가스공급원(41)에서 공급되는 가스연료가 상기 실린더(2)의 내부. 즉, 연소실로 공급되도록 할 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)은 노즐축선(NL, 도 5에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 노즐축선(NL)은 가스분사노즐(42)의 중심이 되는 선을 의미한다. 상기 노즐축선(NL)은 상기 가스분사노즐(42)이 갖는 길이방향과 평행할 수 있다. 상기 노즐축선(NL)은 상기 가스분사노즐(42)을 통해 이동하는 가스연료의 이동 방향과 평행한 방향일 수 있다. 따라서, 상기 가스분사노즐(42)에서 분사되는 가스연료는 상기 가스분사노즐(42)이 갖는 노즐축선(NL) 방향과 동일한 방향(GD, 도 5에 도시됨)일 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)은 상기 실린더라이너(2a)에서 다양한 방향으로 설치될 수 있다. 따라서, 상기 가스분사노즐(42)이 설치된 방향에 따라 상기 노즐축선(NL) 방향이 달라질 수 있다. 이에 대한, 다양한 실시예는 후술하기로 한다.

상기 가스공급밸브(43)는 상기 가스공급원(41)에서 공급되는 가스연료를 상기 가스분사노즐(42)로 공급하거나 공급을 차단하기 위한 것이다. 상기 가스공급밸브(43)는 상기 가스공급원(41)과 상기 가스분사노즐(42) 사이에 위치하도록 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 가스공급밸브(43)는 상기 가스공급원(41)과 상기 가스분사노즐(42)을 연결하는 파이프에 설치될 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)는 상기 파이프의 개도를 개방하거나 폐쇄함으로써, 상기 가스공급원(41)에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료를 공급하거나 차단할 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)가 상기 파이프의 개도를 개방하면, 상기 가스공급원(41)에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료가 공급될 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)가 상기 파이프의 개도를 폐쇄하면, 상기 가스공급원(41)에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료가 공급되지 않을 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)는 밸브축선(VL, 도 5에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 밸브축선(VL)은 가스공급밸브(43)의 중심이 되는 선을 의미한다. 상기 밸브축선(VL)은 상기 가스공급밸브(43)가 갖는 길이방향과 평행할 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)의 길이방향은 상기 가스공급밸브(43)가 가스연료를 이동시키기 위해 형성된 유로(미도시)의 방향일 수 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가스공급밸브(43)는 밸브축선(VL) 방향이 상기 가스분사노즐(42)의 노즐축선(NL) 방향과 일치하도록 상기 가스분사노즐(42)에 결합될 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)의 밸브축선(VL) 방향과 상기 가스분사노즐(42)의 노즐축선(NL) 방향이 일치하면, 상기 가스공급밸브(43)의 유로와 상기 가스분사노즐(42)이 일직선 상에 위치하게 된다. 이 때, 상기 가스공급밸브(43)의 유로를 개폐하는 밸브체(미도시)는 상기 밸브축선(VL) 방향에 대해 수직한 방향으로 이동하여서 상기 유로를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 예컨대, 상기 밸브체가 상기 밸브축선(VL)과 수직한 수직방향으로 이동하여서 상기 가스공급밸브(43)가 갖는 시트면(미도시)에 접촉되면, 상기 유로가 폐쇄되므로 상기 가스공급원(41)에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료가 공급될 수 없다. 반대로, 상기 밸브체가 상기 밸브축선(VL)과 수직한 수직방향으로 이동하여서 상기 시트면으로부터 이격되면, 상기 유로가 개방되므로 상기 가스공급원(41)에서 상기 가스분사노즐(42)로 가스연료가 공급될 수 있다. 상기 가스공급밸브(43)가 파이프를 개방하면, 상기 가스공급원(41)에서 공급되는 가스연료는 이동 경로가 구부러지거나 꺾이지 않고 직선으로 이동하여서 상기 가스분사노즐(42)로 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스공급밸브의 밸브축선(VL) 방향과 상기 가스분사노즐의 노즐축선(NL) 방향을 일치시킴으로써, 가스연료의 이동경로가 구부러지거나 꺾이지 않도록 함으로써 압력 손실을 최소화하여 가스분사노즐(42)로 가스연료를 공급할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스연료의 이동경로가 구부러지거나 꺾이지 않도록 함으로써, 가스연료의 이동경로가 구부러지는 경우에 비해 상기 가스공급밸브(43)에 가해지는 압력을 줄일 수 있어서 가스공급밸브(43)의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 가스분사노즐(42)은 상기 노즐축선(NL) 방향이 상기 실린더의 중심(C)을 향하는 반경방향(R)으로부터 소정 각도(θ, 도 4에 도시됨)로 기울어져서 형성되도록 상기 실린더라이너(2a)에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 가스공급밸브(43)의 밸브축선(VL) 방향은 상기 노즐축선(NL) 방향과 일치할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 실린더(2)의 하측에서 공기가 공급된 후, 상기 실린더(2)에 가스연료 공급 시 상기 실린더의 중심(C)을 제외한 방향으로 가스연료를 공급할 수 있다. 이에 따른 효과를 알아보기 위해, 가스연료 공급 전에 상기 실린더(2)의 하측에서 공급되는 공기에 대해 먼저 살펴보면, 상기 공기는 후술할 소기공기공급부에 의해 상기 실린더(2)의 내부로 공급될 수 있다. 상기 소기공기공급부에 의해 상기 실린더(2)의 하측으로 공급된 공기는 상기 실린더의 중심(C)을 기준으로 스월(Swirl)을 형성하면서 상기 실린더(2)의 상측으로 이동하게 된다. 다음, 이러한 상태에서 가스연료를 상기 가상라인(L)으로부터 소정 간격 이격된 위치에서 가스연료를 공급하면 가스연료의 분사방향은 공기의 스월 방향과 완전히 동일하거나 유사한 방향이 되거나, 공기의 스월 방향과 완전히 반대방향이거나 완만하게 반대방향이 될 수 있다. 각각의 경우에 대해 살펴보면, 먼저 도 7 및 도 8을 참고하면 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)에 있어서, 상기 가스분사노즐(42)이 공급하는 가스연료의 공급방향이 공기의 스월 방향과 동일하거나 유사할 경우, 가스연료의 연소실 내 확산을 촉진하여 공기와 연료의 혼합을 빠르게 할 수 있다. 이에 따라, 공기와 연료가 불균일하게 혼합되어 발생할 수 있는 노킹이나 조기점화를 방지하여 엔진 효율을 높일 수 있다. 다음, 도 6을 참고하면 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)에 있어서, 상기 가스분사노즐(42)이 공급하는 가스연료의 공급방향이 공기의 스월 방향과 완전 반대이거나 완만하게 반대인 경우, 가스와 공기의 충돌에 난류 증가로 연소 속도를 빠르게 하여서 엔진의 효율을 높일 수 있다. 또한, 난류의 증가는 공기와 연료의 혼합을 균일하게 할 수 있다.

한편, 종래의 선박용 엔진은 가스공급장치가 실린더의 중심을 향하는 반경방향으로 가스연료를 공급하였다. 따라서, 종래의 선박용 엔진은 가스공급장치가 복수개 설치될 경우, 서로 다른 위치에서 실린더의 중심을 향해 가스연료를 공급하므로, 실린더의 중심에서 가스연료들이 충돌하여 가스연료가 상측으로 빠르게 이동하여서 가스연료 일부가 연소실의 외부로 배출되는 메탄슬립이 발생하는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스분사노즐(42)의 노즐축선(NL) 방향이 상기 가상라인(L)으로부터 소정 간격 이격된 위치에서 위치하도록 상기 실린더라이너(2a)에 설치됨으로써, 실린더의 중심(C)을 제외한 방향으로 가스연료를 분사할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스분사노즐(42)이 복수개 설치되어도 각각의 가스분사노즐(42)의 가스연료 분사방향이 실린더의 중심(C)을 향하지 않으므로, 가스연료들이 서로 충돌하지 않아서 메탄슬립이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 소기공기공급부(5)를 포함할 수 있다.

상기 소기공기공급부(5)는 실린더(2)에 공기를 공급하기 위한 것이다. 소기공기공급부(5)는 실린더(2)의 하측에 위치하도록 엔진블록에 결합될 수 있다. 소기공기공급부(5)는 Z축방향을 기준으로 상기 가스공급장치(4)보다 낮은 위치에 위치될 수 있다. 피스톤(3)은 실린더(2)에서 공기와 가스연료를 압축시키기 위해 하사점(P1)에서 소기공기공급부(5), 가스공급장치(4) 및 상사점(P2)까지 순차적으로 이동할 수 있다. 도시되지 않았지만, 소기공기공급부(5)는 실린더(2)를 형성하는 실린더라이너(2a)의 원주를 따라 복수개가 서로 이격되게 형성될 수 있다. 소기공기공급부(5)는 외부의 공기를 흡입하여 실린더(2)에 공급할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 공기를 저장하였다가 실린더(2)에 공급할 수도 있다. 소기공기공급부(5)는 엔진 부하에 따라 약 1바(bar) - 8바(bar) 사이의 압력으로 실린더(2)에 공기를 공급할 수 있다. 바람직하게 소기공기공급부재(411)는 엔진 부하에 따라 약 1바(bar) - 5바(bar) 사이의 압력으로 실린더(2)에 공기를 공급할 수 있다. 소기공기공급부(5)는 피스톤(3)의 이동에 따라 실린더(2)에 연통되거나 연통이 차단됨으로써, 실린더(2)에 공기를 공급하거나 공급하지 않을 수 있다. 예컨대, Z축방향을 기준으로 피스톤(3)이 소기공기공급부(5)보다 하사점 쪽을 향해 이동하면, 소기공기공급부(5)는 실린더(2)에 연통될 수 있다. 이에 따라, 소기공기공급부(5)는 실린더(2)에 공기를 공급할 수 있다. 예컨대, Z축방향을 기준으로 피스톤(3)이 소기공기공급부(5)보다 상사점 쪽으로 이동하면, 소기공기공급부(5)는 실린더(2)와의 연통이 차단될 수 있다. 이에 따라, 소기공기공급부(5)는 실린더(2)에 공기를 공급할 수 없다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 소기공기공급부(5)가 상기 실린더(2)에 공기를 공급한 후에 상기 가스공급장치(4)가 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 소기공기공급부(5) 외에 상기 실린더(2)에 공기를 추가 공급할 수 있는 보조공기공급부(6)를 더 포함할 수 있다. 상기 보조공기공급부(6)에 대한 설명은 상기 가스분사노즐(42)의 다양한 실시예들을 설명한 후에 하기로 한다.

이하에서는, 상기 가스분사노즐(42)이 상기 실린더라이너(2a)에 다양한 방향으로 설치된 실시예들에 대해 설명하기로 한다.

도 6 내지 도 11을 참고하면, 상기 가스분사노즐(42)은 상기 소기공기공급부(5)가 상기 실린더(2)에 공기를 공급하는 제1방향(AD)과 반대되는 제2방향(GD)으로 가스연료를 공급하도록 상기 실린더라이너(2a)에 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 공기의 스월 방향인 제1방향(AD)과 반대되는 제2방향(GD)으로 가스연료를 실린더(2)에 공급할 수 있으므로, 공기와 가스연료를 균일하게 혼합시킬 수 있어서 노킹(Knocking) 및 조기점화(Pre-ignition)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 제1방향(AD)은 상기 소기공기공급부(5)가 상기 실린더(2)에 공급한 공기의 스월(Swirl) 방향일 수 있다.

상기 제2방향(GD)은 상기 가스분사노즐(42)이 상기 실린더(2)에 공급한 가스연료의 스월(Swirl) 방향일 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)은 상기 소기공기공급부(5)가 실린더(2)에 공급한 공기의 스월방향과 상기 가스분사노즐(42)이 상기 실린더(2)에 공급하는 가스연료의 스월방향이 반대가 되도록 실린더라이너에 설치될 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)은 상기 가상라인(L)과 평행한 방향으로 상기 실린더(2)에 가스연료가 분사되도록 상기 실린더라이너(2a)에 설치될 수 있다. 상기 가상라인(L) 방향은 X축방향과 평행한 방향일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가상라인(L)과 평행한 방향으로 가스연료를 실린더(2)에 공급할 수 있으므로, 상기 실린더의 중심(C) 또는 상기 공기의 스월 방향으로 가스연료를 공급하는 경우에 비해 공기와 가스연료를 균일하게 혼합시킬 수 있어서 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition) 등 이상연소가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가상라인(L)과 평행한 방향으로 가스연료를 실린더(2)에 공급할 수 있으므로, 상기 실린더의 중심(C)으로 가스분사노즐(42)을 설치하는 경우에 비해 실린더의 중심(C)을 파악할 필요가 없으므로 제작의 용이성을 향상시킬 수 있어서 공정이 완료된 엔진을 생산하기까지 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스분사노즐(42)을 상기 가상라인(L)과 평행한 방향으로 상기 실린더라이너(2a)에 설치하되, 상기 가스분사노즐(42)이 공급하는 가스연료가 상기 가상라인(L)의 10%이상 40%이하의 부분을 통과하도록 설치할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스분사노즐(42)이 상기 실린더(2)로 공급하는 가스연료가 상기 실린더(2)의 내주면에 가깝게 분사되는 것을 방지함으로써, 상기 실린더(2)의 내면이 쉽게 마모되어서 사용수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스분사노즐(42)이 상기 실린더(2)로 공급하는 가스연료가 상기 실린더(2)의 중심(C)에 가깝게 분사되는 것을 방지함으로써, 공기와 가스연료의 혼합률이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 10 및 도 11을 참고하면, 상기 가스분사노즐(42)은 상기 소기공기공급부(5)에서 상기 실린더(2)에 공급된 공기와 혼합되는 가스연료의 혼합률이 증가하도록 복수개가 상기 실린더라이너(2a)에 서로 이격되게 설치될 수 있다.

도 10은 2개의 가스분사노즐(42, 42')이 상기 실린더 중심(C)을 기준으로 서로 대칭되게 설치된 것이다. 1개의 가스분사노즐(42)은 제1영역(A1)에 설치되고, 다른 1개의 가스분사노즐(42')은 제2영역(A2)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스분사노즐(42, 42')들은 실린더의 중심(C)을 기준으로 서로 대칭되는 위치에서 가스연료를 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 가스분사노즐(42, 42')에 각각 결합되도록 복수개의 가스공급밸브(43, 43')가 설치될 수 있다. 상기 가스공급원(41)은 1개가 2개의 가스분사노즐(42, 42')에 결합된 것으로 도시되어 있으나, 2개의 가스분사노즐(42, 42')에 각각 결합되도록 복수개일 수도 있다. 상기 가스분사노즐(42)들이 공급하는 가스연료의 분사방향이 공기의 스월 방향과 동일하거나 유사한 경우, 1개의 가스분사노즐(42)이 가스연료를 공급하는 경우에 비해 실린더의 가스분사노즐 반대 방향까지 가스연료를 더 빠르게 확산시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스와 연료의 혼합을 균일하게 할 수 있다. 상기 가스분사노즐(42)들이 공급하는 가스연료의 분사방향이 공기의 스월 방향과 완전 반대이거나 비스듬하게 반대인 경우, 1개의 가스분사노즐(42)이 가스연료를 공급하는 경우에 비해 상기 실린더의 중심(C)을 기준으로 양측에서 공기와 가스연료를 혼합시킬 수 있으므로 공기와 가스연료의 혼합속도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 더 균일하게 혼합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition) 등 이상연소가 발생하는 것을 방지하고 엔진 효율을 높일 수 있다. 본 실시예에서는 2개의 가스분사노즐(42)을 예로 들었으나, 그 이상의 가스분사노즐(42)들이 실린더의 중심을 기준으로 서로 대칭되게 설치될 수 있다.

도 11은 2개의 가스분사노즐(42, 42')이 상기 가상라인(L)을 기준으로 제1영역(A1)에 배치된 것이다. 이에 따라, 상기 가스분사노즐(42, 42')들은 제1영역(A1)에서 가스연료를 공급할 수 있다. 상기 가스분사노즐(42, 42')들이 상기 제1영역(A1)에서 분산 배치된 경우, 가스분사노즐(42, 42')은 각각 상기 실린더(2)의 내주면에 가까운 외측부분, 및 실린더의 중심(C)에 가까운 내측부분을 향해 가스연료를 분사할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 제1영역(A1)에서 내측부분과 외측부분에 동시에 가스연료를 공급할 수 있으므로, 공기와 가스를 더 균일하게 혼합시킬 수 있어서 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition) 등 이상연소가 발생하는 것을 더 방지할 수 있다. 본 실시예에서는 2개의 가스분사노즐(42, 42')이 제1영역(A1)에만 배치된 것을 예로 들었으나, 상기 2개의 가스분사노즐(42, 42')이 제2영역(A2)에 배치되어서 가스연료를 실린더(2)에 공급할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 2개의 가스분사노즐(42, 42')이 제1영역(A1)에만 배치된 것을 예로 들었으나, 또 다른 2개의 가스분사노즐이 제2영역(A2)에 배치되어서 가스연료를 실린더(2)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 가스분사노즐은 총 4개가 되며, 상기 제1영역(A1)에 배치된 가스분사노즐(42, 42')들이 실린더(2)에 가스를 분사하는 제1분사방향과 상기 제2영역(A2)에 배치된 가스분사노즐들이 실린더(2)에 가스를 분사하는 제2분사방향은 서로 동일하거나 유사한 방향일 수도 있고, 서로 완전 반대방향이거나 비스듬하게 반대되는 방향일 수도 있다. 또한, 제1영역(A1) 또는 제2영역(A2)에 배치되는 가스분사노즐(42)은 공기와 가스연료의 혼합률을 높이기 위해 2개를 초과하는 개수로 설치될 수도 있다. 또한, 상기 가스분사노즐들이 각각 분사하는 가스연료의 양은 서로 상이할 수도 있다. 또한, 상기 가스분사노즐(42, 42')들은 공기와 가스연료의 혼합률을 높이기 위해 가스연료를 분사하는 방향이 서로 상이하도록 상기 실린더라이너(2a)에 설치될 수도 있다.

도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 가스분사노즐(42)이 X축방향에 평행한 방향으로 가스연료를 공급할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, X축방향을 벗어나는 방향으로 실린더라이너(2a)에 설치되어서 상기 실린더의 하측 방향 또는 상기 실린더의 상측 방향을 향해 가스연료를 공급하여서 공기와 가스연료를 균일하게 혼합시킬 수도 있다.

도 12를 참고하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 보조공기공급부(6)를 포함할 수 있다.

상기 보조공기공급부(6)는 상기 소기공기공급부(5)가 실린더(2)에 공급하는 공기 외에 상기 실린더(2)에 공기를 추가로 공급하기 위한 것이다. 상기 보조공기공급부(6)는 상기 가스공급장치(4)에 연결될 수 있다. 상기 보조공기공급부(6)는 관 또는 파이프를 통해 상기 가스공급장치(4)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 보조공기공급부(6)가 추가로 공급하는 공기(이하, '추가공기'라 함)는 상기 가스공급장치(4)로 공급되어서 가스연료와 함께 상기 실린더(2)로 공급될 수 있다. 상기 보조공기공급부(6)는 상기 가스공급장치(4)에 연결되므로, 소기공기공급부(5)가 실린더(2)에 공기를 공급한 후 피스톤이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에 실린더(2)에 공기를 공급할 수 있다. 따라서, 상기 보조공기공급부(6)는 상기 소기공기공급부(5)보다 나중에 실린더(2)에 추가공기를 공급할 수 있다. 상기 보조공기공급부(6)는 상기 가스공급장치(4)와 상기 실린더(2)를 연결하는 파이프에 연결될 수도 있다. 따라서, 상기 보조공기공급부(6)는 상기 파이프로 공기를 공급함으로써, 상기 실린더(2)의 중간 위치에서 상기 실린더(2)로 공기를 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 가스공급장치(4)도 상기 실린더(2)로 연료를 공급할 수 있다. 따라서, 상기 실린더(2)에는 보조공기공급부(6)가 공급하는 공기와 가스공급장치(4)가 공급하는 가스연료가 혼합되어서 공급될 수 있다. 상기 보조공기공급부(6)는 외부의 공기를 압축하여서 상기 소기공기공급부(5)에 추가공기를 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 보조공기공급부(6)는 압축기, 임펠러 등 압축장치일 수 있다. 상기 보조공기공급부(6)는 소정 압력으로 미리 압축된 공기를 저장하여서 상기 소기공기공급부(5)에 추가공기를 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 보조공기공급부(6)는 공기저장탱크. 예컨대, 스타팅에어리시버, 콘트롤에어리시버 등일 수 있다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 피스톤(3)이 가스연료와 공기를 압축하는 과정에서 공기와 가스연료를 미리 혼합시킨 공기혼합가스연료(AF, 도 12에 도시됨)를 실린더(2)에 공급할 수 있으므로, 압축과정에서 실린더(2)에 연료만 공급하는 경우에 비해 실린더(2) 내부의 공기와 가스연료를 더 균일하게 혼합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 공기혼합가스연료(AF)의 연소 효율을 향상시킬 수 있으므로, 선박을 추진시키기 위한 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 노킹(Knocking)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 실린더(2)의 중간 부분에서 공기와 연료가 혼합된 공기혼합가스연료(AF)를 공급할 수 있으므로, 실린더(2)의 하측에서 공기가 실린더(2)에 공급된 후 연료가 따로 실린더(2)에 공급되는 경우에 비해 압축비를 높일 수 있으므로 엔진 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스분사노즐(42)이 상기 가상라인(L)과 평행한 방향으로 가스연료 또는 가스와 공기가 혼합된 공기혼합가스연료(AF)를 공급할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 가스연료 또는 공기혼합가스연료(AF)를 분사하여 공기와 연료의 혼합률을 높일수 있으면 상기 실린더의 중심(C)을 벗어나는 다른 방향으로 가스연료 또는 공기혼합가스연료(AF)를 공급할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 노킹, 조기점화, 실화 등 이상연소가 발생하는 것을 줄여서 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 선박용 엔진
2 : 실린더 3 : 피스톤
4 : 가스공급장치 5 : 소기공기공급부
6 : 보조공기공급부 41 : 가스공급원
42 : 가스분사노즐 43 : 가스공급밸브

Claims

연료를 연소시키기 위한 실린더;
상기 실린더에서 하사점과 상사점 사이를 왕복 이동하는 피스톤;
엔진의 부하에 따라 압력을 달리하여 상기 실린더에 공기를 공급하는 소기공기공급부;
상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중간에 상기 실린더에 가스연료를 공급하기 위한 복수개의 가스공급장치; 및
상기 가스공급장치에 연결되고, 상기 소기공기공급부가 공급하는 공기 외에 상기 실린더에 공기를 추가로 공급하기 위한 보조공기공급부를 포함하고,
상기 소기공기공급부는,
상기 실린더의 하측에서 소기공기를 공급하여, 상기 실린더에 공급된 소기공기가 스월을 형성하면서 상기 실린더의 상측으로 이동하도록 하며,
상기 복수개의 가스공급장치는,
실린더라이너에 설치되어 가스연료의 분사 방향을 결정하는 노즐 축선을 가지는 가스분사노즐; 및
상기 가스분사노즐로 공급되는 가스연료를 개폐하면서 밸브 축선을 가지는 가스공급밸브를 포함하고,
상기 가스분사노즐의 노즐 축선과 상기 가스공급밸브의 밸브 축선은 일렬로 마련되며,
상기 노즐 축선은,
상기 실린더의 중심을 향하는 반경방향으로부터 소정 각도로 기울어져 마련되어, 상기 가스분사노즐의 가스연료 분사방향이 상기 실린더의 중심을 향하지 않도록 하며 상기 소기공기의 스월 방향과 마주하는 반대 방향으로 마련되고,
상기 복수개의 가스공급장치는,
엔진의 부하와 무관하게 항상 상기 실린더의 중심을 제외한 방향으로만 상기 실린더에 가스연료를 공급하여, 소기공기가 빠르게 회전하는 것을 저지하면서 가스연료와 소기공기의 충돌에 의한 난류를 증가시킴으로써, 소기공기와 가스연료의 혼합을 균일하게 하며,
상기 가스공급장치는,
상기 실린더에 가스를 공급하기 위한 가스공급원;
상기 실린더라이너에 설치되고, 상기 실린더에 가스연료를 공급하도록 상기 가스공급원에 연결되는 가스분사노즐;
상기 가스공급원과 상기 가스분사노즐을 연결하는 가스공급파이프; 및
상기 가스분사노즐과 상기 가스공급원 사이에 위치하도록 설치되고, 상기 가스공급원에서 공급되는 가스연료를 상기 가스분사노즐로 공급하거나 차단하기 위한 가스공급밸브를 포함하고,
상기 보조공기공급부는,
상기 가스공급장치의 가스연료가 보조공기와 혼합되어 공기혼합가스연료로 상기 실린더에 공급되도록, 상기 가스공급파이프에 연결되는 보조공기공급파이프를 포함하며,
상기 피스톤의 하사점에서 상기 소기공기공급부에 의해 소기공기가 상기 실린더로 공급된 후, 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중간에 상기 보조공기공급부 및 상기 가스공급장치에 의해 공기혼합가스연료가 상기 실린더로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
삭제
제1항에 있어서,
상기 가스공급밸브는 밸브축선 방향이 상기 가스분사노즐의 노즐축선 방향과 일치하도록 상기 가스분사노즐에 결합되며,
상기 가스분사노즐은 상기 노즐축선 방향이 상기 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인으로부터 소정 간격으로 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제1항에 있어서,
상기 가스분사노즐에 연결되게 설치되어서 상기 가스분사노즐을 통해 상기 실린더에 가스를 공급하기 위해 가스연료를 저장하는 가스공급원을 포함하는 선박용 엔진.
삭제
삭제
제3항에 있어서,
상기 가스분사노즐은 상기 가상라인과 평행한 방향으로 상기 실린더에 가스연료가 분사되도록 상기 실린더라이너에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제1항에 있어서,
상기 가스분사노즐은 상기 소기공기공급부에서 공급된 공기와 혼합되는 가스연료의 혼합률이 증가하도록 복수개가 상기 실린더라이너에 서로 이격되게 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제8항에 있어서,
상기 가스분사노즐들은 상기 실린더의 중심을 기준으로 서로 대칭되게 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제8항에 있어서,
상기 가스분사노즐들은 상기 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인을 기준으로 나뉘는 제1영역 및 상기 제1영역과 반대되는 제2영역 중에서 적어도 상기 제1영역에 복수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제8항에 있어서,
상기 가스분사노즐들은 상기 실린더의 중심을 수평하게 통과하는 가상라인을 기준으로 나뉘는 제1영역 및 상기 제1영역과 반대되는 제2영역에 각각 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제1항에 있어서, 상기 보조공기공급부는,
외부의 공기를 압축하여 상기 소기공기공급부에 추가공기를 공급하는 압축장치; 또는
소정 압력으로 미리 압축된 공기를 저장하였다가 상기 소기공기공급부에 추가공기를 공급하는 공기저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.