KR102442213B1

KR102442213B1 - dual-fuel engine

Info

Publication number: KR102442213B1
Application number: KR1020200041222A
Authority: KR
Inventors: 백은성; 유정대; 최호정; 안주용
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-09-13
Also published as: KR102566865B1; KR20210093824A; KR20200117908A

Abstract

본 발명은 이종연료 엔진에 관한 것으로서, 가스연료를 주연료로 소비하는 가스모드와 오일연료를 주연료로 소비하는 오일모드 중 하나로 운전하는 이종연료 엔진으로서, 연료를 연소시키기 위한 연소실을 갖는 실린더; 상기 실린더의 상기 연소실에서 왕복 이동하는 피스톤; 상기 실린더 상측에 마련되며 오일모드 시 오일연료를 상기 연소실에 분사하는 오일연료 인젝터와, 상기 실린더 상측에 마련되며 가스모드 시 가스연료를 착화시키기 위해 소량의 오일연료를 상기 연소실에 분사하는 파일럿 인젝터를 갖는 오일연료 공급유닛; 상기 실린더 상측과 하측 사이에 마련되며 가스모드 시 가스연료를 상기 연소실에 분사하는 가스연료 분사노즐을 갖는 가스연료 공급유닛; 및 상기 연소실의 체적을 구조적으로 가변시키는 연소체적 가변유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a heterogeneous fuel engine, comprising: a heterogeneous fuel engine operating in one of a gas mode in which gas fuel is consumed as a main fuel and an oil mode in which oil fuel is consumed as a main fuel, comprising: a cylinder having a combustion chamber for burning fuel; a piston reciprocating in the combustion chamber of the cylinder; an oil fuel injector provided above the cylinder and injecting oil fuel into the combustion chamber in oil mode; and a pilot injector provided above the cylinder and injecting a small amount of oil fuel into the combustion chamber to ignite gas fuel in gas mode. having an oil fuel supply unit; a gas fuel supply unit provided between the upper and lower sides of the cylinder and having a gas fuel injection nozzle for injecting gas fuel into the combustion chamber in gas mode; and a combustion volume variable unit for structurally varying the volume of the combustion chamber.

Description

dual-fuel engine

본 발명은 이종연료 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a heterogeneous fuel engine.

일반적으로 선박 등에 탑재되는 대형 엔진으로는 디젤엔진(Diesel Engine), 가스엔진(Gas Turbine Engine), 이종연료 엔진(Dual Fuel Engine) 등 다양한 엔진이 개발되어 있다. 이 중에서 이종연료 엔진(Dual Fuel Engine)은, 2가지 연료, 예컨대, 가스(LNG 등)와 오일(디젤 등)을 병행하여 사용할 수 있는 장점으로 인해 선박에 많이 사용된다.In general, various engines, such as a diesel engine, a gas turbine engine, and a dual fuel engine, have been developed as large engines mounted on ships. Among them, a dual fuel engine is widely used in ships due to the advantage that two fuels, for example, gas (LNG, etc.) and oil (diesel, etc.) can be used in parallel.

이러한 이종연료 엔진이 설치된 선박은, 연소실 내압에 따라 고압엔진(ME-GI)과 저압엔진(X-DF 등)으로 구분되며, 2행정 엔진(ME-GI, X-DF) 또는 4행정 엔진(DFDE) 등으로 구분될 수 있다.Vessels equipped with such a heterogeneous fuel engine are classified into high-pressure engines (ME-GI) and low-pressure engines (X-DF, etc.) according to the internal pressure of the combustion chamber, and are divided into 2-stroke engines (ME-GI, X-DF) or 4-stroke engines ( DFDE) and the like.

이종연료 엔진은, 가스를 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 가스모드와, 오일을 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 오일모드 중 하나를 이용하여 운전한다.The heterogeneous fuel engine operates using one of a gas mode for generating propulsion driving force using gas as a main fuel and an oil mode for generating propulsion driving force using oil as a main fuel.

이를 위해 이종연료 엔진(특히 2행정 저압 Otto cycle 엔진)은 연소실을 갖는 실린더, 실린더에서 상하방향으로 왕복운동하는 피스톤, 실린더의 상측에 설치되는 실린더 커버, 실린더 커버에 설치되어 실린더에 오일연료를 분사하는 오일연료 인젝터, 실린더 커버에 설치되어 실린더에서 연소된 배기가스를 배출시키기 위한 배기밸브, 실린더에서 배출되는 배기가스를 공급받는 배기가스 리시버, 실린더의 하측에 설치되어 실린더 내부로 공기를 공급하는 소기 리시버, 실린더의 상측과 하측 사이에 설치되어 실린더 내부에 가스연료를 공급하는 연료공급부(가스연료 인젝터/가스연료 분사노즐 등), 가스모드에서의 점화를 위해 소량의 오일연료를 파일럿 연료로 주입하는 파일럿 인젝터를 포함한다.For this purpose, hetero fuel engines (especially 2-stroke low-pressure Otto cycle engines) have a cylinder with a combustion chamber, a piston reciprocating in the vertical direction in the cylinder, a cylinder cover installed on the upper side of the cylinder, and a cylinder cover installed on the cylinder to inject oil fuel into the cylinder. an oil fuel injector installed on the cylinder cover to discharge the exhaust gas burned from the cylinder, an exhaust gas receiver to receive the exhaust gas discharged from the cylinder, and scavenging air installed at the lower side of the cylinder to supply air into the cylinder The receiver, the fuel supply part installed between the upper and lower sides of the cylinder and supplying gas fuel to the inside of the cylinder (gas fuel injector/gas fuel injection nozzle, etc.), injects a small amount of oil fuel as pilot fuel for ignition in gas mode. Includes pilot injectors.

또한, 이종연료 엔진은 실린더에서 배출되는 배기가스를 이용하여 실린더에 공급되는 공기의 양을 증가시켜서 엔진의 출력을 높이는 터보차저를 포함한다. 터보차저가 압축한 공기는 소기 리시버로 공급되어 실린더로 공급될 수 있다.In addition, the hetero fuel engine includes a turbocharger that increases the output of the engine by increasing the amount of air supplied to the cylinder by using the exhaust gas discharged from the cylinder. Air compressed by the turbocharger may be supplied to a scavenging air receiver and supplied to a cylinder.

이러한 엔진이 가스모드로 운전하는 경우에는, 소기와 가스연료를 피스톤이 압축하고, 파일럿 인젝터를 이용해 점화를 일으켜 폭발력에 의한 피스톤 하강을 구현한다. 반면 오일모드로 운전하는 경우에는 가스연료 인젝터와 파일럿 인젝터를 사용하지 않고 오일연료 인젝터를 사용하여 폭발을 발생시킬 수 있다.When such an engine operates in gas mode, a piston compresses scavenging air and gas fuel, and causes ignition using a pilot injector to implement piston lowering by explosive force. On the other hand, when driving in oil mode, an explosion may be generated by using an oil fuel injector instead of using a gas fuel injector and a pilot injector.

이러한 이종연료 엔진을 다양한 부하에서 안정적으로 가동하기 위해서는 공연비(air-gas ratio)의 제어가 매우 중요하다. 특히 연료 공급량의 제어에 대한 응답성 대비 배기를 통한 소기 주입을 제어하는 터보차저의 응답성이 떨어진다는 점으로 인하여 공연비가 효율적으로 제어되지 못해 문제가 발생할 수 있다.In order to stably operate such a heterogeneous fuel engine under various loads, control of the air-gas ratio is very important. In particular, since the responsiveness of the turbocharger for controlling scavenging air injection through exhaust is inferior compared to the responsiveness to the control of the fuel supply amount, the air-fuel ratio cannot be efficiently controlled, which may cause a problem.

일례로 가스량 대비 공기량이 줄어 공연비가 낮아지면 노킹(knocking) 및 조기점화(Pre-ignition)가 발생할 수 있고, 반면 가스량 대비 공기량이 늘어 공연비가 높아지면서 실화(Misfiring)가 발생하여 엔진 효율이 저하되는 문제가 있다.For example, if the air-fuel ratio decreases due to the decrease in the amount of air compared to the amount of gas, knocking and pre-ignition may occur. there is a problem.

따라서 최근 이종연료 엔진에 대해, 부하에 따른 안정적인 연소를 구현하기 위하여 각종 제어 기술이 개발되고 있으며, 또한 연소 효율을 높이기 위한 구조 개선도 함께 이루어지고 있다.Accordingly, various control technologies have been recently developed for a heterogeneous fuel engine to achieve stable combustion according to a load, and structural improvements to increase combustion efficiency are also being made.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 모드 또는 부하에 따라 압축비를 효과적으로 제어하여 안정적인 출력을 확보할 수 있는 이종연료 엔진을 제공하기 위한 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a heterogeneous fuel engine capable of securing a stable output by effectively controlling a compression ratio according to a mode or a load.

본 발명에 따른 이종연료 엔진은, 가스연료를 주연료로 소비하는 가스모드와 오일연료를 주연료로 소비하는 오일모드 중 하나로 운전하는 이종연료 엔진으로서, 연료를 연소시키기 위한 연소실을 갖는 실린더; 상기 실린더의 상기 연소실에서 왕복 이동하는 피스톤; 상기 실린더 상측에 마련되며 오일모드 시 오일연료를 상기 연소실에 분사하는 오일연료 인젝터와, 상기 실린더 상측에 마련되며 가스모드 시 가스연료를 착화시키기 위해 소량의 오일연료를 상기 연소실에 분사하는 파일럿 인젝터를 갖는 오일연료 공급유닛; 상기 실린더 상측과 하측 사이에 마련되며 가스모드 시 가스연료를 상기 연소실에 분사하는 가스연료 분사노즐을 갖는 가스연료 공급유닛; 및 상기 연소실의 체적을 구조적으로 가변시키는 연소체적 가변유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.A heterogeneous fuel engine according to the present invention is a heterogeneous fuel engine operating in one of a gas mode in which gas fuel is consumed as a main fuel and an oil mode in which oil fuel is consumed as a main fuel, comprising: a cylinder having a combustion chamber for burning fuel; a piston reciprocating in the combustion chamber of the cylinder; an oil fuel injector provided above the cylinder and injecting oil fuel into the combustion chamber in oil mode; and a pilot injector provided above the cylinder and injecting a small amount of oil fuel into the combustion chamber to ignite gas fuel in gas mode. having an oil fuel supply unit; a gas fuel supply unit provided between the upper and lower sides of the cylinder and having a gas fuel injection nozzle for injecting gas fuel into the combustion chamber in gas mode; and a combustion volume variable unit for structurally varying the volume of the combustion chamber.

구체적으로, 상기 연소체적 가변유닛은, 구동원; 및 상기 구동원에 의해 에너지를 전달받아 상기 연소실의 내외 방향으로 움직이는 이동부를 포함하며, 상기 이동부의 상기 연소실 내 돌출 정도에 따라 상기 연소실의 체적이 가변될 수 있다.Specifically, the combustion volume variable unit may include a driving source; and a moving part that receives energy by the driving source and moves in and out of the combustion chamber, wherein the volume of the combustion chamber may vary according to the degree of protrusion of the moving part in the combustion chamber.

구체적으로, 상기 연소체적 가변유닛은, 상기 실린더의 상측에 설치되는 실린더 커버에 마련될 수 있다.Specifically, the combustion volume variable unit may be provided on a cylinder cover installed above the cylinder.

구체적으로, 상기 연소체적 가변유닛은, 가스모드 또는 오일모드의 전환에 따라 상기 이동부의 위치를 달리할 수 있다.Specifically, the combustion volume variable unit may change the position of the moving part according to the change of the gas mode or the oil mode.

구체적으로, 상기 연소체적 가변유닛은, 가스모드 대비 오일모드에서 상기 연소실의 체적이 감소하도록 상기 이동부를 제어할 수 있다.Specifically, the combustion volume variable unit may control the moving unit to decrease the volume of the combustion chamber in the oil mode compared to the gas mode.

구체적으로, 상기 이동부는, 상기 연소실에서 상기 피스톤의 왕복 이동 방향과 경사진 방향으로 이동하게 마련될 수 있다.Specifically, the moving part may be provided to move in a reciprocating direction and an inclined direction of the piston in the combustion chamber.

구체적으로, 상기 이동부는, 상기 연소실 내측과 마주하는 일단이 상기 연소실의 외측 방향으로 돌출 또는 볼록한 형상을 가질 수 있다.Specifically, the moving part, one end facing the inner side of the combustion chamber may have a protruding or convex shape in the outer direction of the combustion chamber.

본 발명에 따른 이종연료 엔진은, 이종연료를 사용할 때 압축비를 효과적으로 제어할 수 있도록 구조 및/또는 제어를 개선하여, 엔진 효율을 대폭 개선할 수 있다.The heterogeneous fuel engine according to the present invention can significantly improve engine efficiency by improving the structure and/or control so as to effectively control the compression ratio when using the heterogeneous fuel.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 개념도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 단면도이다.1 is a block diagram of a heterogeneous fuel engine according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are conceptual views of a heterogeneous fuel engine according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are cross-sectional views of a heterogeneous fuel engine according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 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. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numbers to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are given the same number as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 가스는 LPG, LNG, 에탄 등으로서 비등점이 상온보다 낮은 물질을 의미할 수 있으며, 반면 오일은 상온에서 액상이며 발열량을 갖는 모든 물질로서 디젤 등을 포괄한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, gas may mean a material having a lower boiling point than room temperature as LPG, LNG, ethane, etc., whereas oil is a liquid at room temperature and includes diesel and the like as all materials having a calorific value.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 개념도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 단면도이다.1 is a block diagram of a heterogeneous fuel engine according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are conceptual diagrams of a heterogeneous fuel engine according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are one of the present invention It is a cross-sectional view of a heterogeneous fuel engine according to an embodiment.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진(1)은, 실린더(2), 피스톤(3), 가스연료 공급유닛(4), 오일연료 공급유닛(5), 제어부(6), 연소체적 가변유닛(11) 등을 포함한다.1 to 5 , a heterogeneous fuel engine 1 according to an embodiment of the present invention includes a cylinder 2 , a piston 3 , a gas fuel supply unit 4 , and an oil fuel supply unit 5 . , a control unit 6, a combustion volume variable unit 11, and the like.

실린더(2)는 연료를 연소시키기 위한 것이다. 실린더(2)는 엔진블록(도시하지 않음)의 내부에 형성될 수 있다. 실린더(2)는 공기, 연료 등이 공급될 수 있는 연소실을 갖는다. 연소실은 내부가 비어있는 원통형태로 형성될 수 있다. The cylinder 2 is for burning fuel. The cylinder 2 may be formed inside the engine block (not shown). The cylinder 2 has a combustion chamber to which air, fuel, etc. can be supplied. The combustion chamber may be formed in a cylindrical shape with an empty interior.

실린더(2)와 엔진블록 사이에는 실린더 라이너(도시하지 않음)가 설치될 수 있다. 실린더(2)의 상측에는 실린더 커버(2a)가 설치될 수 있다. 실린더(2)에는 피스톤이 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 피스톤은 연소실의 내부에서 상하방향으로 왕복운동할 수 있다. 상하방향은 중력방향과 평행한 방향일 수 있으나, 다른 방향일 수도 있다. A cylinder liner (not shown) may be installed between the cylinder 2 and the engine block. A cylinder cover 2a may be installed above the cylinder 2 . A piston may be movably installed in the cylinder 2 . For example, the piston may reciprocate up and down inside the combustion chamber. The up-down direction may be a direction parallel to the direction of gravity, but may also be a different direction.

실린더(2)에는 가스연료를 공급하기 위한 가스연료 공급유닛(4), 및 오일연료를 공급하기 위한 오일연료 공급유닛(5)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 실린더(2)는 가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)으로부터 가스연료 및 오일연료 중 적어도 하나를 공급받을 수 있다. A gas fuel supply unit 4 for supplying gas fuel and an oil fuel supply unit 5 for supplying oil fuel may be coupled to the cylinder 2 . Accordingly, the cylinder 2 may receive at least one of gas fuel and oil fuel from the gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 .

가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)은 실린더(2)의 하측에 설치되는 소기공(도시하지 않음)을 통해 외부공기인 소기(掃氣)가 공급된 후에 실린더(2)에 가스연료, 오일연료를 공급할 수 있다. 이때, 가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)은 가스연료가 공급된 후에 오일연료를 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이종연료 엔진(1)은 소기공기, 가스연료 및 오일연료를 실린더(2)에 순차적으로 공급할 수 있다. After the gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 are supplied with scavenge air, which is external air, through a small pore (not shown) installed on the lower side of the cylinder 2, the cylinder 2 It can supply gas fuel and oil fuel. At this time, the gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 may supply the oil fuel after the gas fuel is supplied. Accordingly, the heterogeneous fuel engine 1 according to the present invention may sequentially supply scavenging air, gas fuel and oil fuel to the cylinder 2 .

소기공은 실린더(2)의 하측에서 실린더(2)를 관통하여 형성된 구멍으로, 공기가 충진되어 있는 소기 리시버(9)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 소기 리시버(9)에 충진된 공기는 소기공을 통해 실린더로 공급될 수 있다. The small pore is a hole formed through the cylinder 2 at the lower side of the cylinder 2 and may be installed to be connected to the scavenge air receiver 9 filled with air. Accordingly, the air filled in the scavenging air receiver 9 may be supplied to the cylinder through the small pores.

소기 리시버(9)는 터보차저(도시하지 않음)가 실린더에서 배출되는 배기가스를 이용하여 공기를 압축하여 공급함으로써, 공기를 충진할 수 있다. 엔진(1)의 부하가 급격하게 변동하면 실린더에서 배출되는 배기가스의 양이 달라지므로, 터보차저 및 소기 리시버(9)를 통해 실린더에 공급되는 공기의 양이 달라지게 된다. The scavenging air receiver 9 may be filled with air by compressing and supplying air using exhaust gas discharged from a cylinder of a turbocharger (not shown). Since the amount of exhaust gas discharged from the cylinder is changed when the load of the engine 1 is rapidly changed, the amount of air supplied to the cylinder through the turbocharger and the scavenging air receiver 9 is changed.

실린더(2)의 연소실은 피스톤이 왕복 운동함에 따라 체적이 증감될 수 있다. 예컨대, 연소실은 피스톤이 상측방향으로 이동하면, 체적이 감소될 수 있다. 이 경우, 연소실에 공급된 연료와 공기는 압축될 수 있다. The combustion chamber of the cylinder 2 may increase or decrease in volume as the piston reciprocates. For example, the combustion chamber may be reduced in volume when the piston moves upward. In this case, the fuel and air supplied to the combustion chamber can be compressed.

피스톤이 하사점(P1)에서 이동하여 상사점(P2)에 도달하면, 실린더(2)의 상측에 설치된 오일연료 인젝터(5a)가 오일을 공급하여 압축된 연료를 착화시킴으로써 가스연료와 공기가 혼합된 연료가 연소 및 폭발하여 피스톤을 하측방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 구동력이 발생되고, 연소실에는 배기가스가 발생될 수 있다. When the piston moves from the bottom dead center (P1) to the top dead center (P2), the oil fuel injector 5a installed on the upper side of the cylinder 2 supplies oil to ignite the compressed fuel, thereby mixing gas fuel and air. The used fuel can be combusted and exploded to move the piston downward. Accordingly, driving force may be generated, and exhaust gas may be generated in the combustion chamber.

연소실은 피스톤이 하측방향으로 이동하면, 체적이 증가될 수 있다. 피스톤이 하사점(P1) 쪽으로 이동하면, 소기 리시버(9)에 충진된 공기가 연소실로 공급될 수 있다. 따라서, 연소실에서 연료의 연소에 의해 발생된 배기가스는 소기 리시버(9)에서 공급된 공기에 의해 연소실의 외부로 배출될 수 있다. The combustion chamber can increase in volume as the piston moves downward. When the piston moves toward the bottom dead center P1, the air filled in the scavenging air receiver 9 may be supplied to the combustion chamber. Accordingly, the exhaust gas generated by the combustion of fuel in the combustion chamber may be discharged to the outside of the combustion chamber by the air supplied from the scavenging air receiver 9 .

배기가스는 소기 리시버(9)와 배기가스를 저장하는 배기가스 리시버(도시하지 않음)와의 압력 차이에 의해 연소실의 외부로 배출될 수도 있다. 연소실에서 배출된 배기가스는 배기밸브(10) 및 실린더(2)의 상측에 결합된 배기관을 따라 배출되어서 배기가스 리시버로 공급될 수 있다.The exhaust gas may be discharged to the outside of the combustion chamber by a pressure difference between the scavenging air receiver 9 and an exhaust gas receiver (not shown) for storing the exhaust gas. The exhaust gas discharged from the combustion chamber may be discharged along the exhaust pipe coupled to the upper side of the exhaust valve 10 and the cylinder 2 to be supplied to the exhaust gas receiver.

실린더(2)는, 엔진(1)의 가동에 따라 연소실 내 체적을 변경할 수 있는 구조를 갖는다. 이를 통해 본 발명은 엔진(1)의 운전 상태에 따라 압축비를 제어할 수 있게 된다. 이에 대해서는 이하에 연소체적 가변유닛(11)을 설명하는 부분에서 자세히 설명하도록 한다.The cylinder 2 has a structure in which the volume in the combustion chamber can be changed according to the operation of the engine 1 . Through this, the present invention can control the compression ratio according to the operating state of the engine 1 . This will be described in detail in the section describing the combustion volume variable unit 11 below.

피스톤(3)은 실린더(2)에 상하방향으로 이동 가능하게 설치된다. 피스톤(3)은 연소실에 공급된 공기 및 연료를 압축하기 위한 것이다. The piston (3) is installed in the cylinder (2) to be movable in the vertical direction. The piston 3 is for compressing the air and fuel supplied to the combustion chamber.

피스톤(3)은 연소실에 이동 가능하게 설치된다. 예컨대, 피스톤(3)은 연소실의 내부에서 하사점(P1)와 상사점(P2) 사이를 왕복 이동할 수 있다. 피스톤(3)은 원기둥형태로 형성될 수 있으나, 연소실에서 이동하면서 연료와 공기를 압축할 수 있으면 다른 형태로 형성될 수도 있다. The piston 3 is movably installed in the combustion chamber. For example, the piston 3 may reciprocate between the bottom dead center P1 and the top dead center P2 inside the combustion chamber. The piston 3 may be formed in a cylindrical shape, but may be formed in another shape as long as it can compress fuel and air while moving in the combustion chamber.

피스톤(3)은 구동력을 전달하는 크랭크축(도시하지 않음)에 의해 상측방향으로 이동할 수 있다. 피스톤(3)은 막대형태인 피스톤로드와 커넥팅로드를 통해 크랭크축에 연결될 수 있다. 피스톤(3)은 크랭크축이 회전함에 따라 상측방향으로 이동할 수 있다. 피스톤(3)은 크랭크축에 의해 상측방향으로 이동하는 경우 연료 및 공기를 압축시킬 수 있다. The piston 3 may move upward by a crankshaft (not shown) that transmits a driving force. The piston 3 may be connected to the crankshaft through a rod-shaped piston rod and a connecting rod. The piston 3 may move upward as the crankshaft rotates. The piston 3 can compress fuel and air when moving upward by the crankshaft.

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. The piston 3 may move downward as the fuel and air supplied to the cylinder 2 are mixed and combusted at top dead center P2 and exploded. Accordingly, the piston 3 may reciprocate between the bottom dead center P1 and the top dead center P2 inside the cylinder 2 .

하사점(P1)은 Y축방향을 기준으로 피스톤(3)이 실린더(2)의 내부에서 가장 낮은 위치에 위치되는 지점이다. 상사점(P2)은 Y축방향을 기준으로 피스톤(3)이 실린더(2)의 내부에서 가장 높은 위치에 위치되는 지점이다. 피스톤(3)이 상사점(P2)에 도달하면, 구동력을 발생시키기 위해 압축된 연료를 폭발시킬 수 있다.The bottom dead center (P1) is a point at which the piston (3) is located at the lowest position inside the cylinder (2) with respect to the Y-axis direction. The top dead center (P2) is a point at which the piston (3) is located at the highest position inside the cylinder (2) with respect to the Y-axis direction. When the piston 3 reaches top dead center P2, it can explode the compressed fuel to generate a driving force.

가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)은 각각 실린더(2)에 가스연료 및 오일연료를 공급하기 위한 것이다. 가스연료 공급유닛(4)은 피스톤(3)의 상사점(P2)과 하사점(P1) 사이에 위치하도록 실린더(2)에 결합될 수 있다. The gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 are for supplying gas fuel and oil fuel to the cylinder 2 , respectively. The gas fuel supply unit 4 may be coupled to the cylinder 2 so as to be located between the top dead center P2 and the bottom dead center P1 of the piston 3 .

예컨대, 가스연료 공급유닛(4)은 실린더(2)의 측벽에 결합될 수 있다. 가스연료 공급유닛(4)은 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에, 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 가스연료 공급유닛(4)은 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에, 실린더(2)에 가스연료 및 공기를 혼합하여 공급할 수도 있다. For example, the gas fuel supply unit 4 may be coupled to the side wall of the cylinder 2 . The gas fuel supply unit 4 may supply gas fuel to the cylinder 2 while the piston 3 moves from the bottom dead center P1 to the top dead center P2. The gas fuel supply unit 4 may supply a mixture of gas fuel and air to the cylinder 2 while the piston 3 moves from the bottom dead center P1 to the top dead center P2.

예컨대, 가스연료 공급유닛(4)은 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에 실린더(2)로 가스연료를 공급할 때 별도의 보조공기 공급유닛(도시하지 않음)으로부터 추가 공기를 공급받아서 함께 공급할 수 있다. For example, the gas fuel supply unit 4 is a separate auxiliary air supply unit (not shown) when supplying gas fuel to the cylinder 2 in the middle of the piston 3 moving from the bottom dead center P1 to the top dead center P2. It can be supplied together with additional air supplied from

따라서, 본 발명에 따른 이종연료 엔진(1)은 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에 실린더(2)에 가스연료와 공기를 혼합하여 공급할 수 있으므로, 실린더(2)에 가스연료만 공급하는 경우에 비해 공기와 연료를 더 균일하게 혼합시켜서 노킹, 조기점화와 같은 이상연소가 발생하는 것을 줄이거나 방지할 수 있다. Therefore, in the heterogeneous fuel engine 1 according to the present invention, the gas fuel and air can be mixed and supplied to the cylinder 2 in the middle of the piston 3 moving from the bottom dead center P1 to the top dead center P2, It is possible to reduce or prevent abnormal combustion such as knocking and premature ignition by mixing air and fuel more uniformly compared to the case where only gas fuel is supplied to the cylinder 2 .

가스연료 공급유닛(4)은 소기공을 통해 실린더(2)에 소기공기가 공급된 후에 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 가스연료 공급유닛(4)은 실린더(2)에 가스연료(GF)를 공급하기 위한 것이다. The gas fuel supply unit 4 may supply gas fuel to the cylinder 2 after the scavenging air is supplied to the cylinder 2 through the small pores. The gas fuel supply unit 4 is for supplying the gas fuel GF to the cylinder 2 .

가스연료 공급유닛(4)은 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에 가스연료를 실린더(2)에 공급할 수 있다. 이 경우, 실린더(2)는 배기밸브(10)에 의해 폐쇄된 경우일 수 있다. The gas fuel supply unit 4 may supply gas fuel to the cylinder 2 while the piston 3 moves from the bottom dead center P1 to the top dead center P2. In this case, the cylinder 2 may be closed by the exhaust valve 10 .

가스연료 공급유닛(4)은 선박이 LNG선일 경우, LNG 저장탱크(도시하지 않음)에 저장된 LNG를 기화시켜서 실린더(2)에 가스연료를 공급할 수 있다. 가스연료 공급유닛(4)은 LNG 저장탱크에서 발생되는 BOG(Boil off gas)를 실린더(2)에 공급할 수도 있다. The gas fuel supply unit 4 may supply gas fuel to the cylinder 2 by vaporizing LNG stored in an LNG storage tank (not shown) when the vessel is an LNG carrier. The gas fuel supply unit 4 may supply BOG (Boil off gas) generated from the LNG storage tank to the cylinder 2 .

가스연료 공급유닛(4)은 보조공기 공급유닛과 연결되게 설치될 수 있다. 따라서, 실린더(2)에는 가스연료와 공기가 혼합된 공기혼합가스연료(AF)가 공급될 수 있다. The gas fuel supply unit 4 may be installed to be connected to the auxiliary air supply unit. Accordingly, the air mixture gas fuel AF in which the gas fuel and air are mixed may be supplied to the cylinder 2 .

가스연료 공급유닛(4)이 실린더(2)에 공급하는 가스연료(GF) 또는 공기혼합가스연료(AF)의 압력은 엔진 부하에 따라 약 3바(bar)에서 30바(bar) 사이일 수 있으나, 바람직하게 5바(bar)에서 22바(bar) 사이일 수 있다. 이 경우, 보조공기 공급유닛이 추가로 공급하는 공기의 압력은 가스연료 공급유닛(4)이 공급하는 가스연료의 공급압력보다 상대적으로 낮을 수 있는데, 이는 실린더(2)에 가스연료(GF)의 공급을 원활하게 하기 위함이다. The pressure of the gas fuel (GF) or air mixed gas fuel (AF) supplied by the gas fuel supply unit 4 to the cylinder 2 may be between about 3 bar and 30 bar depending on the engine load. However, it may preferably be between 5 bar and 22 bar. In this case, the pressure of the air additionally supplied by the auxiliary air supply unit may be relatively lower than the supply pressure of the gas fuel supplied by the gas fuel supply unit 4 , which is the gas fuel GF in the cylinder 2 . to facilitate supply.

가스연료(GF) 또는 공기혼합가스연료(AF)의 압력이 30바(bar)를 초과하면, 실린더(2)에 공기를 공급하기 위한 가스연료 공급유닛(4) 및 보조공기 공급유닛 각각의 용량이 커져야 하므로 전체적인 엔진의 크기가 커지는 문제가 있다. When the pressure of the gas fuel (GF) or air mixed gas fuel (AF) exceeds 30 bar (bar), the capacity of each of the gas fuel supply unit 4 and the auxiliary air supply unit for supplying air to the cylinder 2 This has to be increased, so there is a problem in that the size of the overall engine increases.

가스연료(GF) 또는 공기혼합가스연료(AF)의 압력이 3바(bar) 미만이면, 실린더(2)에 공급된 소기공기의 압력으로 인해 가스연료(GF) 또는 공기혼합가스연료(AF)가 실린더(2)에 원활하게 공급되지 못하는 문제가 있다. When the pressure of the gas fuel (GF) or air mixture fuel (AF) is less than 3 bar (bar), the gas fuel (GF) or air mixture gas fuel (AF) due to the pressure of the scavenging air supplied to the cylinder (2) There is a problem that is not smoothly supplied to the cylinder (2).

가스연료 공급유닛(4)은 피스톤(3)이 Y축방향을 기준으로 가스연료 공급유닛(4)이 실린더(2)의 측벽에 결합된 지점을 지나면, 실린더(2)에 가스연료를 공급하지 않을 수 있다. 이는 실린더(2)와 가스연료 공급유닛(4)의 연통이 차단되기 때문이다. When the gas fuel supply unit 4 passes the point where the piston 3 is coupled to the side wall of the cylinder 2 with respect to the Y-axis direction, the gas fuel supply unit 4 does not supply gas fuel to the cylinder 2 . may not be This is because the communication between the cylinder 2 and the gas fuel supply unit 4 is blocked.

가스연료 공급유닛(4)은 실린더 라이너에 설치되는 가스연료 분사노즐과 연결되는 가스연료공급배관의 개도를 개폐함으로써, 실린더(2)에 가스연료를 공급하거나 차단할 수 있다. 가스연료 공급유닛(4)은 가스연료공급배관의 개도가 개방되는 크기, 또는 가스연료공급배관의 개도가 개방되는 개방시간을 조절함으로써 실린더(2)에 공급되는 가스연료의 양을 조절할 수 있다. The gas fuel supply unit 4 may supply or block gas fuel to the cylinder 2 by opening and closing an opening of a gas fuel supply pipe connected to a gas fuel injection nozzle installed in the cylinder liner. The gas fuel supply unit 4 may control the amount of gas fuel supplied to the cylinder 2 by adjusting the size at which the opening degree of the gas fuel supply pipe is opened, or the opening time at which the opening degree of the gas fuel supply pipe is opened.

예컨대, 가스연료 공급유닛(4)은 가스연료공급배관의 개도를 크게 개방하거나 개방시간을 증가시킴으로써, 실린더(2)에 공급되는 가스연료의 양을 증가시킬 수 있다. For example, the gas fuel supply unit 4 may increase the amount of gas fuel supplied to the cylinder 2 by greatly opening the opening degree of the gas fuel supply pipe or increasing the opening time.

가스연료 공급유닛(4)은 가스연료공급배관의 개도를 작게 개방하거나 개방시간을 감소시킴으로써, 실린더(2)에 공급되는 가스연료의 양을 감소시킬 수 있다. The gas fuel supply unit 4 may reduce the amount of gas fuel supplied to the cylinder 2 by opening a small opening degree of the gas fuel supply pipe or reducing the opening time.

가스연료 공급유닛(4)은 실린더(2)에 가스연료를 공급하기 위한 가스연료이송장치의 이송력을 증감시킴으로써, 실린더(2)에 공급되는 가스연료의 양을 조절할 수도 있다. 가스연료이송장치는 압축기, 임펠러, 블로워 중 적어도 하나일 수 있다. The gas fuel supply unit 4 may adjust the amount of gas fuel supplied to the cylinder 2 by increasing or decreasing the transport force of the gas fuel transport device for supplying the gas fuel to the cylinder 2 . The gas fuel transfer device may be at least one of a compressor, an impeller, and a blower.

가스연료 공급유닛(4)은 제어부(6)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 가스연료 공급유닛(4)은 제어부(6)에 의해 제어됨으로써, 실린더(2)에 공급하는 가스연료의 양을 조절할 수 있다.The gas fuel supply unit 4 may be connected to the control unit 6 by at least one of wireless communication and wired communication. Accordingly, the gas fuel supply unit 4 is controlled by the control unit 6, it is possible to adjust the amount of gas fuel supplied to the cylinder (2).

오일연료 공급유닛(5)은 실린더(2)에 오일연료(LF)를 공급하기 위한 것이다. 오일연료 공급유닛(5)은 피스톤(3)이 하사점(P1)에서 상사점(P2)으로 이동하는 중간에 실린더(2)에 가스연료(GF)가 공급된 후에 오일연료(LF)를 실린더(2)에 공급할 수 있다. The oil fuel supply unit 5 is for supplying the oil fuel LF to the cylinder 2 . The oil fuel supply unit 5 supplies the oil fuel (LF) to the cylinder after the gas fuel (GF) is supplied to the cylinder (2) in the middle of the piston (3) moving from the bottom dead center (P1) to the top dead center (P2). (2) can be supplied.

바람직하게 오일연료 공급유닛(5)은 피스톤(3)이 상사점(P2) 부근에 도달하였을 때 오일연료(LF)를 공급할 수 있다. 이 경우, 실린더(2)는 배기밸브(10)에 의해 폐쇄된 경우일 수 있다. Preferably, the oil fuel supply unit 5 may supply the oil fuel LF when the piston 3 reaches the vicinity of the top dead center P2. In this case, the cylinder 2 may be closed by the exhaust valve 10 .

오일연료 공급유닛(5)은 오일연료(LF)가 저장된 오일연료 저장탱크(도시하지 않음)로부터 오일연료를 공급받아서 실린더(2)에 공급할 수 있다. 오일연료는 디젤일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. The oil fuel supply unit 5 may receive oil fuel from an oil fuel storage tank (not shown) in which the oil fuel LF is stored and supply it to the cylinder 2 . The oil fuel may be diesel, but is not necessarily limited thereto.

오일연료 공급유닛(5)은 실린더 커버(2a)에 설치된 오일연료 인젝터(5a)에 결합되어서 실린더(2)의 상측에서 오일연료(LF)를 실린더(2)에 공급할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 피스톤(3)이 상사점(P2) 부근에 위치하였을 때 오일연료(LF)를 실린더(2)에 공급할 수 있으면 파일럿 인젝터(도시하지 않음) 등 실린더 커버(2a) 또는 실린더(2)의 다른 위치에 설치되어서 실린더(2)에 오일연료(LF)를 공급할 수도 있다. The oil fuel supply unit 5 is coupled to the oil fuel injector 5a installed on the cylinder cover 2a to supply the oil fuel LF to the cylinder 2 from the upper side of the cylinder 2, but is not limited thereto. When the piston 3 is located near the top dead center P2, if the oil fuel LF can be supplied to the cylinder 2, the cylinder cover 2a, such as a pilot injector (not shown), or another position of the cylinder 2 It may be installed in the cylinder (2) to supply the oil fuel (LF).

오일연료 공급유닛(5)은, 가스모드에서 가스연료를 착화시키기 위해 소량의 오일연료를 파일럿 연료로 주입하는 파일럿 인젝터를 포함할 수 있다. 이때 파일럿 인젝터는 실린더(2)의 상측에서 실린더 커버(2a) 등에 마련된다.The oil fuel supply unit 5 may include a pilot injector for injecting a small amount of oil fuel as pilot fuel to ignite the gas fuel in the gas mode. At this time, the pilot injector is provided on the cylinder cover 2a or the like above the cylinder 2 .

반면 오일연료를 주연료로 소비하는 오일모드에서, 오일연료 공급유닛(5)은 가스연료를 주연료로 이용하여 추진하는 가스모드 운전에서 파일럿 오일로서 공급하는 오일연료량보다 더 많은 오일연료량을 실린더(2)에 공급할 수 있다. On the other hand, in the oil mode in which oil fuel is consumed as the main fuel, the oil fuel supply unit 5 supplies an amount of oil fuel to the cylinder ( 2) can be supplied.

오일연료 공급유닛(5)은 오일연료 인젝터(5a)가 실린더(2)에 오일연료(LF)를 분사하는 분사기간을 증대시키거나 분사압력을 증가시킴으로써, 가스모드 운전에서 공급하는 오일연료량보다 더 많은 오일연료량을 실린더(2)에 공급할 수 있다. The oil fuel supply unit 5 increases the injection period during which the oil fuel injector 5a injects the oil fuel LF into the cylinder 2 or increases the injection pressure, thereby increasing the amount of oil fuel supplied in the gas mode operation. A large amount of oil fuel can be supplied to the cylinder 2 .

오일연료 공급유닛(5)은 오일연료 인젝터(5a)에 연결되는 오일연료공급배관의 개도를 개폐함으로써, 실린더(2)에 오일연료를 공급하거나 차단할 수도 있다. 오일연료 공급유닛(5)은 오일연료공급배관의 개도가 개방되는 크기, 또는 개도가 개방되는 시간을 조절함으로써 실린더(2)에 공급되는 오일연료의 양을 조절할 수 있다. The oil fuel supply unit 5 may supply or block the oil fuel to the cylinder 2 by opening and closing the opening of the oil fuel supply pipe connected to the oil fuel injector 5a. The oil fuel supply unit 5 may adjust the amount of oil fuel supplied to the cylinder 2 by adjusting the size at which the opening degree of the oil fuel supply pipe is opened or the time at which the opening degree is opened.

예컨대, 오일연료 공급유닛(5)은 오일연료공급배관의 개도를 크게 개방하거나 개도가 개방되는 개방시간을 증가시킴으로써, 실린더(2)에 공급되는 오일연료의 양을 증가시킬 수 있다. 오일연료 공급유닛(5)은 오일연료공급배관의 개도를 작게 개방하거나 개방시간을 감소시킴으로써, 실린더(2)에 공급되는 오일연료의 양을 감소시킬 수 있다. For example, the oil fuel supply unit 5 may increase the amount of oil fuel supplied to the cylinder 2 by greatly opening the opening degree of the oil fuel supply pipe or increasing the opening time during which the opening degree is opened. The oil fuel supply unit 5 may reduce the amount of oil fuel supplied to the cylinder 2 by opening a small opening degree of the oil fuel supply pipe or reducing the opening time.

오일연료 공급유닛(5)은 실린더(2)에 오일연료를 공급하기 위한 오일연료이송장치의 이송력을 증감시킴으로써, 실린더(2)에 공급되는 오일연료의 양을 조절할 수도 있다. 오일연료이송장치는 임펠러, 펌프 중 적어도 하나일 수 있다. The oil fuel supply unit 5 may adjust the amount of oil fuel supplied to the cylinder 2 by increasing or decreasing the transfer force of the oil fuel transfer device for supplying the oil fuel to the cylinder 2 . The oil fuel transfer device may be at least one of an impeller and a pump.

오일연료 공급유닛(5)은 가스연료 공급유닛(4)이 실린더(2)의 측벽 쪽에서 공급한 가스연료(GF)와 소기 리시버(9)가 공급한 소기공기가 피스톤(3)이 상사점(P2) 쪽으로 이동하여서 압축된 경우에 실린더(2)에 오일연료(LF)를 공급하여서 착화시킬 수 있다. In the oil fuel supply unit 5, the gas fuel supply unit (4) supplied from the side wall side of the cylinder (2) and the scavenging air supplied by the scavenging air receiver (9) are the piston (3) at top dead center ( When compressed by moving to P2), it can be ignited by supplying oil fuel (LF) to the cylinder (2).

오일연료 공급유닛(5)은 제어부(6)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 오일연료 공급유닛(5)은 제어부(6)에 의해 제어됨으로써, 실린더(2)에 공급하는 오일연료(LF)의 양을 조절할 수 있다.The oil fuel supply unit 5 may be connected to the control unit 6 by at least one of wireless communication and wired communication. Accordingly, the oil fuel supply unit 5 is controlled by the controller 6 , thereby adjusting the amount of the oil fuel LF supplied to the cylinder 2 .

제어부(6)는 가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)을 제어하기 위한 것이다. 제어부(6)가 가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)을 제어함에 따라 실린더(2)에 공급되는 가스연료 및 오일연료의 양이 각각 달라질 수 있다. The control unit 6 is for controlling the gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 . As the control unit 6 controls the gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 , the amounts of gas fuel and oil fuel supplied to the cylinder 2 may vary, respectively.

제어부(6)는 배기밸브(10)가 실린더(2)를 폐쇄한 후에 실린더(2)에 가스연료 및 오일연료 중 적어도 하나가 공급되도록 배기밸브(10), 가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)을 제어할 수 있다. The control unit 6 controls the exhaust valve 10, the gas fuel supply unit 4 and the oil so that at least one of gas fuel and oil fuel is supplied to the cylinder 2 after the exhaust valve 10 closes the cylinder 2 The fuel supply unit 5 can be controlled.

본 발명에 따른 이종연료 엔진(1)은 엔진 부하를 측정하기 위해 측정부(7)를 더 포함할 수 있다. 측정부(7)는 요구된 엔진의 부하를 측정하기 위한 것이다. 측정부(7)는 실린더(2)에서 연료의 연소 시 발생하는 연소압력을 측정함으로써, 요구된 엔진의 부하를 측정할 수 있다. The heterogeneous fuel engine 1 according to the present invention may further include a measuring unit 7 to measure the engine load. The measuring unit 7 is for measuring the required engine load. The measurement unit 7 may measure the required engine load by measuring the combustion pressure generated during combustion of fuel in the cylinder 2 .

측정부(7)는 실린더의 상측에 결합되는 실린더 커버에 설치되어서 실린더의 내부. 즉, 연소실에서 연료 연소 시 발생하는 연소압력을 측정할 수 있다. 이때 측정부(7)는 압력센서일 수 있다. The measuring part 7 is installed on the cylinder cover coupled to the upper side of the cylinder, so that the inside of the cylinder. That is, it is possible to measure the combustion pressure generated during fuel combustion in the combustion chamber. In this case, the measuring unit 7 may be a pressure sensor.

측정부(7)는 크랭크축에 설치되어서 크랭크축의 비틀림을 측정함으로써 요구된 엔진의 부하를 측정할 수도 있다. 크랭크축의 비틀림이 클수록 엔진의 부하가 큰 것을 의미한다. 이 경우, 측정부(7)는 토크미터일 수 있다. The measuring unit 7 may be installed on the crankshaft to measure the required engine load by measuring the torsion of the crankshaft. The greater the torsion of the crankshaft, the greater the load on the engine. In this case, the measuring unit 7 may be a torque meter.

측정부(7)는 1개일 수 있으나, 측정하는 요구 엔진 부하 값에 대한 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 실린더 커버, 실린더 라이너, 크랭크축 등 서로 다른 위치에 설치될 수 있다. 측정부(7)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(6)에 연결될 수 있다. 따라서, 측정부(7)는 측정한 엔진 부하 정보를 제어부(6)에 제공할 수 있다.There may be one measuring unit 7, but a plurality of measuring units 7 may be installed at different positions, such as a cylinder cover, a cylinder liner, and a crankshaft, in order to increase the reliability of the measured required engine load value. The measurement unit 7 may be connected to the control unit 6 by at least one of wireless communication and wired communication. Accordingly, the measurement unit 7 may provide the measured engine load information to the control unit 6 .

제어부(6)는 측정부(7)로부터 요구된 엔진 부하 정보를 제공받거나 엔진의 제어로직으로부터 작업자가 요구하는 엔진 부하 정보를 제공받아서 실린더(2)에 대한 가스연료 공급량/오일연료 공급량을 조절하도록 가스연료 공급유닛(4) 및 오일연료 공급유닛(5)을 제어할 수 있다. The control unit 6 receives the requested engine load information from the measuring unit 7 or receives the engine load information required by the operator from the control logic of the engine to adjust the gas fuel supply amount/oil fuel supply amount to the cylinder 2 . It is possible to control the gas fuel supply unit 4 and the oil fuel supply unit 5 .

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이종연료 엔진(1)은 검지부(8)를 더 포함할 수 있다. 검지부(8)는 요구된 엔진 부하에 대응되는 연료량이 실린더(2)에 공급되었는지를 확인하기 위한 것이다. Referring to FIG. 3 , the heterogeneous fuel engine 1 according to the present invention may further include a detection unit 8 . The detection unit 8 is for confirming whether an amount of fuel corresponding to a requested engine load is supplied to the cylinder 2 .

검지부(8)는 실린더에 공급되는 연료량에 대한 공기량의 비인 공연비를 측정함으로써, 엔진 부하에 대응되는 연료량이 실린더(2)에 공급되었는지를 확인할 수 있다. The detection unit 8 may check whether the amount of fuel corresponding to the engine load is supplied to the cylinder 2 by measuring the air-fuel ratio, which is the ratio of the amount of air to the amount of fuel supplied to the cylinder.

검지부(8)는 배기관 또는 배기가스 리시버에 설치될 수 있다. 검지부(8)는 실린더(2)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 산소농도를 검출하여서 공연비를 측정할 수 있다. 예컨대, 검지부(8)는 공연비 센서일 수 있다. The detection unit 8 may be installed in an exhaust pipe or an exhaust gas receiver. The detection unit 8 may measure the air-fuel ratio by detecting the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the cylinder 2 . For example, the detection unit 8 may be an air-fuel ratio sensor.

검지부(8)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(6)에 연결될 수 있다. 따라서, 검지부(8)는 확인한 정보를 제어부(6)에 제공할 수 있다. The detection unit 8 may be connected to the control unit 6 by at least one of wireless communication and wired communication. Accordingly, the detection unit 8 can provide the checked information to the control unit 6 .

제어부(6)는 요구된 엔진 부하에 대응되는 연료량이 실린더(2)에 공급된 것인지를 확인하여 엔진 부하에 따라 가스연료 및 액체연료의 양을 조절하여 실린더(2)에 공급한다. The control unit 6 checks whether the amount of fuel corresponding to the requested engine load is supplied to the cylinder 2 , adjusts the amount of gas fuel and liquid fuel according to the engine load, and supplies it to the cylinder 2 .

따라서 제어부(6)는 노킹 또는 조기점화가 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 실린더(2)에 공급한 가스연료 및 액체연료의 양이 엔진 부하에 대응되는 양으로 정확하게 공급되었는지를 확인함으로써 최적 공연비를 유지할 수 있어서 최적의 엔진 효율을 달성할 수 있다.Therefore, the control unit 6 can prevent knocking or pre-ignition from occurring, as well as checking whether the amount of gas fuel and liquid fuel supplied to the cylinder 2 is accurately supplied in an amount corresponding to the engine load, thereby providing optimal It is possible to maintain the air-fuel ratio to achieve optimum engine efficiency.

이하에서는 도 4, 5를 참조하여 본 발명의 연소체적 가변유닛(11)에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the combustion volume variable unit 11 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명은 연소체적 가변유닛(11)을 포함한다. 연소체적 가변유닛(11)은 실린더 커버(2a)에 마련되며 연소실의 체적을 구조적으로 가변시킬 수 있으며, 일례로 연소체적 가변유닛(11)은 구동원(11a)과 이동부(11b)를 포함하도록 구비될 수 있다.4 and 5, the present invention includes a combustion volume variable unit (11). The combustion volume variable unit 11 is provided on the cylinder cover 2a and can structurally change the volume of the combustion chamber. For example, the combustion volume variable unit 11 includes a driving source 11a and a moving part 11b. can be provided.

구동원(11a)은, 모터 등의 구성으로, 회전력, 병진력 등과 같이 이동부(11b)가 움직일 수 있는 근원이 되는 에너지를 이동부(11b)에 제공한다. 구동원(11a)은 실린더 커버(2a)에 마련될 수 있지만, 실린더 커버(2a)에 이동부(11b)만 마련되고 구동원(11a)과 이동부(11b) 사이에 에너지를 전달할 수 있는 메커니즘이 구비되는 것도 물론 가능하다.The driving source 11a is a configuration of a motor or the like, and provides the moving unit 11b with energy, such as a rotational force and a translational force, which is a source from which the moving unit 11b can move. The driving source 11a may be provided in the cylinder cover 2a, but only the moving part 11b is provided in the cylinder cover 2a, and a mechanism capable of transferring energy between the driving source 11a and the moving part 11b is provided. It is of course possible to be

일례로 구동원(11a)은 유압이나 공압 등을 이용하여 이동부(11b)의 위치를 조절할 수 있으며, 구동원(11a)의 구동 원리는 특별히 제한되지 않는다.For example, the driving source 11a may adjust the position of the moving part 11b using hydraulic pressure or pneumatic pressure, and the driving principle of the driving source 11a is not particularly limited.

이동부(11b)는, 구동원(11a)에 의해 에너지를 전달받아 연소실의 내외 방향으로 움직인다. 이동부(11b)는 연소실 내에서 돌출되도록 마련될 수 있으며, 연소실 내의 돌출 정도에 따라 연소실의 체적을 가변할 수 있다.The moving part 11b receives energy from the driving source 11a and moves in the inner and outer directions of the combustion chamber. The moving part 11b may be provided to protrude from the combustion chamber, and the volume of the combustion chamber may be varied according to the degree of protrusion within the combustion chamber.

일례로 도 4에서 나타난 것과 같이 이동부(11b)가 연소실에 돌출되지 않은 상태에 놓인 연소실 체적을 100%라고 한다면, 도 5에서와 같이 구동원(11a)에 의해 이동부(11b)가 작동하면서, 이동부(11b)가 연소실 내로 돌출되면 연소실의 체적이 80% 내외로 감소될 수 있다.For example, if the combustion chamber volume placed in a state in which the moving part 11b does not protrude from the combustion chamber as shown in FIG. 4 is 100%, the moving part 11b is operated by the driving source 11a as in FIG. When the moving part 11b protrudes into the combustion chamber, the volume of the combustion chamber may be reduced to about 80%.

이와 같이 연소실의 체적이 감소되면 압축비가 변화한다. 구체적으로 연소실의 체적이 감소하면 피스톤(3)의 상사점(P2)이 동일하다는 전제하에 압축비가 증가하게 되며, 이때 피스톤(3)의 하강과 관련되는 팽창일이 증가할 수 있다.As such, when the volume of the combustion chamber is reduced, the compression ratio is changed. Specifically, when the volume of the combustion chamber decreases, the compression ratio increases on the premise that the top dead center P2 of the piston 3 is the same, and at this time, the expansion work related to the descending of the piston 3 may increase.

가스모드의 경우, 오일모드와 대비할 때 비교적 낮은 압축비가 필요하다. 압축비가 높을 경우, 가스모드에서 조기점화 또는 노킹이 발생할 우려가 있기 때문이다. 반면 디젤모드의 경우, 압축비가 가스모드 대비 높을수록 팽창일이 증가하게 되면 연비가 개선될 수 있다.In the gas mode, a relatively low compression ratio is required compared to the oil mode. This is because, when the compression ratio is high, there is a risk of premature ignition or knocking in the gas mode. On the other hand, in the case of the diesel mode, as the compression ratio is higher than that in the gas mode, the fuel efficiency may be improved if the expansion day increases.

즉 실시예의 연소체적 가변유닛(11)은, 가스모드/오일모드에 따라, 가변적으로 이동부(11b)를 움직여서 구조적으로 연소실의 체적을 변화시킬 수 있다. 일례로 연소체적 가변유닛(11)은 가스모드 대비 오일모드에서 연소실의 체적이 감소하도록 이동부(11b)를 제어할 수 있다.That is, the combustion volume variable unit 11 of the embodiment may structurally change the volume of the combustion chamber by variably moving the moving part 11b according to the gas mode/oil mode. For example, the combustion volume variable unit 11 may control the moving unit 11b to decrease the volume of the combustion chamber in the oil mode compared to the gas mode.

이때 이동부(11b)는, 연소실에서 피스톤(3)의 왕복 이동 방향과 경사진 방향으로 이동하게 마련될 수 있다. 이동부(11b)의 이동 방향이 피스톤(3)의 방향과 동일하면, 피스톤(3)의 승강 또는 연소실 내의 압축/팽창에 불필요한 영향을 줄 우려가 있고, 연소실 내로 돌출된 이동부(11b)가 연소 작용으로 인해 위치가 변화할 우려가 있기 때문이다.At this time, the moving part 11b may be provided to move in the reciprocating direction and the inclined direction of the piston 3 in the combustion chamber. If the moving direction of the moving part 11b is the same as that of the piston 3, there is a fear that it may have an unnecessary influence on the lifting/lowering of the piston 3 or compression/expansion in the combustion chamber, and the moving part 11b protruding into the combustion chamber This is because the position may change due to the combustion action.

이동부(11b)는, 연소실 내측과 마주하는 일단이 연소실의 외측 방향으로 돌출 또는 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이는 실린더 커버(2a)에 마련되는 이동부(11b)가 연소실 내에 돌출되지 않은 상태일 때, 실린더 커버(2a)와 실린더(2)의 연결 부위에 대응되도록 이동부(11b)의 형상을 설정해 연소실 내면의 돌출 부위를 최소화하기 위함이다.The moving part 11b may have one end facing the inside of the combustion chamber protruding or convex toward the outside of the combustion chamber. This is when the moving part 11b provided in the cylinder cover 2a does not protrude into the combustion chamber, the shape of the moving part 11b is set to correspond to the connection part between the cylinder cover 2a and the cylinder 2, and the combustion chamber This is to minimize the protruding part of the inner surface.

또한 연소 시 발생하는 팽창 압력을 이동부(11b)가 버텨내면서 이동부(11b)의 위치가 구동원(11a)에 의하지 않고 움직이는 것을 방지하기 위함이기도 하다.Also, this is to prevent the moving part 11b from moving without the driving source 11a while the moving part 11b withstands the expansion pressure generated during combustion.

이동부(11b)는 실린더 커버(2a)를 관통하면서 연소실 내측으로 움직일 수 있는데, 이때 이동부(11b)와 실린더 커버(2a) 사이에는 배기가 새어나가지 않도록 적절한 실링이 구현될 수 있음은 물론이다.The moving part 11b may move inside the combustion chamber while penetrating the cylinder cover 2a. In this case, an appropriate sealing may be implemented between the moving part 11b and the cylinder cover 2a to prevent the exhaust from leaking. .

이와 같이 이동부(11b)는, 연소실 내부 공간에 불용체적(dead volume)을 형성함에 따라, 연소실의 부피를 줄일 수 있다. 반면 연소실 내에서 돌출부의 돌출되는 정도를 줄이면 불용체적(dead volume)이 줄어들게 된다.As described above, the moving part 11b may reduce the volume of the combustion chamber by forming a dead volume in the combustion chamber internal space. On the other hand, if the degree of protrusion of the protrusion in the combustion chamber is reduced, the dead volume is reduced.

따라서 연소체적 가변유닛(11)은, 오일모드의 경우 불용체적(dead volume)을 확장해 압축비를 증가시키고, 반면 가스모드의 경우 불용체적(dead volume)을 줄이거나 없애 압축비를 감소시킬 수 있다.Therefore, the combustion volume variable unit 11 can increase the compression ratio by expanding the dead volume in the case of the oil mode, while reducing or eliminating the dead volume in the gas mode to reduce the compression ratio.

따라서 본 실시예는, 배기나 소기 제어를 대신하여 혹은 배기/소기 제어와 함께, 연소실 내에 불용체적(dead volume)을 생성하는 구조적 제어를 통해 압축비 및 출력 제어가 가능하다.Accordingly, in the present embodiment, the compression ratio and output control are possible through structural control for generating a dead volume in the combustion chamber in place of or together with exhaust/scavenging control for exhaust or scavenging control.

더욱이 연소체적 가변유닛(11)은, 모드 외에도 엔진(1)의 부하, 연소실의 상태(연소온도, 연소압력), 소기 압력에 따라 다양하게 이동부(11b)를 조절할 수 있다. 이때 연소체적 가변유닛(11)은 앞서 설명한 측정부(7)나 검지부(8)에 의한 값을 전달받아 작동할 수 있으며, 제어부(6)와 연동하여 가동할 수 있다.Furthermore, the combustion volume variable unit 11 can control the moving part 11b in various ways according to the load of the engine 1, the state of the combustion chamber (combustion temperature, combustion pressure), and the scavenging air pressure in addition to the mode. At this time, the combustion volume variable unit 11 may be operated by receiving the value from the measuring unit 7 or the detecting unit 8 described above, and may be operated in conjunction with the control unit 6 .

이와 같이 본 실시예는, 가스모드 또는 오일모드로 가동하는 이종연료 엔진(1)에 있어서, 연소실 내부에 불용체적(dead volume)을 선택적으로 형성하는 구성을 사용함으로써 압축비를 조절하여, 피스톤(3)의 상사점(P2)은 유지하고 간편하고 직관적인 방법으로 압축비 변경을 구현해 연비를 개선할 수 있다.As such, in the present embodiment, in the hetero fuel engine 1 operating in gas mode or oil mode, the compression ratio is adjusted by using a configuration that selectively forms a dead volume inside the combustion chamber, and the piston 3 ) can be maintained and fuel efficiency can be improved by implementing the compression ratio change in a simple and intuitive way.

또는 본 발명은, 연소실 자체의 부피가 구조적으로 가변될 수 있도록, 실린더 커버(2a)의 위치를 조절하는 실시예를 포함할 수 있다. 앞선 실시예의 경우 실린더 커버(2a)는 실린더(2) 상측에 결합될 수 있으며, 용접 등에 의해 실린더(2)와 일체로 마련될 수 있다. Alternatively, the present invention may include an embodiment in which the position of the cylinder cover 2a is adjusted so that the volume of the combustion chamber itself can be structurally changed. In the case of the previous embodiment, the cylinder cover (2a) may be coupled to the upper side of the cylinder (2), and may be provided integrally with the cylinder (2) by welding or the like.

그러나 본 발명은, 실린더(2)에 대해 실린더 커버(2a)가 승강 가능한 구조를 채택함으로써, 앞선 실시예에서 이동부(11b)를 추가하는 것과 달리, 실린더 커버(2a)가 연소체적 가변유닛(11)의 이동부(11b)가 되도록 할 수 있다.However, in the present invention, by adopting a structure in which the cylinder cover 2a can be lifted with respect to the cylinder 2, unlike adding the moving part 11b in the previous embodiment, the cylinder cover 2a is a combustion volume variable unit ( It can be made to be the moving part 11b of 11).

이 경우 실린더 커버(2a)와 실린더(2)가 상하로 이격되어 연소실이 개방되는 것을 방지하기 위해서, 실린더 커버(2a)와 실린더(2)는 ㄴ자와 ㄱ자로 서로 맞물리면서 승강하더라도 밀폐를 유지하는 구조일 수 있다. 일례로 실린더(2)는 단면이 ㄴ자이고, 실린더 커버(2a)는 단면이 ㄱ자로 이루어져서, 실린더 커버(2a)의 상승에도 실린더(2)와 실린더 커버(2a) 사이가 개방되지 않게 할 수 있다.In this case, in order to prevent the cylinder cover 2a and the cylinder 2 from being vertically spaced apart from each other to prevent the combustion chamber from being opened, the cylinder cover 2a and the cylinder 2 are engaged with each other in a letter L and a L shape to maintain a seal even when ascending and descending. can be For example, the cylinder 2 has a L-shaped cross section, and the cylinder cover 2a has a L-shaped cross section, so that even when the cylinder cover 2a is raised, the opening between the cylinder 2 and the cylinder cover 2a can be prevented. .

또는 이외에도 실린더 커버(2a)가 실린더(2) 대비 상승하면서 연소실이 개방되지 않는 구조가 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다. Or, of course, a structure in which the combustion chamber is not opened while the cylinder cover 2a rises relative to the cylinder 2 may be variously applied.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 실시예들의 조합 및 적어도 어느 하나의 실시예와 공지 기술과의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and combinations of embodiments and combinations of at least one embodiment and known technology may be included as another embodiment.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described focusing on the embodiments of the present invention, but this is only an example and does not limit the present invention. It will be appreciated that various combinations or modifications and applications not illustrated in the embodiments are possible within the scope. Accordingly, descriptions related to variations and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention should be interpreted as being included in the present invention.

1: 이종연료 엔진 2: 실린더
3: 피스톤 4: 가스연료 공급유닛
5: 오일연료 공급유닛 5a: 오일연료 인젝터
6: 제어부 7: 측정부
8: 검지부 9: 소기 리시버
10: 배기밸브 11: 연소체적 가변유닛
11a: 구동원 11b: 이동부
P1: 하사점 P2: 상사점
GF: 가스연료 AF: 공기혼합가스연료
LF: 액체연료1: hetero fuel engine 2: cylinder
3: Piston 4: Gas fuel supply unit
5: oil fuel supply unit 5a: oil fuel injector
6: control unit 7: measurement unit
8: Detector 9: Scavenging Receiver
10: exhaust valve 11: combustion volume variable unit
11a: driving source 11b: moving part
P1: Bottom dead center P2: Top dead center
GF: Gas fuel AF: Air mixed gas fuel
LF: liquid fuel

Claims

A heterogeneous fuel engine operating in one of a gas mode that consumes gas fuel as a main fuel and an oil mode that consumes oil fuel as a main fuel, comprising:
a cylinder having a combustion chamber for burning fuel;
a piston reciprocating in the combustion chamber of the cylinder;
an oil fuel injector provided above the cylinder and injecting oil fuel into the combustion chamber in oil mode; and a pilot injector provided above the cylinder and injecting a small amount of oil fuel into the combustion chamber to ignite gas fuel in gas mode. having an oil fuel supply unit;
a gas fuel supply unit provided between the upper and lower sides of the cylinder and having a gas fuel injection nozzle for injecting gas fuel into the combustion chamber in gas mode; and
and a combustion volume variable unit for structurally varying the volume of the combustion chamber,
The combustion volume variable unit,
and a moving part for changing the volume of the combustion chamber according to the degree of protrusion in the combustion chamber by moving in and out of the combustion chamber, and controlling the moving part so that the volume of the combustion chamber is relatively reduced in the oil mode compared to the gas mode, the moving part The heterogeneous fuel engine, characterized in that by forming a dead volume in the internal space of the combustion chamber to structurally reduce the volume of the combustion chamber to increase the compression ratio.

The method of claim 1,
The cylinder is
A small pore, which is a hole formed through the cylinder, is installed at the lower side of the cylinder, and a scavenging air receiver is connected to the small pore so that the air filled in the scavenging receiver is supplied to the combustion chamber of the cylinder through the small pore and ,
The gas fuel supply unit,
The heterogeneous fuel engine, characterized in that coupled to the side wall of the cylinder so as to be located between the top dead center and the bottom dead center of the cylinder.

According to claim 1, wherein the combustion volume variable unit,
A heterogeneous fuel engine, characterized in that it is provided on a cylinder cover installed on the upper side of the cylinder.

delete

According to claim 1, wherein the moving unit,
A heterogeneous fuel engine, characterized in that it is provided to move in a reciprocating direction and an inclined direction of the piston in the combustion chamber.

According to claim 1, wherein the moving unit,
The heterogeneous fuel engine, characterized in that one end facing the inside of the combustion chamber has a protruding or convex shape toward the outside of the combustion chamber.