KR20130132294A - 대형, 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법 및 그러한 적합한 내연기관 - Google Patents

대형, 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법 및 그러한 적합한 내연기관 Download PDF

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Abstract

연소를 위하여 챔버(4)를 둘러싸는 적어도 하나의 실린더(2)를 포함하고 각각의 피스톤에 의해 경계지워지고, 크로스헤드 기능 수단(7)을 거쳐 회전가능한 출력 크랭크샤프트(5)와 관련된 상기 피스톤(3)을 가지며, 상기 챔버(4) 내에서 작동 사이클 동안에 상기 챔버 내로 직접 공급되는 연료로부터 연소가 실현되고 상기 실린더(2)의 제 2 단부로부터 제 1 단부를 향하여 가압된 소기 가스의 도입에 의해 소기가 실행되는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관에 있어서, 연소에 의해 발생되는 연소 생성물은 배기 가스의 질소 산화물 함량을 감소시키기 위하여 적어도 부분적으로 재순환되며, 상기 실린더(2)의 제 1 단부에서 배기 가스 출구(13)의 개방에 의한 배기 가스 및 재순환 가스 출구(15)의 개방에 의한 재순환 가스는 상기 연소 챔버(4)로부터 통과하고, 내연기관의 상기 작동 사이클 동안에 재순환 가스 출구(15)가 가스의 통로를 허용하는 각각의 시간을 위하여 여러 차례 개방된다는 점에서 재순환 가스 출구(15)에 할당되는 밸브(16)의 열 응력이 감소될 수 있고 그것의 수명이 연장될 수 있으며, 재순환 가스 출구(15)의 첫 번째 개방 단계는 적어도 연소 챔버(4)의 소기의 시작 전에 시작되고 마지막 개방 단계는 제 1 단부를 향하는 상기 피스톤의 행정 동안에 그리고 소기 가스의 연소 챔버(4) 내로의 도입이 근본적으로 완료된 후에 수행된다.

Description

대형, 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법 및 그러한 적합한 내연기관{METHOD FOR OPERATING A LARGE, CROSSHEAD RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND SUITABLE SUCH ENGINE}
본 발명은 연소를 위하여 챔버를 둘러싸는 적어도 하나의 실린더를 포함하고 또한 각각의 피스톤에 의해 경계지워지는(bordered), 대형, 크로스헤드(crosshead) 왕복 피스톤 내연기관에 관한 것으로서, 상기 내연기관은 크로스헤드 기능 수단을 거쳐 회전가능한 출력 크랭크샤프트(crankshaft)와 관련된 상기 피스톤을 가지며, 챔버 내에서 내연기관의 작동 사이클 동안에 특히 상기 챔버 내로 직접 공급되는 연료로부터 연소가 실현되며, 실린더의 제 2 단부로부터 제 1 단부를 향하여 가압된 소기 가스(scavenge gas)의 도입에 의해 실린더의 소기 가스가 실행되는데, 이에 의해 뒤에 상기 내연기관으로부터 대기로 배출되는 배기 가스의 질소 산화물(Nox) 함량을 감소시키기 위하여 상기 연소 챔버 내에서 발생되는 연소 생성물이 적어도 부분적으로 재순환되며, 이에 의해 상기 실린더의 제 1 단부에서 배기 가스 출구의 개방에 의한 배기 가스 및 재순환 가스 출구의 개방에 의한 재순환 가스가 상기 연소 챔버로부터 통과된다.
위와 같은 종류의 엔진이 독일특허 DE 10 2005 057 207 A1에서 설명되는데, 재순환 가스 배출의 개방 단계(opening phase)는 배기 가스 배출의 개방 단계 이전에 시작한다. 그 이유는 희석되지 않은 연소 가스가 재순환을 위하여 획득되어야 하기 때문이다. 그러나 이러한 가스는 매우 뜨겁고 가압되는데 따라서 이러한 뜨겁고 가압된 연소 가스에 의해 통과된 재순환 가스 출구를 제어하기 위한 밸브는 심하게 열 응력된다(thermally stressed). 독일 특허 DE 10 2005 057 207 A1에서의 이러한 문제를 해결하기 위하여 대안으로서 연소 가스를 통과하는 출구 밸브로서 그리고 재순환 가스를 통과하는 입구 밸브로서 작동하는, 두 개의 재순환 가스 밸브가 제안된다. 그러나 두 개의 밸브를 갖는 이러한 배치는 매우 복잡하고 많은 비용이 든다.
미국특허 US 2004/0103863 A1에서 위와 같은 종류의 또 다른 엔진이 설명되는데, 엔진의 각각의 작동 사이클 동안에 재순환 가스 출구가 여러 차례 개방된다. 첫 번째 개방은 배기 가스 출구의 개방과 함께 시작한다. 배기 가스 출구가 차단되기 전에 이미 마지막 개방이 완료된다. 따라서 재순환 가스 출구를 제어하는 밸브의 구동은 뜨거운 배기 가스의 배기를 위하여 비축되는 작동 사이클 기간에서 발생한다. 이러한 이유 때문에 재순환 가스 출구를 제어하기 위한 상기 밸브는 각각의 개방 단계 동안에 뜨거운 배기 가스들과 접촉하며 따라서 그것의 열 응력은 두 번 이상의 개방에 의해 적절히 감소되지 않는다는 우려가 존재한다.
일본특허 JP 3213616A로부터 위와 같은 종류의 또 다른 엔진이 알려지는데, 재순환 가스 출구의 개방 단계는 작은 교차점(intersection)만을 갖는 배기 가스 출구의 개방 단계를 뒤따른다. 따라서 재순환된 가스는 질소 산화물 감소 효과가 매우 작도록 적은 양의 연소 생성물만을 포함한다.
따라서 위의 종래 기술로부터 출발하여 연소 가스 재순환을 갖는 2 행정 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법뿐만 아니라, 적절한 양의 연소 생성물이 재순환되고, 연소 가스 밸브의 적절한 냉각이 보장되며 그럼에도 불구하고 구조적 비용이 상대적으로 적은, 그러한 내연기관을 개량하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따른 목적은 청구항 1의 특성 조합의 방법 양상 및 청구항 10의 특성 조합에 의한 내연기관과 함께 달성된다.
본 발명의 주된 개념은 매번 가스의 통로를 허용하도록 하기 위하여, 내연기관의 작동 사이클 동안에 여러 차례 배기 가스 출구가 개방되고 할당된 밸브가 구동되는 점에서 알 수 있다. 작동 사이클 내의 할당된 밸브의 각각의 배기 가스 출구 구동의 첫 번째 개방 단계는 적어도 연소 챔버의 소기의 시작 전에 시작하며 할당된 밸브의 각각의 배기 가스 출구 구동의 마지막 개방은 연소 챔버의 소기가 근본적으로 완료된 후에 수행된다.
왕복 가스 밸브의 첫 번째 개방 단계는 바람직하게는 이러한 단계 동안에 초기 작동 행정 상태이기 때문에, 뒤에 대기로 빠져나가는 배기 가스의 질소 산화물 함량의 적절한 감소를 위하여 매우 유용한 희석되지 않은 연소 가스가 재순환 목적을 위하여 획득된다. 그러나 재순환 가스 밸브의 주요 기능 동안에 매우 뜨거운 가스 충격의 부정적 효과들은 바람직하게는 이러한 밸브의 도입된 또 다른 개방 단계에 의해 해결되는데, 그 이유는 그 다음의 작동 사이클 동안에 그 다음의 열 충격이 발생하기 전에, 이러한 또 다른 개방 단계가 상대적으로 낮은 소기 가스 온도가 그것으로부터 적당히 가압된 가스의 유동에 의해 열 응력된 재순환 밸브의 바람직한 냉각을 야기하는 연소 챔버 내에 잔류하는 시간 동안에 발생하기 때문인데, 이는 실질적으로 덜 열 응력되고 안전하게 기능을 하며 따라서 상기 소자들의 긴 수명에 이르게 한다. 본 발명의 또 다른 장점은 하나의 재순환 가스 밸브로 충분하고 실린더 당 복수의 그러한 밸브가 필요하지 않아서 간단하고 저비용의 구성에 이르게 한다는 것이다.
중첩된 개념의 유용한 개발들 및 바람직한 또 다른 실시 예들이 종속항들에 명시된다.
따라서 피스톤의 압축 상향행정 동안의 시간 윈도우가 왕복 가스 밸브의 마지막 작동 단계를 위한 유의한 가능성으로 인식되어 왔다. 이는 과도한 작동이 그것의 상향행정 동안에 피스톤으로부터의 압축 가열에 의해 더해지기 전에, 가장 차갑고 가장 낮게 가압되며 따라서 최소 비용의 상태에서 소기 가스가 재순환 가스 밸브 환경을 냉각하도록 연소 챔버를 떠나게 하기 위하여, 배기 가스 밸브의 폐쇄 이후에 바람직하게는 가능한 한 초기에 발생한다. 바람직하게는 그러한 마지막 개방 단계는 상사점(Top Dead Center, TDC) 이후의 약 250∼280도의 크랭크 각 간격 내에서 발생한다.
다음에서 본 발명의 작동 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관의 개략도를 도시한다.
도 2는 가스 통로들의 개방 영역 및 상사점 이후의 크랭크 각에 대한 실린더 압력을 갖는 다이어그램을 도시한다.
본 발명의 주요 분야는 발전소 등의 해양 대상 및/또는 작동의 추진을 위하여 사용되는 것과 같이 때때로 단류 소기(uniflow scavenged) 2 행정 디젤 및/또는 가스 엔진들로서 구현되는, 대형 크로스헤드 피스톤 내연기관 분야이다.
도 1에 도시된 내연기관은 그 위에 적어도 하나의 실린더(2), 일반적으로 일련의 몇몇 실린더들(2)이 배치되는 크랭크케이스(1)를 포함한다. 각각의 실린더(2)는 연소 챔버(4)의 이동 경계로서 왕복 피스톤(3)을 포함한다. 피스톤(3)은 피스톤 로드(6), 크로스헤드(5) 및 커넥션 로드(8)에 의해 크랭크케이스(1) 내에 위치되는 크랭크샤프트(5)와 협력한다. 실린더(2)의 하부에서(제 2 단부에서) 소기 포트들(scavenge ports, 9)이 슬롯들로서 배치된다. 소기 포트들(9)은 피스톤(3)에 의해 통과될 수 있고 그렇게 함으로써 제어될 수 있다. 소기 포트들(9)의 영역에서 각각의 실린더(2)는 소기 가스 라인(12)에 의해 통상의 소기 가스 리시버(scavenge gas receiver)에 연결되는 소기 가스 채널(10)에 의해 둘러싸인다. 위의 상기 제 2 단부로부터 상기 실린더의 반대편 단부(제 1 단부)를 향하여 가압된 소기 가스의 도입에 의한 피스톤(3)의 작동 시퀀스 동안에 연소 챔버(4) 내에서 연소가 발생되기 전에 연소 챔버의 단류 소기가 실현되는데 그렇게 함으로써 연소 가스들이 생산된다. 연소는 정상적으로 연소 주입 수단(도시되지 않음)에 의해 연소 챔버 내로 공급되는 연료로부터 실현된다. 정상적으로 주입 형태의 연료 공급은 하나의 완전한 작동으로서 실행될 수 있다. 그러나 점화를 위한 파일럿(pilot)-주입으로서 초기에 부분적으로 연료를 도입하고 그 후에 주된 도입을 수행하는 것이 가능하다. 엔진의 작동을 위하여 가연성(burnable) 가스를 사용하는 경우에 있어서, 가스를 점화하기 위한 연료의 파일럿-주입이 이를 할 수 있다. 정상적으로 연료는 연소 챔버(4) 내로 직접 주입된다. 그러나 만일 연소 챔버에 할당되는 예연 챔버(precombustion chamber)가 배치되면, 또한 그러한 예연 챔버 내로의 파일럿 주입과 같은 연료의 초기의 부분적 도입이 가능하다.
실린더(2)의 상부에서, 할당된 배기 가스 밸브(14)에 의해 제어되는 배기 가스 출구뿐만 아니라 할당된 재순환 가스 밸브(16)에 의해 제어되는 인접한 재순환 가스 출구(15)가 제공된다. 배기 가스 밸브(14) 및 재순환 가스 밸브(16)는 엔진의 구동 파라미터들에 따라 제어되는 할당된 독립적인 액츄에이터(actuator)들에 의해 구동된다. 각각의 실린더(2)의 배기 가스 출구(13)는 더 많은/모든 엔진 실린더들에 공통인 배기 가스 리시버(exhaust gas receiver, 18)를 갖는 벤드(bend, 17)에 의해 연결된다. 배기 가스 리시버(18) 내에 수집된 배기 가스는 배기 가스에 의해 구동되는 터빈 및 공기 냉각기(air cooler, 21)를 포함하는 공기 도관(air conduit, 20)을 거쳐 공기를 갖는 소기 가스 리시버(11)를 공급하는 압축기를 포함하는 터보차저(turbocharger, 19)에 이른다. 비록 도시되지는 않으나, 가스 처리 및/또는 에너지 이용 등을 위한 다른 장치들이 도 1에 도시된 회로들의 다양한 위치에 삽입되거나/더해질 수 있다.
터보차저의 터빈을 떠난 배기 가스는 여기서 직접 주변 영역에 배출된다. 이러한 가스의 낮은 질소 산화물 함량이 바람직하다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 연소 챔버(4)에서의 연소에 의해 발생된 연소 가스가 부분적으로 재순환된다. 이러한 목적을 위하여 재순환 가스 출구(15)는 소기 가스 리시버(11) 또는 소기 공기 도관(20)에서의 도 1에 도시된 작동 실시 예 등과 같은 소기 가스 시스템의 어떠한 기관 내로 들어갈 수 있는 재순환 도관(22)에 연결된다. 재순환 도관(22)은 실린더들(2)의 재순환 가스 출구들(15)에서 연결하는 라인들(24)에 의해 제공되는 재순환 가스 관(23)에서 연결한다. 재순환 가스 관(23)의 하류에 유동률(flow rate)을 제어하기 위한 제어 밸브(26)가 본 실시 예에서 배치된다. 제어 밸브(26)의 하류에 예를 들면 스크러버(scrubber), 냉각기 및 물 분무 집진장치(water mist collector)를 포함할 수 있는, 재순환 가스 처리 장치(25)가 제공된다.
도 1에 도시된 회로는 순전히 일부 일반적인 소자들 및 배기 및 소기 가스들을 위하여 필요한 전체 유동 회로들을 포함하는 시스템의 실례이다. 물론 일부 처리 소자들이 생략될 수 있으며, 다른 적절한 처리 소자들이 압축기의 내부 유동 회로들 하류 및 터빈의 상류 내에 포함될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 또한 시스템의 다른 처리 소자들이 압축기의 상류 및/또는 터빈의 하류에 포함될 수 있다. 또한, 재순환 도관(22)은 소기 포트들 및 압축기 사이의 어떤 지점에서도 소기 회로에 연결될 수 있다. 물론, 설명된 것과 다른 기능적 소자들이 또한 구현될 수 있다.
도 2에 따른 다이어그램에서 그래프(30)는 연소 챔버(4)로 향하는 소기 포트들(9)의 개방 영역을 나타내고, 그래프(31)는 배기 가스 출구(13)의 개방 영역을 도시하며 그래프들(32a, 32b)은 재순환 가스 출구(15)의 개방 영역들을 도시한다. 그래프(33)는 실린더 압력, 즉, 연소 챔버(4) 내의 실린더 압력을 나타낸다. 가로좌표 상에서 크랭크샤프트(5)의 회전 위치는 100o부터 300o까지의 크랭크 각도들로서 나타내는데, 위치 180o는 하사점(bottom dead center, BDC)과 상응하고 0o 및 360o(축 단부들 외부)는 각각 상사점과 상응한다.
도 2로부터 알 수 있는 것과 같이 그래프(30)와 상응하는 소기 포트들(9) 및 그래프(31)와 상응하는 배기 가스 출구(13)는 한 번의 작동 사이클 동안에 한 번만 개방된다. 위와 대조적으로 재순환 가스 출구(15)는 두 그래프(32a, 32b)에 의해 나타낸 것과 같이 한 번의 작동 사이클에서 여러 차례 개방된다. 따라서 재순환 가스 밸브(16)에 할당된 액츄에이터는 그래프들(32a, 32b)과 상응하는 밸브(16)가 열리도록 제어된다. 정상적으로 두 개방 단계(32a, 32b)가 제공된다. 첫 번째 개방 단계는 재순환을 위한 희석되지 않은 연소 생성물들의 수집을 위한 것이다. 마지막 단계는 재순환 가스 밸브(16) 및 그것의 환경을 냉각하기 위한 것이다.
그렇게 함으로써 재순환 가스 출구(15)의 첫 번째 개방 단계(그래프 32a)는 늦어도 배기 가스 출구(13)의 개방과 함께 시작되고 본질적으로 연소 챔버(4)의 소기의 시작에서 완료되는 것이 바람직하다. 도 2에 따른 실시 예에서 소기 포트들(9)의 개방 단계는 상사점 이후의 140o-220o 크랭크 각도이고, 이는 대칭적으로 이전의 40o 크랭크 각도부터 하사점 이후의 40o까지이며 배기 가스 출구(13)의 개방 단계는 상사점 이후의 120o-240o 크랭크 각도이고, 이는 또한 대칭적으로 이전의 60o 크랭크 각도부터 하사점 이후의 60o까지이다. 방금 언급된 두 간격들이 하사점에 대칭인 것으로 설명되었으나, 이러한 간격들의 상사점 주의의 비대칭 위치를 야기하는 수단이 본 발명의 범위의 내연기관에 포함될 수 있다. 재순환 가스 밸브(16)의 첫 번째 개방 단계(그래프 32a)는 대략 5o의 크랭크 각도에서 시작하고 그것의 끝은 대략 10o의 크랭크 각도만을 갖는 소기 포트들(9)의 개방의 시작과 오버래핑되는데, 따라서 간섭 영역(interference area)에서 재순환 가스 밸브(16)는 소기 포트들(9)이 아주 조금 개방되는 동안에 완전히 차단되며 따라서 낮은 압력 및 낮은 온도의 소기 가스를 갖는 수집된 재순환 가스를 희석하는 실질적인 위험은 존재하지 않는다.
이미 설명된 것과 같이 그래프(33)는 연소 챔버(4) 내의 압력과 상응한다. 이러한 압력은 배기 가스 출구(13)의 개방에 따라 감소되고 소기 시스템의 압력 레벨에서 소기 포트들(9)의 개방 단계 동안에 존재한다. 상사점 이후의 각각 약 220o, 240o에서 도 2에 따른 실시 예에서 발생하는, 소기 포드들(9) 및 배기 가스 출구(13)를 닫은 후에, 연소 챔버(4) 내의 압력은 피스톤(3)의 상향행정에 의해 증가되는데, 이렇게 함으로써 증가는 33a에 나타낸 것과 같이 느리게 시작되나 그래프(33)의 오른쪽 끝에서의 33b에 나타낸 것과 같이 점진적으로 증가될 수 있다.
재순환 가스 출구(15)의 두 번째 개방 단계(그래프 32b)는 방금 언급한 연소 챔버(4) 내의 압력의 점진적인 압력 증가가 시작되기 전에 완료되어야만 한다. 다른 한편으로는 두 번째 개방 단계의 시작은 소기 포트들(9) 및 배기 가스 출구(13)가 차단된 이후에 발생되어야만 한다. 도 2에 따른 실시 예에서 재순환 가스 출구(15)의 두 번째 개방은 그래프 32b에 나타낸 것과 같이, 상사점 이후의 약 250o∼280o 크랭크 각도로부터 발생하는데, 그렇게 함으로써 위의 조건들이 충족된다. 상기 각도 값들은 대략 ±10o의 크랭크 각도이다. 두 번째 개방 단계는 여기서는 첫 번째 개방 단계보다 다소 짧다.
재순환 가스 출구(15)의 두 번째 개방 없이 압력 증가가 도 2에서의 쇄선에 따라 실행될 수 있다. 상기 두 번째 개방은 33c에 도시된 것과 같은 압력 증가의 작은 지연을 야기한다. 33b 곡선으로부터 알 수 있는 것과 같이 그래프(32b)와 상응하는 두 번째 개방은 또한 두 번째 개방 단계(33b, c 위의 쇄선)의 부재와 비교하여 약간 감소된 연소 챔버 압력을 야기한다. 그러나 그러한 압력 감소는 예를 들면, 약간 증가되는 소기 시스템 압력, 초기 배기 밸브 폐쇄 등에 의해 보상될 수 있다. 그러나, 재순환 가스 밸브(16)의 두 번째 개방은 또한 연소 챔버(4) 내의 연소 압력을 제어하도록 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 곡선은 일반적으로 명백한 설명을 위한 것이다. 본 발명의 모든 특정 실시 예를 위하여 관련된 내연기관을 위한 곡선은 최대 값들, 곡선 형태들 및 또한 상호간의 각각의 크랭크 각도의 위치에 따라 다를 수 있다. 또한, 특히 곡선들(30 및 31)의 도시된 거의 180o 주위의 대칭(즉, BTC)은 본 발명과 무관한, 다른 수단에 의해 폭등할 수 있다. 여기서는 냉각 가스를 두 번째 개방(그래프 32b) 동안에 연소 챔버(4)로부터 재순환 가스 출구(15)를 통하여 재순환 가스 밸브(16)를 거쳐 몰아내는 압력인 본 발명의 개념은 닫힌 연소 챔버로부터 그것의 상향행정 피스톤으로 달성된다.
도 1에 따른 작동 실시 예에서 재순환 가스 출구의 두 개방 단계 동안에 재순환 가스 관(23)은 연소 챔버(4)로부터 제거된 가스로 채워진다. 리시버(23)에서 받은 가스의 혼합이 발생하고 전체 혼합된 가스는 재순환 도관(22)을 거쳐 재순환되고 처리 장치(25) 내로 이른다. 그러나 적절한 수단에 의해 첫 번째 개방 단계의 가스 및 두 번째 개방 단계의 가스는 서로 다른 하류 채널들로 분기되는 것이 가능하고 문제가 될 수 있다. 따라서 첫 번째 개방 단계의 가스는 처리 장치(25) 위로 이를 수 있고 이에 반하여 두 번째 개방 단계의 가스는 리시버(23) 및 처리 장치(25)를 우회하는 추가의 루프(loop) 위로 이를 수 있고 처리 장치(25)의 하류 또는 그것들의 스크러버의 적어도 하류의 첫 번째 개방 단계의 가스와 통합될 수 있다. 또 다른 실시 예에서 두 번째 개방 단계의 가스를 방출 또는 다른 곳에서의 어떠한 사용에 이르게 할 수 있다.
본 발명을 실현하기 위한 수단은 바람직하게는 내연기관의 새로운 생산과 함께 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 내연기관을 제공하는 방법은 또한 이제까지 다음의 청구항들의 범위를 벗어나지 않는 현존하는 내연기관에 필요한 새로운 수단의 장착을 포함할 수 있다. 이제까지 연소 가스 재순환/배기 가스 재순환 시스템을 갖지 않은 내연기관을 위하여, 새로운 수단의 장착은 실질적으로 배기 가스 재순환 도관 및 필요한 논리적이고 물리적인 제어 소자들의 첨가와 함께, 존재하거나 적용된 대체 실린더 헤드 내의 적어도 하나의 재순환 가스 출구 밸브(16)의 설치를 포함한다. 이미 설치된 종래의 연소 가스 재순환-밸브 및 회로를 갖는 내연기관을 위하여 본 발명의 내연기관을 제공하도록 장착하기 위한 새로운 소자들은 적어도 하나의 재순환 가스 출구 밸브(16)를 위한 새로운 후반의 개방 단계(그래프 32b)를 달성하기 위하여 실질적으로 필요한 논리적이고 물리적인 제어 소자들의 첨가/변형으로 구성될 수 있다.
명확성의 목적을 위하여, 청구항들에서의 실린더의 작동 실린더/시퀀스는 배기 밸브로 상사점에서 제 1 실린더 단부로부터의 2 연속 피스톤 완전 행정(하향 및 상향 행정)으로서 지정된다. 물론 내연기관의 작동 원리들과 같은 사이클 본질(cyclic nature)에 기인하는, 방법 및 내연기관 모두의 청구항의 범위는 또한 재순환 가스 출구 수단(15)의 상응하는 "첫 번째" 개방 단계(그래프 32a) 및 상응하는 "마지막" 개방 단계(그래프 32b)의 특징이 되는 위치들이 각각 소기 포트들(9)의 작동 및 첫 번째 실린더 단부를 향하는 피스톤의 행정 동안에 첫 번째 실린더 단부를 향하는 소기 가스 입구의 종단과 유사하게 관련되는 한 실린더의 작동 사이클의 다른 정의들을 포함하는 것으로 확대된다.
1 : 크랭크케이스
2 : 실린더
3 : 피스톤
4 : 연소 챔버
5 : 크로스헤드
6 : 피스톤 로드
8 : 커넥션 로드
9 : 소기 포트
10 : 소기 가스 채널
11 : 소기 가스 리시버
12 : 소기 가스 라인
13 : 배기 가스 출구
14 : 배기 가스 밸브
15 : 재순환 가스 출구
16 : 재순환 가스 밸브
17 : 벤드
18 : 배기 가스 리시버
19 : 터보차저
20 : 공기 도관
21 : 공기 냉각기
22 : 재순환 도관
23 : 재순환 가스 관
24 : 라인
25 : 재순환 가스 처리 장치
26 : 제어 밸브

Claims (16)

  1. 연소를 위하여 챔버(4)를 둘러싸는 적어도 하나의 실린더(2)를 포함하고 각각의 피스톤에 의해 경계지워지고, 크로스헤드 기능 수단(7)을 거쳐 회전가능한 출력 크랭크샤프트(5)와 관련된 상기 피스톤(3)을 가지며, 상기 챔버(4) 내에서 작동 사이클 동안에 상기 챔버 내로 직접 공급되는 연료로부터 연소가 실현되고 상기 실린더(2)의 제 2 단부로부터 제 1 단부를 향하여 가압된 소기 가스의 도입에 의해 소기가 실행되는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 연소 챔버(4) 내에서 발생되는 연소 생성물은 뒤에 상기 내연기관으로부터 대기로 배출되는 배기 가스의 질소 산화물 함량을 감소시키기 위하여 적어도 부분적으로 재순환되며,
    상기 실린더(2)의 제 1 단부에서 배기 가스 출구(13)의 개방에 의한 배기 가스 및 재순환 가스 출구(15)의 개방에 의한 재순환 가스가 상기 연소 챔버(4)로부터 통과하며,
    상기 내연기관의 상기 작동 사이클 동안에 상기 재순환 가스 출구(15)가 가스의 통과를 허용하는 각각의 시간을 위하여 여러 차례 개방되며,
    상기 재순환 가스 출구(15)의 첫 번째 개방 단계는 적어도 상기 연소 챔버(4)의 소기의 시작 전에 시작되고 상기 재순환 가스 출구(15)의 마지막 개방 단계는 상기 실린더의 제 1 단부를 향하는 상기 피스톤의 행정 동안에 그리고 상기 소기 가스의 상기 실린더의 제 2 단부에서 상기 연소 챔버(4) 내로의 도입이 근본적으로 완료된 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 재순환 가스 출구(15)의 상기 첫 번째 개방 단계는 적어도 상기 배기 가스 출구(13)의 개방과 동시에 시작되며, 기본적으로 상기 연소 챔버(4)의 소기의 시작에서 종료되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  3. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 출구(15)의 두 번째 개방 단계는 상기 배기 가스 출구(13)가 닫힌 후에 시작되는 마지막 개방 단계인 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  4. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 출구(15)의 상기 마지막 개방 단계는 상사점 이후의 250o±10o 크랭크 각도의 범위 내에서 시작되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  5. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 출구(15)의 상기 마지막 개방 단계는 상사점 이후의 280o±10o 크랭크 각도의 범위 내에서 종료되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  6. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 가스 출구(15)의 상기 마지막 개방 단계는 상사점 이후의 240o 내지 290o 크랭크 각도의 범위 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  7. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마지막 개방 단계의 길이는 상기 재순환 가스 출구(15)의 상기 첫 번째 개방 단계보다 짧은 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  8. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 사이클 동안에 모든 개방 단계에서 상기 연소 챔버(4)로부터 상기 재순환 가스 출구(15)를 거쳐 통과된 모든 상기 가스는 일반적으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  9. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첫 번째 개방 단계 동안에 상기 연소 챔버(4)로부터 상기 재순환 가스 출구(15)를 거쳐 통과된 상기 가스는 배기 가스 재순환을 위하여 사용되며, 동일한 사이클 동안 그 뒤의 개방 단계(들) 동안에 통과한 가스는 가능한 다른 사용을 위하여 상기 재순환 가스 출구(15) 하류로 분기되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관을 작동하기 위한 방법.
  10. 연소를 위하여 챔버(4)를 둘러싸는 적어도 하나의 실린더(2)를 포함하고 각각의 피스톤에 의해 경계지워지는, 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관에 있어서,
    크로스헤드 기능 수단(7)을 거쳐 회전가능한 출력 크랭크샤프트(5)와 관련된 상기 피스톤(3);
    상기 실린더(2)의 제 1 단부에서 둘 모두 두 번의 연속 피스톤 전 행정 동안에 여러 차례 개방되는 각각의 할당된 밸브 수단(14, 16)에 의해 독립적으로 제어가능한, 연소 가스의 적어도 하나의 배기 출구를 위한 수단(13) 및 적어도 하나의 재순환 가스 출구를 위한 수단(15); 및
    상기 실린더(2)의 제 2 단부에서 상기 피스톤(3)에 의해 제어되는, 상기 제 1 실린더 단부를 향하는 소기 가스의 입구를 위한 적어도 하나의 소기 포트(9);를 가지며,
    상기 재순환 가스 출구(15)의 첫 번째 개방 단계는 적어도 상기 소기 포트(9)가 상기 제 1 실린더 단부를 향하는 소기를 위하여 개방되기 전에 시작되고, 상기 재순환 가스 출구(15)의 마지막 개방 단계는 상기 실린더의 제 1 단부를 향하는 상기 피스톤(3)의 행정 동안에 그리고 상기 소기 가스의 상기 소기 포트(9)를 통하여 상기 제 1 실린더 단부를 향하는 입구가 근본적으로 완료된 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 재순환 가스 출구 수단(15)에 할당되는 상기 각각의 밸브 수단은 두 번의 연속 전 행정 동안에 두 번 개방되며 상기 두 번째 및 마지막 개방 단계는 상기 배기 가스 밸브 수단(14)의 폐쇄 이후에 실행되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
  12. 제 10항 또는 11항에 있어서, 상기 재순환 가스 밸브 수단(16)의 상기 마지막 개방 단계는 상사점 이후의 250o±10o 및 280o±10o 크랭크 각도 사이의 범위 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
  13. 제 10항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 할당된 재순환 가스 출구(들)(15)에 연결되는 배기 가스 재순환 도관(24, 22)을 더 가지며, 상기 할당된 재순환 가스 출구(15)의 상기 첫 번째 개방 단계에서의 상기 재순환 도관은 연소 챔버(4)로부터 통과한 가스로 채워지는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 도관(24, 22) 내에 하나 또는 그 이상의 가스 처리/제어 장치(25, 26)가 삽입되며, 상기 도관은 또한 상기 소기 포트(들)(9)에 이르게 하는 가압된 소기 가스 도관(12, 20) 내로 들어가는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
  15. 제 10항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 제 10항의 범위를 벗어나지 않는 내연기관의 장착에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
  16. 제 10항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 종래의 연소 가스 재순환 밸브 기능(15, 16, 32a) 및 연소 가스 재순환 회로가 설치되나, 제 1항 또는 10항의 범위를 벗어나지 않는 내연기관의 장착 및/또는 변형에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 대형 크로스헤드 왕복 피스톤 내연기관.
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