KR20210008318A - 내연 엔진 - Google Patents

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KR20210008318A
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KR1020200085567A
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야콥 스키어룹
미카엘 안토니 라모스 데 마토스 오프테달
시몬 바흐 멜러르가르드
카르스텐 페데르센
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만 에너지 솔루션즈, 필리알 아프 만 에너지 솔루션즈 에스이, 티스크란드
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Abstract

적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료가스 공급 시스템, 실린더 냉각 시스템, 프리-챔버, 및 소기공기 시스템을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진이 개시된다. 엔진은 프리-챔버의 온도를 조절하기 위한 프리-챔버 온도 조절 시스템을 더 포함하며, 프리-챔버 온도 조절 시스템은 프리-챔버와 열을 교환하기 위하여 프리-챔버에 근접해 있는 열교환 채널을 포함하며, 프리-챔버 온도 조절 시스템은 열교환 채널을 통해 열교환 유체를 순환시키도록 구성되며, 프리-챔버 온도 조절 시스템은 열교환 유체의 흐름 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함한다.

Description

내연 엔진 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진 및 이중-연료 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진의 시동 방법에 관한 것이다.
2-행정 내연 엔진은 컨테이너선, 벌크선, 및 유조선과 같은 선박에서 추진 엔진으로서 사용된다. 내연 엔진으로부터 원치 않는 배기가스를 감소시키는 것이 점차 중요해지고 있다.
원치 않는 배기가스의 양을 감소시키기 위한 하나의 유효한 방법은 연료유 예컨대 중유(HFO)에서 연료가스로의 전환이다. 연료가스는 압축 행정의 끝에서 실린더 내로 분사될 수 있고, 여기서 압축시 실린더 내의 가스가 도달하는 고온에 의해 또는 파일럿 연료의 점화에 의해 즉각적으로 점화될 수 있다. 그렇지만, 압축 행정의 끝에서 실린더 내로 연료가스를 분사하는 것은, 실린더 내의 고압을 극복할 수 있도록 분사 이전에 연료가스를 압축시키기 위한 고압 압축기를 필요로 한다.
그러나 고압 압축기는 제작 및 유지하기에 비용이 많이 들고 복잡하다. 고압 압축기의 사용을 회피하기 위한 하나의 방법은, 실린더 내의 압력이 상당히 낮은 압축 행정의 시작점에서 연료가스를 분사하도록 엔진을 구성하는 것이다.
특허문헌 WO 2013/007863호에는 그러한 엔진이 개시되어 있다. 연료가스의 적절한 점화를 보장하기 위해 파일럿 점화 프리-챔버가 실린더 커버 내에 제공된다. 소정량의 파일럿 연료유가 파일럿 점화 프리-챔버 내로 분사되고, 그 후 파일럿 점화 프리-챔버 내의 온도 및 압력으로 인해 자체-점화된다. 이는 실린더의 메인 챔버 내의 연료가스를 점화시키는 불꽃을 야기시킨다.
그렇지만 프리-챔버의 적절한 냉각을 확보하는 것은 어렵다.
따라서, 프리-챔버를 냉각하는 개선된 방법을 제공하는 것에 여전히 문제가 남아 있다.
제1 측면에 따르면, 본 발명은, 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료가스 공급 시스템, 프리-챔버, 및 소기공기 시스템을 포함하는 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진에 관한 것으로서, 실린더는 실린더 벽을 가지며, 실린더 커버는 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며, 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 중심 축선을 따라 실린더 내에 이동 가능하게 배열되며, 소기공기 시스템은 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 유입구를 가지며, 연료가스 공급 시스템은 실린더 벽에 적어도 부분적으로 배열되고 압축 행정 동안에 실린더 내로 연료가스를 분사하도록 구성되어 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 점화 전에 소기공기 및 연료가스의 혼합물이 압축되도록 허용하는 연료가스 밸브를 포함하며, 프리-챔버는 제1 개구부를 통하여 실린더 내로 개방되고, 프리-챔버는 실린더 내의 소기공기 및 연료가스의 혼합물을 점화시키도록 구성되며, 여기서 엔진은 프리-챔버의 온도를 조절하기 위한 프리-챔버 온도조절 시스템을 더 포함하며, 프리-챔버 온도조절 시스템은 프리-챔버와의 열교환을 위하여 프리-챔버에 근접해 있는 열교환 채널을 포함하고, 프리-챔버 온도조절 시스템은 열교환 채널을 통하여 열교환 유체를 순환시키도록 구성되며, 여기서 프리-챔버 온도조절 시스템은 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함한다.
따라서, 전용의 온도조절 시스템을 갖춘 프리-챔버를 제공함으로써, 프리-챔버 내에서의 확실하고 효과적인 점화가 얻어질 수 있고, 예를 들어 프리-챔버의 온도는 실린더 냉각 시스템과 같은 다른 냉각 시스템의 작동과 독립적으로 제어될 수 있다. 또한 개선된 제어는 프리-챔버의 온도가 점화 한계 (예를 들어, 파일럿 연료의 요구되는 자체-점화 온도)를 향하여 더욱 낮아지는 것을 허용하여 NOx 가스의 방출이 감소될 수 있게 한다. 또한 개선된 제어는 NOx 형성을 상승시키고 엔진 마모를 증가시키는 결과를 초래하는 사전-점화의 위험을 낮출 수 있다.
바람직하게 내연 엔진은, 실린더 당 적어도 400kW의 동력을 가지는, 고정식 파워 플랜트 또는 해양 선박을 추진하기 위한 유니플로 소기 방식의 대형 저속 터보차지식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진이다. 내연 엔진은, 이 내연 엔진에 의해 발생된 배기가스에 의해 구동되고 소기공기를 압축시키도록 구성되는 터보차저를 포함한다. 내연 엔진은 연료가스로 구동되는 오토 사이클 모드와, 대체연료 예컨대 중유나 마린 디젤 오일로 구동되는 디젤 사이클 모드를 갖는 이중-연료 엔진일 수 있다. 그러한 이중-연료 엔진은 대체연료를 분사하기 위하여 전용의 연료 공급 시스템을 갖는다. 내연 엔진은 실린더 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 프리-챔버 온도조절 시스템은 단지 프리-챔버(그리고 프리-챔버를 직접 또는 간접적으로 둘러싸는 엔진 부품일 수도 있음)의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다.
바람직하게 내연 엔진은 예컨대 4 내지 14개 사이의 복수의 실린더를 포함한다. 내연 엔진은 복수의 실린더 각각에 대하여 실린더 커버, 배기 밸브, 피스톤, 연료가스 밸브, 및 소기공기 유입구를 더 포함한다.
바람직하게 연료가스 공급 시스템은 음속 조건, 즉 음속과 동일한 속도, 즉 일정한 속도 하에서 하나 이상의 연료가스 밸브를 경유하여 연료가스를 분사하도록 구성된다. 음속 조건은 노즐 스로트(최소 단면적)의 압력 강하 비율이 대략 2보다 클 때 달성될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 하나 이상의 연료가스 밸브는 하사점으로부터 0도 내지 160도에서, 또는 하사점으로부터 0도 내지 130도에서, 또는 하사점으로부터 0도 내지 90도에서 압축 행정 동안에 실린더 내로 연료가스를 분사하도록 구성된다.
하나 이상의 연료가스 밸브는 상사점과 하사점 사이에서, 바람직하게는 소기공기 유입구보다 위쪽의 위치에, 실린더 벽 내에 적어도 부분적으로 배열되어 있다. 하나 이상의 연료가스 밸브는 실린더 내로 연료가스를 분사하기 위하여 실린더 벽 내에 배열되는 노즐을 포함할 수 있다. 연료가스 밸브의 다른 부분(노즐 이외의 부분)은 실린더 벽의 외부에 배열될 수 있다.
연료가스의 예로서는 액화천연가스(LNG), 메탄, 에탄, 및 액화석유가스(LPG)가 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 엔진은 파일럿 연료 공급 시스템을 더 포함하며, 파일럿 연료 공급 시스템은 프리-챔버 내에 배열되는 파일럿 연료 밸브를 포함하며, 파일럿 연료 밸브는 프리-챔버 내로 파일럿 연료를 분사하도록 구성된다.
프리-챔버는, 프리-챔버 내의 온도 및 압력으로 인하여 파일럿 연료가 자체-점화되도록 구성된다. 대안적으로, 프리-챔버 내의 파일럿 연료는 점화 플러그 또는 레이저 점화기를 포함하는 수단에 의해 점화될 수 있다. 파일럿 연료는, 실린더 내의 연료가스 및 소기공기의 혼합물을 점화시킬 수 있도록 그 양이 정확하게 측정된, 중유나 마린 디젤 오일 또는 또 다른 적절한 점화성을 갖춘 연료일 수 있다. 그러한 파일럿 연료 시스템은, 대체연료를 위한 전용의 연료공급 시스템에 비해, 크기가 훨씬 더 작을 수 있고 정확한 양의 파일럿 연료를 분사하기에 더욱 적합할 수 있으며, 대체연료를 위한 전용의 연료공급 시스템은 큰 크기의 구성요소들로 인해 이러한 목적에 적합하지 않을 수 있다. 파일럿 연료 공급 시스템은, 상사점 근처에서, 메인 차지의 최적 점화를 위한 적절한 크랭크 각도에서 소정량의 파일럿 오일을 분사하도록 구성될 수 있다. 파일럿 연료 점화는 파일럿 오일 분사에 즉각적으로 추종하며, 메인 차지 점화는 파일럿 오일 점화에 즉각적으로 추종한다.
프리-챔버는 실린더 벽 내에 또는 실린더 커버 내에 배열될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 제어 유닛은 엔진 부하, 엔진 속도, 소기공기와 연료가스의 혼합물의 공기-연료 당량비(λ), 및/또는 센서 신호에 따라, 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버는 실린더 벽에 적어도 부분적으로 배열되어 있으며, 제1 개구부는 실린더 벽에 형성되어 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버 온도조절 시스템은 프리-챔버를 냉각시키도록 구성된다.
프리-챔버 온도 조절 시스템은 프리-챔버를 냉각하도록 구성되는 냉각 시스템일 수 있으며, 예컨대 냉각 시스템은 열교환 채널에 열교환 유체를 제공하기 전에 열교환 유체를 냉각하도록 구성될 수 있다. 따라서, 열교환 채널은 냉각 채널일 수 있다.
대안적으로, 열교환 채널은 프리-챔버를 냉각 또는 가열하도록 구성되는 복합식 가열 및 냉각 시스템일 수 있으며, 예컨대 복합식 가열 및 냉각 시스템은 열교환 채널에 열교환 유체를 제공하기 전에 열교환 유체를 냉각 또는 가열하도록 구성될 수 있다. 복합식 가열 및 냉각 시스템은 중유나 마린 디젤 오일을 연료가스로 전환시킬 때의 또는 완전한 엔진 정지로부터의 가스 시동 절차의 일부로서 프리-챔버를 가열하도록 구성될 수 있다. 복합식 가열 및 냉각 시스템은, 프리-챔버 및/또는 주변 엔진 부품에 대한 손상을 방지하기 위해, 가스 시동 절차가 완료되고 난 후에, 즉, 통상의 가스 운전 동안에, 프리-챔버를 냉각하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 열교환 채널은 프리-챔버를 냉각 또는 가열하도록 구성되는 복합식 가열 및 냉각 시스템의 일부일 수 있으며, 복합식 가열 및 냉각 시스템은 엔진이 저부하로 구동될 때 프리-챔버를 가열하도록 구성되고 엔진이 고부하로 구동될 때 프리-챔버를 냉각하도록 구성된다.
따라서, 저부하로 엔진이 구동될 때 프리-챔버가 충분히 따뜻한 것을 보장함으로써 연소 안정성이 증가될 수 있고 점화 지연이 감소되어 안정화될 수 있다. 나아가서, 엔진이 고부하로 구동될 때 프리-챔버를 냉각시킴으로써 프리-챔버 및 주변 엔진 부품에 대한 손상이 방지될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 복합식 가열 및 냉각 시스템은 제1 역치보다 낮은 부하에서 구동될 때 프리-챔버를 가열하도록 구성되고 제2 역치보다 높은 부하에서 구동될 때 프리-챔버를 냉각하도록 구성되며, 여기서 제2 역치는 제1 역치보다 크거나 같다.
제1 및 제2 역치의 값은 특정 엔진 설계에 따르며 실험 및/또는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 찾아낼 수 있다.
열교환 유체의 예로서는 물, 공기 및 시스템 오일을 들 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버 온도조절 시스템은 프리-챔버를 가열하도록 추가로 구성된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버 온도조절 시스템은 엔진 시동 절차의 일부로서 프리-챔버를 가열하도록 추가로 구성된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 엔진은 실린더를 냉각하기 위하여 실린더에 근접해 있는 냉각 채널을 포함하는 실린더 냉각 시스템을 더 포함하고, 실린더 냉각 시스템은 냉각 채널을 통하여 열교환 유체를 순환시키도록 구성되며, 실린더 냉각 시스템은 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함한다.
따라서, 프리-챔버 및 실린더는 모두, 예컨대 엔진 파라미터의 값에 따라, 적어도 부분적으로 독립적으로 냉각될 수 있으며, 그에 따라 보다 양호한 엔진 성능을 달성할 수 있다.
바람직하게는 실린더 냉각 시스템은 실린더 커버를 냉각하도록 구성될 수도 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 실린더 냉각 시스템 및 프리-챔버 온도조절 시스템은 유체 연결되지 않는 2개의 별개의 시스템이다.
따라서, 프리-피스톤 및 실린더는 모두 완전히 독립적으로 냉각될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 실린더 냉각 시스템 및 프리-챔버 온도조절 시스템은, 프리-챔버 온도조절 시스템의 열교환 채널 또는 실린더 냉각 시스템의 냉각 채널에 제공되는 열교환 유체의 입구 압력을 제어하도록 구성되는 제1 압력 조절 밸브를 포함하는 공통의 엔진 온도조절 시스템의 일부를 형성한다.
따라서, 엔진의 냉각 시스템은 단순해질 수 있는 한편, 여전히 실린더 및 프리-챔버의 냉각을 부분적으로 독립적으로 제어할 수 있게 된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버는 프리-챔버 벽을 가지며, 열교환 채널은 프리-챔버 벽의 부분 내에서 연장되어 있다.
따라서, 프리-챔버 벽의 내부에 직접 배열되는 열교환 채널을 가짐으로써, 프리-챔버의 온도는 효과적으로 그리고 정확하게 조절될 수 있다.
프리-챔버의 내부에서 연장되는 열교환 채널의 일부는, 예컨대 적층 제조 기법을 이용하여, 프리-챔버가 형성되는 동시에 형성될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 엔진은 프리-챔버 하우징을 더 포함하고, 프리-챔버는 프리-챔버 하우징 내에 배열되고, 프리-챔버는 프리-챔버 하우징을 지지하고 프리-챔버 하우징 내에 프리-챔버를 고정시키기 위하여 적어도 제1 접촉부 및 제2 접촉부를 가지며, 여기서 프리-챔버 하우징은 프리-챔버와 엔진 사이의 열교환을 제한하기 위하여 제1 접촉부와 제2 접촉부 사이에 형성되는 제1 단열공간을 갖는다.
따라서, 프리-챔버가 삽입되어 있는 엔진의 부분으로부터 프리-챔버를 단열시킴으로써, 프리-챔버의 온도는 더욱 정밀하게 제어될 수 있다. 이것은 또한 프리-챔버에 인접해 있는 엔진의 부분이 주철과 같이 낮은 내열성을 갖는 재료로 만들어지는 것을 허용할 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버는 프리-챔버 하우징을 지지하기 위하여 제3 접촉부를 더 가지며, 여기서 프리-챔버 하우징은 제2 접촉부와 제3 접촉부 사이에 형성되는 제2 단열공간을 더 갖는다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버 및 열교환 채널은 단일의 적층 제조 공정으로 제작된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 실린더는 베이스 부재 및 프리-챔버 부재를 가지며, 프리-챔버 부재는 베이스 부재의 상부에 배열되고 실린더 커버는 프리-챔버 부재의 상부에 배열되며, 여기서 프리-챔버는 프리-챔버 부재의 실린더 벽 내에 적어도 부분적으로 배열되고, 제1 개구부는 프리-챔버 부재의 실린더 벽 내에 형성되는 개구부를 통하여 실린더 내로 개방된다.
이것은, 적절한 재료를 선택함으로써, 프리-챔버 부재가 프리-챔버 내의 고온 및 고압을 취급하도록 특별히 설계되는 것을 허용한다. 이것은 프리-챔버에 대한 유지보수를 더욱 용이하게 수행할 수 있도록 한다. 프리-챔버 부재는 베이스 부재와 실린더 커버 사이에 삽입될 수 있으며, 어느 한 쪽을 향하여 배열되는 개스킷을 가지거나 또는 가지지 않을 수 있다. 이것은 실린더 커버가 설치되기 전에 베이스 부내와 사전-조립될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 실린더의 프리-챔버 부재는 실린더의 베이스 부재와는 상이한 재료로 만들어진다.
실린더의 베이스 부재는 주철로 만들어질 수 있고 프리-챔버 부재는 강철로 만들어질 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 프리-챔버는 제1 축선을 따라서 연장되는 채널을 경유하여 제1 개구부에 연결되며, 여기서 중심축선에 대해 직각으로 배열되는 기준평면과 제1 축선과의 사이의 각도는, 0도 내지 85도, 0도 내지 80도, 0도 내지 60도, 0도 내지 45도, 또는 0도 내지 30도이다.
따라서 프리-챔버로부터 실린더 내로 연장하는 불꽃은 소기공기 및 연료가스의 혼합물의 많은 부분과 직접 접촉할 수 있게 된다.
엔진은 실린더 당 보다 많은 개수의 프리-챔버, 예컨대 적어도 2개, 3개 또는 4개의 프리-챔버를 구비할 수 있다.
제2 측면에 따르면, 본 발명은, 연료가스로 구동되는 오토 사이클 모드 및 대체연료로 구동되는 디젤 사이클 모드를 가지는 이중-연료 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진의 시동 방법에 관한 것으로서, 엔진은 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료가스 공급 시스템, 실린더 냉각 시스템, 프리-챔버, 및 소기공기 시스템을 포함하며, 실린더는 실린더 벽을 가지며, 실린더 커버는 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며, 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 중심 축선을 따라 실린더 내에서 이동 가능하게 배열되며, 소기공기 시스템은 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 유입구를 가지며, 연료가스 공급 시스템은 실린더 벽에 적어도 부분적으로 배열되고 압축 행정 동안에 실린더 내로 연료가스를 분사하도록 구성되어 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 점화 전에 소기공기 및 연료가스의 혼합물이 압축되도록 허용하는 연료가스 밸브를 포함하며, 프리-챔버는 제1 개구부를 통하여 실린더 내로 개방되고, 프리-챔버는 실린더 내의 소기공기 및 연료가스의 혼합물을 점화시키도록 구성되며, 여기서 엔진은 실린더 내로 직접 대체연료를 분사하기 위한 전용의 대체연료 공급 시스템을 더 포함하며, 여기서 프리-챔버는 엔진 시동 절차의 일부로서 가열되고, 여기서 엔진은 전용의 대체연료 공급 시스템을 이용하여 먼저 실린더 내로 대체연료를 분사하지 않고 연료가스 모드에서 직접 시동된다.
따라서, 프리-챔버를 가열함으로써 엔진은 원치 않는 배기 가스의 방출을 저감시키는 가스-모드로 직접 시동될 수 있다. 이것은, 주거 지역에 가까이 위치된 크루즈 항구와 같이 공해에 민감한 지역에서 엔진이 시동될 때, 특히 유용할 수 있다.
이 엔진은 본 발명의 제1 측면과 관련되어 개시된 바와 같은 엔진일 수 있다.
본 발명의 상이한 측면은 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진 및 이종-연료 2-행정 유니플로 소기식 크로서헤드 내연 엔진의 시동 방법을 포함하는 상이한 방식으로 구현될 수 있으며, 각각은 위에서 설명된 측면들 중 적어도 하나와 관련하여 설명된 하나 이상의 이점 및 장점을 산출하고, 각각은 위에서 설명된 및/또는 종속청구항에 개시된 측면들 중 적어도 하나와 관련하여 설명된 바람직한 실시형태에 대응하는 하나 이상의 바람직한 실시형태를 갖는다. 나아가서, 여기에 설명되는 측면들 중 하나와 관련하여 설명된 실시형태는 또 다른 측면에도 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
2개의 축선, 2개의 평면 또는 하나의 축선과 하나의 평면 사이에는 항상 2개의 각도, 즉 작은 각도(V1) 및 큰 각도(V2)가 존재하며, 여기서 V2 = 180도 - V1 이다. 본 개시에서, 설명되는 것은 항상 작은 각도(V1)이다.
본 발명에 따르면, 전용의 온도조절 시스템을 갖춘 프리-챔버를 제공함으로써, 프리-챔버 내에서의 확실하고 효과적인 점화가 얻어질 수 있고, 예를 들어 프리-챔버의 온도는 실린더 냉각 시스템과 같은 다른 냉각 시스템의 작동과 독립적으로 제어될 수 있다. 또한 개선된 제어는 프리-챔버의 온도가 점화 한계 (예를 들어, 파일럿 연료의 요구되는 자체-점화 온도)를 향하여 더욱 낮아지는 것을 허용하여 NOx 가스의 방출이 감소될 수 있게 한다. 또한 개선된 제어는 NOx 형성을 상승시키고 엔진 마모를 증가시키는 결과를 초래하는 사전-점화의 위험을 낮출 수 있다.
본 발명에 따르면, 저부하로 엔진이 구동될 때 프리-챔버가 충분히 따뜻한 것을 보장함으로써 연소 안정성이 증가될 수 있고 점화 지연이 감소되어 안정화될 수 있다. 나아가서, 엔진이 고부하로 구동될 때 프리-챔버를 냉각시킴으로써 프리-챔버 및 주변 엔진 부품에 대한 손상이 방지될 수 있다.
본 발명에 따르면, 프리-챔버 및 실린더는 모두, 예컨대 엔진 파라미터의 값에 따라, 적어도 부분적으로 독립적으로 냉각될 수 있으며, 그에 따라 보다 양호한 엔진 성능을 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프리-피스톤 및 실린더는 모두 완전히 독립적으로 냉각될 수 있다.
본 발명에 따르면, 엔진의 냉각 시스템은 단순해질 수 있는 한편, 여전히 실린더 및 프리-챔버의 냉각을 부분적으로 독립적으로 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 프리-챔버 벽의 내부에 직접 배열되는 열교환 채널을 가짐으로써, 프리-챔버의 온도는 효과적으로 그리고 정확하게 조절될 수 있다.
본 발명에 따르면, 프리-챔버가 삽입되어 있는 엔진의 부분으로부터 프리-챔버를 단열시킴으로써, 프리-챔버의 온도는 더욱 정밀하게 제어될 수 있다. 이것은 또한 프리-챔버에 인접해 있는 엔진의 부분이 주철과 같이 낮은 내열성을 갖는 재료로 만들어지는 것을 허용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프리-챔버로부터 실린더 내로 연장하는 불꽃은 소기공기 및 연료가스의 혼합물의 많은 부분과 직접 접촉할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 프리-챔버를 가열함으로써 엔진은 원치 않는 배기 가스의 방출을 저감시키는 가스-모드로 직접 시동될 수 있다. 이것은, 주거 지역에 가까이 위치된 크루즈 항구와 같이 공해에 민감한 지역에서 엔진이 시동될 때, 특히 유용할 수 있다.
본 발명의 상기된 및/또는 추가적인 목적, 특징 및 이점은, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대한 다음의 예시적이고 비-제한적인 상세한 설명에 의해 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 2-행정 내연 엔진의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 일부 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 일부 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 일부 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이중-연료 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진을 시동시키는 방법의 흐름도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 해양 선박을 추진하기 위한 유니플로 소기 방식의 대형 저속 터보차지식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 단면도이다.
다음의 설명에서는, 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 예시적으로 보여주는 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 해양 선박을 추진하기 위한 유니플로 소기 방식의 대형 저속 터보차지식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진(100)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 엔진(100)은 소기공기 시스템(111), 배기가스 리시버(108), 연료가스 공급 시스템, 및 터보차저(109)를 포함한다. 엔진은 복수의 실린더(101)를 갖는다(단면도에는 단일의 실린더만이 도시되어 있음). 각각의 실린더(101)는 실린더 벽(115)을 가지며 실린더(101)의 하부에 배열되는 소기공기 유입구(102)를 포함한다. 엔진은 각각의 실린더에 대하여 실린더 커버(112) 및 피스톤(103)을 더 포함한다. 실린더 커버(112)는 실린더(101)의 상부에 배열되고 배기 밸브(104)를 갖는다. 피스톤(103)은 하사점과 상사점 사이에서 중심축선(113)을 따라 실린더 내에 이동 가능하게 배열되어 있다. 연료가스 공급 시스템은, 압축 행정 동안에 실린더(101) 내로 연료가스를 분사하도록 구성되어 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 소기공기 및 연료가스의 혼합물이 점화 전에 압축되는 것을 허용하는 하나 이상의 연료가스 밸브(105) (개략적으로만 도시됨)를 포함한다. 엔진은 실린더 벽(115) (개략적으로만 도시됨) 내에 배열되는 프리-챔버(114)를 더 포함한다. 프리-챔버(114)는 프리-챔버 벽을 가지며 제1 개구부를 통하여 실린더 내로 개방된다. 프리-챔버(114)는 실린더(101) 내의 소기공기 및 연료가스의 혼합물을 점화시키도록 구성된다. 엔진(100)은 프리-챔버의 온도를 조절하기 위한 프리-챔버 온도조절 시스템을 더 포함하며, 프리-챔버 온도조절 시스템은 프리-챔버(114)와의 열교환을 위하여 프리-챔버(114)에 근접해 있는 열교환 채널(191) (개략적으로만 도시됨)을 포함하며, 프리-챔버 온도조절 시스템은 열교환 채널(191)을 통하여 열교환 유체를 순환시키도록 구성된다. 프리-챔버 온도조절 시스템은, 예컨대 프리-챔버 온도조절 시스템의 팽창 밸브 및/또는 압축기를 제어함으로써, 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(190)을 더 포함한다. 소기공기 유입구(102)는 소기공기 시스템에 유체 연결되어 있다. 피스톤(103)은 가장 낮은 위치(하사점)에 있는 것으로 도시되어 있다. 피스톤(103)은 크랭크샤프트(도시되지 않음)에 연결된 피스톤 로드를 갖는다. 연료가스 밸브(105)는 압축 행정 동안에 연료가스를 실린더 내로 분사하도록 구성되어, 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 점화 전에 소기공기와 연료가스의 혼합물이 압축되는 것을 허용한다. 연료가스 밸브(105)는, 하사점으로부터 0도 내지 130도의 압축 행정의 시작에서, 즉 크랭크샤프트가 하사점에서의 배향으로부터 0도 내지 130도로 회전하였을 때, 실린더(101) 내로 연료가스를 분사하도록 구성된다. 바람직하게는, 연료가스 밸브(105)는, 연료가스가 배기 밸브(104) 및 소기공기 유입구(102)를 통해 배출되는 것을 방지하기 위해, 피스톤이 소기공기 유입구(102)를 지나서 이동하도록 크랭크샤프트 축이 하사점으로부터 몇 도 회전한 후 연료가스의 분사를 개시하도록 구성된다. 소기공기 시스템(111)은 소기공기 리시버(110) 및 공기 냉각기(106)를 포함한다.
엔진(100)은 바람직하게는, 연료가스로 구동되는 오토 사이클 모드와, 대체연료 예컨대 중유나 마린 디젤 오일로 구동되는 디젤 사이클 모드를 갖는 이중-연료 엔진이다. 이러한 이중-연료 엔진은 대체연료를 분사하기 위한 전용의 대체연료 공급 시스템을 갖는다. 따라서 선택적으로 엔진(100)은 대체연료 공급 시스템의 일부를 형성하는 실린더 커버(112) 내에 배열되는 하나 이상의 연료 분사기(116)를 더 포함한다. 엔진(100)이 대체연료로 구동될 때, 연료 분사기(116)는 고압인 압축 행정의 끝에서 예컨대 중유와 같은 대체연료를 분사하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 일부 개략 단면도를 도시한다. 실린더(101), 실린더 커버(112), 피스톤(103), 및 배기 밸브(104)가 도시되어 있다. 피스톤(103)은 상사점에 위치되어 있다. 실린더(101)는 제1 프리-챔버(114) 및 제2 프리-챔버(116)를 구비하는 실린더 벽(115)을 가지며, 제1 및 제2 프리-챔버(114, 116)는 열교환 채널(도시생략)을 각각 구비한다. 제1 및 제2 프리-챔버(114, 116) 모두는 실린더 벽(115) 내에 형성되는 개구부를 통하여 실린더(101) 내로 개방되며, 프리-챔버는 실린더 내의 소기공기 및 연료가스의 혼합물을 점화시키도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 일부 개략 단면도를 도시한다. 이 일부는 도 2에 도시된 부분에 대응되나, 실린더(101)가 베이스 부재(117)와 프리-챔버 부재(118)를 가지며, 프리-챔버 부재(118)는 베이스 부재(117)의 상부에 배열되고 실린더 커버(112)는 프리-챔버 부재(118)의 상부에 배열된다는 점에서 상이하다. 제1 및 제2 프리-챔버(114, 116)는 프리-챔버 부재(118)의 실린더 벽 내에 배열된다. 이는 프리-챔버 부재가 예컨대 적절한 재료를 선택함으로써 높은 온도 및 압력을 취급하도록 특별하게 설계될 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 일부 개략 단면도이다. 이 일부는 도 2에 도시된 부분에 대응되나, 제1 및 제2 프리-챔버(114, 116)가 실린더 커버(112) 내에 배열된다는 점에서 상이하다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이중-연료 유니플로 소기식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진을 시동시키는 방법의 흐름도이다. 엔진은 도 1과 관련하여 개시된 바와 같은 엔진일 수 있다. 첫 번째 단계(501)에서 엔진의 프리-챔버는 예컨대 프리-챔버에 근접하여 제공되는 열교환 채널을 이용하여 가열된다. 다음으로 단계(502)에서, 엔진은, 전용의 대체연료 공급 시스템을 이용하여 먼저 실린더 내로 대체연료를 분사하지 않고, 연료가스 모드에서 직접 시동된다. 따라서, 프리-챔버를 가열함으로써 엔진은 원치 않는 배기 가스의 방출을 저감시키는 가스-모드로 직접 시동될 수 있다. 이것은, 주거 지역에 가까이 위치된 크루즈 항구와 같이 공해에 민감한 지역에서 엔진이 시동될 때, 특히 유용할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 해양 선박을 추진하기 위한 유니플로 소기 방식의 대형 저속 터보차지식 2-행정 크로스헤드 내연 엔진의 단면도이다. 엔진은, 연료가스로 구동되는 오토 사이클 모드와, 대체연료 예컨대 중유나 마린 디젤 오일로 구동되는 디젤 사이클 모드를 갖는 이중-연료 엔진이다. 각각의 실린더는 실린더 벽을 가지며 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 유입구(도시생략)를 포함한다. 엔진은 각각의 실린더에 대하여 실린더 커버(112) 및 피스톤(103)을 더 포함한다. 실린더 커버(112)는 실린더의 상부에 배열되어 있으며 배기 밸브(104)를 갖는다. 피스톤(103)은 하사점과 상사점 사이에서 중심 축선을 따라 실린더 내에서 이동 가능하게 배열되어 있다. 도면에서 피스톤(103)은 상사점에 배열되어 있다. 연료가스 공급 시스템은, 압축 행정 동안에 실린더 내로 연료가스를 분사하도록 구성되어(엔진이 가스 모드에 있을 때) 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 소기공기 및 연료가스의 혼합물이 점화 전에 압축되는 것을 허용하는 하나 이상의 연료가스 밸브(도시생략)를 포함한다. 연료가스 밸브는 실린더 커버(112)와 소기공기 유입구와의 사이에서 실린더 벽 내에 적어도 부분적으로 배열되어 있다. 엔진은 2개의 파일럿 프리-챔버 유닛(131)을 더 포함하며, 각각의 파일럿 프리-챔버 유닛(131)은 프리-챔버(114), 파일럿 연료 밸브 하우징(130), 및 파일럿 연료 밸브 하우징(130) 내에 배열된 파일럿 연료 밸브(132)를 포함한다. 실린더는 베이스 부재(117) 및 프리-챔버 부재(118)를 가지며, 프리-챔버 부재(118)는 베이스 부재(117)의 상부에 배열되고 실린더 커버(112)는 프리-챔버 부재(118)의 상부에 배열된다. 프리-챔버(114)는 프리-챔버 부재(118)의 실린더 벽 내에 배열된다. 프리-챔버(114)는 프리-챔버 부재(118)의 실린더 벽 내에 형성된 개구부를 통하여 실린더 내로 개방된다. 소기공기 유입구는 소기공기 시스템에 유체 연결되어 있다. 피스톤(103)은 피스톤 로드, 크로스헤드, 및 커넥팅 로드를 경유하여 크랭크샤프트(도시생략)에 연결된다. 파일럿 연료 밸브(132)는 적어도 엔진이 가스 모드에 있을 때 프리-챔버(114) 내로 적은 양의 파일럿 연료를 분사하도록 구성된다. 파일럿 연료 밸브(132)는, 엔진이 순전히 디젤로 구동될 때 파일럿 연료 밸브가 막히는 것을 방지하기 위해서, 프리-챔버(114) 내로 소량의 파일럿 연료를 분사하도록 구성될 수도 있다. 프리-챔버(114)는 프리-챔버(114) 내의 온도 및 압력으로 인하여 파일럿 연료가 자체-점화되도록 구성된다. 파일럿 연료유는 중유, 마린 디젤 오일, 또는 자체-점화 가능한 또 다른 연료일 수 있다.
엔진은 대체연료 공급 시스템의 일부를 형성하는 실린더 커버(112) 내에 배열된 하나 이상의 연료 분사기(116)를 더 포함한다. 엔진(100)이 대체연료로 구동될 때 연료 분사기(116)는 고압 하의 압축 행정의 끝에서 예컨대 중유와 같은 대체연료를 분사하도록 구성된다.
도 6b는 도 6a에 도시된 우측의 파일럿 프리-챔버 유닛(131)의 확대도이다. 파일럿 프리-챔버 유닛(131)은 유입구(136) 및 유출구(도시생략)를 갖는, 온도조절 유체를 순환시키기 위한 제1 열교환 채널(145)을 포함하며, 여기서 유입구(136) 및 유출구 양쪽 모두는 파일럿 연료 밸브 하우징(130) 내에 배열되어 있다. 파일럿 프리-챔버 유닛(131)은 유입구(138) 및 유출구(도시생략)를 갖는, 온도조절 유체를 순환시키기 위한 제2 열교환 채널(146)을 더 포함하며, 여기서 유입구(138) 및 유출구 양쪽 모두는 파일럿 연료 밸브 하우징(130) 내에 배열되어 있다. 제1 및 제2 열교환 채널(145, 146)은 프리-챔버(114)의 벽 일부 및 파일럿 연료 밸브 하우징(130) 양쪽 모두의 내측에서 연장된다. 제1 및 제2 열교환 채널(145, 146)은 프리-챔버(114)의 온도를 조절하기 위한 프리-챔버 온도조절 시스템의 일부를 형성한다. 프리-챔버 온도조절 시스템은 제1 및 제2 열교환 채널(145, 146)을 통하여 열교환 유체를 순환시키도록 구성되어 있다. 프리-챔버 온도조절 시스템은, 제1 및 제2 열교환 채널(145, 146)에 제공되는 열교환 유체의 입구 온도 및/또는 제1 및 제2 열교환 채널(145, 146)을 통과하는 열교환 유체의 유동 속도와 같은 열교환 유체의 유동을 제어하도록 구성되는 제어 유닛(도시생략)을 더 포함한다. 제1 및 제2 열교환 채널(145, 146)은, 프리-챔버의 제1 개구부(144)를 향하도록 온도조절 유체를 안내하기 위한 제1 부분과, 프리-챔버의 제1 개구부로부터 멀어지도록 온도조절 유체를 안내하기 위한 제2 부분을 포함한다(본 단면도에는 제1 부분만이 도시되어 있음). 제1 부분의 형상은 제2 부분의 형상에 실질적으로 대응한다. 본 실시형태에 있어서, 프리-챔버 부재(118)는 프리-챔버 하우징으로서 기능하며, 프리-챔버(114)는 프리-챔버 하우징 내에 배열되며, 프리-챔버(114)는 프리-챔버 하우징을 지지하고 프리-챔버 하우징 내에 프리-챔버를 고정시키기 위하여 제1 접촉부(143) 및 제2 접촉부(142)를 갖는다. 본 실시형태에 있어서 제1 접촉부(143) 및 제2 접촉부(142) 양쪽 모두는 환 형상을 갖는다. 프리-챔버 하우징은 프리-챔버(114)와 엔진 사이의 열교환을 제한하기 위하여 제1 접촉부(143)와 제2 접촉부(142)와의 사이에 형성되는 제1 단열공간(141) (예컨대 기체로 충전됨)을 갖는다. 프리-챔버는 프리-챔버 하우징을 지지하기 위한 제3 접촉부(147)를 더 갖는다. 본 실시형태에 있어서 제3 접촉부(147)는 환 형상을 갖는다. 프리-챔버 하우징은 제2 접촉부(142)와 제3 접촉부(147)와의 사이에 형성되는 제2 단열공간(140)을 더 갖는다.
일부 실시형태들이 상세하게 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 이것들로 제한되지 않으며, 이하의 청구범위에서 규정된 주제의 범위 내에서 다른 방식으로도 구현될 수 있다. 특히, 또 다른 실시형태가 이용될 수 있고 구조적 및 기능적 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
여러 수단을 열거하는 장치 청구항에 있어서, 이들 수단 중 일부는 하나의 동일한 하드웨어 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정 방안(measures)들이 서로 다른 종속항들에서 인용되거나 상이한 실시형태들에서 설명된다는 사실은 이러한 방안들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)/포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급된 특징, 정수, 단계 또는 구성요소의 존재를 특정하기 위해 사용되지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성요소 또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다는 것이 강조되어야 한다.
100: (2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연) 엔진, 101: 실린더, 102: 소기공기 유입구, 103: 피스톤, 104: 배기 밸브, 105: 연료가스 밸브, 106: 공기 냉각기, 108: 배기가스 리시버, 109: 터보차저, 110: 소기공기 리시버, 111: 소기공기 시스템, 112: 실린더 커버, 113: 중심 축선, 114: 프리-챔버, 115: 실린더 벽, 190: 제어 유닛, 191: 열교환 채널.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료가스 공급 시스템, 프리-챔버, 및 소기공기 시스템을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진으로서,
    상기 실린더는 실린더 벽을 가지며,
    상기 실린더 커버는 상기 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며,
    상기 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 중심 축선을 따라 상기 실린더 내에서 이동 가능하게 배열되며,
    상기 소기공기 시스템은 상기 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 유입구를 가지며,
    상기 연료가스 공급 시스템은 상기 실린더 벽에 적어도 부분적으로 배열되고 압축 행정 동안에 상기 실린더 내로 연료가스를 분사하도록 구성되어 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 점화 전에 소기공기 및 연료가스의 혼합물이 압축되도록 허용하는 연료가스 밸브를 포함하며,
    상기 프리-챔버는 제1 개구부를 통하여 상기 실린더 내로 개방되고, 상기 프리-챔버는 상기 실린더 내의 소기공기 및 연료가스의 혼합물을 점화시키도록 구성되며,
    상기 엔진은 상기 프리-챔버의 온도를 조절하기 위한 프리-챔버 온도조절 시스템을 더 포함하며,
    상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 상기 프리-챔버와의 열교환을 위하여 상기 프리-챔버에 근접해 있는 열교환 채널을 포함하고, 상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 상기 열교환 채널을 통하여 열교환 유체를 순환시키도록 구성되며,
    상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함하는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 엔진 부하, 엔진 속도, 소기공기와 연료가스의 혼합물의 공기-연료 당량비(λ), 및/또는 센서 신호에 따라, 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 프리-챔버는 상기 실린더 벽에 적어도 부분적으로 배열되어 있으며, 상기 제1 개구부는 상기 실린더 벽에 형성되어 있는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 상기 프리-챔버를 냉각시키도록 구성되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 상기 프리-챔버를 가열하도록 구성되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 엔진 시동 절차의 일부로서 상기 프리-챔버를 가열하도록 구성되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 실린더를 냉각하기 위하여 상기 실린더에 근접해 있는 냉각 채널을 포함하는 실린더 냉각 시스템을 더 포함하고, 상기 실린더 냉각 시스템은 상기 냉각 채널을 통하여 열교환 유체를 순환시키도록 구성되며,
    상기 실린더 냉각 시스템은 열교환 유체의 유동 및/또는 열교환 유체의 입구 온도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함하는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 실린더 냉각 시스템 및 상기 프리-챔버 온도조절 시스템은 유체 연결되지 않는 2개의 별개의 시스템인, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리-챔버는 프리-챔버 벽을 가지며,
    상기 열교환 채널은 상기 프리-챔버 벽의 부분 내에서 연장되어 있는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  10. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 프리-챔버 하우징을 더 포함하고, 상기 프리-챔버는 상기 프리-챔버 하우징 내에 배열되고, 상기 프리-챔버는 상기 프리-챔버 하우징을 지지하고 상기 프리-챔버 하우징 내에 상기 프리-챔버를 고정시키기 위하여 적어도 제1 접촉부 및 제2 접촉부를 가지며,
    상기 프리-챔버 하우징은 상기 프리-챔버와 상기 엔진 사이의 열교환을 제한하기 위하여 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부 사이에 형성되는 제1 단열공간을 가지는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환 채널은 상기 프리-챔버를 냉각 또는 가열하도록 구성되는 복합식 가열 및 냉각 시스템의 일부일 수 있으며,
    상기 복합식 가열 및 냉각 시스템은 엔진이 저부하로 구동될 때 상기 프리-챔버를 가열하도록 구성되고 상기 엔진이 고부하로 구동될 때 상기 프리-챔버를 냉각하도록 구성되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진.
  12. 연료가스로 구동되는 오토 사이클 모드 및 대체연료로 구동되는 디젤 사이클 모드를 가지는 이중-연료 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진의 시동 방법으로서,
    상기 엔진은 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료가스 공급 시스템, 실린더 냉각 시스템, 프리-챔버, 및 소기공기 시스템을 포함하며,
    상기 실린더는 실린더 벽을 가지며,
    상기 실린더 커버는 상기 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며,
    상기 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 중심 축선을 따라 상기 실린더 내에서 이동 가능하게 배열되며,
    상기 소기공기 시스템은 상기 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 유입구를 가지며,
    상기 연료가스 공급 시스템은 상기 실린더 벽에 적어도 부분적으로 배열되고 압축 행정 동안에 상기 실린더 내로 연료가스를 분사하도록 구성되어 연료가스가 소기공기와 혼합될 수 있도록 하고 점화 전에 소기공기 및 연료가스의 혼합물이 압축되도록 허용하는 연료가스 밸브를 포함하며,
    상기 프리-챔버는 제1 개구부를 통하여 상기 실린더 내로 개방되고, 상기 프리-챔버는 상기 실린더 내의 소기공기 및 연료가스의 혼합물을 점화시키도록 구성되며,
    상기 엔진은 상기 실린더 내로 직접 대체연료를 분사하기 위한 전용의 대체연료 공급 시스템을 더 포함하며,
    엔진 시동 절차의 일부로서 상기 프리-챔버가 가열되고, 상기 엔진은 상기 전용의 대체연료 공급 시스템을 이용하여 먼저 상기 실린더 내로 대체연료를 분사하지 않고 연료가스 모드에서 직접 시동되는, 방법.
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