KR20070078707A - Large motor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 연결되는 공급 장치(supply device)를 구비하고 대형 기관의 엑츄에이터(actuator)와 연결되는 커먼 레일(common rail)의 개략도를 도시한다.1 shows a schematic diagram of a common rail having a supply device connected to it and connected to an actuator of a large engine.
도 2는 도 1에 대한 변형예를 도시한다.2 shows a modification to FIG. 1.
도 3은 도 1에 대한 또 다른 변형예를 도시한다.3 shows yet another variant of FIG. 1.
도 4는 도 1에 대한 또 다른 변형예를 도시한다.4 shows yet another variant of FIG. 1.
도 5는 도 4에 따른 장치와 연결되는 보조 팬(auxiliary fan) 장치를 개략적으로 도시한다.FIG. 5 schematically shows an auxiliary fan device in connection with the device according to FIG. 4.
도 6은 터보 과급기(trubocharger)를 펌프 구동원(pump driving source)으로 활용하는 실시예를 도시한다.FIG. 6 shows an embodiment utilizing a turbocharger as a pump driving source.
도 7은 별도의 배기 가스 터빈을 펌프 구동원으로 갖는 도 6에 따른 변형예를 도시한다.7 shows a variant according to FIG. 6 with a separate exhaust gas turbine as the pump drive source.
본 발명은 배출 밸브(discharge valve), 분사 장치(injection device) 등과 같은 유압 엑츄에이터(hydraulic actuator)에 의해 작동 가능한 기관 및, 펌 프(pump)로 기능하는 적어도 하나의 유압 장치(hydraulic unit)에 의해 압력 매체(pressure medium)를 공급할 수 있는 커먼 레일(common rail)을 포함하고, 상기 유압 엑츄에이터가 커먼 레일에 연결되는 대형 기관(large motor), 특히 2행정 대형 디젤 기관(two-stroke large diesel motor)에 관한 것이다.The invention relates to an engine operable by a hydraulic actuator, such as a discharge valve, an injection device, and the like, and at least one hydraulic unit functioning as a pump. A large motor, in particular a two-stroke large diesel motor, comprising a common rail capable of supplying a pressure medium, to which the hydraulic actuator is connected to the common rail. It is about.
지금까지 통용되는 이런 종류의 장치들에서는, 커먼 레일의 압력 공급(pressure supply)을 위해 구비되는 펌프가 모든 구동 단계에서 해당 전동기(electric motor)에 의해 구동된다. 그러나 배기 가스 에너지(exhaust gas energy)는 지금까지 이렇게 이용되지 않았다.In these types of devices that have been used so far, a pump provided for pressure supply of the common rail is driven by the corresponding electric motor at every driving stage. However, exhaust gas energy has not been used so far.
앞에서 언급된 종류의 대형 기관들의 경우 대체로 구비되는 터보 과급기(turbocharger)는 기관으로부터 발생되는 배기 가스(exhaust gas)에 의해 작동되고, 기관에 필요한 급기(charge air)를 마련한다. 이 경우 대부하 범위(capacity range)에서 작동할 때 배기가스는 급기의 마련에 필요할 것보다 더 많은 에너지를 포함한다. 또한 이러한 초과 에너지(excess energy)를 이용하려는 시도도 이미 있었다.In the case of large engines of the kind mentioned above, a turbocharger, which is usually provided, is operated by exhaust gas from the engine and provides the necessary charge air to the engine. In this case, when operating in a capacity range, the exhaust contains more energy than is needed for the supply of air. There has also already been an attempt to exploit this excess energy.
독일 특허 DE-PS 9 62 764를 통해 개시되는 장치에서는 이를 위해 터보 과급기의 터빈(turbine)과 나란히 배열되는 출력 터빈(power turbine)이 구비되는데, 출력 터빈은 모터 샤프트(motor shaft)와 연결될 수 있다.The device disclosed in German patent DE-PS 9 62 764 is equipped with a power turbine arranged side by side with a turbine of a turbocharger for this purpose, which can be connected with a motor shaft. .
독일 특허 DE 35 32 938 C1에는 터보 과급기의 샤프트(shaft)와 구동 가능하게 연결되는 유압 펌프(hydraulic pump)가 개시되는데, 유압 펌프는 유압 모터(hydraulic motor)를 가동시키고, 유압 모터는 전기 발전기(electric generator) 및/또는 모터의 샤프트 등과 같은 에너지 사용장치와 결합될 수 있다. 이와 같이 구동되는 발전기로부터 발생하는 전기 에너지(electric energy)가 또한 전동기에도 공급될 수 있고, 전동기를 이용하여 커먼 레일의 압력 공급을 위해 필요한 펌프를 구동할 수 있다. 그러나 커먼 레일은 위에 언급된 독일 특허 DE 35 32 938 C1에 언급되어 있지 않다. 이런 점을 제외하더라도 이 특허에서 제안하고 있는 전기 에너지를 통한 구동에는 펌프 및 모터를 포함하는 유압 전동 장치(hydraulic gear)가 필요한 것은 물론이고, 여러 번에 걸친 에너지 변환(energy conversion)도 필요하므로 손실과 연관된다.German patent DE 35 32 938 C1 discloses a hydraulic pump which is operably connected to the shaft of a turbocharger, the hydraulic pump running a hydraulic motor, the hydraulic motor being an electric generator ( electric energy generators and / or shafts of motors and the like. Electrical energy generated from the generator thus driven can also be supplied to the electric motor, and the electric motor can be used to drive a pump necessary for supplying pressure to the common rail. However, the common rail is not mentioned in the above mentioned German patent DE 35 32 938 C1. Except for this, driving through electrical energy proposed in this patent requires not only hydraulic gears including pumps and motors, but also multiple energy conversions. Associated with
국제 특허 WO 2005/068804 A1에는 자동차 모터로서 구비되는 디젤 기관(diesel motor)이 개시되어 있는데, 이 디젤 기관에 터보 과급기가 연결된다. 터보 과급기는 여러 단계(step)로 형성되는데, 이때 단계 중 하나는 작동을 멈출 수 있다. 그러나 터보 과급기의 두 단계는 급기를 압축하는 데만 이용된다. 터보 과급기에 의해 구동 가능한 해당 압력 공급 장치를 갖는 커먼 레일은 제공되지 않는다.International patent WO 2005/068804 A1 discloses a diesel motor which is provided as an automobile motor, to which a turbocharger is connected. The turbocharger is formed in several steps, one of which may stop working. However, two stages of the turbocharger are only used to compress the air supply. No common rail is provided with the corresponding pressure supply which can be driven by the turbocharger.
본 발명의 목적은 이런 문제들에서 출발하여, 서두에 언급된 종류의 대형 기관에서 커먼 레일의 압력 공급을 간단하고도 저렴하게 실행하는데 있다.It is an object of the present invention to start from these problems and to carry out a simple and inexpensive supply of pressure to the common rail in large engines of the kind mentioned at the outset.
본 발명의 목적은 적어도 대부하 범위에서 커먼 레일과 연결되고 펌프를 형성하는 적어도 하나의 유압 장치(hydraulic unit)가 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치에 의해 구동됨으로써 달성된다.The object of the present invention is achieved by driving at least one hydraulic unit connected to the common rail and forming a pump, at least in a large load range, by means of a drive device which can be operated by exhaust gas.
이러한 방안을 통해 초과 배기 가스 에너지를 커먼 레일의 압력 공급에 직접 이용함으로써 변환 손실(conversion loss)을 방지할 뿐만 아니라, 조정을 비교적 쉽게 할 수 있다는 장점도 생긴다. 이 경우 커먼 레일은 유압 모터와 같은 비교적 체적 작동 용량(volume operating capacity)이 큰, 에너지 사용장치가 연결될 수 있도록 형성될 수 있다는 장점도 있다. 따라서 부하 범위, 예컨대 대부하 범위에 적합한 펌프로서 제공되는 유압 장치는 다른 부하 범위에서 모터로서, 예컨대 터보 과급기를 도와주기 위해 가동될 수 있다.This approach not only prevents conversion loss but also makes adjustments relatively easy by using excess exhaust gas energy directly to supply pressure to the common rail. In this case, the common rail may also be formed such that an energy consuming device having a relatively large volume operating capacity, such as a hydraulic motor, may be connected. Thus, a hydraulic system provided as a pump suitable for a load range, for example a large load range, can be operated to assist a motor, for example a turbocharger, at another load range.
상기 방안들의 바람직한 실시예 및 개선 실시예들이 종속항들에 제시되어 있다.Preferred and improved embodiments of the solutions are presented in the dependent claims.
터보 과급기를 갖는 모터들의 경우, 커먼 레일과 연결되는 적어도 하나의 유압 장치가 터보 과급기의 샤프트와 구동 가능하게 연결될 수 있다는 장점이 있다. 이로써 구조가 특히 간단해지고, 앞에서 언급된 것처럼 저부하 범위(load range)에서 터보 과급기의 강화가 간단히 이루어질 수 있다.In the case of motors having a turbocharger, there is an advantage that at least one hydraulic device connected to the common rail can be operably connected to the shaft of the turbocharger. This simplifies the structure in particular and, as mentioned earlier, the reinforcement of the turbocharger in the load range can be achieved simply.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 커먼 레일과 연결되는 적어도 하나의 유압 장치는 배기 가스에 의해 가동될 수 있는 해당 배기 가스 터빈에 의해 구동 가능하고, 바람직하게는 배기 가스 터빈은 배기 가스의 유입과 관련하여 볼 때 터보 과급기의 터빈과 동시에 변속된다. 이러한 방안들을 통해 터보 과급기를 확대하지 않고도 배기 가스 에너지의 수율(yield)을 특히 양호하게 만들 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, at least one hydraulic device connected to the common rail is driven by the corresponding exhaust gas turbine, which can be operated by the exhaust gas, preferably the exhaust gas turbine is In terms of inflow, it shifts simultaneously with the turbine of the turbocharger. These measures can make the yield of exhaust gas energy particularly good without enlarging the turbocharger.
본 발명의 또 다른 바람직한 방안에서는 배기 가스 에너지로 구동 가능한 유압 장치에 더하여, 커먼 레일과 연결되는 유압 장치를 적어도 또 하나 구비할 수 있고, 또 하나의 유압 장치는 배기 가스와 무관하게 구동 가능하다. 이러한 방안은 또한 모터의 구동 방식에서 볼 때 저부하 범위에서 커먼 레일의 신뢰할만한 압력 공급 및 이와 함께 안정적인 구동을 보장한다.In another preferred method of the present invention, in addition to the hydraulic device which can be driven by the exhaust gas energy, at least one hydraulic device connected to the common rail may be provided, and another hydraulic device may be driven independently of the exhaust gas. This approach also ensures a reliable pressure supply of the common rail and a stable drive in the low load range in terms of motor drive.
적어도 대부하 범위에서는 유압 엑츄에이터에 더하여, 적어도 또 하나의 에너지 사용장치가 커먼 레일에 연결될 수 있는 것이 바람직하다. 이로써 유압 엑츄에이터의 에너지 수요를 넘어서는 초과 에너지를, 예컨대 전류를 생성하는 데 간단히 이용할 수 있다. 이를 위해 적어도 하나의 유압 장치가 커먼 레일로부터 압력 매체를 공급받는 유압 모터로서 간단히 작동할 수 있고, 유압 모터는 전기 유닛(electric unit)과 연결되고, 전기 유닛은 전동기 또는 발전기로서 기능할 수 있다.At least in the high load range, in addition to the hydraulic actuator, it is desirable that at least another energy consuming device can be connected to the common rail. This makes it possible to simply use excess energy beyond the energy demand of the hydraulic actuator, for example to generate a current. For this purpose at least one hydraulic device can simply operate as a hydraulic motor fed with a pressure medium from the common rail, the hydraulic motor is connected to an electric unit, which can function as an electric motor or a generator.
본 발명의 또 다른 바람직한 방안에서는 배기 가스와 무관하게 구동 가능한 구동 장치에 의해 구동될 수 있고 펌프로서 기능하는 적어도 하나의 유압 장치가 적어도 시동(start) 및/또는 소부하 범위에 적합하게 커먼 레일과 연결될 수 있다. 이로써 모든 동력 단계(power stage)에서 안정적인 구동이 보장된다. 시동을 위해서는 유압 장치와 연결되는 적어도 하나의 전기 유닛이 전류(current)에 의해 가동될 수 있어서, 전기 구동(electric drive) 및 이와 함께 해당 유압 장치의 펌프 작용(pumping action)이 생긴다. 시동 후에는 커먼 레일과 연결되는 적어도 하나의 유압 장치가 모터와 구동 가능하게 연결될 수 있다. 이때 전동기는 작동을 정지하거나 발전기로서 구동될 수 있다.In another preferred solution of the present invention, at least one hydraulic device, which can be driven by a drive device independent of the exhaust gas and functions as a pump, has at least one common rail suitable for start and / or small load ranges. Can be connected. This ensures stable operation at all power stages. At least one electric unit connected to the hydraulic device can be started by a current for start-up, resulting in an electric drive and a pumping action of the hydraulic device with it. After starting, at least one hydraulic device connected with the common rail may be operably connected with the motor. At this time, the motor may be stopped or driven as a generator.
배기 가스에 의해 가동될 수 있는 구동 장치 다음에, 다수의 출구(exit)를 구비하는 감속 장치(reduction gear)가 배열되는 것이 바람직하다. 이 경우, 각각 하나의 유압 장치가 각각의 출구와 연결될 수 있다. 이로써 안정성이 높아지고, 또한 최소한의 필요 이상으로 제공되는 유압 장치들의 작동을 정지할 수 있다는 장점도 생긴다.Next to the drive device which can be actuated by the exhaust gas, it is preferred that a reduction gear having a plurality of exits is arranged. In this case, one hydraulic device may be connected to each outlet. This increases the stability and also has the advantage of stopping the operation of the hydraulic devices which are provided above the minimum required.
안정성의 이유 때문에, 급기 어큐뮬레이터(charge air accumulator)와 연결되고 전동기에 의해 구동 가능한 적어도 하나의 보조 팬(auxiliary fan)이 제공되는데, 상기 보조 팬은 터보 과급기의 작동이 불충분할 때 급기를 활용한다. 이러한 보조 팬이 구비되어 있는 한, 보조 팬은 바람직하게는 전기 유닛과 연결될 수 있고, 전기 유닛은 다른 한편으로 유압 장치와 연결될 수 있으며, 유압 장치는 시동 및/또는 소부하 범위에서 커먼 레일을 압력 매체에 의해 가동시키는 펌프로서 기능한다. 이런 방법을 통해, 보조 팬과 연결되는 별도의 전기 유닛들을 절약할 수 있다.For reasons of stability, at least one auxiliary fan is provided which is connected to a charge air accumulator and is driven by an electric motor, which utilizes the air supply when the turbocharger is in insufficient operation. As long as such an auxiliary fan is provided, the auxiliary fan can preferably be connected with the electrical unit, which can be connected with the hydraulic device on the other hand, and the hydraulic device presses the common rail in the starting and / or low load range. It functions as a pump that is driven by the medium. In this way it is possible to save the separate electrical units that are connected to the auxiliary fan.
상기 방안들의 기타 바람직한 실시예 및 개선 실시예들은 나머지 종속항들에 제시되고, 하기에서 도면에 의거한 실시예의 설명을 통해 보다 상세히 알 수 있다.Other preferred and improved embodiments of the above solutions are set forth in the remaining dependent claims, and will be more fully understood from the following description of the embodiments based on the drawings.
본 발명의 주요 활용 영역은 전기적으로 조정되는 대형 기관, 특히 예컨대 선박 구동에 활용될 수 있는 것과 같은 2행정 대형 디젤 기관들이다. 이러한 기관들은 캠 축(camshaft)을 더 이상 포함하지 않는다. 가령 배출 밸브(discharge valve), 분사 장치(injection device)처럼 예전에 캠 축에 의해 가동될 수 있었던 기관들은 이러한 기관들의 경우 연결되는 유압 엑츄에이터들에 의해 작동될 수 있 고, 유압 엑츄에이터들은 유압 압력 매체(hydraulic pressure medium), 주로 유압 오일(hydraulic oil)에 의해 가동될 수 있다. 이 경우 엑츄에이터와 연결되는 압력 매체원(pressure medium source)으로서 커먼 레일이 제공되고, 커먼 레일은 활용되는 압력 매체를 갖는 적어도 하나의 펌프에 의해 가동된다.The main areas of application of the present invention are large engines that are electrically regulated, in particular two-stroke large diesel engines such as those that can be utilized for ship driving. These organs no longer include a camshaft. Engines that could previously be operated by camshafts, for example discharge valves, injection devices, can be operated by hydraulic actuators connected in the case of these engines, and hydraulic actuators are hydraulic pressure medium (hydraulic pressure medium), mainly hydraulic oil (hydraulic oil) can be operated. In this case a common rail is provided as a pressure medium source connected to the actuator, which is operated by at least one pump having a pressure medium utilized.
도 1은 커먼 레일(2)을 포함하는 대형 기관(1)을 도시하는데, 커먼 레일(2) 및 커먼 레일과 연결되는 공급 장치는 도시의 필요성 때문에 대형 기관(2) 옆에 확대된 형태로 도시된다. 커먼 레일(2)로부터 분기 케이블(branch cable; 3)이 나와 배출 밸브 및 분사 장치의 엑츄에이터(상세히 도시되지 않음)로 연결된다. 분기 케이블(3)에는 조절 밸브(control valve; 상세히 도시되지 않음)가 구비되고, 조절 밸브는 전기적 내지 전자적으로 조절될 수 있다.1 shows a large engine 1 comprising a
커먼 레일(2)은 파이프 라인(pipeline)으로 형성될 수 있고, 파이프 라인은 압력 매체 용기(pressure medium vessel)와 연결되고 압력 매체를 갖는 적어도 하나의 펌프에 의해 가동되는데, 이때 바람직한 압력이 계속 유지된다. 기관(1)은 모든 실린더의 배기 가스 출구가 통하는 배기 가스 수집 파이프(exhaust gas collecting pipe; 4) 및, 모든 실린더의 입구 충전 홈(entrance filling groove)과 연결되는 급기 분배 파이프(charge air distributing pipe; 5)를 포함한다. 배기 가스 수집 파이프(4) 및 급기 분배 파이프(5) 사이에 터보 과급기(7)가 위치되고, 터보 과급기는 배기 가스에 의해 구동 가능한 터빈 및 터빈에 의해 구동될 수 있고 필요한 급기를 마련하는 압축기(compressor)를 포함한다. 터빈 및 압축기는 대체로 공동 샤프트 상에 배열된다.The
본 발명에 따르면 터보 과급기의 열역학적 특성들(thermodynamic characters)은 대단히 양호하다. 모터가 대부하 범위(적어도 40%의 부분 부하 내지 총 부하)에서 구동될 때, 기관(1)에 의해 방출되는 배기 가스는 터보 과급기(6)의 구동에 필요한 것보다 많은 에너지를 포함한다. 따라서 본 발명에 따르면 모터 용량의 3% 내지 5%에 달하는 용량 초과가 발생된다.According to the invention the thermodynamic characters of the turbocharger are very good. When the motor is driven in a large load range (at least 40% partial load to total load), the exhaust gas emitted by the engine 1 contains more energy than necessary for driving the
본 발명에 따르면 배출 밸브 및 분사 장치 등의 엑츄에이터를 작동시키기 위해서는 1.5% 내지 2%의 모터 부하가 필요하게 된다. 따라서 이러한 부호 수요는 모터의 광범위한 구동 영역 내에서 터보 과급기(6)에 발생하는 부하 초과에 의해 충족될 수 있다. 이 경우 대부하 범위에는 잔여 동력이 그대로 남아 다른 데 이용될 수 있다.According to the present invention, in order to operate actuators such as a discharge valve and an injection device, a motor load of 1.5% to 2% is required. This sign demand can thus be met by the overload occurring on the
오로지 시동 때 및 소부하 범위에서만 터보 과급기(6)에서 엑츄에이터의 동력 수요를 충족시기에 충분한 부하 초과가 발생되지 않는다. 따라서 이러한 구동 단계 내에서 커먼 레일(2)은 다른 데서 동력을 공급받아야 한다. 즉, 이러한 경우 커먼 레일(2)과 연결되는 펌프 내지 펌프들의 구동에 필요한 동력은 배기 가스로부터 얻을 수 없고, 다른 공급원으로부터 얻어야 한다. 여기에서 제시되는 종류의 대형 기관들이 대체로 대부하 범위에서 구동되기 때문에, 이러한 구동 영역은 물론 비교적 짧은 구동 시간 내에만 존재한다.Sufficient overload does not occur to satisfy the power demand of the actuator in the
구동 레일(2)과 연결되는 펌프 내지 펌프들을 형성하기 위해, 회전 피스톤(rotary piston)을 구비하는 유압 장치가 각각 제공되고, 유압 장치는 피스톤이 구동하는 경우에는 펌프로서, 피스톤의 가압(pressurization)이 있는 경우에는 모 터로서 기능할 수 있다. 도 1의 토대가 되는 실시예에서는 세 개의 이러한 유압 장치(7, 8, 9)가 제공되는데, 유압 장치들 중에서 각각 적어도 하나는 커먼 레일(2)을 압력 매체에 의해 가동시키는 펌프로서 기능해야 한다. 나머지 두 개의 유압 장치는 에너지 사용장치로서 커먼 레일(2)에 연결되고, 따라서 모터로서 기능할 수 있다.In order to form pumps or pumps connected with the drive rails 2, hydraulic devices each having a rotary piston are provided, the hydraulic devices being pumps when the piston is driven, which pressurizes the pistons. If present, it can function as a motor. In the underlying embodiment of FIG. 1, three such
유압 장치와 연결될 수 있는 구동 장치가 각각 하나씩 유압 장치(7, 8, 9)와 연결된다. 유압 장치(7)용 구동 장치로서 기관(1)의 샤프트, 바람직하게는 크랭크샤프트(crankshaft; 10)가 제공된다. 크랭크샤프트는 커플링(coupling; 11)을 통해 증속 장치(speed increaser: 12)의 입구(entrance)와 연결될 수 있다. 유압 장치(7)는 커플링(13)을 통해 증속 장치(12)의 출구(exit)와 연결될 수 있다.A drive device, which can be connected to the hydraulic device, is connected to the
배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치는 유압 장치(8)와 연결된다. 여기에서는 도 6에 도시된 바와 같이 터보 과급기, 또는 도 7에 도시된 바와 같이 터보 과급기(7)와 분리되는 배기 가스 터빈(14)을 가리킬 수 있다. 도 6 및 도 7은 이하에서 더욱 상세히 기술된다. 유압 장치(8)는 커플링(15)에 의해 감속 기어(17)의 출구와 연결될 수 있고, 감속 기어의 입구는 커플링(17)에 의해 해당 구동 장치와 연결될 수 있다. 구동 장치로서 전기 유닛(18)은 다른 유압 장치(9)와 연결되고, 전기 유닛은 전류가 공급되면 전동기로서, 구동 시에는 발전기로서 기능한다. 전기 유닛(18)은 커플링(19)에 의해 해당 유압 장치(9)와 연결될 수 있다.The drive device which can be operated by the exhaust gas is connected with the
압력 매체 용기(20)는 각각 유압 장치(7, 8, 9)와 연결된다. 여기에서는 개별 용기 또는 공동 용기를 가리킬 수 있다. 유압 장치(7, 8, 9)가 각각 펌프로서 구동되면, 압력 매체는 압력 매체 용기(20)로부터 흡입되어, 각각 해당 압력 파이프(pressure pipe; 21, 22, 23)를 통해 커먼 레일(2)에 공급된다. 압력 파이프(21, 22, 23)에는, 커먼 레일(2) 쪽으로 개방되는 체크 밸브(check valve; 24)가 각각 구비된다. 해당 유압 장치가 펌프 구동(pump drive)으로부터 모터 구동(motor drive)으로 전환될 수 없는 한, 여기에서는 간단한 체크 밸브를 말한다. 펌프 구동으로부터 모터 구동으로 전환될 수 있는 유압 장치들의 압력 파이프들에는 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)가 제공된다. 여기에서는 체크 밸브의 종류에 따라 커먼 레일(2) 쪽으로 개방되고, 개방 상태가 유지되도록 조절될 수 있어서 흐름(flow) 역시 커먼 레일(2)로부터 각각 연결되는 유압 장치 쪽으로 가능한 밸브를 말한다. 이를 위해 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)에는 조절 밸브(26)가 배열되는 각각의 해당 조절 라인(control line; 25)을 통해 조절 압력 매체(control pressure medium)가 유입될 수 있다.The pressure
도시된 실시예에서는 배기 가스에 의해 작동 가능한 구동 장치와 연결되는 유압 장치(8) 및, 전기 유닛(18)이 구동 장치로서 연결되는 유압 장치(9)에서 분기하는 압력 파이프(22, 23)에 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)가 배열된다. 따라서 유압 장치(8 및 9)는 펌프로서 활용될 수 있고, 펌프 구동이 생략되고 밸브(24a)가 열릴 때에는 유압 모터로 활용 가능하다. 모터 샤프트에 의해 구동될 수 있는 유압 장치(7)에서 분기하는 압력 파이프(21)에는 간단한 체크 밸브(24)가 제공될 수 있다. 이러한 경우, 펌프 구동으로부터 모터 구동으로의 변속은 가능하지 않다. 그러나 이 경우에도 도 1에서 점선으로 도시된 바와 같이 변속이 자유로운 체크 밸 브를 구비하는 방안을 생각해볼 수 있다. 이로써 유압 장치(7)가 펌프 구동으로부터 모터 구동으로 전환되는 변속 역시 가능해진다.In the illustrated embodiment, the
기관(1)의 시동 때 커먼 레일(2)은 전동기에 의해 구동되는 적어도 하나의 펌프에 의해 압력 매체를 공급받는다. 이를 위해 유압 장치(9)와 연결되는 전기 유닛(18)에 전류 공급이 이루어질 수 있으므로, 전기 유닛은 커플링(18)이 폐쇄될 때 유압 장치(9)를 구동하는 전동기를 형성하고, 따라서 유압 장치(9)는 펌프로서 작용한다. 이것에 더하여, 또는 이에 대한 대안으로 또한 도 1에서 유압 장치(15)에 대해 점선으로 도시된 바와 같이, 두 개의 유압 장치(7, 8) 중 하나 또는 두 개의 유압 장치에, 커플링(27)에 의해 유압 장치와 연결될 수 있는 전기 유닛(28)이 각각 하나씩 배열될 수 있다. 이러한 경우 유압 장치(9)는 해당 전기 유닛(18)과 함께 완전히 생략될 수도 있다. 이러한 실시예는 도 2의 기초가 된다.At the start of the engine 1 the
기관(1)이 작동하자마자, 모터 샤프트에 의해 구동될 수 있는 유압 장치(7)는 커먼 레일(2)이 압력 매체를 공급하는 일을 떠맡거나, 전동기에 의해 구동될 수 있는 유압 장치(9 및/또는 8)를 도울 수 있다. 이 경우 매번 펌프로 활용되지 않는 유압 장치는 커먼 레일(2)로부터 압력 매체를 공급받을 수 있는 유압 모터로서 작동될 수 있다. 이를 위해 각각 해당되는 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)가 자유 변속 위치에 놓일 수 있다.As soon as the engine 1 is actuated, the
유압 장치(9)가 이런 방식으로 유압 모터로서 작동되는 한, 전류를 야기하는 발전기로서 기능하는 전기 유닛(18)이 구동될 수 있다. 전기 유닛(8)이 유압 모터로서 작동되는 한, 경우에 따라 연결되는 전기 유닛(28)이 전류 생성을 위해 마찬 가지로 구동될 수 있다. 그러나 이것에 더하여, 또는 이에 대한 대안으로 유압 모터로서 작동하는 유압 장치(8)에 의해, 이 경우에는 증속 장치로서 기능하는 전동 장치(gear; 16)를 통해 터보 과급기(7)에 추가 토크(torque)를 공급하거나, 급기를 마련할 때 터보 과급기(7)를 지원하기 위해 추가 배기 가스 터빈(14)을 구동하는 것도 가능하다. 이때 커플링(15 및 17)은 폐쇄되어 있어야 한다. 이러한 경우에 커플링(17)은 오버러닝 클러치(overrunning clutch)로 형성되어야 한다.As long as the
대부하 범위(약 40%의 부분 부하 이상)에 도달할 때부터 배기 가스 에너지가 충분히 발생되어, 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치에 의해 구동 가능한 유압 장치(8)를 이용하여 커먼 레일(2)에 압력 매체를 공급할 수 있게 된다. 이를 위해 해당 압력 파이프(22)에 구비되는 변속이 자유로운 체크 밸브(24)는 커먼 레일(2) 쪽으로 개방되는 체크 밸브로만 기능하도록 해당 조절 밸브(26)에 의해 조절된다. 커플링(15 및 17)은 물론 폐쇄되어 있다. 유압 장치(8)와 연결되는 전기 유닛(28)이 구비되어 있는 한, 전기 유닛은 필요한 동력을 갖추자마자 커플링(27)의 폐쇄에 의해 여기에서 모터로서 기능하는 유압 장치(8)에 직접 연결될 수 있다. 유압 장치(9)는 구비되어 있는 한, 또한 커먼 레일(2)로부터 압력 매체를 공급받는 유압 모터로서 작동되고, 유압 모터는 이때 발전기를 형성하는 전기 유닛(18)을 구동한다.Since the exhaust gas energy is sufficiently generated from reaching the large load range (partial load of about 40% or more), the common rail (using the
이러한 것은 유압 장치(7)에 마찬가지로 전기 유닛이 연결되어 있는 한, 유압 장치에도 적용된다. 이러한 경우 감속 장치로서 기능하는 전동 장치(12)를 통해 폐쇄된 커플링(13) 및 폐쇄된 커플링(11)에서는, 모터로서 작동하는 유압 장 치(7)를 이용하여 토크를 해당 모터 샤프트에, 여기에서는 크랭크축(10)에 방출하는 것도 생각해볼 수 있다. 커플링(11)은 이 경우 오버러닝 클러치로 형성될 수 있다.The same applies to the hydraulic device as long as the electric unit is connected to the
시동 때만이 아니라 저부하 범위에서도 전동기에 의해 구동 가능한 적어도 하나의 펌프를 통해 커먼 레일에 압력 매체를 공급하는 것도 물론 생각해볼 수 있다. 이러한 실시형태는 도 3의 토대가 된다. 이 실시예에서는 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치에 의해 구동 가능한 유압 장치(8) 옆에, 전기 유닛(18)과 연결될 수 있는 유압 장치(9)가 구비된다. 기관(1)의 샤프트와 구동 가능하게 연결될 수 있는 유압 장치(7)는 여기에서 필요하지 않게 된다.It is of course conceivable to supply the pressure medium to the common rail via at least one pump which can be driven by the motor not only at start-up but also at low load ranges. This embodiment forms the basis of FIG. 3. In this embodiment, next to the
도 3에 도시된 실시에에서 유압 장치(9)는 커먼 레일(2)에 압력 매체를 공급하기 위해, 기관(1)의 시동 때 및 소부하 범위에서 전동기로서 작용하는 해당 전기 유닛(18)에 의해 구동될 수 있다. 유압 장치(8)는 이 경우 부동화(passivation)되거나, 커먼 레일(2)에 달려 있는 에너지 사용장치로서 작동할 수 있다. 에너지 사용장치는 유압 모터로서 기능하고, 유압 모터는 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치 쪽에 구동 텐션(drive tension) 속에 위치하는 감속 장치(16) 및/또는 경우에 따라 연결되는 또 하나의 유닛, 예컨대 해당 전기 유닛(28)과 연결될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 3, the
대부하 범위에서 커먼 레일의 압력 매체 공급은 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치에 의해 구동 가능한 유압 장치(8)로부터 넘겨받는다. 전기 유닛(28)이 있는 한, 전기 유닛은 펌프로서 기능하는 유압 장치(8)와 직접 연결될 수 있다. 유압 장치(9)는 이 경우 작동을 정지하거나, 주로 커먼 레일(2)로부터 압력 매체를 공급받는 유압 모터로서 작동될 수 있고, 유압 모터는 전기 유닛(18)을 구동할 수 있으며, 이때 전기 유닛은 발전기로서 기능한다.The pressure medium supply of the common rail in the heavy load range is taken over from the
여기에서는 전동기로서 작동될 수 있는 전기 유닛과 공동 작용하는 유압 장치를 하나만 구비하는 것도 물론 생각해볼 수 있는데, 이때 유압 장치는 전동기에 의해 구동 가능한 펌프를 형성할 수 있다. 따라서 전기 유닛(28)은 생략될 수 있다. 그러나 또한 유압 장치(8)와 연결되는 이러한 전기 유닛(28)을 고수하고, 유압 장치(9)를 해당 전기 유닛(18)과 함께 생략하는 방안도 생각해볼 수 있다. 이로써 오직 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치 및 해당 전기 유닛과 연결될 수 있는 유압 장치를 포함하는 가장 간단한 구조가 생겨나게 된다.It is of course conceivable to have only one hydraulic device which cooperates with the electric unit which can be operated as an electric motor, where the hydraulic device can form a pump which can be driven by the electric motor. Thus, the
도 4의 토대가 되는 실시예는 도 1에 따른 실시예와 구분되는데, 각각 다른 구동원(drive source)과 연결되는 유압 장치(7, 8, 9)가 여러 번에 걸친 제조에서 각각 구비되기 때문이다. 도 4에서는 증속 장치(12)의 각각의 출구에 유압 장치(7)가 하나씩 연결된다. 여기에서는 바람직하게 유성 기어 장치(epicyclic gear)로 형성되는 감속 장치(12)가 네 개의 출구를 갖는다. 따라서 네 개의 유압 장치(7)가 구비되고, 이 유압 장치는 체크 밸브(24) 내지 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)를 포함하는 각각의 해당 압력 파이프(21)를 통해 커먼 레일(21)과 결합된다. 따라서 이 경우에는 기관(1)을 이용하여 네 개의 유압 장치(7)가 구동될 수 있다. 커플링(11)이 풀리면 네 개의 유압 장치(7)가 증속 장치(12)를 통해 구동 가능하게 서로 연결되므로, 하나의 유압 장치 또는 한 그룹의 유압 장치(8)는 나머 지 유압 장치를 구동할 수 있고 그 반대도 가능하다.The underlying embodiment of FIG. 4 is distinguished from the embodiment according to FIG. 1, since the
마찬가지로 감속 장치(16)는 다수의 출구를 포함할 수 있는데, 여기에서는 각각의 출구에 유압 장치(8)가 연결될 수 있다. 도시된 실시에에서 감속 장치(16)는 두 개의 출구를 갖는다. 따라서 두 개의 유압 장치가 구비되고, 이 유압 장치는 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)를 포함하는 해당 압력 파이프(22)를 통해 각각 커먼 레일(2)과 결합된다. 따라서 여기에서는 배기 가스에 의해 작동될 수 있는 구동 장치를 이용하여 두 개의 유압 장치(8)가 구동될 수 있고 그 반대도 가능하다.The
각각의 유압 장치(8)에는 유압 장치와 직접 연결될 수 있는 전기 유닛(28)이 연결될 수 있다. 전기 유닛(28)에 더하여, 또는 이에 대한 대안으로 두 개의 다른 전기 유닛(18)이 구비되고, 이 전기 유닛은 두 개의 유압 장치(9)와 연결되고, 유압 장치는 각각 변속이 자유로운 체크 밸브(24a)를 구비하는 압력 파이프(23)를 통해 커먼 레일(2)과 연결된다.Each
네 개의 유압 장치(7)는 공동으로 또는 각각 또는 비교적 작은 그룹으로 활성화(activation)된다. 이와 마찬가지로 두 개의 유압 장치(8, 9)는 각각 또는 한 쌍씩 활성화될 수 있다. 구동 방법 내지 구동 가능성들과 관련하여 볼 때 도 1과 똑같이 적용된다. 단지 각각 단 하나의 유압 장치(7) 또는 다수의 유압 장치(7), 단 하나의 유압 장치(8) 또는 다수의 유압 장치(8) 및 하나의 유압 장치(9) 또는 다수의 유압 장치(9)가 활성화될 수 있다는 기준만 있을 뿐이다. 여기에서와 같이 유압 장치를 여러 번에 걸쳐 배열함으로써, 바람직하게는 똑같이 작용하는 유압 장 치 각각의 점차적인 작동 정지 역시 가능해진다.The four
전기 유닛(18 및 28)은 도시된 실시예에서 두 개의 연결(connection)을 갖고 두 개의 연결 중 하나는 커플링(19, 27)을 통해 각각 연결되는 유압 장치(9, 8)와 연결될 수 있다. 두 번째 연결은 각각 연결되는 커플링(29, 30)을 통해 선택적으로 구동될 수 있는 또 하나의 유닛과 연결 가능하다. 여기에서는, 예를 들면 안정성의 이유 때문에 여러 번의 급기를 위해 요구되는 보조 팬을 의미할 수 있다.The
도 5에 도시되는 이러한 두 개의 보조 팬(31)은 각각 커플링에 의해 도 4의 전기 유닛(18, 28)과 연결될 수 있다. 이런 종류의 보조 팬이 도 1 내지 도 3에 따른 실시예에서도 구비될 수 있는 것은 물론이다. 도 5의 근거가 되는 실시예에서 보조 팬(31)은 각각 하나의 커플링(29)에 의해 도 4의 전기 유닛과 연결될 수 있다. 보조 팬(31)은 터보 과급기(6)가 생략되어야 할 때에도 급기 분배 파이프(5)에 급기를 충분히 공급하는데 사용된다. 도 5에서 급기 분배 파이프(5)는 일목요연한 조망을 위해 이중으로 도시되는데, 말하자면 한 번은 기관(1)에, 또 한 번은 모터 옆에 개략적으로 확대된 형태로 도시된다.These two
보통의 경우 터보 과급기(6)의 압축기는 필터(filter)를 통해 공기를 흡입하고, 공기는 압축기에서 압축되고 후속 냉각기(cooler)에서 냉각되며 급기 라인(charge air line; 32)을 통해 급기 분배 파이프(5)에 공급된다. 급기 분배 파이프(5) 쪽으로 개방되는 체크 밸브(33)가 급기 라인(32)에 구비된다. 급기 라인(32)에 배열되는 체크 밸브(33)에, 두 개의 바이패스-루프(bypass-loop; 32a)가 연결된다. 이 두 개의 바이패스-루프는 체크 밸브(33) 위쪽으로는 급기 라인(32) 으로부터 분기되고, 체크 밸브(33) 아래쪽으로는 급기 라인(32) 내로 이어진다. 각각의 바이패스-루프(32a)마다 보조 팬(32)이 하나씩 배열된다. 급기 분배 파이프(5) 쪽으로 개방되는 체크 밸브(33a)는 각각 보조 팬 다음에 배열된다. 이것에 더하여, 또는 이에 대한 대안으로 마찬가지로 급기 분배 파이프(5) 쪽으로 개방되는 체크 밸브(33b)는 또한 보조 팬(31) 앞에 배열될 수 있다.Usually the compressor of the
터보 과급기(6)가 작동되는 한, 이와 동시에 흐름에 적합하게 변속되는 보조 팬(31)의 작동이 정지될 수 있다. 이를 위해 보조 팬(31)에 연결되는 커플링, 도시된 실시예에서는 커플링(29)이 개방된다. 터보 과급기(6)의 압축기로부터 공급되는 급기의 작은 부분 흐름은 이러한 구동 방법에서 또한 보조 팬(31)을 통과한다. 이로써 보조 팬이 변위되고, 보조 팬(31)의 베어링이 보호된다. 터보 과급기의 작동이 중지되자마자 보조 팬(31)의 활동은 자동으로 촉진된다. 이를 위해 각각 연결되는 커플링, 여기에서는 커플링(29)이 폐쇄된다. 이런 방법을 통해 전기 또는 유압으로 구동 가능한 보조 팬(31)은 이러한 경우, 필요한 공기를 체크 밸브(33) 위쪽에 위치하는 급기 파이프(32)의 분기(branch)를 통해 흡입할 수 있다. 이때 공기는 터보 과급기(6)의 압축기 앞에 배열되는 필터(filter)를 통해 흡입되므로, 보조 팬들(31)에 별도의 어떤 필터가 연결될 필요가 없다. 이런 방법을 통해 흡입되는 공기는 터보 과급기(6)의 압축기 및 터보 과급기 다음에 배열되는 급기 냉각기(charge air cooler)를 통과하여 흡입된다. 그러나 보조 팬(31)에 해당 필터를 갖는 별도의 흡기(air intake)를 연결하는 것도 물론 생각해볼 수 있다.As long as the
두 개의 보조 팬(31)이 동시에 구동될 수 있다. 그럼에도 불구하고 보조 팬(31)의 크기는 각각의 보조 팬(31)이 또한 필요한 급기량을 독자적으로 마련할 수 있을 정도로 결정되는 것이 바람직하다. 이로써 안정성이 더욱 높아진다. 이런 방법을 통해, 각각 하나의 보조 팬(31)을 비상용으로 준비해두는 것이 가능하다.Two
도 6 및 도 7은 위에서 이미 언급된 것처럼, 적어도 하나의 유압 장치(8)의 구동을 위해 초과 배기 가스 에너지를 얻기 위한 두 가지 가능성을 보여준다. 도 6에 따른 실시예의 경우, 초과 동력은 터보 과급기(6)로부터 직접 전달받는다. 터보 과급기는 잘 알려진 방식으로 샤프트(35)를 갖는다. 배기 가스 수집 파이프(4)로부터 나오는 배기 가스에 의해 가동될 수 있는 터빈(36) 및, 공기 여과기(air filter: 37)를 통해 공기를 흡입하고 압축하여 급기 분배 파이프(5)에 공급하는 압축기가 샤프트 상에 수용된다. 이러한 경우 샤프트(35)는 감속 장치(16)와 구동 가능하게 연결되는데, 이러한 구동 연결에 커플링(17)이 구비될 수 있다. 도 6의 토대가 되는 것처럼 초과 동력을 유도하기 위한 터보 과급기(6)의 직접적인 태핑(tapping)의 결과 특히 간단한 구조가 생겨난다.6 and 7 show two possibilities for obtaining excess exhaust gas energy for driving at least one
도 7에 따른 실시예의 경우 상기에서 마찬가지로 이미 언급되었듯이 초과 배기 가스 에너지의 활용을 위해, 터보 과급기(6)에 대해 추가로 존재하는 배기 가스 터빈(14)이 구비되고, 배기 가스 터빈은 감속 장치(16)와 구동 가능하게 연결되거나 커플링(17)을 통해 연결될 수 있다. 터보 과급기(6)의 터빈(36) 및 배기 가스 터빈(14)은 배기 가스의 진입에 관한 한 동시에 변속된다. 이를 위해 두 개의 터빈에, 배기 가스 수집 파이프(4)로부터 분기되는 해당 배기 가스 라인(exhaust gas line; 39, 39a)이 연결될 수 있다. 도시된 예에서는 배기 가스 수집 파이프(4)로부터 분기되는 배기 가스 라인(39)이 하나만 구비된다. 배기 가스 라인(39)은 터보 과급기(6)의 터빈(36)으로 이어지고, 배기 가스 터빈(14)에 연결되는 배기 가스 라인(39a)이 배기 가스 라인(39)으로부터 분기된다. 배기 가스 라인(39a)에 배열되는 밸브(40)는 전기로 조정 가능한 마그넷 슬라이딩 밸브(magnetic sliding valve)로 형성될 수 있고, 배기 가스 터빈(14)에 연결되는 배기 가스 라인(39a)이 마그넷 슬라이딩 밸브에 의해 개방 내지 폐쇄될 수 있다. 초과 배기 가스 에너지가 발생되마자 밸브(40)는 열린다. 그 이전에는 배기 가스 터빈(14)이 정지해 있는데, 이것은 커플링(15, 17)의 상응하는 변속에 의해 야기될 수 있다.In the case of the embodiment according to FIG. 7, as already mentioned above, for the utilization of excess exhaust gas energy, there is provided an
그러나, 구동 단계 동안 배기 가스 터빈(14)을 부족한 초과 배기 가스 에너지로 각각 연결되는 유압 장치(8)를 통해 구동하고, 압축기로서 급기 분배 파이프(5) 내로 공급될 수 있는 추가 급기의 압축을 위해 작동시키는 것도 생각해볼 수 있다. 이러한 경우 배기 가스 터빈(14)은, 두 가지 작용 방법(터빈 및 압축기)이 가능하도록 형성되어야 한다. 배기 가스 터빈(14)은 이런 경우에 반경류 터빈(radial-flow turbine)으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 적합한 밸브들을 갖는 흡입 파이프(suction pipe) 및 압력 파이프를 구비해야 함은 물론이다.However, during the driving phase the
본 발명에 따른 대형 기관은 대형 기관에서 커먼 레일의 압력 공급을 간단하고도 저렴하게 실행할 수 있다.The large engine according to the present invention can carry out simple and inexpensive pressure supply of the common rail in the large engine.
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