KR20220027127A - 대형 2행정 단류 소기식 기체 연료 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기체 연료를 주 연료로 하는 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이 제공된다. 피스톤(10)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복하도록 배치되어 결과적인 기하학적 압축비가 20을 넘는다. 엔진은 BDC로부터 TDC로 피스톤(10)의 행정 중에 제1 양의 가압 기체 연료를 하나 이상의 연소실에 유입하도록 구성되며, 이에 따라 연소실의 공기와 연료가 혼합되어 공연비가 50을 넘는다. 엔진은 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기체 연료를 하나 이상의 연소실 내로 분사하도록 구성된다.

Description

대형 2행정 단류 소기식 기체 연료 엔진{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.
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.
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.
기체 연료의 발전으로 기체 연료를 주 연료로 사용하는 두 가지 서로 다른 유형의 대형 2행정 터보 차징 내연기관이 개발되었다.
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.
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.
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.
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).
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.
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).
또는, 증발가스는 예컨대 극저온 발생기로 다시 액화될 수 있다. 그러나 재액화에는 고가의 장비가 필요하고 상당한 양의 에너지를 소비한다.
마지막 비상 방법으로, 증발가스를 그냥 태울 수 있다.
제WO2016058611A1호는 제1 유형의 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 개시한다.
제DK201670361A1호는 제1 유형의 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관과 함께 연소실 내로의 고압 분사를 위해 고압 기체 연료를 전달하는 가스 공급 시스템을 개시한다.
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.
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.
또한, 제2 유형의 엔진은 일반적으로 안정적인 점화를 제공하기 위해 프리챔버(pre-chamber) 및 타이밍된 점화 시스템을 필요로 한다.
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.
제DK201770703호는 제2 유형을 포함하는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관을 개시한다.
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.
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.
특허문헌 1: WO 제2016058611A1호 특허문헌 2: DK 제201670361A1호 특허문헌 3: DK 제201770703호
엔진과 기체 연료 공급 시스템의 제공뿐만 아니라 전술한 문제점을 극복하거나 적어도 줄이는 방법을 제공하는 것이 목적이다.
전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항과 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다.
제1 양태에 따르면, 실린더 라이너, 피스톤 및 실린더 커버로 구분되는 하나 이상의 연소실을 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관이 제공되며,
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.
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
피스톤이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기체 연료를 적어도 하나의 연소실 내로 분사하기.
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.
당 업계에서, 기하학적 압축비는 피스톤이 하사점(BDC)에 있는 연소실 체적 (BDC)과 피스톤이 상사점(TDC)에 있는 연소실 체적의 비율로 정의된다.
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.
효과적인 압축비는 배기 밸브 이벤트 및 흡입 부스팅도 고려한다.
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.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 연소실에 소기를 유입하기 위해 실린더 라이너 내에 배치된 피스톤 제어식 소기 포트를 더 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 실린더 커버 내에 배치되고 배기 밸브에 의해 제어되는 배기가스 출구를 더 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 기체 연료를 연소실로 전달하기 위한 적어도 하나의 연료 밸브를 더 포함한다.
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.
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.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 단일 엔진 사이클 내에서 제1 양의 가압 기체 연료를 유입하고 제2 양의 고압 기체 연료를 분사하도록 구성된다.
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.
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.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 실린더당 하나 이상의 전용 점화액 밸브를 포함한다.
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.
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.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진과 기체 연료 공급 시스템의 제공뿐만 아니라 전술한 문제점을 극복하거나 적어도 줄일 수 있다는 장점이 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
"TDC에서 또는 그 근처에서"는 피스톤이 빨라도 TDC 전 약 15도에 시작하고 늦어도 TDC 후 약 40도에 끝나는 기체 연료의 분사를 포함하는 범위를 의미한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
제3 점화액의 양은 주어진 엔진 사이클 동안 연소실로 전달되는 전체 연료 발열량의 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만을 형성한다.
연료분사밸브(50)는 제DK178519B1호에 개시된 유형일 수 있으며, 이는 소량의 파일럿 오일과 함께 상당한 양의 고압 기체 연료를 연소실에 분사할 수 있다.
*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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
가스 공급 시스템은 또한 TDC에서 또는 그 근처에서 기체 연료를 분사하기 위해 고압 기체 연료를 주 엔진에 공급하도록 구성된다.
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.
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.
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).
고압 극저온 펌프 유닛(37)을 떠나는 고압 기체 연료의 스트림은 일반적으로 150 내지 450bar 사이, 예컨대 350bar 및 예컨대 약 119K의 온도를 갖는다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
1) 압축기 유닛(46)에서 가압된 기체 연료를 압축으로 가열하여 외부 에너지를 부가함으로써 주기를 통과하는 데 필요한 것을 제공하는 단계,
2) 열교환기(43)에서 다음 단계(및 마지막 단계)로부터 가스를 복귀시켜 냉각시키는 단계,
3) 기체를 더 차가운 환경에 침지시키고 고압 기화기(38)에서 그 열(및 에너지)의 일부를 잃는 단계,
4) 줄-톰슨 오리피스를 통해 기체를 통과시켜 열을 제거하지만 운동 에너지가 아닌 위치(potential) 에너지인 에너지를 보존함으로써 추가로 냉각되는 단계.
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.
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.
가스 공급 시스템은 고유한 중복성이 있어 별도의 중복 시스템을 피함으로써 비용을 절감한다.
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.
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.
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.
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.
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

Claims (14)

  1. 실린더 라이너(1), 피스톤(10) 및 실린더 커버(22)로 구분되는 하나 이상의 연소실 및 크로스헤드(9)를 갖는 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관에 있어서,
    배기 밸브(4)에 의해 제어되는 배기가스 출구가 제공되는 상기 실린더 커버(22);
    상기 실린더 커버(22)에 복수개로 장착되는 연료 분사 밸브(50); 및
    상기 실린더 라이너(1)에 배치되는 복수개의 유입 밸브(30);를 포함하며,
    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, 및
    상기 내연기관은,
    상기 연소실에 유입된 소기와 혼합하여 공기질량 대 연료질량 비가 50이 넘는 공기와 연료 혼합물을 얻기 위해 BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 제1 양의 가압 기체 연료를 상기 두 개, 세 개 또는 네 개의 연료 유입 밸브(30)를 통해 적어도 하나의 연소실에 유입하는 모드; 및
    상기 피스톤(10)이 TDC에 또는 그 근처에 있을 때 제2 양의 고압 기체 연료를 상기 두 개 또는 세 개의 연료 분사 밸브(50)를 통해 상기 하나 이상의 연소실 내로 분사하는 모드; 중
    상기 하나 이상의 작동 모드로 더 구성되는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소실로 소기를 유입하기 위해 상기 실린더 라이너(1)에 배치되는 피스톤 제어 소기 포트(18)를 포함하는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고압 기체 연료의 제1 공급원(35)에 대한 연결부를 포함하며,
    상기 고압 기체 연료의 제1 공급원(35)은 제1 압력(P1)을 갖는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  4. 제3항에 있어서,
    가압 기체 연료의 제2 공급원(40)에 대한 연결부를 포함하며,
    상기 가압 기체 연료의 제2 공급원(40)은 상기 제1 압력(P1)보다 낮은 제2 압력(P2)을 갖는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  5. 제1항에 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, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내연기관은 실린더당 하나 이상의 전용 점화액 밸브를 포함하는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브(50)는 상기 제2 양의 고압 기체 연료를 상기 하나 이상의 연소실 내로 분사하도록 구성되며,
    상기 연료 분사 밸브(50)는 상기 고압 기체 연료의 제1 공급원(35)에 연결되는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 연료 유입 밸브(30)는 상기 제2 가압 기체 연료의 공급원(40)에 연결되는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 양의 가압 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 상기 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%를 형성하는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 양의 고압 기체 연료는 주어진 엔진 사이클 동안 상기 연소실로 전달되는 기체 연료 총량의 20 내지 80%를 형성하는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 제3 양의 점화액은 주어진 엔진 사이클 동안 상기 하나 이상의 연소실로 전달되는 전체 연료 발열량의 5% 미만을 형성하는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  12. 제4항에 있어서,
    하나 이상의 컨트롤러(60)를 포함하며,
    상기 컨트롤러(60)는 상기 두 개, 세 개 또는 네 개의 연료 유입 밸브(30) 및 상기 두 개 또는 세 개의 연료 분사 밸브(50)와 연결되고,
    상기 컨트롤러(60)는 BDC로부터 TDC까지 상기 피스톤(10)의 행정 중에 상기 제2 가압 기체 연료 공급원(40)으로부터 상기 하나 이상의 연소실로 제1 양의 기체 연료를 유입하기 위해 상기 두 개, 세 개 또는 네 개의 연료 유입 밸브(30)를 작동하도록 구성되고,
    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 두 개 또는 세 개의 연료 분사 밸브(50)를 작동하도록 구성되는, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  13. 제4항에 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, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.
  14. 제4항에 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, 대형 2행정 터보 차징 단류 소기식 내연기관.












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