KR20180054792A

KR20180054792A - 가스 엔진

Info

Publication number: KR20180054792A
Application number: KR1020187011045A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 히로세; 다케시 야마다; 준 데라모토
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-24
Also published as: EP3385530A1; DK3385530T3; WO2017094616A1; JP6521095B2; CN108291500B; EP3385530A4; EP3385530B1; JPWO2017094616A1; CN108291500A; KR102074477B1

Abstract

이 가스 엔진에서는, 소기 포트로부터 실린더의 내부에 활성 가스가 유입되고, 활성 가스와 혼합한 연료 가스가 연소한다. 가스 엔진은, 실린더의 외측에 위치하는 연료 분사구(152)를 가지며, 소기 포트로부터 실린더에 흡입되는 활성 가스에 연료 분사구(152)로부터 연료 가스를 분사하는 연료 분사부(144)와, 소기압과 함께 변동하는 파라미터의 값 혹은 소기압에 따라, 연료 분사구(152)의 개방도를 기계적 또는 전기적으로 바꾸는 개방도 조정부(154)를 구비한다.

Description

가스 엔진

본 개시는 듀얼 퓨얼형 가스 엔진에 관한 것이다. 본원은, 2015년 11월 30일에 일본 출원된 특원 2015-233168호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

선박의 기관으로서도 이용되는 유니플로 소기식 2사이클 엔진에서는, 실린더에서의 피스톤의 스트로크 방향의 일단측에 소기 포트가 마련되고, 타단측의 실린더 커버에 배기 포트가 마련되어 있다. 연소실에서 연료가 연소되고, 압압된 피스톤이 소기 포트보다 하사점 측으로 이동하면, 소기 포트로부터 실린더의 내부에 활성 가스가 흡입되고, 연료 연소 후의 배기 가스가 활성 가스에 의해 배기 포트로부터 밀려나오도록 배기된다.

이러한 유니플로 소기식 2사이클 엔진에 있어서, 기체 연료인 연료 가스를 연료로 하고, 연소실에 직접 연료 가스를 분사하는 것이 아니라 소기 포트 측으로부터 실린더 내에 연료 가스를 공급하는 기술이 개발되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 엔진에서는, 실린더의 외벽 내부를 지나 소기 포트 내에 연료 가스를 분사하는 기구가 마련되어 있다.

특허문헌 1: 일본특허 제3908855호 공보

그런데, 연료 가스의 분사량은, 연료 가스의 압력이나 분사구의 상류에 있는 연료 분사 장치의 밸브의 개방 기간에 따라 조정된다. 그러나, 활성 가스의 압력은 운전 상황에 따라 변화하기 때문에, 소기의 분사량만 분사하는 것을 우선하여 연료 가스의 압력을 설정하면 연료 가스와 활성 가스가 혼합하기 어려워질 우려가 있다.

본 개시는 이러한 과제를 감안하여, 연료 가스를 적절한 압력으로 분사하여 활성 가스와의 혼합을 촉진하는 것이 가능한 가스 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 개시의 일 태양은, 소기 포트로부터 실린더의 내부에 활성 가스가 유입되고, 활성 가스와 혼합한 연료 가스가 연소하는 가스 엔진에 관한 것이다. 이 가스 엔진은, 실린더의 외측에 위치하는 연료 분사구를 가지며, 소기 포트로부터 실린더에 흡입되는 활성 가스에 연료 분사구로부터 연료 가스를 분사하는 연료 분사부와, 소기압과 함께 변동하는 파라미터의 값 혹은 소기압에 따라, 연료 분사구의 개방도를 기계적 또는 전기적으로 바꾸는 개방도 조정부를 구비한다.

본 개시에 의하면, 연료 가스를 적절한 압력으로 분사하여 활성 가스와의 혼합을 촉진하는 것이 가능해진다.

도 1은, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(가스 엔진)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a는, 연료 분사부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는, 연료 분사부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 연료 분사부의 하단부 측(하사점 측)의 사시도이다.
도 4a는, 개방도 조정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는, 개방도 조정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는, 개방도 조정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 개방도 조정부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 적합한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태에 나타내는 치수, 재료, 기타 구체적인 수치 등은 개시의 이해를 용이하게 하기 위한 예시에 불과하며, 특별히 언급하는 경우를 제외하고 본 개시를 한정하는 것은 아니다. 또, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하고, 본 개시에 직접 관계가 없는 요소는 도시를 생략한다.

도 1은, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)(가스 엔진)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)은, 예를 들어 선박 등에 이용된다. 구체적으로 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)은 실린더(110), 실린더 커버(112), 피스톤(114), 피스톤 로드(116), 소기 포트(118), 소기 탱크부(120), 소기실(122), 냉각기(124), 정류판(126), 드레인 세퍼레이터(128), 연소실(130), 배기 포트(132), 배기 밸브(134), 배기 밸브 구동 장치(136), 연료 가스 주관(主管; 138), 연료 분사 장치(140), 환상 배관(142), 연료 분사부(144)를 포함하여 구성된다.

유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)에서는, 실린더(110)(실린더 라이너(110a)) 안을 피스톤(114)이 상하로 슬라이딩하고, 피스톤(114)의 상승 행정 및 하강 행정의 2행정 사이에 배기, 흡기, 압축, 연소, 팽창이 이루어진다. 피스톤(114)에는, 피스톤 로드(116)의 일단이 고정되어 있다. 또한, 피스톤 로드(116)의 타단에는 도시하지 않은 크로스헤드가 연결되어 있고, 크로스헤드는 피스톤(114)과 함께 왕복 이동한다. 피스톤(114)의 왕복 이동에 따라 크로스헤드가 왕복 이동하면, 그 왕복 이동에 연동하여 도시하지 않은 크랭크 샤프트가 회전한다.

소기 포트(118)는, 실린더(110)의 내주면으로부터 외주면까지 관통하는 구멍으로, 실린더(110)의 전체둘레에 걸쳐 복수 설치되어 있다. 그리고, 소기 포트(118)는, 피스톤(114)이 하사점으로 향하는 과정에서 개구되어 실린더(110)의 내부에 활성 가스를 유입시킨다. 이 활성 가스는 산소, 오존 등의 산화제 또는 그 혼합기(예를 들어 공기)를 포함한다.

소기 탱크부(120)에는, 도시하지 않은 블로어에 의해 압축된 활성 가스(예를 들어 공기)가 냉각기(124)에 의해 냉각되어 봉입되어 있다. 압축 및 냉각된 활성 가스는 소기 탱크부(120) 내에 배치된 정류판(126)에 의해 정류된 후, 드레인 세퍼레이터(128)에서 수분이 제거된다.

소기실(122)은 소기 탱크부(120)와 연통함과 아울러, 실린더(110) 중에서 피스톤(114)의 스트로크 방향(이하, 단지 스트로크 방향이라고 부름)의 일단측(도 1 중 하측)을 둘러싸고, 압축, 냉각 및 수분 제거가 이루어진 활성 가스가 도입된다.

여기서, 소기 탱크부(120) 및 소기실(122)은 소기 공간을 구성한다. 소기 공간은, 압축된 활성 가스가 도입되고 실린더(110) 중에서 피스톤(114)의 스트로크 방향의 일단측(도 1 중 하측)의 일부를 둘러싸는 공간이다. 여기서는 소기 공간의 일례로서 소기 탱크부(120)나 소기실(122)을 예로 들었지만, 소기 공간은, 압축된 활성 가스가 도입되어 실린더(110) 중에서 피스톤(114)의 스트로크 방향의 일단측의 일부를 둘러싸는 공간이면 소기 탱크부(120)나 소기실(122)에 한정되지 않는다.

소기 포트(118)는, 실린더(110)(실린더 라이너(110a)) 중 소기실(122)의 내측에 위치하는 부분에 설치되어 있고, 소기실(122)에 소기 포트(118)가 개구되어 있다. 피스톤(114)이 소기 포트(118)보다 하측으로 하강하였을 때, 소기 포트(118)를 통해 소기실(122)과 실린더(110) 내의 차압(差壓)에 의해 소기실(122)로부터 실린더(110) 내에 활성 가스가 흡입된다.

연소실(130)은, 피스톤(114)이 상사점 측에 있을 때, 실린더 커버(112)(실린더 헤드)와 실린더 라이너(110a)와 피스톤(114)에 둘러싸인 공간으로서 실린더(110)의 내부에 형성된다. 실린더(110)에 흡입된 활성 가스 및 연료 가스는 피스톤(114)에 의해 연소실(130)에 도입된다.

배기 포트(132)는, 연소실(130)의 도 1 중 상측에 형성되고, 실린더(110) 내에서 연료 가스가 연소하여 생긴 배기 가스를 배출하기 위해 개폐된다. 배기 밸브(134)는, 배기 밸브 구동 장치(136)에 의해 소정의 타이밍에 상하로 슬라이딩되어 배기 포트(132)를 개폐한다. 연료 가스의 연소 후 배기 밸브(134)가 개방되면, 소기 포트(118)로부터 유입된 활성 가스(소기)에 의해 실린더(110) 내의 배기 가스가 배기 포트(132)로부터 밀려나온다.

연료 가스 주관(138)은, 도시하지 않은 연료 탱크에 연통함과 아울러, 연료 분사 장치(140)를 통해 환상 배관(142)과 연통하고 있다. 연료 가스 주관(138)에는 연료 탱크로부터 연료 가스가 도입되어 있고, 연료 분사 장치(140)의 밸브가 개방되면, 연료 가스 주관(138)의 연료 가스가 환상 배관(142)으로 유입된다.

연료 가스는, 예를 들어 LNG(액화 천연가스)를 가스화하여 생성된다. 또한, 연료 가스에는 LNG에 한정하지 않고, 예를 들어 LPG(액화 석유가스), 경유, 중유 등을 가스화하여 적용할 수도 있다.

환상 배관(142)은, 실린더(110)의 지름 방향 외측에 소기 포트(118)보다 도 1 중 상측에 배치되어 있고, 실린더(110)의 둘레방향으로 환상으로 연장되어 실린더(110)를 둘러싸고 있다. 환상 배관(142) 중에서 소기 포트(118) 측에는 복수의 연료 분사부(144)가 고정되어 있다. 연료 분사부(144)는, 각각의 소기 포트(118)에 대해 하나씩 배치되어 스트로크 방향으로 연장되어 있다.

연료 분사부(144)는, 실린더(110) 중에서 인접하는 소기 포트(118) 사이의 벽면에 대향되어 있고, 연료 분사부(144) 중에서 이 벽면과의 대향 부위에는 후술하는 연료 분사구가 형성되어 있다. 소기 포트(118)가 실린더(110)의 전체둘레에 걸쳐 복수 설치되어 있기 때문에, 소기 포트(118)에 맞추어 연료 분사부(144)(연료 분사구)도 실린더(110)의 둘레방향에 걸쳐 복수 설치되어 있다.

그리고, 환상 배관(142)으로 유입된 연료 가스는, 소기 포트(118)에 흡입되는 활성 가스에 연료 분사구로부터 분사된다. 그 결과, 연료 가스는 활성 가스의 흐름에 합류하여 활성 가스와 혼합되면서 소기 포트(118)로부터 실린더(110) 내에 흡입된다.

또한, 실린더 커버(112)에는 도시하지 않은 파일럿 분사 밸브가 마련되어 있고, 엔진 사이클에서의 원하는 시점에서 파일럿 분사 밸브로부터 연소실(130)에 적당량의 연료유가 분사된다. 이 연료유는 연소실(130)에 도입되어 압축된, 연료 가스와 활성 가스의 혼합기로부터의 열에 의해 기화한다. 그리고, 연료유가 기화되어 자연 착화하여 짧은 시간에 연소하여 연소실(130)의 온도가 매우 높아지고, 연소실(130)에 도입되어 압축된 연료 가스가 연소한다. 피스톤(114)은, 주로 연료 가스와 활성 가스의 혼합기의 연소에 의한 팽창압에 따라 왕복 이동한다.

도 2a 및 도 2b는, 연료 분사부(144)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 연료 분사부(144)는 내관(148)과 외관(150)으로 구성된다. 내관(148)은 환상 배관(142)과 연통하고, 환상 배관(142)으로부터 내관(148)의 본체(148a)의 내부에 연료 가스가 도입된다.

내관(148)은 본체(148a)의 내부와 외부를 연통시키는 내공(148b)을 가지며, 외관(150)은 본체(150a)의 내부와 외부를 연통하는 외공(150b)을 가진다. 내관(148)은, 도 2a 및 도 2b 중 하측의 하단이 폐색되어 있고 상측의 상단이 개구되어 있다. 한편, 외관(150)은 상단 및 하단이 둘 다 개구되어 있다.

도 3은, 연료 분사부(144)의 하단부 측(하사점 측)의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 외관(150)은, 본체(150a)의 내부에 내관(148)을 수용하여 내관(148)과 함께 이중관을 형성한다.

개방도 조정부(154)는, 외관(150)에 대한 내관(148)의 상대 위치를 둘레방향으로 변화시킨다. 개방도 조정부(154)는, 레버부(156)를 가지고 있다. 레버부(156)는 일단이 내관(148)의 하단부(148c)에 고정되고, 타단이 외관(150)으로부터 외관(150)의 지름 방향 외측까지 돌출되어 있다.

레버부(156)의 타단에는, 커넥팅로드(158)가 회전이 자유롭게 고정되어 있다. 커넥팅로드(158)는, 실린더(110)의 둘레방향으로 인접하는 레버부(156)끼리를 연결한다. 또한, 커넥팅로드(158) 중에서 적어도 하나는 압력 구동 장치(160)의 본체(160a)로부터 돌출되는 샤프트(160b)에 연결되어 있다.

샤프트(160b)는, 압력 구동 장치(160)의 본체(160a)의 내부 압력에 따라 압압되고, 도 3 중 점선으로 나타내는 두 화살표 방향으로 구동한다. 그 결과, 커넥팅로드(158)가 실린더(110)의 둘레방향으로 이동하고, 커넥팅로드(158)를 통해 레버부(156)와 레버부(156)에 고정된 내관(148)이 도 3 중 실선으로 나타내는 두 화살표로 나타내는 바와 같이 내관(148)의 중심축을 회전축으로 하여 요동(회전)한다. 외관(150)은 환상 배관(142)에 고정되어 있기 때문에, 내관(148)의 요동(회전)에 따라 외관(150)에 대해 내관(148)이 둘레방향으로 상대 이동한다.

도 4a~도 4c는, 개방도 조정부(154)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 내관(148)의 내공(148b)과 외관(150)의 외공(150b)은 도 4a 중 상하 방향(스트로크 방향)의 위치가 대략 동일하다. 그 때문에, 내관(148)이 외관(150)에 대해 둘레방향으로 요동하면, 도 4c에 해칭으로 나타내는 바와 같이 내공(148b)과 외공(150b)이 서로 겹치는 부분의 면적이 변화한다.

즉, 연료 분사구(152)는 내공(148b) 및 외공(150b)으로 구성되고, 내공(148b) 및 외공(150b)이 겹침으로써 연료 분사구(152)가 형성된다. 상기와 같이, 연료 분사부(144)는, 소기 포트(118)보다 실린더(110)의 지름 방향 외측에 설치된다. 그 때문에, 연료 분사부(144)에 형성되는 연료 분사구(152)도, 소기 포트(118)보다 실린더(110)의 지름 방향 외측(실린더(110)의 외측)에 설치된다.

개방도 조정부(154)는, 외관(150)에 대한 내관(148)의 상대 위치를 둘레방향으로 변화시켜, 내공(148b)과 외공(150b)이 겹치는 부분의 면적을 크게 함으로써 연료 분사구(152)를 크게 하고, 내공(148b)과 외공(150b)이 겹치는 부분의 면적을 작게 함으로써 연료 분사구(152)를 작게 한다. 이와 같이, 연료 분사구(152)의 개방도는 내공(148b)과 외공(150b)의 겹침 정도에 의해 가변이 된다.

또한, 개방도 조정부(154)는 수압부(受壓部; 162)를 가지고 있다. 수압부(162)는, 실린더(110)를 둘러싸는 소기 공간(소기 탱크부(120), 소기실(122)) 중에서 연료 분사구(152)보다 소기 포트(118)로부터 떨어진 위치에서 소기압(Psc)을 받는다.

구체적으로 수압부(162)는 배관으로 구성되어 있고, 일단이 소기 공간으로 개구됨과 아울러, 도 4b에 도시된 바와 같이 타단이 압력 구동 장치(160)의 본체(160a)의 내부에 연통하고 있다. 여기서, 수압부(162)의 일단은, 소기 공간 중에서 연료 분사구(152)보다 소기 포트(118)로부터 떨어지고, 연료 분사구(152)보다 피스톤(114)에 의한 소기 포트(118)의 개폐에 의한 압력 변동을 받기 어려운 위치에 배치된다. 그리고, 수압부(162)의 내압은 대략 정상적인 소기 공간의 소기압(Psc)과 동일해진다.

본체(160a)의 내부는 중공(中空)이며 구동 피스톤(160c)이 수용되어 있다. 구동 피스톤(160c)은, 본체(160a)의 내부를 제1 공기실(160d)과 제2 공기실(160e)로 구획한다. 제2 공기실(160e)에는 코일 스프링(160f)이 수용되어 있고, 구동 피스톤(160c)을 제1 공기실(160d) 측으로 압압한다.

제1 공기실(160d)에는 수압부(162)가 연통하고 있다. 또한, 제2 공기실(160e)은, 예를 들어 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)의 외부에 연통하고 있고, 그 내압은 대기압(Patm)으로 되어 있다.

그 때문에, 소기압(Psc)이 높아지면, 제1 공기실(160d)의 내부 압력에 따라 구동 피스톤(160c)이 제2 공기실(160e) 측으로 이동한다. 구동 피스톤(160c)에는 상기 샤프트(160b)가 고정되어 있기 때문에, 구동 피스톤(160c)의 움직임에 연동하여 샤프트(160b)가 이동한다.

그 결과, 상기와 같이 외관(150)에 대해 내관(148)이 둘레방향으로 상대 이동하고, 연료 분사구(152)의 개방도가 변화한다. 이와 같이, 개방도 조정부(154)는, 수압부(162)가 받는 소기압(Psc)과 대기압(Patm)의 차압 변화에 의해 연료 분사구(152)의 개방도를 바꾼다. 예를 들어, 개방도 조정부(154)는, 소기압(Psc)이 상승하면 연료 분사구(152)의 개방도를 크게 하고, 소기압(Psc)이 하강하면 연료 분사구(152)의 개방도를 작게 한다.

예를 들어, 소기압(Psc)이 높아져 연료 가스의 분사량을 늘릴 필요가 있을 때, 연료 분사구(152)의 개구 면적이 너무 작으면 연료 가스가 분사되기 어렵다. 그 때문에, 연료 분사 장치(140)의 밸브 개방 기간을 길게 하여 대응하고자 해도 소기 포트(118)가 개구되어 있는 기간에는 한계가 있어, 개방 기간으로서 설정 가능한 길이에 한계가 있다. 또한, 연료 가스의 압력을 상승시키는 데에도 펌프 성능의 한계가 있다.

한편, 연료 분사구(152)의 개구 면적을 미리 크게 설계하면, 소기압(Psc)이 낮아져 연료 가스의 분사량을 줄일 필요가 있을 때에도 연료 분사구(152)로부터 연료 가스가 용이하게 분사된다. 그 때문에, 연료 분사 장치(140)의 밸브 개방 기간을 짧게 하여 대응하면, 단기간의 분사로 소기의 분사량에 도달하기 때문에 연료 가스가 활성 가스 중에서 덩어리 형상이 되어 혼합이 진행되기 어렵다. 또한, 연료 가스의 압력을 저하시켜 대응하면, 연료 분사부(144)의 내관(148)의 내부에 연료 가스가 체류하기 쉬워지고 역시 활성 가스와의 혼합이 진행되기 어렵다.

그래서, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 개방도 조정부(154)가 연료 분사구(152)의 개방도를 소기압(Psc)에 따라 변화시킴으로써, 연료 가스를 적절한 압력으로 분사하여 활성 가스와의 혼합을 촉진하는 것이 가능해진다.

또한, 개방도 조정부(154)는, 수압부(162)가 받는 소기압(Psc)과 대기압(Patm)의 차압 변화에 따라 본체(160a)의 내부에 수용된 구동 피스톤(160c)을 움직이고, 구동 피스톤(160c)의 움직임에 연동하여 샤프트(160b)를 이동시킴으로써 수용 연료 분사구(152)의 개방도를 바꾸고 있다. 그 때문에, 전기적인 기구에 비해 고장나기 어렵고 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 연료 분사부(144)를 내관(148)과 외관(150)으로 구성하고, 연료 분사구(152)의 개방도가 내공(148b)과 외공(150b)의 겹침에 따라 가변이 된다. 그 때문에, 연료 분사구(152)의 개방도가 가변인 연료 분사부(144)를 간이한 구성으로 실현할 수 있다.

또한, 내관(148)과 외관(150)이 둘레방향으로 상대 회전하여 연료 분사구(152)의 개방도가 변경된다. 그 때문에, 연료 분사구(152)의 스트로크 방향의 위치를 거의 바꾸지 않고 개방도의 변경이 가능해진다.

또한, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)이 정지 중에 소기압(Psc)이 대기압(Patm) 정도가 되면, 구동 피스톤(160c)은 코일 스프링(160f)에 압압되어 제1 공기실(160d) 측으로 이동한다. 이 때, 내공(148b)과 외공(150b)이 둘레방향으로 떨어져(어긋나) 서로 겹치지 않도록 설계되어 있고, 연료 분사구(152)는 닫힌다. 그 때문에, 연료 분사부(144)의 내부의 연료 가스는 소기실(122)로 누출되기 어려워지고 안전성이 향상된다.

또한, 제1 공기실(160d)에는 외기에 연통하는 배관(164a)이 접속되어 있고, 배관(164a)에는 긴급 차단 밸브(164b)가 설치되어 있다. 긴급 차단 밸브(164b)는 예를 들어 전자(電磁) 밸브로 구성되고, 통상시 긴급 차단 밸브(164b)는 폐쇄되어 있다. 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)을 긴급 정지해야 할 때는, 긴급 차단 밸브(164b)가 개방된다. 그 결과, 제1 공기실(160d) 내의 압력이 저하되고, 코일 스프링(160f)에 의해 구동 피스톤(160c)이 제1 공기실(160d) 측으로 이동한다. 이렇게 하여 연료 분사구(152)를 신속히 닫고 연료 분사구(152)로부터 연료 가스의 분사를 정지할 수 있어 안전성이 향상된다.

도 5는, 개방도 조정부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상술한 실시형태에서는, 개방도 조정부(154)는 소기압(Psc)에 따라 연료 분사구(152)의 개방도를 기계적으로 바꾸는 경우에 대해 설명하였지만, 변형예에서는 개방도 조정부(254)는 소기압(Psc)과 함께 변동하는 파라미터의 값에 따라 연료 분사구(152)의 개방도를 전기적으로 바꾼다.

구체적으로는, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)은 데이터 취득부(266)를 가지고 있다. 데이터 취득부(266)는, 예를 들어 센서로 구성되고, 수압부(162)와 마찬가지로 소기 공간 중에서 연료 분사구(152)보다 소기 포트(118)로부터 떨어진 위치에 배치되어, 대략 정상적인 소기 공간의 소기압(Psc)을 취득(검지)하여 전기 신호로 치환한다. 즉, 도 5의 예에서는, 파라미터로서 예를 들어 소기압(Psc)이 치환된 전기 신호가 적용되어 있다.

개방도 조정부(254)는, 액추에이터(254a)와 제어부(254b)를 포함하여 구성된다. 제어부(254b)는, 데이터 취득부(266)로부터 전기 신호를 수신하고, 수신한 전기 신호가 나타내는 값에 따라 액추에이터(254a)를 제어한다.

액추에이터(254a)에 장착된 샤프트(254c)는, 액추에이터(254a)에 의해 도 5 중 점선으로 나타내는 양 화살표 방향으로 이동한다. 그 결과, 상술한 실시형태와 마찬가지로 샤프트(254c)에 연결된 커넥팅로드(158)와 레버부(156)를 통해 내관(148)이 외관(150)에 대해 둘레방향으로 상대 이동한다.

이와 같이, 개방도 조정부(254)가 액추에이터(254a)에 의해 내관(148)을 움직임으로써, 상술한 실시형태와 마찬가지로 연료 가스를 적절한 압력으로 분사하여 활성 가스와의 혼합을 촉진하는 것이 가능해진다. 또한, 액추에이터(254a)의 동작은 전기적인 제어이기 때문에, 내관(148)의 둘레방향의 이동량이 용이하게 설정 가능해진다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 개시는 이러한 실시형태에 한정되지 않는 것은 물론이다. 당업자라면 청구범위에 기재된 범주에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다고 이해된다.

예를 들어, 상술한 변형예에서는, 소기압(Psc)과 함께 변동하는 파라미터로서 센서가 소기압(Psc)을 검지하여 치환한 전기 신호를 예로 들어 설명하였지만, 파라미터는 소기압(Psc)과 함께 변동하는 값이면 되고, 예를 들어 엔진 회전수, 엔진 로드, 엔진 토크, 블로어의 풍량 등이어도 된다.

또한, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 개방도 조정부(154, 254)는 소기압(Psc)이 상승하면 연료 분사구(152)의 개방도를 크게 하고, 소기압(Psc)이 하강하면 연료 분사구(152)의 개방도를 작게 하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 개방도 조정부(154, 254)는, 소기압(Psc)과 함께 변동하는 파라미터의 값 혹은 소기압(Psc)에 따라 연료 분사구(152)의 개방도를 적어도 바꾸면 된다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 수압부(162)는 소기 공간 중에서 연료 분사구(152)보다 소기 포트(118)로부터 떨어진 위치에서 소기압(Psc)을 받는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 수압부(162)는 소기압(Psc)을 받기만 하면 어디에 배치되어도 된다. 단, 수압부(162)가 소기 공간 중에서 연료 분사구(152)보다 소기 포트(118)로부터 떨어진 위치에서 소기압(Psc)을 받음으로써, 소기 포트(118)의 개폐에 의한 활성 가스 흐름의 영향을 받기 어려워서, 연료 분사구(152)의 개방도를 적절한 크기로 안정시키는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 연료 분사부(144)가 내관(148)과 외관(150)의 이중관으로 구성되고, 연료 분사구(152)가 내관(148)의 내공(148b)과 외관(150)의 외공(150b)으로 구성되는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 내관(148)과 외관(150)을 설치하지 않고 다른 기구에 의해 연료 분사구(152)의 개방도를 가변으로 해도 된다.

또한, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 연료 분사부(144)는 내관(148)과 외관(150)이 둘레방향으로 상대 회전하여 연료 분사구(152)의 개방도가 변경되는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 내관(148)과 외관(150)이 스트로크 방향으로 상대 이동하여 연료 분사구(152)의 개방도가 변경되어도 된다.

또한, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 내공(148b)과 외공(150b)이 동일한 원형인 경우에 대해 설명하였지만, 내공(148b)과 외공(150b) 중 한쪽 또는 양쪽을 다른 형상으로 해도 된다.

본 개시는 듀얼 퓨얼형 가스 엔진에 이용할 수 있다.

100 유니플로 소기식 2사이클 엔진(가스 엔진)
110 실린더
118 소기 포트
120 소기 탱크부(소기 공간)
122 소기실(소기 공간)
132 배기 포트
144 연료 분사부
152 연료 분사구
148 내관
148b 내공
150 외관
150b 외공
154 개방도 조정부
162 수압부
254 개방도 조정부
254a 액추에이터
266 데이터 취득부

Claims

소기 포트로부터 실린더의 내부에 활성 가스가 유입되고, 이 활성 가스와 혼합한 연료 가스가 연소하는 가스 엔진으로서,
상기 실린더의 외측에 위치하는 연료 분사구를 가지며, 상기 소기 포트로부터 상기 실린더에 흡입되는 상기 활성 가스에 상기 연료 분사구로부터 연료 가스를 분사하는 연료 분사부와,
소기압과 함께 변동하는 파라미터의 값 혹은 상기 소기압에 따라, 상기 연료 분사구의 개방도를 기계적 또는 전기적으로 바꾸는 개방도 조정부를 구비하는 가스 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 개방도 조정부는, 상기 소기압이 상승하면 상기 연료 분사구의 개방도를 크게 하고, 상기 소기압이 하강하면 상기 연료 분사구의 개방도를 작게 하는 가스 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더의 일부를 둘러싸고, 압축된 활성 가스가 도입되는 소기 공간 중에서 상기 연료 분사구보다 상기 소기 포트로부터 떨어진 위치에서 소기압을 받는 수압부(受壓部)를 더 구비하고,
상기 개방도 조정부는, 상기 수압부가 받는 소기압과 대기압의 차압(差壓) 변화에 따라 상기 연료 분사구의 개방도를 바꾸는 가스 엔진.
청구항 2에 있어서,
상기 실린더의 일부를 둘러싸고, 압축된 활성 가스가 도입되는 소기 공간 중에서 상기 연료 분사구보다 상기 소기 포트로부터 떨어진 위치에서 소기압을 받는 수압부를 더 구비하고,
상기 개방도 조정부는, 상기 수압부가 받는 소기압과 대기압의 차압 변화에 따라 상기 연료 분사구의 개방도를 바꾸는 가스 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 파라미터의 값을 취득하는 데이터 취득부를 더 구비하고,
상기 개방도 조정부는, 상기 데이터 취득부가 취득한 상기 파라미터의 값에 따라 상기 연료 분사구의 개방도를 바꾸는 액추에이터를 갖는 가스 엔진.
청구항 2에 있어서,
상기 파라미터의 값을 취득하는 데이터 취득부를 더 구비하고,
상기 개방도 조정부는, 상기 데이터 취득부가 취득한 상기 파라미터의 값에 따라 상기 연료 분사구의 개방도를 바꾸는 액추에이터를 갖는 가스 엔진.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료 분사부는,
내부와 외부를 관통하는 내공이 형성되어, 상기 내부에 연료 가스가 도입되는 내관과,
내부와 외부를 관통하는 외공이 형성되어, 상기 내부에 상기 내관을 수용하여 상기 내관과 함께 이중관을 형성하는 외관을 구비하고,
상기 연료 분사구는 상기 내공 및 상기 외공으로 구성되고, 상기 내공과 상기 외공의 겹침에 의해 개방도가 가변이 되는 가스 엔진.
청구항 7에 있어서,
상기 내관과 상기 외관이 둘레방향으로 상대 회전하여 상기 연료 분사구의 개방도가 변경되는 가스 엔진.