KR102451249B1 - 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법은, 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계; 및 모든 상기 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계를 포함하고, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.

Description

선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법{MARINE EVEN FIRING VARIABLE CYLINDER ENGINE DEVICE AND ITS OPERATION METHOD}
아래의 실시예들은 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
선박용 주기 엔진의 경우, 특정 부하 영역에서 효율, 성능 등이 최적이 되도록 제작되고 있어 엔진의 저부하 운전(슬로우 스티밍(Slow steaming) 등) 시 엔진 효율이 낮은 운전 영역에서 운전하게 된다.
선박에서 발생하는 온실가스 저감을 위해 신조선의 엔진을 대상으로 에너지효율설계지수(Energy Efficiency Design Index, EEDI)가 강제화되었고, EEDI가 적용되지 않은 현재 운항 중인 현존선의 엔진에 대해서는 현존선에너지효율설계지수(Energy Efficiency Existing-ship Index, EEXI)의 도입이 계획되어 있다. EEXI가 강제화될 경우, 엔진의 최대출력을 최대연속출력의 75% 이하로 제한하는 것을 검토하고 있다.
기존의 선박용 주기 엔진의 경우, 엔진 효율 및 성능을 고려한 운전에 있어 선택의 폭이 제한적이며, EEXI의 도입으로 그 선택의 폭이 축소될 전망이다. 또한, 연료 저감을 목적으로 하는 슬로우 스티밍과 같은 엔진의 저부하 운전 시 효율이 낮은 운전 영역에서의 운전이 불가피하며, 오랜 저부하 운전으로 인해 정격출력의 운전이 불가능하거나 회복에 큰 비용이 발생하며, 엔진의 최적 운전 상태를 유지하기 위한 주기적인 증속이 요구되는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2019-0045797호는 이러한 선박용 엔진에 관한 것으로, 가스모드에서 저부하 시 실린더에 공급되는 공기의 양을 증대시킬 수 있는 선박용 엔진에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국공개특허 10-2019-0045797호
실시예들은 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 엔진 효율 및 성능을 고려한 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 기술을 제공한다.
실시예들은 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하도록 함으로써, 온실가스 배출 저감을 통한 환경개선 및 보다 넓은 운전 영역에서의 엔진 효율 상승과 연료소모량 저감을 달성할 수 있는 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법은, 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계; 및 모든 상기 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계를 포함하고, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.
상기 1/2 실린더 운전 모드에서 보다 높은 부하가 요구되는 경우, 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는, 수동 운전 모드(Manual Operation Mode)로 동작하며, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 상기 1/2 실린더 운전 모드 또는 상기 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.
상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는, 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode)로 동작하며, 엔진 장치의 저부하에서는 자동으로 상기 1/2 실린더 운전 모드로 운전되며, 엔진 장치의 고부하에서는 자동으로 상기 전체 실린더 운전 모드로 동작할 수 있다.
상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는, 전자식 제어 엔진으로 설정에 따라 상기 수동 운전 모드(Manual Operation Mode) 및 상기 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode) 중 선택적으로 운전 가능하다.
상기 1/2 실린더 운전 모드에서 기설정된 시간 이상 운전 시, 특정 실린더와 해당 부품들의 과도한 열부하를 방지하기 위해 운전하는 실린더 및 비운전하는 실린더를 기설정된 규칙에 따라 교번하여 동작되도록 할 수 있다.
상기 1/2 실린더 운전 모드에서 불평형 동력을 상쇄하기 위해 운전하는 실린더의 크랭크 각도는 등간격 또는 등간격에 가깝게 이루어질 수 있다.
요구되는 부하와 현재 부하 상태에 따라 상기 엔진 제어 시스템의 명령을 통해 수동 운전 모드, 자동 운전 모드, 상기 1/2 실린더 운전 모드 및 상기 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작될 수 있다.
다른 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치는, 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하는 1/2 실린더 운전부; 및 모든 상기 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전하는 전체 실린더 운전부를 포함하고, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.
상기 1/2 실린더 운전 모드에서 보다 높은 부하가 요구되는 경우, 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환되는 비상 운전부를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는, 수동 운전 모드(Manual Operation Mode)로 동작하며, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 상기 1/2 실린더 운전 모드 또는 상기 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.
상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는, 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode)로 동작하며, 엔진 장치의 저부하에서는 자동으로 상기 1/2 실린더 운전 모드로 운전되며, 엔진 장치의 고부하에서는 자동으로 상기 전체 실린더 운전 모드로 동작할 수 있다.
상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는, 전자식 제어 엔진으로 설정에 따라 상기 수동 운전 모드(Manual Operation Mode) 및 상기 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode) 중 선택적으로 운전 가능하다.
상기 1/2 실린더 운전 모드에서 기설정된 시간 이상 운전 시, 특정 실린더와 해당 부품들의 과도한 열부하를 방지하기 위해 운전하는 실린더 및 비운전하는 실린더를 기설정된 규칙에 따라 교번하여 동작되도록 할 수 있다.
상기 1/2 실린더 운전 모드에서 불평형 동력을 상쇄하기 위해 운전하는 실린더의 크랭크 각도는 등간격 또는 등간격에 가깝게 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하도록 함으로써, 온실가스 배출 저감을 통한 환경개선 및 보다 넓은 운전 영역에서의 엔진 효율 상승과 연료소모량 저감을 달성할 수 있는 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 엔진 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 엔진 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 엔진 장치의 크랭크축을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 12 실린더 엔진 장치의 착화 순서 및 가변실린더 운전 시 운전하는 실린더의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 12 실린더 엔진 장치의 운전 및 비운전 실린더에 해당하는 크랭크 배열의 예시를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 가변실린더 엔진 장치의 운전 모드에 따른 운전 영역의 예시를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
선박용 주기 엔진의 경우, 엔진 효율 및 성능을 고려한 운전에 있어 선택의 폭이 크지 않고, 현존선에너지효율설계지수(EEXI)의 도입으로 그 선택의 폭이 축소될 전망이다. 또한, 슬로우 스티밍(Slow steaming)과 같은 엔진의 저부하 운전 시 엔진의 효율이 낮은 운전 영역에서의 운전이 불가피하다.
본 실시예에서는 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치 및 그 동작 방법을 제공함으로써 온실가스 배출 저감을 통한 환경개선 및 보다 넓은 운전 영역에서의 엔진 효율 상승과 연료소모량 저감을 달성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 엔진 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 엔진 장치(100)는 복수의 실린더(Cylinder)(110) 및 크랭크축(Crank Shaft)(120)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 엔진 장치(100)는 박용 엔진(Marine Engine)이 될 수 있으며 전자식 제어 엔진으로 이루어질 수 있다.
기존의 엔진 연료유의 소비량을 감소시키기 위한 방법에 대한 문제점을 해결하기 위해 엔진의 가용 실린더(110) 수를 변경할 수 있다. 예컨대, 12개의 실린더(110)를 가지는 엔진을 6개의 실린더(110)만으로도 작동할 수 있도록 할 수 있다. 최근 공급되는 박용 엔진의 대부분은 전자식 엔진으로, 실린더(110)마다 연료 공급의 차단을 전자식으로 간단히 변경할 수 있다. 여기서 연료는 엔진의 동작 시 실린더(110)에 공급되는 연료유가 될 수 있다.
이 때, 작동하지 않는 실린더(110)로 인해 크랭크축(120)에 발생하는 불평형 동력의 문제는 크랭크의 각도가 등간격을 이룬 실린더만 선택적으로 운전함으로써 해결할 수 있다.
이러한 방식으로 엔진의 각 실린더(110)를 운전할 수 있도록 하여 최적의 운전 상태를 유지하고 엔진 효율을 유지하면서 엔진 출력을 자연히 감소시킬 수 있다. 한편, 하나의 실린더(110)에 연료유 공급을 차단하여도 나머지 각 실린더(110)는 최적의 성능을 유지할 수 있다.
아래에서 하나의 예를 들어 일 실시예에 따른 엔진 장치(100)를 보다 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 엔진 장치(100)는 복수의 실린더(110) 및 크랭크축(120)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 실시예에 따라 엔진 제어 시스템을 더 포함할 수 있다.
복수의 실린더(110)는 연료의 공급에 따라 피스톤의 왕복 직선운동이 수행될 수 있다. 이러한 복수의 실린더(110)는 적어도 어느 하나 이상의 실린더(110)에 연료 공급이 차단됨에 따라 엔진의 출력을 감소시킬 수 있다.
일례로, 복수의 실린더(110)는 각 실린더(110) 내에서 왕복 직선운동을 수행하는 피스톤과 피스톤에 일단부가 연결되는 커넥팅 로드를 포함하여 이루어질 수 있다. 다른 예로, 복수의 실린더(110)는 각 실린더(110) 내에서 왕복 직선운동을 수행하는 피스톤과 피스톤의 하부에 피스톤 로드 및 피스톤 로드의 하부에 구성되는 커넥팅 로드를 포함할 수도 있다.
크랭크축(120)은 복수의 실린더(110)와 각각 연결되는 복수의 크랭크암을 포함할 수 있고, 복수의 크랭크암을 하나의 축으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 크랭크축(120)은 커넥팅 로드의 타단부에 연결되어 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 복수의 크랭크암을 포함하며, 복수의 크랭크암을 회전시킬 수 있다. 이 때, 복수의 크랭크암은 하나의 축으로 연결될 수 있다.
여기서, 엔진 장치(100)는 박용 엔진이며, 전자식 제어 엔진으로 구현될 수 있다. 이러한 전자식 제어 엔진을 기반으로 적어도 어느 하나 이상의 실린더(110)에 연료를 공급하지 않도록 연료 공급 프로그램을 조정하여 운전하는 실린더(110)의 수를 변경하는 엔진 제어 시스템을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면 전자식 제어 엔진을 기반으로 가용되는 실린더(110) 수를 사용자가 변경함으로써 엔진의 연료 소비량을 감소시킬 수 있다. 이 때, 가용되는 실린더(110) 수에 따라 크랭크축(120)에 불평형 동력이 발생할 수 있어 이를 해결하기 위해 가용되는 실린더(110)의 크랭크는 모두 등간격 또는 등간격에 가깝게 되도록 선택적으로 운전될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 엔진 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 엔진 장치는 복수의 실린더(210) 및 크랭크축(220)을 포함하여 이루어질 수 있다.
복수의 실린더(210)는 각 실린더(210) 내에서 왕복 직선운동을 수행하는 피스톤(211)과 피스톤(211)에 일단부가 연결되는 커넥팅 로드(212)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 피스톤(211)의 하부에 피스톤 로드가 형성되며 피스톤 로드의 하부에 커넥팅 로드(212)가 연결될 수도 있다.
그리고, 크랭크축(220)은 커넥팅 로드(212)의 타단부에 연결되어 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 복수의 크랭크암(221)을 포함하며, 복수의 크랭크암(221)을 회전시킬 수 있다. 이 때, 복수의 크랭크암(221)은 하나의 축(220a)으로 연결될 수 있다.
엔진 장치의 실린더(210)는 내부에 피스톤(211)이 왕복운동을 함으로써 엔진을 정지시키거나 동작시킬 수 있다. 엔진의 정격출력을 감소시키기 위해 적어도 하나 이상의 실린더(210)의 운전을 정지할 수 있다. 즉, 적어도 하나 이상의 실린더(210)에 연료를 공급하지 않도록 연료 공급 프로그램을 조정할 수 있다. 예를 들어, 1개의 실린더(210)에 연료 공급을 차단하고 그 외 실린더(210)에는 연료 공급을 변동 없이 유지함으로써, 1개의 실린더(210)의 운전을 정지하여 정격출력을 감소시킬 수 있다.
이와 같이 연료유가 공급되는 실린더(210) 수의 감소로 출력이 하향 조정되며, 이를 감통이라고 한다. 대부분의 엔진이 전자식 제어로 변경됨에 따라 프로그램 조정만으로 용이하게 연료유가 공급되는 실린더(210) 수를 감소시킬 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 엔진 장치의 크랭크축을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 엔진의 출력을 감소시키기 위해 전체 실린더의 절반의 실린더의 운전을 정지시킬 경우, 크랭크축(300)에 불평형 동력을 전달하게 되는 문제가 발생하므로 운전하는 실린더의 크랭크축(300)의 각도는 모두 등간격 또는 등간격에 가깝도록 운전하는 실린더를 선택적으로 운전하도록 되어 있다.
전자식 제어 엔진은 적어도 어느 하나 이상의 실린더에 연료를 공급하지 않도록 연료 공급 프로그램을 조정하여 운전하는 실린더의 수를 변경할 수 있다.
일 실시예에 따른 가변실린더 엔진 장치는 전자식 제어 엔진으로 수동 운전 모드(Manual Operation Mode)와 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode)의 두 가지 운전 모드로 운전할 수 있도록 하는 제어 장치를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 가변실린더 엔진 장치는 엔진에 과도한 부하가 발생하는 상황(황천 시 또는 연속운전금지 구간 통과 등)의 경우에 발생하는 부하에 따라 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환되는 제어 장치도 포함할 수 있다. 이 때, 1/2 실린더 운전 모드에서 보다 높은 부하가 요구되는 경우, 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환될 수 있다.
수동 운전 모드는 각 운전 영역 내에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하거나, 엔진의 전 운전 영역을 모두 운전할 수 있도록 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 선택하여 운전할 수 있다.
또한, 자동 운전 모드 시에는 엔진의 저부하에서는 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드로 운전되고, 고부하에서는 자동으로 엔진의 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드로 전환하여 운전되도록 할 수 있다.
표 1은 운전 모드의 동작을 설명한다.
[표 1]
Figure 112021050116505-pat00001
도 4는 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법은, 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계(S110), 및 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계(S120)를 포함하고, 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.
엔진 장치에 과도한 부하가 발생하는 경우, 발생하는 부하에 따라 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환되는 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기의 단계들은 나열된 순서에 상관없이 동작할 수 있다. 아래에서 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법을 설명한다.
일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법은 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치를 예를 들어 보다 구체적으로 설명할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치(500)는 1/2 실린더 운전부(510) 및 전체 실린더 운전부(520)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 실시예에 따라 비상 운전부(530)를 더 포함할 수 있다. 여기서 1/2 실린더 운전부(510), 전체 실린더 운전부(520) 및 비상 운전부(530)는 엔진 제어 시스템에 포함되거나 엔진 제어 시스템에 의해 동작될 수 있다.
단계(S110)에서, 1/2 실린더 운전부(510)는 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치(500)에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전할 수 있다.
이 때, 1/2 실린더 운전 모드에서 기설정된 시간 이상 운전 시, 특정 실린더와 해당 부품들의 과도한 열부하를 방지하기 위해 운전하는 실린더 및 비운전하는 실린더를 기설정된 규칙에 따라 교번하여 동작되도록 할 수 있다.
그리고 1/2 실린더 운전 모드에서 불평형 동력을 상쇄하기 위해 운전하는 실린더의 크랭크 각도는 등간격으로 이루어지도록 할 수 있다.
단계(S120)에서, 전체 실린더 운전부(520)는 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전할 수 있다. 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하도록 할 수 있다.
단계(S130)에서, 비상 운전부(530)는 1/2 실린더 운전 모드에서 보다 높은 부하가 요구되는 경우, 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환될 수 있다.
선박용 가변실린더 엔진 장치(500)는 수동 운전 모드(Manual Operation Mode)로 동작하며, 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다.
또한, 선박용 가변실린더 엔진 장치(500)는 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode)로 동작하며, 엔진 장치의 저부하에서는 자동으로 1/2 실린더 운전 모드로 운전되며, 엔진 장치의 고부하에서는 자동으로 전체 실린더 운전 모드로 동작할 수 있다.
또한, 선박용 가변실린더 엔진 장치(500)는 전자식 제어 엔진으로 설정에 따라 수동 운전 모드(Manual Operation Mode) 및 자 동 운전 모드(Automatic Operation Mode) 중 선택적으로 운전할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 12 실린더 엔진 장치의 착화 순서 및 가변실린더 운전 시 운전하는 실린더의 예시를 나타내는 도면이다.
1/2 실린더 운전 모드에서 장시간 운전 시 특정 실린더와 해당 부품들의 과도한 열부하로 인한 수명 단축을 방지하기 위해 운전하는 실린더는, 도 6에 도시된 바와 같이, 모드 1과 모드 2가 번갈아 가며 운전되도록 할 수 있다. 예를 들어, 12 실린더 엔진 장치에서 모드 1로 운전되는 경우, 1번, 2번, 3번, 10번, 11번 및 12번 실린더에 연료를 공급하고, 4번, 5번, 6번, 7번, 8번 및 9번 실린더에 연료를 차단할 수 있다. 또한, 12 실린더 엔진 장치에서 모드 2로 운전되는 경우, 1번, 2번, 3번, 10번, 11번 및 12번 실린더에 연료를 차단하고, 4번, 5번, 6번, 7번, 8번 및 9번 실린더에 연료를 공급할 수 있다. 이는 하나의 예시일 뿐, 모드 1 및 모드 2에서 동작되는 실린더 및 개수는 조절 가능하다. 또한 2개의 모드 1 및 모드 2가 교번하여 운전되는 것뿐만 아니라, 3개 이상의 모드가 순차적으로 동작되도록 할 수도 있다.
각 운전 모드는 엔진 제어 시스템의 명령에 따라 요구되는 부하와 현재 부하 상태에 따라 제어될 수 있다.
여기서, 1/2 실린더 운전 모드에서 불평형 동력을 상쇄하기 위해 운전하는 실린더의 크랭크 각도는 모두 등간격 또는 등간격에 가깝게 이루어질 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 12 실린더 엔진 장치의 운전 및 비운전 실린더에 해당하는 크랭크 배열의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 12 실린더 엔진 장치를 예로, 12 실린더 엔진 장치의 운전하는 실린더에 해당하는 크랭크와 운전하지 않는 실린더에 해당하는 크랭크 배치의 예시를 나타낸다.
자동 운전 모드 시에는 엔진의 저부하에서는 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드로 운전될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 12 실린더 엔진 장치에서 모드 1로 운전 시 1번, 2번, 3번, 10번, 11번 및 12번 실린더에 연료를 공급되고, 4번, 5번, 6번, 7번, 8번 및 9번 실린더에 연료를 차단된 상태의 크랭크 배열을 나타낼 수 있다. 또한 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 12 실린더 엔진 장치에서 모드 2로 운전 시 1번, 2번, 3번, 10번, 11번 및 12번 실린더에 연료를 차단되고, 4번, 5번, 6번, 7번, 8번 및 9번 실린더에 연료를 공급된 상태의 크랭크 배열을 나타낼 수 있다.
한편, 고부하에서는 자동으로 엔진의 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드로 전환하여 운전되도록 할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 가변실린더 엔진 장치의 운전 모드에 따른 운전 영역의 예시를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 12 실린더 엔진 장치를 예로, 1/2 실린더 운전 시 엔진의 운전 범위와 전체 실린더 운전 시의 엔진의 운전 범위를 나타낸다. 이 때, 엔진 회전수에 따른 엔진 출력을 확인할 수 있다.
수동 운전 모드는 각 운전 영역 내에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드와, 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드로 선택적으로 운전할 수 있다.
또한, 자동 운전 모드 시에는 엔진의 저부하에서는 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드로 운전되고, 고부하에서는 자동으로 엔진의 모든 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드로 전환하여 운전되도록 할 수 있다.
이상과 같이, 실시예들에 따르면 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하도록 함으로써, 온실가스 배출 저감을 통한 환경개선 및 보다 넓은 운전 영역에서의 엔진 효율 상승과 연료소모량 저감을 달성할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계; 및
    모든 상기 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전하는 단계
    를 포함하고,
    상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하며,
    상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는,
    전자식 제어 엔진으로 이루어진 박용 엔진(Marine Engine)이며, 설정에 따라 수동 운전 모드(Manual Operation Mode) 및 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode) 중 선택적으로 운전 가능하고,
    상기 수동 운전 모드로 동작 시, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 상기 1/2 실린더 운전 모드 또는 상기 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하고, 상기 자동 운전 모드로 동작 시, 엔진 장치의 저부하에서는 자동으로 상기 1/2 실린더 운전 모드로 운전되며, 엔진 장치의 고부하에서는 자동으로 상기 전체 실린더 운전 모드로 동작하고,
    상기 1/2 실린더 운전 모드에서 기설정된 시간 이상 운전 시, 특정 실린더와 해당 부품들의 과도한 열부하를 방지하기 위해 운전하는 실린더 및 비운전하는 실린더를 기설정된 규칙에 따라 교번하여 동작되도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1/2 실린더 운전 모드에서 보다 높은 부하가 요구되는 경우, 발생하는 부하에 따라 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환되는 단계
    를 더 포함하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 1/2 실린더 운전 모드에서 불평형 동력을 상쇄하기 위해 운전하는 실린더의 크랭크 각도는 등간격으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    요구되는 부하와 현재 부하 상태에 따라 상기 엔진 제어 시스템의 명령을 통해 수동 운전 모드, 자동 운전 모드, 상기 1/2 실린더 운전 모드 및 상기 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작되는 것
    을 특징으로 하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치의 동작 방법.
  9. 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 선박용 가변실린더 엔진 장치에서 실린더의 절반만 운전하는 1/2 실린더 운전 모드(Half cylinder Operation Mode)로 운전하는 1/2 실린더 운전부; 및
    모든 상기 실린더를 운전하는 전체 실린더 운전 모드(Total cylinder Operation Mode)로 운전하는 전체 실린더 운전부
    를 포함하고,
    상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 1/2 실린더 운전 모드 또는 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하며,
    상기 선박용 가변실린더 엔진 장치는,
    전자식 제어 엔진으로 이루어진 박용 엔진(Marine Engine)이며, 설정에 따라 수동 운전 모드(Manual Operation Mode) 및 자동 운전 모드(Automatic Operation Mode) 중 선택적으로 운전 가능하고,
    상기 수동 운전 모드로 동작 시, 상기 엔진 제어 시스템의 제어에 따라 상기 1/2 실린더 운전 모드 또는 상기 전체 실린더 운전 모드 중 선택적으로 동작하고, 상기 자동 운전 모드로 동작 시, 엔진 장치의 저부하에서는 자동으로 상기 1/2 실린더 운전 모드로 운전되며, 엔진 장치의 고부하에서는 자동으로 상기 전체 실린더 운전 모드로 동작하고,
    상기 1/2 실린더 운전 모드에서 기설정된 시간 이상 운전 시, 특정 실린더와 해당 부품들의 과도한 열부하를 방지하기 위해 운전하는 실린더 및 비운전하는 실린더를 기설정된 규칙에 따라 교번하여 동작되도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 1/2 실린더 운전 모드에서 보다 높은 부하가 요구되는 경우, 발생하는 부하에 따라 비상 운전 모드(Emergency Operation Mode)가 작동하여 일시적으로 요구되는 부하에 따라 운전 모드가 전환되는 비상 운전부
    를 더 포함하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 1/2 실린더 운전 모드에서 불평형 동력을 상쇄하기 위해 운전하는 실린더의 크랭크 각도는 등간격으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 선박용 등간격 착화 가변실린더 엔진 장치.
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