KR20230059758A - A large two-stroke uniflow scavenged gaseous fueled engine and method for controlling supply of liquid fuel - Google Patents

A large two-stroke uniflow scavenged gaseous fueled engine and method for controlling supply of liquid fuel Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a large two-stroke uniflow scavenged gaseous fueled pre-mix engine and a method for controlling supply of liquid fuel. An engine has a plurality of mechanical design constraints and includes: a plurality of combustion chambers and a piston (10) reciprocating between a BDC and a TDC, which are provided in a cylinder liner (1); at least one gaseous fuel inflow valve (30); at least one liquid fuel valve (50) supplying, in a timed manner, liquid fuel to the combustion chambers to initiate ignition; and a controller (60) associated with the engine. Here, the controller (60) is configured to: control, for each combustion chamber, the timing and amount of gaseous fuel permitted into the combustion chamber through the at least one gaseous fuel inflow valve (30) during a stroke of the piston from the BDC to the TDC; monitor a combustion process for each cylinder (1) and detect when the combustion process causes one or more of the mechanical design constraints to be exceeded; and supply, in a timed manner, a first amount of liquid fuel so that a second amount is greater than the first amount, when the combustion process does not cause any predetermined mechanical design constraint to be exceeded. Therefore, the risk of occurrence of undesirable combustion phenomena can be overcome or at least reduced.

Description

대형 2행정 단류 소기식 기체 연료 엔진 및 액체 연료 공급 제어 방법{A LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED GASEOUS FUELED ENGINE AND METHOD FOR CONTROLLING SUPPLY OF LIQUID FUEL}Large two-stroke single-flow scavenging gaseous fuel engine and liquid fuel supply control method

본 발명은 대형 2행정 기체 연료 내연기관에 관한 것으로서, 특히, 하사점(Bottom Dead Center; BDC)에서 상사점(Top Dead Center; TDC)으로 피스톤이 행정(stroke)을 수행하는 동안 연료 밸브로부터 유입된 가스 연료로 크로스헤드(crossheads)를 갖는 대형 2행정 단류 소기식 내연기관의 작동에 관한 것이다.The present invention relates to a large two-stroke gaseous fuel internal combustion engine, and more particularly, fuel flow from a valve during a piston stroke from Bottom Dead Center (BDC) to Top Dead Center (TDC). It relates to the operation of a large two-stroke single-flow scavenging internal combustion engine with crossheads on gaseous fuel.

크로스헤드를 갖는 대형 2행정 터보차징 단류 소기식 내연기관은 예를 들어 대형 원양 선박의 추진이나 발전소의 주요 동력 장치로 사용된다. 단순히 크기 때문이 아니라, 이들 2행정 디젤 엔진은 다른 내연기관과 다르게 구성된다. 이들 엔진의 배기 밸브의 무게는 최대 400 kg 이고, 피스톤의 직경은 최대 100 cm 이며 연소실의 최대 작동 압력은 일반적으로 수 백 bar 이다. 이러한 높은 압력 수준과 피스톤 크기에 관련된 힘은 엄청나다. Large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engines with crossheads are used, for example, for propulsion of large ocean-going vessels or as main power units for power plants. Not simply because of their size, these two-stroke diesel engines are constructed differently from other internal combustion engines. The weight of the exhaust valves of these engines is up to 400 kg, the diameter of the piston is up to 100 cm, and the maximum operating pressure in the combustion chamber is typically several hundred bar. The forces associated with these high pressure levels and piston sizes are enormous.

실린더 라이너 또는 실린더 커버의 길이를 따라 중앙에 배치된 연료 밸브들에 의해 유입되는 기체 연료로 작동되는 대형 2행정 터보차징 내연기관(즉, 배기 밸브가 닫히기 훨씬 전에 개시되는 피스톤의 (BDC 에서 TDC 로의) 상향 행정 동안 기체 연료를 유입하는(admit) 엔진)은 연소실에서 기체 연료와 소기 공기(scavenging air)의 혼합물을 압축하고 TDC 또는 그 부근에서 시한 점화 수단(timed ignition means)(예: 액체 연료 분사)에 의해 압축된 혼합물을 점화시킨다. Large two-stroke turbocharged internal combustion engines operated on gaseous fuel introduced by fuel valves centrally located along the length of the cylinder liner or cylinder cover (i.e., the speed of the piston (BDC to TDC) starting well before the exhaust valves closed. ) engines that admit gaseous fuel during their upstroke) compress a mixture of gaseous fuel and scavenging air in the combustion chamber and use timed ignition means (e.g. liquid fuel injection) at or near TDC ) to ignite the compressed mixture.

이러한 유형의 가스 유입은, 상기 실린더 라이너 또는 실린더 커버에 배치된 연료 밸브(가스 유입 밸브)를 사용하여, 압축 압력이 상대적으로 낮을 때 상기 기체연료를 분사하기 때문에, 상기 피스톤이 TDC 에 가깝거나 TDC 에 있을 때(즉, 연소실의 압축 압력이 최대치 또는 최대치에 가까울 때) 기체 연료를 분사하는 대형 2행정 터보차징 내연기관과 비교하여 훨씬 낮은 연료 분사 압력을 사용할 수 있는 장점이 있다. 후자 유형의 엔진은 이미 높은 최대 연소 압력보다 훨씬 더 높은 연료 분사 압력을 필요로 한다. 이런 극도로 높은 압력에서 기체 연료를 처리할 수 있는 연료 시스템은 기체 연료의 휘발성 특성과 이러한 고압에서의 거동(상기 연료 시스템의 강철 구성 성분들 안으로 및 이들을 통한 확산을 포함)으로 인해 가격이 비싸고 복잡하다. This type of gas inlet uses a fuel valve (gas inlet valve) disposed in the cylinder liner or cylinder cover to inject the gaseous fuel when the compression pressure is relatively low, so that the piston is close to TDC or TDC has the advantage of being able to use much lower fuel injection pressures compared to large two-stroke turbocharged internal combustion engines that inject gaseous fuel when in the combustion chamber (i.e., when the compression pressure in the combustion chamber is at or near maximum). The latter type of engine requires a much higher fuel injection pressure than the already high maximum combustion pressure. Fuel systems capable of handling gaseous fuels at these extremely high pressures are expensive and complex due to the volatile nature of gaseous fuels and their behavior at these high pressures, including diffusion into and through steel components of the fuel system. do.

따라서, 피스톤이 TDC 에 있거나 그 부근에 있을 때 고압에서 기체 연료를 분사하는 엔진과 비교하여, 압축 행정 동안 기체 연료를 분사하는 엔진의 연료 공급 시스템은 훨씬 저렴하다. Thus, compared to an engine injecting gaseous fuel at high pressure when the piston is at or near TDC, the fuel supply system of an engine injecting gaseous fuel during the compression stroke is much cheaper.

그러나, 압축 행정 중에 기체 연료를 분사하는 경우, 상기 피스톤은 기체 연료와 소기 공기의 혼합물을 압축하게 되고 결과적으로, 조기 점화(pre-ignition)의 위험이 있다. 또한, 연소 과정은 TDC 또는 그 부근에서 연료를 분사하는 엔진에 비해 제어하기가 더 어렵다. 조기 점화와는 별도로, 통상적으로 제기되는 어려움은 가혹한 연소(harsh combustion)(연소 중 압력 증가율이 너무 높음) 및/또는 초과되는 최대 설계 압력(maximum design pressure)이다. However, when gaseous fuel is injected during the compression stroke, the piston compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging air and consequently there is a risk of pre-ignition. Also, the combustion process is more difficult to control compared to engines that inject fuel at or near TDC. Apart from pre-ignition, the difficulties commonly posed are harsh combustion (too high rate of pressure increase during combustion) and/or maximum design pressure being exceeded.

JP2020200831는 프리믹스 대형 2행정 터보차징 단류 소기식 가스 작동식 내연기관을 개시하고 있는데, 여기서 상기 내연기관은 다수의 연소실, 엔진과 관련된 적어도 하나의 제어기를 구비하며, 제어기는 연소를 개시하는 시점에 연소실의 평균 압축공기과잉율(average compression air excess ratio) 및 벌크압축온도(bulk compression temperature)를 결정하도록 구성되며, 상기 제어기는 하기 사항들을 수행하도록 구성된다: JP2020200831 discloses a large premixed two-stroke turbocharged single-flow scavenging gas operated internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has a plurality of combustion chambers, and at least one controller associated with the engine, the controller having a combustion chamber at the time of initiating combustion. is configured to determine an average compression air excess ratio and a bulk compression temperature of, and the controller is configured to perform the following:

- 결정되거나 측정된 평균 압축 공기 초과 비율이 하한(lower) 압축 공기 초과 비율 임계치보다 낮을 경우, 적어도 하나의 압축 공기 초과 비율 증가 측정을 수행, - if the determined or measured average compressed air excess percentage is lower than a lower compressed air excess percentage threshold, performing at least one compressed air excess percentage increase measurement;

- 결정되거나 측정된 평균 압축 공기 초과 비율이 상한(upper) 압축 공기 초과 비율 임계치를 초과할 경우, 적어도 하나의 압축 공기 초과 비율 감소 측정을 수행, - if the determined or measured average compressed air excess percentage exceeds an upper compressed air excess percentage threshold, at least one compressed air excess percentage reduction measurement is performed;

- 결정되거나 측정된 벌크 압축 온도가 하한(lower) 벌크 압축 온도 임계치보다 낮을 경우, 적어도 하나의 벌크 압축 온도 증가 측정을 수행, 및 - if the determined or measured bulk compression temperature is lower than a lower bulk compression temperature threshold, performing at least one bulk compression temperature increase measurement; and

- 결정되거나 측정된 벌크 압축 온도가 상한(upper) 벌크 압축 온도 임계치보다 높을 경우, 적어도 하나의 벌크 압축 온도 감소 측정을 수행. - if the determined or measured bulk compression temperature is higher than the upper bulk compression temperature threshold, at least one bulk compression temperature reduction measurement is performed.

프리믹스 엔진은 연소가 압축 자체에 의해 촉발되지 않도록 압축비가 선택되기 때문에 시간 제한 점화 시스템이 요구된다. 시한 점화 시스템(timed ignition system)은 종종 액체 연료(예: 연료 오일(파일럿 오일))의 분사(때때로 점화 플러그와 공동으로)를 기반으로 한다. 상기 타이밍은 일반적으로 TDC 또는 그 부근으로서, 일반적으로 작동 조건에 따라 조정된다. 따라서, 하나의 작동 모드에서 이러한 유형의 엔진은 BDC 에서 TDC 로의 피스톤의 행정 동안 상대적으로 낮은 압력에서 주 연료로서 유입되는 기체 연료(즉, 엔진에 공급되는 주요 에너지를 제공)로 작동되는 반면에, 상기 액체 연료는 엔진에 공급되는 에너지의 양에 상대적으로 적은 기여를 하는 상대적으로 적은 양의 연료를 구성하며, 여기서 상기 액체 연료의 목적은 시한 점화(timed ignition)이다. Premix engines require a time-limited ignition system because the compression ratio is selected so that combustion is not triggered by compression itself. Timed ignition systems are often based on injection (sometimes in conjunction with spark plugs) of liquid fuel (eg fuel oil (pilot oil)). The timing is typically at or near TDC, and is generally adjusted according to operating conditions. Thus, in one mode of operation this type of engine operates with incoming gaseous fuel as the main fuel (i.e. providing the main energy supplied to the engine) at a relatively low pressure during the stroke of the piston from BDC to TDC, whereas: The liquid fuel constitutes a relatively small amount of fuel that makes a relatively small contribution to the amount of energy supplied to the engine, where the purpose of the liquid fuel is timed ignition.

따라서, 상기에 표시된 바람직하지 않은 연소 현상의 발생 위험을 극복하거나 적어도 감소시키기 위해 이러한 대형 2행정 터보차징 내연기관에서 연소실의 조건에 대한 제어를 개선할 필요가 있다. Accordingly, there is a need to improve the control over the condition of the combustion chamber in such large two-stroke turbocharged internal combustion engines in order to overcome or at least reduce the risk of occurrence of undesirable combustion phenomena indicated above.

상기에 표시된 바람직하지 않은 연소 현상의 발생 위험을 줄이는 공지된 방법은 분사되는 액체 연료의 양을 늘리는 것이다. 그러나, 일반적으로, 증가된 배출량은 증가된 양의 액체 연료를 사용하는 것과 관련이 있으며, 따라서 사용되는 액체 연료의 양을 최소화하는 것이 일반적으로 바람직하다. 상기한 바람직하지 않은 연소 현상을 피하기 위해 요구되는 액체 연료의 양을 결정하는 공지된 방법은 결정된 공연비(air-fuel ratio)에 기초한 함수이다. 그러나, 공연비를 정확하게 결정하는 것은 그 자체로 어려운 일이며, 따라서, 일반적으로 안전 마진을 사용해야 하며, 결과적으로 사용되는 액체 연료 공급량이 필요 이상으로 높아지므로, 필요한 것보다 더 많은 배출량이 발생한다. A known method of reducing the risk of occurrence of the undesirable combustion phenomena indicated above is to increase the amount of liquid fuel injected. Generally, however, increased emissions are associated with the use of increased amounts of liquid fuel, and therefore it is generally desirable to minimize the amount of liquid fuel used. A known method for determining the amount of liquid fuel required to avoid the aforementioned undesirable combustion phenomena is a function based on the determined air-fuel ratio. However, accurately determining the air-fuel ratio is a difficult task in itself, and therefore, a safety margin is generally required to be used, and as a result, the amount of liquid fuel supply used is higher than necessary, resulting in more emissions than necessary.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 극복하거나 적어도 감소시키는 엔진 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an engine and method that overcomes or at least reduces the above problems.

상기 및 기타 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 설명 및 도면으로부터 명백하다. These and other objects are achieved by the features of the independent claims. Further implementation forms are apparent from the dependent claims, description and drawings.

제 1 양태에 따르면, 기체 작동 모드에서 기체 연료를 주 연료로 사용하도록 구성된 대형 2행정 터보차징 단류 소기식 내연기관이 제공되며, 여기서 상기 엔진은 다수의 기계적 설계 제약을 가지며, 상기 엔진은: According to a first aspect, there is provided a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine configured to use gaseous fuel as primary fuel in a gaseous mode of operation, wherein the engine has a number of mechanical design constraints, the engine comprising:

실린더 라이너, BDC와 TDC 사이를 왕복하도록 구성된 피스톤, 실린더 커버로 각각 구분되는 복수의 연소실,A plurality of combustion chambers each divided by a cylinder liner, a piston configured to reciprocate between BDC and TDC, and a cylinder cover;

상기 연소실로 소기 공기를 유입시키기 위해 상기 실린더 라이너에 배열된 소기 포트들, scavenging ports arranged on the cylinder liner for introducing scavenging air into the combustion chamber;

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

상기 피스톤이 BDC에서 TDC로의 행정(stroke) 동안 가스 연료를 유입시키도록 구성된 상기 실린더 라이너 또는 실린더 커버에 배열된 하나 이상의 기체 연료 유입 밸브,one or more gaseous fuel inlet valves arranged on the cylinder liner or cylinder cover configured to admit gaseous fuel during the stroke of the piston from BDC to TDC;

점화를 개시하기 위해 상기 연소실로 액체 연료를 시한 공급(timed supply)하도록 구성된 하나 이상의 액체 연료 밸브, one or more liquid fuel valves configured to provide a timed supply of liquid fuel to the combustion chamber to initiate ignition;

상기 엔진과 관련된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 것으로서, At least one controller associated with the engine,

여기서 상기 적어도 하나의 제어기는 각 연소실에 대해 개별적으로 상기 하나 이상의 기체 연료 유입 밸브를 통해 BDC 에서 TDC 까지의 상기 피스톤의 행정(stroke) 동안 연소실로 유입되는 기체 연료의 타이밍 및 양을 제어하도록 구성되고,wherein the at least one controller is configured to control the timing and amount of gaseous fuel introduced into the combustion chamber during a stroke of the piston from BDC to TDC through the one or more gaseous fuel inlet valves individually for each combustion chamber; and ,

상기 적어도 하나의 제어기는 각 실린더에 대한 상기 연소 과정을 모니터링하고 상기 연소 과정이 상기 기계적 설계 제약(constraints) 중 하나 이상을 초과하게 하는 시점을 검출하도록 구성되며, 및 the at least one controller is configured to monitor the combustion process for each cylinder and detect when the combustion process causes the combustion process to exceed one or more of the mechanical design constraints; and

상기 적어도 하나의 제어기는 상기 연소 과정이 어떠한 소정의 기계적 설계 제약도 초과하지 않을 때 액체 연료의 제 1 수량(quantity)을 시한 공급(timed supply)하도록 구성되고, wherein the at least one controller is configured to timed supply a first quantity of liquid fuel when the combustion process does not exceed any predetermined mechanical design constraints;

상기 적어도 하나의 제어기는 상기 연소 과정이 하나 이상의 소정의 기계적 설계 제약을 초과할 때 액체 연료의 제 2 수량을, 상기 제 2 수량이 상기 제 1 수량보다 많도록, 시한 공급(timed supply)하도록 구성된다. wherein the at least one controller is configured to timed supply a second quantity of liquid fuel such that the second quantity is greater than the first quantity when the combustion process exceeds one or more predetermined mechanical design constraints. do.

초과되는 기계적 설계 제약을 기반으로 증가된 양의 액체 연료에 대한 필요성을 결정함으로써, 바람직하지 않은 연소 상태를 피하기 위해 신뢰할 수 있고 비교적 복잡하지 않은 솔루션이 대형 2행정 내연기관에 제공된다. 상기 제어기가 기계 설계 제약들을 결정하는 데 필요한 정보는 이미 이들 엔진에서 통상적으로 유용 가능하며, 따라서 이러한 기계적 설계 제약들의 초과 여부를 결정하는 것은 이 정보를 처리하도록 구성된 상기 제어기에 의해 사용되는 소프트웨어의 형태로 구현하기가 비교적 용이하다. Determining the need for increased amounts of liquid fuel based on exceeding mechanical design constraints provides a reliable and relatively uncomplicated solution for large two-stroke internal combustion engines to avoid undesirable combustion conditions. The information necessary for the controller to determine mechanical design constraints is already commonly available in these engines, so determining whether these mechanical design constraints are exceeded is a form of software used by the controller configured to process this information. It is relatively easy to implement with .

상기 제 1 양태의 가능한 구현예로서, 상기 엔진은 압축 자체에 의해 연소가 촉발되지 않도록 시한 점화 시스템(timed ignition system)이 구비되어 있다. 상기 시한 점화 시스템은 바람직하게는 종종 액체 연료(예: 연료 오일(파일럿 오일))의 분사(때때로 점화 플러그와 공동으로)를 기반으로 한다. 상기 타이밍은 바람직하게는 TDC 또는 그 근처에 있고, 제어기에 의해 제어되고, 바람직하게는 작동 조건에 따라 제어기에 의해 조정된다. As a possible implementation of the first aspect, the engine is equipped with a timed ignition system so that combustion is not triggered by compression itself. The timed ignition system is preferably based on injection (sometimes in conjunction with a spark plug) of liquid fuel (eg fuel oil (pilot oil)). The timing is preferably at or near TDC and is controlled by a controller, preferably adjusted by the controller according to operating conditions.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 제 1 또는 제 2 수량의 액체 연료를 바람직하게는 각 엔진 사이클에 대하여, 바람직하게는 TDC 또는 그 근처에서 분사하도록 구성된다. In a possible implementation of the first aspect, the controller is configured to inject a first or second quantity of liquid fuel, preferably for each engine cycle, preferably at or near TDC.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 TDC에 가까운 각도로 또는 TDC 에서 하나 이상의 파일럿 오일 및/또는 실린더 커버에 있는 액체 연료 분사 밸브를 사용하여 제 1 또는 제 2 수량을 주입하도록 구성된다. In a possible implementation of the first aspect, the controller is configured to inject the first or second quantity using at least one pilot oil and/or a liquid fuel injection valve in the cylinder cover at or at an angle close to TDC. .

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 수량의 액체 연료를 분사하기 위한 각도는 상기 엔진의 작동 조건의 함수로서 상기 제어기에 의해 결정된다. In a possible implementation of the first aspect, an angle for injecting the first or second quantity of liquid fuel is determined by the controller as a function of operating conditions of the engine.

상기 엔진은 단류 소기식 엔진 즉, 상기 소기(scavenge air)는 배열된 소기 포트들과 상기 실린더 라이너의 하단을 통해 진입하고 상기 엔진 상단의 배기 밸브를 통해 상기 실린더를 이탈하며, 상기 실린더 라이너에서의 가스의 흐름 방향은 일반적으로 상기 실린더 라이너의 바닥에서 실린더 라이너의 상단까지 항상 동일한 방향이다. The engine is a single-flow scavenging engine, that is, the scavenge air enters through arranged scavenging ports and the lower end of the cylinder liner and leaves the cylinder through an exhaust valve at the top of the engine, and in the cylinder liner The flow direction of the gas is generally always the same from the bottom of the cylinder liner to the top of the cylinder liner.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 기체 연료는 메탄올, LPG, LNG, 에탄 및 암모니아 중 하나이다. In a possible implementation of the first aspect, the gaseous fuel is one of methanol, LPG, LNG, ethane and ammonia.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 기계적 설계 제약은 소정의 기계적 설계 제약이다. In a possible implementation of the first aspect, the mechanical design constraint is a predetermined mechanical design constraint.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 기계적 설계 제약은 하기 사항 중 하나 이상이다: In a possible implementation of the first aspect, the mechanical design constraint is one or more of the following:

- 액체 연료 공급 타이밍에 의해 정의되는 연소 개시, - combustion initiation defined by the liquid fuel supply timing;

- 연소 중 실린더 압력의 소정의 최대 증가율, - a predetermined maximum rate of increase in cylinder pressure during combustion,

- 소정의 최대 실린더 압력, - a given maximum cylinder pressure,

- 소정의 공칭 프로펠러 곡선에 대한 엔진 작동점, 및 - engine operating point for a given nominal propeller curve, and

- 소정의 조속기 소기 리미터 곡선에 대한 엔진 작동점. - Engine operating point for a given governor scavenging limiter curve.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제 1 수량은 소정의 고정된 수량이고, 상기 제 2 수량은 고정된 소정의 수량 또는 기계적 설계 제약이 초과한 정도의 함수, 바람직하게는 비례 함수인 수량이다. In a possible implementation of the first aspect, the first quantity is a predetermined fixed quantity and the second quantity is a fixed predetermined quantity or a quantity that is a function of the extent to which mechanical design constraints are exceeded, preferably a proportional function. am.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 초과된 설계 제약들 중 임의의 조건에 의해 표시된 제 2 수량들 중 가장 높은 수량을 구현하도록 구성된다. In a possible implementation of the first aspect, the controller is configured to implement the highest of the second quantities indicated by any of the design constraints being exceeded.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 관련 실린더에 공급되는 연료량에 대한 인덱스 신호(index signal)를 제공하는 조속기(governor)를 포함하고, 상기 조속기는 설정되거나 또는 원하는 엔진 속도와 측정된 엔진 속도 간의 차이를 나타내는 신호를 수신하는 것이 바람직하다. In a possible implementation of the first aspect, the controller includes a governor that provides an index signal for the amount of fuel supplied to the associated cylinder, the governor being set or at a desired engine speed and the measured value. It is desirable to receive a signal representing the difference between engine speeds.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 관련 실린더에 공급되는 액체 연료의 수량의 함수로서 관련 실린더에 공급되는 가스의 수량을 조정하도록 구성된다. In a possible implementation of the first aspect, the controller is configured to adjust the quantity of gas supplied to the associated cylinder as a function of the quantity of liquid fuel supplied to the associated cylinder.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 엔진은 각 연소실의 배기 밸브 타이밍을 개별적으로 제어할 수 있는 가변 타이밍 배기 밸브 작동 시스템(variable timing exhaust valve actuation system)을 포함한다. In a possible implementation of the first aspect, the engine includes a variable timing exhaust valve actuation system capable of individually controlling the exhaust valve timing of each combustion chamber.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 각 연소실에 대한 배기 밸브의 개폐 타이밍을 개별적으로 결정하고 제어하도록 구성된다. In a possible implementation of the first aspect, the at least one controller is configured to individually determine and control timing of opening and closing of exhaust valves for each combustion chamber.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 액체 연료가 공급되는 각도를 제공받거나 스스로 결정하며, 상기 제어기는 이들 신호를 바탕으로 하여 연소 개시(combustion start)가 액체 연료의 공급 타이밍에 의해 정의되는 점화 개시(ignition start)보다 선행하는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 연소 개시가 액체 연료의 공급 타이밍에 의해 정의되는 점화 개시보다 선행하는 정도를 결정하도록 구성되거나, In a possible implementation of the first aspect, the controller receives a signal representing the cylinder pressure, is provided with or determines the angle at which the liquid fuel is supplied, and the controller initiates combustion based on these signals. start) precedes an ignition start defined by the supply timing of the liquid fuel, preferably the extent to which the combustion start precedes the ignition start defined by the liquid fuel supply timing. or configured to determine

및/또는 and/or

상기 제어기는 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기는 이 신호를 바탕으로 하여 연소 중 소정의 최대 실린더 압력 증가율이 초과되었는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 소정의 최대 실린더 압력 증가율을 초과된 정도를 결정하도록 구성되거나, The controller is configured to receive a signal representing the cylinder pressure, and based on the signal, to determine whether a predetermined maximum cylinder pressure increase rate during combustion has been exceeded, preferably the predetermined maximum cylinder pressure increase rate configured to determine the extent to which

및/또는 and/or

상기 제어기는 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기는 이 신호를 바탕으로 하여 상기 소정의 최대 실린더 압력 수준이 초과되었는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 소정의 최대 실린더 압력 증가율이 초과된 정도를 결정하도록 구성되거나, The controller is configured to receive a signal indicative of the cylinder pressure, and the controller is configured to determine, based on the signal, whether the predetermined maximum cylinder pressure level has been exceeded, preferably wherein the predetermined maximum cylinder pressure increase rate is configured to determine the degree of excess;

및/또는 and/or

상기 제어기는 상기 엔진의 속도를 나타내는 신호와 상기 연료 지수를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기는 이들 신호를 바탕으로 하여 공칭 프로펠러 곡선(nominal propeller curve)에서 엔진 작동점의 이탈 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 공칭 프로펠러 곡선에서 상기 엔진 작동점의 이탈 정도를 결정하도록 구성되거나, The controller receives a signal representing the speed of the engine and a signal representing the fuel index, and the controller is configured to determine whether or not an engine operating point deviate from a nominal propeller curve based on these signals, , preferably configured to determine the degree of deviation of the engine operating point from the nominal propeller curve,

및/또는 and/or

상기 제어기는 상기 소기 압력(scavenging pressure)을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기는 이 신호를 바탕으로 하여 상기 엔진 작동점이 상기 소정의 조속기 소기 리미터 곡선(governor scavenge air limiter curve)에서의 이탈 여부를 판단하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 엔진 동작점이 소정의 조속기 소기 리미터 곡선에서의 이탈 정도를 결정하도록 구성된다. The controller receives a signal representing the scavenging pressure, and the controller determines whether the engine operating point deviates from the predetermined governor scavenge air limiter curve based on the signal. and preferably to determine a degree of deviation of the engine operating point from a predetermined governor scavenging limiter curve.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제어기는 하나 이상의 액체 연료 밸브를 활성화함으로써, 바람직하게는 TDC 또는 그 근처에서, 점화 타이밍을 제어하도록 구성된다.In a possible implementation of the first aspect, the controller is configured to control ignition timing by activating one or more liquid fuel valves, preferably at or near TDC.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 제 2 수량은 소정의 양 또는 비율에 의해 증가되는 제 1 수량 또는 소정의 양 또는 비율에 의해 증가되는 이전에 적용된 제 2 수량과 동일하다. In a possible implementation of the first aspect, the second quantity is equal to the first quantity increased by a predetermined amount or percentage or a previously applied second quantity increased by a predetermined amount or percentage.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 액체 연료는 연료유이다. In a possible implementation of the first aspect, the liquid fuel is a fuel oil.

상기 제 1 양태의 가능한 구현에 있어서, 상기 엔진은 압력 센서(바람직하게는 실린더 커버에 배열된 압력 센서)를 포함하고, 상기 압력 센서는 연소실의 압력을 나타내는 신호를 생성한다. In a possible implementation of the first aspect, the engine comprises a pressure sensor (preferably a pressure sensor arranged in a cylinder cover), the pressure sensor generating a signal indicative of the pressure in the combustion chamber.

제 2 양태에 따르면, 공기-연료 혼합물이 점화 전에 복수의 연소실에 존재하고 엔진이 많은 기계적 설계 제약을 갖고 있는, 복수의 연소실을 가진 대형 2행정 터보차징 단류 소기식 내연기관을 기체 작동 모드에서 작동하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 방법은: According to a second aspect, a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine with multiple combustion chambers operating in a gaseous mode of operation, wherein the air-fuel mixture is present in the plurality of combustion chambers prior to ignition and the engine has a number of mechanical design constraints. A method is provided, wherein the method:

피스톤의 BDC 에서 TDC 까지의 행정 동안 각 연소실에 대해 개별적으로 하나 이상의 기체 연료 유입 밸브를 통해 상기 연소실들에 허용되는 기체 연료의 타이밍과 수량을 제어하는 단계, controlling the timing and quantity of gaseous fuel admitted to the combustion chambers through one or more gaseous fuel inlet valves individually for each combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC;

상기 연소 과정이 상기 기계적 설계 제약 중 하나 이상의 초과를 야기하는 경우를 감지하기 위하여 각 실린더에 대한 연소 과정을 모니터링하는 단계, monitoring the combustion process for each cylinder to detect if the combustion process causes the exceeding of one or more of the mechanical design constraints;

상기 연소 과정이 상기 소정의 기계적 설계 제약 중 어느 하나의 초과도 야기하지 않는 경우, 액체 연료의 제 1 수량을 시한 공급(timed supply)을 제공하는 단계, 및providing a timed supply of a first quantity of liquid fuel if the combustion process does not result in the exceeding of any one of the predetermined mechanical design constraints; and

상기 연소 과정이 상기 소정의 기계적 설계 제약의 하나 이상의 초과를 야기하는 경우, 액체 연료의 제 2 수량의 시한 공급(timed supply)을 제공하는 단계 (여기서 상기 제 2 수량은 상기 제 1 수량보다 크다)를 포함한다. providing a timed supply of a second quantity of liquid fuel, wherein the second quantity is greater than the first quantity, if the combustion process results in exceeding one or more of the predetermined mechanical design constraints; includes

이들 및 다른 양태들은 하기에 기재된 실시예로부터 명백할 것이다. These and other aspects will be apparent from the examples described below.

본 발명에 따른 대형 2행정 단류 소기식 기체 연료 엔진 및 액체 연료 공급 제어 방법에 의하면, 바람직하지 않은 연소 현상의 발생 위험을 극복하거나 적어도 감소시킬 수 있는 효과가 있다.According to the large two-stroke single-flow scavenging gas fuel engine and liquid fuel supply control method according to the present invention, there is an effect of overcoming or at least reducing the risk of occurrence of undesirable combustion phenomena.

본 발명의 하기 상세한 설명에서, 양태, 실시예 및 구현은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 일 실시예에 따른 대형 2행정 디젤 엔진의 정면도이고,
도 2는 도 1의 대형 2행정 엔진의 측면도이고,
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 엔진의 개략도이고,
도 4는 실린더 커버 및 배기 밸브가 구비된 도 1의 엔진의 실린더 프레임 및 실린더 라이너 및 TDC 및 BDC 모두에 표시된 피스톤의 단면도이고. 및
도 5는 도 1의 엔진의 제어 시스템의 개략도이다.
In the following detailed description of the invention, aspects, embodiments and implementations will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings, wherein:
1 is a front view of a large two-stroke diesel engine according to one embodiment;
2 is a side view of the large two-stroke engine of FIG. 1;
3 is a schematic diagram of a large two-stroke engine according to FIG. 1;
Fig. 4 is a cross-sectional view of the cylinder frame and cylinder liner of the engine of Fig. 1 with cylinder cover and exhaust valve, and pistons marked on both TDC and BDC; and
5 is a schematic diagram of a control system of the engine of FIG. 1;

하기 상세한 설명에서, 내연기관은 예시적인 실시예에서 대형 2행정 저속 터보차징 내연 크로스헤드 엔진을 참조하여 설명될 것이다. 도 1, 2, 3은 크랭크축(8)과 크로스헤드(9)를 구비한 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진의 실시예를 보여준다. 도 1 및 2는 각각 정면도 및 측면도이다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템이 구비된, 도 1 및 도 2의 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진의 모식도이다. 본 예시적 실시예에서, 상기 엔진은 일렬로 4개의 실린더를 갖는다. 대형 저속 터보차징 2행정 내연기관은 일반적으로 프레임(11)에 의해 운반되는 4개 내지 14개의 실린더가 일렬로 배열되어 있다. 상기 엔진은 예를 들면 선박의 주기관으로 사용되거나 발전소에서 발전기를 작동시키기 위한 고정식 기관으로 사용된다. 상기 엔진의 총 출력은 예를 들어 1,000내지 110,000 kW 범위일 수 있다.In the following detailed description, an internal combustion engine will be described with reference to a large two-stroke low-speed turbocharged internal combustion crosshead engine in an exemplary embodiment. 1, 2 and 3 show an embodiment of a large slow speed turbocharged two-stroke diesel engine with a crankshaft (8) and a crosshead (9). 1 and 2 are a front view and a side view, respectively. Fig. 3 is a schematic diagram of the large slow speed turbocharged two-stroke diesel engine of Figs. 1 and 2 equipped with an intake and exhaust system; In this exemplary embodiment, the engine has four cylinders in series. Large slow speed turbocharged two-stroke internal combustion engines generally have four to fourteen cylinders arranged in a row carried by a frame (11). The engine is used, for example, as a main engine of a ship or as a stationary engine for operating a generator in a power plant. The total power of the engine may range from 1,000 to 110,000 kW, for example.

본 예시적 실시예의 엔진은 실린더 라이너(1)의 하부 영역에 소기 포트(18)를 갖고 실린더 라이너(1)의 상단에 중앙 배기 밸브(4)를 갖는 2행정 단류 소기식 엔진이다. 상기 피스톤(10)이 상기 소기 포트(18)의 하부에 위치할 경우, 상기 소기 공기는 상기 소기 수용기(2)로부터 상기 개별 실린더 라이너(1)의 소기 포트들(18)을 통하여 통과된다. The engine of this exemplary embodiment is a two-stroke single-flow scavenging type engine having 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 . When the piston 10 is positioned below the scavenging port 18, the scavenging air is passed from the scavenging air receiver 2 through the scavenging ports 18 of the individual cylinder liner 1.

기체 연료(예: 메탄올, LPG, LNG, 에탄 또는 암모니아)는 피스톤이 위쪽으로 움직일 때(BDC에서 TDC로) 상기 피스톤이 연료 밸브(30)(가스 유입 밸브)를 통과하기 전에 전자 제어기(60)의 제어 하에 가스 연료 밸브(30)로부터 유입된다. 상기 기체는 30 bar 미만, 바람직하게는 25 bar 미만, 보다 바람직하게는 20 bar 미만인 비교적 낮은 압력에서 유입된다. 상기 연료 밸브(30)는 바람직하게는 실린더 라이너의 둘레 주위에 고르게 분포되고 실린더 라이너(1)의 길이의 중앙 영역 어딘가에 배치된다. 따라서, 기체 연료의 유입은 압축 압력이 상대적으로 낮을 때(즉, 상기 피스톤이 TDC에 도달할 때 압축 압력보다 훨씬 낮다) 발생한다.Gaseous fuel (e.g. methanol, LPG, LNG, ethane or ammonia) passes through the fuel valve 30 (gas inlet valve) when the piston moves upward (BDC to TDC) before the electronic controller 60 Under the control of the gas flows from the fuel valve (30). The gas is introduced at a relatively low pressure, less than 30 bar, preferably less than 25 bar, more preferably less than 20 bar. The fuel valves 30 are preferably evenly distributed around the circumference of the cylinder liner and located 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 (ie much less than the compression pressure when the piston reaches TDC).

상기 실린더 라이너(1)의 피스톤(10)은 기체 연료의 충전물(charge)과 소기(scavenge air)를 압축하고, 압축이 일어나고, 점화는 TDC 또는 그 부근에서 바람직하게는 실린더 커버(22)에 배열된 액체 연료 밸브들(50)로부터 액체 연료를 분사함으로써 촉발된다. 연소가 뒤따르고 배기 가스가 생성된다. The piston 10 of the cylinder liner 1 compresses the gaseous fuel charge and scavenge air, compression takes place, and ignition is preferably arranged at or near TDC, in the cylinder cover 22. is triggered by injecting liquid fuel from the liquid fuel valves 50. Combustion follows and exhaust gases are produced.

배기 밸브(4)가 열리면 상기 배기 가스는 상기 실린더(1)와 연결된 배기 덕트를 통해 배기 가스 수용부(3)로 흐르고, 제 1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 계속 흐르며, 상기 배기 가스는 이코노마이저(20)를 거쳐 배출구(21)로 그리고 대기 중으로 제 2 배기 도관을 통해 흐르게 된다. 상기 축(shaft)을 통해 상기 터빈(6)은 공기 유입구(12)를 통해 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 상기 압축기(7)는 압축된 소기를 소기 수용부(2)로 이어지는 소기 공기 도관(13)으로 전달한다. 상기 도관(13) 내의 소기는 소기를 냉각시키기 위한 인터쿨러(14)를 통과한다. When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows to the exhaust gas receiver 3 through the exhaust duct connected to the cylinder 1, and the turbine 6 of the turbocharger 5 through the first exhaust conduit 19. ), the exhaust gas flows through the second exhaust conduit through the economizer 20 to the outlet 21 and into the atmosphere. Via the shaft the turbine (6) drives a compressor (7) to which fresh air is supplied through an air inlet (12). The compressor 7 delivers the compressed scavenging air to the scavenging air conduit 13 leading to the scavenging air receiver 2 . The scavenging air in the conduit 13 passes through the intercooler 14 for cooling the scavenging air.

상기 냉각된 소기는, 상기 터보차저(5)의 압축기(7)가 상기 소기 수용기(2)에 충분한 압력을 전달하지 않을 때 (즉, 상기 엔진의 저부하 또는 부분 부하 조건에 있을 때), 소기 흐름을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 통과한다. 보다 높은 엔진 부하에서 터보차저 압축기(7)는 충분히 압축된 소기를 전달하고 상기 보조 송풍기(16)는 체크 밸브(15)를 통해 우회된다. The cooled scavenging air is produced when the compressor 7 of the turbocharger 5 does not deliver sufficient pressure to the scavenging air receiver 2 (i.e. when the engine is in a low load or part load condition). It passes through an auxiliary blower 16 driven by an electric motor 17 which pressurizes the flow. At higher engine loads, the turbocharger compressor (7) delivers fully compressed scavenging air and the auxiliary blower (16) is bypassed via a check valve (15).

한 개의 제어기(60)(여러 개의 상호 연결된 전자 유닛으로 구성될 수 있는 전자 제어 유닛(60))는 일반적으로 상기 엔진의 작동을 제어하고, 예를 들어 기체 연료 주입(수량 및 타이밍), 액체 연료 분사(수량 및 타이밍) 및 및 배기 밸브(4)의 개폐(리프르(lift)의 타이밍 및 정도)에 대한 제어를 초과한다. 바람직하게는, 상기 엔진은 각 연소실에 대한 배기 밸브 타이밍의 개별 제어를 허용하는 가변 타이밍 배기 밸브 작동 시스템(variable timing exhaust valve actuation system)을 포함한다. 상기 제어기(60)는 신호 라인 또는 무선 연결을 통해 상기 연료 밸브(30)에 연결되고, 상기 액체 연료 밸브들(50), 배기 밸브 작동기, 크랭크축의 각도를 감지하고 크랭크축의 위치를 나타내는 신호를 생성하는 각도 위치 센서(75), 및 압력 센서(70)에 연결되며, 바람직하게는 실린더 커버(22)에 또는 대안적으로 연소실의 압력을 나타내는 신호를 생성하는 실린더 라이너(1)에 연결된다. One controller 60 (electronic control unit 60, which may consist of several interconnected electronic units) generally controls the operation of the engine, e.g. gaseous fuel injection (quantity and timing), liquid fuel Control over injection (quantity and timing) and opening and closing of the exhaust valve 4 (timing and extent of lift) is exceeded. Preferably, the engine includes a variable timing exhaust valve actuation system allowing individual control of exhaust valve timing for each combustion chamber. The controller 60 is connected to the fuel valve 30 via a signal line or wireless connection, detects the angle of the liquid fuel valves 50, the exhaust valve actuator and the crankshaft and generates a signal representing the position of the crankshaft. It is connected to an angular position sensor 75, and a pressure sensor 70, preferably connected to the cylinder cover 22 or alternatively to the cylinder liner 1 that generates a signal indicative of the pressure in the combustion chamber.

도 4는 대형 2행정 크로스헤드 엔진용으로 일반적으로 지정된 실린더 라이너 (1)을 도시한다. 상기 엔진의 크기에 따라, 상기 실린더 라이너(1)는 일반적으로 250 mm내지 1000 mm 범위의 실린더 보어(cylinder bores)를 갖는 상이한 크기로, 1000 mm에서 4500 mm 범위에 해당하는 통상적 길이로 제조될 수 있다. Figure 4 shows a cylinder liner 1 generally designated for large two-stroke crosshead engines. Depending on the size of the engine, the cylinder liner 1 can be made in different sizes with cylinder bores generally ranging from 250 mm to 1000 mm, with typical lengths ranging from 1000 mm to 4500 mm. there is.

도 4에서, 상기 실린더 라이너(1)는 실린더 프레임(23)에 장착된 것으로 도시되어 있으며, 실린더 커버(22)는 그 사이에 기밀 인터페이스를 갖는 실린더 라이너(1)의 상부에 배치된다. 도 4에서, 비록 하사점(bottom dead center; BDC)과 상사점(top dead center; TDC) 두 위치가 동시에 발생하지 않고 크랭크축(8)의 180도 회전에 의해 분리된다는 것이 분명하지만, 상기 피스톤(10)은 이들 두 위치 모두에서 점선으로 개략적으로 도시된다. 상기 실린더 라이너(1)에는 원주 방향으로 분포된 복수의 실린더 윤활 구멍들(25)이 제공되며, 이들은 상기 피스톤(10)이 실린더 윤활 구멍들(25)을 통과할 때 실린더 윤활유 공급을 제공하는 실린더 윤활 라인에 연결되어 있으며, 다음 피스톤 링들(미도시)은 상기 실린더 라이너(1)의 작동 표면(running surface)에 실린더 윤활유를 분배한다. 상기 프리믹스 엔진의 통상적인 기하학적 압축비는 8 내지15이다. In Fig. 4, the cylinder liner 1 is shown mounted on a cylinder frame 23, and a cylinder cover 22 is disposed on top of the cylinder liner 1 with an airtight interface therebetween. 4, although it is clear that the two positions bottom dead center (BDC) and top dead center (TDC) do not occur simultaneously but are separated by a 180 degree rotation of the crankshaft 8, the piston (10) is shown schematically with dotted lines at both of these locations. The cylinder liner 1 is provided with a plurality of cylinder lubrication holes 25 distributed in the circumferential direction, which supply cylinder lubricating oil when the piston 10 passes through the cylinder lubrication holes 25. Connected to the lubrication line, the following piston rings (not shown) distribute cylinder lubricating oil to the running surface of the cylinder liner 1 . A typical geometric compression ratio of the premix engine is 8 to 15.

상기 파일럿 오일 밸브(50)(통상적으로 실린더당 하나 이상)는 실린더 커버(22)에 장착되고 액체 연료 소스(미도시)에 연결된다. 상기 액체 연료 분사의 타이밍 및 수량은 상기 제어기(60)에 의해 제어된다. 상기 실린더(22) 커버에는 프리챔버(미도시)와 팁이 구비될 수 있으며, 통상적으로 상기 파일럿 오일 밸브(50)의 하나 이상의 노즐 구멍이 있는 노즐이 제공된 팁은 파일럿 유체가 사전 챔버(pre-chambers)에 주입되고 분무되도록 배열된다. 상기 사전 챔버는 안정적인 점화를 하도록 보조적 역할을 한다. 일 실시예에서 상기 프리-챔버는 이중 프리-챔버, 즉 직렬로 연결된 2개의 프리챔버이다. The pilot oil valves 50 (typically one or more per cylinder) are mounted on the cylinder cover 22 and are connected to a liquid fuel source (not shown). The timing and quantity of the liquid fuel injection is controlled by the controller 60 . A prechamber (not shown) and a tip may be provided on the cover of the cylinder 22, and typically, a tip provided with a nozzle having one or more nozzle holes of the pilot oil valve 50 allows the pilot fluid to flow into the prechamber (pre-chamber). chambers) and are arranged to be sprayed. The pre-chamber plays an auxiliary role to achieve stable ignition. In one embodiment the pre-chamber is a double pre-chamber, ie two pre-chambers connected in series.

상기 연료 밸브들(30)은 상기 실린더 라이너(1)(또는 실린더 커버(22))에 설치되는데, 상기 노즐은 상기 실린더 라이너(1)의 내부 표면과 실질적으로 같은 높이에 위치하고 상기 연료 밸브(30)의 후방 단부는 상기 실린더 라이너(1)의 외벽으로부터 돌출되어 있다. 통상적으로, 각 실린더 라이너(1)에는 1 개 또는 2 개, 그러나 가능하게는 3 개 또는 4 개의 연료 밸브(30)가 제공되며, 상기 실린더 라이너(1) 주위에 원주 방향으로 분포(바람직하게는 원주 방향으로 균일하게 분포)된다. 상기 연료 밸브들(30)은 일 실시예에서 상기 실린더 라이너(1)의 길이를 따라 실질적으로 중앙에 배치된다. 상기 연료 밸브들은 기체 연료(40)(예: 메탄올, LPG, LNG, 에탄 또는 암모니아)의 가압 소스(pressurized source)에 연결된다 (즉, 상기 연료가 상기 연료 밸브들(30)로 전달될 때 상기 연료는 기체 상태임). 상기 기체 연료는 BDC 에서 TDC 로 상기 피스톤(10)의 행정 동안 유입되기 때문에, 상기 기체 연료 공급원의 압력은 상기 실린더 라이너(1)에 존재하는 압력보다 높아야 하며, 또한 20 bar 미만의 압력은 통상적으로 상기 연료 밸브(30)로 전달되는 기체 연료에 충분하다. 상기 연료 밸브들(30)은 상기 제어기(60)에 연결되어 상기 연료 밸브의 개폐 타이밍 및 연료 밸브(30)의 개방 시간을 결정한다. 도 4는 기체 연료 공급 도관(41)을 통해 상기 기체 연료 밸브들(30) 각각의 입구(inlet)에 연결된 가압 기체 연료(40) 공급원을 포함하는 상기 기체 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시한다.The fuel valves 30 are installed on the cylinder liner 1 (or cylinder cover 22), and the nozzle is located at substantially the same height as the inner surface of the cylinder liner 1 and the fuel valve 30 ) protrudes from the outer wall of the cylinder liner 1. Typically, each cylinder liner 1 is provided with one or two, but possibly three or four fuel valves 30, distributed circumferentially around the cylinder liner 1 (preferably uniformly distributed in the circumferential direction). The fuel valves 30 are disposed substantially centrally along the length of the cylinder liner 1 in one embodiment. The fuel valves are connected to a pressurized source of gaseous fuel 40 (eg methanol, LPG, LNG, ethane or ammonia) (i.e. when the fuel is delivered to the fuel valves 30 the fuel is gaseous). Since the gaseous fuel is introduced during the stroke of the piston 10 from BDC to TDC, the pressure of the gaseous fuel source must be higher than the pressure present in the cylinder liner 1, and a pressure of less than 20 bar is typically It is sufficient for gaseous fuel delivered to the fuel valve 30. The fuel valves 30 are connected to the controller 60 to determine the opening/closing timing of the fuel valve and the opening time of the fuel valve 30 . 4 schematically shows the gaseous fuel supply system comprising a source of pressurized gaseous fuel 40 connected to the inlet of each of the gaseous fuel valves 30 via a gaseous fuels supply conduit 41 .

상기 엔진은 하기와 같은 많은 기계적 설계 제약을 가지고 있다: The engine has many mechanical design constraints, such as:

액체 연료 공급 타이밍에 의해 정의되는 의도한 연소 개시(combustion start), 및 실제 연소가 상기 의도한 연소 개시보다 선행하지 않을 수 있으며, 어쨌든 이러한 일이 발생할 경우, 해당 현상을 사전 점화(pre-ignition)라고 칭함,The intended combustion start defined by the liquid fuel supply timing, and the actual combustion may not precede the intended combustion start, and if this happens anyway, the phenomenon is referred to as pre-ignition called,

연소 시 실린더 압력의 소정의 최대 증가율, 이 속도가 초과되면 이의 결과적 현상을 가혹한 연소라고도 칭함,A predetermined maximum rate of increase in cylinder pressure during combustion, if this rate is exceeded, the resulting phenomenon is also referred to as severe combustion;

소정의 최대 실린더 압력, 이 압력이 초과되면 엔진 구성 요소들에 대한 부담(strain)이 설계 기준을 초과하여 마모 또는 손상이 증가할 수 있음,A predetermined maximum cylinder pressure, if this pressure is exceeded, strain on engine components may exceed design criteria, resulting in increased wear or damage;

소정의 공칭 프로펠러 곡선(nominal propeller curve)에 대한 엔진 작동점, 예를 들어 가속시 발생할 수 있는 상황인, 상기 엔진 작동점이 소정의 공칭 프로펠러 곡선으로부터 너무 멀어지면(예: 상기 엔진이 설치된 선박의 가속 중 상기 엔진의 회전 속도 증가),Engine operating point relative to a given nominal propeller curve, e.g. if the engine operating point is too far away from the given nominal propeller curve, a situation that may occur during acceleration (e.g. acceleration of the vessel on which the engine is installed). an increase in the rotational speed of the engine),

또는 상기 엔진이 장착된 선박이 거친 조건(rough conditions) 또는 강한 역풍(strong head wind)을 겪고 있는 경우, 이 현상을 과중한 운용(heavy running)이라고도 칭함, or when the vessel equipped with the engine is experiencing rough conditions or strong head wind, this phenomenon is also referred to as heavy running;

- 소정의 조속기 소기 리미터 곡선(governor scavenge air limiter curve)에 대한 엔진 작동점, 이는 예를 들어 열대성 조건(tropical conditions)에서 발생할 수 있으며, 결과적으로 공연비(air/fuel ratio)가 요구되는 것보다 낮아져 사전 점화의 위험이 증가할 수 있음. - engine operating point for a given governor scavenge air limiter curve, which may occur for example in tropical conditions, resulting in a lower than required air/fuel ratio; May increase risk of pre-ignition.

상기 공칭 프로펠러 곡선은 상대 프로펠러 파워 = (상대 엔진 속도)^3 관계(relation)에 의해 구할 수 있다. The nominal propeller curve can be obtained by the relation Relative Propeller Power = (Relative Engine Speed)^3.

상기 소기 리미터 곡선(governor scavenge air limiter curve)은 주어진 소기 압력으로 허용되는 최대 허용 연료 지수(기체 연료의 경우)를 정의하는 곡선이다. The governor scavenge air limiter curve is a curve defining the maximum allowable fuel index (for gaseous fuels) allowed at a given scavenge pressure.

실시예에서, 과중한 운용(heavy running)은 하기 기능에 의해 결정된다:In an embodiment, heavy running is determined by the following function:

과중한 운용 = (조속기 지수 - 속도 ^2)* 속도 Heavy Operations = (Governor Index - Speed ^2)* Speed

상기 조속기 지수는 속도 제어기의 상대 토크 요청(relative torque request)으로서, 액체 연료와 가스량으로 변환된다. 방정식에 사용된 상기 속도는 상대 엔진 속도 (즉, 실제 엔진 속도를 최대 엔진 속도로 나눈 값(최대 엔진 속도는 공칭 프로펠러 곡선에 대한 최대 연속 정격(max continuous rating)에서의 엔진 속도와 같음)이다. The governor index is the relative torque request of the speed controller, which is converted into liquid fuel and gas quantities. The speed used in the equation is the relative engine speed (i.e., the actual engine speed divided by the maximum engine speed, where the maximum engine speed equals the engine speed at max continuous rating for the nominal propeller curve).

일 실시예에서, 상기 제어기(60)는 과중한 운용(heavy running) 횟수의 함수, 바람직하게는 비례 함수로서, 결정하도록 구성된다. In one embodiment, the controller 60 is configured to determine, as a function of the number of heavy runs, preferably as a proportional function.

상기 기계적 설계 제약은 소정의 기계적 설계 제약이다. 상기 기계적 설계 제약은 상기 엔진의 설계 및 개발 중에 결정되며, 계산, 컴퓨터 시뮬레이션 및/또는 시험(시험 베드(testbed)에서 엔진의 시험 가동)으로부터 파생될 수 있다. The mechanical design constraint is a predetermined mechanical design constraint. The mechanical design constraints are determined during design and development of the engine and may be derived from calculations, computer simulations and/or testing (testing of the engine on a testbed).

도 5는 도 1의 엔진용 제어 시스템의 개략도를 도시하며, 또한 상기 제어기(60)가 개별 실린더(1)로의 연료 공급을 제어하는 방법을 예시한다. FIG. 5 shows a schematic diagram of the control system for the engine of FIG. 1 and also illustrates how the controller 60 controls the fuel supply to individual cylinders 1 .

상기 제어기(60)는 관련 실린더에 공급되는 연료 수량에 대한 연료 지수를 제공하는 조속기를 포함한다. 상기 조속기는 설정되거나 또는 원하는 엔진 속도 간의 차이를 나타내는 신호(외부 신호로부터 수신되며 엔진 운용자에 의해 제어됨)와 상기 각도 센서(75)의 신호로부터 유도된 측정된 엔진 속도를 수신한다. The controller 60 includes a governor that provides a fuel index for the quantity of fuel supplied to the associated cylinder. The governor receives a signal representing the difference between the set or desired engine speed (received from an external signal and controlled by the engine operator) and the measured engine speed derived from the signal of the angle sensor 75.

상기 제어기(60)는 연소 과정을 모니터링하고 상기 연소 과정이 기계적 설계 제약 중 하나 이상을 초과하게 하는 시점을 감지하도록 각 실린더에 대해 개별적으로 구성된다. The controller 60 is individually configured for each cylinder to monitor the combustion process and sense when the combustion process causes one or more of the mechanical design constraints to be exceeded.

상기 제어기(60)는 상기 연소 과정이 어떠한 소정의 기계적 설계 제약도 초과하지 않을 때 액체 연료의 제 1 수량을 시한 공급(timed supply)하도록 구성되고, 상기 연소 과정이 하나 이상의 소정의 기계적 설계 제약을 초과하게 할 경우 액체 연료의 제 2 수량을 시한 공급(timed supply)하도록 구성된다. 제 2 수량은 제 1 수량보다 크다. The controller 60 is configured to timed supply a first quantity of liquid fuel when the combustion process does not exceed any predetermined mechanical design constraints, wherein the combustion process exceeds one or more predetermined mechanical design constraints. and configured to provide a timed supply of the second quantity of liquid fuel when exceeded. The second quantity is greater than the first quantity.

액체 연료의 제 1 수량 및 제 2 수량을 시한 공급(timed supply)하는 것은, 상기 엔진에 있어서, (기계적) 압축비가 연소가 상기 압축 자체에 의해 촉발되지 않도록 하기 위하여 요구되는 시한 점화 시스템(timed ignition system)의 일부이다(즉, 엔진은 디젤 프로세스가 아닌 Otto 프로세스에 따라 작동한다). 상기 시한 점화 시스템은 액체 연료(예: 연료 오일(파일럿 오일))의 분사를 사용하며, 때때로 점화 플러그의 스파크 사용과 병용된다(미도시). 상기 타이밍은 상기 제어기(60)에 의해 결정되고, 바람직하기로는 TDC 또는 그 부근이며, 바람직하기로는 상기 작동 조건에 따라 상기 제어기에 의해 조정된다. Timed supply of the first quantity and the second quantity of liquid fuel is such that, in the engine, the (mechanical) compression ratio is the timed ignition system required so that combustion is not triggered by the compression itself. system) (i.e. the engine runs according to the Otto process, not the diesel process). The timed ignition system uses injection of liquid fuel (e.g. fuel oil (pilot oil)), sometimes combined with the use of a spark from a spark plug (not shown). The timing is determined by the controller 60, preferably at or near TDC, and preferably adjusted by the controller according to the operating conditions.

상기 제 1 수량은 소정의 고정 수량일 수 있지만, 일 실시예에서, 상기 제 1 수량은 또한 상기 작동 조건의 함수로서 상기 제어기(60)에 의해 조정될 수 있다. The first quantity may be any fixed quantity, but in one embodiment, the first quantity may also be adjusted by the controller 60 as a function of the operating conditions.

상기 제 2 수량은 고정된 소정의 수량 또는 기계적 설계 제약이 초과된 정도의 함수인 양(예: 비례 함수)이다. The second quantity is a quantity that is a function of the degree to which a fixed predetermined quantity or mechanical design constraint is exceeded (eg, a proportional function).

상기 제어기(60)는 초과되고 액체 연료 지수를 발행하는(issue) 설계 제약 중 임의의 것으로 표시된 제 2 수량들 중 가장 높은 수량을 구현하도록 구성된다. 상기 제어(control)는 주어진 기간 동안 상기 제 2 수량을 유지하거나, 또는 대안적으로 초과된 기계적 제약이 없다고 상기 제어(control)가 결정할 때까지 상기 제 2 수량을 유지하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기가 기계적 설계 제약이 초과되었다고 판단은 하지만 초과된 범위를 결정하지 않는 경우, 상기 제어기는 상기 제 2 수량이 소정의 고정 수량인 점화 연료 지수를 발행하고, 이는 물론 항상 상기 제 1 수량보다 크거나 증가한다. 상기 제어기가 상기 설계 제약을 초과한 범위를 결정하는 경우에는, 상기 제어기는 상기 기계적 설계 제약이 초과된 범위의 함수로서 상기 제 2 수량에 대한 수량을 계산하며, 상기 제 2수량은 여전히 상기 제 1 수량보다 크거나 상기 제 1 수량의 증가이다.The controller 60 is configured to implement the highest of the second quantities indicated by any of the design constraints that are exceeded and issue a liquid fuel index. The control may be configured to maintain the second quantity for a given period of time, or alternatively, to maintain the second quantity until the control determines that no mechanical constraint has been exceeded. If the controller determines that a mechanical design constraint has been exceeded, but does not determine the extent to which it is exceeded, the controller issues an ignition fuel index in which the second quantity is a predetermined fixed quantity, which of course is always greater than the first quantity. or increase If the controller determines the extent to which the design constraint is exceeded, the controller calculates a quantity for the second quantity as a function of the extent to which the mechanical design constraint is exceeded, the second quantity still exceeding the first quantity. greater than or an increase in said first quantity.

상기 제어기(60)는, 일반 연료 지수를 입력받아 이로부터 액체 연료 지수를 감하는(subtract) 합산점(summation point)으로 나타낸 바와 같이, 관련 실린더에 공급되는 기체 연료 및 액체 연료가 조합된 연료 에너지가 상기 실린더에 공급되는 연료 에너지/토크 값과 일치하도록 보장하기 위해 상기 관련 실린더에 공급되는 액체 연료의 수량의 함수로서 상기 관련 실린더에 공급되는 가스의 수량을 조정하도록 구성된다. The controller 60 receives the general fuel index and subtracts the liquid fuel index from it, as indicated by the summation point, the combined fuel energy of gaseous fuel and liquid fuel supplied to the relevant cylinder. and adjust the quantity of gas supplied to the associated cylinder as a function of the quantity of liquid fuel supplied to the associated cylinder to ensure that Δt matches the fuel energy/torque value supplied to the cylinder.

상기 제어기(60)는 상기 압력 센서(70)로부터 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60) 자체는 상기 액체 연료가 공급되는 각도를 결정하고, 상기 제어기(60)는, 이들 신호를 바탕으로 하여, 상기 액체 연료의 공급 타이밍에 의해 정의된 점화 개시보다 연소 개시가 선행하는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 연소 개시가 상기 액체 연료의 공급 타이밍에 의해 정의된 점화 개시보다 선행하는 정도를 결정하도록 구성된다. The controller 60 receives a signal representing the cylinder pressure from the pressure sensor 70, the controller 60 itself determines the angle at which the liquid fuel is supplied, and the controller 60 controls these signals. Based on, determine whether the start of combustion precedes the start of ignition defined by the supply timing of the liquid fuel, preferably the start of combustion precedes the start of ignition defined by the supply timing of the liquid fuel. configured to determine the degree of precedence.

상기 제어기(60)는 상기 압력 센서(70)로부터 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60)는 이 신호를 바탕으로 하여 연소 중 소정의 최대 실린더 압력 증가율이 초과되었는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 소정의 최대 실린더 압력 증가율이 초과된 정도를 결정하도록 구성된다. The controller 60 receives a signal representing the cylinder pressure from the pressure sensor 70, and the controller 60 determines whether a predetermined maximum cylinder pressure increase rate during combustion has been exceeded based on the signal. and preferably configured to determine the extent to which the predetermined maximum cylinder pressure increase rate has been exceeded.

상기 제어기(60)는 상기 압력 센서(70)로부터 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 이 신호를 바탕으로 하여 상기 소정의 최대 실린더 압력 수준이 초과되었는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 소정의 최대 실린더 압력 수준이 초과된 정도를 결정하도록 구성된다. The controller 60 is configured to receive a signal indicative of the cylinder pressure from the pressure sensor 70 and, based on this signal, determine whether the predetermined maximum cylinder pressure level has been exceeded. It is configured to determine the extent to which a predetermined maximum cylinder pressure level has been exceeded.

상기 제어기(60)는 상기 각도 센서(75)로부터 상기 엔진 속도를 나타내는 신호를 수신하고 상기 연료 지수를 통지받으며, 상기 제어기(60)는 이들 신호를 바탕으로 하여 상기 엔진 작동점이 상기 공칭 프로펠러 곡선에서 이탈하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 상기 제어기(60)는 바람직하기로는 상기 엔진 작동점이 상기 공칭 프로펠러에서 이탈하는 정도를 결정하도록 구성된다. The controller 60 receives a signal representing the engine speed from the angle sensor 75 and is notified of the fuel index, and the controller 60 determines the engine operating point from the nominal propeller curve based on these signals. configured to determine whether to deviate or not. The controller 60 is preferably configured to determine the extent to which the engine operating point deviates from the nominal propeller.

상기 제어기(60)는, 예를 들어 상기 소기 압력(scavenge air pressure)을 나타내는 신호를 발생하는 소기 수용기(scavenge air receiver, 2)에 배열된 센서(미도시)로부터 상기 소기를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60)는 이 신호를 바탕으로 하여 상기 엔진 작동점이 소정의 조속기 소기 리미터 곡선으로부터 이탈하는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하기로는 상기 엔진 작동점이 상기 소정의 조속기 소기 리미터 곡선을 이탈하는 정도를 결정하도록 구성된다. The controller 60 receives a signal indicative of the scavenge air pressure, for example, from a sensor (not shown) arranged in a scavenge air receiver 2 that generates a signal indicative of the scavenge air pressure; , the controller 60 is configured to determine, based on this signal, whether the engine operating point deviates from a predetermined governor scavenging limiter curve, preferably the engine operating point deviates from the predetermined governor scavenging limiter curve. configured to determine the degree.

상기 제어기(60)는 하나 이상의 액체 연료 밸브(50)의 활성화에 의해 점화 타이밍을 제어하도록 구성된다. 의도되는 점화의 개시는 일반적으로 TDC 또는 그 부근에 있으며 작동 조건에 따라 상기 제어기(60)에 의해 조정된다. The controller 60 is configured to control ignition timing by activation of one or more liquid fuel valves 50 . The onset of intended ignition is generally at or near TDC and is regulated by the controller 60 depending on operating conditions.

일 실시예에서, 상기 제 2 수량은 상기 제 1 수량의 증가, 또는 이전에 적용된 제 2 수량의 증가이다. In one embodiment, the second quantity is an increase of the first quantity, or an increase of a previously applied second quantity.

일 실시예에서 상기 액체 연료는 연료유이다. In one embodiment the liquid fuel is fuel oil.

상기 기체 작동 모드는 상기 엔진의 여러 작동 모드 중 하나일 수 있다. 상기 기체 연료 작동 모드에서 상기 엔진은 BDC 에서 TDC 로 피스톤의 행정 동안 상대적으로 낮은 압력에서 주 연료(즉, 상기 엔진에 공급되는 에너지의 대부분을 제공)로 유입되는 기체 연료로 작동되는 반면, 이에 비해, 상기 액체 연료는 상기 엔진에 공급되는 에너지의 양에 상대적으로 적은 기여를 하는 상대적으로 적은 양의 연료를 구성하고, 상기 액제 연료의 목적은 시한 점화(timed ignition)에 있다. The airframe operating mode may be one of several operating modes of the engine. In the gaseous fuel mode of operation the engine operates on gaseous fuel entering the main fuel (i.e. providing most of the energy supplied to the engine) at a relatively low pressure during the stroke of the piston from BDC to TDC, whereas , the liquid fuel constitutes a relatively small amount of fuel that makes a relatively small contribution to the amount of energy supplied to the engine, and the purpose of the liquid fuel is timed ignition.

일 실시예에서, 상기 엔진은 이중(dual) 연료 엔진, 즉 상기 엔진은 오직 액체 연료에 대해서만 작동하는 모드를 갖는다. In one embodiment, the engine is a dual fuel engine, i.e. the engine has a mode of operation on liquid fuel only.

일 실시예에서, 상기 제어기(60)는 바람직하게는 각 엔진 사이클에 대해 바람직하게는 TDC 또는 그 근처에서 상기 제 1 또는 제 2 수량의 액체 연료를 분사하도록 구성된다. In one embodiment, the controller 60 is configured to inject the first or second quantity of liquid fuel, preferably at or near TDC, preferably for each engine cycle.

일 실시예에서, 상기 제어기(60)는 TDC 에 가까운 각도로 또는 TDC 에서 이중(dual) 연료 엔진의 파일럿 오일 시스템의 하나 이상의 파일럿 오일 밸브(50) 및/또는 액체 연료 시스템의 액체 연료 분사 밸브를 사용하여 상기 제 1 또는 제 2 수량의 액체 연료를 분사하도록 구성된다. In one embodiment, the controller 60 operates one or more pilot oil valves 50 of a pilot oil system of a dual fuel engine and/or liquid fuel injection valves of a liquid fuel system at or near TDC at or near TDC. and injecting the first or second quantity of liquid fuel using

일 실시예에서, 상기 제 1 또는 제 2 수량의 액체 연료를 분사하기 위한 각도는 상기 엔진의 작동 조건의 함수로서 상기 제어기(60)에 의해 결정된다. In one embodiment, the angle for injecting the first or second quantity of liquid fuel is determined by the controller 60 as a function of operating conditions of the engine.

본 명세서의 다양한 실시예와 관련하여 다양한 양태 및 구현을 설명하였다. 그러나, 청구된 주제를 실시함에 있어 상기 개시된 실시예에 대한 다른 변형은 도면, 개시, 및 첨부된 청구범위의 연구를 통하여 당업자에 의해 이해되고 효과를 가져올 수 있다. 본 청구항에서 "포함하는(comprising)"이라는 단어는 다른 요소나 단계를 배제하지 않으며, 부정관사 "하나의(a)" 또는 " 하나의(an)"은 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서, 제어기 또는 기타 장치는 청구 범위에 인용된 여러 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 수단이 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 사실이 측정된 것들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. Various aspects and implementations have been described in connection with various embodiments herein. However, other modifications to the disclosed embodiments in practicing the claimed subject matter may be understood and effected by those skilled in the art through a study of the drawings, disclosure, and appended claims. In this claim, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. A single processor, controller or other device may perform the functions of several items recited in the claims. The fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of measures cannot be used to advantage.

청구범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.Reference signs used in the claims should not be construed as limiting the scope.

Claims (14)

기체 작동 모드에서 기체 연료를 주 연료로 사용하도록 구성된 대형 2 행정 터보차징 단류 소기식 내연기관에 있어서, 상기 엔진은 많은 기계적 설계 제약을 가지며 상기 엔진은:
실린더 라이너(1), BDC와 TDC 사이를 왕복하도록 구성된 피스톤(10), 실린더 커버(22)로 각각 구분되는 복수의 연소실,
상기 연소실로 소기 공기를 유입시키기 위해 상기 실린더 라이너(1)에 배열된 소기 포트들(18),
상기 실린더 커버(22)에 배치되고 배기 밸브(4)에 의해 제어되는 배기 가스 출구,
상기 피스톤(10)이 BDC에서 TDC로의 행정(stroke) 동안 가스 연료를 유입시키도록 구성된 상기 실린더 라이너(1) 또는 실린더 커버(22)에 배열된 하나 이상의 기체 연료 유입 밸브(30),
점화를 개시하기 위해 상기 연소실로 액체 연료를 시한 공급(timed supply)하도록 구성된 하나 이상의 액체 연료 밸브(50),
상기 엔진과 관련된 제어기(60)를 포함하는 것으로서,
여기서 상기 제어기(60)는 각 연소실에 대해 개별적으로 상기 하나 이상의 기체 연료 유입 밸브(30)를 통해 BDC 에서 TDC 로의 상기 피스톤의 행정(stroke) 동안 연소실로 유입되는 기체 연료의 타이밍 및 양을 제어하도록 구성되고,
상기 제어기(60)는 각 실린더(1)에 대한 상기 연소 과정을 모니터링하고 상기 연소 과정이 상기 기계적 설계 제약(constraints) 중 하나 이상을 초과하게 하는 시점을 감지하도록 구성되며, 및
상기 제어기(60)는 상기 연소 과정이 어떠한 소정의 기계적 설계 제약도 초과하게 하지 않을 경우 액체 연료의 제 1 수량(quantity)을 시한 공급(timed supply)하도록 구성되고,
여기서, 상기 제어기(60)는 상기 연소 과정이 하나 이상의 소정의 기계적 설계 제약을 초과할 때 액체 연료의 제 2 수량을시한(timed) 공급하도록 구성되며, 상기 제 2 수량이 상기 제 1 수량보다 많은 것인, 대형 2 행정 터보차징 단류 소기식 내연기관.
A large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine configured to use gaseous fuel as primary fuel in a gaseous operating mode, the engine having a number of mechanical design constraints, the engine comprising:
A plurality of combustion chambers each divided into a cylinder liner 1, a piston 10 configured to reciprocate between BDC and TDC, and a cylinder cover 22,
scavenging ports (18) arranged on the cylinder liner (1) for introducing scavenging air into the combustion chamber;
an exhaust gas outlet disposed on the cylinder cover (22) and controlled by an exhaust valve (4);
one or more gaseous fuel inlet valves (30) arranged on the cylinder liner (1) or cylinder cover (22) configured to introduce gaseous fuel during the stroke of the piston (10) from BDC to TDC;
one or more liquid fuel valves (50) configured to provide a timed supply of liquid fuel to the combustion chamber to initiate ignition;
As including a controller 60 associated with the engine,
wherein the controller 60 controls the timing and amount of gaseous fuel introduced into the combustion chamber during a stroke of the piston from BDC to TDC through the one or more gaseous fuel inlet valves 30 individually for each combustion chamber. constituted,
the controller (60) is configured to monitor the combustion process for each cylinder (1) and detect when the combustion process causes one or more of the mechanical design constraints to be exceeded; and
wherein the controller (60) is configured to timed supply a first quantity of liquid fuel if the combustion process does not cause any predetermined mechanical design constraints to be exceeded;
wherein the controller (60) is configured to timed supply a second quantity of liquid fuel when the combustion process exceeds one or more predetermined mechanical design constraints, wherein the second quantity is greater than the first quantity. Large, two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engines, which are many.
제 1항에 있어서, 상기 기계적 설계 제약은 하기 조건 중 하나 이상인 것인 엔진:
- 액체 연료 공급 타이밍에 의해 정의되는 연소 개시,
- 연소 시 실린더 압력의 소정의 최대 증가율,
- 소정의 최대 실린더 압력,
- 소정의 공칭 프로펠러 곡선에 대한 엔진 작동점, 및
- 소정의 조속기 소기 리미터 곡선(governor scavenge air limiter curve)에 대한 엔진 작동점.
The engine of claim 1 , wherein the mechanical design constraint is one or more of the following conditions:
- combustion initiation defined by the liquid fuel supply timing;
- a predetermined maximum rate of increase in cylinder pressure during combustion,
- a given maximum cylinder pressure,
- engine operating point for a given nominal propeller curve, and
- Engine operating point for a given governor scavenge air limiter curve.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 수량은 소정의 고정량이고 상기 제 2 수량은 소정의 고정량 또는 기계적 설계 제약이 초과된 정도의 함수, 바람직하게는 비례 함수인 수량인 것인 엔진.
2. The engine according to claim 1, wherein the first quantity is a predetermined fixed quantity and the second quantity is a quantity that is a function of the degree to which a predetermined fixed quantity or mechanical design constraint is exceeded, preferably a proportional function.
제 1항에 있어서, 상기 제어기(60)는 임의의 초과된 설계 제약에 의해 표시된 제 2 수량들 중 가장 높은 수량을 구현하도록 구성된 것인 엔진.
2. The engine of claim 1, wherein the controller (60) is configured to implement the highest of the second quantities indicated by any exceeded design constraints.
제 1항에 있어서, 상기 제어기(60)는 관련 실린더(the cylinder concerned)에 공급되는 연료 수량에 대한 지표 신호(index signal)를 제공하는 조속기(governor)로서, 여기서 상기 조속기는 바람직하게는 설정되거나 또는 원하는 엔진 속도와 측정된 엔진 속도 간의 차이를 나타내는 신호를 수신하는 것인 엔진.
2. The method of claim 1, wherein the controller (60) is a governor providing an index signal for the quantity of fuel supplied to the cylinder concerned, wherein the governor is preferably set or or an engine that receives a signal indicative of a difference between a desired engine speed and a measured engine speed.
제 1항에 있어서, 상기 제어기(60)는 상기 관련 실린더(the cylinder concerned)에 공급되는 액체 연료량의 함수로서 상기 관련 실린더에 공급되는 가스의 수량을 조정하도록 구성되는 것인 엔진.
2. The engine of claim 1, wherein the controller (60) is configured to adjust the quantity of gas supplied to the cylinder concerned as a function of the quantity of liquid fuel supplied to the cylinder concerned.
제 1항에 있어서, 각 연소실에 대한 배기 밸브 타이밍을 개별적으로 제어할 수 있는 가변 타이밍 배기 밸브 작동 시스템을 포함하는 것인 엔진.
The engine of claim 1 including a variable timing exhaust valve actuation system capable of individually controlling exhaust valve timing for each combustion chamber.
제 7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기(60)는 각 연소실에 대한 상기 배기 밸브(4)의 개폐 타이밍을 개별적으로 결정하고 제어하도록 구성되는 것인 엔진.
8. An engine according to claim 7, wherein said at least one controller (60) is configured to individually determine and control timing of opening and closing of said exhaust valve (4) for each combustion chamber.
제 2항에 있어서,
상기 제어기(60)는 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 액체 연료가 공급되는 각도를 제공받거나 스스로 결정하며, 상기 제어기(60)는 이들 신호를 바탕으로 하여 연소 개시(combustion start)가 액체 연료의 공급 타이밍에 의해 정의되는 점화 개시(ignition start)보다 선행하는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 연소 개시가 액체 연료의 공급 타이밍에 의해 정의되는 점화 개시보다 선행하는 정도를 결정하도록 구성되거나,
및/또는
상기 제어기(60)는 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60)는 이 신호를 바탕으로 하여 연소 중 소정의 최대 실린더 압력 증가율이 초과되었는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 소정의 최대 실린더 압력 증가율을 초과된 정도를 결정하도록 구성되거나,
및/또는
상기 제어기(60)는 상기 실린더 압력을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60)는 이 신호를 바탕으로 하여 상기 소정의 최대 실린더 압력 수준이 초과되었는지 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 소정의 최대 실린더 압력 증가율이 초과된 정도를 결정하도록 구성되거나,
및/또는
상기 제어기(60)는 상기 엔진의 속도를 나타내는 신호와 상기 연료 지수를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60)는 이들 신호를 바탕으로 하여 공칭 프로펠러 곡선(nominal propeller curve)에서 엔진 작동점의 이탈 여부를 결정하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 공칭 프로펠러 곡선에서 상기 엔진 작동점의 이탈 정도를 결정하도록 구성되거나,
및/또는
상기 제어기(60)는 상기 소기 압력(scavenging pressure)을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제어기(60)는 이 신호를 바탕으로 하여 상기 엔진 작동점이 상기 소정의 조속기 소기 리미터 곡선(governor scavenge air limiter curve)에서의 이탈 여부를 판단하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 엔진 동작점이 소정의 조속기 소기 리미터 곡선에서의 이탈 정도를 결정하도록 구성되는 것인 엔진.
According to claim 2,
The controller 60 receives a signal indicating the cylinder pressure, receives or determines the angle at which the liquid fuel is supplied, and the controller 60 determines the combustion start based on these signals. configured to determine whether the start of combustion precedes an ignition start defined by the supply timing of the fuel, and preferably configured to determine the degree to which the start of combustion precedes the start of ignition defined by the supply timing of the liquid fuel. or
and/or
The controller 60 is configured to receive a signal representing the cylinder pressure, and based on the signal, the controller 60 determines whether or not a predetermined maximum cylinder pressure increase rate during combustion has been exceeded. configured to determine the extent to which a predetermined maximum cylinder pressure increase rate has been exceeded;
and/or
The controller 60 is configured to receive a signal indicative of the cylinder pressure, and based on the signal, the controller 60 determines whether the predetermined maximum cylinder pressure level has been exceeded, preferably the predetermined cylinder pressure level is exceeded. Is configured to determine the degree to which the maximum cylinder pressure increase rate of is exceeded,
and/or
The controller 60 receives a signal representing the speed of the engine and a signal representing the fuel index, and the controller 60 determines the departure of the engine operating point from the nominal propeller curve based on these signals. Is configured to determine whether, preferably configured to determine the degree of deviation of the engine operating point from the nominal propeller curve,
and/or
The controller 60 receives a signal representing the scavenging pressure, and based on the signal, the controller 60 determines that the engine operating point is determined by the predetermined governor scavenge air limiter curve. and preferably configured to determine a degree of deviation of the engine operating point from a predetermined governor scavenging limiter curve.
제 1항에 있어서, 상기 제어기(60)는 하나 이상의, 바람직하게는 TDC 부근에 위치한, 액체 연료 밸브(50)의 활성화에 의해 점화 타이밍을 제어하도록 구성되는 것인 엔진.
2. An engine according to claim 1, wherein the controller (60) is configured to control ignition timing by activation of one or more liquid fuel valves (50), preferably located near TDC.
제 1항에 있어서, 상기 제 2 수량은 상기 제 1 수량의 증가 또는 이전에 적용된 제 2 수량의 증가인 것인 엔진.
2. The engine of claim 1 wherein the second quantity is an increase of the first quantity or a previously applied increase of the second quantity.
제 1항에 있어서, 상기 액체 연료는 액체 연료이고, 여기서 상기 액체 연료는 바람직하게는 연료유(fuel oil)인 것인 엔진.
2. An engine according to claim 1, wherein the liquid fuel is a liquid fuel, wherein the liquid fuel is preferably fuel oil.
제 1항에 있어서, 상기 엔진은 압력 센서(70), 바람직하게는 실린더 커버(22)에 배치된 압력 센서(70)를 포함하는 것으로서, 상기 압력 센서는 상기 연소실 내의 압력을 나타내는 신호를 생성하는 것인 엔진.
2. The engine according to claim 1, wherein the engine comprises a pressure sensor (70), preferably a pressure sensor (70) disposed in the cylinder cover (22), the pressure sensor generating a signal indicative of the pressure in the combustion chamber. the engine that will be.
공기-연료 혼합물이 점화 전에 복수의 연소실에 존재하고 엔진이 많은 기계적 설계 제약을 갖고 있는, 복수의 연소실을 가진 대형 2행정 터보차징 단류 소기식 내연기관을 기체 작동 모드에서 작동하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
피스톤의 BDC 에서 TDC 까지의 행정 동안 각 연소실에 대해 개별적으로 하나 이상의 기체 연료 유입 밸브(30)를 통해 상기 연소실들에 허용되는 기체 연료의 타이밍과 수량을 제어하는 단계,
상기 연소 과정이 상기 기계적 설계 제약 중 하나 이상의 초과를 야기하는 경우를 감지하기 위하여 각 실린더(1)에 대한 연소 과정을 모니터링하는 단계,
상기 연소 과정이 상기 소정의 기계적 설계 제약 중 어느 하나의 초과도 야기하지 않는 경우, 액체 연료의 제 1 수량을 시한 공급(timed supply)을 제공하는 단계, 및
상기 연소 과정이 상기 소정의 기계적 설계 제약의 하나 이상의 초과를 야기하는 경우, 액체 연료의 제 2 수량의 시한 공급(timed supply)을 제공하는 단계를 포함하는 것으로서, 상기 제 1 수량보다 상기 제 2 수량이 더 큰 것인 방법.
A method of operating a large two-stroke turbocharged single-flow scavenging internal combustion engine with multiple combustion chambers in gaseous mode of operation, wherein an air-fuel mixture is present in multiple combustion chambers prior to ignition and the engine has a number of mechanical design constraints, comprising: Way:
controlling the timing and quantity of gaseous fuel admitted to said combustion chambers through one or more gaseous fuel inlet valves (30) individually for each combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC;
monitoring the combustion process for each cylinder (1) to detect if the combustion process causes the exceeding of one or more of the mechanical design constraints;
providing a timed supply of a first quantity of liquid fuel if the combustion process does not result in the exceeding of any one of the predetermined mechanical design constraints; and
and providing a timed supply of a second quantity of liquid fuel if the combustion process results in an excess of one or more of the predetermined mechanical design constraints, wherein the second quantity is greater than the first quantity. how this is a bigger one.
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