KR20160051662A - 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진용의 모니터링 시스템과 실린더를 갖는 가스 공급 시스템, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진 및 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법 - Google Patents

왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진용의 모니터링 시스템과 실린더를 갖는 가스 공급 시스템, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진 및 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법 Download PDF

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잉게마르 뉘룬드
마르켈 오트
크리스떼르 하따르
세바슈티안 헨젤
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빈터투르 가스 앤 디젤 아게
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Abstract

본 발명은 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진, 특히 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진용의 가스 공급 시스템 (1) 에 관한 것이고, 가스 공급 시스템 (1) 은 가스 유입구 노즐 (3) 를 갖는 가스 유입구 밸브 (2) 를 포함하고, 가스 유입구 노즐 (3) 은 상기 가스 유입구 노즐 (3) 이 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 실린더 (4) 의 실린더 벽 (41) 에 배열될 수 있고, 따라서 연료로서 제공된 연료 가스 (5) 가 가스 공급 시스템 (1) 의 설치 상태에서 가스 유입구 노즐 (3) 에 의해 실린더 (4) 의 연소 공간 (42) 에 공급될 수 있도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 밸브 본체 (6) 의 위치를 결정하기 위한 모니터링 시스템은 연소 공간 (42) 내로의 연료 가스 유동을 모니터링하기 위해 제공된다. 본 발명은 추가로 실린더 및 가스 공급 시스템 (1) 을 갖는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진 및 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법에 관한 것이다.

Description

왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진용의 모니터링 시스템과 실린더를 갖는 가스 공급 시스템, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진 및 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법{GAS SUPPLY SYSTEM HAVING A MONITORING SYSTEM AND CYLINDER FOR A RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE, RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF OPERATING A RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 각각의 카타고리의 독립항의 서문에 따른 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진용의 모니터링 시스템을 갖는 가스 공급부, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진, 및 구체적으로 단류 소기식 (uniflow-scavenged) 대형 2 행정 디젤 엔진용의 가스 공급부를 갖는 실린더 뿐만 아니라 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법에 관한 것이다.
대형 디젤 엔진들은 선박들용의 드라이브 유닛들로서 또는 또한 정적 작동에서, 예를 들면 전기적 에너지의 발전용의 대형 발전기들의 구동을 위해 빈번히 사용된다. 이와 관련하여, 엔진들은 대체로 상당한 시간 기간들에 걸쳐 영구적인 작동으로 운행되고, 이는 작동 안정 보장성 및 효용성을 상당히 요구한다. 특히 긴 사용 수명들, 낮은 마모성 및 연료들과 작동 재료들의 경제적 처리는 따라서 오퍼레이터가 기계들을 작동하는 데 중요한 기준이다. 그러한 큰 보어를 갖는 슬로우 운행 디젤 엔진들의 피스톤 운행 거동에서는 무엇보다도, 사용 수명 기간에 걸친 효용성 및 윤활유 소비가 또한 작동 비용들 및 따라서 작동 효율을 직접 결정하는 인자이다.
수년간 중요성이 증가되는 추가의 본질적인 포인트는 방출물들의 양, 특히 방출물들에서 질소 산화물 농도이다. 상응하는 배기 방출물 표준들에 대한 법 규제들 및 제한 값들은 여기서 점점 더 엄격해지고 또한 근 미래에에는 심지어 더욱 더 엄격해질 것이다. 그 결과 특히 대형 2 행정 디젤 엔진들에 있어서, 배기 방출물 표준들의 준수가 더욱 더 어렵게 되고, 기술적으로 보다 복잡하고 따라서 보다 값비싸기 때문에 또는 궁극적으로 그 준수가 더 이상 현저하게 불가능하게 되기 때문에, 오염 물질들로 심각하게 오염되는 전통적인 중유의 연소 뿐만 아니라 디젤유 또는 다른 연료들의 연소는 점점 더 보다 문제점을 가지게 될 것이고, 따라서 상응하는 엔진들은 작동을 중지해야 하거나 또는 복잡한 및/또는 값비싼 방식으로 적어도 개조되어야만 할 것이다.
실제로, 따라서 소위 "이중-연료" 엔진들, 즉 두개의 상이한 연료들을 사용하여 작동할 수 있는 엔진들에 대한 필요가 이미 오래전부터 존재하였다. 이와 관련하여, 한편으로, 내연 엔진을 구동하는 데 적절한 가스, 예를 들면 천연 가스, 예를 들면 소위 "액화 천연 가스" (LNG) 의 형태의 가스, 또는 액화 석유 가스 또는 또 다른 가스의 형태의 가스는 빈번히 연소되어야만 하고, 다른 한편으로, 휘발유, 디젤, 중유 연료 또는 또 다른 적절한 액체 연료와 같은 또 다른 연료는 하나의 그리고 동일한 엔진에서 연소될 수 있다. 이와 관련하여, 엔진들은 2 행정 엔진들 및 4 행정 엔진들 양쪽일 수 있고 이들은 이와 관련하여, 소형 엔진들, 중형 크기의 엔진들 또는 또한 대형 엔진들, 특히 또한 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진들일 수 있고, 그와 같은 것은 선박들에서 드라이브 유닛들로서 사용될 뿐만 아니라, 파워 스테이션들에서 전기 에너지를 발전하기 위해 빈번히 사용된다.
그러나, 순수 가스 엔진들, 즉 가스로만 작동될 수 있고, 대안적으로 디젤, 중유 또는 또 다른 연료로는 작동될 수 없는 엔진들이 또한 점점 더 요구되고 있는 데, 이는 특히 높은 배기 방출물 표준들이 합법적인 기술적 성과를 통해 가스의 연소에 대해 경제성있게 실용적으로 준수될 수 있도록 요구될 경우이다. 그러한 순수 가스 엔진은 예를 들면, WO 2010 147071 A1 에 개시되어 있다. 추가의 종래 기술은 예를 들면 DE 10 2010 005814 A1 에서 찾아볼 수 있다.
엔진이 이중 연료 엔진 또는 순수 가스 엔진인 지의 여부에 관계없이, 상응하는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 실린더의 연소 공간 내로 연소 가스의 도입 프로세스는 그러한 엔진의 신뢰성있는 그리고 안전한 작동을 위해 결정적으로 중요하다.
왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 연소 공간 내로 연료 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템은 이와 관련하여 상이한 부분의 기능들이 서로 정확하게 조정되어야만 하도록 소정 방식으로 서로에 부가적으로 영향을 주는 복수의 상이한 기능들을 갖는다. 뿐만 아니라, 가스 공급 시스템의 정확한 구성은 예를 들면 그 중에서도 주어진 또는 바람직한 작동 상태에, 예를 들면 엔진이 전체-부하 범위 또는 부분-부하 범위에서 주로 작동하는 지의 여부에 또는 변경이 이들 작동 모드들 사이에서 빈번히 행해져야만 하는 지의 여부에 따를 수 있고, 또는 예를 들면 엔진이 이중 연료 엔진 또는 순수 가스 엔진인지의 여부에 따를 수 있다. 또는 가스 공급 시스템의 구체적인 실시형태는 또한 엔진의 구성 사이즈에 따르거나, 그 파워, 배기량, 바람직한 선회 범위에 따르거나 또는 다른 구성 변형예들 또는 당업자에게 그 자체로 공지된 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 작동 상태들에 따를 수 있다.
이와 관련하여, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진들에 있어서, 가스 공급 시스템은, 뿐만 아니라 4 행정 엔진들에서 빈번히 충분히 요구되는 바와 같이 엔진의 연소 공간 내로 도입될 가스의 양을 계량하는 기능을 갖는다. 대형 2 행정 디젤 엔진들에 있어서, 추가의 요구 조건에 더해, 소기 공기와 가스 공급 시스템에 의해 도입되는 가스의 정확한 그리고 신뢰성있는 혼합은 그 중에서도 결정적인 지점 (decisive point) 에서 행해진다.
추가의 주요한 지점은 엔진의 작동 안전성과 관련된다. 가스 공급 시스템이 전체적으로 또는 부분적으로 고장일 경우에, 적절한 안전성 조치들이 가스의 엔진의 연소 공간 내로의 도입을 방지하도록 취해지지 않는다면 예를 들면 너무 많은 양의 가스가 엔진의 연소 공간 내로 도입될 수 있다. 엔진의 연소 공간으로의 그러한 지나치게 많은 양의 연료 가스는 예를 들면 대형 디젤 엔진의 배기 가스 시스템 또는 소기 시스템에서 비제어된 폭발들을 발생시킬 수 있고, 그 결과 상응하는 구성 요소들이 과열되거나 또는 심지어 손상되어, 최악의 경우에 전체 엔진의 고장을 일으키고, 이는 특히 먼 바다에서 비극적인 재앙들을 발생시킬 수 있고 심지어 전체 선박의 소실을 일으킬 수 있다.
그러나 그러한 오작동의 결과들이 현저하지 않을 지라도, 이러한 종류의 보다 덜 심각한 장애들은 또한 원치않는 단점들을 발생시킬 수 있다.
예를 들면 결함으로 인해, 가스 공급 시스템이 엔진의 연소 공간 내로 너무 많은 양 또는 너무 작은 양의 가스를 각각 도입한다면, 이는 방출물 값들, 예를 들면, 질소 산화물 함량 또는 다른 방출물 값들에 상당히 부정적인 영향을 줄 수 있다.
또는, 그러나, 가스로, 예를 들면 상기 언급된 LNG 로의 작동에서, 불완전 연소 및 따라서 너무 높은 값들을 갖는 CH4 슬립으로서 당업자에게 공지된 현상은 가스 공급 시스템의 오작동 시 발생할 수 있다. 상응하는 엔진이 현재 가스로, 즉 가스 모드로 작동된다면, 연소 시에 가스 공급 시스템의 오작동으로부터 발생되는 배기 가스들은, 그 중에서도 예를 들면 실린더 벽에서의 연소 절차 시에 연소 화염의 자연적인 냉각 ("소염 (flame quenching)") 으로부터 기인할 수 있거나 또는 신선한 공기와의 실린더의 소기가 동시에 폐쇄되지 않는 유출구 밸브에 의해 행해지는 단계에서 배출될 수 있거나 또는 상이한 방식으로 배출될 수 있는 상당한 양의 메탄 및/또는 포름알데히드 방출물들을 포함할 수 있다.
유사한 결과들은 가스가 적절하지 못한 방식, 예를 들면 분사 제트의 적절하지 못한 압력 또는 적절하지 못한 지오메트리, 적절하지 못한 각도, 적절하지 못한 위치에서 연소 공간 내로 도입되거나 또는 또 다른 방식으로 적절하지 못하게 엔진의 연소 공간 내로 도입되는 경우에 발생될 수 있다.
예를 들면 배기 가스에서의 메탄 농도가 그러한 작동 상태들로 인해 상응하게 높다면, 이로써 엔진의 안전한 작동은 마찬가지로 손상받을 수 있다. 예를 들면 메탄이 배기 가스 시스템에서, 예를 들면 배기 가스 매니폴드에서 또는 터보 차져 전의 영역에서 또는 심지어 터보 차저에서의 영역에서에서 점화될 위험성이 존재한다. 최악의 경우에, 배기 가스 시스템에서 메탄의 점화는 메탄 가스 점화의 해로운 영향들에 노출되는 상응하는 구성 요소들에 손상을 발생시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 메탄은 공지된 바와 같이 소위 "에너지 효율 설계 지수 (energy efficiency design index)" (EEDI) 의 연산에 현저한 부정적인 영향을 줄 수 있는 이산화 탄소보다 적어도 25 배 이상 강력한 극도로 유력한 온실 가스이다.
빈번히 사용되고 매우 민감한 산화 촉매들은 또한 배기 가스 공급 시스템의 오작동에 의해 그리고 이로부터 기인되는 결과들에 의해 실질적으로 손상받을 수 있고, 최악의 경우에 단지 짧은 시간 후에 회복 불가능하게 손상받을 수 있고, 이로써 엔진의 추가의 안전한 그리고 신뢰성있는 작동은 적어도 회의적이고 최악의 경우에 불가능하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 가스 공급 시스템, 가스 공급 시스템을 갖는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진용의 실린더, 특히 실린더 라이너, 또는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진, 특히 가스 공급 시스템을 갖는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 것이고, 이들은 상이한 엔진들 또는 상이한 작동 상태들 또는 요구에 유연성있게 맞춰질 수 있고, 따라서 또한 구체적인 경우들에서 보다 구형의 엔진에서 레트로피트 (retrofit) 를 가능하게 할 수 있거나 또는 기존의 엔진들이 다른 작동 모드들 또는 작동 상태들에 유연성있게 및 간단하게 개조되거나 또는 맞춰질 수 있다. 이와 관련하여, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 연소 공간 내로의 가스의 안전한 도입은 신뢰성있게 보장되어야만 할 뿐만 아니라 소기 공기와의 이상적인 혼합은 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진들의 경우에 연소 공간에서도 보장되어야만 한다. 뿐만 아니라, 가스 공급 시스템 및 그 구성 요소들은 누출에 대해 신뢰성있게 보장되어야만 한다.
이들 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 주제물들은 독립항인 제 1 항, 제 12 항, 제 14 항 및 제 15 항의 특징부들을 특징으로 한다.
각각의 종속항들은 특히 유리한 본 발명의 실시형태들에 관한 것이다.
본 발명은 따라서 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진용의, 특히 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진용의 가스 공급 시스템에 관한 것이고, 가스 공급 시스템은 가스 유입구 노즐을 갖는 가스 유입구 밸브를 포함하고, 상기 가스 유입구 노즐은 가스 유입구 노즐이 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 실린더의 실린더 벽에 배열될 수 있고, 따라서 연료로서 제공되는 연료 가스가 가스 공급 시스템의 설치 상태에서 가스 유입구 노즐에 의해 실린더의 연소 공간으로 공급될 수 있도록 구성된다. 이와 관련하여, 가스 유입구 밸브는 연료 가스가 작동 상태에서 가스 유입구 노즐 내로의 저장 및 공급을 위해 가스 공급부를 통해 제공될 수 있고 밸브 하우징에 배열되는 압력 공간을 포함한다. 밸브 샤프트에 배열된 밸브 디스크를 갖고 그리고 밸브 시트를 갖는 밸브 본체는 압력 공간에 제공되고, 상기 밸브 시트는 밸브 본체의 폐쇄 상태에서 밸브 디스크와 밀봉식으로 협동하고, 따라서 압력 공간으로부터 가스 유입구 노즐 내로의 연료 가스의 공급은 억제되고, 밸브 디스크는 밸브 샤프트와 작동 연결된 밸브 드라이브에 의해 밸브 시트로부터 상승될 수 있고, 따라서 연료 가스는 밸브 본체의 개방 상태에서 밸브 디스크를 지나 압력 공간으로부터 가스 유입구 노즐로 공급될 수 있다. 본 발명에 따르면, 밸브 본체의 위치를 결정하기 위한 모니터링 시스템은 연소 공간 내로의 연료 가스 유동을 모니터링하기 위해 제공된다.
엔진의 작동 안전성은 본 발명에 따른 모니터링 시스템에 의해 결정적으로 개선된다. 가스 공급 시스템이 전체적으로 또는 부분적으로 고장일 경우에, 적절한 안전성 조치들이 가스의 엔진의 연소 공간 내로의 도입을 방지하도록 취해지지 않는다면 예를 들면 너무 많은 양의 가스가 엔진의 연소 공간 내로 도입될 수 있다. 엔진의 연소 공간으로의 그러한 지나치게 많은 양의 연료 가스는 예를 들면 대형 디젤 엔진의 배기 가스 시스템 또는 소기 시스템에서 비제어된 폭발들을 발생시킬 수 있고, 그 결과 상응하는 구성 요소들이 과열되거나 또는 심지어 손상되어, 최악의 경우에 전체 엔진의 고장을 일으키고, 이는 특히 먼 바다에서 비극적인 재앙들을 발생시킬 수 있고 심지어 전체 선박의 소실을 일으킬 수 있다.
그러나 그러한 오작동의 결과들이 현저하지 않을 지라도, 이러한 종류의 보다 덜 심각한 장애들은 또한 원치않는 단점들을 발생시킬 수 있다.
예를 들면 결함으로 인해, 가스 공급 시스템이 엔진의 연소 공간 내로 너무 많은 양 또는 너무 작은 양의 가스를 각각 도입한다면, 이는 방출물 값들, 예를 들면, 질소 산화물 함량 또는 다른 방출물 값들에 상당히 부정적인 영향을 줄 수 있다.
또는, 그러나, 가스, 예를 들면 상기 언급된 LNG 로의 작동에서, 불완전 연소 및 따라서 너무 높은 값들을 갖는 CH4 슬립으로서 당업자에게 공지된 현상은 가스 공급 시스템의 오작동 시 발생할 수 있다. 상응하는 엔진이 현재 가스로, 즉 가스 모드로 작동된다면, 연소 시에 가스 공급 시스템의 오작동으로부터 발생되는 배기 가스들은, 그 중에서도 예를 들면 실린더 벽에서의 연소 절차 시에 연소 화염의 자연적인 냉각 ("소염 (flame quenching)") 으로부터 기인할 수 있거나 또는 신선한 공기와 실린더의 소기가 동시에 폐쇄되지 않는 유출구 밸브에 의해 행해지는 단계에서 배출될 수 있거나 또는 상이한 방식으로 배출될 수 있는 상당한 양의 메탄 및/또는 포름알데히드 방출물들을 포함할 수 있다.
유사한 결과들은 가스가 적절하지 못한 방식, 예를 들면 분사 제트의 적절하지 못한 압력 또는 적절하지 못한 지오메트리, 적절하지 못한 각도, 적절하지 못한 위치에서 연소 공간 내로 도입되거나 또는 또 다른 방식으로 적절하지 못하게 엔진의 연소 공간 내로 도입되는 경우에 발생될 수 있다.
예를 들면 배기 가스에서의 메탄 농도가 그러한 작동 상태들로 인해 상응하게 높다면, 이로써 엔진의 안전한 작동은 마찬가지로 손상받을 수 있다. 예를 들면 메탄이 배기 가스 시스템에서, 예를 들면 배기 가스 매니폴드에서 또는 터보 차져 전의 영역에서 또는 심지어 터보 차저에서의 영역에서 점화될 위험성이 존재한다. 최악의 경우에, 배기 가스 시스템에서 메탄의 점화는 메탄 가스 점화의 해로운 영향들에 노출되는 상응하는 구성 요소들에 손상을 발생시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 메탄은 공지된 바와 같이 소위 "에너지 효율 설계 지수 (energy efficiency design index)" (EEDI) 의 연산에 현저한 부정적인 영향을 줄 수 있는 이산화 탄소보다 적어도 25 배 이상 강력한 극도로 유력한 온실 가스이다.
빈번히 사용되고 매우 민감한 산화 촉매들은 또한 배기 가스 공급 시스템의 오작동에 의해 그리고 이로부터 기인되는 결과들에 의해 실질적으로 손상받을 수 있고, 최악의 경우에 단지 짧은 시간 후에 회복 불가능하게 손상받을 수 있고, 이로써 엔진의 추가의 안전한 그리고 신뢰성있는 작동은 적어도 회의적이고 최악의 경우에 불가능하게 된다.
이들 부분적으로 매우 심각한 문제점들은 본 발명에 의해 우선 신뢰성있게 회피될 수 있다.
이러한 목적을 위해, 연소 공간 내로 연료 가스 유동을 모니터링하기 위한 본 발명에 따른 가스 공급 시스템은 밸브 본체의 위치를 결정하기 위한 모니터링 시스템을 포함할 수 있고, 모니터링 시스템은 경로 센서, 특히 전기 또는 전자기 경로 센서, 구체적으로 유도, 정전 용량 또는 광학 경로 센서이고, 따라서 밸브 본체의 각각의 위치, 특히 가스 유입구 밸브가 개방되거나 또는 폐쇄되는 지의 여부가 임의의 시간에서 신뢰성있게 검출될 수 있다.
모니터링 시스템은 이와 관련하여 특히 바람직하게 모니터링 유닛과 신호 통신되고, 따라서 작동 상태에서 밸브 본체의 위치는 모니터링 유닛에 의해 검출될 수 있고, 따라서 가스 유입구 노즐로의 연료 가스 공급은 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 크랭크 각도에 따라 및/또는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 가스 교환 밸브의 위치에 따라 억제될 수 있다. 따라서 본 발명에 의해 우선 가스 공급 시스템을 오작동을 검출할 뿐만 아니라, 오작동에 따른 작동 시에 안전 프로토콜로 설정되는 것이 가능하고, 따라서 예를 들면 가스 공급 시스템으로의 연료 가스 공급은 자동적으로 억제되고 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 바람직하게 자동적으로 스위칭 오프되고 디젤유 또는 중유와 같은 대안적인 연료에 의한 작동으로의 스위칭은 특히 바람직하게 자동적으로 행해진다.
가스 유입구 시스템은 이와 관련하여 바람직하게 밸브 샤프트를 구동하는 밸브 드라이브가 기계식, 전기식 또는 공압식 밸브 드라이브, 특히 유압식 밸브 드라이브로 되도록 구성되고, 밸브 드라이브에 대해 작용하는 특히 바람직하게 복원 스프링의 형태의 특히 복원 디바이스는 밸브 본체를 폐쇄하기 위해 제공된다.
밸브 샤프트는 실시를 위해 특히 중요한 구체적인 실시형태에서 샤프트 하우징의 가이드 보어에서 안내된다. 이와 관련하여, 가이드 보어는 압력 공간에서 연료 가스의 가스 압력에 대해 밀봉하기 위한 밀봉 압력으로 유압식 오일에 의해 작용될 수 있고, 상기 밀봉 압력은 바람직하게 압력 공간에서 연료 가스의 연료 가스 압력보다 높고, 따라서 가이드 보어 내로의 연료 가스의 침투 또는 가이드 보어를 통한 연료 가스의 유동은 실질적으로 방지될 수 있다.
밀봉 압력이 바람직하게 압력 공간에서 연료 가스의 연료 가스 압력보다 높은 것은 어떠한 연료 가스도 가스 공급 시스템의 추가의 구성 요소들 내로 특히 밸브 샤프트의 유압식 드라이브 내로 비제어된 방식으로, 밸브 샤프트를 따라 진입할 수 없기 때문에 필수적이고, 즉 어떠한 가스 누출들도 발생할 수 없거나, 또는 매우 양호한 제어 하에서 단지 작은, 기술적으로 무의미한 가스 누출들만이 밸브 샤프트에서 또는 밸브 샤프트를 따라 발생할 수 있다. 따라서 밸브 샤프트는 상응하게 신뢰성있게 밀봉되어야만 하고, 이러한 밀봉은 종래 시스템들에서, 예를 들면 상응하는 밀봉 링들로써 시도되었지만, 이는 밀봉 링들이 가압된 연료 가스에 대해 임의의 충분한 밀봉 효과를 나타내지 못하거나 또는 예를 들면 또한 작동 상태에서 발생되는 마찰 현상으로 인해 너무 빨리 마모되고 따라서 궁극적으로 너무 값비싸고 신뢰성을 갖지 못하기 때문에 오히려 대체로 불리하다고 증명되었다.
이들 문제점들은 또한 우선 본 발명에 의해 신뢰성있게 회피된다.
실시를 위해 특히 중요한 실시형태에서, 가스 유입구 노즐은 가스 유입구 밸브에 해제 가능하게 그리고 실린더 벽에 대체 가능하게 연결되고, 가스 유입구 노즐의 노즐 축선은 가스 유입구 밸브의 밸브 축선에 대해 사전 규정 가능한 각도로 배열되고, 따라서 연료 가스는 가스 공급 시스템의 작동 상태에서 그리고 설치 상태에서 실린더의 방사상 방향에 대해 및/또는 축방향에 대해 제로와 상이한 사전 규정 가능한 각도로 실린더의 연소 공간 내로 분사될 수 있다.
상기 각도는 이때 가스 유입구 노즐의 노즐 축선과 가스 유입구 밸브의 밸브 축선 사이의 각도에 대한 보각 (supplementary angle) 인 분사 각도를 칭하고, 즉 분사 각도와 노즐 축선과 밸브 축선 사이의 각도는 180°를 형성하도록 서로 여각 (complement) 이다. 분사 각도는 바람직하게 10 도 내지 80 도, 특히 바람직하게 10 도 내지 35 도의 각도에 달하고; 분사 각도는 구체적으로 거의 22.5 도이다.
본 발명에 따른 특정한 가스 공급 시스템은 따라서 본질적인 요소들로서 밸브 디스크를 구비한 밸브 샤프트를 갖는 밸브를 포함하고, 바람직한 양의 가스는 밸브 디스크를 통해 폐쇄 상태에서 밸브 시트와 밀봉식으로 협동하는 일반적으로 유압식으로 제어되는 밸브에 의해 그리고 가능하게 노즐들 및 적절한 노즐 채널에 의해 연소 공간 내로 도입된다.
따라서 본 발명에 따른 가스 공급 시스템은 또한 우선 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 연소 공간 내로 연료 가스를 공급하는 데 유용하고, 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 그 두 부분의 실시형태로 인해 이전에 알려지지 않은 유연성을 갖다. 가스 유입구 노즐이 가스 유입구 밸브에 해제 가능하게 그리고 실린더 벽에 대체 가능하게 연결되므로, 가스 유입구 노즐은, 예를 들면 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 연소 공간에서 구체적인 연소 조건들에 대한 요구들에 따라 가스 유입구 밸브와 별도로 대체될 수 있고, 따라서 연소 공간 내로의 연료 가스의 분사를 위한 상이한 분사 조건들은 간단하게 충족될 수 있고 변경된 요구들에 대해 이상적으로 조정될 수 있다.
추가의 구체적인 실시형태에서, 본 발명의 가스 유입구 노즐의 노즐 축선은 더욱이 가스 유입구 밸브의 밸브 축선에 대해 사전 규정 가능한 각도로 배열되고, 따라서 연료 가스는 제로와 상이한 사전 규정 가능한 분사 각도로 가스 공급 시스템의 작동 상태에서 그리고 설치 상태에서 실린더의 연소 공간 내로 분사될 수 있다. 이는 가스 유입구 노즐의 두개의 메인 기능들이 이로써 동시에 고려되기 때문에 특히 중요하다: 한편으로, 연소 공간에서 조건들에 맞춰진 가스 유입구 노즐을 사용함으로써 정확한 계량이 가장 심하게 변하는 작동하는 조건들 하에서 가능하다. 그리고, 다른 한편으로, 소기 공기 및 연료 가스의 이상적인 혼합이 분사 각도의 정확한 선택 및 분사 제트 또는 복수의 분사 제트들의 지오메트리의 정확한 쵸이스에 의해 달성될 수 있고, 따라서 이상적인 연소가 보장되어 특히 요구된 방출물 표준들이 준수될 수 있고, 다른 한편으로 연료의 소비를 최소화시킬 수 있다.
이는 소정 방식으로 서로 추가로 영향을 주는 복수의 상이한 기능들이 본 발명에 의해 우선 서로 정확하게 조정될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들면 가스 공급 시스템의 정확한 구성에 의해, 구체적으로 적절한 가스 유입구 노즐의 쵸이스에 의해, 그 중에서도 주어진 또는 바람직한 작동 상태에서, 예를 들면 엔진이 전체-부하 범위에서 또는 부분-부하 범위에서 일반적으로 작동하는 지의 여부 또는 변경이 이들 작동 모드들 사이에서 빈번히 행해져야만 하는 지의 여부를 이상적으로 포커싱하는 것이 가능하다. 또는 가스 유입구 노즐은 엔진이 이중 연료 엔진 또는 순수 가스 엔진인 지의 여부에 따라 이상적으로 선택될 수 있다. 또는 가스 공급 시스템의 구체적인 실시형태는 또한 예를 들면 우선 엔진의 구성 사이즈, 그 파워, 배기량 (cubic capacity), 바람직한 선회 범위 또는 다른 구성 변형예들로, 또는 전체 가스 공급 시스템이 맞취지거나 또는 교체되어야 할 필요 없이 당업자에게는 자체로 공지된 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 작동 상태들로 유연성있게 설정될 수 있다. 따라서 예를 들면 단지 가스 유입구 노즐만이 본 발명에 따른 가스 공급 시스템의 사용에 대해 적절하게 선택되고 상응하게 교체되어야만 하는 한편, 그와 같은 가스 유입구 밸브는 유지될 수 있다.
이와 관련하여, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진들에 있어서, 가스 공급 시스템은 뿐만 아니라 4 행정 엔진들에서 빈번히 충분히 요구되는 바와 같이 엔진의 연소 공간 내에서 도입될 가스의 양을 계량하는 기능을 갖는다. 대형 2 행정 디젤 엔진들에 있어서, 이미 언급한 바와 같이, 요구들에 추가하여, 소기 공기와 가스 공급 시스템에 의해 도입되는 가스의 정확한 그리고 신뢰성있는 혼합은 그 중에서도 본 발명에 따른 가스 공급 시스템에 의해 우선 전체적으로 고려되는 결정적인 지점에서 행해진다.
소기 공기와 연료 가스의 혼합을 개선시키기 위해 또는 실린더 내로 연료 가스의 도입을 추가로 최적화하도록, 본 발명에 따른 추가의 조치로서, 가스 유입구 노즐은 또한 복수의 노즐 개구들을 가질 수 있다.
또한 두개의 노즐 개구들은, 연료 가스가 두개의 상이한 분사 각도들로 연소 공간 내로 도입될 수 있고, 이로써 예를 들면 연소 공간에서 보다 양호한 분배가 달성될 수 있도록 상이하게 정렬되는 것이 가능하다.
또는 대안적으로 또는 동시에, 그러나, 두개의 노즐 개구들은 연료 가스가 두개의 상이한 분사량들로 및/또는 두개의 상이한 유동 속도들로 및/또는 두개의 상이한 제트 지오메트리들로 두개의 노즐 개구들을 통해 연소 공간 내로 도입될 수 있도록 상이하게 구성될 수 있다.
더욱이 본 발명은 상기 상세하게 설명된 가스 공급 시스템을 갖는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진의 실린더, 특히 실린더 라이너에 관한 것이고, 가스 공급 시스템은 특히 바람직하게 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 피스톤의 상사점과 하사점 사이의 영역에서, 구체적으로 상사점과 하사점 사이의 이격의 20% 내지 80% 만큼, 바람직하게 45% 내지 65% 만큼, 특히 바람직하게 50% 내지 60% 만큼 상사점으로부터 떨어진 실린더의 영역에서 실린더에 제공된다. 뿐만 아니라 즉 소기 공기와 연료 가스의 심지어 보다 이상적인 혼합이 이로써 달성될 수 있다는 것이 발견되었다. 또한 이로써 연료 가스가 실린더 라이너에서 여전히 뜨거운 배기 가스들 내로 분사되는 것이 방지될 수 있고, 연료 가스는 조기에 점화될 수 있는 데, 이는 종래 기술 분야에서와 같이 가스 공급 시스템이 실린더 라이너에서 상사점에 근접하여 위치되는 경우일 수 있다.
본 발명은 더욱이 상기 설명된 가스 공급 시스템을 갖는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진에 관한 것이고, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 특히 바람직하게 연료 가스의 연소를 위한 그리고 대안적으로 추가의 연료의 연소를 위한, 특히 디젤 또는 중유의 연소를 위한 이중 연료 엔진이다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 물론 또한 단지 연료 가스만이 연소될 수 있는, 즉 다른 연료가 연소될 수 없는 순수 가스 엔진일 수 있다.
본 발명은 특히 또한 본 발명에 따른 가스 공급 시스템을 갖는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법에 관한 것이고, 이미 설명된 바와 같이 가스 공급 시스템의 오작동은 작동 상태에서 검출되고, 가스 공급 시스템으로의 연료 가스 공급은 억제되고 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 바람직하게 자동적으로 스위칭 오프되고 디젤유 또는 중유와 같은 대안적인 연료에 의한 작동으로의 스위칭은 특히 바람직하게 자동적으로 행해진다.
본 발명은 개략적인 도면을 참조하여 다음에 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 특히 가스 유입구 밸브 및 가스 유입구 노즐을 갖는 본 발명에 따른 가스 공급 시스템의 바람직한 실시형태를 도시한다.
도 1 은 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 실린더 라이너에서 본 발명에 따른 가스 공급 시스템의 기본 구성을, 상이한 구성 요소들의 상호 작용을 설명하기 위해 개략도로 도시하고, 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 본원에서 예로써 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진으로서 구성되지만, 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진의 기본 구성은 당업자에게 충분히 공지되어 있기 때문에 명확성을 이유로 임의의 보다 더 구체적인 상세로 도시되지 않는다. 본 발명에 따른 가스 공급 시스템은 다음에 도면 부호 1 로써 전체적으로 도시될 것이다.
단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진에 설치된 도 1 의 본 발명에 따른 가스 공급 시스템 (1) 의 구체적인 실시형태는 가스 유입구 노즐 (3) 을 갖는 가스 유입구 밸브 (2) 를 포함하고, 상기 가스 유입구 노즐 (3) 이 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 실린더 (4) 의 실린더 벽 (41) 에 구성되고 배열되어 연료로서 제공되는 연료 가스 (5) 가 가스 공급 시스템 (1) 의 설치 상태에서 가스 유입구 노즐 (3) 에 의해 실린더 (4) 의 보다 상세하게 도시되지 않은, 연소 공간 (42) 으로 공급될 수 있다. 이와 관련하여, 가스 유입구 밸브 (2) 는 밸브 하우징 (21) 에 배열되고 연료 가스 (5) 가 작동 상태에서 가스 유입구 노즐 (3) 내로의 저장 및 공급을 위해 가스 공급부 (23) 를 통해 제공될 수 있는 압력 공간 (22) 을 포함한다.
압력 공간 (22) 그 자체에서 또는 압력 공간 (22) 의 영역에서, 밸브 본체 (6) 는 밸브 샤프트 (61) 에 배열된 밸브 디스크 (62) 를 갖고 밸브 시트 (63) 를 갖도록 배열되고, 상기 밸브 시트 (63) 는 밸브 본체 (6) 의 폐쇄 상태에서 밸브 디스크 (2) 와 밀봉식으로 협동하여 압력 공간 (22) 으로부터 가스 유입구 노즐 (3) 로의 연료 가스 (5) 의 공급은 억제된다.
이러한 목적을 위해, 밸브 디스크 (2) 는 밸브 샤프트 (61) 와 작동 연결된 밸브 드라이브 (7) 에 의해 밸브 시트 (3) 로부터 상승될 수 있고, 따라서 연료 가스 (5) 는 밸브 본체 (6) 의 개방 상태에서 밸브 디스크 (2) 를 지나 압력 공간 (22) 으로부터 가스 유입구 노즐 (3) 로 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 유입구 노즐 (3) 은 가스 유입구 밸브 (2) 에 해제 가능하게 그리고 실린더 벽 (41) 에 대체 가능하게 연결되고, 가스 유입구 노즐 (3) 의 노즐 축선 (D) 은 가스 유입구 밸브 (2) 의 밸브 축선 (V) 에 대해 사전 규정 가능한 각도 (α) 로 배열되고, 따라서 연료 가스 (5) 는 가스 공급 시스템 (1) 의 작동 상태 및 설치 상태에서 실린더 (4) 의 방사상 방향 (R) 에 대해 및/또는 축방향 (A) 에 대해 제로와 상이한 사전 규정 가능한 각도로 실린더 (4) 의 연소 공간 (42) 내로 분사될 수 있다.
이와 관련하여, 상기 각도는 가스 유입구 노즐 (3) 의 노즐 축선 (D) 과 가스 유입구 밸브 (2) 의 밸브 축선 (V) 사이의 각도 (α) 의 보각인 방사상 방향에 대한 분사 각도 (β) 로 칭해지고, 즉 분사 각도 (β) 및 노즐 축선 (D) 과 밸브 축선 (V) 사이의 각도 (α) 는 180°를 형성하도록 서로 여각이며; 따라서, β　=　180°- α 로 적용된다. 분사 각도 (β) 는 바람직하게 10 도 내지 80 도, 특히 바람직하게 10 도 내지 35 도에 달하고; 분사 각도는 구체적으로 거의 22.5 도이다.
축방향에 대해, 각도 (β) 는 바람직하게 90°이고, 즉 연료 가스 (5) 는 바람직하게 축방향 (A) 에 대해 수직하게, 즉 도 1 의 도면 평면으로 또는 피스톤의 표면과 평행하게 분사된다.
비교적 간단한 가스 유입구 노즐 (3) 은 이와 관련하여 단지 하나의 노즐 개구 (31) 를 갖는다. 또 다른 구체적인 실시형태에서, 가스 유입구 노즐 (3) 은 그러나, 실제로 또한 복수의 노즐 개구들 (31) 을 가질 수 있고, 예를 들면 두개의 노즐 개구들 (31) 은 연료 가스 (5) 가 두개의 상이한 분사 각도들로 연소 공간 (42) 내로 도입될 수 있도록 상이하게 정렬될 수 있고, 및/또는 두개의 노즐 개구들 (31) 은 또한 또는 동시에 연료 가스 (5) 가 두개의 상이한 분사량들로 및/또는 두개의 상이한 속도들로 및/또는 두개의 상이한 제트 지오메트리들로 두개의 노즐 개구들 (31) 을 통해 연소 공간 (42) 내로 도입될 수 있도록 상이하게 구성될 수 있다.
더욱이, 실제로, 연소 공간 (42) 내로의 연료 가스 유동을 모니터링하기 위한 그리고 밸브 본체 (6) 의 위치를 결정하기 위한 도 1 에 명백하게 도시되지 않은 모니터링 시스템이 제공될 수 있고, 상기 모니터링 시스템은 특히 바람직하게 경로 센서, 특히 전기 또는 전자기 경로 센서, 구체적으로 유도, 정전 용량 또는 광학 경로 센서이다. 모니터링 시스템은 모니터링 유닛과 신호 통신되어, 작동 상태에서 밸브 본체 (6) 의 위치는 모니터링 유닛에 의해 검출될 수 있고 가스 유입구 노즐 (3) 로의 연료 가스 공급은 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 크랭크 각도에 따라 및/또는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 가스 교환 밸브의 위치에 따라 자동적으로 억제될 수 있다.
밸브 샤프트 (61) 를 구동하기 위한 밸브 드라이브 (7) 는 유압식 밸브 드라이브 (7) 이고, 그 기능 및 작동은 도 1 에 따른 실시형태에서 당업자에게 일반적으로 공지되어 있다. 밸브 본체 (6) 를 폐쇄하도록, 밸브 드라이브 (7) 에 대해 작용하는 복원 스프링 (81) 의 형태의 복원 디바이스 (8) 가 제공된다.
밸브 샤프트 (61) 는 샤프트 하우징 (9) 의 가이드 보어 (91) 에서 안내되고, 가이드 보어 (91) 는 밀봉 압력 (PA) 으로 유압식 오일 (10) 에 의해 작용될 수 있고, 상기 밀봉 압력 (PA) 은 압력 공간 (22) 에서 연료 가스 (5) 의 연료 가스 압력 (BG) 보다 여기서 더 높고, 따라서 가이드 보어 (91) 내로의 연료 가스 (5) 의 침투는 실질적으로 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 가스 공급 시스템은 바람직하게 저압 가스 시스템으로서 구성된다. 이는 연료 가스 (5) 가 실린더 (4) 의 연소 공간 (42) 내로 분사되는 분사 압력이 최대 100 바 (10 MPa) 라는 것을 의미한다. 분사 압력은 바람직하게 50 바 (5 MPa) 의 최대값을 갖고 특히 바람직하게 최대 20 바 (2 MPa) 이다. 가스 압력, 즉 연료 가스가 실린더 내로 분사되는 압력은 일반적으로 내연 엔진의 작동 중 일정하지 않지만, 오히려 예를 들면 내연 엔진의 선회 속도 또는 부하에 따라 변할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 공급 시스템에 의한 또는 본 발명에 따른 실린더에 의한 바람직한 실시형태에서, 가능한 작은 가스 압력으로 연소 공간 (42) 내로 연료 가스 (5) 가 분사되는 것이 연구되고 있다. 연료 가스 (5) 에 대한 최대 분사 압력은 따라서, 예를 들면, 또한 단지 15 바이거나 또는 심지어 보다 작을 수 있다.
가능한 작은 연료 가스 (5) 의 분사 압력은 물론 안전성 측면들 하에서 엄청난 이점들을 갖는다. 뿐만 아니라, 전체 가스 공급 시스템은 단지 그러한 비교적 작은 작동하는 압력들을 위해 구성되어야만 하고, 그러한 비교적 작은 작동하는 압력들은 그 중에서도 예를 들면 밸브 시트 (63) 에서 힘들이 발생하는 시스템의 밀봉에 대해 및 또한 밸브 드라이브 (7) 의 구성에 대해 뿐만 아니라 가스-전도 라인들 또는 그 연결부들의 압력 부하에 대해 특히 유리하다. 연료 가스 (5) 가 예를 들면, 350 바 또는 심지어 보다 높은 작동 압력으로 압축되어야만 하는 고압 시스템들의 경우에서의 어떠한 특정한 고압 컴프레셔들도 또한 요구되지 않고, 이는 또한 경제성 및 비용 측면들 하에서 유리하다.
특히 가능한 작은 연료 가스 (5) 의 분사 압력에 대해, 따라서 가스 유입구 밸브 (2) 및 가스 유입구 노즐 (3) 이 실린더 벽 (41) 에 또는 실린더 라이너에 배열되고 피스톤 운동의 상사점으로부터 가능한 큰 이격을 갖는 경우가 특히 바람직하다. 즉, 이로써 연료 가스 (5) 가 분사되어야만 할 실린더에서의 압축 압력은 여전히 비교적 작게 달성될 수 있다. 피스톤이 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진에서의 하향 이동에서 소기 공기 슬릿들을 해제할 (release) 때에 소기 공기는 실린더 내로 유동하기 시작한다. 이는 피스톤이 피스톤의 차후의 상향 이동에서 소기 공기 슬릿들을 다시 완전히 폐쇄할 때까지 오랜 기간동안 행해진다. 단지 가스 교환 밸브 (여기서 유출구 밸브) 가 폐쇄되고 완전히 폐쇄될 때에만 - 대체로 소기 공기 슬릿들을 폐쇄한 후에 - 실린더에서의 압축 공기는 피스톤이 그 최대값 값에 도달할 때까지, 예를 들면 피스톤이 상사점에 있을 때에 피스톤의 상향 이동으로 인해 생성되기 시작한다.
연료 가스 분사는 따라서 바람직하게 실린더에서의 임의의 특히 큰 압축 압력이 아직 존재하지 않을 때에 발생되고 연료 가스 (5) 의 분사는 바람직하게 유출구 밸브가 폐쇄되기 전에 행해진다.
이러한 이유로 실린더 벽 (41) 에 제공된 가스 유입구 노즐 (3) 이 축방향 (A) 에 대해 가능한 큰 상사점으로부터의 이격을 갖는 경우가 바람직하다. 다른 한편으로, 또한 가스 유입구 노즐 (3) 이 배열될 수 있는 장소에 관한 구성 제한들이 존재한다. 상사점으로부터의 그 이격이 특히 바람직하게 상사점과 하사점 사이의 이격의 50% 내지 60% 에 달하는 그러한 레벨 (축방향 (A) 에 대해) 로 가스 공급 시스템 (1) 의 가스 유입구 노즐 (3) 이 배열되는 것은 실제로 매우 매우 양호한 절충안이라는 것이 증명되었다.
소기 공기 슬릿들의 위치에 대해, 소기 공기 슬릿들의 상부 에지 (내연 엔진의 관행에서 전형적인 위치와 관련하여 "상부 에지") 로부터의 그 이격이 바람직하게 상사점으로부터 소기 공기 슬릿들의 상부 에지의 이격의 50% 보다 적고 특히 바람직하게 30% 내지 40% 에 달하는 그러한 레벨 (축방향 (A) 에 대해) 로 가스 유입구 노즐 (3) 이 배열되는 경우라면 특히 바람직하다는 것이 발견되었다.
가스 유입구 노즐 (3) 의 바람직한 배열은 또한 연료 가스 (5) 에 대해 작은 분사 압력을 가능하게 할 뿐만 아니라, 큰 이격이 가스 유입구 노즐 (3) 과 가스 교환 밸브 또는 유출구 밸브 사이의 축방향 (A) 에 대해 존재한다는 이점을 갖는다. 이로써 한편으로, 분사된 연료 가스 (5) 의 상당한 비율이 비-연소된 상태로 유출구 밸브를 통해 탈출되고, 다른 한편으로, 유출구 밸브의 폐쇄를 위해 보다 많은 시간이 요구되는 것이 회피된다.
가스 유입구 노즐 (3) 의 바람직한 배열은 더욱이 또한 가능한 동종의 공기/연료 가스 혼합물에 대해 유리하다. 피스톤의 압축 행정에 대해 연료 가스 (5) 의 조기 분사로 인해, 소기 공기 및 연료 가스는 혼합물의 연소 전에 밀접하게 혼합될 충분한 시간을 갖는다. 이는 최적으로 그리고 특히 또한 가능한 낮은-방출물로서 연소 공간 (42) 에서 연소 프로세스를 행하게 한다.
소기 공기 및 연료 가스 (5) 의 이상적인 혼합에 대해, 또한 - 이미 언급한 바와 같이 - 연료 가스 (5) 는 제로와 상이한 분사 각도 (β) 에 의해 방사상 방향에 대해 실린더 (4) 의 연소 공간 (42) 내로 분사된다면 유리하다. 이로써 특히 격렬한 혼합이 피스톤의 압축 행정 시에 실린더 (4) 에서 또는 연소 공간 (42) 에서 와류 부하 (swirl-load) 를 가하는 소기 공기와 함께 행해진다.
두개 이상의 그러한 가스 공급 시스템들 (1) 또는 가스 유입구 밸브들 (2) 를 갖는 두개 이상의 가스 유입구 노즐들 (3) 이 물론 또한 실린더에 제공될 수 있다.
본 출원에서 설명된 본 발명의 실시형태들은 또한 적용예에 따라 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있고 특히 도면에 도시된 특정한 실시형태들은 단지 예로써만 설명된다는 것이 이해될 것이다. 당업자는 본 발명의 설명된 실시형태들의 간단한 유리한 추가의 개선예들을 즉시 파악하고 그러한 간단한 추가의 개선예들이 물론 또한 본 발명에 의해 포함된다는 것을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진용의, 특히 단류 소기식 (uniflow-scavenged) 대형 2 행정 디젤 엔진용의 가스 공급 시스템으로서,
    상기 가스 공급 시스템은 가스 유입구 노즐 (3) 을 갖는 가스 유입구 밸브 (2) 를 포함하고, 상기 가스 유입구 노즐 (3) 은 상기 가스 유입구 노즐 (3) 이 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 실린더 (4) 의 실린더 벽 (41) 에 배열될 수 있고, 따라서 연료로서 제공되는 연료 가스 (5) 가 상기 가스 공급 시스템의 설치 상태에서 상기 가스 유입구 노즐 (3) 에 의해 상기 실린더 (4) 의 연소 공간 (42) 으로 공급될 수 있도록 구성되고;
    상기 가스 유입구 밸브 (2) 는 밸브 하우징 (21) 에 배열되고 상기 연료 가스 (5) 가 작동 상태에서 저장 및 공급을 위한 가스 공급부 (23) 를 통해 상기 가스 유입구 노즐 (3) 내로 제공될 수 있는 압력 공간 (22) 을 포함하고, 밸브 샤프트 (61) 에 배열된 밸브 디스크 (62) 를 갖고 그리고 밸브 시트 (63) 를 갖는 밸브 본체 (6) 는 상기 압력 공간 (22) 에 제공되고,
    상기 밸브 시트 (63) 는 상기 밸브 본체 (6) 의 폐쇄 상태에서 상기 밸브 디스크 (62) 와 밀봉식으로 협동하고, 따라서 상기 압력 공간 (22) 으로부터 상기 가스 유입구 노즐 (3) 로의 상기 연료 가스 (5) 의 공급은 억제되고,
    상기 밸브 디스크 (62) 는 상기 밸브 샤프트 (61) 와 작동 연통하는 밸브 드라이브 (7) 에 의해 상기 밸브 시트 (63) 로부터 상승될 수 있고, 따라서 상기 연료 가스 (5) 는 상기 밸브 본체 (6) 의 개방 상태에서 상기 밸브 디스크 (2) 를 지나 상기 압력 공간 (22) 으로부터 상기 가스 유입구 노즐 (3) 로 공급될 수 있고,
    상기 밸브 본체 (6) 의 위치를 결정하기 위한 모니터링 시스템은 상기 연소 공간 (42) 내로의 연료 가스 유동을 모니터링하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    모니터링 시스템은 경로 센서, 특히 전기 또는 전자기 경로 센서, 구체적으로 유도, 정전 용량 또는 광학 경로 센서인 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    모니터링 시스템은 모니터링 유닛과 신호 통신하고 작동 상태에서 상기 밸브 본체 (6) 의 위치는 상기 모니터링 유닛에 의해 검출될 수 있고, 따라서 상기 가스 유입구 노즐 (3) 로의 연료 가스 공급은 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 크랭크 각도에 따라 및/또는 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 가스 교환 밸브의 위치에 따라 억제될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 샤프트 (61) 를 구동하기 위한 상기 밸브 드라이브 (7) 는 기계식, 전기식 또는 공압식 밸브 드라이브 (7), 특히 유압식 밸브 드라이브 (7) 인 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특히 상기 밸브 드라이브 (7) 에 대해 작용하는 복원 스프링 (81) 의 형태의 복원 디바이스 (8) 는 상기 밸브 본체 (6) 를 폐쇄하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 샤프트 (61) 는 샤프트 하우징 (9) 의 가이드 보어 (91) 에서 안내되는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가이드 보어 (91) 는 밀봉 압력 (PA) 으로 유압식 오일 (10) 에 의해 작동될 수 있고, 상기 밀봉 압력 (PA) 은 상기 압력 공간 (22) 에서 상기 연료 가스 (5) 의 연료 가스 압력 (BG) 보다 높고, 따라서 상기 가이드 보어 (91) 내로의 상기 연료 가스 (5) 의 침투가 실질적으로 방지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유입구 노즐 (3) 은 상기 가스 유입구 밸브 (2) 에 해제 가능하게 그리고 상기 실린더 벽 (41) 에 대체 가능하게 연결되고,
    상기 가스 유입구 노즐 (3) 의 노즐 축선 (D) 은 상기 가스 유입구 밸브 (2) 의 밸브 축선 (V) 에 대해 사전 규정 가능한 각도 (α) 로 배열되고, 따라서 상기 연료 가스 (5) 는 상기 가스 공급 시스템의 작동 및 설치 상태에서 상기 실린더 (4) 의 방사상 방향 (R) 에 대해 및/또는 축방향 (A) 에 대해 제로와 상이한 사전 규정 가능한 각도로 상기 실린더 (4) 의 상기 연소 공간 (42) 내로 분사될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가스 유입구 노즐 (3) 은 복수의 노즐 개구들 (31) 을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    두개의 상기 노즐 개구들 (31) 은 상기 연료 가스 (5) 가 두개의 상이한 분사 각도들로 상기 연소 공간 (42) 내로 도입될 수 있도록 상이하게 정렬되는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    두개의 상기 노즐 개구들 (31) 은 상기 연료 가스 (5) 가 두개의 상이한 분사량들로 및/또는 두개의 상이한 유동 속도들로 및/또는 두개의 상이한 제트 지오메트리들로 두개의 상기 노즐 개구들 (31) 을 통해 상기 연소 공간 (42) 내로 도입될 수 있도록 상이하게 구성되는 것을 특징으로 하는, 가스 공급 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 가스 공급 시스템 (1) 을 갖는 단류 소기식 대형 2 행정 디젤 엔진의 실린더, 특히 실린더 라이너.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 공급 시스템 (1) 은 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진의 피스톤의 상사점 (top dead center) 과 하사점 (bottom dead center) 사이의 영역에서, 구체적으로 상기 상사점과 상기 하사점 사이의 이격의 20% 내지 80% 만큼, 바람직하게 45% 내지 65% 만큼, 특히 바람직하게 50% 내지 60% 만큼 상기 상사점으로부터 떨어진 상기 실린더 (4) 의 영역에서 상기 실린더 (4) 에 제공되는, 실린더.
  14. 제 1 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 가스 공급 시스템을 갖는 그리고 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 실린더를 갖는 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진으로서,
    상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 상기 연료 가스 (5) 의 연소를 위한 그리고 대안적으로 추가의 연료의 연소를 위한, 특히 디젤 또는 중유의 연소를 위한 이중 연료 엔진인, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진.
  15. 제 14 항에 따른 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법으로서,
    가스 공급 시스템 (1) 의 오작동이 검출되고, 상기 가스 공급 시스템 (1) 으로의 연료 가스 공급은 억제되고 상기 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진은 바람직하게 자동적으로 스위칭 오프되고 디젤유 또는 중유와 같은 대안적인 연료에 의한 작동으로의 스위칭은 특히 바람직하게 자동적으로 행해지는, 왕복 운동하는 피스톤 내연 엔진을 작동하는 방법.
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