KR20230150760A - A large turbocharged two-stroke uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine and method for operating such engine - Google Patents

A large turbocharged two-stroke uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine and method for operating such engine Download PDF

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Abstract

대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진이 개시되며, 상기 엔진은 엔진 내에서의 연소를 위한 연료로서 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두로 작동되는 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 상기 엔진은:
- 내부에서 왕복운동하는 피스톤(10)과 실린더 라이너(1)를 갖춘 적어도 하나의 실린더 및 상기 실린더를 덮는 실린더 커버(22),
- 왕복운동하는 피스톤(10)과 실린더 커버(22)와의 사이에서 실린더 내부에 형성되는 연소실,
- 실린더 커버(22) 또는 실린더 라이너(1)에 배열된 적어도 하나의 암모니아 연료 밸브(50)에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30), 및
- 실린더 커버(22) 또는 실린더 라이너(1)에 배열된 적어도 하나의 점화 액체 밸브(50)에 가압된 점화유체를 공급하도록 구성된 점화유체 시스템(40)을 포함한다. 상기 엔진은, 점화유체 시스템(40)이 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 20%의 분사 지속시간으로 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성된다는 점에서 특이하다.
따라서, 공지된 실시와 관련하여 보다 장기간에 걸쳐 점화유체를 내연 엔진의 실린더의 연소실에 주입함으로써 암모니아의 보다 완전한 연소가 보장된다. 또한, 완전비율 연료유 분사 시스템(full rate fuel oil injection system)이 사용될 수 있기 때문에, 파일럿 연료유 분사 시스템이 생략될 수 있고, 따라서 실린더 커버에 연료 분사 밸브를 설치하기 위한 보다 양호한 공간 및 상당한 비용 절감을 제공한다. 더욱이, 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두를 사용하는 이중연료 작동 동안에, 연료유 분사 시스템도 계속 구동되며, 그에 따라 암모니아 이중연료 작동으로부터 연료유 작동으로 전환할 준비가 되어 있고 깨끗하게 유지된다.
A large turbocharged two-stroke Uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine is disclosed, the engine having at least one operating mode operating with both ammonia and an ignition fluid such as fuel oil as fuel for combustion within the engine; , the engine is:
- at least one cylinder with an internally reciprocating piston (10) and a cylinder liner (1) and a cylinder cover (22) covering the cylinder,
- A combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston (10) and the cylinder cover (22),
- an ammonia fuel system (30) configured to supply pressurized ammonia to at least one ammonia fuel valve (50) arranged in the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1), and
- an ignition fluid system (40) configured to supply pressurized ignition fluid to at least one ignition fluid valve (50) arranged in the cylinder cover (22) or cylinder liner (1). This engine is unique in that the ignition fluid system 40 is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration of at least 20% of the determined duration of ammonia fuel combustion.
Accordingly, a more complete combustion of ammonia is ensured by injecting the ignition fluid into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine over a longer period of time in connection with the known practice. Additionally, since a full rate fuel oil injection system can be used, the pilot fuel oil injection system can be omitted, thus saving a considerable amount of space and considerable cost for installing the fuel injection valve in the cylinder cover. Provides savings. Moreover, during dual fuel operation using both ammonia and an ignition fluid such as fuel oil, the fuel oil injection system also continues to run and thus remains clean and ready to switch from ammonia dual fuel operation to fuel oil operation.

Description

대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진 및 그 엔진의 작동 방법 {A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE UNIFLOW CROSSHEAD COMPRESSION IGNITION INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR OPERATING SUCH ENGINE}Large turbocharged two-stroke Uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine and operating method of the engine {A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE UNIFLOW CROSSHEAD COMPRESSION IGNITION INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR OPERATING SUCH ENGINE}

본 발명은 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진에 관한 것으로서, 이 엔진은 엔진 내에서의 연소를 위한 연료로서, 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두로 작동되며, 이 엔진은:The present invention relates to a large turbocharged two-stroke Uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine, which operates with both an ignition fluid such as fuel oil and ammonia as fuel for combustion within the engine. silver:

- 내부에서 왕복운동하는 피스톤과 실린더 라이너를 갖춘 적어도 하나의 실린더 및 상기 실린더를 덮는 실린더 커버, - at least one cylinder with an internally reciprocating piston and a cylinder liner and a cylinder cover covering said cylinder,

- 왕복운동하는 피스톤과 실린더 커버와의 사이에서 실린더 내부에 형성되는 연소실, - A combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston and the cylinder cover,

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배열된 적어도 하나의 암모니아 연료 밸브에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템, 및 - an ammonia fuel system configured to supply pressurized ammonia to at least one ammonia fuel valve arranged in the cylinder cover or cylinder liner, and

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배열된 적어도 하나의 점화 액체 밸브에 가압된 점화유체를 공급하도록 구성된 점화유체 시스템- an ignition fluid system configured to supply pressurized ignition fluid to at least one ignition fluid valve arranged in the cylinder cover or cylinder liner.

을 포함한다.Includes.

대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진은 전형적으로 컨테이너선과 같은 대형 원양 항행용 선박에서 또는 발전소에서 원동기로 사용된다. 종종, 이들 엔진은 중유 또는 연료유로 작동된다. 순수한 크기, 무게 및 출력은, 통상적인 연소 엔진과는 완전히 달라, 대형 2행정 터보차지식 압축점화 내연 엔진을 그 자체만을 위한 분류에 두게 한다.Large turbocharged two-stroke Uniflo crosshead compression ignition internal combustion engines are typically used as prime movers in large oceangoing vessels such as container ships or in power plants. Often, these engines run on heavy oil or fuel oil. The sheer size, weight and power output make them so different from conventional combustion engines that they place large two-stroke turbocharged compression-ignition internal combustion engines in a category unto themselves.

내연 엔진은 과거에는 연료유, 예컨대 디젤유 또는 연료가스, 예컨대 천연가스나 석유가스와 같은 탄화수소 연료로 주로 작동되었다. 탄화수소 연료의 연소는 이산화탄소(CO2)뿐만 아니라 대기 오염과 기후 변화에 기여하는 다른 온실 가스를 방출한다. 부산물 배출을 초래하는 화석 연료 불순물과는 달리, CO2는 탄화수소 연소의 피할 수 없는 결과물이다. 연료의 CO2 발자국 및 에너지 밀도는 탄화수소 사슬 길이와 탄화수소 분자의 복잡성에 따라 달라진다. 따라서 기체 탄화수소 연료는 액체 탄화수소 연료보다 더 적은 발자국을 가지나, 기체 탄화수소 연료는 취급 및 저장이 더 까다롭고 비용이 많이 든다는 단점이 있다. CO2 발자국을 줄이기 위해서, 비-탄화수소 연료가 연구되고 있다.In the past, internal combustion engines were mainly operated with hydrocarbon fuels such as fuel oil, such as diesel oil, or fuel gas, such as natural gas or petroleum gas. Combustion of hydrocarbon fuels releases carbon dioxide (CO 2 ) as well as other greenhouse gases that contribute to air pollution and climate change. Unlike fossil fuel impurities that result in by-product emissions, CO2 is an unavoidable result of hydrocarbon combustion. A fuel's CO2 footprint and energy density depend on the hydrocarbon chain length and complexity of the hydrocarbon molecule. Therefore, gaseous hydrocarbon fuels have a smaller footprint than liquid hydrocarbon fuels, but gaseous hydrocarbon fuels have the disadvantage of being more difficult and expensive to handle and store. To reduce the CO 2 footprint, non-hydrocarbon fuels are being explored.

암모니아는 화석 연료, 바이오매스, 또는 재생 가능한 소스(풍력, 태양열, 수력, 또는 열)로부터 얻은 제품이며, 재생 가능한 소스에 의해 생성될 때 암모니아는 사실상 탄소 발자국이 없거나, 연소시 CO2, SOx, 미립자 물질, 또는 비연소 탄화수소를 방출하지 않는다. 현재, 암모니아는 태양, 바람 및 파도 에너지와 같은 재생 에너지 소스로부터의 전기를 사용하여 환경친화적인 방식으로 생산될 수 있기 때문에 그리고 암모니아의 연소 자체가 이산화탄소와 같은 탄소 함유 온실 가스를 형성함 없이 일어나기 때문에, 내연 엔진용 연료로서 매우 높은 관심을 받고 있다.Ammonia is a product obtained from fossil fuels, biomass, or renewable sources (wind, solar, hydro, or heat), and when produced by renewable sources, ammonia has virtually no carbon footprint, or when burned, produces only CO 2 , SO Does not emit , particulate matter, or unburned hydrocarbons. Currently, ammonia can be produced in an environmentally friendly way using electricity from renewable energy sources such as solar, wind and wave energy, and because the combustion of ammonia itself occurs without forming carbon-containing greenhouse gases such as carbon dioxide. , it is receiving great attention as a fuel for internal combustion engines.

WO 2020/252518 A1에는 서두에서 언급된 종류의 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진이 설명되어 있다.WO 2020/252518 A1 describes a large turbocharged two-stroke Uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine of the type mentioned in the introduction.

암모니아를 내연 엔진의 연료로 사용하는 경우, 암모니아 연료를 피스톤의 압축행정 동안에 비교적 낮은 압력으로 도입시키는 오토 원리에 따라 엔진을 작동시킬 수도 있고, 또는 암모니아 연료를 피스톤이 상사점(TDC)에 가까워질 때 연소실에 고압으로 분사시키는 디젤 원리에 따라 엔진을 작동시킬 수도 있다. 피스톤 사이클의 암모니아 연료 분사 및 연소 단계 동안에 실린더 압력은 챔버의 압축/팽창으로 인해 그리고 연소 발생으로 인해 급격한 수준 변화를 겪고 있다.When using ammonia as a fuel in an internal combustion engine, the engine can be operated according to Otto's principle, which introduces the ammonia fuel at a relatively low pressure during the compression stroke of the piston, or the ammonia fuel can be introduced when the piston approaches top dead center (TDC). The engine can also be operated according to the principle of diesel being injected at high pressure into the combustion chamber. During the ammonia fuel injection and combustion stages of the piston cycle, the cylinder pressure experiences rapid level changes due to compression/expansion of the chamber and due to combustion occurring.

암모니아는 소형 불꽃점화식 내연 엔진에서 소규모로 테스트 및 사용되었지만, 아직 압축점화 내연 엔진을 구동하기 위해 대규모로 사용된 적은 없다.Ammonia has been tested and used on a small scale in small spark-ignition internal combustion engines, but has not yet been used on a large scale to power compression-ignition internal combustion engines.

연료로 암모니아를 사용하는 데는 몇 가지 문제가 있다. 한 가지 문제는 전형적인 탄화수소 연료에 비해 출력 밀도가 낮아, 분사해야 하는 연료의 양이 훨씬 더 많아져 더 큰 흐름을 초래한다는 것이다. 그러한 더 큰 흐름은 화염 소멸을 야기할 수 있는데, 즉, 분사 이벤트의 맨 처음에 점화가 발생하더라도, 뒤따르는 큰 흐름과 그에 따른 연료 제트의 높은 속도가 화염을 소멸(꺼트림(blows out))시킨다. 또 다른 문제는 액체 탄화수소 연료에 비해 암모니아의 낮은 발화 의지(낮은 가연성)이다. 또 다른 문제는 분사시 연료를 냉각시켜 필요한 점화 에너지를 증가시키는 암모니아의 높은 증발 냉각이다. 높은 증발 냉각으로 인해 연소실 내의 고온은 안정적인 연소를 위한 전제 조건이다. 이들 문제의 조합은 지금까지 압축점화 엔진에서 주 연료로서 암모니아의 사용을 방해하고 있다.There are several problems with using ammonia as fuel. One problem is that the power density is lower than that of typical hydrocarbon fuels, so much more fuel must be injected, resulting in larger flows. Such larger flows can cause flame extinction, i.e., even if ignition occurs at the very beginning of an injection event, the subsequent large flow and resulting high velocity of the fuel jet blows out the flame. I order it. Another problem is ammonia's low willingness to ignite (low flammability) compared to liquid hydrocarbon fuels. Another problem is the high evaporative cooling of ammonia, which cools the fuel during injection, increasing the required ignition energy. High temperature in the combustion chamber due to high evaporative cooling is a prerequisite for stable combustion. The combination of these problems has so far hindered the use of ammonia as the primary fuel in compression ignition engines.

2개의 상이한 연료들로 작동할 수 있는 내연 엔진을 일반적으로 이중연료 엔진이라고 한다. 이중연료 엔진의 2개의 상이한 연료들은 일반적으로, 압축점화 가능한 중유 또는 디젤과 같은 연료유와, 예컨대 파일럿 연료유 형태의 점화유체가 추가될 필요가 있는 기체 연료, 예컨대 암모니아, 메탄올, LPG, LNG, 에탄과 같은 또 다른 연료로 구성된다. 따라서 암모니아와 연료유로 작동하는 이중연료 엔진에 대한 기존의 기술 솔루션 개념은 엔진이 오일 연료만으로 최대 정격으로 구동하거나, 또는 암모니아 연료의 점화를 위한 최소한의 파일럿 연료유로 암모니아 연료로 최대 정격으로 구동하는 것이다. 기존의 개념은 연료유의 완전비율 부분의 전달에 최적화된 연료유 분사 시스템, 완전비율 암모니아 구동에 최적화된 암모니아 연료 시스템, 및 예를 들어 프리-챔버 내로의 파일럿 연료유 주입에 의한, 가능한 최저 파일럿 연료유 비율로의 암모니아 점화에 최적화된 파일럿 연료유 시스템을 포함한다. 또한, 일부 알려진 이중연료 엔진은 파일럿 연료유 분사를 위해서도 완전비율 연료유 분사 시스템을 사용하며, 여기서 기체 연료로 구동시, 파일럿 연료유 부분 크기 범위가 완전비율 부분의 1.5 내지 5% 범위이다.Internal combustion engines that can run on two different fuels are generally called dual-fuel engines. The two different fuels in a dual fuel engine are generally a fuel oil such as heavy oil or diesel capable of compression ignition, and a gaseous fuel to which an ignition fluid, for example in the form of pilot fuel oil, needs to be added, such as ammonia, methanol, LPG, LNG, It is composed of another fuel such as ethane. Therefore, the existing technical solution concept for a dual-fuel engine running on ammonia and fuel oil is that the engine runs at maximum rating with oil fuel only, or with ammonia fuel at maximum rating with a minimum of pilot fuel oil for ignition of the ammonia fuel. . The existing concept consists of a fuel oil injection system optimized for the delivery of a full-rate portion of fuel oil, an ammonia fuel system optimized for full-rate ammonia operation, and the lowest possible pilot fuel, for example by injection of pilot fuel oil into the pre-chamber. Includes a pilot fuel oil system optimized for ammonia to oil ratio ignition. Additionally, some known dual fuel engines also use a full ratio fuel oil injection system for pilot fuel oil injection, where, when running on gaseous fuel, the pilot fuel oil fraction size ranges from 1.5 to 5% of the full ratio fraction.

그러나 암모니아 및 연료유 연료 엔진과 같은, 기존의 이중연료 개념의 엔진은, 파일럿 연료유 분사 시스템을 포함한다는 점에서 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 이중연료 개념은 암모니아 연료 구동 동안에 완전비율 연료유 분사 시스템이 작동하지 않는다는 것을 포함한다. 이는, 암모니아 연료 구동 동안에 완전비율 연료유 분사 시스템의 분사 밸브의 노즐 구멍에 침전물이 형성될 위험이 있다는 것과, 그에 따라 암모니아 작동으로부터 연료유 작동으로의 전환이 시도될 때, 완전비율 연료유 분사 시스템이 적절하게 작동하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한 암모니아는 대부분의 탄화수소보다 거의 10배 낮은 층류 화염 속도를 가지므로, 낮은 난류 수준에서도 화염의 소화/소멸이 발생할 수 있으며, 따라서 알려진 연료유/가스 이중연료 엔진에 적용되는 완전비율 연료유 분사 시스템을 이용하는 것은, 이것이 모든 암모니아 연료의 점화 및 연소를 보장하지 않기 때문에, 암모니아 연소를 유지하기 어려울 수 있다. 파일럿 연료유 분사 시스템에서의 연료유의 분사 시간은 전형적으로 약 1도의 크랭크 각도이며, 이는 단지 암모니아의 점화를 보장할 뿐, 모든 암모니아 연료의 완전한 연소를 보장하지는 않는다.However, existing dual-fuel concept engines, such as ammonia and fuel oil fuel engines, have the problem of being complicated in that they include a pilot fuel oil injection system. Additionally, the dual fuel concept includes that the full ratio fuel oil injection system does not operate during ammonia fuel operation. This means that there is a risk of deposits forming in the nozzle holes of the injection valves of the full ratio fuel oil injection system during ammonia fuel operation, and therefore when a switch from ammonia operation to fuel oil operation is attempted, the full ratio fuel oil injection system This means it may not work properly. Additionally, ammonia has a laminar flame speed almost 10 times lower than that of most hydrocarbons, so flame extinguishing/extinguishing can occur even at low turbulence levels, and thus full ratio fuel oil injection systems applied to known fuel oil/gas dual fuel engines. Using , ammonia combustion can be difficult to maintain because it does not ensure ignition and combustion of all ammonia fuel. The injection time of fuel oil in a pilot fuel oil injection system is typically about 1 degree of crank angle, which only ensures ignition of ammonia and does not guarantee complete combustion of all ammonia fuel.

본 발명의 목적은 서두에서 언급한 종류의 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진을 제공하는 것이며, 여기서 상기 언급된 문제는 적어도 상당히 감소된다.The object of the present invention is to provide a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine of the kind mentioned at the outset, in which the problems mentioned above are at least significantly reduced.

전술한 목적 및 또 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 설명 및 도면으로부터 명백하다.The foregoing objects and further objects are achieved by the features of the independent claims. Additional embodiment forms are apparent from the dependent claims, description and drawings.

제1 양태에 따르면, 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진이 제공되며, 이 엔진은 엔진 내에서의 연소를 위한 연료로서, 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두로 작동되는 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 이 엔진은:According to a first aspect, a large turbocharged, two-stroke, uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine is provided, the engine running on both an ignition fluid, such as fuel oil, and ammonia as fuel for combustion within the engine. Having at least one operating mode, the engine:

- 내부에서 왕복운동하는 피스톤과 실린더 라이너를 갖춘 적어도 하나의 실린더 및 상기 실린더를 덮는 실린더 커버, - at least one cylinder with an internally reciprocating piston and a cylinder liner and a cylinder cover covering said cylinder,

- 왕복운동하는 피스톤과 실린더 커버와의 사이에서 실린더 내부에 형성되는 연소실, - A combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston and the cylinder cover,

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배열된 적어도 하나의 암모니아 연료 밸브에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템, 및 - an ammonia fuel system configured to supply pressurized ammonia to at least one ammonia fuel valve arranged in the cylinder cover or cylinder liner, and

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배열된 적어도 하나의 점화 액체 밸브에 가압된 점화유체를 공급하도록 구성된 점화유체 시스템- an ignition fluid system configured to supply pressurized ignition fluid to at least one ignition fluid valve arranged in the cylinder cover or cylinder liner.

을 포함하며, Includes,

점화유체 시스템은 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 20%의 분사 지속시간으로 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The ignition fluid system is characterized in that it is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration of at least 20% of the determined duration of ammonia fuel combustion.

암모니아 연료 연소의 지속시간은 엔진의 실제 속도에 따라 엔진 제어 시스템에 의해 결정된다.The duration of ammonia fuel combustion is determined by the engine control system depending on the actual speed of the engine.

따라서, 공지된 실시와 관련하여 보다 장기간에 걸쳐 점화유체를 내연 엔진의 실린더의 연소실에 주입함으로써 암모니아의 보다 완전한 연소가 보장된다. 또한, 완전비율 연료유 분사 시스템(full rate fuel oil injection system)이 사용될 수 있기 때문에, 파일럿 연료유 분사 시스템이 생략될 수 있고, 따라서 실린더 커버에 연료 분사 밸브를 설치하기 위한 보다 양호한 공간 및 상당한 비용 절감을 제공한다. 더욱이, 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두를 사용하는 이중연료 작동 동안에, 연료유 분사 시스템도 계속 구동되며, 그에 따라 암모니아 이중연료 작동으로부터 연료유 작동으로 전환할 준비가 되어 있고 깨끗하게 유지된다.Accordingly, a more complete combustion of ammonia is ensured by injecting the ignition fluid into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine over a longer period of time in connection with the known practice. Additionally, since a full rate fuel oil injection system can be used, the pilot fuel oil injection system can be omitted, thus saving a considerable amount of space and considerable cost for installing the fuel injection valve in the cylinder cover. Provides savings. Moreover, during dual fuel operation using both ammonia and an ignition fluid such as fuel oil, the fuel oil injection system also continues to run and thus remains clean and ready to switch from ammonia dual fuel operation to fuel oil operation.

보다 높은, 바람직하게는 완전한 암모니아의 연소 비율을 보장하기 위해서, 점화 유체 시스템은 결정된 암모니아 연료 연소 지속시간의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 80%, 및 가장 바람직하게는 적어도 95%의 분사 지속시간으로 점화 유체를 연소실에 공급하도록 구성될 수 있다.To ensure a higher, preferably complete ammonia combustion rate, the ignition fluid system has an injection duration of at least 50%, preferably at least 80%, and most preferably at least 95% of the determined ammonia fuel combustion duration. It may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber.

점화유체 시스템은 낮은 엔진 속도에서 2도의 크랭크 각도로부터 엔진 전속력(rull rate engine speed)에서 20도의 크랭크 각도까지 증가하는 분사 지속시간으로 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성될 수 있다. 이 문맥에서 낮은 엔진 속도는 가능한 가장 낮은 엔진 속도(the lowest possible engine speed)로 정의된다.The ignition fluid system may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration increasing from 2 degrees of crank angle at low engine speeds to 20 degrees of crank angle at full rate engine speed. Low engine speed in this context is defined as the lowest possible engine speed.

점화유체 시스템은 분사 지속시간 동안 연속적으로 또는 간헐적으로 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성될 수 있다. 점화유체 시스템이 간헐적 분사를 위해 구성되는 경우, 분사 횟수는 2 내지 10회, 바람직하게는 5회 분사로 사전 결정될 수 있거나, 가변적으로, 연소 성능과 그에 따른 암모니아의 연소를 나타내는, 실린더 압력과 같은 다양한 엔진 작동 파라미터들을 모니터링하는 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다.The ignition fluid system may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber continuously or intermittently during the injection duration. If the ignition fluid system is configured for intermittent injection, the number of injections may be predetermined from 2 to 10 injections, preferably 5 injections, or may be varied, such as cylinder pressure, which indicates combustion performance and thus combustion of ammonia. This can be determined by a control system that monitors various engine operating parameters.

점화유체 시스템은, 연료유와 같은 점화유체 단독으로 작동되는 경우의 전속력(full speed rate)일 때 필요한 양의 5 내지 50%, 바람직하게는 15 내지 40%, 가장 바람직하게는 25 내지 35% 범위의 양으로 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성될 수 있다.The ignition fluid system ranges from 5 to 50%, preferably 15 to 40%, and most preferably 25 to 35% of the amount required at full speed rate when operated with ignition fluid such as fuel oil alone. It may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber in an amount of.

암모니아 연료 시스템은 엔진의 전속력(full speed) 작동에 필요한 연료량의 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 95%의 양으로 연소실에 암모니아를 공급하도록 구성될 수 있다. 암모니아 연료 시스템의 크기를 감소시키면 그에 따라 비용도 감소된다.The ammonia fuel system may be configured to supply ammonia to the combustion chamber in an amount of at least 60%, preferably at least 70%, and most preferably at least 95% of the amount of fuel required for full speed operation of the engine. Reducing the size of the ammonia fuel system also reduces costs accordingly.

본 발명의 일 실시예에서, 암모니아 연료 밸브는 개구부에 의해 연소실에 연결되는 프리-챔버에 연결될 수 있다. 따라서 그러한 프리-챔버를 통해 암모니아 연료를 연소실에 주입함으로써, 연료가 개구부로부터 연소실로 들어가기 전에 연료의 상당한 감속이 야기되고, 또한 프리-챔버는 예열 챔버로서 기능할 수 있다. 따라서 연료가 개구부를 통해 연소실에 들어갈 때 연료의 속도가 감소하고 연소실에 들어갈 때 연료의 온도가 증가하여, 위에서 언급된 압축점화 내연 엔진용 연료로서 암모니아가 갖는 문제를 적어도 부분적으로 극복한다.In one embodiment of the invention, the ammonia fuel valve may be connected to a pre-chamber connected to the combustion chamber by an opening. Therefore, by injecting ammonia fuel into the combustion chamber through such a pre-chamber, significant deceleration of the fuel is caused before it enters the combustion chamber from the opening, and the pre-chamber can also function as a preheating chamber. Therefore, when the fuel enters the combustion chamber through the opening, the speed of the fuel decreases and the temperature of the fuel increases when it enters the combustion chamber, thereby at least partially overcoming the problems with ammonia as a fuel for compression ignition internal combustion engines mentioned above.

본 발명의 이러한 실시예에서, 엔진의 점화유체 밸브는 프리-챔버와 결합될 수 있고, 점화유체 밸브는 노즐 구멍을 갖춘 점화유체 노즐을 가지며 점화유체 밸브는 가압된 점화유체의 공급원에 연결된다. 따라서 점화유체는 암모니아의 안정적인 점화를 향상시키기 위해 프리-챔버에서 암모니아와 혼합될 수 있다. 점화유체를 프리-챔버에 고압으로 주입함으로써, 점화유체가 암모니아에 양호하게 분산되도록 하고 혼합물이 연소실에 들어갈 때 점화유체가 이미 암모니아와 양호하게 혼합되도록 하는 것을 보장한다.In this embodiment of the invention, the ignition fluid valve of the engine may be coupled to a pre-chamber, the ignition fluid valve having an ignition fluid nozzle with a nozzle orifice, and the ignition fluid valve connected to a source of pressurized ignition fluid. Therefore, the ignition fluid can be mixed with ammonia in the pre-chamber to improve stable ignition of ammonia. By injecting the ignition fluid into the pre-chamber at high pressure, it is ensured that the ignition fluid is well dispersed in the ammonia and that the ignition fluid is already well mixed with the ammonia when the mixture enters the combustion chamber.

프리-챔버는 실린더 커버에 배열된 인서트에 형성될 수 있다. 따라서 프리-챔버 또는 프리-챔버와 연소실 사이의 개구부가 손상된 경우, 실린더 커버 전체를 작업(가공)할 필요 없이, 인서트를 교환함으로써 프리-챔버를 쉽게 교체할 수 있다.The pre-chamber can be formed in an insert arranged in the cylinder cover. Therefore, if the pre-chamber or the opening between the pre-chamber and the combustion chamber is damaged, the pre-chamber can be easily replaced by replacing the insert without having to work (process) the entire cylinder cover.

또한, 프리-챔버는 암모니아 연료 밸브와 함께 단일 유닛으로 형성될 수 있으며, 여기서 이 단일 유닛은 실린더 커버에 배열되는 인서트이다. 따라서 프리-챔버와 암모니아 연료 밸브는 단일 작업으로 실린더 커버에 설치될 수 있다.Additionally, the pre-chamber can be formed together with the ammonia fuel valve as a single unit, where this single unit is an insert arranged in the cylinder cover. Therefore, the pre-chamber and ammonia fuel valve can be installed in the cylinder cover in a single operation.

제2 양태에 따르면, 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진을 작동하는 방법이 제공되며, 이 엔진은 엔진 내에서의 연소를 위한 연료로서, 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두로 작동되는 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 이 엔진은:According to a second aspect, a method of operating a large turbocharged, two-stroke, uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine is provided, the engine comprising both an ignition fluid such as fuel oil and ammonia as fuel for combustion within the engine. Having at least one operating mode in which the engine operates in all:

- 내부에서 왕복운동하는 피스톤과 실린더 라이너를 갖춘 적어도 하나의 실린더 및 상기 실린더를 덮는 실린더 커버, - at least one cylinder with an internally reciprocating piston and a cylinder liner and a cylinder cover covering said cylinder,

- 왕복운동하는 피스톤과 실린더 커버와의 사이에서 실린더 내부에 형성되는 연소실, - A combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston and the cylinder cover,

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배열된 적어도 하나의 암모니아 연료 밸브에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템, 및 - an ammonia fuel system configured to supply pressurized ammonia to at least one ammonia fuel valve arranged in the cylinder cover or cylinder liner, and

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배열된 적어도 하나의 점화 액체 밸브에 가압된 점화유체를 공급하도록 구성된 점화유체 시스템- an ignition fluid system configured to supply pressurized ignition fluid to at least one ignition fluid valve arranged in the cylinder cover or cylinder liner.

을 포함하며, Includes,

상기 방법은 점화유체가 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 20%의 분사 지속시간으로 연소실에 공급되는 것을 특징으로 한다.The method is characterized in that the ignition fluid is supplied to the combustion chamber with an injection duration of at least 20% of the determined duration of ammonia fuel combustion.

본 발명은 다음 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 대형 2행정 디젤 엔진의 정면도를 도시하고,
도 2는 도 1의 대형 2행정 엔진의 측면도를 도시하고,
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 엔진의 개략도를 도시한다.
The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the following drawings:
1 shows a front view of a large two-stroke diesel engine according to an exemplary embodiment;
Figure 2 shows a side view of the large two-stroke engine of Figure 1;
Figure 3 shows a schematic diagram of the large two-stroke engine according to Figure 1;

이어지는 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 압축점화 내연 엔진은 크로스헤드를 갖춘 대형 2행정 유니플로 소기식 내연 엔진을 참조하여 설명될 것이지만, 내연 엔진은 다른 유형일 수 있음을 이해해야 한다.In the detailed description that follows, the compression ignition internal combustion engine according to the invention will be described with reference to a large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine with a crosshead, but it should be understood that the internal combustion engine may be of other types.

도 1, 2 및 3은 크랭크샤프트(8) 및 크로스헤드(9)를 갖는 대형 저속 터보차지식 2행정 디젤 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 갖는 대형 저속 터보차지식 2행정 디젤 엔진의 개략도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 엔진은 6개의 실린더(1)들을 일렬로 갖는다. 대형 저속 터보차지식 2행정 디젤 엔진은 전형적으로 엔진 프레임(11)에 의해 지지되는 실린더 프레임(23)에 의해 지지되는, 4개 내지 14개의 실린더(1)들을 일렬로 갖는다. 이 엔진은, 예컨대, 해양 선박의 주 엔진으로 사용되거나 발전소에서 발전기를 작동하기 위한 고정 엔진으로 사용된다. 엔진의 총 출력은, 예를 들어, 1,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다.1, 2 and 3 show a large, low-speed turbocharged two-stroke diesel engine with a crankshaft (8) and a crosshead (9). Figure 3 shows a schematic diagram of a large low-speed turbocharged two-stroke diesel engine with intake and exhaust systems. In this exemplary embodiment, the engine has six cylinders 1 in line. Large, low-speed turbocharged two-stroke diesel engines typically have four to fourteen cylinders (1) in a row, supported by a cylinder frame (23), which is supported by an engine frame (11). These engines are used, for example, as main engines in marine vessels or as stationary engines to operate generators in power plants. The total output of the engine may range, for example, from 1,000 to 110,000 kW.

이러한 예시적인 실시예에서 엔진은 실린더 라이너(1)의 하부 구역에 소기 포트(18)를 갖고 각 실린더 라이너(1)의 상부에 중앙 배기 밸브(4)를 갖는 2행정 유니플로 유형의 이중연료 압축점화식 엔진이다. 엔진은 암모니아 또는 암모니아 기반 연료, 및 연료유와 같은 점화유체의 양쪽 모두로 작동되는 적어도 하나의 작동 모드를 갖는다. 엔진은, 엔진이 통상적인 연료, 예컨대 연료유(마린 디젤) 또는 중유 연료로 작동되는 적어도 하나의 통상적인 연료 모드를 추가로 가질 수 있다.In this exemplary embodiment the engine has a scavenging port 18 in the lower section of the cylinder liners 1 and a central exhaust valve 4 on the top of each cylinder liner 1 with dual fuel compression of the two stroke uniflow type. It is an ignition type engine. The engine has at least one mode of operation, operating with both ammonia or ammonia-based fuel and an ignition fluid such as fuel oil. The engine may further have at least one conventional fuel mode in which the engine operates on conventional fuel, such as fuel oil (marine diesel) or heavy fuel oil.

엔진 작동 동안에 소기공기는 소기공기 리시버(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(18)로 통과한다. 실린더 라이너(1) 내에서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이를 왕복운동하는 피스톤(10)은 소기공기를 압축한다. 암모니아와 점화유체 형태의 연료는 실린더 커버(22)에 배열된 연료 밸브(50)들을 통해 실린더 라이너(1)의 연소실 내로 분사된다. 암모니아와 점화유체는 암모니아 연료 공급 시스템(30)과 점화 연료 공급 시스템(40)으로부터 각각 공급된다. 암모니아의 주입은, 상대적으로 낮은 압력에서 TDC를 향하는 피스톤(10)의 행정 동안에, 또는 상대적으로 높은 압력에서 TDC에서 또는 그 근처에서, 발생할 수 있다. 점화유체의 주입은 항상 TDC 또는 그 근처에서 고압에서 발생한다. 연소가 뒤따르고, 배기가스가 발생한다. 각각의 실린더 커버(22)는 2개 이상의 연료 밸브(50)들을 구비한다. 연료 밸브(50)들은 단지 하나의 특정 유형, 즉 암모니아 및 본 경우에는 점화유체만을 각각 분사하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 예컨대 연소실 내로의 종래의 연료의 형태로, 점화유체를 분사하기 위한 2개 이상의 연료 밸브(50)들 및 암모니아를 분사하기 위한 2개 이상의 연료 밸브(50)들이 있을 것이다. 따라서, 엔진은 4개 이상의 연료 밸브(50)들을 가질 것이다. 연료 밸브(50)들이 미리 혼합되거나 또는 별개의 노즐 구멍들을 통해 동시에 암모니아 및 종래의 연료 양쪽 모두를 분사하기에 적합한 경우, 각 실린더에 대하여 2개 이상의 연료 밸브(50)들이 있을 수 있다. 연료 밸브(50)들은 중앙 배기 밸브(4) 주위에서 실린더 커버(22)에 배열된다. 점화유체는 예컨대 디메틸에테르(DME) 또는 연료유이지만, 수소와 같은 다른 형태의 점화 촉진제일 수도 있다. 엔진은 이중연료 엔진이기 때문에 이 엔진은 종래의 연료 모드로 작동될 수도 있으며, 여기서 엔진은 종래의 연료 예컨대 연료유(마린 디젤) 또는 중유 연료와 같은 점화유체로만 작동될 수 있다. 일 실시예에서, 암모니아 연료 밸브(50')는 실린더 라이너(단속선(interrupted lines)으로 도시됨)를 따라 배열되고 피스톤(10)이 BDC에서 TDC로 가는 도중에 암모니아 연료 밸브(50')를 통과하기 전에 상대적으로 낮은 압력에서 암모니아 연료를 실린더 라이너(1)에 유입시킨다. 따라서 피스톤(10)은 소기공기와 연료의 혼합물을 압축한다. TDC에서 또는 그 근처에서 시간이 정해진 점화는 점화유체 주입에 의해 촉발된다. 암모니아 연료 밸브(50')를 갖춘 실시예에서 연료가 유입되는 압력은, 연료 밸브(50')가 실린더 커버(22)에 있는 실시예에서 연료가 분사되는 압력보다 실질적으로 낮다. 따라서 암모니아 연료 공급 시스템(30)이 연료를 전달하기 위해 필요한 압력은 상당히 낮을 수 있고/있거나 실린더 커버에 위치된 연료 밸브(50)에 종종 사용되는 압력 부스터는 회피될 수 있다.During engine operation, scavenge air passes from the scavenge air receiver (2) to the scavenge port (18) of the individual cylinder (1). The piston 10, which reciprocates between bottom dead center (BDC) and top dead center (TDC) within the cylinder liner 1, compresses the scavenge air. Fuel in the form of ammonia and ignition fluid is injected into the combustion chamber of the cylinder liner 1 through fuel valves 50 arranged on the cylinder cover 22. Ammonia and ignition fluid are supplied from the ammonia fuel supply system 30 and the ignition fuel supply system 40, respectively. Injection of ammonia may occur during the stroke of the piston 10 towards TDC at relatively low pressure, or at or near TDC at relatively high pressure. Injection of ignition fluid always occurs at high pressure at or near TDC. Combustion follows, and exhaust gases are produced. Each cylinder cover 22 is equipped with two or more fuel valves 50. The fuel valves 50 may be configured to each inject only one specific type, i.e. ammonia and in this case ignition fluid, and thus two for injecting ignition fluid, for example in the form of conventional fuel into the combustion chamber. There will be more than two fuel valves 50 and two or more fuel valves 50 for injecting ammonia. Accordingly, the engine will have four or more fuel valves 50. There may be two or more fuel valves 50 for each cylinder if the fuel valves 50 are premixed or suitable for injecting both ammonia and conventional fuel simultaneously through separate nozzle orifices. Fuel valves 50 are arranged in the cylinder cover 22 around the central exhaust valve 4 . The ignition fluid is, for example, dimethyl ether (DME) or fuel oil, but may also be another type of ignition accelerator, such as hydrogen. Because the engine is a dual fuel engine, the engine may be operated in conventional fuel mode, where the engine may be operated only with conventional fuels such as ignition fluid such as fuel oil (marine diesel) or heavy fuel oil. In one embodiment, the ammonia fuel valve 50' is arranged along the cylinder liner (shown as interrupted lines) and the piston 10 passes the ammonia fuel valve 50' on its way from BDC to TDC. Before this, ammonia fuel is introduced into the cylinder liner (1) at a relatively low pressure. Therefore, the piston 10 compresses the mixture of scavenging air and fuel. Timed ignition at or near TDC is triggered by ignition fluid injection. The pressure at which fuel is injected in embodiments with the ammonia fuel valve 50' is substantially lower than the pressure at which fuel is injected in embodiments where the fuel valve 50' is located in the cylinder cover 22. Accordingly, the pressure required for the ammonia fuel supply system 30 to deliver fuel can be significantly lower and/or the pressure booster often used in the fuel valve 50 located in the cylinder cover can be avoided.

배기 밸브(4)가 개방되면, 배기가스는 실린더와 연결된 배기 덕트를 통해 배기가스 리시버(3)로 흐르고 제1 배기 도관(19)을 통해 선택적 촉매 환원(SCR) 반응기(38)를 경유하여 터보차저(5)의 터빈(6)으로 흐르며, 여기서부터 배기가스는 제2 배기 도관을 통해 이코노마이저(20)를 경유하여 배출구(21)로 그리고 대기 중으로 흘러나간다. SCR 반응기는 배출물, 특히 NOx 배출물을 감소시킨다.When the exhaust valve (4) is opened, the exhaust gases flow to the exhaust gas receiver (3) through the exhaust duct connected to the cylinder and through the first exhaust conduit (19) to the turbocharger via the selective catalytic reduction (SCR) reactor (38). It flows to the turbine (6) of the charger (5), from where the exhaust gases flow through the second exhaust duct via the economizer (20) to the outlet (21) and into the atmosphere. SCR reactors reduce emissions, especially NO x emissions.

샤프트를 통해, 터빈(6)은 공기 입구(12)를 통해 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 압축기(7)는 가압된 소기공기를 소기공기 리시버(2)로 이어지는 소기공기 도관(13)으로 전달한다. 소기공기 도관(13) 내의 소기공기는 소기공기를 냉각하기 위한 인터쿨러(14)를 통과한다.Via the shaft, the turbine 6 drives the compressor 7, from which fresh air is supplied through the air inlet 12. The compressor (7) delivers pressurized scavenging air to the scavenging air conduit (13) leading to the scavenging air receiver (2). The scavenge air in the scavenge air conduit 13 passes through an intercooler 14 to cool the scavenge air.

냉각된 소기공기는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 블로어(16)를 경유하여 통과하며, 이는 터보차저(5)의 압축기(7)가 소기공기 리시버(2)를 위한 충분한 압력을 전달하지 않을 때, 즉 엔진의 저부하 또는 부분 부하 조건에서 소기공기의 흐름을 가압한다. 더 높은 엔진 부하에서 터보차저의 압축기(7)는 충분한 압축 소기공기를 전달하여, 보조 블로어(16)는 역류-방지 밸브(15)를 통해 우회되고 전기 모터(17)는 비활성화된다.The cooled scavenging air passes via an auxiliary blower (16) driven by an electric motor (17), which prevents the compressor (7) of the turbocharger (5) from delivering sufficient pressure for the scavenging air receiver (2). When not operating, i.e. under low or partial engine load conditions, the scavenge air flow is pressurized. At higher engine loads, the compressor 7 of the turbocharger delivers enough compressed scavenging air, so that the auxiliary blower 16 is bypassed via the non-return valve 15 and the electric motor 17 is deactivated.

암모니아는 실질적으로 안정된 압력 및 온도로 암모니아 밸브(50)에 공급되고, 액상 또는 기상으로 암모니아 밸브(50)에 공급될 수 있다. 암모니아 액상은 수성 암모니아(암모니아-물 조합)일 수 있다.Ammonia is supplied to the ammonia valve 50 at a substantially stable pressure and temperature, and may be supplied to the ammonia valve 50 in liquid or gaseous form. The ammonia liquid may be aqueous ammonia (ammonia-water combination).

본 발명에 따르면, 점화유체는 공지된 관행과 관련하여 더 오랜 기간에 걸쳐 내연 엔진의 실린더의 연소실에 분사되며, 이로써 암모니아의 보다 완전한 연소가 얻어진다. 공지된 관행에 따르면, 점화유체는 암모니아 연료 연소 기간의 5 내지 10%에 해당하는 약 1도의 크랭크 각도에 걸쳐 분사된다. 그러나 본 발명에 따르면, 점화유체 시스템(40)은 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 20%의 분사 지속시간으로 점화유체를 연소실에 공급하도록 구성된다.According to the invention, the ignition fluid is injected into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine over a longer period of time in accordance with known practice, whereby a more complete combustion of the ammonia is obtained. According to known practice, the ignition fluid is injected over a crank angle of about 1 degree, corresponding to 5 to 10% of the ammonia fuel combustion period. However, according to the present invention, the ignition fluid system 40 is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration of at least 20% of the determined duration of ammonia fuel combustion.

암모니아의 보다 완전한 연소 외에도, 본 발명에 의한 추가적인 이점은 필요한 양의 점화유체가 사용되기 때문에, 점화유체의 분사를 위해 완전비율 연료유 분사 시스템(full rate fuel oil injection system)이 사용될 수 있다는 것이다. 이는 파일럿 연료유 분사 시스템이 생략될 수 있음을 의미하므로, 실린더 커버에 연료 분사 밸브를 설치하기 위한 상당한 비용 절감과 더 양호한 공간을 제공한다. 더욱이, 연료유 분사 시스템은 엔진의 모든 작동 모드에서 계속 작동하므로, 청결하게 유지된다.Besides more complete combustion of ammonia, a further advantage of the present invention is that since the required amount of ignition fluid is used, a full rate fuel oil injection system can be used for injection of the ignition fluid. This means that the pilot fuel oil injection system can be omitted, providing significant cost savings and better space for installing the fuel injection valve in the cylinder cover. Moreover, the fuel oil injection system operates continuously in all operating modes of the engine and therefore remains clean.

암모니아 및 점화유체 양쪽 모두가 동시에 연소되는 엔진 작동에 의해 가능한 한 적은 양의 CO2를 생성하기 위해서는, 점화유체의 양이 암모니아 연소를 손상시키지 않으면서 가능한 한 적게 유지되어야 한다. 그러나 일부 상황에서는, 암모니아의 완전 연소를 보장하기 위해 점화유체가 암모니아 연료 연소의 결정된 연소 지속시간의 적어도 50%, 심지어 적어도 80% 또는 적어도 95%의 분사 지속시간으로 연소실에 주입되어야 한다. 또한, 점화유체는, 결정된 암모니아 연료 연소 지속시간의 100%의 분사 지속시간으로 연소실에 주입되어야 할 수도 있다.In order to produce as little CO 2 as possible by engine operation in which both ammonia and ignition fluid are burned simultaneously, the amount of ignition fluid must be kept as low as possible without impairing ammonia combustion. However, in some situations, the ignition fluid must be injected into the combustion chamber with an injection duration of at least 50%, even at least 80% or at least 95% of the determined combustion duration of the ammonia fuel combustion to ensure complete combustion of the ammonia. Additionally, the ignition fluid may need to be injected into the combustion chamber with an injection duration of 100% of the determined ammonia fuel combustion duration.

점화유체 시스템(40)은 낮은 엔진 속도에서 약 2도의 크랭크 각도로부터 엔진 전속력(full rate engine speed)에서 약 20도의 크랭크 각도까지 증가하는 분사 지속시간으로 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성될 수 있다.The ignition fluid system 40 may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration increasing from a crank angle of approximately 2 degrees at low engine speeds to a crank angle of approximately 20 degrees at full rate engine speed.

점화유체 시스템은 점화유체를 분사 지속시간 동안 연속적으로 또는 간헐적으로 연소실에 공급하도록 구성될 수 있다. 점화유체 시스템이 간헐적 분사를 위해 구성되는 경우, 분사 횟수는 2 내지 10회, 바람직하게는 5회 분사로 사전에 결정될 수 있거나, 또는 연소 성능 및 그에 따른 암모니아의 연소를 나타내는 실린더 압력과 같은, 다양한 엔진 작동 파라미터들을 모니터링하는 제어 시스템에 의해 결정될 수 있고 가변적일 수 있다.The ignition fluid system may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber continuously or intermittently during the injection duration. If the ignition fluid system is configured for intermittent injection, the number of injections may be predetermined to be from 2 to 10 injections, preferably 5 injections, or may be determined by various parameters, such as cylinder pressure, which dictates combustion performance and thus combustion of ammonia. It may be determined and variable by a control system that monitors engine operating parameters.

점화유체 시스템은, 연료유와 같은 점화유체 단독으로 작동되는 경우의, 전속력(full speed rate)에 필요한 양의 5 내지 50%, 바람직하게는 15 내지 40%, 가장 바람직하게는 25 내지 35% 범위의 양으로, 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성될 수 있다.The ignition fluid system ranges from 5 to 50%, preferably 15 to 40%, and most preferably 25 to 35% of the amount required for full speed rate when operated with ignition fluid such as fuel oil alone. It may be configured to supply ignition fluid to the combustion chamber in an amount of .

암모니아 연료 시스템은 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 95%의 양으로 연소실에 암모니아를 공급하도록 구성될 수 있다. 암모니아 연료 시스템의 크기를 줄이면 그에 따라 비용도 줄어든다.The ammonia fuel system may be configured to supply ammonia to the combustion chamber in an amount of at least 60%, preferably at least 70%, and most preferably at least 95%. Reducing the size of the ammonia fuel system also reduces costs accordingly.

Claims (10)

대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진으로서,
상기 엔진은 엔진 내에서의 연소를 위한 연료로서 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두로 작동되는 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 상기 엔진은:
- 내부에서 왕복운동하는 피스톤(10)과 실린더 라이너(1)를 갖춘 적어도 하나의 실린더 및 상기 실린더를 덮는 실린더 커버(22),
- 상기 왕복운동하는 피스톤(10)과 상기 실린더 커버(22)와의 사이에서 상기 실린더 내부에 형성되는 연소실,
- 상기 실린더 커버(22) 또는 상기 실린더 라이너(1)에 배열된 적어도 하나의 암모니아 연료 밸브(50)에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30), 및
- 상기 실린더 커버(22) 또는 상기 실린더 라이너(1)에 배열된 적어도 하나의 점화 액체 밸브(50)에 가압된 점화유체를 공급하도록 구성된 점화유체 시스템(40)
을 포함하며,
상기 점화유체 시스템(40)은 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 20%의 분사 지속시간으로 상기 연소실에 점화유체를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
A large turbocharged two-stroke Uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine,
The engine has at least one mode of operation operating with both ammonia and an ignition fluid such as fuel oil as fuel for combustion within the engine, wherein the engine:
- at least one cylinder with an internally reciprocating piston (10) and a cylinder liner (1) and a cylinder cover (22) covering the cylinder,
- A combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston (10) and the cylinder cover (22),
- an ammonia fuel system (30) configured to supply pressurized ammonia to at least one ammonia fuel valve (50) arranged on the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1), and
- an ignition fluid system (40) configured to supply pressurized ignition fluid to at least one ignition fluid valve (50) arranged on the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1)
Includes,
The engine according to claim 1, wherein the ignition fluid system (40) is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration of at least 20% of the determined duration of ammonia fuel combustion.
청구항 1에 있어서,
상기 점화유체 시스템(40)은 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 80%, 가장 바람직하게는 적어도 95%의 분사 지속시간으로 점화유체를 상기 연소실에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
In claim 1,
The ignition fluid system (40) is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration of at least 50%, preferably at least 80%, and most preferably at least 95% of the determined duration of ammonia fuel combustion. Featured engine.
청구항 1에 있어서,
상기 점화유체 시스템(40)은 낮은 엔진 속도에서 2도의 크랭크 각도로부터 엔진 전속력(full rate engine speed)에서 20도의 크랭크 각도까지 증가하는 분사 지속시간으로 점화유체를 상기 연소실에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
In claim 1,
The ignition fluid system 40 is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber with an injection duration increasing from a crank angle of 2 degrees at low engine speeds to a crank angle of 20 degrees at full rate engine speed. engine that does.
청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
상기 점화유체 시스템(40)은 분사 지속시간에 걸쳐 연속적으로 점화유체를 상기 연소실에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
The method of claim 1, 2 or 3,
The engine, characterized in that the ignition fluid system (40) is configured to continuously supply ignition fluid to the combustion chamber over the injection duration.
청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
상기 점화유체 시스템(40)은 분사 지속시간 동안 간헐적으로 점화유체를 상기 연소실에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
The method of claim 1, 2 or 3,
The ignition fluid system (40) is configured to intermittently supply ignition fluid to the combustion chamber during the injection duration.
청구항 5에 있어서,
상기 점화유체 시스템(40)은 간헐적 분사를 위해 구성되며,
분사 횟수는 2 내지 10회 분사, 바람직하게는 5회 분사로 사전에 결정되거나, 또는
연소 성능 및 그에 따른 암모니아의 연소를 나타내는 실린더 압력과 같은 다양한 엔진 작동 파라미터들을 모니터링하는 제어 시스템에 의해 결정되고 가변적인 것을 특징으로 하는 엔진.
In claim 5,
The ignition fluid system 40 is configured for intermittent injection,
The number of injections is predetermined from 2 to 10 injections, preferably 5 injections, or
An engine characterized by variable and determined by a control system that monitors various engine operating parameters, such as cylinder pressure, which indicates combustion performance and thus combustion of ammonia.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 점화유체 시스템(40)은, 연료유와 같은 점화유체로만 작동되는 경우의, 전속력(full speed rate)에 필요한 양의 5 내지 50%, 바람직하게는 15 내지 40%, 가장 바람직하게는 25% 내지 35%의 범위의 양으로 점화유체를 상기 연소실에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
The method of any one of claims 1 to 6,
The ignition fluid system 40 is 5 to 50%, preferably 15 to 40%, and most preferably 25% of the amount required for full speed rate when operated only with ignition fluid such as fuel oil. An engine characterized in that it is configured to supply ignition fluid to the combustion chamber in an amount ranging from 35% to 35%.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 상기 엔진의 전속력(full speed) 작동에 필요한 연료의 양의 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 95%의 양으로 암모니아를 상기 연소실에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
The method of any one of claims 1 to 7,
The ammonia fuel system 30 supplies ammonia to the combustion chamber in an amount of at least 60%, preferably at least 70%, and most preferably at least 95% of the amount of fuel required for full speed operation of the engine. An engine characterized in that it is configured to do so.
대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 압축점화 내연 엔진을 작동하는 방법으로서,
상기 엔진은 엔진 내에서의 연소를 위한 연료로서 연료유와 같은 점화유체 및 암모니아 양쪽 모두로 작동되는 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 상기 엔진은:
- 내부에서 왕복운동하는 피스톤(10)과 실린더 라이너(1)를 갖춘 적어도 하나의 실린더 및 상기 실린더를 덮는 실린더 커버(22),
- 상기 왕복운동하는 피스톤(10)과 상기 실린더 커버(22)와의 사이에서 상기 실린더 내부에 형성되는 연소실,
- 상기 실린더 커버(22) 또는 상기 실린더 라이너(1)에 배열된 적어도 하나의 암모니아 연료 밸브(50)에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30), 및
- 상기 실린더 커버 또는 상기 실린더 라이너(1)에 배열된 적어도 하나의 점화 액체 밸브에 가압된 점화유체를 공급하도록 구성된 점화유체 시스템(40)
을 포함하며,
상기 점화유체는 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 20%의 분사 지속시간으로 상기 연소실에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
A method of operating a large turbocharged two-stroke Uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine, comprising:
The engine has at least one mode of operation operating with both ammonia and an ignition fluid such as fuel oil as fuel for combustion within the engine, wherein the engine:
- at least one cylinder with an internally reciprocating piston (10) and a cylinder liner (1) and a cylinder cover (22) covering the cylinder,
- A combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston (10) and the cylinder cover (22),
- an ammonia fuel system (30) configured to supply pressurized ammonia to at least one ammonia fuel valve (50) arranged on the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1), and
- an ignition fluid system (40) configured to supply pressurized ignition fluid to at least one ignition fluid valve arranged in the cylinder cover or in the cylinder liner (1)
Includes,
wherein the ignition fluid is supplied to the combustion chamber with an injection duration of at least 20% of the determined duration of ammonia fuel combustion.
청구항 9에 있어서,
점화유체는 암모니아 연료 연소의 결정된 지속시간의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 80%, 가장 바람직하게는 적어도 95%의 분사 지속시간으로 상기 연소실에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
In claim 9,
characterized in that the ignition fluid is supplied to the combustion chamber with an injection duration of at least 50%, preferably at least 80%, most preferably at least 95% of the determined duration of ammonia fuel combustion.
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