KR20210157316A - 종방향 소기식 대형 엔진 - Google Patents

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KR20210157316A
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scavenging air
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콘라드 래스
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빈터투르 가스 앤 디젤 아게
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Abstract

복수의 실린더(10)를 갖는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진이 제안되면, 각 실린더는 실린더 라이너(5)를 포함하고, 실린더 섹션(4)이 바닥(3)에 의해 경계가 정해지며, 실린더 섹션 안에는 실린더 라이너(5)가 종방향(A)으로 나란히 배치되며, 각 실린더 라이너(5)는 바닥(3)과 대향하는 제 1 단부(51)로부터 실린더(10)의 연소실과 대향하는 제 2 단부까지 연장되어 있고, 앞뒤로 움직일 수 있도록 배치되는 피스톤이 각 실린더 라이너(5) 안에 제공되며, 소기 공기 개구(7)가 각 경우에 각 실린더 라이너(5)의 제 1 단부(51)에 인접하여 실린더 라이너(5)에 제공되며, 소기 공기 수용부(8)에서 나온 소기 공기가 소기 공기 개구(7)를 통해 각각의 실린더 라이너(5) 안으로 유입할 수 있으며, 각 실린더(10)에 대해 피스톤 부분 공간(11)이 제공되며, 이 피스톤 부분 공간은, 한편으로, 실린더(10)의 피스톤의 저면에 의해 경계가 정해지고, 다른 한편으로는, 실린더 섹션(4)의 바닥(3)에 의해 경계가 정해지며, 분리 벽(12)이 각 경우에 종방향(A)으로 2개의 서로 인접하는 피스톤 부분 공간(11) 사이에 제공되며, 그 분리 벽(12)은 이들 두 피스톤 부분 공간(11)을 서로 분리시키며, 각 피스톤 부분 공간(11)은 유동 연결부(13)를 통해 소기 공기 수용부(8)에 연결된다.

Description

종방향 소기식 대형 엔진{A LONGITUDINALLY SCAVENGED LARGE ENGINE}
본 발명은, 각각의 카테고리의 독립 특허 청구항의 전제부에 따른 종방향 소기식(scavenged) 대형 엔진에 것이다.
2-행정 또는 4-행정 엔진, 예컨대 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있는 대형 엔진은, 종종, 선박을 위한 구동 유닛으로서 사용되거나, 또는 심지어 예컨대 전기 에너지를 생성하기 위한 대형 발전기를 구동시키기 위해 정치식 작동에서 구동 유닛으로서 사용된다. 엔진은 통상적으로 상당한 기간 동안 연속적인 작동으로 가동되며, 이에 따라 작동 안전성 및 가용성에 대해 높은 요구 사항이 부과된다. 따라서, 작동 재료의 특히 긴 유지보수 간격, 낮은 마모 및 경제적인 취급이 작동자에게는 핵심적인 기준이 된다. 대형 엔진은 전형적으로 실린더를 가지며, 이 실린더의 내경(보어(bore))은 적어도 200 mm 이다. 오늘날, 최대 960 mm 또는 심지어 그 이상의 보어를 갖는 대형 엔진이 사용된다.
수년간, 에너지 효율 및 배기 가스의 양, 배기 가스 내의 질소산화물 농도 또는 황 로드(load)가 중요성이 커지는 다른 중요한 문제가 되고 있다. 다른 문제는 메탄 슬립과 같은 미연소 탄화수소이다.
여기서, 대응하는 배기 임계값에 대한 법적인 요건과 한계 값이 점점 더 강화되고 있다. 따라서, 특히, 2-행정 대형 디젤 엔진에서, 배출 임계값의 준수가 점점 더 어려워지고 있고 기술적으로 더 복잡하며 그래서 더 비싸기 때문에, 전통적인 중유(오염물로 많이 오염됨)의 연소 및 디젤유 또는 천연 가스와 같은 다른 연료의 연소가 더욱더 문제가 되고 있다.
경제적이고 효율적인 작동, 배기 배출 임계값의 준수 및 자원의 이용 가능성에 대해, 전통적으로 대형 엔진용 연료로서 사용되는 중유에 대한 대체 연료가 또한 추구되고 있다. 이와 관련하여, 액체 연료, 즉 액체 상태에서 연소실 안으로 도입되는 연료, 및 기체 연료, 즉 기체 상태에서 연소실 안으로 도입되는 연료 둘 모두가 사용된다.
중유에 대한 알려져 있는 대체 연료로서 액체 연료의 예는, 특히 석유 정제에서 남게 되는 다른 중탄화수소, 알코올, 특히, 메탄올 또는 에탄올, 가솔린, 디젤 또는 또한 에멀젼 또는 현탁물(suspension)이다. 예를 들면, MSAR(Multiphase Superfine Atomized Residue)이라고 하는 에멀젼을 연료로 사용하는 것이 알려져 있다. 이는 실질적으로 중탄화수소, 예컨대 역청(bitumen), 중유 및 물의 에멀젼이고, 이는 특수 공정에서 생성된다. 잘 알려져 있는 현탁물은 석탄 가루와 물의 현탁물이며, 이 현탁물은 대형 엔진용 연료로서도 사용된다. LNG(액화 천연 가스)와 같은 천연 가스가 기체 연료로 알려져 있다.
중유를 사용하는 순수 작동에 대한 다른 잘 알려져 있는 대안은, 대형 엔진이 2개 이상의 상이한 연료로 작동될 수 있도록 그 대형 엔진을 설계하는 것인데, 이 경우, 작동 상황 또는 환경에 따라, 엔진은 한 연료 또는 다른 연료로 작동된다. 다중 연료 대형 엔진이라고도 하는 이러한 대형 엔진은, 작동 동안에, 제 1 연료가 연소되는 제 1 모드에서, 제 2 연료가 연소되는 제 2 모드로 또한 그 반대 방향으로 전환될 수 있다.
2개의 상이한 연료로 작동될 수 있는 알려져 있는 대형 엔진의 설계는, 오늘날 "이중 연료 엔진"이라는 용어가 사용되는 종류의 엔진이다. 한편, 이 엔진은, 기체 연료, 예컨대 천연 가스 또는 메탄이 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 가스 모드, 및 중유와 액체 연료 또는 다른 액체 연료가 동일한 엔진에서 연소될 수 있는 액체 모드에서 작동될 수 있다. 이 대형 엔진은 2-행정 및 4-행정 엔진, 특히 또한 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진일 수 있다.
2개의 상이한 액체로 연료로 작동될 수 있는 대형 엔진도 알려져 있는데, 이 경우, 통상적으로 두 연료가 비축되어 있고, 그래서 엔진은 작동 동안에도 제 1 연료 또는 제 2 연료로 작동될 수 있다. 두 연료가 대형 엔진의 동일한 작동 사이클에서 연소실 안으로 도입되는 설계도 알려져 있다.
적어도 2개의 또는 심지어 그 보다 많은 상이한 액체 또는 기체 연료로 작동될 수 있는 대형 엔진은, 현재 사용되고 있는 연료에 따라 종종 상이한 작동 모드로 작동된다. 종종 디젤 작동이라고 하는 작동 모드에서, 연료의 연소는 일반적으로 연료의 압축 점화 또는 자기(self) 점화의 원리에 따라 일어난다. 종종 오토(Otto) 작동이라고 하는 모드에서, 연소는 점화 가능한 연료-공기 혼합물의 스파크 점화로 일어난다. 이 스파크 점화는, 예컨대 전기 스파크에 의해, 예컨대, 스파크 플러그로, 또는 분사된 소량 연료의 자기 점화(이는 다른 연료의 스파크 점화를 야기할 수 있음)에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 위에서 언급된 이중 연료 엔진의 경우에, 가스 모드에서는, 기체 상태의 가스를 소기(scavenging) 공기와 혼합하여 실린더의 연소실에서 점화 가능한 혼합물을 생성하는 것이 알려져 있다. 이 저압 과정에서, 실린더 내에서의 혼합물의 점화는 통상적으로, 정확한 순간에 소량의 액체 연료를 실린더의 연소실 안으로 또는 예연소실 안으로 분사하여 공기-가스 혼합물의 점화가 유발되게 함으로써 일어난다.
또한, 오토 작동과 디젤 작동의 혼합된 형태가 또한 알려져 있다.
추가로, 가스 엔진으로 설계되어 있는 대형 엔진도 알려져 있다. 이 가스 엔진은 순수한 가스 작동을 위해서만 설계된다. 예컨대, 가스 엔진은, 그의 작동이 가스 모드에서 이중 연료 엔진의 작동에 대응하도록 설계될 수 있다. 가스 엔진은 통상적으로 오토 작동으로 작동한다. 가스 엔진을 위한 바람직한 연료는 예컨대 천연 가스이다.
본 출원의 구조 내에서, "대형 디젤 엔진" 이라는 용어는, 적어도 디젤 작동으로 작동될 수 있는 엔진을 말한다. 그래서, "대형 디젤 엔진" 이라는 용어는, 특히, 디젤 작동 뿐만 아니라 다른 작동, 예컨대 오토 작동으로도 작동될 수 있는 이중 연료 또는 다중 연료 대형 엔진도 포함한다.
대형 엔진은 종종 크로스헤드 설계로 설계되며 그래서 전형적으로 3개의 큰 어셈블리, 즉 크랭크축을 수용하기 위한 크랭크축 주 베어링을 갖는 베어링 새들(saddle)에 추가로 횡방향 지지 요소를 갖는 기부 판을 포함한다. 바닥 판에 의해 분리되어, 소위 스탠드가 기부 판에 배치된다. 이 스탠드는 대형 디젤 엔진의 실린더의 수에 대응하는 복수의 지지체를 포함하고, 각 지지체는 2개의 인접하는 크로스헤드를 안내하기 위한 2개의 수직 연장 슬라이딩 표면을 가지며, 크로스헤드는 푸시 로드를 통해 크랭크축에 연결된다. 정상부 쪽에서, 스탠드는 커버 시트로 덮이고, 동시에 커버 시트는 실린더 섹션의 바닥을 형성하며, 실린더 섹션에는 실린더의 실린더 라이너가 종방향으로 나란히 배치된다.
종방향 소기식 대형 엔진의 경우에, 전형적으로 각 실린더는, 실린더 라이너의 하단부에 제공되는 소기 공기 개구를 갖는다. 각 실린더는 배기 가스를 배출시키기 위한 적어도 하나의 출구 밸브를 가지며, 이 출구 밸브는 실린더의 상단부에, 예컨대 실린더 커버에 제공된다. 소기 공기 개구를 통해, 연소 과정에 필요한 새로운 소기 또는 과급 공기가 실린더의 연소실 안으로 공급된다. 통상적으로, 실린더의 소기 공기 개구는 피스톤의 운동으로 개방되거나 폐쇄된다. 피스톤이 작동 사이클 동안에 그리고 그의 하향 운동 동안에 하사점에 접근할 때, 실린더 라이너에 있는 소기 공기 개구는 피스톤에 의해 해제되며, 그래서 소기 또는 과급 공기가 실린더 안으로 유입할 수 있다. 피스톤의 다음 상향 운동 동안에 피스톤은 소기 공기 개구를 폐쇄하게 되며, 그래서 더 이상의 소기 공기가 실린더 안으로 도입될 수 없다.
실린더 라이너는 통상적으로 실린더 섹션에 종방향으로 나란히 배치되며, 실린더 섹션의 바닥 위쪽에서 끝난다. 모든 실린더 라이너는 실린더 섹션의 공통 공간에서 끝나고, 그 공통 공간은 종종 또한 피스톤 부분 공간이라고 한다. 피스톤 부분 공간은 하단부에서 실린더 섹션의 바닥에 의해 경계가 정해지고 또한 상단부에서는 피스톤의 저면 또는 실린더 섹션의 벽에 의해 경계가 정해지는데, 즉 피스톤 부분 공간은 실린더 라이너 내부의 부피 및 실린더 라이너 외부의 부피를 포함한다.
공통 피스톤 부분 공간으로 인해, 피스톤이 현재 소기 공기 개구 위쪽에 위치되는 모든 실린더 라이너의 소기 공기 개구는 모두 공통 피스톤 부분 공간에서 각각의 피스톤 아래쪽에 위치되기 때문에 유동 연결된다.
통상적으로, 적어도 하나의 소기 공기 수용부(입구 수용부라고도 함)가 측방에서 공통 피스톤 부분 공간의 옆에 제공된다. 소기 공기 수용부는 전형적으로 모든 실린더를 따라 종방향으로 연장되어 있고 소기 또는 과급 공기를 포함한다. 소기 공기는 터보 과급기에 의해 과급 공기 냉각기를 통해 소기 공기 수용부 안으로 공급되며, 그 수용부 안에서 소기 공기는 조절 가능한 과급 압력으로 이용 가능하다. 소기 공기 수용부는 적어도 하나의, 전형적으로는 여러 개의 유동 연결부를 통해 공통 피스톤 부분 공간에 연결되며, 그래서, 각각의 피스톤이 그의 하향 운동 중에 소기 공기 슬롯을 해제하자 마자 소기 공기는 각각의 실린더 라이너 안으로 유입할 수 있다. 이어지는 상향 운동 중에, 피스톤은 소기 공기 슬롯을 다시 폐쇄하며, 그래서 소기 공기가 더 이상 실린더 안으로 유입할 수 없고 이 실린더의 출구 밸브가 폐쇄되자 마자 압축 과정이 시작된다.
개별적인 피스톤 운동으로 인해, 압력 변동 또는 심지어 맥동(pulsation)이 피스톤 부분 공간에서 일어날 수 있고, 이는 또한 소기 공기 수용부 안으로 전파될 수 있다. 결과적으로, 개별 실린더 라이너 안으로 들어가는 소기 공기 유량은 종종 완전히 균일하지 않고 변동을 받게 된다. 따라서, 작동 사이클 당 실린더 안으로 도입되는 공기의 질량은 매우 높은 정확도로 조절될 수 없다.
특히, 대형 엔진이 가스 모드(예혼합된 공기-연료 혼합물이 연소실에서 스파크 점화됨)로 작동되면, 도입되는 소기 공기의 양의 부정확성으로 인해, 제어되지 않거나 비정상적인 연소 과정이 일어날 수 있다.
가스 함량이 너무 높거나 공기 함량이 너무 낮으면, 공기-연료 혼합물이 너무 농후하게 된다. 이렇게 되면, 예컨대, 실린더에서 공기-연료 혼합물의 바람직하지 않은 자기 점화가 일어날 수 있는데, 이러한 자기 점화로 인해, 매우 높은 기계적 부하가 생기고 또한 배출 값이 크게 증가할 수 있다. 또한, 공기-연료 혼합물의 부정확한 비로 인해, 스파크 점화 연소 과정이 너무 빨리 진행되며(빠른 연소), 그로 인해 또한 높은 기계적 부하 및 높은 배출 값이 나타나게 된다. 공기 함량이 너무 높으며, 공기-연료 혼합물은 너무 희박하게 되며 실화(misfiring)가 일어날 수 있는데, 이 또한 물론 엔진의 효율적인 저배출 작동에 대해 부정적인 것이다.
대형 디젤 엔진의 주어진 부하에 대해, 발생되는 토크를 공연비에 대해 나타내면, 고질 연소와 비정상 연소 사이의 한계는, 예컨대, 2개의 한계 곡선, 즉, 노킹(knocking) 한계와 실화 한계로 주어지며, 그리하여 고질 연소는 이들 두 한계 곡선 사이에 있다.
그러므로, 이러한 최신 기술에서 출발한 본 발명의 목적은, 대형 엔진이 가능한 한 경제적으로 또한 낮은 배출 값으로 작동될 수 있도록, 실린더 라이너 안으로 도입되는 소기 공기의 양이 더 정밀하게 제어될 수 있고 또한 특히 더 정밀하게 조절될 수 있는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진을 제안하는 것이다.
위의 목적을 달성하는 본 발명의 대상은 독립 특허 청구항의 특징적인 점을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 복수의 실린더를 갖는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진이 제안되며, 각 실린더는 실린더 라이너를 포함하고, 실린더 섹션이 바닥에 의해 경계가 정해지며, 실린더 섹션 안에는 실린더 라이너가 종방향으로 나란히 배치되며, 각 실린더 라이너는 바닥과 대향하는 제 1 단부로부터 실린더의 연소실과 대향하는 제 2 단부까지 연장되어 있고, 앞뒤로 움직일 수 있도록 배치되는 피스톤이 각 실린더 라이너 안에 제공되며, 소기 공기 개구가 각 경우에 각 실린더 라이너의 제 1 단부에 인접하여 실린더 라이너에 제공되며, 소기 공기 수용부에서 나온 소기 공기가 소기 공기 개구를 통해 각각의 실린더 라이너 안으로 유입할 수 있으며, 각 실린더에 대해 피스톤 부분 공간이 제공되며, 이 피스톤 부분 공간은, 한편으로, 실린더의 피스톤의 저면에 의해 경계가 정해지고, 다른 한편으로는, 실린더 섹션의 바닥에 의해 경계가 정해지며, 분리 벽이 각 경우에 종방향으로 2개의 서로 인접하는 피스톤 부분 공간 사이에 제공되며, 그 분리 벽은 이들 두 피스톤 부분 공간을 서로 분리시키며, 각 피스톤 부분 공간은 유동 연결부를 통해 소기 공기 수용부에 연결된다.
모든 실린더 라이너가 끝나는 공통 피스톤 부분 공간 대신에 각 실린더에 대해 실린더 개별적인 피스톤 부분 공간을 제공하는 것이 본 발명의 본질적인 양태이며, 분리 벽이 각 경우에 종방향으로 서로 인접하는 2개의 개별적인 피스톤 부분 공간 사이에 제공되며, 분리 벽은, 한 피스톤 부분 공간으로부터 소기 공기가 종방향으로 인접하는 피스톤 공간 안으로 직접 유입하는 것을 방지한다. 이들 개별적인 피스톤 부분 공간 각각은 개별적인 유동 연결부를 통해 소기 공기 수용부에 연결된다. 이러한 조치로, 작동 사이클 당 각각의 실린더 안으로 유입하는 소기 공기의 양을 훨씬 더 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서, 공기-연료 혼합물의 공연비가 훨씬 더 정밀하게 조절할 수 있으며, 그래서, 특히 스파크 점화가 일어나는 가스 모드에서 고질의 연소 과정이 가능하게 된다.
바람직하게는, 유동 제어 요소가 각 유동 연결부에 제공되어 있고, 유동 연결부를 통과하는 소기 공기 유량이 그 유동 제어 요소로 조절될 수 있다. 따라서, 예컨대, 각각의 유동 연결부의 자유 유동 단면이 각 실린더에 대해 개별적으로 조절될 수 있고, 그래서 작동 사이클 당 각각의 실린더 안으로 도입되는 공기의 양이 또한 매우 정밀하게 조절될 수 있다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 유동 제어 요소는 스로틀 또는 밸브, 특히 플랩 밸브로 설계된다.
또한, 바람직한 조치로서, 유동 제어 요소는, 소기 공기 수용부 안으로의 소기 공기의 역류를 방지하는 역류 방지 장치로 설계된다. 따라서, 소기 공기는 한 방향으로만, 즉 개별 피스톤 부분 공간의 방향으로만 흐를 수 있다. 이렇게 해서, 특히 소기 공기 수용부에서의 압력 변동 또는 맥동이 적어도 감소될 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 유동 제어 요소는 리드(reed) 밸브로 설계된다.
특히 바람직하게, 유동 제어 요소는 작동 가능한 밸브로 설계되고, 그래서 각각의 유동 연결부의 자유 유동 단면은 특히 대형 엔진의 작동 동안에 조절 또는 변화될 수 있다. 이렇게 해서, 예컨대, 작동 사이클 당 각각의 실린더 안으로 유입하는 공기의 양을 공기 온도 또는 공기 습도와 같은 변화된 주변 조건에 맞게 조절하거나 또는 대형 엔진이 작동되는 부하에 따라 조절할 수 있다.
바람직하게는, 제어 장치가 제공되며, 유동 연결부에서의 각각의 소기 공기 유량이 그 제어 장치로 제어 또는 조절될 수 있다. 예컨대, 조절의 경우에, 각각의 실린더에서의 연소 과정에 특징적인 공연비 또는 다른 파라미터, 예컨대 점화 압력, 내부 실린더 압력 및/또는 점화비가 제어 변수로서 제공될 수 있다. 제어의 경우에, 예컨대 그러한 또는 다른 변수에 대한 룩업 테이블이 제공될 수 있고, 조절될 값은 하나의 작동 파라미터 또는 더 많은 작동 파라미터에 따라 룩업 테이블에 저장된다. 이렇게 해서, 각 실린더에 대해 소기 공기 수용부로부터 실린더 안으로의 소기 공기 유량을 개별적으로 조절할 수 있다.
바람직하게는, 각각의 소기 공기 유량은 대형 엔진의 작동 파라미터에 따라 제어 또는 조절될 수 있다. 대형 엔진이 작동되는 부하 및/또는 발생될 토크 및/또는 대형 엔진의 회전 속도가 그러한 작동 파라미터로서 특히 적절하다.
더 바람직한 조치로서, 적어도 하나의 연결 관이 제공되며, 이 연결 관은 제 1 실린더의 피스톤 부분 공간을 제 2 실린더의 피스톤 부분 공간에 연결한다. 이렇게 해서, 한편으로 제 1 실린더의 피스톤 부분 공간과 다른 한편으로 제 2 실린더의 피스톤 부분 공간에서의 더 큰 압력차가 보상될 수 있다. 따라서, 예컨대, 한 실린더에 있는 피스톤의 하향 운동을 단순화시키기 위해 그 실린더에 있는 피스톤의 저면에 대한 압력을 줄이는 것이 가능하다.
이 경우에, 연결관에 의해 연결되는 2개의 개별적인 피스톤 부분 공간은, 바람직하게는, 제 1 실린더의 피스톤과 제 2 실린더의 피스톤이 적어도 90°의 크랭크 각도 차를 갖도록 선택된다. 특히, 제 1 및 제 2 실린더의 피스톤은 약 180°의 크랭크 각도 차를 가질 수 있다. 예컨대, 제 2 실린더의 피스톤이 하측 반환점에서 곧을 때 제 1 실린더의 피스톤은 상측 반환점에서 곧을 수 있다.
실시 형태에 따라, 제어 요소가 제공되고 연결관을 통과하는 유동이 그 제어 요소로 조절될 수 있는 것이 또한 유리할 수 있다.
또한, 감쇠 요소가 연결관에 제공되고 압력 맥동(pulsation)이 그 감쇠 요소로 감쇠될 수 있는 것이 유리할 수 있다.
특히, 유동 제어 요소가 소기 공기 수용부와 개별적인 피스톤 부분 공간 사이의 유동 연결부에 있는 역류 방지 장치로서 설계되어 있는 실시 형태에서는, 피스톤 부분 공간을 위한 냉각 장치가 제공되는 것이 유리할 수 있다. 예컨대 각각의 피스톤의 하향 운동 동안에 각각의 피스톤 부분 공간에서의 공기 압축으로 인해, 내포된 공기의 온도가 증가될 수 있고, 이로 인해, 온도 증가가 일어나는데, 이는 냉각 장치에 의해 억제된다.
특히, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진은 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있다.
특히 바람직하게는, 대형 엔진은 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계되며, 이중 연료 대형 디젤 엔진은, 액체 연료가 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 액체 모드로 작동될 수 있고, 또한 연료로서 가스가 상기 연소실 안으로 도입되는 가스 모드로도 작동될 수 있다.
본 발명의 추가의 유리한 조치와 실시 형태는 종속 청구항에서 알 수 있다.
이하, 실시 형태 및 도면에 기반하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 종방향 소기식 대형 엔진의 일 실시 형태의 개략적인 단면도를 종방향에 수직인 단면으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 실시 형태의 개략적인 단면도를 종방향을 따른 단면으로 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진의 일 실시 형태를 개략적인 단면도로 나타낸 것으로, 그 엔진은 전체적으로 참조 번호 "1"로 나타나 있다. 그 단면은 종방향(A)에 수직이고, 종방향은 대형 엔진(1)의 크랭크축이 연장되어 있는 방향으로 정의된다. 도 2는 본 실시 형태를 종방향(A)을 따른 단면으로 개략적인 단면도로 나타낸 것이다.
대형 엔진(1)은 적어도 하나의, 통상적으로 복수의 실린더(10)를 포함하며, 이 실린더 안에서 연소 과정이 일어난다. 도 2에서, 4개의 실린더(10)가 예시적으로 나타나 있다. 각 실린더(10)는 실린더 라이너(5)를 포함하고, 각 실린더 라이너 안에는 피스톤(나타나 있지 않음)이 그 자체 알려져 있는 방식으로 배치되며, 피스톤은 상측 반환점과 하측 반환점 사이에서 실린더 축선의 방향으로 앞뒤로 운동할 수 있게 배치되며, 피스톤의 상측부는 실린더 커버(나타나 있지 않음)와 함께 연소실(나타나 있지 않음)의 경계를 형성한다. 실린더 축선은 각 경우에 종방향(A)에 수직이다.
"대형 엔진" 이라는 용어는, 일반적으로, 선박을 위한 구동 유닛으로서 사용되거나, 또는 예컨대 전기 에너지를 생성하기 위한 대형 발전기를 구동시키기 위해 정치식 작동에서 구동 유닛으로서 사용되는 엔진을 말한다. 일반적으로, 대형 엔진(1)의 실린더(10) 각각은 적어도 약 200 mm의 내경(보어(bore))을 갖는다.
대형 엔진(1)은 4-행정 또는 2-행정 엔진으로 설계될 수 있다. 특히, 대형 엔진(1)은 대형 디젤 엔진, 특히 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있고, 이는 크로스헤드 설계로 설계된다.
"대형 디젤 엔진" 이라는 용어는, 디젤 작동으로 작동될 수 있는 대형 엔진(1)을 말한다. 이상화된 한정적인 경우에, 디젤 작동은 확산 연소에 기반하는 등압 과정(등압 연소)이다. 디젤 작동에서, 연료의 연소는 일반적으로 자기 점화의 원리에 따라 일어난다. 본 출원의 구조 내에서, "대형 디젤 엔진" 이라는 용어는 또한 디젤 작동에 추가로, 대안적으로 오토 작동으로 작동될 수 있는 대형 엔진(1)을 말한다. 이상화된 한정적인 경우에, 오토 작동은, 일반적으로 연소가 연료의 스파크 점화의 원리에 따라 일어나는 공통 공간 과정(공통 공간 연소)이다. 또한, 대형 디젤 엔진은 디젤 작동과 오토 작동의 혼합 형태로 작동될 수 있다.
물론, "대형 엔진" 이라는 용어는 가스 엔진으로 설계된 엔진도 포함한다. 이 가스 엔진은 순수한 가스 작동을 위해서만 설계되는데, 즉, 기체 연료, 예컨대 천연 가스로만 작동된다. 예컨대, 가스 엔진은, 그의 작동이 가스 모드에서 이중 연료 엔진의 작동에 대응하도록 설계될 수 있다.
또한, "스파크 점화 연료" 라는 용어는, 실린더(10)에서 스파크 점화에 의해 의도대로 연소되는, 즉 의도한 바와 같이 자기 점화가 회피되어야 하는 연료를 나타내기 위해 사용된다. 반대로, "자기 점화 연료" 라는 용어는, 실린더(10)에서 자기 점화에 의해 의도대로 연소되는 연료, 예컨대 중유 또는 디젤 연료를 말한다.
"액체 연료" 라는 용어는, 액체 상태에서 실린더(10) 안으로 도입되는 연료를 말한다. "기체 연료" 라는 용어는, 기체 상태에서 실린더(10) 안으로 도입되는 연료를 말한다.
본 발명에 대한 이하의 설명에서, 실제로 중요한 대형 디젤 엔진(1)을 예로서 참조하는데, 이 대형 디젤 엔진은 종방향 소기식 크로스헤드 2-행정 대형 디젤 엔진(1)으로 설계되어 있고 선박의 주 구동 유닛으로 사용된다. 이 대형 디젤 엔진(1)은 예컨대 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있는데(하지만 반드시 그럴 필요는 없음), 그래서 그 엔진은 2개의 상이한 연료, 예컨대, 중유와 같은 액체 연료 및 천연 가스와 같은 기체 연료로 작동될 수 있다. 이중 연료 대형 디젤 엔진(1)은 작동 동안에 제 1 연료의 연소로부터 제 2 연료의 연소로 또한 그 반대로 전환될 수 있다.
본 발명은 이러한 종류의 대형 디젤 엔진 및 이 용도에 한정되지 않고 일반적으로 종방향 소기식 대형 엔진(1)에 관한 것임을 이해할 것이다. 또한, 대형 엔진(1)은 단일 연료의 연소를 위해서만 설계되는 것도 가능하다. 예컨대, 대형 엔진(1)은, 연료로서 가스로만 작동하도록 설계된 가스 엔진으로 설계될 수 있다. 또한, 대형 엔진(1)은 다중 연료 대형 엔진으로 설계될 수도 있는데, 이러한 엔진은 제 1 연료로 작동될 수 있고 또한 제 1 연료와는 다른 적어도 하나의 제 2 연료로 작동될 수 있다.
물론, 대형 엔진(1)은 또한 2개 보다 많은 연료의 연소를 위해 설계될 수 있다.
대형 디젤 엔진(1)은 크로스헤드 설계로 설계되며, 3개의 큰 하우징 세그먼트를 포함하고, 이들 세그먼트는 대형 엔진(1)의 프레임을 형성한다. 기부 판(나타나 있지 않음)(크랭크축을 수용하기 위한 크랭크축 주 베어링을 갖는 베어링 새들에 추가로 횡방향 지지 요소를 가짐)에는, 소위 스탠드(2)가 바닥 판(나타나 있지 않음)에 의해 분리되어 배치된다. 스탠드(2)는 대형 디젤 엔진(1)의 실린더의 수에 대응하는 복수의 지지체를 포함하고, 각 지지체는 2개의 인접하는 크로스헤드를 안내하기 위한 2개의 수직 연장 슬라이딩 표면을 가지며, 크로스헤드는 푸시 로드를 통해 크랭크축에 연결된다. 여기서, 2개의 상호 반대 수직 슬라이딩 표면은 각 경우에 중심 벽에 의해 추가로 지지된다.
개별 지지체는 일반적으로 공통 커버 시트에 의해 연결되며, 이 커버 시트는 실린더 섹션(4)의 바닥(3)을 형성한다. 실린더 섹션(4)은 실린더 라이너(5)를 갖는 실린더(10)를 포함하고, 실린더 라이너는 종방향(A)으로 나란히 배치된다. 기부 판, 스탠드(2) 및 실린더 섹션(4)은, 타이 로드(나타나 있지 않음)를 상당한 프리-스트레싱(pre-stressing) 하에서 기부 판 안으로 또는 상으로 나사 결합시켜 그 타이 로드에 의해 서로에 연결된다.
각 실린더(10)의 피스톤은 각 경우에 그 자체 알려져 있는 방식으로 피스톤 로드(6)에 의해 크로스헤드(나타나 있지 않음)에 연결되고, 크로스헤드는 푸시 로드(나타나 있지 않음)에 의해 크랭크축(나타나 있지 않음)에 연결되며, 그래서 각 피스톤의 운동이 피스톤 로드(6), 크로스헤드 및 푸시 로드를 통해 크랭크축에 전달되어 이 크랭크축을 회전시키게 된다.
실린더 라이너(5)는 종방향(A)으로 나란히 배치되며, 각 실린더 라이너(5)는 바닥(3)과 대향하는 제 1 단부(51)로부터 실린더(10)의 연소실과 대향하는 제 2 단부(나타나 있지 않음)까지 연장되어 있다. 각 실린더 라이너(5)의 제 1 단부(51)에 인접하여, 복수의 소기 공기 개구(7)(예컨대, 소기 공기 슬롯으로 설계되어 있음)는 각 경우에 실린더 라이너(5)에 제공되며, 소기 공기 수용부(8)에서 나온 소기 공기가 그 소기 공기 개구를 통해 각각의 실린더 라이너(5) 안으로 유입할 수 있다.
소기 공기 개구(7) 각각은 실린더(10) 내에서의 피스톤의 운동에 의해 주기적으로 폐쇄되고 개방되며, 그래서, 소기 공기 개구가 피스톤의 위치로 인해 각각의 실린더(10)의 연소실과 유동 연결되어 있는 한, 과급 압력 아래에서 터보과급기(나타나 있지 않음)에 의해 소기 공기 수용부(8)에 제공되는 소기 공기가 그 소기 공기 개구(7)를 통해 각각의 실린더(10) 안으로 유입할 수 있다. 이는 각각의 피스톤이 그의 하측 반환점의 영역에 있는 경우이다.
실린더 커버(나타나 있지 않음)(실린더 라이너(5)의 제 2 단부를 포함함)에는, 각 실린더(10)를 위한 적어도 하나의 연료 분사 노즐(나타나 있지 않음)이 제공되어 있고, 이 노즐은 예컨대 각각의 실린더(10)에 대해 중심에서 실린더 커버에 배치되며, 액체 연료가 액체 모드에서 그 노즐을 통해 각각의 실린더(10)의 연소실 안으로 도입된다.
또한, 가스 공급 시스템(나타나 있지 않음)이 제공되는데, 가스 모드에서 가스가 그 가스 공급 시스템으로 실린더(10) 안으로 도입될 수 있다. 가스 공급 시스템은 바람직하게는 저압 시스템으로 설계되며, 이 저압 시스템은 연료로서 역할하는 가스를 최대 50 bar(5 MPa), 바람직하게는 최대 20 bar(2 MPa)의 압력에서 각각의 실린더(10) 안으로 도입한다. 가스 공급 시스템은 각각의 실린더 라이너(5)의 벽 상에 또는 안에 배치되는 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 가스 입구 노즐(들)을 포함한다. 가스 모드에서, 가스는 가스 공급 시스템에 의해 각각의 실린더(10) 안으로 도입되어 거기서 소기 공기와 혼합되며, 피스톤의 상향 운동에 의해 압축된다. 이렇게 해서, 예혼합된 공기-연료 혼합물이 연소실 안에 생성되며, 그런 다음에 이 혼합물은 미리 정해질 수 있는 시간에서 또는 미리 정해질 수 있는 크랭크 각도에서 스파크 점화된다. 이 스파크 점화는 바람직하게는, 소량의 액체 또는 기체 연료를 정확한 순간에 실린더(10)의 연소실 안으로 또는 예연소실(나타나 있지 않음) 안으로 분사하여 이루어지고, 그래서 연소실 또는 예연소실 안의 액체 또는 기체 연료가 자기 점화되며, 그리하여, 연소실에서의 공기-가스 혼합물의 점화가 일어난다. 복수의 예연소실이 그 자체 알려져 있는 방식으로 제공될 수 있는데, 각 예연소실은 연소실에 유동 연결된다. 자기 점화 연료가 각 연소실 안으로 도입되면, 연소실 내의 공기-연료 혼합물이 다양한 점에서 스파크 점화될 수 있다.
대형 디젤 엔진의 추가 구조 및 개별적인 구성 요소, 예컨대 분사 시스템, 가스 교환 시스템, 배기 시스템 또는 소기 공기 또는 과급 공기의 공급을 위한 터보과급기 시스템, 및 대형 디젤 엔진을 위한 검사 및 제어 시스템의 상세는, 2-행정 엔진으로서의 설계 및 4-행정 엔진으로서의 설계 둘 모두에서 당업자에게 잘 알려져 있고 그래서 여기서 추가의 설명은 필요없다.
현대의 대형 디젤 엔진에서, 검사 및 제어 시스템은, 일반적으로 모든 엔진 또는 실린더 기능, 특히, 분사(분사의 시작과 끝), 기체 연료의 도입 및 출구 밸브의 작동을 조절하거나 제어하거나 규제할 수 있는 전자 시스템이다. 여기서 설명되는 실시 형태에서, 검사 및 제어 시스템은 제어 장치(9)를 포함하고, 실린더(10)에 대한 소기 공기 공급은 그 제어 장치로 제어 또는 조절될 수 있고, 이는 더 상세히 설명된다.
각 개별 실린더(10)를 위한 피스톤 부분 공간(11)이 제공되며, 이 피스톤 부분 공간은 한편으로 연소실로부터 멀어지는 쪽을 향하는 이 실린더(10)의 피스톤의 저면에 의해 경계가 정해지고 다른 한편으로는 실린더 섹션(4)의 바닥(3)에 의해 경계가 정해진다. 이 피스톤 공간(11)은 관련된 실린더 라이너(5)의 내부에 배치되는 부피, 즉 각각의 피스톤 아래쪽의 부피, 및 실린더 라이너(5)의 외부에 배치되고 실린더 섹션(4)의 바닥(3), 실린더 섹션(4)의 벽 및 분리 벽(12) 또는 2개의 분리 벽(12)에 의해 경계가 정해지는 부피를 포함한다. 종방향(A)에서 볼 때, 분리 벽(12)은 각 경우에 2개의 인접하는 실린더(10)의 피스톤 부분 공간(11) 사이에 제공되며, 그 분리 벽(12)은 이들 2개의 피스톤 부분 공간(11)을 서로 분리시키며, 그래서 공기가 한 피스톤 부분 공간으로부터 종방향(A)으로 인접 피스톤 부분 공간 또는 피스톤 부분 공간(11) 안으로 직접 유입하는 것은 가능하지 않다. 따라서, 각 실린더(10)는, 종방향(A)으로 분리 벽(12) 또는 2개의 분리 벽(12)에 의해 경계가 정해지는 개별적인 피스톤 부분 공간(11)을 갖는다. 각 개별적인 피스톤 부분 공간(11)은 바람직하게는 소기 공기 수용부(8)의 부피 보다 작은 부피를 갖는다.
알려져 있는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진에서 종방향으로 볼 때 서로 인접하는 실린더 라이너의 제 1 단부들 사이에 제공되는 개구들은 더 이상 본 발명에 따른 대형 엔진에 제공되지 않는다. 각 실린더는 자체의 별도의 피스톤 부분 공간(11)을 가지며, 이 부분 공간은 종방향으로 분리 벽(12)에 의해 그의 인접하는 피스톤 부분 공간(11)으로부터 분리된다.
각 실린더 개별적인 피스톤 부분 공간(11)은 별도의 유동 연결부(13)를 통해 소기 공기 수용부(8)에 연결되어 있어, 피스톤이 이 실린더 라이너(5)의 소기 공기 개구(7)를 해제하면 소기 공기가 관련된 실린더(10)의 연소실 안으로 유입할 수 있다.
특히 바람직하게는, 유동 제어 요소(14)가 각 유동 연결부(13)에 제공되어 있으며, 각각의 유동 연결부(13)를 통과하는 소기 공기 유량 또는 소기 공기 흐름이 그 유동 제어 요소로 조절될 수 있다. 소기 공기 유량은 시간 당 유동 연결부(13)를 통해 흐르는 소기 공기의 양을 의미한다.
유동 제어 요소(14)는 유동 연결부(13)를 통과하는 소기 공기 유량을 조절할 수 있는 스로틀, 유동 밸브, 플랩 밸브, 스풀 밸브 또는 다른 장치로 설계될 수 있다. 따라서, 각각의 유동 제어 요소(14)를 조절하여 각 실린더에 대해 각각의 유동 연결부(13)의 자유 유동 단면을 개별적으로 조절할 수 있다.
또한, 유동 제어 요소(14)는 역류 방지 장치로 설계되는 것이 유리할 수 있는데, 그래서 소기 공기는 각각의 피스톤 부분 공간(11)의 방향으로만 유동 연결부(13)를 통해 흐를 수 있지만, 각각의 피스톤 부분 공간(11)으로부터 소기 공기 수용부(8) 안으로 가는 반대 방향으로는 흐르지 못한다. 이러한 목적으로, 유동 제어 요소(14)는, 예컨대, 역류 방지 밸브, 특히 리드(reed) 밸브로 설계될 수 있다. 유동 제어 요소(14)는 예컨대 디스크 밸브 또는 포펫 밸브 또는 플레이트 밸브로도 설계될 수 있다.
피스톤 부분 공간(11)으로부터 소기 공기 수용부(8) 안으로의 역류를 방지함으로써, 개별적인 피스톤 부분 공간 중의 하나 이상에서 온도 및/또는 압력의 증가가 일어날 수 있다. 이러한 이유로, 유체 열전달 매체, 예컨대 공기 또는 물 또는 냉각유에 의해 피스톤 부분 공간으로부터 열을 소산시킬 수 있는 냉각 장치를 제공하는 것이 유리할 수 있다.
유동 제어 요소(14)는 바람직하게는 조절 가능한 유동 제어 요소(14)로 설계되며, 그래서 각각의 유동 연결부(13)의 소기 공기용 자유 유동 단면이 각 경우에 조절 가능하고 가변적이다. 이러한 목적으로, 유동 제어 요소는 수동으로 조절 가능한 유동 안내 요소(14) 또는 예컨대 전기적으로, 유압적으로 또는 공압적으로 작동될 수 있는 작동 가능한 밸브로 설계될 수 있다.
유동 제어 요소(14)의 작동을 위해, 제어 장치(9)가 제공되며, 이 제어 장치는 소기 공기 연결부(13)를 통과하는 소기 공기 유량을 제어 또는 조절하도록 설계되어 있다. 이렇게 해서, 각 실린더(10) 안으로 들어가는 소기 공기 유량이 매우 정밀하게 조절될 수 있다.
예컨대 제어의 경우에, 이 조절은 예컨대 룩업 테이블의 형태로 제어 장치(9)에 저장되는 작동 파라미터에 대한 고정 데이타에 근거하여 이루어질 수 있다.
물론, 소기 공기 유량을 조절하도록 제어 유닛(9)을 설계하는 것도 가능하며, 그리하여 제어 변수에 대한 원하는 값이 미리 결정되며, 이 값은 측정으로 결정된 실제 값과 비교되며, 그런 다음에, 실제 값이 원하는 값으로 되도록 조작 변수가 변화된다.
특히, 실린더(10)에서의 연소 과정 또는 그 연소 과정의 질에 대해 특징적인 대형 엔진(1)의 작동 변수가 제어 변수로서 적합하다. 예컨대, 공연비가 제어 변수로서 적합하고, 또는 각각의 실린더 내의 점화 압력 또는 내부 실린더 압력 또는 점화비가 적합하다.
물론, 룩업 테이블에 저장되어 있는 데이타 및 측정으로 결정된 변수가 각각의 실린더(10) 안으로 들어가는 소기 공기 유량을 조절하기 위해 사용되는 실시 형태도 가능하다.
또한, 각 유동 제어 요소(14)를 도어로 설계하거나 또는 도어에 통합하는 것도 가능하며, 그래서 예컨대 유지 보수 작업을 위해 피스톤의 저면에 자유롭게 접근하는 것이 보장된다.
또한, 제 1 실린더(10)의 피스톤 부분 공간(11)을 제 2 실린더(10)의 피스톤 부분 공간에 연결하는 적어도 하나의 연결 관(15)을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이 연결 관(15)은 주로 이들 두 피스톤 부분 공간 사이의 압력 보상을 제공하는 역할을 한다. 예컨대, 피스톤의 하향 운동에 대항하는 제 1 실린더의 피스톤 부분 공간(11) 내에 높은 압력이 있으면, 이 압력은, 제 2 실린더(10)의 피스톤 부분 공간 내에 더 낮은 압력이 있는 경우에, 연결 관(15)을 통해 감소될 수 있다.
이 압력 보상에 대해, 제 1 실린더와 제 2 실린더(10)(그의 피스톤 부분 공간은 연결 관(15)에 의해 연결됨)는, 제 1 실린더의 피스톤과 제 2 실린더(10)의 피스톤이 적어도 90°의 크랭크 각도 차를 갖도록 선택된다. 특히, 바람직하게는, 제 1 실린더와 제 2 실린더(10)(그의 피스톤 부분 공간은 연결 관(15)에 의해 연결됨)는, 제 1 실린더의 피스톤과 제 2 실린더(10)의 피스톤이 최대의 가능한 크랭크 각도 차, 즉 예컨대 약 180°를 갖도록 선택된다. 이는, 제 2 실린더의 피스톤이 하측 반환점에 있을 때 제 1 실린더의 피스톤은 상측 반환점에 있음을 또한 그 반대도 가능함을 의미한다.
각 연결 관(15)은 예컨대 관 또는 채널 또는 보어로서 설계될 수 있다.
물론, 각 연결 관(15)을 위한 제어 요소(16)를 제공하는 것도 가능하며, 연결 관(15)을 통과하는 유동은 그 제어 요소로 조절될 수 있다. 각 제어 요소(16)는 바람직하게는 능동적으로 작동 가능한 밸브로 설계된다.
또한, 압력 맥동을 감쇠시킬 수 있는 감쇠 요소(나타나 있지 않음)를 연결 관(15)에 제공할 수 있다.
각 연결 관(16)을 위한 냉각 장치(나타나 있지 않음)가 또한 제공될 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 실린더(10)를 갖는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진으로서, 각 실린더는 실린더 라이너(5)를 포함하고, 실린더 섹션(4)이 바닥(3)에 의해 경계가 정해지며, 상기 실린더 섹션 안에는 실린더 라이너(5)가 종방향(A)으로 나란히 배치되며, 각 실린더 라이너(5)는 바닥(3)과 대향하는 제 1 단부(51)로부터 실린더(10)의 연소실과 대향하는 제 2 단부까지 연장되어 있고, 앞뒤로 움직일 수 있도록 배치되는 피스톤이 각 실린더 라이너(5) 안에 제공되며, 소기 공기 개구(7)가 각 경우에 각 실린더 라이너(5)의 제 1 단부(51)에 인접하여 실린더 라이너(5)에 제공되며, 소기 공기 수용부(8)에서 나온 소기 공기가 상기 소기 공기 개구(7)를 통해 각각의 실린더 라이너(5) 안으로 유입할 수 있으며, 각 실린더(10)에 대해 피스톤 부분 공간(11)이 제공되며, 이 피스톤 부분 공간은, 한편으로, 실린더(10)의 피스톤의 저면에 의해 경계가 정해지고, 다른 한편으로는, 실린더 섹션(4)의 바닥(3)에 의해 경계가 정해지며, 분리 벽(12)이 각 경우에 종방향(A)으로 2개의 서로 인접하는 피스톤 부분 공간(11) 사이에 제공되며, 그 분리 벽(12)은 이들 두 피스톤 부분 공간(11)을 서로 분리시키며, 각 피스톤 부분 공간(11)은 유동 연결부(13)를 통해 상기 소기 공기 수용부(8)에 연결되는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유동 제어 요소(14)가 각 유동 연결부(13)에 제공되어 있고, 상기 유동 연결부(13)를 통과하는 소기 공기 유량이 그 유동 제어 요소로 조절될 수 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유동 제어 요소(14)는 스로틀 또는 밸브, 특히 플랩 밸브로 설계되어 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유동 제어 요소(14)는, 상기 소기 공기 수용부(8) 안으로의 소기 공기의 역류를 방지하는 역류 방지 장치로 설계되어 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 제어 요소(14)는 리드(reed) 밸브로 설계되어 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 제어 요소(14)는 작동 가능한 밸브로 설계되어 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진은 제어 장치(9)를 가지며, 상기 유동 연결부(13)에서의 각각의 소기 공기 유량이 그 제어 장치로 제어 또는 조절될 수 있는, 종방향 소기식 대형 크로스헤드 엔진.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각각의 소기 공기 유량은 대형 엔진의 작동 파라미터에 따라 제어 또는 조절될 수 있는, 종방향 소기식 대형 크로스헤드 엔진.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 연결 관(15)이 제공되며, 연결 관은 제 1 실린더(10)의 피스톤 부분 공간(11)을 제 2 실린더(10)의 피스톤 부분 공간(11)애 연결하는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더(10)의 피스톤과 제 2 실린더(10)의 피스톤은 적어도 90°의 크랭크 각도 차를 갖는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    제어 요소(16)가 제공되며, 상기 연결관(15)을 통과하는 유동이 그 제어 요소로 조절될 수 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    감쇠 요소가 상기 연결관(15)에 제공되며, 압력 맥동(pulsation)이 그 감쇠 요소로 감쇠될 수 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤 부분 공간을 위한 냉각 장치가 제공되어 있는, 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계되어 있는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 연료가 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 액체 모드로 작동될 수 있고, 또한 연료로서 가스가 상기 연소실 안으로 도입되는 가스 모드로도 작동될 수 있는 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계되어 있는 종방향 소기식 크로스헤드 대형 엔진.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62129518A (ja) * 1985-11-28 1987-06-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 掃気ポ−ト管制式内燃機関
JP2876563B2 (ja) * 1990-07-31 1999-03-31 ヤマハ発動機株式会社 ２サイクルディーゼルエンジン
JPH06221220A (ja) * 1993-01-29 1994-08-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ディーゼル機関の掃気流制御装置
JP5452730B2 (ja) * 2010-10-28 2014-03-26 株式会社Ｉｈｉ ２ストロークエンジン
JP2012219727A (ja) * 2011-04-11 2012-11-12 Diesel United:Kk 予混合式２ストローク機関
CH705513A2 (de) * 2011-09-05 2013-03-15 Waertsilae Nsd Schweiz Ag Zylinderanordnung für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine.

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