KR20160051606A - 기관의 신속한 역전을 위한 역전 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 기관 - Google Patents

기관의 신속한 역전을 위한 역전 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 기관 Download PDF

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KR20160051606A
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악셀 헤우쓸러
에드빈 풀라가르
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빈터투르 가스 앤 디젤 아게
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Abstract

본 발명은 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법에 관한 것으로, 상기 기관은 상사점과 하사점 사이에서 앞뒤로 이동가능한 피스톤이 배치되는 실린더를 포함하고, 또한 상기 기관은 밸브 유압 장치들을 통해 미리 정해진 개방 압력에서 유압 매체에 의해 전자 제어 디바이스를 통해 유압식으로 작동되는 출구 밸브를 구비한다. 바람직하게는 예비 제동 단계에 후속하는 제 1 제동 단계에서, 제 1 회전 방향에서의 기관의 회전 속도를 줄이기 위해, 전자 제어 디바이스로의 정지 명령에 의해 기관으로의 연료 공급이 중단되고 그리고/또는 연료 공급이 중단된 채 유지된다. 본 발명에 따라, 제 1 제동 단계에서, 기관의 복수의 출구 밸브들이 미리 정해진 회전 제한 속도 미만에서 미리 정해진 순서로 개방되고, 개방된 상기 출구 밸브들은 상기 제 1 제동 단계의 종료까지 개방된 채 유지된다. 제 2 제동 단계에서, 적어도 이러한 실린더들의 모든 출구 밸브들이 동시에 폐쇄되어, 실린더의 소기 슬릿들을 통한 소기 공기의 공급이 억제되고, 관련 피스톤이 0°의 크랭크 각과 180°의 크랭크 각 사이의 압축 행정에 있어서, 제 2 제동 단계에 후속하는 킥 스타트 (kick-start) 단계에서, 기관이 제 1 회전 방향에 반대되는 회전 방향으로 회전된다. 추가로 본 발명은 본 발명에 따른 역전 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품 및 기관에 관한 것이다.

Description

기관의 신속한 역전을 위한 역전 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 기관{REVERSING METHOD FOR A FAST REVERSAL OF AN ENGINE, COMPUTER PROGRAM PRODUCT AND ENGINE}
본 발명은, 독립 청구항인 제 1 항, 제 14 항 및 제 15 항의 전제부에 따라, 제 1 회전 방향으로부터 반대의 회전 방향으로, 기관의, 특히 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 왕복 피스톤 내연 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법, 기관을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품, 및 기관, 특히 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 왕복 피스톤 내연 기관에 관한 것이다.
대형 디젤 기관은 선박용 구동 유닛으로서 주로 사용되거나, 고정 작동에서, 예를 들어 전기 에너지의 발생을 위한 대형 발전기의 구동을 위해 주로 사용된다. 이 점에 있어서, 기관은 일반적으로 영구 작동으로 상당한 기간에 걸쳐 작동하여서, 작동 확실성 및 유효성을 매우 요구하게 된다. 그러므로, 특히 긴 서비스 간격, 낮은 마모, 및 연료와 작동 재료의 경제적인 핸들링은 작동자에게 기계의 작동에 대한 주요한 기준이 된다. 이러한 대형 보어의 저속으로 작동하는 디젤 기관의 피스톤 작동 거동은, 그 중에서도, 서비스 간격의 기간 및 유효성에 대하여 그리고 윤활유 소비에 걸쳐, 또한 작동 비용에 대하여, 따라서 효율에 대하여 결정 요인이 된다.
조종 (maneuvering) 작동에서, 예를 들어 항구 내로 항해할 때 또는 항구에서 조종할 때, 예를 들어 가능한 한 단시간 내에 전방 이동으로부터 역전 이동으로 또는 그 반대로 도킹 조종 중에 또는 다른 조종 작동에서, 선박의 이동 방향을 변경하는 것은 오랫동안 항해시에 요구되었을 뿐만 아니라 필수적이었다. 이는, 가능한 한 단시간 내에 그리고 가능한 한 단거리에 걸쳐 소정 속도로부터 선박을 제동하고, 가능한 한 신속하게 선박의 이동 방향을 역전시켜, 선박을 다시 미리 정해진 속도까지 가능한 한 신속하게 반대 방향으로 가속시키는 것을 포함한다.
이에 관련된 기술적 과제는 항구에 근접하여 상대적으로 저속에서의 뿐만 아니라, 고속에서의, 예를 들어 최고 속도에서의 비상 제동 상황들에서 발생된다. 선박은 가능한 한 단거리에 걸쳐 가능한 한 신속하게 최고 속도로부터 제동되어야 하고, 또는 기관은 프로펠러가 가능한 한 빨리 반대 방향으로 회전하여 선박이 반대 방향으로 즉시 항해할 수 있도록 신속하게 역전되어야 한다.
상이한 입증된 프로세스들은 한동안 비교적 작은 모터선박들 또는 모터보트들에 대해 이동 방향을 변경시키는 데 유용했고 역전은 주로 트랜스미션들을 통해 단순히 실행될 수 있었지만, 신속 제동은, 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관과 같이 대형 왕복 운동 피스톤 내연 기관이 장착된 초대형 선박이 갖는 문제였고, 이러한 문제는 지금까지 대체로 단지 크게 만족스럽지 않게 해결되어 왔다. 이는 예컨대 항구에서 또는 항구에 근접하여 비교적 낮은 속도에서 전술한 조종 작동, 및 비상 제동 상황에서 일 회전 방향으로부터 반대 회전 방향으로의 기관의 신속한 역전의 전술한 문제 모두에 관한 것이다.
이러한 기관에 의하면 기관의 거대한 크기 및 전력으로 인해, 기관과 프로펠러 사이의 클러치 및/또는 트랜스미션의 합리적인 사용은, 프로펠러가 샤프트를 통해 이러한 기관을 구비하는 선박 내에서 대형 디젤 기관의 크랭크 샤프트에 회전적으로 고정되어 연결되도록 실질적으로 배제되므로, 이는 특히 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관이 갖는, 과소평가되어서는 안될 문제이다.
따라서, 드라이브의 구성은, 트랜스미션이 프로펠러와 기관 사이에 제공되는 드라이브에 비해, 명백히 실질적으로 더 간단하다. 하지만, 트랜스미션 및 클러치를 구비하지 않는 이러한 구성의 단점은, 프로펠러가 항상, 즉 모든 작동 상태에서, 기관에 회전적으로 고정되어 연결되어 적어도 기관의 작동 상태에서, 즉 기관이 완전히 정지 상태가 되지 않는 한, 기관으로부터 분리될 수 없다는 것이다. 즉, 실제로 기관으로의 연료 공급이 중단되는 것을 본질적으로 의미하는, 선박을 제동하기 위해 기관이 정지되는 작동 상태에서, 선박은 바로 즉시 정지하는 것이 아니라, 초기에는 선박의 거대한 관성 질량으로 인해 항해를 계속할 것이고, 단지 점진적으로 서서히 속도를 줄일 것이다.
이 점에 있어서, 프로펠러는 더 이상 기관에 의해 명백히 구동되지 않지만, 프로펠러는 프로펠러와 물 사이의 지속적인 상대 속도에 의해 물을 통한 진행에 의해 구동된다. 하지만, 프로펠러는 기관에 회전적으로 고정되어 연결되어 기관으로부터 또한 분리될 수 없으므로, 기관은 이러한 작동 상태에서 프로펠러에 의해 또한 구동된다. 이는 그럼에도 불구하고, 기관이 프로펠러에 의해 구동되기 때문에, 연료 공급의 정지 이후에, 모터가 상당한 기간 동안 원래 방향으로 계속해서 회전한다는 것을 의미한다.
선박의 제동의 가속 또는 선박의 이동 방향의 역전은 기관이 역전된 회전 방향으로 재시동된다는 점에서 단지 달성될 수 있다. 대부분의 공지된 선박의 기관에 의하면 그리고 특히 거대한 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관에 의하면, 단지 적합한 시점에서, 즉 적합한 크랭크 각에서, 압축 공기 (또한, 전문어로 시동 공기라 함) 는 기관이 피스톤에 작용하는 시동 공기에 의해 원하는 역전된 회전 방향으로 재시동되도록 충분히 높은 압력에서 실린더 라이너 내로 가압된다는 점에서 이는 단지 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 정지된 연료 공급에도 불구하고 기관이 원래의 방향으로 계속해서 회전하도록 프로펠러가 크랭크 샤프트를 통해 기관의 실린더 라이너 내의 피스톤에 가하는 막대한 힘으로 인해, 시동 공기의 최대 이용가능한 압력이 피스톤에 작용하는 프로펠러로부터의 힘을 보상하기에 매우 충분하여, 기관이 시동 공기에 의해 반대 방향으로 충분히 빠른 회전으로 설정될 수 있어서, 기관이 궁극적으로 연료 공급의 재활성화시에 반대 방향으로 독립적으로 재시동될 수 있을 때에, 기관은 가장 이르게 반대 방향으로 재시동될 수 있다. 기관이 반대 회전 방향으로 재시동될 때에, 기관에 회전적으로 고정되어 연결된 프로펠러는 자연적으로 기관에 의해 반대 방향으로 마찬가지로 구동되고, 이에 선박의 제동은 따라서 선박의 이동이 마침내 정지하게 될 때까지, 또는, 원할 경우, 선박이 반대 방향으로 이동하기 시작할 때까지, 점점 더 가속될 수 있다.
선박의 제동 및 역전을 위한 전술한 그리고 이전의 통상적인 프로세스의 단점은 명백하다. 한편으로는, 기관이 반대 방향으로 재시동될 수 있기 전에, 프로펠러를 통한 기관의 구동이 시동 공기에 의해 보상될 수 있도록 선박이 속도를 충분히 줄여서 충분히 느려질 때까지 오랫동안 대기할 필요가 있기 때문에, 선박, 특히 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관을 구비하는 선박의 제동은 많은 시간이 요구된다.
이는 여전히 오늘날 상당한 양의 시간을 소요할 뿐만 아니라, 실제로 시동 공기의 상당한 소비의 결과를 갖고, 이는 선박이 조종되어야만 할 때에, 예를 들어 선박이 항구에서 도킹 조종 중에 정지 명령을 통해 가장 다양한 조합들 내에서 "전진-정지-후진 (ahead-stop-astern)" 간의 일정한 변화를 거칠 때에 특히 큰 단점을 갖는다. 그러나, 종래 기술로부터 공지된 방법들은 여전히 오늘날 허용불가능하게 많은 시간을 요구하거나, 또는 허용불가능하게 많은 시동 공기는, 예를 들어 비상 상황에서 다른 선박, 빙산 또는 다른 장애물과의 충돌을 신뢰가능하게 그리고 호적기에 방지하기 위하여, 예를 들어 선박이 고속으로부터 매우 신속하게 제동되어야 할 때, 비상 제동 상황에서의 이러한 비상 제동 조종에서 소비된다. 그 중에서도 호적기에 더 이상 선박을 제동할 수 없었던 유명한 타이타닉호의 재앙은 오늘날까지 대중의 마음에 남아 있다. 타이타닉호가 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관에 의해 구동되지 않았을지라도, 문제는 원칙적으로 동일하다.
제동시에 또는 이동의 반대 방향으로의 역전시에 선박에 의해 커버되는 거리가 최소화되도록, 실린더 라이너로의 시동 공기의 공급에 의해 가능한 가장 이른 시간에 기관을 역전시키려는 시도가 빈번하게 행해져왔다. 하지만, 기관이 프로펠러에 의해 구동되어 이전 방향으로 더 빨리 작동할수록, 더 많은 시동 공기 또는 시동 공기 에너지가 반대 방향으로의 역전을 개시하는 데 요구될 수 있다. 우선 시동 공기가 상응하는 압축기를 이용하여 생성되어 압력 저장소 내에 저장 되어야 하기 때문에, 이는 비용 및 에너지-집약적이다. 뿐만 아니라, 상기 방법은, 고속에서 시동 공기의 실질적인 사용에도 불구하고, 전체 저장된 시동 공기가 다소 빨리 소비되고 다수의 이동 방향들의 변경으로 복잡한 조종의 마지막에 존재하는 시동 공기가 충분하지 않고, 또는 그럼에도 불구하고 기관이 반대 방향으로 시동되는 것은 불가능해지는 위험을 갖는다. 이러한 상황에서, 새로운 시동 공기가 우선 다시 제공되어야 하고 기관이 다시 그 사이에서 더 이상 시동될 수 없음으로써, 선박이 이러한 상황에서 구동되지 않으므로 특정 상황 하에서 치명적인 결과를 가질 수도 있기 때문에, 이는 제동을 추가로 지연시킬 뿐만 아니라, 무엇보다도 상응하는 비상 제동 상황 이후에 공해상에서 안전 위험성을 발생시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관이 반대의 회전 방향으로 보다 효율적으로 그리고 보다 신속하게 역전될 수 있고, 종래 기술로부터 설명된 상기 문제들이 최대한 회피되고, 특히 짧은 시간 간격에서의 기관의 빈번한 역전 시에 종래 기술로부터 공지된 문제들이 회피될 뿐만 아니라, 설명된 치명적인 안전성 문제들도 최대한 배제될 수 있고, 또한 기관의 역전도 보다 경제적으로 그리고 보다 많은 에너지 절감들로 매우 일반적으로 실행될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 만족시키는 본 발명의 주제는 독립 청구항 1 의 특징부에 의해 특징지어진다.
종속 청구항들은 본 발명의 특히 유리한 실시형태들에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법에 관한 것으로, 상기 기관은 180°의 크랭크 각에 상응하는 상사점과 0°또는 360°의 크랭크 각에 상응하는 하사점 사이에서 앞뒤로 이동가능한 피스톤이 배치되는 실린더를 포함하고, 또한 상기 기관은 밸브 유압 장치들을 통해 미리 정해진 개방 압력에서 유압 매체에 의해 전자 제어 디바이스를 통해 유압식으로 작동되는 출구 밸브를 구비하고, 상기 방법은 바람직하게는 예비 제동 단계에 후속하는 적어도 이하의 방법 스텝들을 포함한다. 제 1 제동 단계에서, 제 1 회전 방향에서의 기관의 회전의 회전 속도를 줄이기 위해, 전자 제어 디바이스로의 정지 명령에 의해 기관으로의 연료 공급이 중단되고 그리고/또는 연료 공급은 중단된 채 유지된다.
본 발명에 따라, 기관의 복수의 출구 밸브들이 제 1 제동 단계에서 미리 정해진 회전 제한 속도 미만에서 미리 정해진 순서로 개방되고, 개방된 출구 밸브들은 제 1 제동 단계의 종료까지 개방된 채 유지된다. 제 2 제동 단계에서, 적어도 실린더들의 모든 출구 밸브들이 동시에 폐쇄되어, 실린더의 소기 슬릿들을 통한 소기 공기의 공급이 억제되고, 관련 피스톤이 0°의 크랭크 각과 180°의 크랭크 각 사이의 압축 행정에 있어서, 제 2 제동 단계에 후속하는 킥 스타트 (kick-start) 단계에서, 기관이 상기 제 1 회전 방향에 반대되는 회전 방향으로 회전된다.
실행을 위한 특히 바람직한 실시형태에서, 왕복 피스톤 내연 기관은, 전술한 바와 같이, 선박의, 예를 들어 엄청나게 큰 기관을 구비하는 컨테이너 선박의 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관이고, 이러한 기관은 예를 들어 실린더들을 12 개 이상까지 구비하고 또한 실린더 당 최대 10,000 ㎾ 의 전력 또는 더 큰 전력을 가질 수 있다.
당업자가 그 자체로 인식하고 있는 바와 같이, 피스톤은 왕복 피스톤 내연 기관의 정상 작동 상태에서 실린더 (또한, 전문어로 실린더 라이너라 함) 내의 상사점과 하사점 사이에서 앞뒤로 이동하고, 피스톤 및 프로펠러에 효과적으로 고정되어 연결되는 크랭크 샤프트를 통해 프로펠러를 구동한다. 실린더 라이너의 실린더 커버에서 출구 밸브는 유압 디바이스 및 전자 디바이스를 특히 포함할 수 있는 프로그램가능한 제어 디바이스에 의해 밸브 유압 장치를 통해 유압식으로 작동된다. 이 점에 있어서, 출구 밸브가 작동되는 크랭크 각이 특히 프로그램가능한 제어 디바이스 또는 컨트롤링 디바이스 (controlling device) 에 의해 원하는 대로 미리 정해질 수 있다. 기관은 시동 공기 밸브를 작동시킴으로써 또는 충분히 작은 회전 속도에서 정지로부터 시동될 수 있고, 기관의 회전 방향이 변경될 수 있다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 정상 작동 상태에서 그 자체가 공지되어 있는 단류 소기식 왕복 피스톤 내연 기관의 일반적인 작동 모드는 다시 이하에서 간략하고 개략적이게 상기될 것이다. 본 출원의 범위 내에서, 각각 0°또는 360°의 크랭크 각은 하사점 (UT) 과 동일하고, 180°의 크랭크 각은 상사점 (OT) 과 동일하다.
0°의 크랭크 각에 상응하는 하사점으로부터 개시하면, 피스톤은 우선 작동 상태에서 180°의 크랭크 각에 상응하는 방향 (OT) 으로 이동한다. 피스톤이 하사점에 근접한 위치에 위치되는 때에, 소기 슬릿들은 실린더 라이너의 하부 구역에서 해제되고, 출구 밸브는 정상 작동 상태에서 개방된다. 소기 슬릿들이 피스톤에 의해 해제되는 한, 신선한 공기는 소기 슬릿들을 통해 실린더 라이너의 연소 공간에 공급되고, 연소 잔류물들은 동시에 상사점을 향하는 방향으로의 피스톤의 이동에 의해 출구 밸브를 통해 연소 공간의 밖으로 플러싱된다. 연소 공간과 소기 슬릿들 사이에 더 이상 어떠한 연통이 있을 수 없도록 피스톤이 소기 슬릿들을 완전하게 통과했을 때, 출구 밸브는 크랭크 각이 증가함에 따라 미리 정해진 크랭크 각에서 제어 디바이스에 의해 또한 폐쇄될 것이다. 추가의 프로세스에서, 연료는 주입 밸브에 의해 상부 실린더 구역, 실린더 구역 위에 위치된 실린더 커버 및 피스톤 베이스에 의해 형성되는 기관의 연소 공간에 공급되고, 상기 연료는 상사점의 구역에서 압축에 의해 가열된 공기 내에서 점화되고, 후속하여 연소되며, 이러한 에너지 방출에 의해 기관의 연소 공간 내의 압력 증가를 생성한다.
상사점을 통과한 후에, 피스톤은 다시 360°의 크랭크 각에 상응하는 하사점을 향하는 방향으로 이동한다. 선박의 정상 작동 및 이동 상태에서, 출구 밸브는 그 후에 다시 개방되고, 실린더의 새로운 작업 사이클이 180°보다 훨씬 더 큰 크랭크 각에서 개시된다.
선박이 제동되어야 하는 경우에, 특히 비상시에 가능한 한 단거리 내에서 선박이 제동되어야 하는 때에, 왕복 피스톤 내연 기관은 또한 정상 작동 상태로부터 후속되는 바와 같이 이미 공지된 방법들에서 제동 또는 역전을 위해 상이한 작동 상태로 설정될 것이다. 제 1 단계에서, 왕복 피스톤 내연 기관의 실린더 라이너들 내로의 연료 공급을 중단하는 것이 공지되어 있다. 우선 연료 공급의 중단에 의해 기관의 회전 속도가 떨어져, 선박의 제 1 의 완만한 감속을 생성하는 것이 달성된다. 추가의 조치가 취해지지 않으면, 선박의 속도는 물에서의 선박의 마찰로 인해 실질적으로 감소된다. 이러한 마찰은 일반적으로 선박의 속도를 단지 매우 천천히 줄이도록 비교적 작다. 연료 공급이 중단된 이후에 왕복 피스톤 내연 기관에 의해 더 이상 구동되지 않는 프로펠러는 터빈과 마찬가지로 선박의 여전이 존재하는 운동 에너지에 의해 구동되어 작동하고 결국 크랭크 샤프트를 통해 회전적으로 고정되어 연결되는 기관을 구동한다.
출구 밸브의 제어가 정상 작동에서와 같이 그리고 종래 기술에서 이전에 실행된 바와 같이 변경없이 유지되면, 선박의 운동 에너지의 일부는 우선 0°~ 180°의 크랭크 각에서 실린더의 압축 에너지로 확실하게 전환되지만, 이러한 압축 에너지는 상사점으로부터 하사점으로의 피스톤의 이동 동안 실린더 라이너 내에서 에워싸인 소기 공기의 후속 팽창에서 프로펠러를 통해 운동 에너지의 형태로 다시 거의 완전하게 복귀된다.
본 발명은 이러한 점으로부터 출발하고, 기관의 신속한 역전 또는 제동이 실질적으로 단지 출구 밸브의 적합한 제어에 의해 가능하다는 인식에 기초하고 있으며, 또한 실제로 프로펠러를 통해 기관에 전달된 제동 에너지가 본 발명에 따라 숙련되게 사용된다면, 구체적으로 시동 공기없이 그리고 적어도 종래 기술에서 이전에 요구된 시동 공기보다 더 적은 시동 공기로도 반대 방향으로 재시동될 수 있다.
따라서, 2 행정 디젤 기관의 역전은 지능적인 출구 밸브의 도움으로 본 발명에 의해 가속될 수 있고, 적어도 감소된 시동 공기 연소로 그리고 가장 유리한 경우에 심지어 어떠한 시동 공기의 연소없이 반대 방향으로 시동될 수 있다.
이 점에 있어서, 본 발명에 따라, 에너지가 사용되고, 이러한 에너지는 프로펠러를 통한 선박의 현재 이동에 의해 기관에 공급되고 스프링과 같이 기관을 충전하기 위하여 기관에 연결된 프로펠러 샤프트에 공급된다. 반대 방향으로의 이러한 에너지의 독립적인 방출은 적어도 달리 필요한 것보다 더 작은 시동 공기의 소비로 상기한 반대 방향으로의 개시를 보조한다.
이는, 기관에 공급되는 에너지가 현재 시간에서 그리고 현재 회전 속도에서 모든 실린더들의 압축 및 진공 생성의 합에 의해 생성되는 제동력보다 더 작은 본 발명에 따른 방법의 성공적인 실행을 위한 요건이다. 그러므로, 기관의 회전 또는 선박의 속도는 우선, 전술한 요건이 만족되고 본 발명에 따른 역전 방법이 사용될 수 있을 때까지, 예비 제동 단계에서 미리 정해진 회전 제한 속도에 이르기 까지 바람직하게는 감소된다.
본 발명의 역전 방법들은, 시동 공기의 소비가 증가되면서 그리고 정지 명령을 통해 가장 다양해진 조합들 내에서 전진-정지-후진 (ahead-stop-astern) 간의 일정한 변화가 일어나는 조종 작동에서 특히 바람직하게는 사용될 수 있다.
제안된 역전 방법은 매우 일반적으로 회전 방향의 변경이 실행되어야 할 때에 항상 성공적으로 사용될 수 있다.
이는, 선박이 전술한 바와 같이 너무 빨라지지 않을 뿐만 아니라, 프로펠러를 통해 기관에 충분한 에너지를 여전히 공급할 수 있도록 선박은 오히려 여전히 충분한 속도를 가져서, 어떠한 연료 주입도 없이 기관이 여전히 회전할 수 있고 또한 충분한 에너지가 여전히 기관에 공급될 수 있고, 따라서 가능하다면 어떠한 시동 공기없이 그리고 적어도 종래 기술에 비해 훨씬 더 적은 시동 공기로 기관의 역전이 여전히 성공적이게 되는 추가의 요건 대로 개시된다.
본 발명에 따른 역전방법의 제 1 단계는, 선박의 제어가 전진 또는 후진으로부터 정지로 스위칭되는 아이들링 단계이다. 기관은 선박의 계속된 이동으로 인해 기관의 원래 회전 방향으로 계속해서 회전한다. 연료 공급은 정지되고, 가능하다면 모든, 그렇지 않으면 적어도 복수의 출구 밸브들은 마지막 연소 이후에 다음 제어 변화까지 개방된 채 유지되거나, 실린더 내에 존재하는 가스 압력이 출구 밸브들의 개방을 허용하자 마자 개방된다.
새로운 방향 변화가 제어에 의해 미리 정해지고 기관이 적어도 회전 제한 속도에 있거나 적절하게 회전 제한 속도 미만에 있다면, 본 발명에 따른 역전 방법의 제 2 단계에서 소기 공기 슬릿들 위에 있는 모든 밸브들은 바람직하게는 동시에 폐쇄된다. 이는 제어 명령 시에 출구 밸브의 직접 폐쇄에 의해 압축 또는 진공을 생성할 수 있는 모든 실린더들을 의미한다. 대안적으로, 압축을 생성하거나 이 때에 제한된 최대 진공을 생성하는 실린더들과 협력하는 단지 이러한 실린더들이 또한 폐쇄될 수 있다.
선박 또는 기관의 회전이 여전히 너무 빠른 경우, 즉 제한 속도가 여전히 도달되지 않았거나 여전히 그 이하로 떨어질 수 없는 경우, 그 자체가 공지된 표준 제동 프로세스는 본 발명에 따른 제동 방법 이전에 예비 제동 단계에서 실행될 수 있거나, 본 발명의 발명자가 이전의 특허 발명에서 이미 설명한 바와 같이 그리고 가능한 예비 제동 프로세스로서 추가로 후술되는 것과 같이 예를 들어 신속한 제동 프로세스가 사전에 실행될 수 있다.
회전 제한 속도가 도달되거나 그 이하로 떨어지면, 예비 제동 프로세스는 종료되고 출구 밸브들은 예를 들어 현재 점화 시퀀스에 따라 개방된다. 전술한 제 2 단계는 그 순간에 실행되어, 모든 출구 밸브들이 개방된다.
따라서, 기관은 공기를 이용한 충전에 의해 바람직하게는 1 회전의 절반 미만에서 마침내 정지되고, 반대 방향으로 다시 배출되며, 이는 본 발명의 범위 내에서 킥 스타트라고 불리게 된다. 킥 스타트는, 시동 공기의 공급에 의해, 그러나 적어도 종래 기술의 공지된 통상의 프로세스들보다 현저하게 더 적은 시동 공기로, 요구에 따라, 예를 들어 현재 회전 속도에 따라, 추가적으로 보조될 수 있다.
따라서, 반대 방향으로의 기관 또는 선박의 회전의 가속 및 반대 방향으로의 기관의 시동이 바람직하게는 정상 시동 프로세스에서와 같이, 가능하게는 추가의 시동 공기 공급에 의해 또는 이미 연료 주입에 의해 늦어도 1 회전의 절반 이후에 그리고 그 자체가 공지된 정상 출구 밸브 제어 이후에 적어도 개시된다. 달성된 회전 속도가 기관을 시동시키기에 충분하지 않다면, 또는 진공이 원하는 회전 방향에 불리한 방출 단계에서 생성된다면, 이는 시동 공기의 상응하는 공급에 의해 해결될 수 있다.
출구 밸브들을 제어하기 위한 유압 시스템이 출구 밸브들을 실린더 마다 지속적으로 개방한 채로 유지할 수 없다면, 릴리프 제어가 사용될 수 있다. 이는, 피스톤이 소기 슬릿들 아래에, 즉 하사점의 구역 내에 있는 단계에서 출구 밸브의 짧은 폐쇄 및 재개방에 의해 실행된다.
따라서, 기관, 특히 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관이 반대 회전 방향으로 더 효과적으로 그리고 더 신속하게 역전될 수 있으면서, 동시에 유용한 시동 공기가 절약될 수 있는 역전 방법이 본 발명에 의해 처음으로 제공된다. 본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시형태에서, 심지어 반대 회전 방향으로의 재시동은, 예를 들어 프로펠러에 의해 기관에 제공된 제동 에너지를 활용하면서, 선박 내에서 어떠한 시동 공기도 없이 완전하게 개시될 수 있고, 이는 본 발명에 따른 방법이 선박의 기관을 역전 또는 제동시키기 위해 사용되는 때에, 경제적인 측면에서 과소평가될 수 없는 개선을 자연적으로 나타낼 뿐만 아니라, 안전 기술적인 측면에서 큰 발전을 특히 나타낸다.
본 발명에 따른 역전 방법의 바람직한 실시형태에서, 기관의 복수의 출구 밸브들은 제 1 제동 단계에서 미리 정해진 회전 속도 미만에서 동시에 개방되거나, 또는 특히 유리하게는, 기관의 모든 출구 밸브들은 미리 정해진 순서로 개방되고, 미리 정해진 순서는 기관의 일부 또는 모든 출구 밸브들이 동시에 개방되도록 자연스럽게 이해될 수 있다.
이러한 점에서, 제 2 제동 단계에서 기관의 회전 속도를 줄이기 위한 제동 효과는, 이러한 실린더들의 일부 또는 모든 출구 밸브들이 추가적으로 가능한 한 동시에 폐쇄되어, 실린더의 소기 슬릿들을 통한 소기 공기의 공급이 억제되고 관련 피스톤이 180°의 크랭크 각과 360°의 크랭크 각 사이의 압축 행정에 있다는 점에서 추가로 보조될 수 있다.
킥 스타트 단계에서 기관의 회전 방향의 역전은 구체적으로 실린더 안으로의 시동 공기의 공급없이 본 발명에 따라 전적으로 매우 특히 유리하게 개시될 수 있다. 또는, 기관의 회전 방향의 역전은 킥 스타트 단계에서 압축 스트로크에서의 실린더들 중 적어도 하나의 실린더 안으로의 시동 공기의 공급에 의해 보조될 수 있다. 하지만, 이러한 경우들에서 본 발명에 따른 역전 방법의 사용으로 인해 종래 기술에 비해 상당히 적은 시동 공기가 소비된다.
선택적으로는, 이미 상세하게 전술 및 설명된 바와 같이, 왕복 피스톤 내연 기관으로의 연료 공급은 예비 제동 단계에서 기관의 회전 속도에서의 제 1 감소를 위해 미리 정해진 회전 제한 속도 초과에서 이미 중단될 수 있어서, 본 발명에 따른 역전 방법이 성공적으로 사용될 수 있도록 회전 속도는 회전 제한 속도에 이르기 까지 또는 미만으로 감소된다.
매우 중요한 의미가 마찬가지로 특정 단계들에서 예비 제동 단계에 기인되어야 하므로, 상응하는 특히 적합한 예비 제동 프로세스가 이하에서 상이한 변형예들로 상세하게 설명될 것이다. 특히, 선박이 비교적 높은 속도를 가질 때 또는 기관이 여전히 비교적 높은 회전 속도에 있을 때 뿐만 아니라, 예를 들어 기관이 회전 제한 속도까지 제동되는 비상 제동 상황들에서도 가능한 한 빨리 선박을 제동시키는 것이 중요하고, 따라서 본 발명에 따른 역전 방법이 가능한 한 빨리 사용될 수 있다.
뿐만 아니라, 예를 들어, 연료 공급이 예비 제동 단계에서 이러한 목적을 위해 중단될 수 있다. 유압 매체는 제 1 실린더와 관련된 제 1 피스톤의 상사점 위치의 구역에서의 제 1 크랭크 각에서 제 1 실린더의 제 1 출구 밸브의 밸브 유압 장치들의 미리 정해진 최대 개방 압력에서 추가적으로 제공될 수 있어서, 제 1 출구 밸브는 일러도 제 1 피스톤의 상사점 위치를 통한 제 1 피스톤의 통과시에 제 2 크랭크 각에서 밸브 유압 장치들에 의해 자동적으로 개방된다. 따라서, 유압 시스템에 대한 최대 개방 압력의 적용은, 상응하는 출구 밸브가 상사점 이후에 가능한 가장 이른 시간에 개방되어, 가능한 한 적은 압력 에너지가 프로펠러의 이동에 피드백되는 것을 보장한다.
본 발명에 따른 역전 프로세스의 바람직한 실시형태에서, 제 2 크랭크 각은, 제 1 피스톤의 상사점과 하사점 사이의 범위 내에서, 제 1 피스톤의 상사점 이후에, 180°~ 360°의 값에서, 바람직하게는 180°~ 225°또는 180°~ 200°의 값에서, 특히 바람직하게는 180°~ 190°에 놓이는 제 2 크랭크 각에서 선택된다.
예비 제동 단계에서 제동 효과의 추가의 개선을 얻기 위하여, 제 1 출구 밸브는 제 1 실린더 내에서 미리 정해진 진공을 생성하기 위하여 제 1 피스톤의 하사점과 제 2 크랭크 각 사이의 구역에서의 제 3 크랭크 각에서 다시 폐쇄된다. 이러한 조치가 취해지는 기관의 예비 제동 단계에 따라, 포지티브한 후속 효과들이 실질적으로 야기될 수 있다.
제 1 회전 방향에서의 기관의 회전의 예비 제동 단계에서 제 1 실린더 내에 진공이 생성되면, 그리고 제 3 크랭크 각이 따라서 선택되면, 제 1 회전 방향에서의 왕복 피스톤 내연 기관의 회전의 제동이 진공의 형성에 의해 보조되도록 제 3 크랭크 각의 적합한 선택으로 출구 밸브의 폐쇄에 의해 제 1 실린더 내에서 진공이 형성될 수 있다. 그럼으로써, 피스톤에 대한 적어도 약간의 흡입 효과는 따라서 피스톤 이동의 상응하는 제동이 초래되도록 발생하고, 이는 기관으로부터 모션 에너지를 추가로 제거하며, 따라서 제동을 가속시킨다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 또는 대안의 조치는, 제 1 출구 밸브가 하사점과 상사점 사이의 제 4 크랭크 각에서, 바람직하게는 실린더 안으로의 소기 공기의 공급을 종료한 이후에 도달되는 제 4 크랭크 각에서 폐쇄되는 것을 포함한다.
제 4 크랭크 각에서 제 1 출구 밸브의 폐쇄에 의해 제 1 실린더 내에 초과압이 형성되도록, 제 4 크랭크 각이 왕복 피스톤 내연 기관의 회전의 제동 단계에서 선택될 때에, 제 1 회전 방향에서의 왕복 피스톤 내연 기관의 회전의 제동이 그럼으로써 초과압의 형성에 의해 보조된다. 그리고, 실제로 운동 에너지가 압력 에너지로 전환되는 실린더 내에서 형성되는 압력으로 인해 운동 에너지가 기관으로부터 제거되기 때문에, 이로 인해 제 1 회전 방향에서의 기관의 제동이 매우 효과적으로 보조된다.
실제로, 왕복 피스톤 내연 기관이 동시에 상이한 크랭크 각들로 각각의 경우에 적어도 부분적으로 그 자체가 공지된 방식으로 위치되는 복수의 실린더들을 구비하여, 상이한 조치들의 누적 효과가 생성되도록 기관의 역전 또는 제동을 가속시키기 위해 본 명세서에서 지정된 조치들은 동시에 취해질 수 있다.
또한, 본 발명은 마침내 본 발명에 따른 역전 방법을 실행하기 위한 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 기관을 제어하기 위해 데이터 프로세싱 시스템에의 설치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품 및 기관, 특히 본 명세서에서 개시된 바와 같은 역전 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 데이터 프로세싱 시스템을 포함하는 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 왕복 피스톤 내연 기관에 관한 것이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태들은 명세서에 의존하여 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있고 개시된 특정한 실시형태들이 단지 한 예로서 이해되어야 한다는 것이 이해된다. 당업자는 본 발명의 개시된 실시형태들의 추가의 유리한 개발들을 즉시 간단하게 인식하고, 간단한 추가의 개발들이 또한 자연적으로 본 발명에 의해 커버된다는 것을 이해한다.

Claims (15)

  1. 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법으로서,
    상기 기관은 180°의 크랭크 각에 상응하는 상사점과 0°또는 360°의 크랭크 각에 상응하는 하사점 사이에서 앞뒤로 이동가능한 피스톤이 배치되는 실린더를 포함하고, 또한 상기 기관은 밸브 유압 장치들을 통해 미리 정해진 개방 압력에서 유압 매체에 의해 전자 제어 디바이스를 통해 유압식으로 작동되는 출구 밸브를 구비하고, 상기 역전 방법은 바람직하게는 예비 제동 단계에 후속하는 적어도 이하의 방법 스텝들을 포함하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법:
    - 제 1 제동 단계에서, 제 1 회전 방향에서의 상기 기관의 회전의 회전 속도를 줄이기 위해, 상기 전자 제어 디바이스로의 정지 명령에 의해 상기 기관으로의 연료 공급이 중단되고 그리고/또는 상기 연료 공급은 중단된 채 유지되는 스텝,
    - 상기 기관의 복수의 출구 밸브들이 상기 제 1 제동 단계에서 미리 정해진 회전 제한 속도 미만에서 미리 정해진 순서로 개방되고, 개방된 상기 출구 밸브들은 상기 제 1 제동 단계의 종료까지 개방된 채 유지되는 스텝,
    - 제 2 제동 단계에서, 적어도 실린더들의 모든 출구 밸브들이 동시에 폐쇄되어, 상기 실린더의 소기 슬릿들을 통한 소기 공기의 공급이 억제되고, 관련 피스톤이 0°의 크랭크 각과 180°의 크랭크 각 사이의 압축 행정에 있는 스텝,
    - 상기 제 2 제동 단계에 후속하는 킥 스타트 (kick-start) 단계에서, 상기 기관이 상기 제 1 회전 방향에 반대되는 회전 방향으로 회전되는 스텝.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기관의 복수의 출구 밸브들은 상기 제 1 제동 단계에서 상기 미리 정해진 회전 제한 속도 미만에서 동시에 개방되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기관의 모든 출구 밸브들은 상기 제 1 제동 단계에서 상기 미리 정해진 회전 제한 속도 미만에서 상기 미리 정해진 순서로 개방되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관의 모든 출구 밸브들은 상기 제 1 제동 단계에서 상기 미리 정해진 회전 제한 속도 미만에서 동시에 개방되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 제동 단계에서, 상기 실린더들의 모든 출구 밸브들은 추가로 동시에 폐쇄되어, 상기 실린더의 소기 슬릿들을 통한 소기 공기의 공급이 억제되고, 관련 피스톤이 180°의 크랭크 각과 360°의 크랭크 각 사이의 팽창 행정에 있는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관의 회전 방향의 역전은 상기 킥 스타트 단계에서 실린더 안으로의 시동 공기의 공급없이 개시되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관의 회전 방향의 역전은 상기 킥 스타트 단계에서 상기 압축 행정에서의 실린더들 중 적어도 하나의 실린더 안으로의 시동 공기의 공급에 의해 보조되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 피스톤 내연 기관으로의 연료 공급은 상기 예비 제동 단계에서 상기 기관의 회전 속도의 제 1 감소를 위해 상기 미리 정해진 회전 제한 속도 초과에서 이미 중단되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관으로의 연료 공급은 상기 예비 제동 단계에서 상기 기관의 회전 속도의 제 1 감소 및/또는 추가의 감소를 위해 상기 미리 정해진 회전 제한 속도 초과에서 이미 중단되고, 상기 유압 매체는 상기 기관의 회전 속도의 감소의 가속을 위해 제 1 실린더와 관련된 제 1 피스톤의 상사점 위치의 구역에서의 제 1 크랭크 각에서 상기 제 1 실린더의 제 1 출구 밸브의 밸브 유압 장치들의 미리 정해진 최대 개방 압력에서 제공되어, 상기 제 1 출구 밸브는 일러도 상기 제 1 피스톤의 상사점 위치를 통한 상기 제 1 피스톤의 통과시에 제 2 크랭크 각에서 상기 밸브 유압 장치들에 의해 자동적으로 개방되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 크랭크 각은, 상기 제 1 피스톤의 상사점과 하사점 사이의 범위 내에서, 상기 제 1 피스톤의 상사점 이후에, 180°~ 360°의 값에, 바람직하게는 180°~ 225°또는 180°~ 200°의 값에, 특히 바람직하게는 180°~ 190°의 제 2 크랭크 각에 놓이는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 출구 밸브는 상기 제 1 실린더 내에 미리 정해진 진공을 생성하기 위하여 상기 제 1 피스톤의 하사점과 상기 제 2 크랭크 각 사이의 구역에서의 제 3 크랭크 각에서 다시 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 크랭크 각은 상기 제 3 크랭크 각에서 상기 제 1 출구 밸브의 폐쇄에 의해 상기 제 1 실린더 내에 진공이 형성되도록 선택되어서, 상기 제 1 회전 방향에서의 상기 기관의 회전의 제동이 상기 진공의 형성에 의해 보조되는 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 제동 단계는 상기 미리 정해진 회전 제한 속도까지 상기 기관을 제동시키기 위한 긴급 제동 프로세스인 것을 특징으로 하는, 기관의 회전의 신속한 역전을 위한 역전 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 역전 방법을 실행하기 위한 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 기관을 제어하기 위한 데이터 프로세싱 시스템에의 설치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 역전 방법을 실행하기 위해 제 14 항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 구비하는 데이터 프로세싱 시스템을 포함하는 기관, 특히 저속으로 작동하는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 기관 형태의 왕복 피스톤 내연 기관.
KR1020150145001A 2014-10-31 2015-10-16 기관의 신속한 역전을 위한 역전 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 기관 KR102385770B1 (ko)

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