KR20160003563A - 연료를 엔진에 공급하는 방법 - Google Patents

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Abstract

이중 연료 엔진(100) 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200)이 개시된다. 본 방법(200)은, 기체 연료 라인(146)과 엔진(100)의 실린더(104)의 흡기 포트(116) 사이에 배치되어 있는 가스 도입 밸브(150)를 조절하여, 실린더(104)로 가는 기체 연료의 유동을 감소시키는 것을 포함한다. 기체 연료 저장부(144)와 기체 연료 라인(146) 사이에 배치되어 있는 차단 밸브(148)가 폐쇄되어, 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 제한한다. 불활성 가스 저장부(152)와 기체 연료 라인(146) 사이에 배치되어 있는 불활성 가스 입구 밸브(154)가 작동되어, 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하고 또한 그 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104) 안으로 씻어낸다. 그런 다음, 불활성 가스 입구 밸브(154)가 폐쇄되어 기체 연료 라인(146)에 대한 불활성 가스의 공급을 제한한다.

Description

엔진에 연료를 공급하는 방법{METHOD OF SUPPLYING FUEL TO ENGINE}
본 개시는 엔진용 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 엔진에 연료를 공급하는 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이중 연료 내연 엔진 또는 기체 연료 엔진은 다양한 종류의 기계에 동력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이중 연료 엔진의 경우, 그 엔진은 일반적으로, 기체 연료를 공급하기 위한 기체 연료 공급 시스템 및 액체 연료를 엔진에 공급하기 위한 액체 연료 공급 시스템을 갖는 연료 공급 시스템을 포함한다. 상기 기체 연료 공급 시스템은 불활성 가스 공급 시스템과 관련될 수 있는데, 이 불활성 가스 공급 시스템은, 엔진의 기체 연료 작동이 종료된 후에 또는 엔진의 기체 연료 작동에서 액체 연료 작동으로 전환되는 중에 기체 연료 라인 내에 존재하는 기체 연료를 씻어내기 위해 사용될 수 있다. 기체 연료를 씻어낸 후에, 기체 연료와 불활성 가스의 혼합물은 일반적으로 대기로 배출된다. 그러나, 기체 연료를 대기로 배출시키는 그러한 관행은 대기 오염을 유발하므로 바람직하지 않을 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은, 기체 연료 라인과 엔진의 실린더의 흡기 포트 사이에 배치되어 있는 가스 도입 밸브를 조절하여, 상기 실린더로 가는 기체 연료의 유동을 감소시키는 것을 포함한다. 기체 연료 저장부 또는 엔진에 대한 기체 연료 공급부와 기체 연료 라인 사이에 배치되어 있는 차단 밸브가 폐쇄되어, 상기 기체 연료 저장부로부터 기체 연료 라인으로 가는 기체 연료의 유동을 제한하게 된다. 또한, 불활성 가스 저장부 또는 불활성 가스 공급부와 기체 연료 라인 사이에 배치되어 있는 불활성 가스 입구 밸브가 작동되어, 기체 연료 라인에 불활성 가스를 공급하고 또한 그 기체 연료 라인 내에 잔류하는 기체 연료를 상기 가스 도입 밸브를 통해 실린더 안으로 씻어낸다. 상기 불활성 가스 입구 밸브가 폐쇄되어 상기 기체 연료 라인에 대한 불활성 가스의 공급을 제한한다. 일 실시 형태에서, 엔진에 부착되는 상기 기체 연료 라인은 가스 관일 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에서, 상기 방법은, 상기 기체 연료 라인에 불활성 가스를 공급하는 동안에 상기 가스 도입 밸브를 개방하고 또한 연료 분사기를 통해 액체 연료를 엔진의 실린더 안으로 공급하는 것을 더 포함한다. 불활성 가스는 기체 연료 라인 내의 기체 연료와 함께 실린더 안으로 들어갈 수 있다. 사전에 정해진 기간이 경과한 후에 상기 가스 도입 밸브가 폐쇄된다. 상기 사전에 정해진 기간은 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 1 관계에 근거하여 추정된다. 기체 연료 라인 내에 잔류하는 불활성 가스는 대기로 배출될 수 있다. 기체 연료 라인 내에 잔류하는 불활성 가스는 또한 엔진의 실린더로 배출될 수 있다.
본 개시의 다른 실시 형태에서, 상기 방법은, 상기 기체 연료 라인에 불활성 가스가 공급되는 동안에 상기 가스 도입 밸브를 개방하고 또한 상기 연료 분사기를 통해 액체 연료를 엔진의 실린더 안으로 공급하는 것을 더 포함한다. 불활성 가스는 기체 연료 라인 내의 기체 연료와 함께 실린더 안으로 들어갈 수 있다. 상기 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 또는 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량 사이의 제 2 관계에 근거하여 계산되는 에너지가 일정하게 된 후에 가스 도입 밸브가 폐쇄된다. 기체 연료 라인 내에 잔류하는 불활성 가스는 대기로 배출될 수 있다. 기체 연료 라인 내에 잔류하는 불활성 가스는 또한 엔진의 실린더로 배출될 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시 형태에서, 상기 방법은, 상기 가스 도입 밸브의 틈새 또는 통상적인 누설을 통해 불활성 가스가 기체 연료 라인 내의 잔류하는 기체 연료와 함께 가스 도입 밸브를 통해 실린더 안으로 들어가도록 상기 기체 연료 라인에 불활성 가스를 공급하는 것을 더 포함한다.
본 개시의 다른 양태에서, 엔진용 연료 공급 시스템이 개시된다. 이 연료 공급 시스템은 기체 연료 공급 시스템을 포함한다. 이 기체 연료 공급 시스템은, 기체 연료를 내부에 저장하도록 되어 있는 기체 연료 저장부를 포함한다. 기체 연료 라인이 상기 기체 연료 저장부와 엔진의 실린더의 흡기 포트 사이에 유체 연통된다. 차단 밸브가 상기 기체 연료 라인에 배치되며, 상기 기체 연료 저장부로부터의 기체 연료의 유동을 조절하도록 되어 있다. 가스 도입 밸브가 기체 연료 라인과 실린더의 흡기 포트 사이에 배치된다. 그 가스 도입 밸브는, 상기 기체 연료 라인으로부터 흡기 포트로 가는 기체 연료의 유동을 조절하도록 되어 있다. 상기 연료 공급 시스템은 기체 연료 라인과 유체 연통되어 있는 불활성 가스 공급 시스템을 더 포함한다. 이 불활성 가스 공급 시스템은, 불활성 가스를 내부에 저장하도록 되어 있는 불활성 가스 저장부 및 상기 기체 연료 라인으로 가는 불활성 가스의 유동을 조절하도록 되어 있는 불활성 가스 입구 밸브를 포함한다. 제어기가 상기 기체 연료 공급 시스템과 불활성 가스 공급 시스템과 연통되어 있다. 상기 제어기는 상기 가스 도입 밸브를 조절하여, 상기 실린더 안으로 들어가는 기체 연료의 유동을 감소시키도록 되어 있다. 상기 차단 밸브가 폐쇄되어, 상기 기체 연료 저장부로부터 기체 연료 라인으로 가는 기체 연료의 유동을 제한한다. 상기 불활성 가스 입구 밸브가 작동되어, 기체 연료 라인에 불활성 가스를 공급하고 또한 그 기체 연료 라인 내에 잔류하는 기체 연료를 상기 가스 도입 밸브를 통해 실린더 안으로 씻어내게 된다. 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 1 관계에 근거하여 추정되는 사전에 정해진 기간 후에 상기 가스 도입 밸브가 폐쇄된다. 다른 실시 형태에서, 상기 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 2 관계에 근거하여 계산되는 에너지 또는 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량이 일정하게 된 후 상기 가스 도입 밸브가 폐쇄된다. 불활성 가스 입구 밸브가 폐쇄되어 기체 연료 라인에 대한 불활성 가스의 공급을 제한한다.
본 개시의 다른 특징 및 양태는 이하의 설명 및 첨부 도면으로부터 명확히 알 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 이중 연료 내연 엔진을 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른, 상기 이중 연료 내연 엔진에 연료를 공급하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1 은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 예시적인 이중 연료 내연 엔진(100)을 개략적으로 나타낸다. 이 엔진(100)은 예컨대 천연 가스, 프로판, 메탄, 수소 등과 같은 기체 연료, 및 예컨대 가솔린 또는 디젤일 수 있는 액체 연료로 추진될 수 있다. 본 개시의 이중 연료 엔진(100)은 해양 선박에 사용될 수 있다. 그러나, 그 이중 연료 엔진(100)은 건설, 채광, 농업, 발전 및 다른 알려져 있는 산업용으로 사용되는 기계에도 사용될 수 있다.
상기 엔진(100)은 내부에 하나 이상의 실린더(104)를 형성하기 위한 실린더 블럭(102)을 포함할 수 있다. 다수의 실린더가 있는 경우, 실린더(104)는 예컨대 직렬형, 회전형, V-형 등과 같은 다양한 형태로 실린더 블럭(102) 내부에 배치될 수 있다. 예시의 목적으로 도 1 에는 하나의 실린더(104)만 나타나 있다. 실린더 블럭(102)은, 이 실린더 블럭(102) 안에서 회전가능하게 지지될 수 있는 크랭크축(106)을 더 포함할 수 있다. 피스톤(108)이 실린더(104) 내부에 슬라이딩가능하게 배치될 수 있고 커넥팅 로드(110)의 일 단부에 피봇식으로 연결될 수 있다. 커넥팅 로드(110)의 다른 단부는 크랭크축(106)에 연결될 수 있다. 따라서 피스톤(108)과 크랭크축(106)은 커넥팅 로드(110)를 통해 서로 작동 연결될 수 있다. 피스톤(108)은 일 행정(stroke)이 이루어지게 실린더(104) 내부에서 상사점(109)과 하사점(111) 사이에서 움직일 수 있다. 상사점(109)은, 피스톤(108)이 이 피스톤(108)의 상향 행정 중에 이동할 수 있는 최대 한도로서 정의될 수 있다. 하사점(111)은, 피스톤(108)이 이 피스톤(108)의 하향 행정 중에 이동할 수 있는 최대 한도로서 정의될 수 있다.
실린더(104)의 상부 표면 위에는 실린더 헤드(112)가 배치되어 그 실린더(104)를 에워쌀 수 있다. 피스톤의 상향 행정 중에 실린더(104) 내부에서 실린더 헤드(112)와 피스톤(108)의 상사점(109) 사이에 연소실(114)이 형성될 수 있다. 이하 "연료" 라는 용어의 사용은, "기체 연료" 또는 "액체 연료"라고 구체적으로 달리 언급하지 않으면 기체 연료 또는 액체 연료인 것으로 생각될 수 있다.
상기 실린더 헤드(112)는 흡기 포트(116)와 배기 포트(118)를 포함한다. 흡기 포트(116)는 실린더(104) 및 과급 공기 시스템(120)과 유체 연통할 수 있다. 과급 공기 시스템(120)은 흡기 매니폴드(미도시)를 통해 흡기 포트(116)에 유체 연결될 수 있다. 다수의 실린더(104)를 갖는 엔진(100)의 경우에, 흡기 매니폴드는 과급 공기 시스템(120)과 각 실린더(104)의 흡기 포트(116) 사이에 유체적으로 배치되어, 실질적으로 동일한 압력으로 공기 공급물을 각 실린더(104)에 분배할 수 있다. 과급 공기 시스템(120)은, 주변으로부터 공기를 받아들이고 그 공기를 가압하고 여과하기 위해 공기 정화기와 압축기 및/또는 터보 과급기(미도시)를 포함할 수 있다. 여과된 공기는 피스톤(108)의 흡입 행정 중에 흡기 포트(116)를 통해 실린더(104)에 공급될 수 있다. 흡입 행정은, 피스톤(108)이 상사점(109)에서 하사점(111)으로 내려가는 하향 행정으로서 정의될 수 있다. 흡기 포트(116)에는 입구밸브(122)가 제공될 수 있는데, 이 입구 밸브는 그의 작동시 공기가 선택적으로 실린더(104) 안으로 들어갈 수 있게 해준다. 입구 밸브(122)는 당업계에 알려져 있는 것과 같은 로커 아암과 캠축을 갖는 장치로 작동될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 각 실린더(104)는, 피스톤(108)의 흡입 행정 중에 실린더(104) 안으로 주변 공기를 공급하기 위한 2개 이상의 흡기 포트(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 배기 포트(118)는 실린더(104) 및 배기 가스 시스템(124)과 유체 연통할 수 있다. 배기 가스 시스템(124)은 배기 매니폴드(미도시)를 통해 배기 포트(118)에 유체 연결될 수 있다. 다수의 실린더(104)를 갖는 엔진(100)의 경우에, 배기 매니폴드는 배기 가스 시스템(124)과 각 실린더(104)의 배기 포트(118) 사이에 유체적으로 배치되어 각 실린더(104)로부터 배기 가스를 대기로 배출시킬 수 있다. 배기 가스 시스템(124)은, 다른 구성품들 중에서도, 엔진(100)에 의해 발생될 수 있는 소음을 줄이기 위한 소음기(silencer)를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 배기 가스 시스템(124)은 터보 과급기의 터빈, 배기 가스 재순환 시스템 및/또는 배기 가스 후처리 시스템을 포함할 수 있다. 배기 포트(118)에는 배기 밸브(126)가 제공될 수 있는데, 그 배기 밸브는 배기 밸브(126)의 작동시 배기를 배기 가스 시스템(124)을 통해 대기로 선택적으로 배출시킬 수 있다. 배기 밸브(126)는 로커 아암 및 캠축을 갖는 장치로 작동될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 각 실린더(104)는 피스톤(108)의 배기 행정 중에 실린더(104)로부터 배기 가스를 배출시키기 위해 2개 이상의 배기 포트(미도시)를 포함할 수 있다. 배기 행정은, 피스톤(108)이 하사점(111)에서 상사점(109)으로 올라가는 상향 행정으로서 정의될 수 있다.
엔진(100)의 실린더(104)는 실린더 헤드(112)에 제공되어 있는 계기용 공기 포트(130)를 통해 계기용 공기 시스템(128)과 더 유체 연통될 수 있다. 시동 밸브(129)가 계기용 공기 포트(130)에 배치되어, 실린더(104) 안으로 들어가는 계기용 공기의 유동을 허용하거나 제한할 수 있다. 계기용 공기 시스템(128)은, 가압된 공기를 실린더(104) 안으로 제공하기 위한 공기 압축기(미도시) 및/또는 공기 여과기(미도시)를 포함할 수 있다.
연료 공급 시스템(131)이 엔진(100)의 실린더(104)와 유체 연통될 수 있다. 이 연료 공급 시스템(131)은 연료 분사 시스템(132)을 포함하며, 이 연료 분사 시스템은, 실린더 헤드(112)에 배치되어 적어도 하나의 연료 분사기(134)를 통해 액체 연료를 실린더(104) 안으로 분사할 수 있다. 상기 연료 분사 시스템(132)은, 액체 연료 공급 시스템(136)과 더 유체 연통되어 그 연료 공급 시스템을 통해 액체 연료를 받을 수 있다. 일 실시 형태에서, 액체 연료 공급 시스템(136)은, 예컨대 중유(HFO), 디젤, 가솔린을 저장하기 위한 제 1 액체 연료 탱크 및 예컨대 디젤 또는 가솔린을 저장하기 위한 제 2 액체 연료 탱크를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 연료 분사 시스템(132)은, 엔진(100)의 액체 연료 모드에서 액체 연료를 실린더(104) 안으로 분사하기 위한 하나의 연료 분사기, 및 엔진(100)의 기체 연료 모드에서 예컨대 소량의 디젤을 점화 에너지로서 분사하기 위한 점화 연료 분사기를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 상기 연료 분사 시스템(132)은, 액체 연료 모드에서 액체 연료를 분사하고 또한 기체 연료 모드에서는 파일럿 양의 액체 연료를 분사하기 위한 하나의 연료 분사기를 포함할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 기체 연료 모드 중에 연소 과정을 개시하기 위한 스파크 플러그와 같은 점화 장치(미도시)가 실린더(104)와 연통하여 실린더 헤드(112)에 배치될 수 있다. 연료 분사 시스템(132)은 제어기(138)와 전기적으로 연통되어 액체 연료를 실린더(104) 안으로 선택적으로 분사할 수 있다.
상기 연료 공급 시스템(131)은 기체 연료 공급 시스템(140)과 불활성 가스 공급 시스템(142)을 더 포함한다. 기체 연료 공급 시스템(140)은 기체 연료를 내부에 저장하기 위한 기체 연료 저장부(144), 또는 기체 공급 그리드(미도시)에 연결되어 있는 연료 공급부를 포함한다. 기체 연료 저장부(144)는 기체 연료 라인(146)을 통해 흡기 포트(116)와 유체 연통될 수 있다. 일 실시 형태에서, 엔진에 부착되는 기체 연료 라인은 가스 관일 수 있다. 차단 밸브(148)가 기체 연료 라인(146)에 배치되어 제어기(138)와 전기적으로 연통될 수 있다. 그 차단 밸브(148)는 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 선택적으로 허용하거나 제한할 수 있다. 추가적으로, 배출 밸브(미도시)가 기체 연료 라인(146)에 배치될 수 있고 또한 제어기(138)와 전기적으로 연통되어, 그 제어기(138)로부터 제어 신호를 받으면 기체 연료 라인(146) 내의 잔류하는 연료 및/또는 불활성 가스를 배출할 수 있다. 상기 차단 밸브(148)와 배출 밸브 외에도, 다른 제어 밸브가 기체 연료 저장부(144)와 기체 연료 라인(146) 사이에 배치되어 기체 연료 저장부(144)로부터의 기체 연료 유동을 제어할 수 있다. 상기 제어 밸브는 제어기(138)에 의해 전기적으로 작동될 수 있다.
기체 연료 공급 시스템(140)은, 기체 연료 라인(146)과 엔진(100)의 흡기 포트(116) 사이에 배치될 수 있는 가스 도입 밸브(150)를 더 포함할 수 있다. 또한, 그 가스 도입 밸브(150)는 기체 연료 라인(146)을 통해 기체 연료 저장부(144)와 연통될 수 있다. 가스 도입 밸브(150)는 솔레노이드 작동식 밸브일 수 있고 제어기(138)와 전기적으로 연통될 수 있다. 가스 도입 밸브(150)는 기체 연료 라인(146)로부터 흡기 포트(116)로 가는 기체 연료의 유동을 선택적으로 허용하거나 제한할 수 있다. 또한, 가스 도입 밸브(150)는, 제어기(138)에서 주어지는 신호에 근거하여 기체 연료 라인(146)로부터 흡기 포트(116)로 가는 기체 연료의 유동을 조절하도록 더 구성될 수 있다. 기체 연료는 상기 과급 공기 시스템(120)로부터 받은 공기와 흡기 포트(116) 내에서 혼합될 수 있다.
상기 불활성 가스 공급 시스템(142)은 기체 연료 공급 시스템(140)의 기체 연료 라인(146)과 유체 연통될 수 있다. 불활성 가스 공급 시스템(142)은, 불활성 가스를 내부에 저장하기 위한 불활성 가스 저장부(152), 및 이 불활성 가스 저장부(152)와 연통될 수 있는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 포함할 수 있다. 이 불활성 가스 입구 밸브(154)는 불활성 가스 라인(156)을 통해 기체 연료 공급 시스템(140)의 기체 연료 라인(146)과 더 연통될 수 있다. 불활성 가스 입구 밸브(154)는 제어기(138)와 전기적으로 연통되어 제어 신호를 받을 수 있다. 불활성 가스 입구 밸브(154)는 기체 연료 라인(146)으로 가는 불활성 가스의 유동을 선택적으로 허용하거나 제한할 수 있다.
상기 제어기(138)는, 기체 연료 라인(146)에서 가스 도입 밸브(150)의 상류에 배치되는 제 1 센서(158)와 더 연통될 수 있다. 그 제 1 센서(158)는 압력 센서일 수 있다. 제 1 센서(158)는 기체 연료 라인(146)에 배치되어, 그 기체 연료 라인(146) 내의 기체 연료의 압력을 제어기(138)에 전달할 수 있다. 또한, 제어기(138)는, 과급 공기 시스템(120)과 엔진(100)의 흡기 포트(116) 사이에 유체적으로 배치되는 제 2 센서(160)와 연통될 수 있다. 제 2 센서(160)는, 흡기 포트(116) 내의 공기/기체 연료 혼합물의 압력을 제어기(138)에 전달하도록 되어 있는 압력 센서일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 센서(160)는 과급 공기 시스템(120)에 유체적으로 배치되어, 그 과급 공기 시스템(120) 내의 공기의 압력을 제어기(138)에 전달할 수 있다. 따라서, 제 1 센서(158)와 제 2 센서(160)는 제어기(138)가 기체 연료 라인(146)과 흡기 포트(116) 사이의 압력차를 모니터링할 수 있게 해준다.
일 실시 형태에서, 상기 제어기(138)는 중앙 처리 유닛, 메모리 및 입출력 포트를 포함할 수 있고, 그 입출력 포트는 상기 가스 도입 밸브(150), 차단 밸브(148), 불활성 가스 입구 밸브(154), 연료 분사 시스템(132), 그리고 제 1 및 2 센서(158, 160)를 포함한(이에 한정되지 않음) 다양한 구성 요소와의 연통을 용이하게 해준다. 제어기(138)는 다양한 액츄에이터에 대한 전력 공급을 용이하게 해주는 입출력 포트를 또한 포함할 수 있다. 도 1 을 참조하면, 제어기(138)와 다양한 구성 요소의 연통은 점선으로 표시되어 있다. 당업자라면, 임의의 컴퓨터 기반 시스템 또는 유사한 구성 요소를 이용하는 장치가 본 개시에의 사용에 적합하게 될 수 있음을 알 것이다.
엔진(100)의 기체 연료 모드에서, 제어기(138)는 제어 신호를 차단 밸브(148)에 보내어, 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 허용할 수 있다. 기체 연료 저장부(144)와 기체 연료 라인(146) 사이에 배치되어 있는 다양한 제어 밸브가 작동되어, 기체 연료 저장부(144)로부터의 기체 연료 유동을 또한 제어할 수 있다. 또한, 제어기(138)는 가스 도입 밸브(150)와 연통하여, 기체 연료 라인(146)으로부터 흡기 포트(116)로 가는 기체 연료의 유동을 조절하게 된다. 가스 도입 밸브(150)는 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 주기적으로 전환될 수 있다. 또한, 가스 도입 밸브는 엔진(100) 작동의 각 사이클에서 그의 개방 기간 중에 개방 위치에 유지될 수 있다. 그 개방 기간을 조절하여 엔진(100)의 동력을 제어할 수 있다. 흡기 포트(116)에서, 기체 연료는 과급 공기 시스템(120)으로부터 받은 공기와 혼합될 수 있다. 가스 도입 밸브(150)는 기체 연료의 유량을 제어하여 기체 연료와 공기를 사전에 정해진 비로 혼합하도록 구성될 수 있다. 사전에 정해진 비로 기체 연료와 공기를 혼합하는 것은, 연소 과정 중에 연소실(114)안으로 들어가야 하는 기체 연료의 양에 근거할 수 있다. 상기 계기용 공기 시스템(128)은 연소실(114) 안에서 연소 과정이 일어날 수 있도록 가압 공기를 그 연소실(114) 안으로 공급할 수 있다. 또한, 중유 또는 파일럿 양의 액체 연료가 연소를 개시하기 위해 연료 분사기(134)를 통해 연소실(114)에 분사될 수 있다.
엔진(100)의 액체 연료 모드에서, 제어기(138)는 차단 밸브(148)와 가스 도입 밸브(150)를 작동시켜, 기체 연료 저장부(144)로부터 흡기 포트(116)로 가는 기체 연료의 유동을 제한할 수 있다. 제어기(138)는 엔진(100)의 압축 행정의 마지막 부분 중에 연료 분사 시스템(132)을 작동시켜, 액체 연료 공급 시스템(136)으로부터 받은 액체 연료를 연소실(114) 안으로 분사할 수 있다.
기체 연료 모드에서 액체 연료 모드로 전환되는 중에, 제어기(138)는 가스 도입 밸브(150)에 제어 신호를 보내고 그 가스 도입 밸브(150)를 조절하여, 기체 연료 라인(146)으로부터 엔진(100)의 흡기 포트(116)로 가는 기체 연료의 유동을 감소시키게 된다. 구체적으로, 제어기(138)는 가스 도입 밸브(150)와 연통하여, 개방 기간이 감소되도록 그 가스 도입 밸브(150)를 작동시킬 수 있다. 동시에, 제어기(138)는 기체 연료 공급 시스템(140)에 제어 신호를 보내어 기체 연료 라인(146) 내의 압력을 감소시킬 수 있다.
제어기(138)는 차단 밸브(148)에 제어 신호를 더 보내어, 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 제한할 수 있다. 그러나, 기체 연료의 일부 양은 기체 연료 라인(146)에서 차단 밸브(148)와 가스 도입 밸브(150) 사이에 잔류할 수 있다. 기체 연료의 일부 양은 가스 도입 밸브(150)에 있는 틈새를 통해 실린더(104) 안으로 들어갈 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 상기 틈새는 가스 도입 밸브(150)의 폐쇄 상태 동안에 그 가스 도입 밸브에 있는 가동 밸브 몸체(미도시)와 밸브 시트(seat)(미도시)의 짝 표면 사이의 틈으로서 규정될 수 있다. 이 틈은 가스 도입 밸브(150)의 구성 또는 그 가스 도입 밸브(150)의 오랜 사용으로 인한 짝 표면의 마모로 인해 형성될 수 있다.
제어기(138)는 불활성 가스 공급 시스템(142)의 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 불활성 가스 저장부(152)로부터 불활성 가스 라인(156)을 지나 기체 연료 라인(146)으로 가는 불활성 가스의 유동을 허용할 수 있다. 불활성 가스 저장부(152)에서 공급되는 불활성 가스는, 기체 연료 라인(146) 내에 압력을 가하고, 그 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104) 안으로 씻어낼 수 있다. 본 개시의 일 실시 형태에서, 불활성 가스가 기체 연료 라인(146)에 공급될 때, 제어기(138)는, 가스 도입 밸브(150)가 그의 폐쇄 상태로부터 개방되기 시작하도록 그 가스 도입 밸브(150)를 작동시킬 수 있다. 가스 도입 밸브(150)의 개방은 또한 사전에 정해진 최소 기간 동안 제어기(138)에 의해 조절될 수 있다. 제어기(138)는 연료 분사 시스템(132)을 작동시켜, 액체 연료 공급 시스템(136)을 통해 액체 연료를 연소실(114)에 공급 시작할 수 있다. 사전에 정해진 기간이 경과한 후에 제어기(138)는 가스 도입 밸브(150)를 그의 폐쇄 상태로 되도록 작동시킬 수 있다. 상기 사전에 정해진 기간은, 연소실(114)에 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진(100)의 동력 사이의 제 1 관계에 근거하여 추정된다. 예컨대, 액체 연료의 유량과 액체 연료의 저위 발열량의 곱과 엔진(100)에 의해 발생되는 동력 사이의 비를 이용하여 상기 사전에 정해진 기간을 결정할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 2 관계에 근거하여 계산되는 에너지 또는 연소실(114) 안으로 공급되는 액체 연료의 유량이 일정하게 된 후에, 가스 도입 밸브(150)가 제어기(138)에 의해 작동되어 그 가스 도입 밸브(150)가 폐쇄될 수 있다. 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜 그 불활성 가스 입구 밸브(154)를 폐쇄하고 또한 불활성 가스 공급 시스템(142)에서 주어지는 불활성 가스의 공급을 제한할 수 있다.
본 개시의 다른 실시 형태에서, 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 불활성 가스 저장부(152)로부터 불활성 가스 라인(156)을 지나 기체 연료 라인(146)으로 가는 불활성 가스의 유동을 허용할 수 있다. 불활성 가스 저장부(152)에서 공급되는 불활성 가스는 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 가스 도입 밸브(150)의 상기 틈새를 통해 연소실(114) 안으로 씻어낼 수 있다. 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 사전에 정해진 시간 동안 불활성 가스 입구 밸브(154)를 개방 상태로 유지시킬 수 있다. 그 사전에 정해진 시간에서, 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료는 가스 도입 밸브(150)의 상기 틈새 또는 통상적인 누설을 통해 연소실(114) 안으로 들어갈 수 있다. 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 그 불활성 가스 입구 밸브(154)를 폐쇄하고 또한 불활성 가스 공급 시스템(142)에서 주어지는 불활성 가스의 공급을 제한할 수 있다. 또한, 제어기(138)는 상기 배출 밸브를 조절하여, 기체 연료 라인(146)과 불활성 가스 라인(156) 내에 잔류하는 불활성 가스를 대기로 배출시킬 수 있다.
산업상 이용 가능성
이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진은, 해양 선박, 기관차 및 건설, 채광, 농업, 발전 및 다른 산업용으로 사용되는 다양한 종류의 기계에 사용될 수 있다. 이중 연료 엔진은 기체 연료 모드와 액체 연료 모드에서 선택적으로 작동할 수 있다. 기체 연료 모드에서 액체 연료 모드로 전환되는 중에 또는 기체 연료 모드의 종료 중에, 기체 연료의 일부 양이 기체 연료 공급 시스템의 기체 연료 라인 내에 잔류할 수 있다. 기체 연료 공급 시스템과 관련된 배출 밸브가 작동되어, 그 기체 연료 라인 내에 잔류하는 기체 연료를 대기로 배출시킬 수 있다. 이러한 기체 연료의 배출은 대기 오염을 일으킬 수 있다.
본 개시는 이중 연료 엔진(100)에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 시스템(131) 및 방법(200)에 관한 것이다. 이중 연료 엔진(100)은 기체 연료 모드와 액체 연료 모드에서 선택적으로 작동한다. 기체 연료 모드에서, 제어기(138)는 차단 밸브(148)를 작동시켜, 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 허용할 수 있다. 또한, 제어기(138)는 가스 도입 밸브(150)를 작동시켜, 기체 연료 라인(146)으로부터 흡기 포트(116)를 통해 연소실(114) 안으로 들어가는 기체 연료의 유동을 조절할 수 있다. 기체 연료 모드에서, 불활성 가스 공급 시스템(142)은 비작용 상태일 수 있다. 액체 연료 모드에서, 제어기(138)는 차단 밸브(148)와 가스 도입 밸브(150)를 작동시켜, 기체 연료 저장부(144)로부터 연소실(114)로 가는 기체 연료의 유동을 제한할 수 있다. 제어기(138)는 연료 분사 시스템(132)을 작동시켜, 액체 연료 공급 시스템(136)을 통해 받은 액체 연료를 연소실(114) 안으로 분사할 수 있다. 그래서, 제어기(138)는 기체 연료 모드와 액체 연료 모드 사이에서 엔진(100)을 작동시키기 위해 연료 공급 시스템(131)과 함께 구성된다.
기체 연료 모드에서 액체 연료 모드로의 전환 중에, 단계(202)에서 상기 방법(200)은, 제어기(138)를 통해 가스 도입 밸브(150)를 조절하는 것을 포함한다. 제어기(138)로부터 제어 신호를 받으면, 가스 도입 벨브(150)는 개방 상태에서 폐쇄 상태쪽으로 움직여, 그 가스 도입 밸브의 개방 기간이 감소되고 그래서 기체 연료 라인(146)로부터 연소실(114)로 가는 기체 연료의 유동이 감소하게 된다.
단계(204)에서, 제어기(138)는 차단 밸브(148)를 더 작동시켜, 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 제한하게 된다. 따라서, 제어기(138)는 기체 연료 공급 시스템(140)을 완전히 차단할 수 있다. 그러나, 기체 연료의 일부 양이 기체 연료 라인(146) 내에서 차단 밸브(148)와 가스 도입 밸브(150) 사이에 잔류할 수 있다.
단계(206)에서, 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 불활성 가스 저장부(152)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 불활성 가스의 유동을 허용할 수 있다. 불활성 가스 저장부(152)에서 공급되는 불활성 가스는 기체 연료 라인(146) 내에 압력을 가할 수 있고 또한 그 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104)로 씻어낼 수 있다. 일 실시 형태에서, 불활성 가스가 기체 연료 라인(146)에 공급될 때, 제어기(138)는 가스 도입 밸브(150)를 작동시켜 그 가스 도입 밸브(150)를 개방시킬 수 있다. 제어기(138)는 연료 분사 시스템(132)을 작동시켜, 액체 연료 공급 시스템(136)을 통해 액체 연료를 연소실(114)에 공급 시작할 수 있다. 사전에 정해진 기간이 경과한 후에 가스 도입 밸브(150)는 폐쇄될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 2 관계에 근거하여 계산되는 에너지 또는 연소실(114)에 공급되는 액체 연료의 유량이 일정하게 된 후에 가스 도입 밸브(150)는 폐쇄될 수 있다. 단계(208)에서, 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)와 연통하여, 그 불활성 가스 입구 밸브(154)를 폐쇄하고 그래서 불활성 가스 공급 시스템(142)을 차단할 수 있다.
본 개시의 다른 실시 형태에서, 불활성 가스 저장부(152)에서 공급되는 불활성 가스는 기체 연료 라인(146) 내에 압력을 가할 수 있고 또한 그 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 가스 도입 밸브(150)의 틈새 또는 통상적인 누설을 통해 연소실(114)로 씻어낼 수 있다. 불활성 가스 입구 밸브(154)는 사전에 정해진 시간 동안 개방 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료는 일부의 불활성 가스와 함께 가스 도입 밸브(150)의 틈새를 통해 연소실(114) 안으로 들어갈 수 있다. 제어기(138)는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 폐쇄하여 불활성 가스 공급 시스템(142)을 차단할 수 있다. 또한, 제어기(138)는 배출 밸브를 작동시켜, 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 불활성 가스를 대기로 배출시킬 수 있다. 이어서, 엔진(100)은 액체 연료 모드로 작동하기 시작한다.
전술한 바와 같이, 상기 방법(200)은 엔진 작동의 종료 중에 기체 연료 라인 내에 잔류하는 기체 연료를 연소실에서 소비하기 위해 기체 연료 엔진에도 사용될 수 있음을 생각할 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 상기 방법(200)은 기체 연료 엔진에 이용될 때는 액체 연료 공급부의 작동을 포함하지 않을 것이다.
본 개시의 양태들을 위의 실시 형태를 참조하여 구체적으로 나타냈고 설명했지만, 당업자라면 이해하는 바와 같이, 개시된 사항의 요지와 범위에서 벗어남이 없이, 개시된 기계, 시스템 및 방법을 수정하여 다양한 추가적인 실시 형태를 생각할 수 있다. 그러한 실시 형태도 청구 범위 및 그의 균등물에 근거하여 결정되는 바와 같은 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 이중 연료 엔진(100) 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200)으로서,
    기체 연료 라인(146)과 엔진(100)의 실린더(104)의 흡기 포트(116) 사이에 배치되어 있는 가스 도입 밸브(150)를 조절하여, 상기 실린더(104)로 가는 기체 연료의 유동을 감소시키는 단계;
    기체 연료 저장부(144)와 기체 연료 라인(146) 사이에 배치되어 있는 차단 밸브(148)를 폐쇄하여, 상기 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 제한하는 단계;
    불활성 가스 저장부(152)와 상기 기체 연료 라인(146) 사이에 배치되어 있는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하고 또한 그 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 상기 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104) 안으로 씻어내는 단계; 및
    상기 불활성 가스 입구 밸브(154)를 폐쇄하여 상기 기체 연료 라인(146)에 대한 불활성 가스의 공급을 제한하는 단계를 포함하는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도입 밸브(150)를 조절하는 것은, 그 가스 도입 밸브(150)를 작동시켜 이 밸브의 개방 기간을 줄이는 것을 포함하는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하는 동안에 상기 가스 도입 밸브(150)를 개방하는 단계;
    액체 연료를 연료 분사기(134)를 통해 엔진(100)의 실린더(104) 안으로 공급하는 단계; 및
    사전에 정해진 기간이 경과한 후에 상기 가스 도입 밸브(150)를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 사전에 정해진 기간은 실린더(104) 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 1 관계에 근거하여 추정되는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200).
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스가 공급되는 동안에 상기 가스 도입 밸브(150)를 개방하는 단계;
    액체 연료를 상기 연료 분사기(134)를 통해 엔진(100)의 실린더(104) 안으로 공급하는 단계; 및
    상기 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 2 관계에 근거하여 계산되는 에너지 또는 실린더(104) 안으로 공급되는 액체 연료의 유량이 일정하게 된 후에 상기 가스 도입 밸브(150)를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200).
  6. 제 1 항에 있어서,
    불활성 가스를 대기로 배출시키는 단계를 더 포함하는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도입 밸브(150)의 틈새로 인해 불활성 가스가 기체 연료 라인(146) 내의 잔류하는 기체 연료와 함께 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104) 안으로 들어가도록 상기 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 이중 연료 엔진 또는 기체 연료 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법(200).
  8. 엔진(100)용 연료 공급 시스템(131)으로서,
    기체 연료 공급 시스템(140), 불활성 가스 공급 시스템(142), 및 제어기(138)를 포함하고,
    상기 기체 연료 공급 시스템은,
    기체 연료를 내부에 저장하도록 되어 있는 기체 연료 저장부(144);
    상기 기체 연료 저장부(144)와 엔진(100)의 실린더(104)의 흡기 포트(116) 사이에 유체 연통되는 기체 연료 라인(146);
    상기 기체 연료 라인(146)에 배치되며, 상기 기체 연료 저장부(144)로부터의 기체 연료의 유동을 조절하도록 되어 있는 차단 밸브(148); 및
    상기 기체 연료 라인(146)과 실린더(104)의 흡기 포트(116) 사이에 배치되며, 상기 기체 연료 라인(146)으로부터 흡기 포트(116)로 가는 기체 연료의 유동을 조절하도록 되어 있는 가스 도입 밸브(150)를 포함하고,
    상기 불활성 가스 공급 시스템은 상기 기체 연료 라인(146)과 유체 연통되어 있으며, 상기 불활성 가스 공급 시스템(142)은, 불활성 가스를 내부에 저장하도록 되어 있는 불활성 가스 저장부(152) 및 상기 기체 연료 라인(146)으로 가는 불활성 가스의 유동을 조절하도록 되어 있는 불활성 가스 입구 밸브(154)를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 기체 연료 공급 시스템(140)과 불활성 가스 공급 시스템(142)과 연통되며,
    상기 제어기(138)는,
    상기 가스 도입 밸브(150)를 조절하여, 상기 실린더(104) 안으로 들어가는 기체 연료의 유동을 감소시키고,
    상기 차단 밸브(148)를 폐쇄하여, 상기 기체 연료 저장부(144)로부터 기체 연료 라인(146)으로 가는 기체 연료의 유동을 제한하며,
    상기 불활성 가스 입구 밸브(154)를 작동시켜, 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하고 또한 그 기체 연료 라인(146) 내에 잔류하는 기체 연료를 상기 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104) 안으로 씻어내며, 그리고
    상기 불활성 가스 입구 밸브(154)를 폐쇄하여 상기 기체 연료 라인(146)에 대한 불활성 가스의 공급을 제한하도록 되어 있는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기(138)는 상기 가스 도입 밸브(150)를 작동시켜 그 가스 도입 밸브의 개방 기간을 줄이는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기(138)는,
    상기 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하는 동안에 상기 가스 도입 밸브(150)를 개방하고,
    액체 연료를 연료 분사기(134)를 통해 엔진(100)의 실린더(104) 안으로 공급하며, 그리고
    사전에 정해진 기간이 경과한 후에 상기 가스 도입 밸브(150)를 폐쇄하도록 되어 있는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사전에 정해진 기간은 실린더(104) 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 1 관계에 근거하여 추정되는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기(138)는,
    상기 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스가 공급되는 동안에 상기 가스 도입 밸브(150)를 개방하고,
    액체 연료를 상기 연료 분사기(134)를 통해 엔진(100)의 실린더(104) 안으로 공급하며, 그리고
    상기 실린더 안으로 공급되는 액체 연료의 유량과 엔진 동력 사이의 제 2 관계에 근거하여 계산되는 에너지 또는 실린더(104) 안으로 공급되는 액체 연료의 유량이 일정하게 된 후에 가스 도입 밸브(150)를 폐쇄하도록 되어 있는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기(138)는 불활성 가스를 대기로 배출시키도록 되어 있는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기(138)는, 상기 가스 도입 밸브(150)의 틈새로 인해 불활성 가스가 기체 연료 라인(146) 내의 잔류하는 기체 연료와 함께 가스 도입 밸브(150)를 통해 실린더(104) 안으로 들어가도록 상기 기체 연료 라인(146)에 불활성 가스를 공급하도록 되어 있는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔진(100)은 해양 선박에 사용되는, 엔진용 연료 공급 시스템(131).
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