KR20100057751A - 내연기관 - Google Patents

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KR20100057751A
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맨 디젤 필리얼 아프 맨 디젤 에스이, 티스크랜드
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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 실린더(1) 및 배기 가스 재순환 장치를 포함하는 내연기관으로서, 상기 실린더는 왕복 피스톤(3)에 의해 한정되며 산소를 함유한 세정 가스 및 연료가 제공되는 작동실(2)을 포함하고, 상기 작동실은 적어도 하나의 세정 가스 유입부(6), 적어도 하나의 연료 유입부 및 적어도 하나의 배기 가스 배출부(5)를 포함하고, 상기 배기 가스 배출부에 배출 채널(9)이 연결되고, 개방된 배기 가스 배출부(5)를 통해 흘러나오는 배기 가스에 의해 압력 서지(19)가 상기 배출 채널(9) 내에 생성되고, 상기 배기 가스 재순환 장치에 의해 배기 가스의 일부가 재순환 가스로서 직접 또는 간접적으로 상기 작동실(2) 내로 되돌아 갈 수 있는, 내연기관에 관한 것이다. 세정 가스에 의한 재순환 가스의 희석을 방지하고 간단한 구성을 얻기 위해, 본 발명에 따라 상기 배기 가스 배출부(5)에 연결되는 적어도 하나의 상기 배출 채널(9)로부터 적어도 하나의 재순환 가스 배출부(21)가 나오고, 상기 재순환 가스 배출부는 해당 밸브(22)에 의해 폐쇄 가능하고, 상기 밸브(22)는 상기 배출 채널(9) 내 배기 가스에 의해 생성되는 상기 압력 서지(19)의 상승과 강하 사이의 범위에서, 상기 재순환 가스 배출부(21)를 릴리스시킨다.
배기 가스 재순환 장치, 재순환 가스 배출부, 배기 가스 배출부, 세정 가스 유입부, 밸브.

Description

내연기관 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 적어도 하나의 실린더 및 배기 가스 재순환 장치를 포함하는 내연기관으로서, 상기 실린더는 왕복 피스톤에 의해 한정되며 산소를 함유한 세정 가스(flushing gas) 및 연료가 제공될 수 있는 작동실을 포함하고, 상기 작동실은 적어도 하나의 세정 가스 유입부, 적어도 하나의 연료 유입부 및 적어도 하나의 배기 가스 배출부를 포함하고, 상기 배기 가스 배출부에 배출 채널이 연결되고, 상기 배기 가스 재순환 장치에 의해 배기 가스의 일부가 재순환 가스로서 직접 또는 간접적으로 작동실 내로 되돌아갈 수 있는 내연기관에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 내연기관용의 여러 부재들 및 유닛에 관한 것이다.
배기 가스 재순환은 연소 과정에서 NOx의 생성을 감소하기 위한 것이다.
이러한 내연기관은 예컨대 DE 101 16 643 C2에 공지되어 있다. 공지된 이 장치의 경우, 재순환 가스가 다수의 실린더들에 할당 배치된 배기 가스 매니폴드으로부터 나오며 배기 가스 터보 차저(turbocharger)의 터빈에 할당 배치된 공급 라인으로부터 분기된다. 배기 가스 배출부의 개방 시간과 세정 가스 유입부들의 개 방 시간의 오버랩이 필요하기 때문에, 항상 특정 양의 세정 가스가 배기 가스 매니폴드 내로 도달한다. 그 결과, 이 장치의 경우, 배기 가스 매니폴드로의 하류에서 분기되는 재순환 가스가 배기 가스 매니폴드 내에 도달한 O2 함유 세정 가스에 의해 희석되고, 이는 NOx의 형성을 촉진함으로써 NOx 배출을 증가시킨다.
DE 10 2005 057 207 A1에는 전술한 단점을 방지하기 위해, 배기 가스 배출부 및 세정 가스 유입 슬릿의 개방 전에 작동실로부터 직접 재순환 목적을 위해 연소 가스를 배출시키는 것이 이미 제안되었다. 그러나 이는 매우 복잡한 장치를 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 과제는 전술한 내연기관을 간단하고 경제적인 수단들을 이용해서, 작동실로부터의 직접적인 인출 없이도, 세정 가스로 희석되지 않은 농축 배기 가스가 재순환 가스로서 얻어지도록 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 배출 채널 내에서, 개방된 배기 가스 배출부를 통해 흘러나오는 배기 가스에 의해 압력 서지(surge)가 생성되고, 배기 가스 배출부에 연결된 적어도 하나의 배기 가스 채널로부터 적어도 하나의 재순환 가스 배출부가 나오고, 상기 재순환 가스 배출부는 해당 밸브에 의해 폐쇄 가능하고, 상기 밸브는 배출 채널 내 배기 가스에 의해 생성되는 압력 서지의 상승과 강하 사이의 범위에서, 해당 재순환 가스 배출부를 릴리스시킴으로써 해결된다.
이러한 조치들에 의해, 전술한 단점들이 가장 간단하고 경제적인 방식으로 방지된다. 압력 서지는 배기 가스 배출부의 개방과 세정 가스 유입 슬릿의 개방 간의 타임 윈도우에서 이루어지고 세정 가스 유입 슬릿의 개방시 이미 종료되기 때문에, 바람직하게는, 본 발명에 따라 얻어진 재순환 가스가 O2 함유 세정 가스로 희석되지 않고, 이로써, 비교적 적은 양의 재순환 가스로도 NOx 배출의 확실한 감소가 달성될 수 있다. 또한 작동실에 대한 직접 연결이 불필요하고, 이로써 구조가 간단해 진다. 재순환 가스 배출부가 배기 가스 채널로부터 나오기 때문에, 바람직하 게는 재순환 가스 배출부에 할당 배치된 밸브의 온도 부하도 허용 가능한 한계 내로 유지된다. 본 발명에 따른 조치들의 아주 특별한 다른 장점은, 배출 채널 내 배기 가스에 의해 생성되는 압력 서지가 그 에너지에 의해 재순환 가스를 그 경로에서 재순환 장치를 통해 밀어낸다는 것이다. 또한 이것은 구조를 단순화시킨다.
또한 전술한 조치는, 배기 가스 채널 내에 생성된 압력 서지가 뒤에 배치되는 배기 가스 수집 챔버 내로 완전히 가해지지 않음으로써 배기 가스 수집 챔버 내의 압력 변동이 감소되게 하고, 이는 배기 가스 수집 챔버로부터 배기 가스가 공급되는, 예컨대 가스 터보 차처의 터빈이 조용하게 작동되게 한다.
전술한 조치들의 바람직한 실시예들 및 바람직한 개선예들이 종속 청구항들에 제시된다.
이로써 재순환 가스 배출부는 바람직하게 배기 가스의 흐름 속도가 배출 채널의 다른 원주 영역에서보다 더 큰 원주 영역에 할당 배치될 수 있다. 이로써, 압력 서지의 작용이 배기 가스의 운동 에너지에 의해 더 향상된다.
상기 장점은 재순환 가스 배출부의 입구 측 영역의 축이 예컨대 상응하는 기울기에 의해 인접한 배출 채널 내 배기 가스 흐름의 방향에 근접하면 더 커진다.
전술한 조치들의 다른 개선예에서, 배출 채널에서 재순환 가스 배출부의 분기의 하류에 흐름 스로틀 장치가 제공될 수 있다. 이로써 배기 가스의 정압이 상승될 수 있고 따라서 압력 서지의 작용이 향상된다.
바람직하게는, 흐름 스로틀 장치가 가변적으로 형성될 수 있다. 이로써, 바람직하게, 재순환 가스의 인출 동안 정압을 증가시키고, 그 후 작동실의 세정을 저 지하는 배압이 작동실의 정상적인 세정을 방해하지 않을 정도로 상기 정압을 감소시키는 것이 가능하다.
특히 바람직한 다른 조치는, 재순환 가스 배출부에 할당 배치된 밸브가 배출 방향으로 주어진 압력에 의해 개방되는 밸브로서 형성되는 것이다. 이러한 밸브는 바람직하게 자동으로 작동할 수 있고, 간단하게 체크 밸브의 방식으로 형성될 수 있고, 이로써 특히 간단하고 경제적인 구조가 달성된다.
전술한 조치의 다른 개선예에서, 재순환 가스 배출부가 다수의 실린더들에 할당 배치된 재순환 가스 수집 컨테이너 내로 통하고, 상기 재순환 가스 수집 컨테이너로부터 적어도 하나의 재순환 가스 라인이 나온다. 재순환 가스 수집 컨테이너는 재순환 가스 라인에 재순환 가스가 균일하게 제공되게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 재순환 가스 라인이 적어도 하나의 세정 가스 유입부에 연결되는, 내연기관에 할당 배치되는 세정 가스 공급 장치 내로 통한다. 이 경우, 이용되는 압력 서지의 에너지는 재순환 가스를 추가의 수단 없이, 그 전체 경로에 걸쳐 세정 가스 공급 장치 내로의 입구에까지 밀어내기에 충분하다. 따라서, 이 경우 특히 간단하고 경제적인 구조가 얻어진다.
다른 실시예에서 각각의 작동실에 적어도 하나의 재순환 가스 유입부가 제공되고, 상기 재순환 가스 유입부에는 재순환 가스가 제공될 수 있는 공급 라인이 할당 배치된다. 이 경우, 바람직하게는 각각의 작동실에 개별적으로 맞추어진 재순환 가스의 조량이 달성될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 방식의 내연기관용 배출 밸브 하우징으로서, 밸브에 의해 제어 가능한 분기가 하우징측 배출 채널에 제공되는, 배출 밸브 하우징에 관한 것이다.
본 발명은 또한 재순환 가스 수집 컨테이너로서, 다수의 입구들을 가지고, 상기 입구들에 재순환 가스 배출부로서 형성되며 밸브를 구비한 각각 하나의 입구 관이 할당 배치되고, 상기 입구 관이 전방 및 후방 관 연결부들을 구비한, 유입 채널로서 형성된 관 스터브로부터 나오는, 재순환 가스 수집 컨테이너에 관한 것이다. 전술한 조치들은 쉽게 교체 가능한 각각 하나의 서브 어셈블리를 제공하고, 상기 서브 어셈블리는 배기 가스에 의해 생기는 압력 서지를 이용해서, 희석되지 않은 재순환 가스의 인출을 가능하게 하고, 이로써 본 발명에 따른 조치에 의해 기존 내연기관의 간단한 개장(retrofitting)을 가능하게 한다.
전술한 조치들의 다른 바람직한 실시예 및 개선예들은 나머지 종속 청구항들에 제시되고 도면을 참조로 하기 실시예 설명에 더 자세히 나타난다.
본 발명에 따른 내연기관에서는, 간단하고 경제적인 수단들을 이용해서, 작동실로부터의 직접적인 인출 없이도, 세정 가스로 희석되지 않은 농축 배기 가스가 재순환 가스로서 얻어진다.
본 발명의 주요 적용 분야는 선박 또는 고정 발전소 등의 구동 장치로서 사용되는 대형 디젤 엔진, 특히 2 행정 대형 디젤 엔진이다. 도시된 실시예는 2 행정 대형 디젤 엔진을 기초로 한다. 본 발명이 2 행정 대형 디젤 엔진에 바람직하 게 적용되기는 하지만, 이것에 제한되지는 않는다.
이러한 엔진은 일반적으로 다수의 실린더들을 포함한다. 도 1 내지 도 3에는 각각 하나의 이러한 방식의 실린더(1)가 도시된다. 상기 실린더는 연소실로서 작용하는 작동실(2)을 포함하고, 상기 작동실은 왕복, 여기에서는 승강 운동하는 피스톤(3)에 의해 한정된다. 피스톤(3)은 일반적인 변속 부재들을 통해 크랭크 샤프트(4)와 협동한다. 작동실(2)에는 매 사이클마다 산소(O2)를 포함한 세정 가스 및 연료가 연소 과정을 실행하기 위해 제공된다. 연소에 의해 성생된 배기 가스는 배기 가스 배출부(5)를 통해 배출된다. 세정 가스는 작동실(2)의 하부 영역에 제공된 세정 가스 유입부들(6)을 통해 공급되고, 상기 세정 가스 유입부는 원주에 걸쳐 분포되며 유입 슬릿으로서 형성된다. 세정 가스 유입부들은 승강하는 피스톤(3)에 의해 개방 및 폐쇄 제어된다. 세정 가스 유입부들(6)은 바람직하게는 유입 슬릿들로서 형성되는 개구들로 형성된다.
작동실(2)의 가스 충전물은 피스톤(3)에 의해 압축된다. 연료는 작동실(2)의 상부 영역 내에 배치된, 개략적으로만 도시된 분사 장치(7)에 의해 압축된 가스 충전물 내로 분사된다. 작동실(2)의 상부 영역에서 상기 작동실에 대해 동축으로 배치된 배기 가스 배출부(5)는 해당 배출 밸브(8)에 의해 제어될 수 있고, 상기 배출 밸브는 배기 가스의 배출을 위해, 해당 작동 장치에 의해 시트로부터 분리, 즉 상승되고, 그 반대로도 이동된다.
배기 가스 배출부(5)에는 관형 배출 채널(9)이 연결되고, 상기 배출 채널의 배출 밸브 측 영역은 엘보(10)로서 형성될 수 있다. 상기 엘보는 실제로 자세히 도시되지 않은 배출 밸브 하우징 내로 통합되고, 상기 배출 밸브 하우징은 작동실(2)을 상부로 한정하며, 배기 가스 배출부(5)를 포함하는 실린더 커버 상에 놓일 수 있고, 배출 밸브(8)에 할당 배치된 구동 장치 및 가이드 장치를 포함한다.
다수의 실린더들(1)의 배기 가스 채널들(9)은 공통 배기 가스 수집 컨테이너(11)로 연장된다. 세정 가스를 제공하기 위해, 도시된 실시예에서 배기 가스 터보 차처(12)가 제공되고, 상기 터보 차저의 터빈(12a)에는 배기 가스 수집 컨테이너(11)로부터의 배기 가스가 상기 배기 가스 컨테이너(11)로부터 나온 배기 가스 라인(13)을 통해 제공되고, 상기 터보 차처의 압축기(12b)는 주변으로부터 공기를 흡입하여, 다수의 실린더들(1)에 할당 배치된 세정 가스 수집 컨테이너들(14) 내로 펌핑하고, 압축기(12b)로부터 나오는 급기 라인(15)이 상기 세정 가스 수집 컨테이너 내로 통한다. 도시된 실시예에서 상기 급기 라인 내에, 급기 냉각기(16)가 배치된다. 급기 냉각기는 다른 방식이거나 다른 곳에 배치될 수 있다.
세정 가스 수집 컨테이너(14)로부터, 개별 실린더들(1)에 할당 배치된 분기 라인들(17)이 나오고, 상기 분기 라인들은 실린더측에 제공된, 바람직하게는 유입 슬릿으로서 형성된 세정 가스 유입부들(6)과 연결된다. 이를 위해, 실린더(1)를 둘러싸며 해당 분기 라인(17)에 연결된 링형 공간으로서 형성되는 세정 가스 박스가 제공될 수 있고, 상기 세정 가스 박스로부터 세정 가스 유입부들(6)을 형성하는 유입 슬릿들이 나온다. 도 3에는 이러한 세정 가스 박스(18)가 도시된다.
도 4의 하부에는, 곡선 a로, 상사점 후 °KW(상사점 후 크랭크 각도)로 표시 된 피스톤(3)의 운동에 대한, 배기 가스 배출부(5)의 영역 내의 자유 흐름 횡단면이 도시되고, 곡선 b로, 피스톤(3)의 운동에 대한, 세정 가스 유입부들(6)을 형성하는 유입 슬릿들의 영역 내의 자유 흐름 횡단면이 도시된다. 배출 밸브(8)의 개방은 곡선 a에 따라 상사점 후 115°KW에서 이루어진다. 세정 가스 유입부들(6)은 곡선 b에 따라 상사점 후 140°KW에서 개방된다. 피스톤(3) 및 크랭크 샤프트(4)로 형성된 메커니즘이 실질적으로 대칭적이라고 가정하면, 세정 가스 유입부들(6)은 피스톤(3)의 상승 행정시 상사점 전 약 140°KW에서 폐쇄된다. 종종 상사점에 대해 비대칭으로 제어되는 배기 가스 배출부(5)의 폐쇄가 여기에서는 조금 더 후에 이루어지고, 이로써 배기 가스 배출부(5)가 개방되면 작동실(2)이 확실히 세정된다. 이 경우, 세정 과정의 종료시 적은 양의 세정 가스가 배기 가스 배출부(5)를 통해 배기 가스 채널(9) 내로, 이로써 배기 가스 수집 컨테이너(11) 내로 도달할 수 있다.
배출 밸브(8)의 개방시 배기 가스 배출부(5)를 통해 배출된 배기 가스는 배출 채널(9) 내 압력 상승을 야기한다. 도 4의 상부에는, 곡선 c로, 피스톤 운동에 대한, 즉 크랭크 각에 대한, 배출 채널(9) 내 압력이 도시된다. 이로부터 배출 밸브(8)의 개방시 배출 채널(9) 내 압력이 급상승하는 것을 알 수 있다. 이는 하나 또는 다수의 피크를 가지는, 상사점 후 약 115°KW에서 시작하는 압력 서지(surge)(19)를 야기한다. 압력 서지(19)는 비교적 짧게 지속되고 약 20°KW에 걸쳐서만 연장된다. 이에 따라, 압력 서지(19)가 유입 슬릿(6)의 개방 전에 종료된다. 도 4에 따라, 상사점 후 약 135°KW에서 종료가 이루어진다. 세정 가스 유 입부들(6)의 개방에 의해 모든 경우 압력 서지(19)가 최종적으로 종료될 것이다.
도 4의 상부에는 다른 곡선 d로, 크랭크 각에 대한, 실린더(1)의 작동실 내 압력이 도시된다. 작동실(2) 내 압력이 비교적 높기 때문에, 여기에서 압력을 나타내는 횡축에 곡선 c에 대한 것과는 다른 척도가 곡선 d에 적용된다. 도 4의 상부에서 곡선 c와 곡선 d가 교차하기는 하지만 이는 단지 상이한 척도 때문이다. 동일한 척도를 사용하는 경우, 곡선 c 와 곡선 d는 서로 교차하지 않거나, 기껏해야 압력 서지(19)의 범위에서 교차할 것이다. 곡선 a에 따라, 배출 밸브(8)는 상사점 후 약 135°KW에서부터 완전히 개방된다. 따라서, 압력 서지(19)의 종료 후의 작동실(2) 내 압력과 배출 채널(9) 내 압력은 상사점 후 약 150°KW 내지 상사점 후 약 180°KW에서 거의 동일하다. 곡선 b에 따라, 상사점 후 약 160°KW에서부터 세정 가스 유입부들(6)이 완전히 개방된다. 이에 따라 작동실(2) 내 압력 및 배출 채널(9) 내 압력이 세정 가스 압력보다 미미하게만 더 낮다.
배기 가스의 일부가 NOx 배출을 감소시키기 위해 작동실(2) 내로 되돌아가고, 즉 재순환된다. 이러한 소위 재순환 가스는 정확한 조량의 제어 및 실시를 용이하게 하기 위해 순수한 배기 가스, 즉, 세정 가스에 의해 희석되지 않은 배기 가스이어야 한다. 배기 가스의 이러한 재순환의 실시를 위해, 도 1 내지 도 3에는 전체가 20으로서 표시된 재순환 장치가 제공된다. 상기 재순환 장치는 도 1, 도 2 또는 도 3에는 상이하게 설계된다.
모든 경우, 배출부(5)에 연결된 배출 채널(9)로부터 나오는 재순환 가스 배 출부(21)가 제공된다. 상기 재순환 가스 배출부는 해당 밸브(22)에 의해 폐쇄 가능하다. 재순환 가스 배출부(21)는 배기 가스 채널(9)을 형성하는 관으로부터 분기되며 밸브(22)에 할당 배치된 시트(23)를 포함하는 관 스터브(stub)이다. 재순환 가스 배출부(21)를 형성하는 관 스터브는 다수의 실린더들(1)에 할당 배치된 재순환 가스 수집 컨테이너(24) 내로 통하고, 상기 재순환 가스 수집 컨테이너로부터 재순환 라인(25)이 나오고, 상기 재순환 라인(25)을 통해 재순환 가스가 직접 또는 간접적으로 작동실(2)에 공급될 수 있다. 밸브(22)는 체크 밸브의 방식으로 형성되고, 상기 체크 밸브는 배출 채널(9)의 측에 주어진 압력에 의해 밸브 스프링(22a)에 대해 자동 개방된다. 상기 밸브 스프링은, 압력 서지(19)의 상승 에지 범위에서 개방하고 압력 서지(19)의 강하 에지 범위에서 폐쇄하도록 설계된다.
이에 따라, 밸브(22)는 최대로, 상사점 후 115°KW 내지 135°KW에서 개방 상태에 있고, 유입 슬릿이 개방되기 전에 이미 폐쇄된다. 이로써, 희석되지 않은, 즉 세정 가스에 의해 희석되지 않은 배기 가스만이 재순환 목적을 위해 분기된다. 또한 압력 서지(19)가 분기된 재순환 가스에 높은 에너지를 제공하고, 이 에너지에 의해 재순환 배기 가스가 확실히 재순환될 수 있다.
압력 서지(19)에 의해 생성되는 정지 에너지를 증가시키기 위해, 배출 채널(9) 내에서 재순환 가스 배출(21)의 분기의 하류에 흐름 횡단면을 감소시키는 흐름 스로틀 장치(26)가 제공된다. 바람직하게는, 압력 서지(19)를 야기하는 배기 가스의 운동 에너지도 사용된다. 이를 위해, 재순환 가스 배출부(21)로 형성되는 분기가 배출 채널(9)을 형성하는 엘보(10)의 더 큰 반경에 해당하는 측면의 영역에 배치된다. 이에 따라, 재순환 가스 배출부(21)는 흐름 속도가 가장 높은 영역에서 배출 채널(9)로부터 나온다.
재순환 가스 배출부(21)를 형성하는 관 스터브가 도 1 내지 도 3에서는 배출 채널(9)에 대략 직각으로 연결되게 도시되지만, 도 5에 도시되듯이 기울어지면, 운동 에너지의 사용이 더 향상된다. 도 5에서 재순환 가스 배출부(21)의 축은 배출 채널(9)의 인접 영역의 축에 대해 90°보다 훨씬 적은 예각으로 기울어지고 이에 따라 배출 채널(9) 내 흐름 방향에 아주 근접한다. 이로써, 도 5에 흐름 화살표로 도시되듯이, 확실한 흐름 경사가 상당한 방향 전환 손실 없이 얻어진다. 이 경우 종종 흐름 스로틀링이 생략될 수 있다. 그러나, 상기 조치들이 동시에 제공되는 것도 물론 고려될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시되듯이, 흐름 스로틀 장치는 고정식 횡단면 네크(neck)로서 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 횡단면 네크는 작동실(2)의 세정을 저지하는 압력이 허용 가능 범위로 유지되도록 설계된다. 바람직하게는 흐름 스로틀 장치가 가변적으로도 형성될 수 있다. 이 경우 조절 장치에 의해 조절 가능한 장치 또는 자동 조절 장치가 제공될 수 있다. 이러한 가변 실시예는 도 6에 도시된다.
가변 흐름 스로틀 장치(26a)의 형성을 위해, 스프링(27)의 힘에 대항해서 변위 가능한 플랩(28)이 제공되고, 상기 플랩은 배출 채널(9)의 영역에서 정확히 재순환 가스 배출부(21)의 분기의 바로 하류에, 바람직하게는 배출 채널(9)과 재순환 가스 배출부(21) 사이 모서리의 영역에서, 축선(29)으로 도시되듯이 선회 가능하게 지지된다. 상기 배치는, 플랩(28)에 부딪치는 배기 가스의 흐름이 플랩(28)을 배출 채널(9) 내로 선회시키므로, 배출 채널(9)의 자유 흐름 횡단면이 축소되도록 이루어진다. 압력 서지(19)가 지나가고 밸브(22)가 폐쇄되어, 재순환 가스 배출부(21) 내 흐름이 종료되면, 플랩(28)은 해당 스프링(27)에 의해 복귀되고, 이로써 이전에 야기된, 배출 채널(9)의 횡단면의 스로틀링이 해제된다.
도 1에 따른 실시예에서, 재순환 가스가 세정 가스에 혼합되고 상기 세정 가스와 함께 실질적으로 간접적으로 작동실(2)에 공급된다. 또한, 재순환 가스 수집 컨테이너(24)로부터 나오는 재순환 라인(25)이 세정 가스 수집 컨테이너(14) 내로 통할 수 있다. 도 1에 따른 실시예에서, 재순환 라인(25)은 급기 라인(15)에 연결된다. 재순환 라인(25)을 통한 소정 통과량을 조절하기 위해, 상기 재순환 라인 내에 조절 가능한 조량 밸브(30)가 배치된다. 도면에서는 상기 조량 밸브가 재순환 가스 수집 컨테이너(24)로부터의 출구 뒤에 배치되지만, 재순환 라인(25)의 다른 위치에도 배치될 수 있다.
도시된 실시예에서, 재순환 가스는 종종 그러하듯이, 급기 라인(15) 내로의 유입 전에 처리된다. 이를 위해, 재순환 라인(25)은 처리 장치를 통해 안내된다. 도 1에서, 상기 처리 장치는 오염물의 분리를 위한 클리닝 스테이션(31), 냉각 장치(32) 및 액체 분리기(33)를 포함한다. 여기에서 이들은 다수의 별도 스테이션들이다. 그러나 개별 스테이션들이 처리 장치를 형성하는 하나의 단일 장치로도 통합될 수 있다. 도시된 실시예에서, 압력 서지(19)를 이용함으로써 재순환 가스 내 에 포함된 에너지는 재순환 가스를 재순환 라인(25)을 따라 이동시키고 급기 라인(15) 내로 공급하기에 충분하다. 이 경우 재순환 라인(25) 내에서, 재순환 가스의 에너지가 불충분한 곳에 재순환 가스의 압력 상승을 위한 추가 펌프가 제공될 수 있다.
도 2 및 도 3에 따른 실시예들이 도 1에 따른 실시예와 다른 점은, 재순환 가스가 작동실(2) 내로 직접 유입되는 것이다. 이하에, 이 차이점만을 설명한다. 도 2에 따른 실시예에서, 배기 가스 배출부(5)에 인접한 작동실(2)의 상부 영역에 재순환 가스 유입부(34)가 제공되고, 상기 재순환 가스 유입부는 해당 밸브(35)에 의해 제어 가능하다. 상기 밸브는 배출 밸브(8)의 폐쇄 후에서야 개방되도록 제어될 수 있고, 이로써 재순환 가스가 개방된 배기 가스 배출부(5)를 통해 없어지지 않는다. 공급되는 재순환 가스의 양은 밸브(35)의 개방 시간에 의해 미리 주어지고, 따라서 상기 밸브는 여기에서 조절 밸브로서 작용한다.
각각의 작동실(2)의 재순환 가스 유입부(34)에는 공급 라인(36)이 할당 배치되고, 상기 공급 라인은 재순환 가스 수집 컨테이너(24)로부터 나오는 재순환 라인(25)과 연결된다. 또한, 도 2 및 도 3에 따른 실시예에서는, 해당 실린더(1)의 재순환 가스 배출부들(21)에 연결되는 재순환 가스 수집 컨테이너(24) 뒤에 배치되는, 분배기로서 작용하는 재순환 가스 버퍼(37)가 제공되고, 상기 버퍼는 재순환 라인(25)을 통해 재순환 가스 수집 컨테이너(24)와 연결되고, 상기 버퍼로부터, 해당 실린더(1)의 재순환 가스 유입부들(34)에 할당 배치되는 공급 라인(36)이 나온다.
도 3에 따른 실시예에서는 실린더벽 내 보어들로 형성되는, 피스톤(3)에 의해 제어 가능한 재순환 가스 유입부들(38)이 작동실(2)에 제공된다. 상기 재순환 가스 유입부들은 세정 가스 유입부들(6)을 형성하는 유입 슬릿들에서, 배출 밸브 측에 인접한 영역에 배치된다. 바람직하게는 실린더(1)의 원주에 걸쳐 분포된 다수의 재순환 가스 유입부들(38)이 제공되고, 상기 재순환 가스 유입부들은 링형 라인(39)과 연결되고, 여기에서는 상기 링형 라인 내로, 해당 실린더에 할당 배치된 공급 라인(36)이 통한다. 상기 공급 라인에는, 공급되는 재순환 가스량의 확실한 조량을 위해 조절 밸브(40)가 제공될 수 있다.
재순환 가스를 작동실(2) 내로 직접 공급하는 장치의 경우 바람직할 수 있는 도 2 및 도 3에 따른 실시예에서는, 재순환 가스의 에너지의 상승을 위해 재순환 라인(25) 내에 배치되는 펌프(41)가 제공될 수 있다. 상기 펌프는 배기 가스 터보 차처의 압축기와 유사하게 형성되고 배기 가스가 제공될 수 있는 터빈(42)에 의해 구동될 수 있다. 터빈(42)에는 배기 가스 라인(13)으로부터 분기되는 배기 가스 공급 라인(43)을 통해 배기 가스가 공급된다. 상기 배기 가스 공급 라인에는 바람직하게 조절 밸브가 제공된다. 재순환 라인(25) 내의 상기 펌프(41) 및/또는 다른 펌프가 해당 전기 모터 등에 의해 구동되는 것도 물론 고려될 수 있다. 밸브, 펌프, 플랩 등과 같은 본 발명에 따른 재순환 시스템의 제어 가능한 부품들이 바람직하게 프로그래밍 가능한 중앙 제어 장치에 의해 자동으로 그리고 엔진의 순간 작동 조건에 상응하게 제어될 수 있다.
도 2 및 도 3에 따른 실시예들에서, 재순환 라인(25)에 할당 배치된 처리 장 치는 펌프(41) 앞의 분기 내에, 클리닝 장치(31) 및 그 뒤에 배치된 액체 분리기(33)를, 그리고 펌프(41) 뒤에 배치되는 재순환 라인(25)의 분기 내에, 냉각기(32) 및 그 뒤에 배치된 액체 분리기(33)를 각각 포함한다.
재순환 가스 배출부(21)와 함께 재순환 가스 수집 컨테이너(24)가 도 7의 기초가 되는 서브 어셈블리에 할당 배치될 수 있다. 이 경우 해당 실린더들(1)에 할당 배치되는 관 스터브들(45)이 제공되고, 상기 관 스터브들로부터 재순환 가스 배출부들(21)이 나오고, 상기 재순환 가스 배출부들은 재순환 가스 수집 컨테이너(24) 내로 통한다. 관 스터브들(45)은 전방 및 후방에 관 연결부들(46)을 포함하고 이로써, 해당 실린더(1)의 엘보(10)의 상부 단부와, 배기 가스 수집 컨테이너(11)의 입구들 사이에 연결될 수 있다. 관 스터브들(45)에는 가변 스로틀 장치(47)가 제공될 수 있고, 바람직하게는 모든 관 스터브들(45)의 스로틀 장치들(47)은 여기에서 로드로서 도시된 하나의 공통 조절 장치(48)에 의해 조절될 수 있다.
이러한 서브 어셈블리(49)는 차후에 조립될 수 있고, 이로써 본 발명에 따른 조치에 의해 기존 엔진들의 개장이 가능해 진다. 본 발명에 따른 조치에 의한 개장은 도면에 자세히 도시되지 않은 배출 밸브 하우징의 교체에 의해서도 가능하고, 상기 배출 밸브 하우징 내에 통합되며 엘보로 형성된 배출 채널에, 체크 밸브에 의해 제어 가능한 재순환 가스용 분기가 제공될 수 있다.
도 1은 재순환 가스를 세정 가스 공급 장치 내로 공급하는, 배기 가스 재순환 장치를 구비한 내연기관의 개략도.
도 2는 밸브에 의해 제어 가능한 유입부를 통해 작동실 내로 재순환 가스가 직접 공급되는 도 1의 변형예의 개략도.
도 3은 왕복 피스톤에 의해 제어되는 유입부들을 통해 작동실 내로 재순환 가스가 직접 공급되는 도 2의 변형예의 개략도.
도 4는 크랭크 각에 대한 압력 및 흐름 횡단면을 나타낸 다이어그램.
도 5는 재순환 가스 배출부의 기울어진 배치에 대한 실시예의 개략도.
도 6은 배출 채널 내에 배치된, 자동 가변 흐름 스로틀 장치에 대한 실시예의 개략도.
도 7은 할당 배치된 연결 스터브들을 가진 서브 어셈블리를 포함한 재순환 가스 수집 컨테이너에 대한 실시예의 개략도.

Claims (52)

  1. 적어도 하나의 실린더(1) 및 배기 가스 재순환 장치를 포함하는 내연기관으로서, 상기 실린더는 왕복 피스톤(3)에 의해 한정되며 산소를 함유한 세정 가스 및 연료가 제공되는 작동실(2)을 포함하고, 상기 작동실은 적어도 하나의 세정 가스 유입부(6), 적어도 하나의 연료 유입부 및 적어도 하나의 배기 가스 배출부(5)를 포함하고, 상기 배기 가스 배출부에 배출 채널(9)이 연결되고, 상기 배기 가스 재순환 장치에 의해 배기 가스의 일부가 재순환 가스로서 직접 또는 간접적으로 상기 작동실(2) 내로 되돌아 갈 수 있는 내연기관에 있어서,
    개방된 배기 가스 배출부(5)를 통해 흘러나오는 배기 가스에 의해 압력 서지(19)가 상기 배출 채널(9) 내에 생성되고, 상기 배기 가스 배출부(5)에 연결되는 적어도 하나의 상기 배출 채널(9)로부터 적어도 하나의 재순환 가스 배출부(21)가 나오고, 상기 재순환 가스 배출부는 해당 밸브(22)에 의해 폐쇄 가능하고, 상기 밸브(22)는 상기 배출 채널(9) 내 배기 가스에 의해 생성되는 상기 압력 서지(19)의 상승과 강하 사이의 범위에서, 상기 재순환 가스 배출부(21)를 릴리스시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내연기관은 상기 배기 가스 배출부(5)에 할당 배치된 배출 밸브(8), 및 상기 피스톤(3)에 의해 제어 가능하며 유입 슬릿들로서 형성된 상기 세정 가스 유입부들(6)을 포함한 2 행정 대형 디젤 엔진으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)의 릴리스가 빨라도 상기 배출 밸브(8)의 개방으로 시작되고 상기 세정 가스 유입부들(6)의 개방 전에 종료되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)는 배기 가스의 흐름 속도가 상기 배출 채널(9)의 다른 원주 영역에서보다 더 빠른, 원주 영역에 할당 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 배출 채널(9)이 엘보(10)를 포함하고, 상기 재순환 가스 배출부(21)가 최대 곡률 반경을 가진 측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)가 상기 배기 가스 배출부(5)로부터 먼, 엘보(10)의 단부의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)의 입구 측 영역의 축이 인접한 상기 배출 채널(9) 내 배기 가스 흐름의 방 향에 근접하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)의 입구 측 영역의 상기 축이 상기 재순환 가스 배출부(21)의 하류에 놓인, 상기 배출 채널(9)의 인접 영역에 대해 90°보다 작은 각으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 채널(9)에서 상기 재순환 가스 배출부(21)의 분기의 하류에 흐름 스로틀 장치(26, 26a, 47)가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 흐름 스로틀 장치(26a, 47)가 가변적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  11. 제 10 항에 있어서, 가변적인 상기 흐름 스로틀 장치(47)가 조절 장치(48)에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 내연기관.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 흐름 스로틀 장치(26a)가 상기 배출 채널(9) 내의 압력에 따라 자동 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 흐름 스로틀 장치(26a)가 상기 배출 채널(9) 내의 흐름에 의해 스프링(27)에 대항해서 변위 가능한 플랩(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 플랩(28)이 상기 배출 채널(9)의 영역 내에서 상기 재순환 가스 배출부(21)의 분기의 바로 하류에 선회 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)에 할당 배치된 상기 밸브(22)는 배출 방향으로 주어진 압력에 의해 개방되는 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)에 할당 배치된 상기 밸브(22)가 체크 밸브의 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)가 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 상기 실린더들(1)에 할당 배치된 재순환 가스 수집 컨테이너(24) 내로 통하고, 상기 재순환 가스 수집 컨테이너(24)로부터 적어도 하나의 재순환 가스 라인(25)이 나오는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 재순환 가스 라인(25)은 적어도 하나의 세정 가스 유입부(6)와 연결되는 세정 가스 공급 장치 내로 통하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 세정 가스 공급 장치가 다수의 상기 실린더들(1)에 할당배치된, 급기 라인(15)을 통해 공급받을 수 있는 세정 가스 수집 컨테이너(14)를 포함하고, 상기 재순환 가스 라인(25)이 직접 또는 간접적으로 상기 세정 가스 수집 컨테이너 내로 통하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  20. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작동실(2)에 적어도 하나의 재순환 가스 유입부(34; 38)가 제공되고, 재순환 가스가 제공될 수 있는 공급 라인(36)이 상기 재순환 가스 유입부에 할당 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 재순환 가스 유입부(34)가 해당 유입 밸브(35)에 의해 제어 가능한 것을 특징으로 하는 내연기관.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작동실(2)이 상기 왕복 피스톤(3)에 의해 제어 가능한 적어도 하나의 상기 재순환 가스 유입부(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  23. 제 22 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작동실(2)에서, 상기 피스톤(3)에 의해 제어 가능한 각각의 상기 재순환 가스 유입부가, 역시 상기 피스톤(3)에 의해 제어 가능한 상기 세정 가스 유입부들(6)의 배기 가스 배출 측에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 라인(36)은, 상기 공급 라인 앞에 배치된, 다수의 상기 실린더들(1)에 할당 배치된 재순환 가스 버퍼(37)로부터 나오는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  25. 제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 재순환 가스 배출부(21)에 연결된 상기 재순환 가스 수집 컨테이너(24)는, 상기 재순한 가스 수집 컨테이너로부터 나오는 상기 재순환 라인(25)을 통해 적어도 하나의 상기 공급 라인(36)에 할당 배치되는 적어도 하나의 상기 재순환 가스 버퍼(37)와 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 라인(25) 내에 배치되는 적어도 하나의 펌프(41)가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 펌프(41)는 배기 가스가 제공될 수 있는 터빈(42)에 의해 구동될 수 있는 압축기인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  28. 제 17 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 라인(25)에 재순환 가스 처리 장치가 할당 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 재순환 가스 처리 장치는 클리닝 및/또는 냉각 및/또는 액체 분리를 위한 적어도 하나의 처리 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 재순환 가스 처리 장치는, 적어도 하나의 클리닝 장치(31) 및/또는 냉각 장치(32) 및/또는 액체 분리 장치(33)가 통합된 단일 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  31. 밸브(22)에 의해 제어 가능한 분기가 제공된 배출 채널(9)을 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 배출 밸브 하우징.
  32. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 재순환 가스 수집 컨테이너로서, 연장된 배기 가스 배출부들로서 형성된 다수의 입구들이 제공되고, 상기 입구들에 각각 하나의 입구 관이 할당 배치되고, 상기 입구 관은 밸브를 구비하며 재순환 가스 배출부(21)로서 형성되고, 상기 입구 관은 전방 및 후방 관 연결부들(46)을 구비한, 배출 채널(9)로서 형성된 관 스터브(45)로부터 나오는, 내연기 관용 재순환 가스 수집 컨테이너.
  33. 재순환 가스 배출부(21)를 포함하고, 재순환 가스 수집 컨테이너(24)로 연장되는 라인의 부분인, 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  34. 재순환 가스 배출부(21)에 할당 배치된 밸브(22)의 부분들을 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 재순환 가스 배출부(21)에 할당 배치된 상기 밸브(22)의 가동 밸브부 및/또는 밸브 시트를 포함하는 내연기관용 유닛.
  36. 세정 가스 유입부들(6)을 가진 세정 가스 공급 장치를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  37. 가변 스로틀 장치(26a)의 부분들을 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  38. 제 37 항에 있어서, 플랩(28) 및/또는 상기 플랩의 지지부를 포함하는 내연기관용 유닛.
  39. 재순환 가스 수집 컨테이너(24)의 일부를 포함하는 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  40. 세정 가스 시스템에 대한, 재순환 라인(25) 또는 적어도 하나의 공급 라인(36)의 연결부를 포함하는, 제 1 항 또는 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  41. 작동실(2) 내로 통하는 요소와, 재순환 라인(25) 또는 적어도 하나의 공급 라인(36)과의 결합부를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  42. 작동실(2) 내로 통하는, 재순환 가스 유입 밸브(35)의 재순환 가스 유입부(34)를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  43. 재순환 가스 유입 밸브(35)를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  44. 밸브 시트 및/또는 가동 밸브부 형태인, 재순환 가스 유입 밸브(35)의 요소 를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  45. 재순환 가스 버퍼(37)의 일부를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 유닛.
  46. 실린더(1)에 할당 배치된 실린더 부시를 포함하고, 상기 실린더 부시는 적어도 하나의 재순환 가스 유입부(38)를 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  47. 적어도 하나의 재순환 가스 유입부(38)와 연결되는 링형 라인(39)을 포함하는, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  48. 제 39 항에 있어서, 가변 스로틀 장치(47)를 가진 하나 또는 다수의 관 스터브들(45)을 포함하는 내연기관용 유닛.
  49. 제 48 항에 있어서, 모든 상기 관 스터브들(45)의 상기 스로틀 장치들(47)에 하나의 공통 조절 장치(48)가 할당 배치되는 내연기관용 유닛.
  50. 제 38 항, 제 48 항 또는 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 개장 패킷으로서 형성되는 내연기관용 유닛.
  51. 재순환 가스와의 직접 접촉을 위해 형성되고, 재료의 미량 원소 농도 프로파일 및/또는 재료 조성 스펙트럼에 의해 식별 가능한, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
  52. 재순환 가스와의 직접 접촉을 위해 형성되고, 식별에 사용되는 식별자 캐리어를 포함하고, 상기 식별자 캐리어에 데이터가 무접촉식으로 로딩 가능하고 상기 식별자 캐리어로부터 데이터가 무접촉식으로 판독 가능한, 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 부재.
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