KR20210005520A - Large two-stroke uniflow scavenged gaseous fueled engine - Google Patents

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Abstract

Provided is a large two-stroke turbocharged single flow scavenging internal combustion engine using gaseous fuel as the main fuel and having one or more combustion chambers divided by a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22). According to the present invention, the piston (10) is arranged to reciprocate between top dead center (TDC) and bottom dead center (BDC) so that the resulting geometric compression ratio is greater than 20. The engine is configured to introduce a first amount of pressurized gaseous fuel into the one or more combustion chambers during a stroke of the piston (10) from the BDC to the TDC, such that the fuel and air in the combustion chambers mix such that the air-fuel ratio is greater than 50. The engine is configured to inject a second amount of high-pressure gaseous fuel into the one or more combustion chambers when the piston (10) is at or near the TDC.

Description

대형 2행정 단류 소기식 기체 연료 엔진{LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED GASEOUS FUELED ENGINE}Large two-stroke single-flow scavenging gas fuel engine {LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED GASEOUS FUELED ENGINE}

본 발명은 대형 2행정 기체 연료 내연기관, 특히, 주로 기체 연료의 작동 모드로 작동하는 크로스헤드를 갖는 대형 2행정 단류 소기식 내연기관에 관한 것이다. The present invention relates to a large two-stroke gaseous fuel internal combustion engine, in particular a large two-stroke single-flow scavenging internal combustion engine having a crosshead operating primarily in a gaseous fuel operating mode.

크로스헤드를 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관은 대형 해양 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용되고 있다. 상기 2행정 디젤 엔진은 크기가 엄청나게 크기 때문에 다른 내연기관과는 다르게 구성된다. A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine with a crosshead is used as a propulsion system of a large marine vessel or a prime mover of a power plant. The two-stroke diesel engine is configured differently from other internal combustion engines because of its enormous size.

이러한 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관은 예컨대, 선박용 디젤유 또는 중유 대신에 예컨대, 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 기체 연료를 점점 더 연료로 사용하고 있다. 기체 연료로의 이러한 변화는 주로 배기가스를 줄이고 더 친환경적인 원동기를 제공하려는 요구에 의해 주도되고 있다.Such large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engines increasingly use gaseous fuels such as liquefied natural gas (LNG) or liquefied petroleum gas (LPG) instead of, for example, marine diesel oil or heavy oil. This change to gaseous fuel is driven primarily by the need to reduce emissions and provide more environmentally friendly prime movers.

기체 연료의 발전으로 기체 연료를 주 연료로 사용하는 두 가지 서로 다른 유형의 대형 2행정 터보 차징 내연기관이 개발되었다. The development of gaseous fuel has resulted in the development of two different types of large two-stroke turbocharged internal combustion engines that use gaseous fuel as their primary fuel.

제1 유형의 엔진은 기체 연료가 상사점(TDC) 주위에서 고압으로 분사되고 압축에 의해(압축에 의한 고온에 의해) 점화되는 직접 분사식이며, 이들 엔진은 디젤 사이클에 따라 작동된다. 기체 연료는 연소실 내로 분사되는 순간에 점화되며, 낮은 공기과잉률에 따른 조기 점화 또는 높은 공기과잉률에 따른 실화와 관련된 우려가 없다. 제1 유형의 기체 연료 작동식 대형 2행정 터보 차징 내연기관의 유효 압축비는 종래의 액체 연료 작동식 대형 2행정 터보 차징 내연 기관과 동일하거나 더 높다. 전형적으로, 이러한 유형 엔진의 유효 압축비는 대략 15 내지 17인 반면, 기하학적 압축비는 대략 30이다. 제1 유형 엔진의 장점은 높은 압축비로 인해 연료 효율이 매우 높다는 것이다. 또 다른 장점은 제2 유형의 엔진에 비해 조기 점화와 실화 위험이 훨씬 적다는 것이다. The first type of engine is a direct injection type in which gaseous fuel is injected at high pressure around top dead center (TDC) and ignited by compression (by high temperature due to compression), and these engines are operated according to a diesel cycle. The gaseous fuel is ignited at the moment it is injected into the combustion chamber, and there is no concern related to early ignition due to a low excess air rate or misfire due to a high excess air rate. The effective compression ratio of the gaseous fuel operated large two-stroke turbocharged internal combustion engine of the first type is equal to or higher than that of a conventional liquid fuel operated large two-stroke turbocharged internal combustion engine. Typically, the effective compression ratio for this type of engine is approximately 15 to 17, while the geometric compression ratio is approximately 30. The advantage of the type 1 engine is that it is very fuel efficient due to its high compression ratio. Another advantage is that there is much less risk of pre-ignition and misfire compared to engines of the second type.

그러나 TDC에서 또는 그 근처에서 기체 연료를 분사할 수 있으려면, 연소실 내로 기체 연료를 분사하는 연료 밸브에 공급되는 기체 연료의 압력이 연소실 내 압축 압력보다 상당히 높아야 한다. 실제로, 기체 연료는 250bar 이상, 바람직하게는 300bar 이상의 압력으로 연소실 내로 분사되어야 한다. 펌프 또는 펌핑 스테이션은 액화 가스 연료의 압력을 예컨대, 300bar로 증가시키며, 이어서 고압 액화 연료는 고압 증발 유닛에서 기화되어 기체 형태로 고압에서 주 엔진의 연료 분사 밸브로 전달된다. 이 공급 시스템은 종래의 액체 연료 공급 시스템에 비해 비싸다. However, in order to be able to inject gaseous fuel at or near the TDC, the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel valve that injects the gaseous fuel into the combustion chamber must be significantly higher than the compression pressure in the combustion chamber. In practice, the gaseous fuel must be injected into the combustion chamber at a pressure of at least 250 bar, preferably at least 300 bar. The pump or pumping station increases the pressure of the liquefied gaseous fuel to, for example, 300 bar, then the high-pressure liquefied fuel is vaporized in the high-pressure evaporation unit and delivered in gaseous form to the fuel injection valve of the main engine at high pressure. This supply system is expensive compared to the conventional liquid fuel supply system.

천연가스와 같은 기체 연료는 기존 연료에 비해 에너지 밀도가 매우 낮다. 편리한 에너지 공급원으로 사용하려면 밀도를 높여야 한다. 이것은 기체 연료를 극저온 온도로 냉각하여 천연가스를 예컨대, 주로 메탄으로 구성된 액화천연가스(LNG)를 생성함으로써 이루어진다. Gaseous fuels such as natural gas have very low energy density compared to conventional fuels. To use it as a convenient energy source, it must be denser. This is accomplished by cooling the gaseous fuel to cryogenic temperatures to produce natural gas, for example liquefied natural gas (LNG) consisting mainly of methane.

이러한 가스 작동 엔진용 기체 연료 공급 시스템은 액화 가스가 저장되어 장기간 액체 상태를 유지하는 단열 탱크를 포함한다. 그러나 주변 환경에서 발생하는 열 유속(heat flux)은 탱크 내부의 온도를 상승시켜 액화 가스를 기화시킨다. 이 과정에서 나오는 가스를 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)라고 한다. 탱크에서 증발이 발생하면 기체 연료의 상당한 정류(steady flow)가 유발되어 이를 탱크에서 제거하고 처리해야 한다. 18만m3 LNG선에서 처리해야 하는 BOG의 양은 시간당 수 톤, 일반적으로 약 3000kg/시이며, 이 유형 LNG선 주 엔진의 가스 발전 수요는 약 4000kg/시이다(주 엔진의 모든 에너지가 실질적으로 천연가스라고 가정). The gaseous fuel supply system for such a gas-operated engine includes an insulated tank in which liquefied gas is stored to maintain a liquid state for a long period of time. However, the heat flux generated in the surrounding environment raises the temperature inside the tank and vaporizes the liquefied gas. The gas emitted from this process is called boil-off gas (BOG). Evaporation in the tank causes a significant steady flow of the gaseous fuel, which must be removed from the tank and treated. 18 10 000 m 3 to be the amount per hour of the BOG tone, generally must be processed in the LNG carrier is at about 3000kg /, gas power demand for this type LNG ships main engine is about 4000kg / poem (all energy is essentially natural of the main engine Gas).

압축기를 사용하여 이 증발가스의 압력을 약 300bar의 분사 압력으로 증가시키는 것은 기술적으로 매우 까다롭기 때문에 BOG를 제1 유형의 고압 가스 분사 대형 2행정 터보 차징 내연기관의 연료로 사용할 수 없다.It is technically very difficult to increase the pressure of this boil-off gas to an injection pressure of about 300 bar using a compressor, so BOG cannot be used as fuel for a large two-stroke turbocharged internal combustion engine with high pressure gas injection of the first type.

압축기를 사용하여 BOG의 압력을 예컨대, 10~20bar로 높일 수 있으며, 이 압력으로 기체 연료로 작동할 수 있는 응용 분야 예컨대, 일반적으로 선박에 설치되는 대형 2행정 터보 차징 내연기관과 관련된 발전기 세트에 사용할 수 있다(발전기 세트는 대형 2행정 터보 차징 내연기관보다 상당히 작은 4행정 내연기관이며, 발전기 세트는 선박용 전력과 열 생산을 위해 발전기/교류기를 구동하는 데 사용된다). A compressor can be used to increase the pressure of the BOG to, for example, 10 to 20 bar, and for applications that can operate on gaseous fuel at this pressure, for example, generator sets related to large two-stroke turbocharged internal combustion engines generally installed on ships. (The generator set is a four-stroke internal combustion engine that is considerably smaller than a large two-stroke turbocharged internal combustion engine, and the generator set is used to drive the generator/alternator for marine power and heat production).

또는, 증발가스는 예컨대 극저온 발생기로 다시 액화될 수 있다. 그러나 재액화에는 고가의 장비가 필요하고 상당한 양의 에너지를 소비한다. Alternatively, the boil-off gas may be liquefied again, for example with a cryogenic generator. However, reliquefaction requires expensive equipment and consumes a significant amount of energy.

마지막 비상 방법으로, 증발가스를 그냥 태울 수 있다.As a final emergency, you can just burn the boil-off gas.

제WO2016058611A1호는 제1 유형의 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 개시한다.WO2016058611A1 discloses a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine of the first type.

제DK201670361A1호는 제1 유형의 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관과 함께 연소실 내로의 고압 분사를 위해 고압 기체 연료를 전달하는 가스 공급 시스템을 개시한다.No. DK201670361A1 discloses a gas supply system that delivers high-pressure gaseous fuel for high-pressure injection into a combustion chamber with a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine of the first type.

제2 유형의 엔진은 기체 연료가 소기와 혼합되는 소위 저압 가스 엔진이고, 이 제2 유형의 엔진은 연소실에서 기체 연료 및 소기의 혼합물을 압축한다. 이 제2 유형의 엔진에서, 기체 연료는 실린더 라이너의 길이를 따라 내측으로 배치된 연료 밸브에 의해 유입된다. 즉, 배기 밸브가 닫히기 훨씬 전에 시작하여 하사점(BDC)부터 상사점(TDC)까지 피스톤의 상향 행정 중에 유입된다. 피스톤은 연소실에서 기체 연료와 소기의 혼합물을 압축하고, 압축된 혼합물을 예컨대, 파일럿 오일 분사와 같은 타이밍된 점화 수단으로 상사점(TDC)에서 또는 그 근처에서 점화시킨다. 이 제2 유형 엔진의 장점은 비교적 낮은 압력에서(예: 15bar) 공급되는 기체 연료로 작동할 수 있다는 것이다. 왜냐하면, 기체 연료가 유입될 때 연소실의 압력이 상대적으로 낮기 때문이다. 따라서, 제2 유형의 엔진은 압축기 스테이션을 사용하여 압력이 증가한 BOG로 작동될 수 있다. 그에 따라, 제2 유형의 엔진을 위한 가스 공급 시스템은 제1 유형의 엔진을 위해 필요한 가스 공급 시스템보다 저렴할 수 있다. 특히 제1 유형의 엔진을 위한 가스 공급 시스템은 탱크에 의해 생성된 BOG 스트림을 처리할 수 있어야 하는데 보일러와 발전기 세트는 이 BOG 스트림의 일부만 처리할 수 있으므로, 상대적으로 고가의 액화 시스템이 제1 유형 엔진의 기체 연료 공급 시스템에 설치하여 작동해야 한다.The second type of engine is a so-called low pressure gas engine in which gaseous fuel is mixed with scavenging air, and this second type of engine compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging in a combustion chamber. In this second type of engine, gaseous fuel is introduced by a fuel valve disposed inwardly along the length of the cylinder liner. That is, it starts long before the exhaust valve is closed and flows from the bottom dead center (BDC) to the top dead center (TDC) during the upward stroke of the piston. The piston compresses the gaseous fuel and the desired mixture in the combustion chamber, and ignites the compressed mixture at or near top dead center (TDC) with a timing ignition means such as pilot oil injection. The advantage of this type 2 engine is that it can operate on gaseous fuel supplied at relatively low pressures (eg 15 bar). This is because the pressure in the combustion chamber is relatively low when gaseous fuel is introduced. Thus, an engine of the second type can be operated with an increased pressure BOG using a compressor station. Accordingly, a gas supply system for an engine of the second type may be cheaper than a gas supply system required for an engine of the first type. In particular, gas supply systems for engines of type 1 must be able to process the BOG stream produced by the tank, but boilers and generator sets can only process a portion of this BOG stream, so relatively expensive liquefaction systems are of type 1 It must be installed and operated in the gaseous fuel supply system of the engine.

그러나 제2 유형의 엔진은 연소실에서 혼합물을 압축한다는 사실 때문에, 제1 유형의 엔진에 비해 상당히 낮은 유효 압축비로 작동할 필요가 있다. 일반적으로, 제1 유형의 엔진은 약 15 내지 약 17의 유효 압축비로 작동하는 반면, 제2 유형의 엔진은 약 7 내지 약 9의 유효 압축비로 작동하며, 제2 유형 엔진의 기하학적 압축비는 일반적으로 대략 13.5이다. 기하학적으로 결정된 압축비가 크게 낮아지면 제1 유형의 엔진에 비해 제2 유형의 엔진의 에너지 효율이 상당히 낮아지고, 또한, 유사한 크기의 제1 유형의 엔진과 비교하여 제2 유형 엔진에 대해 더 낮은 최대 연속 정격 출력을 초래한다. However, due to the fact that engines of the second type compress the mixture in the combustion chamber, they need to operate with a significantly lower effective compression ratio compared to engines of the first type. In general, engines of the first type operate with an effective compression ratio of about 15 to about 17, while engines of the second type operate with an effective compression ratio of about 7 to about 9, and the geometric compression ratio of engines of the second type is generally It is approximately 13.5. If the geometrically determined compression ratio is significantly lower, the energy efficiency of the engine of the second type compared to the engine of the first type is significantly lower, and also the lower maximum for the engine of the second type compared to the engine of the similar size. It results in continuous rated output.

또한, 제2 유형의 엔진은 일반적으로 안정적인 점화를 제공하기 위해 프리챔버(pre-chamber) 및 타이밍된 점화 시스템을 필요로 한다. In addition, engines of the second type generally require a pre-chamber and a timed ignition system to provide stable ignition.

제2 유형 엔진의 다른 단점은 (국부적으로) 너무 낮은 공기과잉률 및/또는 너무 높은 벌크 온도로 인한 조기 점화를 피하고 너무 높은 공기과잉률 및/또는 너무 낮은 벌크 온도로 인한 실화를 피하기 위해 피스톤의 상향 행정 동안 연소실의 공기과잉률과 벌크 온도를 매우 정확하게 제어해야 한다. 균질한 혼합물을 생성하는 적절한 혼합은 연소실에서 조기 점화 또는 실화를 일으킬 수 있는 국부 조건을 피하기 위해 중요하다. 연소실에서 이러한 조건을 제어하는 것은 특히 과도 작동에서 어렵다. Other drawbacks of type 2 engines are (locally) the pistons to avoid premature ignition due to too low excess air and/or too high bulk temperatures and avoid misfires due to too high excess air and/or too low bulk temperatures. During the upstroke, the excess air rate and bulk temperature in the combustion chamber must be controlled very accurately. Proper mixing to produce a homogeneous mixture is important to avoid local conditions that could cause premature ignition or misfire in the combustion chamber. Controlling these conditions in the combustion chamber is particularly difficult in transient operation.

제DK201770703호는 제2 유형을 포함하는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 개시한다.No. DK201770703 discloses a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine including the second type.

결과적으로, 전술한 제1 유형과 제2 유형 엔진의 단점을 극복하거나 적어도 감소시키는 주 연료로 기체 연료로 작동할 수 있는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이 필요하다. As a result, there is a need for a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine capable of operating on gaseous fuel as the primary fuel that overcomes or at least reduces the disadvantages of the aforementioned first and second type engines.

또한, 전술한 가스 공급 시스템의 단점을 극복하거나 적어도 감소시키는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관의 연소에 사용될 수 있는 압력에서 기체 연료를 제공하는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연 기관에 기체 연료를 공급하기 위한 가스 공급 시스템이 필요하다.In addition, gas to a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine providing gaseous fuel at a pressure that can be used for combustion of a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine that overcomes or at least reduces the drawbacks of the gas supply system described above There is a need for a gas supply system to supply fuel.

특허문헌 1: WO 제2016058611A1호Patent Document 1: WO 2016058611A1 특허문헌 2: DK 제201670361A1호Patent Document 2: DK 201670361A1 특허문헌 3: DK 제201770703호Patent Document 3: DK No. 201770703

엔진과 기체 연료 공급 시스템의 제공뿐만 아니라 전술한 문제점을 극복하거나 적어도 줄이는 방법을 제공하는 것이 목적이다.It is an object to provide an engine and gaseous fuel supply system as well as a method of overcoming or at least reducing the aforementioned problems.

전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항과 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다. Objects other than those described above are achieved by the features of the independent claim. Additional implementation forms are apparent from the dependent claims, detailed description and drawings.

제1 양태에 따르면, 실린더 라이너, 피스톤 및 실린더 커버로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이 제공되며, According to a first aspect, there is provided a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner, a piston and a cylinder cover,

피스톤은 20을 넘는 기하학적 압축비로 BDC와 TDC 사이에서 왕복 운동하도록 배치되고, 엔진은 적어도 하나의 작동 모드에서 기체 연료를 주 연료로 작동하도록 구성되고, 엔진은 또한 다음 중 적어도 하나를 수행하는 작동 모드로 구성된다. The pistons are arranged to reciprocate between BDC and TDC with a geometric compression ratio greater than 20, the engine is configured to run gaseous fuel as the main fuel in at least one mode of operation, and the engine also performs at least one of the following modes of operation: Consists of

연소실에 유입된 소기와 혼합하여 공연비가 50이 넘는 공기와 연료의 혼합물을 얻기 위해 BDC에서 TDC로 피스톤 행정 중에 제1 양의 가압 기체 연료를 적어도 하나의 연소실에 유입하기; 및 Introducing a first amount of pressurized gaseous fuel into at least one combustion chamber during a piston stroke from BDC to TDC to obtain a mixture of air and fuel having an air-fuel ratio of 50 or more by mixing with the scavenging air introduced into the combustion chamber; And

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기체 연료를 적어도 하나의 연소실 내로 분사하기.Injecting a second amount of high pressure gaseous fuel into at least one combustion chamber when the piston is at or near the TDC.

압축 행정 중에 중압(medium pressure) 기체 연료를 허용하는 동시에 TDC에 또는 그 근처에 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 엔진에 제공함으로써 압축 행정에서 연소실의 공기과잉률은 50이 넘게 유지될 수 있다(즉, 질량 공기/질량 연료(예: NLG 또는 메탄)). 따라서 압축 행정 중에 조기 점화의 위험을 최소화하고 공기과잉률의 매우 정확한 제어와 벌크 온도의 필요성을 피한다. 또한, TDC에 또는 그 근처에 고압 기체 연료의 분사는 압축 행정 중에 높은 공기과잉률에도 불구하고 점화를 보장하고 따라서 실화를 피하는 효과가 있다. 또한, 조기 점화에 대한 견고성은 제2 유형 엔진에 대해 공지된 엔진과 비교하여 훨씬 높은 유효 압축비, 즉 20의 초과를 허용하여, 제1 양태에 따른 엔진에 제2 유형 엔진보다 현저히 높은 연료 효율을 제공한다. 더욱이, 제2 유형 엔진에 일반적으로 필요한 프리챔버는 제1 양태에 따른 엔진에서 피할 수 있다. 또한, 제1 양태에 따른 엔진의 성능은 상당한 양의 중압 기체 연료, 즉 압축기를 사용하여 증발 가스로부터 쉽게 얻을 수 있는 상당한 양의 연료를 소비함으로써 제1 유형의 엔진과 비교하여 증발 가스의 재액화 필요성이 감소한다. Excess air in the combustion chamber in the compression stroke by providing the engine with a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine configured to inject high-pressure gaseous fuel into or near the TDC while allowing medium pressure gaseous fuel during the compression stroke. Can be held above 50 (i.e. mass air/mass fuel (eg NLG or methane)). This minimizes the risk of pre-ignition during the compression stroke and avoids the need for very precise control of the excess air rate and bulk temperature. In addition, injection of high-pressure gaseous fuel at or near the TDC has the effect of ensuring ignition and thus avoiding misfire despite high air excess rates during the compression stroke. In addition, the robustness against early ignition allows for a much higher effective compression ratio, i.e. greater than 20, compared to engines known for the second type engine, giving the engine according to the first aspect a significantly higher fuel efficiency than the second type engine. to provide. Moreover, the prechamber generally required for engines of the second type can be avoided in the engine according to the first aspect. In addition, the performance of the engine according to the first aspect is the reliquefaction of the boil-off gas compared to the engine of the first type by consuming a significant amount of medium pressure gaseous fuel, i.e. a significant amount of fuel readily obtainable from the boil-off gas using a compressor The need is reduced.

당 업계에서, 기하학적 압축비는 피스톤이 하사점(BDC)에 있는 연소실 체적 (BDC)과 피스톤이 상사점(TDC)에 있는 연소실 체적의 비율로 정의된다.In the art, the geometric compression ratio is defined as the ratio of the combustion chamber volume (BDC) at which the piston is at bottom dead center (BDC) and the combustion chamber volume at which the piston is at top dead center (TDC).

피스톤 왕복 엔진에서 기하학적 압축비는 실린더의 내용물을 상사점(TDC)에서 피스톤 위의 클리어런스 볼륨(clearance volume) 내로 압축하는 것만 고려하고 동등한 압축과 팽창을 가정한다. 따라서, 기하학적 압축비는 피스톤이 하사점(BDC)에 있는 연소실 체적과 피스톤이 상사점(TDC)에 있는 연소실 체적의 비율로 정의된다.In a piston reciprocating engine, the geometric compression ratio only considers compressing the contents of the cylinder into the clearance volume above the piston at top dead center (TDC) and assumes equivalent compression and expansion. Thus, the geometric compression ratio is defined as the ratio of the combustion chamber volume at which the piston is at bottom dead center (BDC) and the combustion chamber volume at which the piston is at top dead center (TDC).

효과적인 압축비는 배기 밸브 이벤트 및 흡입 부스팅도 고려한다. The effective compression ratio also takes into account exhaust valve events and intake boosting.

제1 양태에 따른 엔진은 디젤 사이클과 오토(Otto) 사이클을 결합하여 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관에서 전에 볼 수 없었던 완전히 새로운 사이클을 형성한다.The engine according to the first aspect combines the diesel cycle and the Otto cycle to form a completely new cycle not previously seen in a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 연소실에 소기를 유입하기 위해 실린더 라이너 내에 배치된 피스톤 제어식 소기 포트를 더 포함한다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises a piston controlled scavenging port disposed within the cylinder liner for introducing scavenging air into the combustion chamber.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 실린더 커버 내에 배치되고 배기 밸브에 의해 제어되는 배기가스 출구를 더 포함한다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises an exhaust gas outlet disposed within the cylinder cover and controlled by the exhaust valve.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 기체 연료를 연소실로 전달하기 위한 적어도 하나의 연료 밸브를 더 포함한다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises at least one fuel valve for delivering gaseous fuel to the combustion chamber.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 제1 가압 기체 연료 공급원에 대해 연결을 더 포함하고, 제1 가압 기체 연료 공급원은 바람직하게는 제1 압력(P1)을 갖는다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises a connection to a first pressurized gaseous fuel source, and the first pressurized gaseous fuel source preferably has a first pressure P1.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 제2 가압 기체 연료 공급원에 대해 연결을 더 포함하고, 제2 가압 기체 연료 공급원은 바람직하게는 제1 압력보다 낮은 제2 압력(P2)을 갖는다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises a connection to a second source of pressurized gaseous fuel, the second source of pressurized gaseous fuel, preferably having a second pressure P2 lower than the first pressure.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 단일 엔진 사이클 내에서 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine is configured to introduce a first amount of pressurized gaseous fuel and inject a second amount of high-pressure gaseous fuel within a single engine cycle.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 제1 양의 가압 기체 연료를 유입한 후 피스톤이 TDC에 도달하는 제1 경우에 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine is configured to inject a second amount of high pressure gaseous fuel in the first case when the piston reaches TDC after introducing a first amount of pressurized gaseous fuel.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 제1 양의 기체 연료를 유입한 후 및 제2 양의 기체 연료를 분사하기 전에 또는 동시에 제3 양의 점화액을 유입하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine is configured to introduce a third amount of ignition liquid after introducing the first amount of gaseous fuel and before or at the same time as injecting the second amount of gaseous fuel.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 실린더당 하나 이상의 전용 점화액 밸브를 포함한다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises one or more dedicated ignition fluid valves per cylinder.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 적어도 하나의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하기 위해 실린더 커버에 배치된 하나 이상의 가스 분사 밸브를 포함하고, 상기 가스 분사 밸브는 제1 기체 연료 공급원에 연결된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises one or more gas injection valves disposed on the cylinder cover for injecting a second amount of gaseous fuel into the at least one combustion chamber, the gas injection valve being a first gaseous fuel source Is connected to

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 적어도 하나의 연소실 내로 제1 양의 기체 연료를 유입하기 위해 실린더 라이너에 배치된 하나 이상의 가스 유입 밸브를 포함하고, 상기 가스 유입 밸브는 제2 기체 연료 공급원에 연결된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises one or more gas inlet valves disposed in the cylinder liner for introducing a first amount of gaseous fuel into the at least one combustion chamber, the gas inlet valve being a second gaseous fuel source. Is connected to

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제1 압력(P1)은 고압, 바람직하게는 150bar가 넘는 압력이다.In a possible embodiment of the first aspect, the first pressure P1 is a high pressure, preferably a pressure above 150 bar.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제2 압력(P2)은 중압, 바람직하게는 10과 30bar 사이 압력이다.In a possible embodiment of the first aspect, the second pressure P2 is a medium pressure, preferably between 10 and 30 bar.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제1 양의 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성하며, 제2 양의 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성한다.In a possible implementation form of the first aspect, the first amount of gaseous fuel forms 20 to 80%, preferably 30 to 70% of the total amount of gaseous fuel delivered to the combustion chamber during a given engine cycle, and the second amount of gaseous fuel Forms 20 to 80%, preferably 30 to 70%, of the total amount of gaseous fuel delivered to the combustion chamber during a given engine cycle.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제3 양의 점화액은 주어진 엔진 사이클 동안 하나 이상의 연소실로 전달되는 모든 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성한다.In a possible implementation form of the first aspect, the third amount of ignition liquid forms less than 5%, preferably less than 3%, of all fuel calorific values delivered to one or more combustion chambers during a given engine cycle.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 하나 이상의 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 하나 이상의 연료 밸브 연결되어 제어하고, 상기 컨트롤러는 하나 이상의 연료 밸브를 작동시켜 다음을 수행하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises one or more controllers, the controller being connected to and controlling one or more fuel valves, and the controller is configured to operate the one or more fuel valves to:

BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체 연료 공급원으로부터도 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 수용하기; 및 Receiving a first amount of gaseous fuel from the second pressurized gaseous fuel source into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC; And

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때, 제1 가압 기체 연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하기.When the piston is at or near the TDC, injecting a second amount of gaseous fuel from the first pressurized gaseous fuel source into the at least one combustion chamber.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 하나 이상의 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 연료 유입 밸브와 연료 분사 밸브의 제어에 연결되며, 상기 컨트롤러는 다음을 수행하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises one or more controllers, the controller being connected to the control of the fuel inlet valve and the fuel injection valve, the controller being configured to:

BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체 연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하는 연료 유입 밸브를 작동하기; 및 Actuating a fuel inlet valve that introduces a first amount of gaseous fuel from the second pressurized gaseous fuel source into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC; And

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때, 제1 가압 기체 연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 작동하기.When the piston is at or near the TDC, actuating a fuel injection valve that injects a second amount of gaseous fuel from the first pressurized gaseous fuel source into the one or more combustion chambers.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 저압 작동 모드를 더 포함하며, 엔진은 BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체의 연료 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하고, 피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제1 가압 기체 연료의 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하지 않도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises a low pressure operating mode, wherein the engine introduces a first amount of gaseous fuel from the fuel source of the second pressurized gas into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC. And not injecting a second amount of gaseous fuel from the source of the first pressurized gaseous fuel into the at least one combustion chamber when the piston is at or near the TDC.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 고압 작동 모드를 더 포함하며, 엔진은 TDC에서 또는 그 근처에서 제1 가압 기체의 연료 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실로 제2 양의 기체 연료를 분사하고, BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체 연료의 공급원으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제1 양의 기체 연료를 분사하지 않도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine further comprises a high pressure mode of operation, the engine injecting a second amount of gaseous fuel from the fuel source of the first pressurized gas into the at least one combustion chamber at or near the TDC, It is configured not to inject a first amount of gaseous fuel into the at least one combustion chamber from the source of the second pressurized gaseous fuel during the stroke of the piston from BDC to TDC.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 실린더 라이너, 피스톤 및 실린더 커버로 각각 구분되는 복수의 연소실을 포함하며, 엔진은 적어도 하나의 작동 모드에서 기체 연료를 주 연료로 하나 이상의 연소실을 작동하도록 구성되고, 엔진은 BDC로부터 TDC까지 피스톤(10)의 행정 중에 남은 연소실에 가압된 기체 연료의 양을 유입하고, 피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 남은 연소실로 고압 기체 연료의 양을 분사하지 않도록 적어도 하나의 작동 모드로 더 구성된다. 따라서, 나머지 연소실/실린더는 피스톤의 상향 이동 중에 비교적 저압 가스의 유입으로 종래의 방식으로 작동될 수 있다. 즉, 하나 이상의 선택된 연소실/실린더는 제1 양태에 따라 작동된다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises a plurality of combustion chambers each divided into a cylinder liner, a piston and a cylinder cover, the engine being configured to operate one or more combustion chambers with gaseous fuel as the main fuel in at least one operating mode. And the engine injects the amount of pressurized gaseous fuel into the combustion chamber remaining during the stroke of the piston 10 from BDC to TDC, and does not inject the amount of high-pressure gaseous fuel into the remaining combustion chamber when the piston is at or near the TDC. It is further configured with at least one operating mode. Thus, the remaining combustion chamber/cylinder can be operated in a conventional manner with the introduction of relatively low pressure gas during the upward movement of the piston. That is, one or more selected combustion chambers/cylinders are operated according to the first aspect.

제2 양태에 따르면, 기체 연료를 주 연료로 하는 실린더 라이너, 피스톤 및 실린더 커버로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 작동하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다. According to a second aspect, there is provided a method of operating a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner, a piston and a cylinder cover, which is a gaseous fuel as the main fuel, the method comprising: Includes steps.

상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 피스톤을 왕복 운동시키는 단계; Reciprocating the piston between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC);

BDC로부터 TDC까지 피스톤 행정 중에 제1 양의 가압 기체 연료를 하나 이상의 연소실로 유입하는 단계; 및 Introducing a first amount of pressurized gaseous fuel into one or more combustion chambers during a piston stroke from BDC to TDC; And

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기체 연료를 하나 이상의 연소실 내로 분사하는 단계.Injecting a second amount of high pressure gaseous fuel into one or more combustion chambers when the piston is at or near the TDC.

제2 양태에 따른 방법은 제1 양태에 따른 엔진과 동일한 장점을 제공한다.The method according to the second aspect provides the same advantages as the engine according to the first aspect.

제3 양태에 따르면, 제2 양태의 방법에 따라 작동되는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이 제공된다.According to a third aspect, there is provided a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine operated according to the method of the second aspect.

제4 양태에 따르면, 하나 이상의 작동 모드에서 가스 연료가 주 연료로 작동하도록 구성된 대형 2행정 터보 차징 단기 소기식 내연기관이 제공되며, 상기 엔진은 다음을 포함한다. According to a fourth aspect, there is provided a large two-stroke turbocharged short-term scavenging internal combustion engine configured to operate gaseous fuel as the primary fuel in one or more operating modes, the engine comprising:

실린더 라이너, 피스톤 및 실린더 커버로 구분되는 하나 이상의 연소실; At least one combustion chamber divided into a cylinder liner, a piston and a cylinder cover;

실린더 라이너 내에서 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복하도록 배치되는 피스톤; A piston disposed to reciprocate between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (BDC) in the cylinder liner;

연소실 내로 소기를 유입하기 위해 실린더 라이너에 배치되는 피스톤 제어 소기 포트; A piston control scavenging port disposed on the cylinder liner to introduce scavenging air into the combustion chamber;

실린더 커버에 배치되고 배기 밸브에 의해 제어되는 배기가스 출구; An exhaust gas outlet disposed on the cylinder cover and controlled by an exhaust valve;

바람직하게는 실린더 라이너에 배치되어, 하나 이상의 연소실 내로 제1 양의 기체 연료를 유입하기 위한 하나 이상의 가스 유입 밸브; 및At least one gas inlet valve, preferably disposed on the cylinder liner, for introducing a first amount of gaseous fuel into the at least one combustion chamber; And

하나 이상의 연소실 내에 제2 양의 기체 연료를 분사하기 위해 실린더 커버에 배치된 하나 이상의 가스 분사 밸브.One or more gas injection valves disposed in the cylinder cover for injecting a second amount of gaseous fuel into the one or more combustion chambers.

제4 양태에 따른 엔진은 제1 양태에 따른 엔진과 동일한 장점을 제공한다.The engine according to the fourth aspect provides the same advantages as the engine according to the first aspect.

제4 양태의 가능한 구현 형태에서, 가스 분사 밸브는 제1 압력(P1)을 갖는 제1 기체 연료 공급원에 연결되며, 상기 제1 압력(P1)은 바람직하게는 대략 150bar 내지 대략 450bar 사이이다.In a possible embodiment of the fourth aspect, the gas injection valve is connected to a first gaseous fuel source having a first pressure P1, which first pressure P1 is preferably between about 150 bar and about 450 bar.

제4 양태의 가능한 구현 형태에서, 가스 유입 밸브는 제1 압력(P1)보다 낮은 제2 압력(P2)을 갖는 제2 기체 연료 공급원에 연결되며, 상기 제2 압력(P1)은 바람직하게는 대략 10bar 내지 대략 30bar 사이이다.In a possible implementation form of the fourth aspect, the gas inlet valve is connected to a second gaseous fuel source having a second pressure P2 lower than the first pressure P1, wherein the second pressure P1 is preferably approximately It is between 10 bar and approximately 30 bar.

제4 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 다음을 포함한다.In a possible implementation form of the fourth aspect, the engine includes:

제1 압력(P1)을 갖는 제1 가압 기체 연료 공급원에 대한 연결부; 및A connection to a first pressurized gaseous fuel supply source having a first pressure P1; And

제1 압력(P1)보다 낮은 제2 압력(P2)을 갖는 제2 가압 기체 연료 공급원에 대한 연결부.A connection to a second pressurized gaseous fuel source having a second pressure P2 lower than the first pressure P1.

제4 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 하나 이상의 작동 모드에서 다음을 수행하도록 구성된다.In a possible implementation form of the fourth aspect, the engine is configured to perform the following in one or more modes of operation.

BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체 연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 수용하기; 및 Receiving a first amount of gaseous fuel from a second pressurized gaseous fuel source into one or more combustion chambers during the stroke of the piston from BDC to TDC; And

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 같은 엔진 사이클에 제1 가압 기체연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하기.Injecting a second amount of gaseous fuel into one or more combustion chambers from the first pressurized gaseous fuel source in the same engine cycle when the piston is at or near the TDC.

제4 양태의 가능한 구현 형태에서, 제1 양의 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성하고, 제2 양의 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성하고, 제3 양의 점화액은, 바람직하게는 주어진 엔진 사이클 동안 하나 이상의 연소실로 전달되는 모든 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성한다.In a possible implementation form of the fourth aspect, the first amount of gaseous fuel forms 20 to 80%, preferably 30 to 70% of the total amount of gaseous fuel delivered to the combustion chamber during a given engine cycle, and the second amount of gaseous fuel Forms 20 to 80%, preferably 30 to 70%, of the total amount of gaseous fuel delivered to the combustion chamber during a given engine cycle, and a third amount of ignition liquid is preferably delivered to one or more combustion chambers during a given engine cycle. Less than 5%, preferably less than 3% of all fuel calorific values are formed.

제4 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 하나 이상의 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 연료 유입 밸브와 연료 분사 밸브에 연결되어 제어하며, 상기 컨트롤러는 다음을 수행하도록 구성된다.In a possible implementation form of the fourth aspect, the engine comprises one or more controllers, which controllers are connected to and control the fuel inlet valve and the fuel injection valve, the controller being configured to:

BDC로부터 TDC까지 피스톤의 행정 중에 제2 가압 기체 연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하는 연료 유입 밸브를 작동하기; 및 Actuating a fuel inlet valve that introduces a first amount of gaseous fuel from the second pressurized gaseous fuel source into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC; And

피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때, 제1 가압 기체 연료 공급원으로부터 하나 이상의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 작동하기.When the piston is at or near the TDC, actuating a fuel injection valve that injects a second amount of gaseous fuel from the first pressurized gaseous fuel source into the one or more combustion chambers.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 하기 실시예로부터 명백해질 것이다.These and other aspects of the invention will become apparent from the following examples.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진과 기체 연료 공급 시스템의 제공뿐만 아니라 전술한 문제점을 극복하거나 적어도 줄일 수 있다는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, there is an advantage in that it is possible to overcome or at least reduce the aforementioned problems as well as providing an engine and gaseous fuel supply system.

하기 본 발명의 개시, 양태, 실시예 및 구현 형태의 상세한 부분에서, 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 대형 2행정 엔진의 정면도이다.
도 2는 도 1 대형 2행정 엔진의 측면도이다.
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 엔진의 제1 개략도이다.
도 4는 실린더 커버와 실린더 커버에 장착된 배기 밸브 및 TDC와 BDC 모두에 도시된 피스톤이 포함된 도 1 엔진의 실린더 프레임과 실린더 라이너의 단면도이다.
도 5는 가스 교환 및 연료 분사 사이클을 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 기체 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 기체 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 실린더 프레임과 실린더 라이너의 단면도이다.
In the following detailed part of the disclosure, aspects, embodiments, and implementation forms of the present invention, it will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.
Fig. 1 is a front view of a large two-stroke engine according to an exemplary embodiment.
Figure 2 is a side view of the large two-stroke engine of Figure 1;
3 is a first schematic diagram of a large two-stroke engine according to FIG. 1;
4 is a cross-sectional view of the cylinder frame and cylinder liner of the FIG. 1 engine including a cylinder cover and an exhaust valve mounted on the cylinder cover and the pistons shown in both TDC and BDC.
5 is a graph showing a gas exchange and fuel injection cycle.
6 is a schematic diagram of a gaseous fuel supply system according to an embodiment.
7 is a schematic diagram of a gaseous fuel supply system according to another embodiment.
8 is a cross-sectional view of a cylinder frame and a cylinder liner according to another embodiment.

하기 상세한 설명에서, 예시적인 실시예의 대형 2행정 저속 터보 차징 내연 크로스 헤드 엔진을 참조하여 내연기관을 설명할 것이다. 도 1, 2 및 3은 크랭크샤프트(8)와 크로스헤드(9)를 갖춘 대형 저속 터보 차징 2행정 내연기관의 실시예를 도시한다. Figs. 도 1 및 도 2는 각각 정면도와 측면도이다. 도 3은 흡배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보 차징 2행정 디젤 엔진의 개략도이다. 이 예시적인 실시예에서, 엔진은 열을 지은 네 개의 실린더를 구비한다. 대형 저속 터보 차징 2행정 내연기관은 통상적으로 엔진 프레임(11)에 의해 지지가 되는, 열을 지은 4개 내지 14개의 실린더를 갖는다. 이 엔진은 예컨대, 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동하는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 이 엔진의 총 출력은 예컨대, 1,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다. 이 엔진은 작동 모드에서 디젤 사이클과 오토(Otto) 사이클의 주 연료로 기체 연료와 결합한다. 왜냐하면, 압축 점화되기는 하지만 피스톤(10)의 압축 행정 동안 유입되는 제1 양의 가압 기체 연료를 형성하는 공기와 연료의 혼합물도 압축하기 때문이다. 압축된 공기와 연료 혼합물은 제2 양의 고압 가스 하우스 연료가 TDC에서 또는 그 근처에서 분사될 때 점화된다. In the detailed description below, an internal combustion engine will be described with reference to a large two-stroke low-speed turbocharged internal combustion crosshead engine of an exemplary embodiment. 1, 2 and 3 show an embodiment of a large low-speed turbocharged two-stroke internal combustion engine with a crankshaft 8 and a crosshead 9. Figs. 1 and 2 are a front view and a side view, respectively. 3 is a schematic diagram of a large low speed turbocharged two-stroke diesel engine equipped with an intake and exhaust system. In this exemplary embodiment, the engine has four cylinders built in rows. Large low-speed turbocharged two-stroke internal combustion engines typically have four to fourteen cylinders in rows, supported by the engine frame 11. This engine can be used, for example, as a main engine of a ship or a stationary engine that operates a generator of a power plant. The total power of this engine may for example range from 1,000 to 110,000 kW. The engine combines gaseous fuel as the main fuel for the diesel and Otto cycles in operating mode. This is because, although compression ignition is performed, a mixture of air and fuel forming the first amount of pressurized gaseous fuel introduced during the compression stroke of the piston 10 is also compressed. The compressed air and fuel mixture is ignited when a second amount of high pressure gas house fuel is injected at or near the TDC.

엔진의 다른 작동 모드는 압축 행정 동안 연료가 유입되지 않고 TDC에서 또는 그 근처에서 모든 연료가 분사되는 디젤 사이클에 따라 작동할 수 있으며, 이 모드는 또한 주 연료로 기체 연료를 가질 수 있다. 또 다른 작동 모드에서, 엔진은 모든 기체 연료가 소기와 혼합되고 압축 행정 동안 공기와 연료의 혼합물이 압축되고 TDC에서 또는 그 근처에서 시간적 점화가 제공되는 오토 사이클에 따라 작동될 수 있다.Another mode of operation of the engine may operate according to a diesel cycle in which no fuel is introduced during the compression stroke and all fuel is injected at or near the TDC, which may also have gaseous fuel as the main fuel. In another mode of operation, the engine can be operated according to an auto cycle in which all gaseous fuel is mixed with scavenging, the mixture of air and fuel is compressed during the compression stroke and temporal ignition is provided at or near the TDC.

엔진은, 이 예시적인 실시예에서, 실린더 라이너(1) 하부 영역에 소기 포트(18)가, 실린더 라이너(1) 상단에 중앙 배기밸브(4)가 구비된 2행정 단류 소기 유형의 엔진이다. 따라서, 연소실은 실린더 라이너(1), 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이에서 실린더 라이너에서 왕복 운동하도록 배치된 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분된다. 상기 엔진의 기하학적 압축비는 20을 넘는다. The engine, in this exemplary embodiment, is a two-stroke single-flow scavenging type engine with a scavenging port 18 in the lower region of the cylinder liner 1 and a central exhaust valve 4 at the top of the cylinder liner 1. Accordingly, the combustion chamber is divided into a cylinder liner 1, a piston 10 arranged to reciprocate in the cylinder liner between the bottom dead center (BDC) and the top dead center (TDC), and the cylinder cover 22. The geometric compression ratio of the engine exceeds 20.

소기는 피스톤이 소기 포트(18) 아래에 있을 때 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1) 하단의 소기 포트(18)를 통과한다. 피스톤이 상향 이동 중이면서 연료 밸브(30)를 통과하기 전일 때 전자제어기(60)의 제어에 따라 기체 연료 유입 밸브(30)로부터 기체 연료가 유입된다. 연료 밸브(30)는 바람직하게는, 실린더 라이너의 원주 둘레에 균일하게 분포하고 실린더 라이너(1) 길이의 중앙 영역 어딘가에 배치된다. 따라서, 기체 연료의 유입은 압축 압력이 비교적 낮을 때, 즉 피스톤이 TDC에 도달하여 압축 압력보다 훨씬 낮을 때 발생한다. 엔진은 압축 행정 동안 일정량의 기체 연료를 유입하도록 구성되어 연소실에서 공기와 연료의 혼합물이 50보다 큰 공연비(공기 질량/연료 질량(예: LNG(메탄) 또는 LPG))를 갖도록 한다. 압축 행정 동안 연소실의 공연비가 50을 넘으면 조기 점화의 위험이 크게 줄어 든다.When the scavenging piston is below the scavenging port 18, it passes from the scavenging receiving portion 2 through the scavenging port 18 at the bottom of the individual cylinder 1. When the piston is moving upward and before passing through the fuel valve 30, gaseous fuel is introduced from the gaseous fuel inlet valve 30 under the control of the electronic controller 60. The fuel valve 30 is preferably evenly distributed around the circumference of the cylinder liner and is disposed somewhere in the central region of the length of the cylinder liner 1. Thus, the inflow of gaseous fuel occurs when the compression pressure is relatively low, that is, when the piston reaches TDC and is much lower than the compression pressure. The engine is configured to introduce a certain amount of gaseous fuel during the compression stroke so that the mixture of air and fuel in the combustion chamber has an air-fuel ratio (air mass/fuel mass (eg LNG (methane) or LPG) of greater than 50). If the air-fuel ratio of the combustion chamber exceeds 50 during the compression stroke, the risk of early ignition is greatly reduced.

실린더 라이너(1)의 피스톤(10)은 충전 기체 연료와 소기를 압축하고, TDC에서 또는 그 근처에서 고압 기체 연료가 연료 분사 밸브(50)를 통해 분사된다. TDC에서 또는 그 근처에서 상기 고압 연료의 분사는 연소실의 고압 또는 TDC 근처의 고온으로 인한 디젤 원리에 따라 점화를 유발하며, 고압 분사의 추가 연료량에 의해 유발된 연소실의 현저히 감소한 공연비는, 아마도 연료 분사 밸브(50)에 의해 기체 연료와 함께 분사되거나 바람직하게는 실린더 커버(22)에 배치되는 전용 파일럿 오일 연료 밸브(51)에 의해 전달되는 제3의 소량 파일럿 오일(또는 임의의 다른 적합한 점화액)에 의해 지원을 받을 수 있다. The piston 10 of the cylinder liner 1 compresses the fill gas fuel and scavenging air, and the high pressure gaseous fuel is injected through the fuel injection valve 50 at or near the TDC. The injection of the high-pressure fuel at or near the TDC causes ignition according to the diesel principle due to the high pressure in the combustion chamber or the high temperature near the TDC, and the significantly reduced air-fuel ratio in the combustion chamber caused by the additional amount of fuel in the high-pressure injection is probably fuel injection. A third small amount of pilot oil (or any other suitable ignition fluid) injected with gaseous fuel by valve 50 or delivered by a dedicated pilot oil fuel valve 51 preferably arranged in the cylinder cover 22 You can get support by

"TDC에서 또는 그 근처에서"는 피스톤이 빨라도 TDC 전 약 15도에 시작하고 늦어도 TDC 후 약 40도에 끝나는 기체 연료의 분사를 포함하는 범위를 의미한다. "At or near TDC" means a range that includes injection of gaseous fuel starting at about 15 degrees before TDC and ending at about 40 degrees after TDC, even if the piston is fast.

이어 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다. 파일럿 오일 연료 밸브(50) 대신에 또는 파일럿 연료 밸브(50)에 추가하는 대안 형태의 점화 시스템, 예컨대 프리챔버(미도시), 레이저 점화(미도시) 또는 글로(glow) 플러그(미도시)를 사용하여 점화를 시작할 수도 있다.Subsequently, combustion proceeds and exhaust gas is produced. An alternative form of ignition system, such as a prechamber (not shown), laser ignition (not shown) or a glow plug (not shown), in place of or in addition to the pilot oil fuel valve 50. Can also be used to start ignition.

배기밸브(4)가 열리면 배기가스는 실린더(1)와 결합된 배기 덕트를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동한 후, 이 배기가스는 제2 배기 도관을 통해 이코노마이저(20)를 경유하여 출구(21)와 대기 중으로 배출된다. 터빈(6)은 샤프트를 통해 공기 유입구(12)를 경유하여 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 이 압축기(7)는 소기 수용부(2)에 이르는 소기 도관(13)에 가압된 소기를 전달한다. 이 도관(13) 내 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(14)를 통과한다.When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows to the exhaust gas receiving portion 3 through the exhaust duct coupled with the cylinder 1, and continues to the turbine of the turbocharger 5 through the first exhaust conduit 19. After flowing to (6), this exhaust gas is discharged to the outlet 21 and the atmosphere via the economizer 20 through the second exhaust conduit. The turbine 6 drives a compressor 7 through which fresh air is supplied via an air inlet 12 through a shaft. The compressor 7 delivers the pressurized scavenging air to the scavenging conduit 13 leading to the scavenging receiving portion 2. The scavenging air in this conduit 13 passes through the intercooler 14 for desired cooling.

터보차저(5)의 압축기(7)가 소기 수용부(2)에 충분한 압력을 전달하지 않으면, 즉 엔진의 낮은 부하 조건 또는 부분 부하 조건에서는, 냉각된 소기는 소기 유동을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 경유하여 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서, 터보차저 압축기(7)가 충분히 가압된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)가 역류방지밸브(15)를 경유하여 바이패스 된다. If the compressor 7 of the turbocharger 5 does not deliver sufficient pressure to the scavenging receiving portion 2, i.e. in a low or partial load condition of the engine, the cooled scavenging air pressurizes the electric motor 17 Passes through the auxiliary blower 16 driven by ). At higher engine loads, the turbocharger compressor 7 delivers a sufficiently pressurized scavenging air, and then the auxiliary blower 16 is bypassed via a non-return valve 15.

도 3은 신호 라인 또는 다른 통신 채널을 통해 컨트롤러에 엔진의 작동 조건에 관한 정보를 제공하는 센서 및 컨트롤러(60)에 의해 제어되는 엔진 부품들에 연결된 예컨대, 전자제어장치와 같은 컨트롤러(60)를 도시한다. 센서들 중 하나가 크랭크 각도 센서의 형태로 도시되어 있으며, 이는 크랭크샤프트(8)의 회전 각도를 컨트롤러(60)에 통지한다. 컨트롤러(60)는 연료 유입 밸브(30), 연료 분사 밸브(50) 및 배기 밸브(4)의 작동을 제어한다.3 shows a controller 60, such as an electronic control device, connected to the engine parts controlled by the sensor and the controller 60 that provide information about the operating conditions of the engine to the controller through a signal line or other communication channel. Shows. One of the sensors is shown in the form of a crank angle sensor, which informs the controller 60 of the angle of rotation of the crankshaft 8. The controller 60 controls the operation of the fuel inlet valve 30, the fuel injection valve 50 and the exhaust valve 4.

컨트롤러(60)는 연료 유입 밸브(30)와 연료 분사 밸브(50)에 연결되어 제어하며, 컨트롤러(60)는 BDC로부터 TDC로 가는 피스톤 행정 중에 제2 가압 기체 연료 공급원(40)으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제1 양의 기체 연료가 유입되도록 연료 유입 밸브를 작동시키고, 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 가압된 제1 고압 기체 연료 공급원(35)으로부터 적어도 하나의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하도록 연료 분사 밸브(50)를 작동시키도록 구성된다.The controller 60 is connected to the fuel inlet valve 30 and the fuel injection valve 50 to control, and the controller 60 is at least one from the second pressurized gas fuel supply source 40 during a piston stroke from BDC to TDC. The fuel inlet valve is operated so that a first amount of gaseous fuel is introduced into the combustion chamber, and a second into at least one combustion chamber from the pressurized first high pressure gaseous fuel supply 35 when the piston 10 is at or near the TDC. It is configured to operate the fuel injection valve 50 to inject positive gaseous fuel.

도 4는 일반적으로 대형 2행정 크로스헤드 엔진용으로 지정된 실린더 라이너(1)를 도시한다. 엔진 크기에 따라, 실린더 라이너(1)는 전형적으로 250mm 내지 1000mm 범위의 실린더 보어 및 1000mm 내지 4500mm 범위의 대응하는 전형적인 길이의 상이한 크기로 제조될 수 있다. 4 shows a cylinder liner 1 generally designated for a large two-stroke crosshead engine. Depending on the engine size, the cylinder liner 1 can be manufactured in different sizes, typically with cylinder bores in the range of 250 mm to 1000 mm and corresponding typical lengths in the range of 1000 mm to 4500 mm.

도 4에서, 실린더 라이너(1)는 실린더 커버(22)가 기밀 인터페이스를 사이에 두고 실린더 라이너(1)의 상부에 배치된 실린더 프레임(23)에 장착된 것으로 도시되어 있다. 도면 참조 In Fig. 4, the cylinder liner 1 is shown mounted on a cylinder frame 23 with a cylinder cover 22 disposed on top of the cylinder liner 1 with an airtight interface therebetween. See drawing

도 4에서, 피스톤(10)은 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 모두에서 점선으로 개략적으로 도시되어 있지만, 물론 이 두 위치가 동시에 발생하지 않고 크랭크샤프트(8)의 180도 회전으로 분리된다는 것은 분명하다. 실린더 라이너(1)에는 피스톤(10)이 윤활 라인(24)을 통과할 때 실린더 윤활 오일의 공급을 제공하는 실린더 윤활 구멍(25)과 실린더 윤활 라인(24)이 제공되며, 다음 피스톤 링(미도시)은 실린더 라이너의 작동 표면에 실린더 윤활 오일을 분배한다. In Fig. 4, the piston 10 is schematically shown with a dotted line at both the bottom dead center (BDC) and the top dead center (TDC), but of course these two positions do not occur at the same time and are separated by 180 degree rotation of the crankshaft 8 It is clear. The cylinder liner (1) is provided with a cylinder lubrication hole (25) and a cylinder lubrication line (24) to provide a supply of cylinder lubrication oil when the piston (10) passes through the lubrication line (24), followed by a piston ring (not shown). Si) distributes the cylinder lubricating oil to the working surface of the cylinder liner.

연료 분사 밸브(50)(일반적으로 2개 또는 3개의 연료 분사 밸브(50)가 실린더마다 배기밸브(4) 주위에 원주형으로 분포함)가 실린더 커버(22)에 장착되어 제1 공급 도관(36)을 경유하여 제1 고압 기체 연료 공급원(35)에 연결되고 파일럿 라인(28)을 경유하여 파일럿 오일(27)의 공급원에 연결된다. A fuel injection valve 50 (generally, two or three fuel injection valves 50 are distributed circumferentially around the exhaust valve 4 for each cylinder) is mounted on the cylinder cover 22 and the first supply conduit ( It is connected to the first high pressure gaseous fuel supply 35 via 36) and to the supply of pilot oil 27 via pilot line 28.

제3 점화액의 양은 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 전체 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성한다.The amount of the third ignition liquid forms less than 5%, preferably less than 3%, of the total amount of fuel calorific value delivered to the combustion chamber during a given engine cycle.

연료분사밸브(50)는 제DK178519B1호에 개시된 유형일 수 있으며, 이는 소량의 파일럿 오일과 함께 상당한 양의 고압 기체 연료를 연소실에 분사할 수 있다.The fuel injection valve 50 may be of the type disclosed in DK178519B1, which can inject a significant amount of high pressure gaseous fuel into the combustion chamber with a small amount of pilot oil.

연료분사밸브(50)에 의한 고압 기체 연료와 파일럿 오일 분사의 타이밍은 전자제어장치(60)에 의해 제어되며, 전자제어장치(60)는 도 3에 점선으로 개략적으로 표시된 신호 라인을 통해 연료분사밸브(50)에 연결된다. The timing of injection of high pressure gaseous fuel and pilot oil by the fuel injection valve 50 is controlled by the electronic control device 60, and the electronic control device 60 injects fuel through a signal line schematically indicated by a dotted line in FIG. It is connected to the valve 50.

연료유입밸브(30)는 노즐/유입 개구가 실린더 라이너(1)의 내면 및 실린더 라이너(1)의 외벽으로부터 돌출된 연료밸브(30)의 후단과 실질적으로 같은 높이인 실린더 라이너 내에 설치된다. 전형적으로, 실린더 라이너(1) 주위에 원주 방향으로 분포된 각각의 실린더 라이너(1)에는 하나 또는 두 개, 또는 아마도 세 개 또는 네 개까지 연료유입밸브(30)가 제공된다. 연료유입밸브(30)는 일 실시예에서 실린더 라이너(1)의 길이를 따라 실질적으로 중간에 배열된다. The fuel inlet valve 30 is installed in a cylinder liner whose nozzle/inlet opening is substantially the same height as the rear end of the fuel valve 30 protruding from the inner surface of the cylinder liner 1 and the outer wall of the cylinder liner 1. Typically, each cylinder liner 1 distributed circumferentially around the cylinder liner 1 is provided with one or two, or perhaps up to three or four, fuel inlet valves 30. The fuel inlet valve 30 is arranged substantially midway along the length of the cylinder liner 1 in one embodiment.

연료유입밸브(30)에 의한 중압(medium pressure) 기체 연료의 유입은 전자제어장치(60)에 의해 제어되며, 전자제어장치(60)는 일 실시예에서 도 3에 개략적으로 표시된 신호 라인을 통해 연료유입밸브(30)에 연결된다.The inflow of medium pressure gaseous fuel by the fuel inlet valve 30 is controlled by the electronic control device 60, and the electronic control device 60 is in an embodiment through a signal line schematically shown in FIG. It is connected to the fuel inlet valve 30.

엔진은 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 단일 엔진 사이클 내에서, 즉 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된다. 즉, 제2 양의 고압 기체 연료는 제1 양의 가압 기체 연료를 유입한 후 피스톤이 TDC에 도달하는 제1 경우에 분사된다.The engine is configured to introduce a first amount of pressurized gaseous fuel and to inject a second amount of high pressure gaseous fuel within a single engine cycle. That is, the second amount of high-pressure gaseous fuel is injected in the first case when the piston reaches the TDC after the first amount of the pressurized gaseous fuel is introduced.

또한, 도 4는 제1 공급 도관(36)을 통해 실린더 커버(22) 내 각각의 연료분사밸브(50)에 연결된 제1 고압 기체 연료 공급원(35)과 연료공급도 관(41)을 통해 각각의 기체 연료 밸브(30)의 입구에 연결된 제2 중압 기체 연료 공급원(40)을 갖는 엔진의 기체 공급 시스템을 개략적이고 단순화 된 방식으로 도시한다. In addition, FIG. 4 shows a first high-pressure gaseous fuel supply source 35 and a fuel supply pipe connected to each of the fuel injection valves 50 in the cylinder cover 22 through the first supply conduit 36, respectively. The gas supply system of an engine having a second medium pressure gaseous fuel supply 40 connected to the inlet of the gaseous fuel valve 30 of is shown in a schematic and simplified manner.

일 실시예에서, 제1 고압 기체 연료 공급원(35)의 고압(P1)은 대략 15 내지 45 MPa(150 내지 450bar)일 수 있어, 기체 연료가 피크 압축 압력을 극복하고 TDC에서 또는 그 근처에서 분사될 수 있게 한다.In one embodiment, the high pressure P1 of the first high pressure gaseous fuel source 35 may be approximately 15 to 45 MPa (150 to 450 bar), so that the gaseous fuel overcomes the peak compression pressure and is injected at or near the TDC. Make it possible.

일 실시예에서, 제2 중압 기체 연료 공급원(40)의 중압(P2)은 대략 1 내지 3 MPa(10 내지 30bar)일 수 있어, 기체 연료가 압축 행정 중에 유입될 수 있게 한다. In one embodiment, the medium pressure P2 of the second medium pressure gaseous fuel supply source 40 may be approximately 1 to 3 MPa (10 to 30 bar), so that the gaseous fuel can be introduced during the compression stroke.

도 5는 소기포트(18), 배기밸브(4), 연료유입밸브(30)(GA 연료밸브) 및 연료분사밸브(50)(GI 연료밸브)의 개폐 기간을 크랭크 각도(크랭크샤프트의 각도(8))의 함수로 도시한 그래프이다. 상기 그래프는 기체 연료를 유입하기 위한 창이 비교적 짧으며, 기체 연료가 연소실에서 소기와 혼합되는 데 매우 짧은 시간을 허용함을 보여준다. 매우 짧은 이 창에는 기체 연료가 허용된다. 고압 기체 연료는 TDC 주변의 창에 분사된다.5 shows the opening and closing periods of the scavenging port 18, the exhaust valve 4, the fuel inlet valve 30 (GA fuel valve), and the fuel injection valve 50 (GI fuel valve) as a crank angle (the angle of the crankshaft ( It is a graph shown as a function of 8)). The graph shows that the window for introducing the gaseous fuel is relatively short and allows a very short time for the gaseous fuel to mix with the scavenging air in the combustion chamber. This very short window allows gaseous fuel. High pressure gaseous fuel is injected into the window around the TDC.

엔진 사이클당 전달된(유입 및 분사된) 기체 연료의 총량은 엔진 부하에 의해 결정된다. 전달되는 총 기체 연료량은 압력 P2에서 실린더로 유입되는 제1 양의 기체 연료와 압력 P1에서 실린더로 분사되는 제2 양의 고압 기체 연료를 합한 것이다. 일 실시예에서, 실린더로 전달되는 기체 연료 발열량의 대략 70 또는 80%까지는 압력 P2에서 가압된 기체 연료의 제2 공급원(40)으로부터 유입된 기체 연료이다. 일 실시예에서, 실린더로 전달되는 기체 연료 발열량의 대략 70 또는 80%까지는 압력 P2에서 제2 고압 기체 연료 공급원(35)으로부터 분사된 기체 연료이다. The total amount of gaseous fuel delivered (in and injected) per engine cycle is determined by the engine load. The total amount of gaseous fuel delivered is the sum of the first amount of gaseous fuel flowing into the cylinder at the pressure P2 and the second amount of high-pressure gaseous fuel injected into the cylinder at the pressure P1. In one embodiment, up to approximately 70 or 80% of the gaseous fuel calorific value delivered to the cylinder is gaseous fuel introduced from the second source 40 of gaseous fuel pressurized at pressure P2. In one embodiment, up to approximately 70 or 80% of the gaseous fuel calorific value delivered to the cylinder is gaseous fuel injected from the second high-pressure gaseous fuel source 35 at pressure P2.

따라서, 제1 기체 연료량과 제2 기체 연료량 사이의 비율은 각각의 기체 연료 공급원의 가용 연료량과 일치하도록 조정될 수 있다. 즉, 비교적 적은 고압 연료를 제1 공급원에서 이용 가능한 경우, 엔진은 압축 행정 중에 가압된 기체 연료의 제2 공급원(40)으로부터 실린더에 유입되는 비교적 많은 양의 중압 기체 연료 및 TDC에서 또는 그 근처에 분사되는 비교적 적은 양의 고압 기체 연료로 작동할 수 있다. 한편, 제2 가압 기체 연료 공급원(40)으로부터 비교적 적은 중간 가압된 기체 연료가 이용 가능한 경우, 엔진은 TDC에서 또는 그 근처에서 실린더 내로 분사된 제1 고압 기체 연료 공급원으로부터 비교적 많은 양의 고압 기체 연료와 압축 행정 중에 실린더에 유입된 제2 가압 기체 연료 공급원의 비교적 적은 양의 연료로 작동할 수 있다. Accordingly, the ratio between the first gaseous fuel amount and the second gaseous fuel amount can be adjusted to match the amount of available fuel of each gaseous fuel supply source. That is, if relatively little high-pressure fuel is available in the first source, the engine is at or near a relatively large amount of medium-pressure gaseous fuel and TDC entering the cylinder from the second source 40 of pressurized gaseous fuel during the compression stroke. It can operate with relatively small amounts of injected high-pressure gaseous fuel. On the other hand, when relatively little intermediate pressurized gaseous fuel is available from the second pressurized gaseous fuel source 40, the engine will have a relatively large amount of high-pressure gaseous fuel from the first high-pressure gaseous fuel source injected into the cylinder at or near the TDC. And a relatively small amount of fuel from the second pressurized gaseous fuel source introduced into the cylinder during the compression stroke.

도 6은 도 1 내지 4에 도시된 엔진과 같은 대형 2행정 터보 차징 내연기관에 기체 연료를 공급하기 위해 사용될 수 있는 기체 공급 시스템의 개략도이다. 1 to 4. 가스 공급 시스템은 일 실시예에서 액화 가스 탱커, 즉 주로 메탄으로 구성된 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 다량의 액화 기체 연료를 운반하는 해양 선박에 설치된다.6 is a schematic diagram of a gas supply system that can be used to supply gaseous fuel to a large two-stroke turbocharged internal combustion engine such as the engine shown in FIGS. 1 to 4. 1 to 4. The gas supply system is, in one embodiment, installed on a liquefied gas tanker, that is, a marine vessel carrying a large amount of liquefied gaseous fuel such as liquefied natural gas (LNG) or liquefied petroleum gas (LPG) mainly composed of methane.

가스 공급 시스템은 가압된 기체 연료를 해양 선박의 주 엔진 및 해양 선박 가스 연료의 다른 컨슈머, 예컨대 해양 선박의 열과 전력을 생산하기 위한 발전기 세트(발전기 세트는 일반적으로 주 엔진보다 상당히 작고 발전기/교류기를 구동하는 4행정 내연기관이다), 특히 주 엔진이 정지된 경우(예: 해양 선박이 화물 운반을 위해 항구에 있을 때) 또는 기체 연료로 작동하는 보일러에 공급하도록 구성된다.The gas supply system uses pressurized gaseous fuel as the main engine of marine vessels and other consumers of marine vessel gas fuel, such as a generator set for producing heat and power for marine vessels (generator sets are generally considerably smaller than the main engine and have a generator/alternator). It is a driven four-stroke internal combustion engine), in particular when the main engine is stopped (eg when a marine vessel is in port for freight) or is configured to supply a boiler running on gaseous fuel.

가스 공급 시스템은 또한 TDC에서 또는 그 근처에서 기체 연료를 분사하기 위해 고압 기체 연료를 주 엔진에 공급하도록 구성된다. The gas supply system is also configured to supply high pressure gaseous fuel to the main engine for injecting gaseous fuel at or near the TDC.

따라서, 가스 공급 시스템은 압력 P2(예: 10 내지 30bar)에서 기체 연료를 제공하기 위해 부호 40(도 6에 점선의 직사각형으로 표시됨)으로 표시되는 제2 가압 기체 연료 공급원을 포함한다. 따라서, 가스 공급 시스템은 압력 P1(예: 150 내지 30bar)에서 기체 연료를 제공하기 위해 부호 35(도 6에 점선의 직사각형으로 표시됨)로 표시되는 제1 고압 기체 연료 공급원을 포함한다.Thus, the gas supply system includes a second pressurized gaseous fuel source, denoted by 40 (indicated by a dotted rectangle in Fig. 6) to provide gaseous fuel at a pressure P2 (eg 10 to 30 bar). Thus, the gas supply system includes a first high pressure gaseous fuel source, denoted by 35 (indicated by a dotted rectangle in FIG. 6) to provide gaseous fuel at a pressure P1 (eg 150 to 30 bar).

기체 연료 공급 시스템은 극저온 조건에서 액화 기체 연료를 저장하기 위한 하나 이상의 (단열) 저장 탱크(26) 및 고압 극저온 펌프 유닛(37)을 포함한다. 고압 극저온 펌프 유닛의 입구는 액화 기체 연료를 고압 펌프(37)에 공급하기 위해 저장 탱크에 연결된다. 고압 극저온 펌프로의 극저온 액화 기체 연료의 스트림은 일반적으로 0보다 약간 높은 bar와 10bar 사이 압력, 예컨대 약 5bar 압력 및 예컨대 약 110K의 온도를 갖는다.The gaseous fuel supply system includes one or more (insulating) storage tanks 26 and a high pressure cryogenic pump unit 37 for storing liquefied gaseous fuel in cryogenic conditions. The inlet of the high pressure cryogenic pump unit is connected to the storage tank for supplying liquefied gaseous fuel to the high pressure pump 37. The stream of cryogenic liquefied gaseous fuel to the high pressure cryogenic pump generally has a pressure between bar and 10 bar slightly above zero, such as a pressure of about 5 bar and a temperature of, for example, about 110 K.

제1 공급 도관(36)은 고압 극저온 펌프 유닛(37)의 출구에 연결되어 고압 기화기(38)를 통해 고압 펌프(37)로부터 고압 액화 기체 연료 스트림을 운반하고, 상기 고압 기화기(38)에서, 고압 (기화된) 기체 연료의 스트림은 히터(39)를 통과한 후 주 엔진의 고압 연료 분사 시스템으로 운반된다. 히터(39)에서 고압 기체 연료의 스트림을 가열하는 단계는 선택적이고, 주 엔진의 분사 시스템으로 전달되는 기체 연료가 분사 시스템에 의해 처리되기에 충분히 따뜻해지도록 보장할 필요가 있을 수 있다 (이것은 일반적으로 상기 분사 시스템이 극저온 온도를 처리하기에 적합하지 않기 때문에 사용되는 재료와 분사 시스템의 구성에 따라 스트림 고압 기체 연료의 온도 상승이 종종 필요하다).The first supply conduit 36 is connected to the outlet of the high pressure cryogenic pump unit 37 to convey the high pressure liquefied gaseous fuel stream from the high pressure pump 37 through the high pressure carburetor 38, in the high pressure carburetor 38, The stream of high pressure (vaporized) gaseous fuel passes through the heater 39 and is then conveyed to the high pressure fuel injection system of the main engine. The step of heating the stream of high-pressure gaseous fuel in the heater 39 is optional, and it may be necessary to ensure that the gaseous fuel delivered to the injection system of the main engine is warm enough to be processed by the injection system (this is generally Since the injection system is not suitable for handling cryogenic temperatures, it is often necessary to increase the temperature of the stream high pressure gaseous fuel depending on the material used and the configuration of the injection system).

고압 극저온 펌프 유닛(37)을 떠나는 고압 기체 연료의 스트림은 일반적으로 150 내지 450bar 사이, 예컨대 350bar 및 예컨대 약 119K의 온도를 갖는다.The stream of high pressure gaseous fuel leaving the high pressure cryogenic pump unit 37 generally has a temperature of between 150 and 450 bar, such as 350 bar and such as about 119 K.

고압 기화기(38)를 떠나는 고압 (기화) 기체 연료의 스트림은 일반적으로 150 내지 450bar 사이, 예컨대 350bar 및 예컨대 약 154K의 온도를 갖는다. 히터(39)를 통과한 후, 고압 기체 연료 스트림의 온도는 실질적으로 변화되지 않은 압력 및 예컨대 약 318K의 온도를 갖는다.The stream of high pressure (gasification) gaseous fuel leaving the high pressure carburetor 38 generally has a temperature of between 150 and 450 bar, such as 350 bar and such as about 154 K. After passing through the heater 39, the temperature of the high-pressure gaseous fuel stream has a pressure that is substantially unchanged and a temperature of, for example, about 318 K.

따라서, 고압 액화 기체 연료의 스트림은 실시예에서 150bar를 넘는 압력을 가지며, 주 엔진에서 분사를 위해 고압 액화 기체 연료 스트림을 고압 기체 연료의 스트림으로 변환하기 위해 고압 기화기(38)를 통과한다. Thus, the stream of high pressure liquefied gaseous fuel in the embodiment has a pressure in excess of 150 bar and passes through the high pressure carburetor 38 to convert the high pressure liquefied gaseous fuel stream into a stream of high pressure gaseous fuel for injection in the main engine.

증발 가스 도관(42)은 저장 탱크의 증발 가스 출구를 압축기 유닛(48)의 입구에 연결하여 증발 가스 스트림을 압축기 유닛으로 운반한다. 증발 가스 도관(42)에는 압축기 유닛(48)으로 가는 증발 가스 스트림의 온도를 높이기 위해 제1 열교환기(43)가 배치된다. 일 실시예에서, 증발 가스 도관(42)의 증발 가스의 압력은 대략 1bar이고, 예컨대 약 140K의 온도를 갖는다. 열교환기(43)를 통과한 후 온도는 예컨대 약 230K로 상승한다.The boil-off gas conduit 42 connects the boil-off gas outlet of the storage tank to the inlet of the compressor unit 48 to convey the boil-off gas stream to the compressor unit. A first heat exchanger 43 is arranged in the boil-off gas conduit 42 to increase the temperature of the boil-off gas stream to the compressor unit 48. In one embodiment, the pressure of the boil-off gas in the boil-off gas conduit 42 is about 1 bar, and has a temperature of about 140 K, for example. After passing through the heat exchanger 43, the temperature rises to, for example, about 230K.

압축기 유닛(48)은 예컨대, 약 15bar의 압력 및 약 318K의 온도로 출구에서 가압된 기체 연료의 스트림을 생성하기 위해 증발 가스 스트림의 압력을 높인다. 압축기 유닛(48) 일 실시예에서, 일단 압축기 또는 (도시된 바와 같이) 다단 압축기 유닛일 수 있고 각 단 후에 냉각기(45)를 포함한다. The compressor unit 48 increases the pressure of the boil-off gas stream to produce a stream of pressurized gaseous fuel at the outlet, for example, to a pressure of about 15 bar and a temperature of about 318 K. Compressor unit 48 In one embodiment, it may be a compressor or a multistage compressor unit (as shown) and includes a cooler 45 after each stage.

제2 공급 도관(41)은 예컨대, 가압된 기체 연료의 하나 이상의 컨슈머(예: 압축 행정 중에 가압된 기체 연료의 유입을 위한 주 엔진, 또는 엔진 발전기 공급 도관(47)을 통해 발전기 세트 또는 보일러)에 가압된 기체 연료 스트림의 제1 부분을 운반하기 위해 압축기 유닛(48)의 출구에 연결된다.The second supply conduit 41 is, for example, one or more consumers of pressurized gaseous fuel (e.g., a main engine for the introduction of pressurized gaseous fuel during the compression stroke, or a generator set or boiler via the engine generator supply conduit 47). It is connected to the outlet of the compressor unit 48 for conveying a first portion of the gaseous fuel stream pressurized to.

재액화 도관(46) 또한 압축기 유닛(48)의 출구에 연결되고 열교환기(43)를 통해 유동하는 증발 가스와 열을 교환하기 위해 열교환기(43)를 통해 가압된 가스 연료 스트림의 제2 부분을 운반하며, 이어서 고압 기화기(38)를 통해 유동하는 고압 액화 또는 기화된 기체 연료의 스트림과 열을 교환하기 위해 고압 기화기(38)를 통해 가압된 기체 연료의 스트림을 통과시키는 단계를 포함한다. 가압된 기체 연료의 스트림이 열교환기(43)를 통과한 후에는, 예컨대 온도는 159K이고 실질적으로 변하지 않는 압력은 약 15bar이다. 고압 기화기(38)를 통해 가압된 기체 연료의 스트림을 가압한 후, 기화되는 고압 기체 연료의 스트림에 의해 냉각되고, 예컨대, 온도는 122K이고 실질적으로 변하지 않는 약 15bar의 압력을 갖으며, 재액화 도관(46) 내 대부분의 가압된 기체 연료의 스트림은 재액화 된다. The reliquefaction conduit 46 is also connected to the outlet of the compressor unit 48 and a second portion of the gaseous fuel stream pressurized through the heat exchanger 43 to exchange heat with the vaporized gas flowing through the heat exchanger 43 And then passing the stream of pressurized gaseous fuel through the high-pressure carburetor 38 to exchange heat with the stream of high-pressure liquefied or vaporized gaseous fuel flowing through the high-pressure carburetor 38. After the stream of pressurized gaseous fuel has passed through the heat exchanger 43, for example, the temperature is 159 K and the pressure that does not change substantially is about 15 bar. After pressurizing the stream of pressurized gaseous fuel through the high-pressure vaporizer 38, it is cooled by the stream of vaporized high-pressure gaseous fuel, e.g., the temperature is 122 K and has a pressure of about 15 bar substantially unchanged, and reliquefaction Most of the stream of pressurized gaseous fuel in conduit 46 is reliquefied.

고압 기화기(38)의 하류에서 재액화 도관(46)은 고압 기화기(38)의 냉각 효과에 의해 생성된 액화 기체 연료를 수집하기 위해 분리 용기(32)에 연결된다. 분리 용기(32)는 재액화 기체 연료 형태의 증류(still) 가스 연료를 분리한다. 재액화 가스 도관(33)은 재액화 기체 연료를 저장 탱크(26)로 운반하기 위해 분리 용기(32)의 액체 출구를 저장 탱크(26)의 입구에 연결한다. 기체 재순환 도관(34)은 분리 용기(32)의 가스 배출구를 증발 가스 도관(42)에 연결하여 잔류 기체 연료가 다른 액화 사이클에 참여할 수 있도록 한다. Downstream of the high pressure carburetor 38 a reliquefaction conduit 46 is connected to the separation vessel 32 to collect the liquefied gaseous fuel produced by the cooling effect of the high pressure carburetor 38. Separation vessel 32 separates still gaseous fuel in the form of reliquefied gaseous fuel. A reliquefied gas conduit 33 connects the liquid outlet of the separation vessel 32 to the inlet of the storage tank 26 for conveying the reliquefied gaseous fuel to the storage tank 26. The gas recirculation conduit 34 connects the gas outlet of the separation vessel 32 to the boil-off gas conduit 42 so that the residual gaseous fuel can participate in other liquefaction cycles.

도 7은 도 6의 실시예에 따른 가스 공급 시스템과 본질적으로 동일한 기체 연료 공급 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도 7의 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 부호로 표시한다. FIG. 7 shows another embodiment of a gaseous fuel supply system essentially identical to the gas supply system according to the embodiment of FIG. 6. In the embodiment of FIG. 7, structures and features that are the same as or similar to corresponding structures and features previously described or illustrated herein are denoted by the same reference numerals as previously used for simplification.

상기 실시예에서, 재기화 도관(46)에는 스로틀링 장치(29), 예컨대 팽창 밸브(29)가 기화기(38)와 분리 용기(32) 사이에 추가되어 가압된 가스 스트림의 제2 부분을 스로틀링 과정에 제출한다.In this embodiment, in the regasification conduit 46 a throttling device 29, such as an expansion valve 29, is added between the vaporizer 38 and the separation vessel 32 to throttle a second portion of the pressurized gas stream. Submit to the ring process.

스로틀링 장치(29)는 일 실시예에서 팽창 밸브(29)이다. 스로틀링 장치(29)는 추가적인 냉각 효과인 줄-톰슨 효과(줄-켈빈 효과, 켈빈-줄 효과라고도 함)를 제공한다. 줄-톰슨 효과는 실제 가스 또는 액체의 온도 변화를 (이상적인 가스와 구별하여) 밸브 또는 다공성 플러그를 통해 강제로 단열시켜 열이 환경과 교환되지 않도록 한다. 이 절차를 스로틀링 과정 또는 줄-톰슨 프로세스라고 한다. 천연가스 또는 석유 가스와 같은 기체 연료는 오리피스를 통해 스로틀링 될 때 줄-톰슨 과정에 의한 팽창으로 냉각된다. 가스 냉각 스로틀링 과정은 일반적으로 에어컨, 열 펌프 및 액화 장치와 같은 냉각 공정에서 이용된다. The throttling device 29 is an expansion valve 29 in one embodiment. The throttling device 29 provides an additional cooling effect, a Joule-Thomson effect (also referred to as Joule-Kelvin effect, Kelvin-Joule effect). The Joule-Thomson effect forces the temperature change of the actual gas or liquid (in distinction from the ideal gas) to be insulated through a valve or porous plug so that no heat is exchanged with the environment. This procedure is called the throttling process or the Joule-Thomson process. Gaseous fuels such as natural gas or petroleum gas are cooled by expansion by the Joule-Thomson process when throttling through an orifice. The gas cooling throttling process is generally used in cooling processes such as air conditioners, heat pumps and liquefiers.

기체 연료 공급 시스템에서 증발 가스의 액화는 일반적으로 기체의 액화에 사용되는 Hampson-Linde 주기와 유사하다. Hampson-Linde 주기는 줄-톰슨 효과에 의존하며 다음 단계를 수행한다.In gaseous fuel supply systems, the liquefaction of boil-off gases is similar to the Hampson-Linde cycle commonly used for liquefaction of gases. The Hampson-Linde cycle depends on the Joule-Thomson effect and performs the following steps.

1) 압축기 유닛(46)에서 가압된 기체 연료를 압축으로 가열하여 외부 에너지를 부가함으로써 주기를 통과하는 데 필요한 것을 제공하는 단계,1) heating the gaseous fuel pressurized in the compressor unit 46 by compression to add external energy to provide what is needed to pass the cycle,

2) 열교환기(43)에서 다음 단계(및 마지막 단계)로부터 가스를 복귀시켜 냉각시키는 단계,2) cooling by returning the gas from the next step (and the last step) in the heat exchanger 43,

3) 기체를 더 차가운 환경에 침지시키고 고압 기화기(38)에서 그 열(및 에너지)의 일부를 잃는 단계, 3) immersing the gas in a cooler environment and losing some of its heat (and energy) in the high pressure carburetor 38,

4) 줄-톰슨 오리피스를 통해 기체를 통과시켜 열을 제거하지만 운동 에너지가 아닌 위치(potential) 에너지인 에너지를 보존함으로써 추가로 냉각되는 단계.4) Passing the gas through the Joule-Thomson orifice to remove heat but is further cooled by conserving energy, which is potential energy rather than kinetic energy.

현재 대부분의 기체 연료가 재액화되고 현재 주기에서 가장 냉각된 나머지 기체 연료가 재순환되어 압축기 유닛(46)으로 다시 보내지고, 열교환기(43)에서 쿨런트로 참여할 때 가열되어, 1단계로 다시 보내져 다음 주기를 시작하고 압축기 유닛(46)에서 압축에 의해 재가열 된다. Currently, most of the gaseous fuel is reliquefied, and the remaining gaseous fuel, which is most cooled in the current cycle, is recirculated and sent back to the compressor unit 46, heated when participating as a coolant in the heat exchanger 43, and sent back to the next step. The cycle is started and reheated by compression in the compressor unit 46.

가스 공급 시스템은 저장 탱크에 의해 생성된 모든 증발 가스를 처리할 수 있는 약 10 내지 20bar의 압력을 제공하는 압축기와 최대 엔진 부하에서 엔진에 필요한 연료 총량의 30~50%를 제공하는 고압 기화 시스템으로 비교적 단순화할 수 있습니다. The gas supply system consists of a compressor that provides a pressure of about 10 to 20 bar to handle all the boil-off gas produced by the storage tank, and a high pressure vaporization system that provides 30 to 50% of the total amount of fuel required by the engine at maximum engine load. It can be relatively simplified.

가스 공급 시스템은 고유한 중복성이 있어 별도의 중복 시스템을 피함으로써 비용을 절감한다. The gas supply system has its own redundancy, which reduces costs by avoiding separate redundant systems.

도 8은 도 1 내지 도 4의 실시예에 따른 가스 공급 시스템과 본질적으로 동일한 대형 2행정 터보 차징 내연기관의 다른 실시예를 도시한다. 도 8의 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 부호로 표시한다. 도 1 내지 도 4의 실시예에 대한 본 실시예의 주요 차이점은 기체 연료 유입 밸브(30)가 실린더 커버(22)에 배치된다는 것이다. 이 실시예는 모든 연료밸브(30, 50)가 실린더 커버(22) 내에 위치할 수 있도록 한다. 8 shows another embodiment of a large two-stroke turbocharged internal combustion engine essentially identical to the gas supply system according to the embodiment of FIGS. 1 to 4. In the embodiment of Fig. 8, structures and features that are the same as or similar to the corresponding structures and features previously described or illustrated herein are denoted by the same reference numerals as previously used for simplification. The main difference of this embodiment to the embodiment of FIGS. 1 to 4 is that a gaseous fuel inlet valve 30 is disposed in the cylinder cover 22. This embodiment allows all fuel valves 30 and 50 to be located within the cylinder cover 22.

일 실시 예에서, 엔진은 복수의 연소실/실린더를 가지며, 엔진의 하나 또는 선택된 수의 연소실/실린더는 전술한 작동 모드에 따라 작동되며, 여기서 상대적으로 낮은 압력의 가스는 피스톤의 상향 행정 동안 분사되고, 압력이 더 높은 가스는 TDC에 또는 그 근처에 분사된다. 이 실시예에서, 나머지 연소실/실린더는 피스톤의 상향 행정 중에 비교적 낮은 압력에서만 가스를 유입함으로써 작동된다. 즉, 이들 나머지 실린더에 대해 TDC에 또는 근처에 고압 가스가 분사되지 않는다. 또는 나머지 실린더는 TDC에 또는 근처에 액체 연료를 분사함으로써 액체 연료로 작동된다.In one embodiment, the engine has a plurality of combustion chambers/cylinders, and one or a selected number of combustion chambers/cylinders of the engine is operated according to the above-described operating mode, wherein a relatively low pressure gas is injected during the upward stroke of the piston and , Gas with higher pressure is injected at or near the TDC. In this embodiment, the remaining combustion chamber/cylinder is operated by introducing gas only at a relatively low pressure during the upward stroke of the piston. That is, no high-pressure gas is injected at or near the TDC for these remaining cylinders. Alternatively, the remaining cylinders are operated with liquid fuel by injecting liquid fuel at or near the TDC.

엔진은 TDC에 또는 그 근처에 분사되는 디젤 오일(예: 선박용 디젤유 또는 중유)과 같은 액체 연료로 주로 작동하기 위한 작동 모드를 가질 수 있어, 엔진을 이중 연료 엔진으로 만든다.The engine can have a mode of operation primarily intended to operate on a liquid fuel such as diesel oil injected at or near the TDC (eg marine diesel oil or heavy oil), making the engine a dual fuel engine.

다양한 양태와 실시예가 본원의 다양한 실시예와 관련하여 설명되었다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형은 도면, 개시 및 첨부한 청구 범위의 연구로 청구된 주제를 실시할 때 당업자가 이해하고 수행할 수 있다. 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "하나” 또는 “한”은 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서, 컨트롤러 또는 다른 유닛은 청구 범위에 인용된 여러 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 조치가 단순히 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 사실로 측정된 이들 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구 범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석하지 않아야 한다.Various aspects and embodiments have been described in connection with various embodiments herein. However, other modifications to the disclosed embodiments may be understood and performed by those skilled in the art when practicing the claimed subject matter by study of the drawings, disclosure and appended claims. In the claims, the word “comprising” does not exclude other elements or steps, and the indefinite article “one” or “a” does not exclude a plurality of. A single processor, controller, or other unit may be recited in the claims. The fact that a particular measure is simply recited in different dependent claims does not indicate that these combinations cannot be used to advantage. Reference signs used in the claims are intended to limit the scope. Should not be interpreted.

1: 실린더 라이너
4: 배기 밸브
10: 피스톤
18: 소기포트
22: 실린더 커버
35: 제1 고압 기체 연료 공급원
40: 제2 가압 기체 연료 공급원
1: cylinder liner
4: exhaust valve
10: piston
18: small port
22: cylinder cover
35: first high pressure gaseous fuel source
40: second pressurized gas fuel source

Claims (15)

실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관에 있어서,
상기 피스톤(10)은 20을 넘는 기하학적 압축비로 BDC와 TDC 사이에서 왕복 운동하도록 배치되고,
상기 내연기관은 하나 이상의 작동 모드에서 기체 연료가 주 연료로 작동하도록 구성되고,
상기 내연기관은,
상기 연소실에 유입된 소기와 혼합하여 공연비가 50이 넘는 공기와 연료 혼합물을 얻기 위해 BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 제1 양의 가압 기체 연료를 적어도 하나의 연소실에 유입하는 모드; 및
상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기체 연료를 상기 하나 이상의 연소실 내로 분사하는 모드; 중
하나 이상의 모드로 더 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
In a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22),
The piston 10 is arranged to reciprocate between BDC and TDC with a geometric compression ratio of more than 20,
The internal combustion engine is configured to operate gaseous fuel as the main fuel in one or more operating modes,
The internal combustion engine,
A mode in which a first amount of pressurized gaseous fuel is introduced into at least one combustion chamber during the stroke of the piston (10) from BDC to TDC to obtain a mixture of air and fuel having an air-fuel ratio of more than 50 by mixing the scavenging air introduced into the combustion chamber; And
A mode of injecting a second amount of high pressure gaseous fuel into the at least one combustion chamber when the piston 10 is at or near the TDC; medium
A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22) further configured in one or more modes.
제1항에 있어서,
상기 연소실로 소기를 유입하기 위한 상기 실린더 라이너(1)에 배치된 피스톤 제어 소기 포트(18) 및/또는
상기 실린더 커버(22)에 배치되어 배기 밸브(4)에 의해 제어되는 배기가스 출구 및/또는
상기 연소실로 기체 연료를 전달하기 위한 하나 이상의 연료 밸브 및/또는
제1 고압 기체 연료 공급원(35)에 대한 연결부;를 더 포함하며,
상기 제1 고압 기체 연료 공급원(35)은 제1 압력(P1) 및/또는 제2 가압 기체 연료 공급원(40)에 대한 연결부를 갖고,
상기 제2 가압 기체 연료 공급원(40)은 상기 제1 압력(P1)보다 낮은 제2 압력(P2)을 갖는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method of claim 1,
A piston control scavenging port 18 disposed on the cylinder liner 1 for introducing scavenging air into the combustion chamber and/or
The exhaust gas outlet disposed on the cylinder cover 22 and controlled by the exhaust valve 4 and/or
One or more fuel valves for delivering gaseous fuel to the combustion chamber and/or
The first high pressure gaseous fuel supply source 35 connection to the; further includes,
The first high pressure gaseous fuel supply source 35 has a connection to the first pressure P1 and/or the second pressurized gaseous fuel supply source 40,
The second pressurized gas fuel supply source 40 has a second pressure (P2) lower than the first pressure (P1), at least one divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22). Large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine with combustion chamber.
제2항에 있어서,
상기 내연기관은 단일 엔진 사이클 내에서 상기 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 상기 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method of claim 2,
The internal combustion engine is configured to introduce the first amount of pressurized gaseous fuel and inject the second amount of high-pressure gaseous fuel within a single engine cycle, the cylinder liner (1), the piston (10) and the cylinder cover (22) Large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine with one or more combustion chambers divided into.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내연기관은 상기 제1 양의 가압 기체 연료를 유입한 후 및 상기 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하기 전에 또는 동시에 제3 양의 점화액을 유입하도록 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to claim 1 or 2,
The internal combustion engine is configured to introduce a third amount of ignition liquid after injecting the first amount of pressurized gaseous fuel and before or at the same time as injecting the second amount of high-pressure gaseous fuel, the cylinder liner 1, the piston Large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into (10) and a cylinder cover (22).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연기관은 실린더당 하나 이상의 전용 점화액 밸브를 포함하는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The internal combustion engine is a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22) including at least one dedicated ignition liquid valve per cylinder. .
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연기관은 상기 하나 이상의 연소실 내로 상기 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하기 위해 상기 실린더 커버(22)에 배치된 하나 이상의 연료 분사 밸브(50)를 포함하며,
상기 연료 분사 밸브(50)는 상기 제1 고압 기체 연료 공급원에 연결되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 2 to 5,
The internal combustion engine includes one or more fuel injection valves 50 disposed on the cylinder cover 22 to inject the second amount of high-pressure gaseous fuel into the one or more combustion chambers,
The fuel injection valve 50 is a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging device having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner 1, a piston 10, and a cylinder cover 22 connected to the first high-pressure gaseous fuel supply source. Type internal combustion engine.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연기관은 상기 하나 이상의 연소실 내로 상기 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하기 위해, 바람직하게는 상기 실린더 라이너(1)에 배치된, 하나 이상의 연료 유입 밸브(30)를 포함하며,
상기 연료 유입 밸브(30)는 상기 제1 가압 기체 연료 공급원에 연결되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 2 to 6,
The internal combustion engine comprises at least one fuel inlet valve 30, preferably disposed on the cylinder liner 1, for introducing the first amount of pressurized gaseous fuel into the at least one combustion chamber,
The fuel inlet valve 30 is a large two-stroke turbocharged single flow scavenging device having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner 1, a piston 10, and a cylinder cover 22 connected to the first pressurized gas fuel supply source. Type internal combustion engine.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압력(P1)은 고압이며, 바람직하게는 150bar가 넘는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 2 to 7,
The first pressure (P1) is a high pressure, preferably more than 150 bar, a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging type having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22). Internal combustion engine.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 압력(P2)은 중압이며, 바람직하게는 10과 30bar 사이 압력인, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 2 to 8,
The second pressure (P2) is a medium pressure, preferably a pressure between 10 and 30 bar, a large two-stroke turbocharging having one or more combustion chambers divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22) Single-flow scavenging internal combustion engine.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 양의 가압 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 상기 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성하며,
상기 제2 양의 고압 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 상기 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%, 바람직하게는 30 내지 70%를 형성하는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 1 to 9,
The first amount of pressurized gaseous fuel forms 20 to 80%, preferably 30 to 70%, of the total amount of gaseous fuel delivered to the combustion chamber during a given engine cycle,
The second amount of high pressure gaseous fuel forms 20 to 80%, preferably 30 to 70% of the total amount of gaseous fuel delivered to the combustion chamber during a given engine cycle, cylinder liner 1, piston 10 and cylinder A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having one or more combustion chambers separated by a cover 22.
제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 양의 점화액은 주어진 엔진 사이클 동안 상기 하나 이상의 연소실로 전달되는 전체 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성하는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 4 to 10,
The third amount of ignition fluid forms less than 5%, preferably less than 3%, of the total amount of fuel calorific value delivered to the one or more combustion chambers during a given engine cycle, the cylinder liner 1, the piston 10 and the cylinder cover. (22) A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine with one or more combustion chambers.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 컨트롤러(60)를 포함하며,
상기 컨트롤러(60)는 상기 하나 이상의 연료 유입 밸브(30, 50)와 연결되어 제어하고,
상기 컨트롤러(60)는,
BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 상기 제2 가압 기체 연료공급원(40)으로부터 상기 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하고;
상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때, 상기 제1 고압 기체 연료의 공급원(35)으로부터 상기 하나 이상의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하기 위해,
상기 하나 이상의 연료 밸브가 작동하도록 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 2 to 11,
Including one or more controllers 60,
The controller 60 is connected to and controlled with the one or more fuel inlet valves 30 and 50,
The controller 60,
Introducing a first amount of gaseous fuel from the second pressurized gaseous fuel supply source 40 to the at least one combustion chamber during the stroke of the piston 10 from BDC to TDC;
When the piston 10 is at or near the TDC, to inject a second amount of gaseous fuel from the source 35 of the first high pressure gaseous fuel into the at least one combustion chamber,
A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22), configured to operate the at least one fuel valve.
제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 컨트롤러(60)를 포함하고,
상기 컨트롤러(60)는 상기 연료 유입 밸브(30)와 상기 연료 분사 밸브(50)에 연결되어 제어하고,
상기 컨트롤러(60)는,
BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 상기 제2 가압 기체 연료공급원(40)으로부터 상기 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하는 상기 연료 유입 밸브(30)를 작동하고;
상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때, 상기 제1 고압 기체 연료공급원(35)으로부터 상기 하나 이상의 연소실 내로 제2 양의 기체 연료를 분사하는 상기 연료 분사 밸브를 작동하도록 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 6 or 7,
Including one or more controllers 60,
The controller 60 is connected to the fuel inlet valve 30 and the fuel injection valve 50 to control,
The controller 60,
Operating the fuel inlet valve 30 for introducing a first amount of gaseous fuel from the second pressurized gaseous fuel supply source 40 to the at least one combustion chamber during the stroke of the piston 10 from BDC to TDC;
When the piston 10 is at or near the TDC, configured to operate the fuel injection valve for injecting a second amount of gaseous fuel from the first high pressure gaseous fuel supply 35 into the one or more combustion chambers, A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having at least one combustion chamber divided into a cylinder liner (1), a piston (10) and a cylinder cover (22).
제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
저압 작동 모드를 더 포함하며,
상기 내연기관은 BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 상기 제2 가압 기체의 연료 공급원으로부터 상기 하나 이상의 연소실로 상기 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고,
상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 상기 제1 고압 기체 연료의 공급원(35)으로부터 상기 하나 이상의 연소실 내로 상기 제2 양의 기체 연료를 분사하지 않도록 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
The method according to any one of claims 2 to 13,
It further includes a low pressure operating mode,
The internal combustion engine introduces the first amount of pressurized gaseous fuel from the fuel supply source of the second pressurized gas into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston 10 from BDC to TDC,
Cylinder liner (1) configured not to inject the second amount of gaseous fuel from the first high-pressure gaseous fuel source 35 into the one or more combustion chambers when the piston (10) is at or near the TDC. , A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having one or more combustion chambers divided into a piston 10 and a cylinder cover 22.
제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
고압 작동 모드를 더 포함하며,
상기 내연기관은 상기 피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 상기 제1 고압 기체 연료 공급원(35)으로부터 상기 하나 이상의 연소실로 상기 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하고,
BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 상기 제2 가압 기체의 연료 공급원(40)으로부터 상기 하나 이상의 연소실 내로 상기 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하지 않도록 구성되는, 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.











The method according to any one of claims 2 to 14,
It further includes a high pressure operating mode,
The internal combustion engine injects the second amount of high pressure gaseous fuel from the first high pressure gaseous fuel source 35 into the at least one combustion chamber when the piston is at or near the TDC,
Cylinder liner (1), configured not to introduce the first amount of pressurized gaseous fuel from the fuel supply source 40 of the second pressurized gas into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston 10 from BDC to TDC, A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine having one or more combustion chambers divided into a piston 10 and a cylinder cover 22.











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