KR20160011223A - 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법 - Google Patents

길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 실린더(3)를 갖는 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진(1)의 작동 방법에 관한 것이다. 사전 설정된 양의 소기용 공기를 공급하기 위해 실린더(3) 각각의 입구 영역(2)에 소기용 슬릿(4)이 설치된다. 연소 가스(6)를 배출하기 위해 실린더(3) 각각의 실린더 커버(5)에 배기 밸브(7)가 설치된다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 주위 압력(P0)에서 이용 가능한 신선한 공기(8)가 배기가스 과급기(9)에 의해 흡입되고, 소기용 공기(10)로서 상기 신선한 공기(8)가 사전 설정된 소기 압력(PL)으로 상기 소기용 슬릿(4)을 통해 상기 실린더(3)에 공급되어서, 유입된 상기 공기는 상기 실린더(3) 내에서 압축된 다음, 상기 공기로 연료가 주입되어 연소된다. 연소 프로세스 중에 형성된 상기 연소 가스(6)는 배기가스 덕트(16)를 통하여 상기 배기가스 과급기(9)의 터빈에 공급된다. 상기 디젤 엔진의 엔진 출력(L)에 따라 사전 설정된 엔진 출력(LS)까지 계속 증가하는 상기 소기 압력(PL)은 엔진 출력의 상한 범위에서 0.2 바(bar) 내지 1 바(bar) 만큼 급격하게 감소한 다음, 다시 엔진 출력(L)에 따라 계속 증가한다.

Description

길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법{A METHOD FOR THE OPERATION OF A LONGITUDINALLY SCAVENGED TWO STROKE LARGE DIESEL ENGINE}
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른, 길이 방향으로 소개되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 선박용 2행정 대형 디젤 엔진 또는 발전용 고정 시스템 등의 왕복동 피스톤 연소 엔진의 출력을 증대시키기 위해, 연소 사이클 후에 압력이 상승된 실린더의 연소 공간에 배기가스 과급기를 통하여 신선한 공기가 유입된다. 이와 관련하여, 실린더의 연소 공간 내의 연소 프로세스로부터 나온 고온의 배기가스가 배기 밸브의 개방에 의해 급기 그룹으로 공급되는 점에서 배기가스의 열 에너지의 일부분이 활용될 수 있다. 급기 그룹은 실질적으로, 가압된 상태로 급기 그룹으로 들어오는 고온의 배기가스에 의해 구동되는 터빈을 포함한다. 이 경우, 터빈은 압축기를 구동시켜 신선한 공기를 유입 및 압착한다. 이하, 과급기 또는 배기가스 과급기라고 칭하는, 터빈을 구비한 압축기의 하류측에는, 소위 디퓨저(diffuser), 급기용 공기 냉각기(charging air cooler), 워터 세퍼레이터(water separator), 및 입구 리시버가 배치되며, 상기 입구 리시버로부터 급기 및 소기용 공기로 알려진 신선한 압축 공기가 대형 디젤 엔진의 실린더의 개별 연소 공간으로 최종적으로 공급된다. 따라서, 이러한 급기 그룹을 이용함으로써, 신선한 공기의 공급이 증대되고, 실린더의 연소 공간 내의 연소 프로세스의 효율이 향상될 수 있다.
고유가로 인하여, 연료를 절약하기 위해, 특히 수송선의 디젤 연료 엔진은 부분 부하(partial load)로 작동된다. 부분 부하라는 용어는 엔진 출력이 최대 엔진 출력 이하라는 것을 의미한다. 배기가스 과급기를 구비한 2행정 대형 디젤 엔진에 대해서는, 낮은 소기 압력으로 인한 양호하지 못한 실린더 플러싱 때문에, 최대 엔진 출력의 통상 30% 내지 50%의 부분 부하에서 연료 소비량이 증가한다. 또한, 대응하는 부분 부하 작동 범위 내에서 이러한 디젤 연료 엔진을 장기간 작동하는 것은 엔진의 기능성을 손상시킨다.
부분 부하 작동 범위에서의 2행정 대형 디젤 엔진의 효율을 향상시키기 위해, 공지된 방식으로 소기 압력을 최대 기대치까지 증가시키는 것이 가능하다. 이를 위해, 예를 들면, 배기가스 과급기의 터빈 안으로 배기가스가 유입되는 입구 영역의 전방에 배치된 노즐의 노즐 링의 단면은, 예컨대 EP-A-1 956 210에 기술된 바와 같이 유사하게 감소될 수 있다. 또한, 소기 압력은 가변형 형상을 갖는 터빈을 구비한 과급기를 이용함으로써 증가될 수 있다. 그러나, 최대 기대치까지 소기 압력을 증가시키는 것은 높은 엔진 출력 범위에서 배기가스 과급기의 기능성에 영향을 미칠 수 있거나, 디젤 엔진의 기계적 및/또는 열적 과부하를 초래할 수도 있다.
디젤 엔진의 낮은 부분 부하에서 소기 압력을 증가시키는 모든 방법은 산화 질소(NOX) 배기가스 값을 더 높일 수 있다. 따라서, 배출 기준을 충족시키기 위해서는, 디젤 엔진의 다른 부하 범위에서의 NOX 배출량을 줄여야 한다.
본 발명의 목적은 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 상기 엔진의 부분 부하 범위에서도 고효율을 보장하며, 디젤 엔진 및 배기가스 과급기의 기능상 신뢰성을 손상시키지 않고, 전체 엔진 출력 범위에 대해 허용 가능한 수준으로 NOX 배출량을 유지시킨다.
본 발명의 목적은 청구항 1의 특징부에 따른 방법에 의해 만족된다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예는 종속 청구항에서 기술되고 있다.
본 발명에 따른 방법은 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진을 작동시키는데 사용된다. 2행정 대형 디젤 엔진은 사전 설정된 양의 소기용 공기의 공급을 위해 각각의 실린더의 입구 영역에 설치된 소기용 슬릿을 포함한다. 또한, 각각의 실린더는 실린더 커버 및 1개 이상의 연소 가스 배출용 배기 밸브를 포함한다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 주위 압력(P0)에서 이용 가능한 신선한 공기가 배기가스 과급기에 의해 흡입되며, 소기용 공기로서 사전 설정된 소기 압력(PL)으로 소기용 슬릿을 통해 전술한 신선한 공기가 실린더에 공급되어서, 유입된 공기가 실린더 내에서 압축된 다음, 이 공기 안으로 액체 연료나 가스와 같은 연료가 주입되고, 연소되어, 공기와 연료에 의한 연소 가스가 생성된다. 본 발명에 있어서, 엔진 출력 또는 디젤 엔진의 부하에 따라 사전 설정된 엔진 출력(LS)까지 계속 증가하는 소기 압력(PL)은 사전 설정된 엔진 출력(LS)에서 0.2 바(bar) 내지 1 바(bar) 만큼 급격히 감소된 후 다시 엔진 출력(L)에 따라 계속해서 증가한다. 바람직하게는, 상기 사전 설정된 엔진 출력(LS)은 출력 상한 범위, 특히 디젤 엔진의 최대 출력 범위의 상위 25% 내에 있다. 여기서, 최대 출력 범위의 상위 25%라는 것은 L100%라고도 하는 최대 엔진 출력의 75%와 100% 사이의 엔진 출력을 의미한다.
엔진 출력과 엔진 부하라는 용어는 동일한 의미로 사용된다. 이하에서는, 급기 압력과 소기 압력이라는 용어 또한 동일한 의미로 사용되고 있다.
바람직하게는, 소기 압력(PL)의 급격한 감소가 75%와 90% 사이의 엔진 출력 범위 내에서 일어난다. 특히 바람직하게는, 급기 압력의 급격한 감소는 엔진 부하의 83%와 87% 사이에서 일어난다.
바람직하게는, 급기 압력(PL)의 급격한 압력 감소는 0.2 바(bar)와 0.7 바(bar) 사이, 특히 바람직하게는 0.2 바(bar)와 0.6 바(bar) 사이이다.
또한 바람직하게는, 급기 압력은 상기 급격한 감소 전후에 엔진 출력에 따라 계속해서 증가하며, 바람직하게 엔진 출력의 의존성은 압력 점프 밖에서 실질적으로 엔진 부하에 따라 선형적으로 증가한다.
표준 작동 방법에 대하여, 급기 압력은 일반적으로 높으며, 엔진 부하의 40%에 대한 급기 압력은 1.8 바(bar)와 2.5 바(bar) 사이에 있을 수 있다. 소기 압력값은 절대 압력값이다. 상술한 값에 대하여, 각 경우의 신선한 공기를 흡입하는 주위 압력에 대한 압력차는 각 경우의 주위 압력의 크기 만큼 작다.
바람직하게는, 급기 압력의 급격한 감소가 일어나는 사전 설정된 엔진 출력(LS) 이하의 엔진 출력 범위에서 소기 압력(PL)의 실질적인 선형 증가는 엔진 출력의 0.035 바/%와 0.045 바/% 사이, 특히 엔진 출력의 0.040 바/%와 0.041 바/% 사이에 있다.
최대 엔진 출력까지 급기 압력(PL)의 급격한 감소가 일어나는 사전 설정된 엔진 출력(LS) 이상의 엔진 출력 범위에서, 엔진 출력에 따른 급기 압력의 실질적으로 선형 증가는 엔진 출력의 0.040 바/%와 0.045 바/% 사이, 특히 바람직하게는 엔진 출력의 0.041 바/%와 0.043 바/% 사이에 있다.
급기 압력(PL)의 급격한 감소는 하나 이상의 순차적인 스텝에 의해 일어날 수 있으며, 바람직하게는 하나의 단일 스텝에 의해 일어날 수도 있다.
본 발명에 따른 발명의 바람직한 실시예에서는, 엔진의 저출력 범위에서, 즉 최대 엔진 출력의 0%에서 65%의 범위에서 소기 압력(PL)은 표준 작동 모드에 대비하여 보다 큰 소기 압력으로 작동되고, 이러한 소기 압력 증가는 엔진 출력의 40%에서 대략 0.25 바이며, 통상적으로는 엔진 출력의 65%에서 0.4 바이다. 배기 밸브의 열림과 연료의 주입은 표준 작동 모드에서와 거의 동일한 타이밍에 일어난다. 급기 압력이 높으면 연소 압력이 높아져, NOX 배출량이 많아지지만, 연소가 더욱 효율적으로 이루어지면, 연료 소비가 감소된다.
본 발명의 방법에 따른 표준 작동 모드에 대비하여 보다 큰 소기 압력은 공지된 압력 증가 수단에 의해 달성될 수 있다. 예컨대 EP-A-1 956 210에 기술된 바와 같이, 더욱 성능이 좋은 배기가스 과급기가 사용될 수 있거나, 상기 과급기 전방의 배기가스 덕트 내에, 예컨대 배기가스의 유동 속도를 증가시키기 위한 개구(apertures)가 사용될 수 있다.
바람직한 작동 모드에서, 엔진 출력의 65%로부터 소기 압력의 급격한 감소가 일어나는 미리 결정된 엔진 출력(LS), 즉 바람직하게는 엔진 출력의 대략 85%까지의 범위에서, 마찬가지로 표준 작동 모드에 대비하여 증가된 소기 압력이 사용되고, 동시에 배기 밸브의 닫힘이 표준 프로세스보다 지연되어, 연소 프로세스 후 오랫동안 실린더가 소기됨에 따라, 다음 연소 사이클을 위해 실린더 내의 압력은 감소된다. 이로 인해 연소의 효율은 감소되지만, 연소 온도 역시 내려가기 때문에, NOX 배출량이 감소된다. 이처럼, 배기 밸브의 닫힘의 지연으로 인해, 연소 온도는 내려가고, 배기 밸브의 닫힘과 연료의 공급은, 실린더 내의 연소 압력이 표준 프로세스의 연소 압력과 대체로 일치하도록 선택된다.
최대 출력의 70% 내지 80%의 엔진 출력에서, 배기 밸브는 표준 작동 모드보다 10°내지 15°사이로 늦게 닫힌다. 상기 각도는 크랭크 각을 의미한다. 실린더가 연소 공간의 경계를 이루며, 실린더 커버와 피스톤이 최대 용적을 갖게 되는, 피스톤의 하사점 위치는 180°의 크랭크 각에 대응하는 반면, 연소 공간이 최소 용적을 갖는 피스톤의 상사점 위치는 0°또는 360°의 크랭크 각과 동일하다. 표준 프로세스의 배기 밸브가 크랭크 각에 대해 220°내지 265°의 범위(스트로크 뿐만 아니라, 보어율 및 실린더의 압축율에 따라 달라짐)에서 닫히기 때문에, 본 발명에 따른 방법의 상술한 엔진 출력 범위에서의 배기 밸브는 크랭크 각에 대해 230°와 280°사이의 범위, 바람직하게는 260°내지 280°의 범위에서 닫힌다.
85% 이상의 엔진 출력에서 100%의 엔진 출력과 동일한 최대 엔진 출력까지의 범위, 즉 소기 압력의 급격한 감소가 일어나는 사전 결정된 엔진 출력(LS)에 이어서 일어나는 엔진 출력의 범위에서, 소기 압력은 감압 점프 후에 압도하는 낮은 수준으로부터 시작되는 엔진 출력에 따라 다시 계속해서 증가한다. 이 범위에서, 소기 압력은 표준 프로세스에 대하여 통상 0.1 바 내지 0.15 바만큼 높다.
감압 점프, 즉 소기 압력의 급격한 감소는, 예컨대 대응되게 구성된 제어 가능한 배기가스 과급기에 의해 일어날 수 있거나, 바이패스관 내에 있는 밸브가 바람직하게 엔진 출력의 70% 내지 90%의 범위, 특히 엔진 출력의 약 85%에서 갑자기 열림으로써, 배기가스의 일부, 바람직하게 배기가스량의 약 5%가 배기가스 과급기를 지나 바이패스를 통해 안내되어, 배기관으로 직접 보내지기 때문에, 배기가스 과급기의 과급기 영역 상의 바이패스(bypass)를 사용함으로써 이루어질 수 있다. 이와 관련하여 분명한 것은, 바이패스가 엔진 출력의 계속적인 증가, 즉 압력 감소 스탭이 일어나는 사전 설정된 엔진 출력(LS)에서 최대 엔진 출력까지의 범위에서 개방 상태로 유지되어야 한다는 점이다.
감압 점프를 수행하기 위한 또 다른 가능성은 배기가스 과급기의 급기측 영역을 통해 바이패스를 사용함으로써 제공된다. 이와 관련하여, 미리 설정된 엔진 출력(LS)에 도달하게 되면, 마찬가지로 밸브가 갑자기 열려져, 신선한 공기 외에도, 배기가스 과급기는 배기가스 과급기의 출구에서 압축된 소기용 공기를 흡입하고, 이에 따라 소기용 공기 압력은 감소된다.
연소 온도, 배기가스, NOX 배출 및 연료 소비에 대하여, 본 발명에 따른 방법을 이상적으로 수행하기 위해, 2행정 대형 디젤 엔진에는 본 발명에 따른 전자 제어식 배기 밸브, 전자 제어식 연료 주입 시스템 및 소기 압력 제어용 장치가 설치되어야 한다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 특히 부분 부하로 작동될 때, 길이 방향으로 소기된 2행정 대형 디젤 엔진의 효율이 증가될 수 있으며, 기능상 신뢰성을 손상시키는 정도 이상으로 엔진의 열적 부하를 증가시키지 않으면서, 현존하는 엔진의 간단한 수단에 의해 개조되거나 본 발명에 따라 작동될 수 있도록 실제 구조상 변화를 가할 필요 없이, 전체 출력 범위에 대한 산화 질소의 사전 설정된 배출값이 준수될 수 있다.
도 1은 2행정 대형 디젤 엔진의 표준 작동 모드 및 본 발명의 방법에 따른, 엔진 출력(L)에 대한 소기 압력(PL)의 비교예를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른, 배기가스 과급기 시스템을 구비한 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 개략적인 조립체를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른, 배기가스 과급기를 구비한 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 또다른 실시예를 나타낸다.
도 4는 2행정 대형 디젤 엔진의 표준 작동 모드 및 본 발명의 방법에 따른, 엔진 출력(L)에 대한 연료 소비량(BV)의 비교예를 나타낸다.
다음은, 도면을 참조하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 2행정 대형 디젤 엔진의 표준 작동 모드 및 본 발명의 방법에 따른, 엔진 출력(L)에 대한 소기 압력(P)의 비교예를 나타내고 있다. 바(bar) 단위의 소기 압력(PL)은 세로 좌표 상에 그려지고, 엔진 출력(L)은 가로 좌표 상에 그려진다. 엔진 출력은 최대 엔진 출력의 백분율로 나타내어진다.
도 1에서는, 곡선(100)은 길이방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 표준 작동 모드에 따른, 엔진 출력(L)에 대한 소기 압력(PL)을 나타낸다. 이와 관련하여, 소기 압력(PL)은 엔진 출력(L)에 대하여 일정하게 증가하는데, 즉 어떠한 점프(jumps)도 발생되지 않는다. 그 의존성은 선형 관계로서, 소기 압력(PL)은 엔진 출력의 전 범위에 걸쳐 엔진 출력의 변화에 비례하여 항상 반응한다. 곡선(100)은 엔진 출력의 기울기가 0.0375 바/%인 거의 직선형의 곡선을 나타내며, 소기 압력(PL) 또는 급기 압력은 엔진 출력의 40%에서 약 1.6875 바(bar)이다.
도 1의 곡선(200)은 본 발명의 방법에 따른, 엔진 출력(L)에 대한 소기 압력(PL)을 나타낸다. 이와 관련하여, 소기 압력(PL)은 표준 프로세스에 대비하여 항상 더 크다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 곡선(100)에 도시된 표준 프로세스의 압력보다 소기 압력(PL)은 엔진 출력이 40%인 경우 약 0.25 바(bar) 더 높고, 엔진 출력이 80%인 경우 약 0.4375 바(bar) 더 높다.
본 발명에 따른 방법에 의한 소기 압력(PL)의 추이는 엔진 출력(L)에 따라 엔진 출력의 85% 이하에서 계속 증가하다가, 엔진 출력의 약 85%에서 소기 압력은 약 0.3125 바(bar) 만큼 급격히 감소하고, 이어서 엔진 출력(L)에 따라 다시 계속 증가한다. 엔진 출력의 85% 이하 및 이상에서는 엔진 출력에 대한 소기 압력(PL)의 의존성이 선형 커브로 나타내어 지는데, 다시 말해 소기 압력(PL)은, 감압 점프가 발생하는 엔진 출력의 85%인 미리 설정된 엔진 출력(LS)의 점프를 제외한 엔진 출력의 전 영역에서 비례적으로 엔진 출력(L)의 변화에 항상 반응한다.
상이한 요소들 간의 상호작용을 설명하기 위하여, 도 2의 개략도에서는 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진으로 구성된 본 발명에 따른 대형 디젤 엔진의 배기가스 과급기 시스템의 구조를 나타내고 있으며, 이하에서는 도 2에 따른 대형 디젤 엔진은 전부 참조 번호 1로 표시한다.
그 자체가 공지된 대형 디젤 엔진(1)은 일반적으로 실린더 커버(5)에 배기 밸브(7)가 배치되는 복수의 실린더(3)를 포함하고, 피스톤(15)은 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에서 가동면을 따라 왕복운동 가능하게 배치된다. 실린더 커버(5)를 가지는 실린더(3)의 실린더 벽과 피스톤(15)은 공지된 방식으로 실린더(3)의 연소 공간을 형성한다. 복수의 소기용 개구(4)가 실린더(3)의 입구 영역(2)에 제공되며, 이들은 소기용 슬릿(4)으로서 설계된다. 피스톤(15)의 위치에 따라, 소기용 슬릿(4)은 피스톤에 의해 덮이거나 노출된다. 급기(10)라고도 하는 소기용 공기(10)는 소기용 구멍(4)를 통해 실린더(3)의 연소 공간으로 유입될 수 있다. 연소 중에 발생한 연소 가스(6)는, 실린더 커버(5)에 배치된 배기 밸브(7)를 통해, 이 배기 밸브(7)에 연결된 배기가스 덕트(16)를 통과하여, 배기가스 과급기(9)로 유동한다.
배기가스 과급기(9)는 신선한 공기(8)의 압축을 위해 압축기 휠(18)을 가지는 압축기, 및 터빈 휠(19)을 가지는 터빈을 포함한다. 압축기 휠(18)은 샤프트에 의해 터빈 휠(19)에 회전식으로 고정되게 연결되어, 터빈 휠(19)에 의해 구동된다. 터빈 및 압축기는 하우징(17) 내에 배치되고, 본 실시예에서는 압축기 측에서 레이디얼 압축기로 형성되는 배기가스 과급기(9)를 형성한다. 터빈은 실린더(3)의 연소 공간으로부터 배출되는 고온의 유입 연소 가스(6)에 의해 구동된다.
실린더(3)의 연소 공간에 소기용 공기(10)를 충전하기 위해, 신선한 공기(8)가 매니폴드를 지나 압축기 휠(18)에 통해 흡입되고, 배기가스 과급기(9)에서 실린더(3) 내에 최종적으로 존재하는 소기 압력(PL)보다 다소 높은 압력으로 압축된다. 그 압축된 신선한 공기(8)는 소기용 공기(10)로서 배기가스 과급기(9)로부터 하류측에 배치되는 디퓨저(20) 및 급기용 냉각기(21)로 이동하며, 워터 세퍼레이터(water separator)(22)를 거쳐 입구 리시버(inlet receiver)(25)로 가고, 이로부터 이 압축된 급기용 공기(10)는 상승된 소기 압력(PL)으로 소기용 슬릿(4)을 통과하여 실린더(3)의 연소 공간으로 들어가게 된다.
또한, 도 2에서 도시되는 실시예에서는 배기가스 과급기(9)의 터빈 측(26)을 브릿징(bridging)하는 바이패스관(bypass line)(35)이 도시되고 있다. 바이패스관(35)은 밸브(30) 및 조절판(throttle)(32)을 포함한다. 밸브(30)는 두 위치, 즉 열림 위치 또는 닫힘 위치를 가질 수 있다. 조절판(32)은, 예컨대 노즐링(nozzle ring)에 의해 형성될 수 있으며, 바이패스관(35)의 단면을 줄이는 기능을 한다. 이와 관련하여, 단면의 감소는 일정하게 유지될 수 있다. 밸브가 열리면, 배기가스 덕트(16) 내에 전달된 연소 가스(6)의 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 6%, 특히 약 5%가 바이패스관(35)을 통해 안내되도록, 바이패스의 단면은 선택될 수 있다. 바이패스관(35)을 통해 안내된 연소 가스는 배기가스 과급기(9)를 우회하여 안내되기 때문에, 급기용 공기(10)의 압축에 기여할 수 없다.
도 3은 본 발명에 따른 대형 디젤 엔진(1)의 또 다른 실시예의 개략도를 나타내고 있다. 바이패스관(45)이 압축기 측(27)에 부착되고, 이 바이패스관(45)은 배기가스 과급기(9)의 압축기를 브릿징(bridging)한다. 바이패스관(45)은 밸브(40) 및 조절판(42)을 가지며, 이 밸브(40) 및 조절판(42)은 도 2에 도시된 실시예에서의 밸브(30) 및 조절판(32)과 동일한 방식으로 형성되며, 이와 동일한 기능을 갖는다. 도 3에 도시된 나머지 요소들의 기능은 도 2에 도시된 대응 요소에 대해 기술된 기능과 동일하다.
밸브(40)가 열리면, 압축기 휠(18)에 의해 바이패스관(45)으로부터 공기 또한 흡입되기 때문에, 압축기 성능이 감소되고, 이에 따라 급기 압력도 감소된다. 조절판(42)은, 예컨대 노즐 링에 의해 형성될 수 있고, 바이패스관(45)의 단면을 줄이는 기능을 한다. 단면의 감소는 일정하게 유지될 수 있다. 바이패스관(45) 및 조절판(42)의 단면은, 밸브(40)가 열리면, 배기가스 과급기(9)의 출구에서의 소기 압력이 0.2 바(bar)에서 1 바(bar), 바람직하게는 0.2 바(bar)에서 0.7 바(bar) 만큼 감소되도록, 형성된다.
도 4는 2행정 대형 디젤 엔진의 표준 작동 모드 및 본 발명의 방법에 따른, 엔진 출력(L)에 대한 연료 소비율(BV)의 비교예를 나타내고 있다. g/kWh 단위의 연료 소비율(fuel consumption)은 제동 연료 소비(Break Specific Fuel Consumption, BSFC) 값에 상당하며, 이 제동 연료 소비율은 kW 단위의 엔진 출력에 대한 gph(시간당 그램) 단위의 연료 소비율에 의해 계산된다. 엔진 출력은 w × Tq로 계산되는데, 여기서 w는 분당 회전수로서, 단위는 rpm이며, Tq는 토크로서, 단위는 Nm이다.
연료 소비율(BV)은 도 4의 세로 좌표 상에, 엔진 출력(L)은 가로 좌표 상에 그려져 있다. 엔진 출력은 최대 엔진 출력의 백분율로 나타내어진다.
도 4에서, 곡선(300)은 표준 작동 모드에 따른 연료 소비율을 나타내고 있는 한편, 곡선(400)은 본 발명의 방법에 따른, 엔진 출력에 대한 연료 소비율을 나타내고 있다. 도 4로부터 명확히 알 수 있는 것은, 특히 최대 엔진 출력의 약 75% 이하의 부분 부하 영역에서의 본 발명의 방법에 따른 연료 소비율은 표준 작동 모드에 비하여 상당히 적다라는 점이다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 실린더를 갖는 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진(1)의 작동 방법에 있어서,
    미리 설정된 양의 소기용 공기의 공급을 위해 상기 실린더(3) 각각의 입구 영역(2)에 소기용 슬릿(4)이 설치되고, 연소 가스(6)의 배출을 위해 상기 실린더(3) 각각의 실린더 커버(5)에 배기 밸브(7)가 설치되며, 주위 압력(P0)에서 이용 가능한 신선한 공기(8)가 배기가스 과급기(9)에 의해 흡입되어, 소기용 공기(10)로서 미리 설정된 소기 압력(PL)으로 상기 소기용 슬릿(4)을 통해 상기 실린더(3)에 공급되며, 유입된 상기 공기가 상기 실린더(3) 내에서 압축된 다음, 상기 압축 공기로 연료가 주입되어 연소되고, 연소 프로세스 중에 형성된 연소 가스(6)가 배기가스 덕트(16)를 통하여 상기 배기가스 과급기(9)의 터빈에 공급되며,
    상기 소기 압력(PL)은 상기 디젤 엔진의 엔진 출력(L)에 따라 미리 설정된 엔진 출력(LS)까지 계속 증가하고, 상기 미리 설정된 엔진 출력(LS)에서 상기 소기 압력(PL)은 0.2 바(bar) 내지 1 바(bar) 만큼 스텝 감소(step reduction)가 이루어진 다음, 다시 엔진 출력(L)에 따라 계속 증가하는,
    길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소기 압력(PL)의 상기 스텝 감소는 최대 엔진 출력(L100%)의 75%와 90% 사이의 범위에서 수행되는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소기 압력(PL)의 압력 스텝 감소는 0.2 바(bar) 내지 0.7 바(bar) 사이로 이루어지는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소기 압력(PL)은 상기 스텝 감소 전후에 상기 엔진 출력(L)을 따라 실질적으로 선형적으로 증가하는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소기 압력은 상기 엔진 출력의 40%에서 1.8 바(bar) 내지 2 바(bar) 사이의 절대 압력이며, 엔진 출력의 40%부터 상기 소기 압력의 스텝 감소 전까지의 영역에서의 엔진 출력에 대한 소기 압력의 실질적인 선형 증가는 엔진 출력의 0.035 바/% 내지 0.045 바/% 사이에 있고, 상기 소기 압력의 상기 스텝 감소로부터 최대 엔진 출력(L100%)까지, 엔진 출력에 대한 소기 압력의 실질적인 선형 증가는 엔진 출력의 0.040 바/% 내지 0.045 바/% 사이에 있는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소기 압력의 상기 스텝 감소는 상기 미리 설정된 엔진 출력(LS)에서 하나 이상의 스텝에 의해 달성되는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소기 압력(PL)은, 표준 작동 모드에 대비하여, 엔진 출력의 0%로부터 상기 소기 압력의 상기 스텝 감소가 달성되는 상기 미리 설정된 엔진 출력(LS)까지의 영역에서 증가되며, 상기 소기 압력(PL)의 증가는 최대 엔진 출력의 40%에서 0.2 바(bar) 내지 0,3 바(bar) 사이에 있고, 최대 엔진 출력의 65%에서 0.35 바(bar) 내지 0.45 바(bar) 사이에 있는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 최대 엔진 출력의 65%로부터 상기 소기 압력의 상기 스텝 감소가 달성되는 상기 미리 설정된 엔진 출력(LS)까지의 영역에서, 상기 배기 밸브는 크랭크 각에 대해 230°내지 290°사이의 범위로 닫히는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 소기 압력(PL)의 상기 스텝 감소가 달성되는 상기 미리 설정된 엔진 출력(LS)으로부터 상기 최대 엔진 출력까지의 범위에서, 상기 소기 압력은 상기 압력 스텝 감소 후의 소기 압력으로부터 시작하여 엔진 출력(L)에 따라 계속 증가하는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 소기 압력(PL)의 상기 스텝 감소는 최대 엔진 출력(L100%)의 83%와 87% 사이의 범위에서 수행되는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    엔진 출력의 40%부터 상기 소기 압력의 스텝 감소 전까지의 영역에서의 엔진 출력에 대한 소기 압력의 실질적인 선형 증가는 엔진 출력의 0.04 바/% 내지 0.041 바/% 사이에 있고, 상기 소기 압력의 상기 스텝 감소로부터 최대 엔진 출력(L100%)까지, 엔진 출력에 대한 소기 압력의 실질적인 선형 증가는 엔진 출력의 0.041 바/% 내지 0.043 바/% 사이에 있는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 최대 엔진 출력의 65%로부터 상기 소기 압력의 상기 스텝 감소가 달성되는 상기 미리 설정된 엔진 출력(LS)까지의 영역에서, 상기 배기 밸브는 크랭크 각에 대해 260°내지 280°의 범위로 닫히는, 길이 방향으로 소기되는 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법.
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