KR101099675B1 - Large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type - Google Patents

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헨릭 윌라즈 호우만 크리스텐센
니엘즈 비트펠트 라스무쎈
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맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
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Abstract

A large uniflow two-stroke diesel engine (1) of the crosshead type with a plurality of cylinders with at least one exhaust valve (11) per cylinder and one or more fuel injectors per cylinder. The fuel injection is performed under the influence of a source of high pressure fluid. Potential energy is accumulated by compression in a volume (67) of the high pressure fluid. Electro-hydraulic valves (41) control the fuel injection that is primarily driven by energy accumulated in the volume of high pressure. The engine has a camshaft (28) for actuation of the exhaust valves (11). Hydraulic piston pumps (37) are driven by the cams (29) on the camshaft (28). Hydraulic actuators (21) move the exhaust valves in the opening direction with hydraulic fluid received via conduits (35) from the hydraulic piston pumps.

Description

크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진{Large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type}Large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type}

본 발명은 크로스 헤드(cross head) 유형의 대형의 저속 작동 유니 플로우 2행정 디젤 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 분사와 배기 밸브들의 작동에 관련된 엔진 구성 요소들에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to large, low speed, operational uni-flow two-stroke diesel engines of the cross head type, and more particularly to engine components related to the operation of fuel injection and exhaust valves.

크로스 헤드 유형의 대형 2행정 디젤 엔진은 전형적으로 선박 추진용과, 발전소의 원동기(prime mover)로 사용된다. 이러한 엔진들은 얇은 크기 때문만이 아니라 다른 내연기관들과 다르게 제조된다. 2행정 원리와 50℃에서 700 cSt에 이르는 점성도를 갖는 중질유(heavy fuel oil)(실온에서 기름이 흐르지 않는다)의 사용은 엔진의 세계에서 그 자체의 범주를 만든다.Large two-stroke diesel engines of the crosshead type are typically used for ship propulsion and as prime movers of power plants. These engines are manufactured differently from other internal combustion engines, not only because of their thin size. The use of two-stroke principle and heavy fuel oil (no oil flows at room temperature) with a viscosity of up to 700 cSt at 50 ° C makes its own category in the engine world.

이러한 유형의 많은 상용 엔진들에서, 배기 가스 밸브들과 연료 분사 시스템은 엔진 크랭크축에 직접 연결된 회전 캠으로 구동된다. 2행정 엔진들은 실린더들로의 공기 유입을 제어하기 위해 소기 포트들(scavenge ports)을 이용하며, 유입 타이밍(timing)은 크랭크 각도(crank angle)에 정확하게 연결된다. In many commercial engines of this type, the exhaust gas valves and the fuel injection system are driven by a rotary cam directly connected to the engine crankshaft. Two-stroke engines use scavenge ports to control the air inlet into the cylinders, and the inlet timing is precisely connected to the crank angle.

이러한 유형의 엔진의 연료 소모와, 신뢰도(reliability)와, 동력 출력의 필요 조건은 매우 높다. 최근, 환경적인 필요 조건들은 배기 가스 방출의 감소의 요구에 이르렀다. 때로는 모순되는 이러한 필요 조건들을 충족시키기 위해서는 상용의 회전 캠 구동 배기 밸브들과 연료 분사기들에 대조적으로 개방 및 폐쇄 타이밍의 완전하고도 유연한 제어와 개방의 정도 뿐만 아니라 연료 분사 타이밍(fuel injection timing)과 분사량에 대한 유연한 제어가 필수적인 것으로 여겨진다. The fuel consumption, reliability and power output requirements of this type of engine are very high. Recently, environmental requirements have come to the demand for a reduction in exhaust gas emissions. To meet these sometimes contradictory requirements, fuel injection timing and fuel injection timing, as well as full and flexible control of the opening and closing timing and the degree of opening, as opposed to commercial rotary cam driven exhaust valves and fuel injectors, Flexible control over the injection volume is considered essential.

크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은 MAN B&W Diesel®의 MC-C 시리즈의 형태로 알려져 있다. 이러한 엔진에는, 엔진의 길이 방향을 따라 캠축 하우징 내에서 연장하는 캠축이 마련된다. 캠축에는 연료 분사용 캠들과 배기 밸브 작동용 캠들이 마련된다.The large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type is known as the MC-C series of MAN B & W Diesel®. Such an engine is provided with a camshaft extending in the camshaft housing along the longitudinal direction of the engine. The camshaft is provided with fuel injection cams and exhaust valve actuating cams.

캠축 위에는 각 실린더를 위한 하나의 연료 캠이 존재한다. 각각의 연료 캠은 각각의 엔진 실린더 내의 연료의 양의 조정을 위한 가변 용량을 갖는 피스톤 유형의 연료 펌프(하나의 피스톤 펌프는 각 실린더에 대응한다)에 작용한다. 피스톤 펌프들의 출구는 관련된 실린더와 연결된 분사기들의 입구에 고압 통로를 통해 연결된다. 분사율 조절(rate shaping)(예를 들어, 엔진 주기 내에서 한 주기의 시간 동안 분사되는 연료의 양이나 압력의 형태(profile) 및 시기(timing))은, 캠의 윤곽과 분사기의 특성에 의해서만 가능하며, 캠의 윤곽과 분사기의 특성은 모두 엔진이 제조된 이후에는 용이하게 변경될 수 없다.On the camshaft there is one fuel cam for each cylinder. Each fuel cam acts on a piston type fuel pump (one piston pump corresponds to each cylinder) with a variable capacity for adjustment of the amount of fuel in each engine cylinder. The outlet of the piston pumps is connected via a high pressure passage to the inlet of the injectors connected with the associated cylinder. Rate shaping (e.g., the amount and pressure profile of fuel injected over a period of time in an engine cycle, depends only on the profile of the cam and the characteristics of the injector). It is possible, and both the contour of the cam and the characteristics of the injector cannot be easily changed after the engine is manufactured.

캠축 위에는 각 실린더에 하나의 배기 캠(exhaust cam)이 존재한다. 배기 캠들은 이른바 유압 푸쉬 로드(hydraulic push rod)에 작용한다. 배기 밸브의 개방 형태(opening profile), 예를 들어 배기 밸브의 개방의 타이밍과, 배기 밸브의 폐쇄의 타이밍과 배기 밸브의 개방의 연장은 모두 엔진이 제조되는 동안 고정되며, 그 이후 쉽게 변경될 수 없다.On the camshaft there is one exhaust cam in each cylinder. Exhaust cams act on so-called hydraulic push rods. The opening profile of the exhaust valve, for example the timing of the opening of the exhaust valve, the timing of the closing of the exhaust valve and the extension of the opening of the exhaust valve are all fixed while the engine is being manufactured and can easily be changed thereafter. none.

원형 선박에서 작동되는 대형 2행정 디젤 엔진들에 적용되는 배기량 필요 조건들은, IMO 라는 명칭의 국제 기구에 의해 결정된다. 나아가 지역의 당국들이 지역의 요구 사항을 규정할 수도 있다. 이러한 배기량 필요 조건들은 계속해서 더욱 제한적이 되고 있으나, 언제나 충분히 예측 가능한 방식에 의하지는 않는다. 허용되는 배기량 수준은 물가(shore)까지의 거리에 따른다. 그러므로 해안선에서의 작동과 비교하여 개방된 바다에서는 엔진이 더 높은 배기량 수준으로 작동하도록 허용될 수 있다.The displacement requirements applied to large two-stroke diesel engines operating in circular vessels are determined by an international organization named IMO. In addition, local authorities may define local requirements. These displacement requirements continue to be more limited, but not always in a sufficiently predictable manner. The allowable displacement level depends on the distance to the shore. Thus, in open waters compared to operation at shoreline, the engine can be allowed to operate at higher displacement levels.

현재와 미래의 배기량 수준을 충족시키기 위해서, 20세기의 80년대와 90년대 동안에 전자적으로 제어되는 엔진이 개발되었다.To meet current and future emissions levels, electronically controlled engines were developed during the 80s and 90s of the 20th century.

MAN B&W Diesel A/S®에 의한 ME 엔진 범위는, 전자-유압적으로 제어되는 배기 밸브들과 전자-유압적으로 구동되는 연료 분사를 갖는 크로스헤드 유형의 대형 2행정 디젤 엔진들이다. 유압 시스템은 엔진 윤활 시스템으로부터의 오일에 의해 작동된다. 윤활 오일 시스템은 3 내지 4 바(bar)의 낮은 압력 펌프로 작동된다. 고압 유형의 다른 펌프는 약 200 바(bar)로 커먼 레일(common rail)에 윤활 오일을 공급한다. 커먼 레일로부터의 윤활 오일은 유압 밸브를 통해 커먼 레일 내의 200 바의 압력을 연료 라인 내에서 필요한 800 내지 1000 바로 상승시키는 연료 오일 부스터(fuel oil booster)로 향한다. 연료 라인은 연료 오일이 흐를 수 있고 적절한 점성(viscosity)을 갖도록 하기 위해 가열된다. 커먼 레일로부터의 윤활 오일은 배기 밸브를 작동시키기 위해 타이밍 밸브(timing valve)에 의해 유압 배기 밸브 액추에이터로 향한다.The ME engine range by MAN B & W Diesel A / S® is large two-stroke diesel engines of the crosshead type with electro-hydraulic controlled exhaust valves and electro-hydraulic driven fuel injection. The hydraulic system is operated by oil from the engine lubrication system. The lubrication oil system is operated with a low pressure pump of 3 to 4 bar. Another pump of the high pressure type supplies about 200 bar of lubricating oil to the common rail. Lubricating oil from the common rail is directed through a hydraulic valve to a fuel oil booster that raises the pressure of 200 bar in the common rail to the required 800-1000 bar in the fuel line. The fuel line is heated to ensure that the fuel oil can flow and have adequate viscosity. Lubricating oil from the common rail is directed to the hydraulic exhaust valve actuator by a timing valve to operate the exhaust valve.

연료 시스템은 유압 유체(hydraulic fluid)를 이용하는데, 이러한 엔진에서 유압 유체는 윤활 오일과 동일하게 고압의 고압 연료(중질유)를 분사기들(injectors)로 공급하는 압력 부스터(pressure booster)를 구동하는 유압 동력 시스템으로부터 나온다. 실린더마다 하나의 유압 부스터가 마련된다. 압력 부스터의 고압 측은 연료를 약 800 내지 1000 바의 필요한 수준으로 가압한다. 전자적으로 제어되는 유압 비례 밸브들은 분사되는 연료의 분사율 조절(rate shaping)과 타이밍(timing)을 허용한다. 그러므로 분사율 조절과 타이밍이 엔진이 제조된 훨씬 이후에도 매우 쉬우며, 부하나 운행 속도(running speed)와 같은 변화하는 조건들에 직접적으로 응답하여 엔진 작동 중에도 적용될 수 있다.The fuel system uses hydraulic fluid, in which the hydraulic fluid drives a pressure booster that supplies high pressure, high pressure fuel (heavy oil) to the injectors, just like lubricating oil. Comes from the power system. One hydraulic booster is provided for each cylinder. The high pressure side of the pressure booster pressurizes the fuel to the required level of about 800 to 1000 bar. Electronically controlled hydraulic proportional valves allow rate shaping and timing of the injected fuel. Therefore, injection rate adjustment and timing are very easy even after the engine is manufactured, and can be applied during engine operation in direct response to changing conditions such as load or running speed.

유압 실린더 유형의 액추에이터가 배기 밸브들의 각각에 장착되며, 전자 제어 밸브를 통해 고압의 유압 공급 시스템으로부터 고압 유압 매체를 공급 받는다. 배기 밸브는 가스 스프링(gas spring)에 의해 폐쇄 방향으로 가압된다. 배기 밸브의 개방 운동과 배기 밸브의 폐쇄 운동의 타이밍뿐만 아니라 배기 밸브의 개방의 연장도 전자 제어 밸브에 의해 제어될 수 있다. 따라서 엔진이 제조된 훨씬 이후에도 배기 밸브 타이밍과 개방의 연장을 변화시키는 것이 매우 용이하다.An actuator of the hydraulic cylinder type is mounted to each of the exhaust valves, and is supplied with the high pressure hydraulic medium from the high pressure hydraulic supply system through the electronic control valve. The exhaust valve is pressed in the closing direction by a gas spring. The timing of the opening of the exhaust valve as well as the timing of the opening of the exhaust valve and the closing movement of the exhaust valve can be controlled by the electronic control valve. It is thus very easy to change the exhaust valve timing and extension of the opening even after the engine is manufactured.

연료 분사와 배기 밸브 작동 모두는 적절한 소프트웨어를 구비한 프로그램 가능한 제어기에 의해 제어된다.Both fuel injection and exhaust valve operation are controlled by a programmable controller with appropriate software.

그러므로 전자적으로 제어되는 유형의 엔진은, 엔진 설정에 있어서 엔진에 부과되는 다양하고 빈번한 모순되는 필요 조건들을 충족시키는 것을 더 용이하도록 만드는 큰 자유도를 갖는다. 이러한 엔진들의 조작자들(operators)은 낮은 제조 비용으로 높은 특정한 출력과, 높은 연료 효율과, 높은 신뢰성을 요구한다. 배기량 필요 조건들은 종종 최대 연소 압력 및 온도와, 연료 효율과 동력 출력을 증가시키는 다른 요인들을 제한한다. 이는 이러한 유형의 엔진들을 개발하는 엔지니어들에게 이러한 엔진을 위한 최적의 작동 설정들을 결정하는 업무를 큰 노력이 필요한 것으로 만든다. 엔진 설정에서의 증가된 자유도와, 엔진 작동 중에 또는 엔진의 수명 동안의 이러한 엔진 설정들을 변화시킴에 있어서 증가된 유연성은 캠 축 엔진에 비교해 전자적으로 제어되는 엔진에 상당한 장점을 부여한다.Therefore, an electronically controlled type of engine has great freedom to make it easier to meet the various and frequently contradictory requirements imposed on the engine in engine setup. The operators of these engines require high specific power, high fuel efficiency and high reliability at low manufacturing costs. Displacement requirements often limit the maximum combustion pressure and temperature and other factors that increase fuel efficiency and power output. This requires engineers to develop these types of engines to determine the optimal operating settings for these engines. Increased freedom in engine configuration and increased flexibility in changing these engine settings during engine operation or during engine life offer significant advantages over electronically controlled engines over camshaft engines.

그러나 전자 제어 연료 분사 및 배기 밸브 구동의 설치 비용은 상대적으로 높고, 엔진 크기에 상대적으로 독립적이다. 이 점은 이러한 구성 요소들을 위한 비용이, 증가하는 엔진 크기와 함께 이러한 엔진들의 대부분의 구성 요소들에 대하여 비용이 일반적으로 증가하는 일반적인 양식을 따르지 않는다는 것을 의미한다. 사실상 이점은, 이러한 엔진들 중 약 6 cm 미만의 피스톤 직경을 갖는 작은 것들은 전자 연료 분사 및 배기 밸브 구동 시스템이 장착될 때 캠축 작동 모델에 대비하여 상당히 더 비싸지만, 약 90 cm 를 넘는 피스톤 직경을 갖는 매우 많은 이러한 엔진들이 전자 제어 연료 분사 및 배기 시스템으로 구성하기에 덜 비싸다는 것을 의미한다.However, the installation cost of electronically controlled fuel injection and exhaust valve drive is relatively high and relatively independent of engine size. This means that the cost for these components does not follow the general pattern of increasing costs for most components of these engines with increasing engine size. In effect, the smaller of these engines with a piston diameter of less than about 6 cm are significantly more expensive for the camshaft operating model when equipped with an electronic fuel injection and exhaust valve drive system, but with a piston diameter of greater than about 90 cm. This means that so many such engines are less expensive to configure with electronically controlled fuel injection and exhaust systems.

작은 구멍의 엔진들을 위한 경쟁력 있고 낮은 제조 비용은, 시장에서의 성공에 최고로 중요하다. 그러므로 상용의 캠 축 엔진들과 경쟁할 수 있는 가격 수준에서 출력과, 연료 소비와, 신뢰성과, 배기량 제한 조건들을 충족시키기 위한 작동 조건들의 유연성과 필수 자유도를 제공하는 약 60 cm 미만의 피스톤 직경을 갖는 대형 2행정 디젤 엔진들에 대한 요구가 존재한다. Competitive, low manufacturing costs for small-bore engines are paramount to market success. Therefore, at a price level that can compete with commercial camshaft engines, piston diameters of less than about 60 cm provide power, fuel consumption, reliability, and flexibility in operating conditions to meet displacement constraints and the necessary degrees of freedom. There is a need for large two-stroke diesel engines having.

이러한 관점에서, 대형 2행정 디젤 엔진들을 위한 전자 연료 제어 시스템과 연관된 유압 시스템의 신뢰성을 향상시킬뿐만 아니라 비용과 복잡성을 감소시키는 것에 대한 수요도 존재한다. In this respect, there is a need to improve the reliability of hydraulic systems associated with electronic fuel control systems for large two-stroke diesel engines as well as to reduce cost and complexity.

이와 같은 배경에서, 본 발명의 목적은 상기 표시된 요구를 충족시킬 수 있는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우(uniflow) 2행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.In this context, it is an object of the present invention to provide a large uniflow two-stroke diesel engine of the cross head type that can meet the needs indicated above.

이러한 목적은, 청구항 1에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 분사기들과, 고압 유체의 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적과, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 상기 체적은 실런더들 옆에서 엔진을 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함되며, 상기 공급 통로는 상기 체적 내에서 저장될 수 있는 위치 에너지의 양을 증가시키기 위해 확대된 체적을 갖는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 연료 분사는 상기 체적 내에 축적된 에너지에 의해 주로 구동되며, 연료 분사는 상기 적어도 하나의 유압 밸브에 의해 제어되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성된다. '주로' 구동된다는 것은 연료 분사가 축정된 에너지에 의 구동되는 것외에 다른 추가적인 수단에 의해서도 구동될 수 있다는 것을 의미한다.This object is a large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type according to claim 1, comprising: a plurality of cylinders having at least one exhaust valve per cylinder, one or more injectors per cylinder, a source of high pressure fluid, And a volume of said high pressure fluid in which potential energy is accumulated by compression, and at least one electronically controlled hydraulic valve, said volume being contained in a supply passage extending along the engine next to the cylinders, said supply passage being Having a plurality of compression chambers having an enlarged volume to increase the amount of potential energy that can be stored in the volume, fuel injection is driven primarily by the energy accumulated in the volume, and fuel injection is carried out by the at least one Controls a large uniflow two-stroke diesel engine of crosshead type, controlled by a hydraulic valve By is achieved. 'Mainly driven' means that fuel injection can be driven by additional means besides being driven by stored energy.

본 출원의 발명자들은 전자 제어 엔진의 장점이 연료 분사의 측면을 향하게 되도록 실현하였다. 전자 연료 분사는 최적의 엔진 작동 변수들을 결정하는 것과, 또한 현재의 배기량 필요 조건들을 충족시키는 측면에서 상당한 정도의 유연성을 제공하며, 엔진 수명의 후반 단계 동안에 엔진이 따라야 할 수 있는 미래의 배기량 필요 조건에 대해서 유연하다. 유압 압력을 배기 밸브 구동 시스템으로부터 분리시키는 것은 연료 분사 압력을 더 자유롭게 선택하도록 하여, 이로 인해 모든 조건 하에서 이상적인 분사 압력을 얻을 가능성을 향상시킨다. 나아가, 현재 이용 가능한 전자 제어 배기 밸브 구동 시스템들은 상당한 양의 유압 동력을 사용하며, 이로 인해 엔진의 전체 연료 효율을 악화시킨다.The inventors of the present application have realized that the advantages of the electronically controlled engine are directed towards the side of fuel injection. Electronic fuel injection provides a great deal of flexibility in determining optimal engine operating parameters and also in meeting current displacement requirements, and allows for future displacement requirements that the engine may follow during the later stages of engine life. Flexible about Separating the hydraulic pressure from the exhaust valve drive system allows more free choice of fuel injection pressure, thereby improving the likelihood of obtaining the ideal injection pressure under all conditions. Furthermore, currently available electronically controlled exhaust valve drive systems use a significant amount of hydraulic power, which degrades the overall fuel efficiency of the engine.

배기 밸브들이 캠축 구동됨으로 인해, 전자 제어 분사와 밸브 구동을 갖는 엔진들에 비교하여 전체 유압 동력의 필요가 감소된다. 이는 전기 구동 펌프들의 형태의 산업적인 표준으로서 이용될 수 있는 작은 펌프들의 유압 동력 요구를 해결하는 것을 가능하게 한다. 이와 같은 전기 구동 펌프들은 엔진의 크랭크축으로부터의 동력 추출에 의해 구동되는 대형 유압 펌프들의 설치 비용에 비교할 때 상당한 비용 절감을 나타낸다.Due to the camshaft driven exhaust valves, the need for total hydraulic power is reduced compared to engines with electronically controlled injection and valve drive. This makes it possible to solve the hydraulic power requirements of small pumps that can be used as an industry standard in the form of electric drive pumps. Such electric drive pumps represent a significant cost savings compared to the installation cost of large hydraulic pumps driven by power extraction from the crankshaft of the engine.

고압 유체는 연료와 상이한 매체(medium)일 수 있으며, 연료로부터 분리된다. 이러한 경우, 고압 유체와 연료는 실린더 마다의 적어도 하나의 피스톤 장치에 의해 분리되고, 상기 고압 유체는 연료 분사 동안에 상기 피스톤 장치를 이동시키고, 상기 피스톤 장치는 연관된 실린더 내의 연소 챔버 내로 연료를 다시 이동시킨다. The high pressure fluid may be a different medium from the fuel and is separated from the fuel. In this case, the high pressure fluid and the fuel are separated by at least one piston device per cylinder, the high pressure fluid moves the piston device during fuel injection, and the piston device moves the fuel back into the combustion chamber in the associated cylinder. .

피스톤 장치는 압력 부스터(pressure booster)이고, 상기 피스톤 장치는 고압 유압 유체를 향하는 대형 유효 면적과 연료를 향하는 소형 유효 면적을 갖는 피스톤을 구비한다. 이는 분사 압력보다 상당히 낮은 압력에서 작동하는 유압 매체의 사용을 가능하게 한다.The piston device is a pressure booster, which has a piston having a large effective area towards the high pressure hydraulic fluid and a small effective area towards the fuel. This allows the use of hydraulic media operating at pressures considerably lower than the injection pressure.

고압 유체의 체적은 엔진의 길이를 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함될 수 있다. 공급 통로는 엔진의 길이를 따라 배치되는 복수 개의 압축 챔버들을 구비할 수 있고, 상기 압축 챔버들은 유압 유체 자체의 압축에 의해 상당한 양의 위치 에너지가 축적되게 하기 위해 상기 고압 유압 유체를 위한 확대 체적을 구비한다. 이러한 특징으로 인해 막(membrane) 유형의 어큐뮬레이터들의 사용을 피할 수 있는데, 이는 막 유형의 어큐뮬레이터들이 고장이 나는 경향이 있기 때문에 장점이다.The volume of high pressure fluid can be included in a supply passage extending along the length of the engine. The supply passage may comprise a plurality of compression chambers arranged along the length of the engine, the compression chambers having an enlarged volume for the high pressure hydraulic fluid in order to allow a significant amount of potential energy to accumulate by compression of the hydraulic fluid itself. Equipped. This feature avoids the use of membrane type accumulators, which is an advantage because membrane type accumulators tend to fail.

한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련된다.One compression chamber is provided for supplying a high pressure hydraulic fluid to a pair of neighboring cylinders.

엔진은 캠축과 상기 공급 통로가 수용되는 캠축 하우징을 구비한다. 따라서 손상으로부터 보호되는 장소에 공급 통로가 수용되며, 캠축 하우징은 고압 유체로 채워진 공급 통로의 폭발로부터 공급 통로의 근처에 있는 사람들을 보호한다.The engine has a camshaft and a camshaft housing in which the supply passage is accommodated. The feed passage is thus accommodated in a place protected from damage, and the camshaft housing protects people near the feed passage from explosions of the feed passage filled with high pressure fluid.

압축 챔버들은 적어도 부분적으로 상기 캠축 하우징 내에 배치된다. 그러므로 압축 챔버들은 엔진을 간섭하지 않는다.Compression chambers are at least partially disposed within the camshaft housing. Therefore, the compression chambers do not interfere with the engine.

압축 챔버들은 상기 캠축 하우징과 하나의 벽의 적어도 일부를 공유함으로써, 엔진 제조를 위한 소재의 양이 감소된다.Compression chambers share at least a portion of one wall with the camshaft housing, thereby reducing the amount of material for engine manufacture.

압축 챔버들이 수명 기간 동안에 노출되는 고압의 변동하는 압력을 견디도록 하기 위하여, 압축 챔버들은 금속 고체 블록에 구멍을 가공하여 형성된다.In order to allow the compression chambers to withstand the high pressure fluctuating pressure that is exposed during their lifetime, the compression chambers are formed by drilling holes in the metal solid block.

고압 유체의 공급원은 하나 이상의 전기 구동 고압 펌프들일 수 있다. 연료 시스템을 위한 별도의 시동 펌프들이 존재할 필요가 없으므로, 전기 구동 고압 펌프들의 이용은 엔진 시동을 용이하게 한다.The source of high pressure fluid may be one or more electrically driven high pressure pumps. Since there is no need for separate starting pumps for the fuel system, the use of electrically driven high pressure pumps facilitates engine starting.

하나의 유압 밸브는 둘 이상의 엔진 실린더들로의 연료 분사를 제어한다. 이로 인해 엔진을 제조하기 위해 필요한 전자 제어 유압 밸브들의 개수가 감소된다. 필요한 제어 용량의 이와 같은 감소는 크기에 의존하지 않는 비용에 민감한 작은 엔진들을 위해 특별히 적절하다.One hydraulic valve controls fuel injection to two or more engine cylinders. This reduces the number of electronically controlled hydraulic valves required to manufacture the engine. This reduction of the required control capacity is particularly suitable for cost sensitive small engines that do not depend on size.

일실시예에 따르면, 고압 유압 유체는 연료이다. 이러한 실시예에 있어서, 고압 유압 유체의 체적은 커먼 레일(common rail) 내에 포함될 수 있다. According to one embodiment, the high pressure hydraulic fluid is a fuel. In this embodiment, the volume of the high pressure hydraulic fluid can be included in a common rail.

분사를 제어하기 위해 사용되는 유압 밸브들은 비례 밸브들(proportional valves)일 수 있다. 유압 밸브들은 하나 이상의 상기 컴퓨터들에 의해 제어된다. 하나 이상의 컴퓨터들은 연료 분사의 타이밍(timing) 및 분사율 조절(rate shape) 중 적어도 하나를 엔진의 작동 조건들에 맞추도록 형성된다. 이러한 특징들은 동력 출력과, 신뢰성과, 응답성과, 배기량들에 대한 엔진 성능을 최적화시키는 것을 용이하게 한다.Hydraulic valves used to control the injection may be proportional valves. Hydraulic valves are controlled by one or more of the computers. One or more computers are configured to match at least one of the timing and rate shape of fuel injection to the operating conditions of the engine. These features make it easy to optimize power output, reliability, responsiveness and engine performance for displacements.

하나 이상의 상기 컴퓨터들은 엔진 부하가 감소할 때 연료 분사의 타이밍을 전진시키도록 형성된다. 그러므로 낮은 부하 조건하에서 최대 연소 압력이 높은 수준으로 유지될 수 있다.One or more of the computers are configured to advance the timing of fuel injection when the engine load is reduced. Therefore, under low load conditions, the maximum combustion pressure can be maintained at a high level.

연료 분사의 속도는 요구되는 분사 형태를 얻기 위해 연료 분사 동안에 변조될 수 있다(modulated). 이러한 특징은 엔진 설정에서의 자유도를 증가시킴으로써, 동력 출력과, 신뢰성과, 응답성과, 배기량의 측면에서 엔진 성능을 최적화시키는 것을 용이하게 한다.The speed of fuel injection can be modulated during fuel injection to obtain the desired injection type. This feature makes it easy to optimize engine performance in terms of power output, reliability, responsiveness and displacement by increasing the degree of freedom in engine setting.

엔진은 하나 이상의 상기 컴퓨터들에 의해 또한 제어되는 실린더 윤활 시스템을 더 구비한다. 이와 같은 경우, 고압 유압 유체는 또한 상기 실린더 윤활 시스템을 구동할 수 있다. 전자 제어 실린더 윤활 시스템은 사용되는 연료의 질의 변화에 대한 신속한 적응을 가능하게 한다. 이로 인해 엔진이 높은 품질의 연료(예를 들어, 낮은 황 함량을 갖는 연료)로 작동될 때에 연료 소모 다음으로 두 번째로 많은 가변적인 구동 비용의 상당한 양이 절감될 수 있다.The engine further includes a cylinder lubrication system that is also controlled by one or more of the computers. In such a case, the high pressure hydraulic fluid can also drive the cylinder lubrication system. The electronically controlled cylinder lubrication system allows for quick adaptation to changes in the quality of the fuel used. This can save a significant amount of the second most variable driving cost after fuel consumption when the engine is operated with high quality fuel (eg, fuel with a low sulfur content).

유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍에 앞서 배기 밸브의 복귀 행정을 배기 밸브가 시작하도록 허용하기 위해 전자 제어 밸브 수단에 의해 감압될 수 있다. 그러므로 배기 밸브 구동에서의 약간의 유연성을 얻어, 엔진 작동 설정에서의 자유도의 정도를 증가시키는 것을 가능하게 한다. The high pressure passage connecting the hydraulic piston pump to the valve actuator can be depressurized by electronic control valve means to allow the exhaust valve to start the return stroke of the exhaust valve prior to the return stroke timing defined by each cam of the camshaft. . Thus, some flexibility in exhaust valve drive is obtained, making it possible to increase the degree of freedom in the engine operating setting.

유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정의 타이밍 이후까지 복귀 행정을 지연시키기 위해, 전자 밸브 수단에 의해 선택적으로 차단될 수 있다. 따라서 배기 밸브 구동에서의 약간의 유연성을 얻어, 엔진 작동 설정에서의 자유도의 크기를 증가시킨다. 하나 이상의 컴퓨터들은 엔진의 작동 조건들과 관련되어 배기 밸브의 폐쇄의 전진된 타이밍이나 지연된 타이밍을 제어하도록 형성될 수 있다.The high pressure passage connecting the hydraulic piston pump to the valve actuator can be selectively shut off by the solenoid valve means to delay the return stroke until after the timing of the return stroke defined by each cam of the camshaft. This gives some flexibility in driving the exhaust valve, thus increasing the amount of freedom in the engine operating setting. One or more computers may be configured to control the advanced or delayed timing of the closing of the exhaust valve in relation to the operating conditions of the engine.

캠축은 크랭크축의 각도 위치에 상대적으로 각도 위치를 조정하기 위한 기구를 구비할 수 있고, 상기 기구는 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 변동시키기 위해 하나 이상의 상기 컴퓨터들에 의해 제어될 수 있다. 그러므로 배기 밸브 구동에 있어서의 약간의 유연성을 얻어, 엔진 작동 설정에서의 자유도의 크기를 증가시키는 것을 가능하게 한다.The camshaft may have a mechanism for adjusting the angular position relative to the angular position of the crankshaft, which mechanism may be controlled by one or more of the computers to vary the timing of opening and closing of the exhaust valves. Thus, some flexibility in driving the exhaust valve is obtained, making it possible to increase the magnitude of the degree of freedom in the engine operation setting.

본 발명의 다른 목적은 유압 시스템을 구비하여 제조하기에 덜 비싼 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다. 이러한 목적은 청구항 25에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 내부에 배치된 배기 밸브들을 구동하기 위한 캠축을 갖는 캠축 하우징과, 공급 통로를 통해 엔진의 길이를 따라 배치된 유체 구동 엔진 구성 요소들에 고압 유체를 공급하는 고압 유압 시스템을 구비하고, 상기 공급 통로는 상기 캠축 하우징의 내부에 배치되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성된다.Another object of the present invention is to provide a large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type which is less expensive to manufacture with a hydraulic system. This object is a large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type according to claim 25, comprising a camshaft housing having a plurality of cylinders having at least one exhaust valve per cylinder and a camshaft for driving exhaust valves disposed therein. And a high pressure hydraulic system for supplying high pressure fluid to fluid drive engine components disposed along the length of the engine through a supply passage, wherein the supply passage is disposed inside the camshaft housing. By providing a uniflow two-stroke diesel engine.

공급 통로가 캠축 하우징의 내부에 배치됨으로써 엔진의 직원들이 캠축 하우징의 벽들에 의해 고압 유체 통로의 파열의 위험으로부터 보호될 것이므로, 이중 벽의 공급 통로에 대한 필요가 없다.Since the supply passage is disposed inside the camshaft housing, the staff of the engine will be protected from the risk of rupture of the high pressure fluid passage by the walls of the camshaft housing, so there is no need for a double wall supply passage.

공급 통로는 고압 유체를 전자 연료 분사 시스템에 공급하기 위하여 사용될 수 있다.The supply passage can be used to supply high pressure fluid to the electronic fuel injection system.

공급 통로는 또한 전자 실린더 윤활 시스템에 고압 유체를 공급하기 위하여 사용될 수 있다.The feed passage can also be used to supply high pressure fluid to the electron cylinder lubrication system.

본 발명의 또 다른 목적은 전자 연료 분사 시스템을 구비하며 향상된 신뢰성(reliability)과 견실성(robustness)을 갖는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다. 이러한 목적은 청구항 28에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 분사기들과, 고압 유체의 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적과, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 상기 체적은 실런더들 옆에서 엔진을 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함되며, 상기 공급 통로는 상기 체적 내에 저장될 수 있는 위치 에너지의 양을 증가시키기 위해 확대된 체적을 갖는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 연료 분사는 상기 체적 내에 축적된 에너지에 의해 주로 구동되며, 연료 분사는 적어도 하나의 상기 유압 밸브에 의해 제어되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성된다.It is a further object of the present invention to provide a large uniflow two-stroke diesel engine of the cross head type having an electronic fuel injection system and having improved reliability and robustness. This object is a large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type according to claim 28, comprising: a plurality of cylinders having at least one exhaust valve per cylinder, one or more injectors per cylinder, a source of high pressure fluid, a compression And a volume of said high pressure fluid, by which potential energy is accumulated, and at least one electronically controlled hydraulic valve, said volume being contained in a supply passage extending along the engine next to cylinders, said supply passage being the volume. Having a plurality of compression chambers having an enlarged volume to increase the amount of potential energy that can be stored therein, fuel injection being driven primarily by the energy accumulated in the volume, the fuel injection being at least one of the hydraulic valves Provides a large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type, controlled by As it is achieved.

압축 챔버들은 전체 연료 분사 단계 동안에 이용할 수 있는 필수적인 유압 오일의 최대 흐름을 확보하기 위해 유압 유체 내에 위치 에너지를 저장하기 위한 확대된 체적을 제공한다. 공급 통로 자체의 내부 체적은 이러한 목적을 위해 충분하지 않다. 확대된 체적을 갖는 압축 챔버들을 이용함으로써, 위치 에너지 내에 축적되는 기체 매체를 갖는 막(membrane) 유형의 어큐뮬레이터들의 사용을 피할 수 있다.Compression chambers provide an enlarged volume for storing potential energy in hydraulic fluid to ensure the maximum flow of essential hydraulic oil available during the entire fuel injection step. The internal volume of the feed passage itself is not sufficient for this purpose. By using compression chambers with an enlarged volume, it is possible to avoid the use of membrane type accumulators with a gaseous medium that accumulates in the potential energy.

한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련된다. 그러므로 압축 챔버들의 개수가 최적화될 수 있으며, 이로 인해 설치 비용이 절감된다.One compression chamber is provided for supplying a high pressure hydraulic fluid to a pair of neighboring cylinders. The number of compression chambers can therefore be optimized, which saves installation costs.

압축 챔버들은 금속의 고체 블록에 오목부(recess), 원통형 오목부의 형태로 가공함으로써 형성될 수 있다.Compression chambers can be formed by machining recesses in the solid block of metal in the form of cylindrical recesses.

본 발명에 따른 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진의 다른 목적들과, 구성들과, 장점들과, 특성들은 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.Other objects, configurations, advantages and characteristics of the large uniflow two-stroke diesel engine according to the invention will become apparent from the detailed description.

본 설명의 상세한 부분에 있어서, 본 발명은 도면들에서 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.In the following detailed description of the description, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.

도 1은 엔진의 정면에서 바라본 본 발명에 따른 엔진의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an engine according to the present invention as viewed from the front of the engine.

도 2는 도 1에 도시된 엔진의 하나의 실린더의 단면의 엔진의 측면에서 바라본 단면도이다.FIG. 2 is a sectional view seen from the side of the engine in a cross section of one cylinder of the engine shown in FIG. 1. FIG.

도 3은 도 1의 상세 부분의 도면이다.3 is a view of a detail of FIG. 1.

도 4는 도 2의 상세 부분의 도면이다.4 is a view of a detail of FIG. 2.

도 5는 도 1의 엔진의 사시도이다.5 is a perspective view of the engine of FIG. 1.

도 6은 도 5의 상세 부분이다.6 is a detail of FIG. 5.

도 7은 도 1의 엔진의 배기 밸브 구동 시스템의 캠축을 따른 제1 위치에서의 단면 상세 부분을 도시한다.FIG. 7 shows a cross-sectional detail at a first position along the camshaft of the exhaust valve drive system of the engine of FIG. 1.

도 7a는 도 1의 엔진의 배기 밸브 구동 시스템의 캠축을 따른 제2 위치에서의 단면 상세 부분을 도시한다.FIG. 7A shows a cross-sectional detail at a second position along the camshaft of the exhaust valve drive system of the engine of FIG. 1.

도 7b는 캠축의 길이 방향 축에 평행한 평면 내의 캠축 하우징의 단면도이다.7B is a sectional view of the camshaft housing in a plane parallel to the longitudinal axis of the camshaft.

도 7c는 캠축 하우징의 상세 부분의 사시도이다.7C is a perspective view of a detail portion of the camshaft housing.

도 8은 도 1의 엔진의 연료 분사 시스템 및 밸브 구동 시스템의 개략도이다.8 is a schematic diagram of a fuel injection system and a valve drive system of the engine of FIG. 1.

도 9는 도 1에 따른 엔진의 연료 분사의 분사율 조절 형태를 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing an injection rate adjustment form of fuel injection of the engine according to FIG. 1.

도 10은 도 1의 엔진의 다른 실시예에서의 사시도이다.10 is a perspective view of another embodiment of the engine of FIG. 1.

도 11은 도 10의 상세 부분을 도시한다.FIG. 11 shows a detail of FIG. 10.

도 12는 도 10의 실시예에 따른 연료 분사 시스템의 개략도이다.12 is a schematic diagram of a fuel injection system according to the embodiment of FIG. 10.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(1)을 전방에서 바라본 단면도와, 엔진의 측면에서의 하나의 실린더에 대한 단면도로 도시한다. 엔진(1)은 크로스 헤드(crosshead) 유형의 유니 플로우(uniflow) 저속 2행정 크로스 헤드 디젤 엔진이며, 선박의 추진 엔진이거나 발전소의 원동기(prime mover)일 수 있다. 전형적으로 이러한 엔진들은 횡대를 이루는 3에서 14 개까지의 실린더들을 구비한다. 엔진(1)은 크랭크축(3)을 위한 메인 베어링들을 갖는 베드플레이트(2; bed plate)로부터 제조된다.1 and 2 show a cross-sectional view of the engine 1 according to an embodiment of the present invention, and a cross-sectional view of one cylinder at the side of the engine. The engine 1 is a uniflow, low speed two-stroke crosshead diesel engine of the crosshead type, which may be a propulsion engine of a ship or a prime mover of a power plant. Typically such engines have three to fourteen cylinders running across. The engine 1 is made from a bed plate 2 with main bearings for the crankshaft 3.

크랭크축(3)은 반제조(semi-bulit) 유형이다. 반제조 유형은 수축 끼움 연결(shrink fit connections)에 의해 메인 저널들(main journals)에 연결되는 단조강(forged steel)이나 주강(cast steel) 스로우(throws)로부터 제조된다.The crankshaft 3 is of semi-bulit type. The semi-manufacturing type is produced from forged steel or cast steel throws which are connected to main journals by shrink fit connections.

베드플레이트(2)는 제조 설비에 따라 일부분으로 제조되거나, 적절한 크기의 부분들로 분리될 수 있다. 베드플레이트는, 높고 용접된 길이 방향의 거더들(girders)과, 주강 베어링 지지부들을 갖는 용접된 횡방향 거더들로 이루어지며, 선택적으로는 베드플레이트는 주물 설계될 수 있다. 주물 설계에서 베드플레이트에 일체화되는 오일팬(oil pan)은, 강제 윤활 및 냉각 오일 시스템으로부터의 복귀 오일을 회수한다.The bedplate 2 may be manufactured in parts depending on the manufacturing facility, or may be separated into parts of appropriate size. The bedplate consists of high and welded longitudinal girders and welded transverse girders with cast steel bearing supports, optionally the bedplate may be cast. An oil pan integrated in the bedplate in the casting design recovers return oil from the forced lubrication and cooling oil system.

커넥팅 로드(connecting rod; 8)는 단조강이나 주강으로 제조되며, (크로스헤드(corsshead)와 크랭크핀(crankpin) 베어링들을 위해) 베어링 캡들(bearing caps)을 구비한다. 크로스헤드와 크랭크핀 베어링 캡들은 유압 잭(hydraulic jacks)에 의해 조여지는 스터드들(studs)과 너트들(nuts)에 의해 커넥팅 로드(8)에 고정된다. 크로스헤드 베어링(22)은 베어링 금속을 덧댄 얇은 벽의 철제 껍질(steel shell)의 집합으로 이루어진다. 덕트들(ducts; 도면에 도시되지 않음)을 통해 윤활 오일이 크로스헤드(22) 및 커넥팅 로드(8)로 공급된다.The connecting rod 8 is made of forged steel or cast steel and has bearing caps (for corsshead and crankpin bearings). The crosshead and crankpin bearing caps are fixed to the connecting rod 8 by studs and nuts that are tightened by hydraulic jacks. The crosshead bearing 22 consists of a thin walled steel shell overlaid with bearing metal. Lubricating oil is supplied to the crosshead 22 and the connecting rod 8 via ducts (not shown in the figure).

메인 베어링들(main bearings)은 베어링 금속을 덧댄 얇은 벽의 철제 껍질로 이루어진다. 바닥 껍질은 특별한 공구과 크랭크축을 들어올리는 유압 공구들에 의해 안팎으로 회전될 수 있다. 껍질들은 베어링 캡(미도시)에 의해 제 위치에 유지된다.Main bearings consist of a thin walled iron shell overlaid with bearing metal. The bottom shell can be rotated in and out by special tools and hydraulic tools that lift the crankshaft. The shells are held in place by bearing caps (not shown).

용접된 디자인의 A 자 형상의 프레임 박스(4)가 베드 플레이트 위에 장착된다. 프레임 박스는 주조 또는 용접된 디자인일 수 있다. 배기 측에는 각각의 실린더를 위한 릴리프 밸브들(relief valves)이 마련되고, 캠축의 측에는 각각의 실린더를 위한 큰 힌지 도어(hinged door)가 마련된다. 크로스헤드 가이드(crosshead guides)가 프레임 박스에 일체화된다.An A-shaped frame box 4 of a welded design is mounted on the bed plate. The frame box can be a cast or welded design. Relief valves for each cylinder are provided on the exhaust side, and large hinged doors for each cylinder are provided on the side of the camshaft. Crosshead guides are integrated in the frame box.

실린더 프레임(5)은 프레임 박스(4)의 상부에 장착된다. 체결 볼트들(staybolts; 미도시)이 베드 플레이트(2)를 실린더 프레임(5)에 연결하여, 구조물을 서로 유지한다. 체결 볼트들은 유압 잭으로 조여진다.The cylinder frame 5 is mounted on top of the frame box 4. Fastening bolts (not shown) connect the bed plate 2 to the cylinder frame 5 to hold the structures together. The fastening bolts are tightened with a hydraulic jack.

실린더 프레임(5)은 일체화된 캠축 하우징(25)을 구비하며 하나 이상의 조각들로 주조되거나, 용접된 디자인이다. 캠축 하우징(25)은 실린더 프레임에 용접되거나 볼트 체결되거나, 실린더 프레임과 일체로 형성된다(미도시).The cylinder frame 5 has an integrated camshaft housing 25 and is cast or welded into one or more pieces. The camshaft housing 25 is welded or bolted to the cylinder frame or integrally formed with the cylinder frame (not shown).

실린더 프레임(5)에는 소기 공기(掃氣 空氣; scavenge air)를 제거하고, 캠축 측면에서의 소기 입구들과 피스톤 링들의 검사를 위한 접근 커버들이 마련된다. 접근 커버는 실린더 라이너(6; cylinder liner)와 함께 소기 공기 공간을 형성한다. 소기 공기 수용부(9)의 개방 측은 실린더 프레임(5)에 볼트 체결된다. 실린더 프레임의 저부에는 피스톤 로드 삽입 박스가 존재하며, 피스톤 로드 삽입 박스에는 소기 공기를 위한 밀봉 링들(sealing rings)과, 오일이 소기 공기 공간으로 들어오지 못하게 막는 스크레이퍼 링들(scraper rings)이 마련된다.The cylinder frame 5 is provided with access covers for removing scavenging air and for inspecting scavenging inlets and piston rings on the camshaft side. The access cover together with the cylinder liner 6 forms a scavenging air space. The open side of the scavenging air receiving portion 9 is bolted to the cylinder frame 5. At the bottom of the cylinder frame is a piston rod insertion box, which is provided with sealing rings for scavenging air and scraper rings to prevent oil from entering the scavenging air space.

피스톤(13)은 피스톤 크라운(piston crown)과 피스톤 스커트(piston skirt)를 구비한다. 피스톤 크라운은 내열성 철로 제조되고, 4 개의 링 그루브들을 구비하며, 그루브들의 상부 표면과 하부 표면들은 하드 크롬 도금된다. The piston 13 has a piston crown and a piston skirt. The piston crown is made of heat resistant iron and has four ring grooves, the upper and lower surfaces of the grooves being hard chromium plated.

피스톤 로드(14; piston rod)는 4 개의 나사들로 크로스헤드(22; crosshead)에 연결된다. 피스톤 로드(14)는 냉각 오일 파이프와 함께 피스톤(13)에 대한 냉각 오일의 입구와 출구를 형성하는 중앙 구멍(도면에 도시되지 않음)을 갖는다.The piston rod 14 is connected to the crosshead 22 with four screws. The piston rod 14 has a central hole (not shown in the drawing) that forms the inlet and outlet of the cooling oil for the piston 13 together with the cooling oil pipe.

크로스헤드(22)는 단조강이며, 작동 표면 위에 백색 금속을 갖는 주조강 가이드 슈들(guide shoes)이 마련된다. 오일 입구용 신축 파이프(미도시)와, 오일 출구용 파이프가 가이드 슈들의 상부에 장착된다.The crosshead 22 is forged steel and is provided with cast steel guide shoes having a white metal on the working surface. An oil inlet pipe (not shown) and an oil outlet pipe are mounted on top of the guide shoes.

실린더 라이너들(6)은 유니 플로우 유형이며, 실린더 프레임(5)에 부착된다. 실린더 라이너들(6)은 합금 주철로 제조되며, 하부에 위치하는 플랜지에 의해 실린더 프레임(5)의 내부에 고정된다. 라이너의 최상부 부분은 주철 냉각 재킷(cooling jacket)에 의해 포위된다. 실린더 라이너들(6)은 소기 포트들(7; scavenge ports)과 실린더 윤활을 위한 천공 구멍들(미도시)을 갖는다.The cylinder liners 6 are of uniflow type and are attached to the cylinder frame 5. The cylinder liners 6 are made of alloy cast iron and are fixed to the inside of the cylinder frame 5 by a flange located below. The top portion of the liner is surrounded by a cast iron cooling jacket. The cylinder liners 6 have scavenge ports 7 and drilling holes (not shown) for cylinder lubrication.

캠축(28)은 캠축 하우징(25)의 내부의 백색 금속을 덧댄 베어링 껍질 내에 내장된다. 캠축(28)은 배기 캠들(exhaust cams)과, 지시 캠들(indicator cams)과, 쓰러스트 디스크(thrust disc)와, 축 위에 수축 끼움된 체인 휠(chain wheel)과 일체로 제조된다. 배기 캠들은 철(steel)이며, 강화된 롤러 레이스(roller race)를 갖는다. 배기 캠들은 조정될 수 있으며, 유압적으로 분해될 수 있다.The camshaft 28 is embedded in a white metal padded bearing shell inside the camshaft housing 25. The camshaft 28 is manufactured integrally with exhaust cams, indicator cams, thrust discs, and chain wheels shrinked onto the shaft. Exhaust cams are steel and have an enhanced roller race. The exhaust cams can be adjusted and can be disassembled hydraulically.

실린더들(6)은 유니 플로우 유형이며, 에어박스(5') 내에 위치하는 소기 포트들(7)을 구비하고, 소기 에어 포트들에는 소기 공기 수용부(9; 도 1)로부터 터 보 과급기(10; turbocharger, 도 1)에 의해 가압된 소기 공기가 공급된다.The cylinders 6 are of the uniflow type and have scavenging ports 7 located in the air box 5 ', which are provided with a turbocharger from the scavenging air receiver 9 (Fig. 1). 10, the scavenging air pressurized by the turbocharger (FIG. 1) is supplied.

터보 과급기(10)로의 공기 흡입은 엔진 룸으로부터 터보 과급기의 흡기 소음기(intake silence; 미도시)를 통해 직접 이루어진다. 터보 과급기(10)로부터의 공기는 과급 공기 파이프(미도시)와, 공기 쿨러(air cooler; 미도시)와, 소기 공기 수용부(9)를 통해 실린더 라이너들(6)의 소기 포트들(7)로 인도된다.Air intake into the turbocharger 10 takes place directly from the engine room through an intake silencer (not shown) of the turbocharger. Air from the turbocharger 10 passes through a supercharged air pipe (not shown), an air cooler (not shown), and a scavenging air receiver 9 to the scavenging ports 7 of the cylinder liners 6. Guided).

4 내지 9 기통 엔진들에서는 엔진의 전방 단부에 배치되고 10 개 이상의 기통의 엔진들에서는 배기 측에 배치되는 하나 이상의 터보 과급기들이 엔진에 설치된다.In four to nine cylinder engines one or more turbochargers are installed in the engine, which are arranged at the front end of the engine and in the ten or more cylinder engines are arranged on the exhaust side.

엔진에는 전기 구동 소기 에어 송풍기들(미도시)이 마련된다. 송풍기들의 흡입 측은 공기 쿨러 이후의 소기 공기 공간에 연결된다. 공기 쿨러와 소기 공기 수용부의 사이에는 보조 송풍기들이 공기를 공급할 때에 자동적으로 폐쇄되는 비복귀 밸브들(미도시)이 설치된다. 보조 송풍기들은 저부하나 중간 부하의 조건에서 터보 과급기 압축기를 보조한다.The engine is provided with electrically driven scavenging air blowers (not shown). The suction side of the blowers is connected to the scavenging air space after the air cooler. Non-return valves (not shown) are installed between the air cooler and the scavenging air receiver to automatically close when the auxiliary blowers supply air. Auxiliary blowers assist the turbocharger compressor under low or medium load conditions.

도 3에 아주 상세히 도시된 배기 밸브(11)는 실린더 커버(12) 내에서 실린더의 상부의 중앙에 장착된다. 배기 밸브(11)는 팽창 행정의 종료 시에 엔진 피스톤(13)이 소기 공기 포트들(7)을 지나서 아래로 통과하기 전에 개방되고, 이를 통해 연소 챔버(15) 내의 피스톤(13) 위의 연소 가스가 배기 수용부(17)로 개방된 배기 통로(16)를 통해 흘러나와, 연소 챔버(15) 내의 압력이 해제된다. 배기 밸브(11)는 피스톤(13)의 상측을 향하는 운동 중에 다시 폐쇄된다. 배기 밸브(11)는 공압 스프링(20)에 의해 상측을 향해 구동된다.The exhaust valve 11 shown in great detail in FIG. 3 is mounted in the center of the top of the cylinder in the cylinder cover 12. The exhaust valve 11 opens at the end of the expansion stroke before the engine piston 13 passes down past the scavenging air ports 7 and thereby burns over the piston 13 in the combustion chamber 15. The gas flows out through the exhaust passage 16 opened to the exhaust accommodating portion 17 to release the pressure in the combustion chamber 15. The exhaust valve 11 is closed again during the upward movement of the piston 13. The exhaust valve 11 is driven upward by the pneumatic spring 20.

배기 밸브(11)는 실린더 프레임(5)의 옆에서 엔진의 길이를 따라 연장하는 캠축 하우징(25)의 내부에 배치된 캠축(28)에 의해 개방된다. 연료 분사 시스템과 연결된 유압 시스템(이하에서 보다 상세히 설명될 것임)의 고압 공급 통로(30)도 캠축 하우징(25) 내에 배치된다. 공급 통로(30)는 실질적으로 엔진의 전체 길이를 따라 연장한다. 공급 통로(30)가 캠축 하우징 내부에 배치되기 때문에, 그렇지 않은 경우 강하게 가압된 공급 통로(30)의 파열의 경우에 엔진 조작자들을 보호하기 위해 필요한 이중 벽의 공급 통로(30)를 사용할 필요가 없다. The exhaust valve 11 is opened by a camshaft 28 disposed inside the camshaft housing 25 that extends along the length of the engine next to the cylinder frame 5. The high pressure supply passage 30 of the hydraulic system (which will be described in more detail below) in connection with the fuel injection system is also arranged in the camshaft housing 25. The feed passage 30 extends substantially along the entire length of the engine. Since the feed passage 30 is disposed inside the camshaft housing, there is no need to use the double wall feed passage 30 necessary to protect the engine operators in case of rupture of the strongly pressurized feed passage 30. .

도 3 및 도 4는 실린더 라이너(6)의 상부와, 실린더 커버(12)와 배기 밸브 하우징을 도시한다. 실린더 커버(12)는 일체로 제조된 단조강이며, 냉각수를 위한 4 개의 구멍들(bores)을 갖는다. 실린더 커버는 배기 밸브(11)를 위한 중앙 구멍과, 두 개 또는 세 개의 연료 분사기들(23)과 안전 밸브(미도시)와, 시동 밸브(미도시)와 지시 밸브(미도시)를 위한 구멍들을 구비한다. 각각의 실린더 커버(12)에는 두 개 또는 세 개의 연료 분사기들(23)과, 하나의 시동 밸브와, 하나의 안전 밸브와, 하나의 지시 밸브가 장착된다. 연료 분사기들(23)의 개방은 연료 부스터들(fuel boosters; 이하에서 더 상세히 기술됨)에 의해 생성된 연료 오일의 고압에 의해 제어되고, 연료 분사기(23)는 스프링에 의해 폐쇄된다. 자동 통기공 슬라이드(vent slide; 미도시)는 연료 오일의 연료 분사기를 통한 순환과 연료 분사기들(23)을 연료 부스터들에 연결하는 고압 파이프들을 통한 순환을 허용하며, 엔진(1)이 정지되었을 때 분사기(23)의 스핀들(spindle)이 막히는 경우 연료 챔버(15)가 연료로 채워지는 것을 방지한다. 통기공 슬라이드 및 다른 배출관으로부 터의 오일은 폐쇄 시스템에서 배출된다. 3 and 4 show the top of the cylinder liner 6, the cylinder cover 12 and the exhaust valve housing. The cylinder cover 12 is a forged steel manufactured integrally and has four bores for cooling water. The cylinder cover has a central hole for the exhaust valve 11, two or three fuel injectors 23 and a safety valve (not shown), a hole for the start valve (not shown) and an indication valve (not shown). Equipped with. Each cylinder cover 12 is equipped with two or three fuel injectors 23, one start valve, one safety valve and one indication valve. The opening of the fuel injectors 23 is controlled by the high pressure of the fuel oil produced by fuel boosters (described in more detail below), and the fuel injectors 23 are closed by springs. An automatic vent slide (not shown) allows circulation through the fuel injectors of the fuel oil and circulation through the high pressure pipes connecting the fuel injectors 23 to the fuel boosters, and the engine 1 has been stopped. When the spindle of the injector 23 is blocked it prevents the fuel chamber 15 from filling with fuel. Oil from the vent slides and other drain lines is drained from the closed system.

배기 밸브 하우징은 주철이며, 물의 냉각을 위해 설치된다. 하우징에는 시트(seat) 위에 용접된 하드페이싱(hardfacing) 금속을 갖는 바닥 철 조각이 마련된다. 밸브 스핀들 자체는 시트 위에 용접된 하드페이싱 금속을 갖는 내열성 철로 제조된다. 배기 밸브 하우징에는 스핀들 가이드(spindle guide)가 마련된다. 배기 밸브 하우징은 스터드들과 너트들에 의해 실린더 커버(12)에 고정된다. 유압 배기 밸브 액추에이터(21; actuator)는 배기 밸브 하우징의 상부에 장착된다. 배기 밸브 액추에이터(21)는 가압되었을 때 배기 밸브를 하측(개방) 방향으로 가압한다. 유압 액추에이터(21)는 피스톤 위에 압력 챔버를 갖는 실린더 내부에 피스톤을 구비한다. 배기 밸브 하우징은 또한 배기 밸브 스핀들(11)을 상측을 향해(폐쇄 방향으로) 가압하는 공기 스프링(20)을 구비한다. 공기 스프링(20)은 배기 밸브 하우징 내에서 실린더 내부의 스프링 피스톤의 밑에 배치된 스프링 챔버를 갖는 스프링 피스톤(spring piston)을 구비한다. The exhaust valve housing is cast iron and is installed for cooling the water. The housing is provided with a bottom iron piece with hardfacing metal welded onto the seat. The valve spindle itself is made of heat resistant iron with hardfacing metal welded onto the seat. The exhaust valve housing is provided with a spindle guide. The exhaust valve housing is fixed to the cylinder cover 12 by studs and nuts. The hydraulic exhaust valve actuator 21 is mounted on top of the exhaust valve housing. The exhaust valve actuator 21 pressurizes the exhaust valve downward (opening) when pressurized. The hydraulic actuator 21 has a piston inside a cylinder having a pressure chamber above the piston. The exhaust valve housing also has an air spring 20 for pressing the exhaust valve spindle 11 upwards (in the closing direction). The air spring 20 has a spring piston having a spring chamber disposed below the spring piston inside the cylinder in the exhaust valve housing.

각각의 배기 밸브의 유압 배기 밸브 액추에이터(21)는 압력 파이프(35)를 통해 피스톤 펌프(37)로 연결된다(도 6). 본 실시예에서는 실린더 마다 하나의 피스톤 펌프(37)와 하나의 배기 밸브(11)가 존재하지만, 실린더 마다 하나 이상의 피스톤 펌프들과 하나 이상의 배기 밸브가 존재할 수 있다(미도시).The hydraulic exhaust valve actuator 21 of each exhaust valve is connected to the piston pump 37 via a pressure pipe 35 (FIG. 6). In this embodiment, there is one piston pump 37 and one exhaust valve 11 per cylinder, but one or more piston pumps and one or more exhaust valves may exist per cylinder (not shown).

도 7에 도시된 것과 같이, 피스톤 펌프(37)는 롤러 가이드 하우징(46; roller guide housing) 내에 장착된다. 롤러(42)는 캠축(28) 상의 각각의 캠(29)을 따라간다. 그러므로 피스톤 펌프(37)는 캠축(28)에 의해 구동된다.As shown in FIG. 7, the piston pump 37 is mounted in a roller guide housing 46. The roller 42 follows each cam 29 on the camshaft 28. The piston pump 37 is therefore driven by the camshaft 28.

도 5는 설명의 목적을 위해 몇몇 구성 요소들을 삭제한 엔진의 사시도이다. 캠축(28)은 캠축(28)을 크랭크축(3)에 연결하는 체인 구동부(26; chain drive)에 의해 구동된다. 체인 구동부(26)에는 체인 고정구(chain tightener; 미도시)와 체인의 긴 길이를 지지하기 위한 가이드 바들(guide bars; 미도시)이 마련된다. 본 발명의 변형예에 따르면, 체인 구동부는 엔진의 고압의 유압을 위한 유압 펌프들(미도시)에 동력을 공급한다. 체인은 또한 2차 평형추(second order conterbalance weights)를 구동할 수 있다. 체인 구동부의 대체 요소로서, 캠축은 기어들을 갖는 전달 장치에 의해 구동될 수 있다(미도시).5 is a perspective view of an engine with some components removed for illustrative purposes. The camshaft 28 is driven by a chain drive 26 which connects the camshaft 28 to the crankshaft 3. The chain drive unit 26 is provided with a chain tightener (not shown) and guide bars (not shown) for supporting the long length of the chain. According to a variant of the invention, the chain drive powers hydraulic pumps (not shown) for high pressure hydraulic pressure of the engine. The chain can also drive second order conterbalance weights. As an alternative to the chain drive, the camshaft can be driven by a transmission device with gears (not shown).

도 6은 캠축 하우징(25)과 실린더들(6)을 보다 상세하게 하여 도 5의 단면을 도시한다. 이러한 도면에서, 통로들(31)은 공급 통로(30)로부터 분기한다. 통로들(31)은 유압 제어 밸브들(41)을 갖는 분배기 블록들(distributor blocks; 40)을 통해 공급 통로(30)를 압력 부스터들(39; pressure boosters)로 연결한다. 분배기 블록들(40)은 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트에 장착된다.FIG. 6 shows the cross section of FIG. 5 with the camshaft housing 25 and the cylinders 6 in more detail. In this figure, the passages 31 branch from the supply passage 30. The passages 31 connect the feed passage 30 to pressure boosters 39 through distributor blocks 40 with hydraulic control valves 41. The distributor blocks 40 are mounted to the top plate of the camshaft housing 25.

캠축(28)의 캠들(29)에 의해 구동되는 피스톤 펌프들(37)은 또한 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트(25')의 위에 배치된다. 피스톤 펌프들(37)은 압력 파이프들(35)을 통해 유압 배기 밸브 액추에이터들(21)에 연결된다.The piston pumps 37 driven by the cams 29 of the camshaft 28 are also arranged above the top plate 25 ′ of the camshaft housing 25. Piston pumps 37 are connected to hydraulic exhaust valve actuators 21 via pressure pipes 35.

각각의 실린더(6)에는 각각 통로들(도 6에 도시되지 않았으나, 도 8에서 참조 51로 도시됨)에 의해 압력 부스터(39)의 포트나 포트들에 연결되는 두 개 또는 세 개의 분사기들(23)이 마련된다.Each cylinder 6 has two or three injectors each connected to a port or ports of the pressure booster 39 by passages (not shown in FIG. 6 but shown as reference 51 in FIG. 8). 23) is provided.

각각의 분배기 블록(40)은 분배기 블록(40)의 상부에서 복귀 통로(도 8의 65)와 캠축 하우징(25) 내에서의 공급 통로(30)와의 연결을 제어하는 두 개의 비례 제어 밸브들을 갖는다. 압력 부스터(39)는 각각의 분배기 블록(40)의 상부에 설치되고, 분배기 블록(40)의 상부의 포트와 연결된다. 그러므로 분배기 블록들(40)은 유압적으로 구동되는 연료 압력 부스터(39)를 위한 기계적인 지지부로 기능한다.Each distributor block 40 has two proportional control valves at the top of the distributor block 40 that control the connection of the return passage (65 in FIG. 8) with the supply passage 30 in the camshaft housing 25. . The pressure booster 39 is installed on top of each distributor block 40 and is connected to a port on top of the distributor block 40. The distributor blocks 40 therefore function as mechanical supports for the hydraulically driven fuel pressure booster 39.

도 7a, 7b, 7c는 압축 챔버 하우징(68)을 상이한 단면도와 사시도로서 상세하게 도시한다. 압축 챔버들(67)은, 전체 연료 분사 단계 동안에 이용할 수 있는 필수적인 유압 오일의 최대 흐름을 확보하기 위하여 유압 유체 내에 위치 에너지를 저장하기 위해 확대된 체적(volume)을 제공한다. 7A, 7B, 7C show compression chamber housing 68 in detail in different cross sectional and perspective views. The compression chambers 67 provide an enlarged volume for storing potential energy in the hydraulic fluid to ensure the maximum flow of essential hydraulic oil available during the entire fuel injection step.

본 실시예에서는 한 쌍의 이웃하는 실린더들(6)을 위해 두 개의 압축 챔버들(67)을 갖는 하나의 압축 챔버 하우징(68)이 마련된다. 그러나 실린더 마다 더 적은 압축 챔버들이나 더 많은 압축 챔버들이 존재할 수 있다.In this embodiment, one compression chamber housing 68 is provided with two compression chambers 67 for a pair of neighboring cylinders 6. However, there may be fewer or more compression chambers per cylinder.

압축 챔버들(67)에는 국부적으로 분기된 통로들(31)을 통해 공급 통로(30)로부터의 고압 유압 유체가 공급된다. 통로들(31)과 통로(30)의 사이의 연결은 캠축 하우징(25)의 바닥에 장착된 연결 블록(30')에 의해 구현된다.The compression chambers 67 are supplied with high pressure hydraulic fluid from the supply passage 30 through locally branched passages 31. The connection between the passages 31 and 30 is realized by a connection block 30 ′ mounted to the bottom of the camshaft housing 25.

압축 챔버 하우징(68)은 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트의 일체화된 부분으로 형성된다. 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트는 길이 방향으로 부분들로 나누어진다. 이러한 유형의 부분들의 하나는 내부에 형성되는 두 개의 원통형 압축 챔버들(67)을 갖는 금속 슬라브(slab)이고, 이에 의해 슬라브는 또한 압축 챔버 하우징(68)을 형성한다. 이러한 상부 플레이트는 또한 압력 부스터들(39)이 배치되는 상부에 분배기 블록들(40)을 구비한다. 원통형 압축 챔버들(67)의 길이 방향의 축 은 캠축(28)의 길이 방향의 축과 평행하다. 압축 챔버들(67)은 금속제 고체 슬라브내에 두 개의 평행한 구멍들을 가공함으로서 제작된다. 압축 챔버들(67)은 압축 챔버 하우징(68)에 볼트 체결되는 원형의 잠금 플레이트들(69)에 의해 밀봉된다. 압축 챔버 하우징(68)을 관통하여 상측을 향하는 구멍들(미도시)은 압축 챔버들(67)을 분배기 블록들(40)에 연결한다. 분배기 블록들은 압축 챔버 하우징(69)의 상부에 직접 설치되므로, 압축 챔버들(67)로부터 분배기 블록들(40)을 향하는 고압 유압 유체가 지나가야 하는 경로가 매우 짧다.The compression chamber housing 68 is formed as an integral part of the top plate of the camshaft housing 25. The upper plate of the camshaft housing 25 is divided into parts in the longitudinal direction. One of these types of parts is a metal slab with two cylindrical compression chambers 67 formed therein, whereby the slab also forms a compression chamber housing 68. This top plate also has distributor blocks 40 on top of which pressure boosters 39 are disposed. The longitudinal axis of the cylindrical compression chambers 67 is parallel to the longitudinal axis of the camshaft 28. Compression chambers 67 are fabricated by processing two parallel holes in a metal solid slab. The compression chambers 67 are sealed by circular locking plates 69 which are bolted to the compression chamber housing 68. The upward facing holes (not shown) through the compression chamber housing 68 connect the compression chambers 67 to the distributor blocks 40. Since the distributor blocks are installed directly on top of the compression chamber housing 69, the path through which the high pressure hydraulic fluid from the compression chambers 67 toward the distributor blocks 40 must be very short.

캠축 하우징(25)의 다른 유형의 상부 플레이트(도 7에서 단면도로 도시됨)는 피스톤 펌프들(37)을 갖는다.Another type of top plate (shown in cross section in FIG. 7) of the camshaft housing 25 has piston pumps 37.

두 가지 유형의 캠축 하우징 상부 플레이트들은 캠축 하우징(25)의 길이를 따라 교대하여 배치된다. 두 가지 유형의 상부 플레이트들의 사이의 천이부에서 길이 방향의 겹치는 부분이 존재하며, 상부 플레이트들은 이러한 겹치는 부분에서 서로 볼트 체결된다.Two types of camshaft housing top plates are alternately arranged along the length of the camshaft housing 25. There is a longitudinal overlap at the transition between the two types of top plates, the top plates being bolted to each other at this overlap.

도 8은 연료 분사 시스템을 개략적으로 도시한다. 연료는 연료 공급 설비(73)로부터 압력 부스터들(39)로 공급된다. 연료 공급 설비(73)는 도면에서 상세히 도시되지 않았다.8 schematically shows a fuel injection system. Fuel is supplied from the fuel supply facility 73 to the pressure boosters 39. The fuel supply facility 73 is not shown in detail in the figure.

연료 공급 설비(73)는 디젤 오일과 중질유(heavy fuel oil) 모두가 사용될 수 있도록 설치된다. 연료는 서비스 탱크로부터 전자적으로 구동되는 공급 펌프로 인도된다. 전자적으로 구동되는 공급 펌프에 의해 연료 순환 시스템의 저압 부분에서 약 4 바(bar)의 압력이 유지될 수 있어서, 이로 인해 적용되는 온도 범위에서 환기 박스 내의 연료의 기화(gasfication)를 피할 수 있다. 연료 오일은 연료 시스템의 저압 부분으로부터 전자적으로 구동되는 순환 펌프로 인도된다. 전자적으로 구동되는 순환 펌프는 가열기(heater)와 엔진(1)의 입구 바로 이전에 배치된 전흐름 필터(full flow filter)를 통해 연료를 주입하고, 여기에서 연료가 각각의 압력 부스터들(39)로 분배된다.The fuel supply facility 73 is installed so that both diesel oil and heavy fuel oil can be used. Fuel is led from the service tank to an electronically driven feed pump. An electronically driven feed pump can maintain a pressure of about 4 bar in the low pressure portion of the fuel circulation system, thereby avoiding gasfication of fuel in the ventilation box in the temperature range applied. Fuel oil is led from a low pressure portion of the fuel system to an electronically driven circulation pump. The electronically driven circulation pump injects fuel through a heater and a full flow filter disposed just before the inlet of the engine 1, where fuel is supplied to the respective pressure boosters 39. To be distributed.

연료 분사는 실린더 마다 전자적으로 제어되는 압력 부스터들(39)에 의해 수행된다. 부스터들은 저압 압력 측(유압 유체가 적용되는 부분)으로부터의 압력을 고정 비율에 의해 고압 압력 측(연료 측)으로 배가시킨다.Fuel injection is performed by pressure boosters 39 that are electronically controlled per cylinder. The boosters double the pressure from the low pressure side (where the hydraulic fluid is applied) to the high pressure side (fuel side) by a fixed ratio.

연료 부스터들(39)은 가압된 유압 유체에 의해 동력을 공급 받는다. 가압된 유압 유체는 엔진 윤활 오일일 수 있다. 압력 펌프(60)는 전형적으로 수백 바(bar)의 고압 유압 유체를 공급 통로(30)를 통해 실린더들로 공급한다. 유압 유체가 엔진 윤활 오일인 경우, 압력 펌프(60)는 훨씬 낮은 압력에서 작동하는 엔진 윤활 펌프가 아니다. 복귀 유체는 통로(65)를 통해 실린더들로부터 펌프(60)가 자신의 유체를 빼내는 탱크(61)로 전송된다.The fuel boosters 39 are powered by pressurized hydraulic fluid. The pressurized hydraulic fluid may be engine lubricating oil. The pressure pump 60 typically supplies hundreds of bars of high pressure hydraulic fluid through the supply passage 30 to the cylinders. If the hydraulic fluid is engine lubrication oil, the pressure pump 60 is not an engine lubrication pump that operates at much lower pressures. The return fluid is sent through the passage 65 to the tank 61 from which the pump 60 withdraws its fluid from the cylinders.

각각의 실린더 쌍들을 위해 압축 챔버들(67)이 마련된다(엔진이 홀수 개수의 실린더들을 갖는 경우, 실린더의 하나는 단일 압축 챔버에 의해 지원될 수 있다). 통로(69)는 압축 챔버(67)를 두 개의 비례 제어 밸브들(41)과, 두 개의 온오프 밸브들(55)로 연결한다. 본 실시예의 변형예(미도시)에 따르면 가스가 충전된 막 유형의 어큐뮬레이터들이 압축 챔버들(compression chambers) 대신 또는 압축 챔버들에 부가하여 사용된다. Compression chambers 67 are provided for each pair of cylinders (if the engine has an odd number of cylinders, one of the cylinders may be supported by a single compression chamber). The passage 69 connects the compression chamber 67 to two proportional control valves 41 and two on / off valves 55. According to a variant of this embodiment (not shown), gas-filled film type accumulators are used instead of or in addition to the compression chambers.

엔진(1)의 각각의 실린더는 일반적인 동기화 신호들과 제어 신호들을 입력 받고 다른 밸브들 중 비례 제어 밸브들(41)에 배선을 통해 전자 제어 신호들을 전송하는 전자 제어 유닛(99)과 연결된다. 실린더 마다 하나의 제어 유닛(99)이 존재할 수도 있고, 또는 몇 개의 실린더들이 동일한 제어 유닛에 연결될 수도 있다(미도시). 제어 유닛들(99)은 또한 전체 제어 유닛(미도시)으로부터 모든 실린더들에 공통된 신호들을 수신할 수 있다.Each cylinder of the engine 1 is connected with an electronic control unit 99 which receives general synchronization signals and control signals and transmits electronic control signals via wires to proportional control valves 41 of the other valves. There may be one control unit 99 per cylinder, or several cylinders may be connected to the same control unit (not shown). The control units 99 may also receive signals common to all cylinders from the entire control unit (not shown).

제어 유닛(99)은 엔진의 작동 조건에 따라 타이밍(timing)과, 분사율 조절(rate shaping)과, 연료 분사의 양을 계산한다. 이에 대해 제어 유닛은 크랭크축의 회전 위치와, 크랭크축의 회전 속도(회전 위치 신호로부터 제어 유닛(99)에 의해 추정될 수도 있다)와, 대기 온도와, 부하와, 여러 가지 엔진 유체들의 온도에 관한 정보를 수신한다. 제어 유닛은 또한 엔진을 역회전시키기 위해 연료 분사의 타이밍을 적응시킨다. 비례 제어 밸브(41) 내의 스풀(spool)의 운동은 제어 유닛(99)에 의해 피드백 제어 루프(feedback control loop)로 제어된다. 피드백 제어 루프는 선택적으로는 비례 제어 밸브(51)의 자체 내부에 포함될 수도 있다. 비례 밸브(41)의 개방 형태(profile)는, 최적의 분사율 조절을 위해 미리 정해져 제어 유닛(99) 내에 저장된 필요한 개방 형태와 일치된다.The control unit 99 calculates timing, rate shaping and amount of fuel injection in accordance with the operating conditions of the engine. The control unit in this regard is information about the rotational position of the crankshaft, the rotational speed of the crankshaft (may be estimated by the control unit 99 from the rotational position signal), the ambient temperature, the load and the temperature of the various engine fluids. Receive The control unit also adapts the timing of fuel injection to reverse the engine. The movement of the spool in the proportional control valve 41 is controlled by a control unit 99 in a feedback control loop. The feedback control loop may optionally be included within the proportional control valve 51 itself. The open profile of the proportional valve 41 is consistent with the required open profile, which is predetermined and stored in the control unit 99 for optimal injection rate adjustment.

정지 위치에서의 비례 제어 밸브들(41)은 상승된 압력의 저압 측에서 압력 챔버를 탱크에 연결한다. 제어 유닛(99)이 어떤 실린더를 위해 연료 분사를 시동하는 신호를 전송하면, 비례 제어 밸브들(41)의 하나가 특정 연장 지점까지 개방됨으로써 압력 부스터(39)의 저압 측을 통로(69)를 통해 압력 챔버(67)로 연결한다.Proportional control valves 41 in the rest position connect the pressure chamber to the tank on the low pressure side of the elevated pressure. When the control unit 99 transmits a signal to start fuel injection for a cylinder, one of the proportional control valves 41 opens to a specific extension point, thereby opening the passage 69 through the low pressure side of the pressure booster 39. To the pressure chamber 67 through.

압력 부스터의 저압 측의 압력은 배가되어, 전형적으로 대략 400 내지 1500 바(bar)의 사이의 분사 압력까지 도달한다. 공급 통로(51)는, 노즐들을 통해 연료를 연소 챔버(15) 내로 분사함으로써 연료를 분무화시키는 연료 분사기들(23)에 고압 연료를 전송한다.The pressure on the low pressure side of the pressure booster doubles, typically reaching injection pressures between approximately 400 and 1500 bar. The supply passage 51 transmits the high pressure fuel to fuel injectors 23 that atomize the fuel by injecting fuel into the combustion chamber 15 through the nozzles.

제어 유닛(99)은 또한 실린더 윤활기(57)로의 고압 유체의 공급을 제어하는 온오프 밸브들(55)을 제어한다. 작동 조건들과 크랭크축의 위치에 기초하여, 제어 유닛(99)은 언제 윤활 오일이 실린더들 내로 주입되며 얼마나 많이 주입되는지를 결정한다. 정지 위치에 있는 온오프 밸브들(55)은 실린더 윤활기들(57)을 탱크(61)에 연결한다. 어떤 온오프 밸브(55)가 윤활 오일을 특정 실린더로 주입시키기 위하여 제어 유닛(99)으로부터의 신호를 수신할 때에, 온오프 밸브들(55)은 개방됨으로써 통로(69)를 통해 실린더 윤활기(57)를 압축 챔버(67)로 연결하며, 실린더 윤활기는 실린더로의 윤활유 오일의 주입을 개시할 것이다. 제어 유닛(99)은 온오프 밸브(55)의 작동의 길이를 통해 실린더로 주입되는 윤활 오일의 양을 결정한다.The control unit 99 also controls on-off valves 55 that control the supply of high pressure fluid to the cylinder lubricator 57. Based on the operating conditions and the position of the crankshaft, the control unit 99 determines when lubricating oil is injected into the cylinders and how much is injected. On-off valves 55 in the stop position connect the cylinder lubricators 57 to the tank 61. When an on / off valve 55 receives a signal from the control unit 99 to inject lubricating oil into a particular cylinder, the on / off valves 55 are opened to open the cylinder lubricator 57 through the passage 69. ) Into the compression chamber 67, the cylinder lubricator will initiate the injection of lubricant oil into the cylinder. The control unit 99 determines the amount of lubricating oil injected into the cylinder through the length of operation of the on-off valve 55.

도 9는 연료 분사 단계의 예시적인 분사율 조절(rate shaping) 형태를 도시한다. 압력은 계획적으로 부드럽고 천천히 증가하여, 실질적으로 평탄하고 높은 연소 압력을 확보하는데, 연소 압력은 최대 부하 하에서는 최대 허용 가능한 연소 압력에 가깝게 위치한다.9 illustrates an example rate shaping form of a fuel injection step. The pressure intentionally increases smoothly and slowly, ensuring a substantially flat and high combustion pressure, which is located close to the maximum allowable combustion pressure under full load.

도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 본 실시예에서 전자 연료 분사는 이른바 커먼 레일(common rail) 유형이다. 이러한 시스템에 있어서, 개별적인 유압 유체는 존재하지 않지만, 그 대신 연료는 고압으로 유지되며 분사를 위한 에너지는 연료를 압축함으로써 저장된다. 커먼 레일은 두 개의 실린더들에 각각 연결되는 부분들(95)로 분리된다. 이러한 배치는, 다른 장치는 중단되지 않은 매우 긴 커먼 레일을 변형시켜 커먼 레일을 피로(fatigue)에 노출시키지만, 커먼 레일이 엔진의 작동 중에 엔진(1)의 비틀림 운동(torsional movement)에 적응하는 데 훨씬 좋다는 장점을 갖는다. 10 and 11 show another embodiment of the present invention, in which the electronic fuel injection is of a so-called common rail type. In such a system, there is no individual hydraulic fluid, but instead the fuel is kept at high pressure and the energy for injection is stored by compressing the fuel. The common rail is separated into parts 95 which are each connected to two cylinders. This arrangement deforms the very long common rail, which is not interrupted by other devices, exposing the common rail to fatigue, while the common rail is adapted to the torsional movement of the engine 1 during operation of the engine. Much better.

도 12는 커먼 레일 분사 시스템을 개략적으로 도시한다. 엔진은 전형적으로 중질유(HFO; heavy fuel oil, 물 유화된 연료(water emulsified)와 물 유화되지 않은 연료(non-water emulsified)의 모두)로 작동된다. 유화(emulsification)는 개별적인 유화 유닛(미도시)에서 이루어진다. 엔진의 작동을 위한 연료는 가열 탱크(129) 내에 저장된다. HFO는 50 ℃에서 500 내지 700 cSt의 점성도(viscosity)를 가지며, 실온에서 흐를 수 없다. 탱크 내의 HFG는 항상, 즉 엔진 정지 중에도 약 50 ℃로 유지된다. 전형적으로 본 유형의 엔진을 구비하는 선박들에는 제너레이터 집합들(generators sets; Genset), 즉 메인 엔진의 정지 중에 선박을 위해 그리고 메인 엔진을 위해 전기 동력과 열을 공급하는 소형 디젤 엔진들이 마련된다. 가열 탱크(129)로부터 HFO가 필터나 원심분리기(130) 및 예열기(131; preheater)로 인도된다. 예열기(131)를 나가는 HFO의 온도는 작동 상태와 HFO의 등급에 따라 제어된다. 엔진 정지 동안에, HFO가 유압 시스템을 통해 낮은 압력에서 순환될 때에는, HFO의 온도는 45 내지 60 ℃의 범위에 유지된다. 엔진의 작동 중에 예열기(131)를 나가는 HFO의 온도는 HOF의 점성도에 따라 90 내지 150 ℃에 유지된다. 센서(미도 시)는 예열기(131)의 바로 하류에서 HFO의 점성도를 측정한다. 예열기(131)를 나가는 HFO의 온도는 10 내지 20 cSt의 범위의 측정 지점에서의 점성도를 가져오도록 전형적으로 제어된다.12 schematically illustrates a common rail injection system. Engines are typically operated with heavy fuel oil (HFO), both water emulsified and non-water emulsified. Emulsification takes place in individual emulsification units (not shown). Fuel for operation of the engine is stored in the heating tank 129. HFO has a viscosity of 500-700 cSt at 50 ° C. and cannot flow at room temperature. The HFG in the tank is always maintained at about 50 ° C., even during engine shutdown. Ships with engines of this type are typically provided with generator sets (Genset), ie small diesel engines that supply electrical power and heat for the vessel and for the main engine during the shutdown of the main engine. HFO from the heating tank 129 is directed to a filter or centrifuge 130 and a preheater 131. The temperature of the HFO leaving preheater 131 is controlled according to the operating condition and the grade of the HFO. During engine shutdown, when the HFO is circulated at low pressure through the hydraulic system, the temperature of the HFO is maintained in the range of 45 to 60 ° C. The temperature of the HFO exiting the preheater 131 during operation of the engine is maintained at 90-150 ° C., depending on the viscosity of the HOF. A sensor (not shown) measures the viscosity of the HFO immediately downstream of the preheater 131. The temperature of the HFO leaving preheater 131 is typically controlled to yield a viscosity at the measuring point in the range of 10 to 20 cSt.

분기된 중간 통로(132)는 예열기를 고압 연료 펌프(133)와 보조 저압 순환 펌프(134)의 모두로 연결한다. 비복귀 밸브들(135)은 역흡입을 방지하기 위하여 각 펌프의 하류측 통로들에 배치된다.The branched intermediate passage 132 connects the preheater to both the high pressure fuel pump 133 and the auxiliary low pressure circulation pump 134. Non-return valves 135 are disposed in the downstream passages of each pump to prevent back suction.

엔진 작동 중에 고압 연료 펌프(133)는 기어휠(137)을 통해 크랭크축(3) 상의 기어휠(136)에 의해 구동된다. 이를 통해 고압 연료 펌프(133)는 1000 내지 1500 바(bar)의 공칭 압력(nominal pressure)을 생성하지만, 압력은 작동 조건들에 따라 600 내지 2000 바(bar)에서 변동할 수 있다.During engine operation, the high pressure fuel pump 133 is driven by the gearwheel 136 on the crankshaft 3 via the gearwheel 137. This causes the high pressure fuel pump 133 to generate a nominal pressure of 1000 to 1500 bar, but the pressure can vary from 600 to 2000 bar depending on the operating conditions.

엔진 정지 중에 보조 저압 순환 펌프(134)는 전기 모터(138)에 의해 구동된다. 이를 통해 엔진 중지 동안에 유압 시스템을 통해 HFO를 순환시키기 위해 약 3 내지 10 바(bar)의 압력이 공급된다.During engine shutdown, the auxiliary low pressure circulation pump 134 is driven by the electric motor 138. This provides a pressure of about 3 to 10 bars to circulate the HFO through the hydraulic system during engine shutdown.

커먼 연료 레일(140)은 모든 실린더들을 따라 연장되며, 도 12에 도시되지 않은 실린더들(6)로의 연결은 커먼 레일로부터 연장하는 상부를 향하는 짧은 선들로 표시되었다. 커먼 레일은 엔진의 전체 길이를 따라 연장하는 하나의 긴 튜브에 의해 형성될 필요가 없다. 그 대신 커먼 레일은 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이 몇몇 실린더들을 각각 덮는 서로 연결된 부분들로 분리될 수 있다.The common fuel rail 140 extends along all the cylinders, and the connection to the cylinders 6, not shown in FIG. 12, is indicated by short upward facing lines extending from the common rail. The common rail need not be formed by one long tube extending along the entire length of the engine. Instead, the common rail can be separated into interconnected portions that respectively cover several cylinders as shown in FIGS. 10 and 11.

이웃하는 한 쌍의 실린더들에는 커먼 레일(140)로부터 분기되어 비례 제어 밸브(125)의 입구 포트로 이어지는 공급 통로(141)를 통해 HFO가 공급된다. 공급 통로(141)에는 비례 제어 밸브(125)가 개방될 때 대부분의 유체 체적을 공급하며 비례 제어 밸브(125)가 폐쇄된 동안 커먼 레일(140)로부터 후에 공급 받는 다수의 유체 어큐뮬레이터들(142)이 마련된다.The pair of neighboring cylinders is supplied with an HFO through a supply passage 141 which branches from the common rail 140 and leads to the inlet port of the proportional control valve 125. The supply passage 141 supplies most of the fluid volume when the proportional control valve 125 is opened and a plurality of fluid accumulators 142 which are later supplied from the common rail 140 while the proportional control valve 125 is closed. Is provided.

공급 통로(120)는 비례 제어 밸브(125)의 두 개의 배출 포트들의 하나를 두 개의 이웃하는 실린더들의 하나의 분사기들(23)에 연결한다. 다른 공급 통로(124)는 비례 제어 밸브(125)의 두 개의 배출 포트들의 다른 하나를 두 개의 이웃하는 실린더들의 다른 하나의 분사기들(23)에 연결한다. 비례 제어 밸브(125)는 또한 복귀 HFO를 위한 복귀 통로(143)에 연결되는 두 개의 탱크 포트들을 갖는다. The feed passage 120 connects one of the two outlet ports of the proportional control valve 125 to one injectors 23 of two neighboring cylinders. The other feed passage 124 connects the other of the two outlet ports of the proportional control valve 125 to the other injectors 23 of the two neighboring cylinders. Proportional control valve 125 also has two tank ports connected to return passage 143 for the return HFO.

비례 제어 밸브(125)는 세 개의 메인 위치들을 갖는 솔레노이드(solenoid) 구동 스풀 밸브이다. 솔레노이드(144)는 배선(128)을 통해 제어 유닛(99)으로부터 제어 신호를 수신한다. 다른 실시예(미도시)에 따르면 솔레노이드(44)는 절연 스페이서들(spacers)을 통해 밸브 하우징에 연결된다. Proportional control valve 125 is a solenoid driven spool valve having three main positions. The solenoid 144 receives a control signal from the control unit 99 via the wiring 128. According to another embodiment (not shown), solenoid 44 is connected to the valve housing via insulating spacers.

솔레노이드(44)가 비활성화되는 중앙 위치에서, 비례 제어 밸브(125)의 입구 포트는 폐쇄되고, 비례 제어 밸브(125)의 두 개의 출구 포트들은 복귀 통로(143)로 연결된다.In the central position where solenoid 44 is deactivated, the inlet port of proportional control valve 125 is closed and the two outlet ports of proportional control valve 125 are connected to return passage 143.

솔레노이드가 밸브 스풀을 좌측(도 12에서와 같이 좌측)으로 가압하도록 작동될 때, 분사기들(23)이 제어 밸브(125)와 연결된 두 개의 실린더들의 하나에서의 연소 챔버(15)로 연료를 공급하도록 비례 제어 밸브의 입구 포트는 공급 통로(120)로 연결된다. 이러한 위치에서 압력 통로(124)는 복귀 통로(143)로 연결된다.When the solenoid is operated to pressurize the valve spool to the left (left as in FIG. 12), the injectors 23 supply fuel to the combustion chamber 15 in one of the two cylinders connected with the control valve 125. Inlet port of the proportional control valve is connected to the supply passage (120). In this position, the pressure passage 124 is connected to the return passage 143.

솔레노이드(44)가 밸브 스풀을 우측(도 12에서와 같이 우측)으로 가압하도록 작동될 때, 비례 제어 밸브(125)와 연결된 두 개의 실린더들의 다른 하나에서의 연소 챔버(15)로 연료를 공급하도록 비례 제어 밸브(125)의 입구 포트는 공급 통로(124)로 연결되고 고압 HFO가 공급 통로(124)로 전달된다. 이러한 위치에서 압력 통로(120)는 복귀 통로(143)에 연결된다.When the solenoid 44 is operated to pressurize the valve spool to the right (right as in FIG. 12), to supply fuel to the combustion chamber 15 in the other of the two cylinders connected with the proportional control valve 125. The inlet port of proportional control valve 125 is connected to feed passage 124 and a high pressure HFO is delivered to feed passage 124. In this position, the pressure passage 120 is connected to the return passage 143.

연료 분사 타이밍(timing)과, 분사되는 연료의 체적과, 분사 패턴의 형상은 비례 제어 밸브(125)로 제어된다.The fuel injection timing, the volume of fuel injected, and the shape of the injection pattern are controlled by the proportional control valve 125.

본 발명의 미도시된 변형예에 따르면, 하나의 실린더를 위한 연료 분사를 제어하기 위하여 적은 수의 포트들을 갖는 하나의 비례 제어 밸브와 두 개의 위치들만이 사용된다. 이러한 변형예에 있어서, 비례 제어 밸브의 저압 위치에서 비례 제어 밸브는 공급 통로를 저압 회로에 연결할 것이고, 비례 제어 밸브의 두 개의 위치들 중 다른 위치에서는 공급 통로를 커먼 레일에 연결할 것이다. 본 실시예의 미도시된 다른 변형예에 따르면, 커먼 레일은 각 어큐뮬레이터들(142, 143)에 가스가 충전되지 않고 중단점에서 종료한다.According to a not shown variant of the invention, only one proportional control valve with a small number of ports and two positions are used to control fuel injection for one cylinder. In this variant, the proportional control valve at the low pressure position of the proportional control valve will connect the supply passage to the low pressure circuit, and at the other of the two positions of the proportional control valve will connect the supply passage to the common rail. According to another not shown variant of this embodiment, the common rail terminates at the breakpoint without gas being charged in the respective accumulators 142, 143.

다른 실시예에 따르면, 커먼 연료 레일로부터 분사기들로의 연료의 흐름은 온오프 유형의 밸브에 의해 제어된다(미도시).According to another embodiment, the flow of fuel from the common fuel rail to the injectors is controlled by an on / off type valve (not shown).

비례 제어 밸브(125)가 오류로 너무 오래 개방되는 경우 너무 많은 양의 HFO가 실린더로 유입되는 것을 방지하기 위하여 통상적인 공급 제한부(limiter; 146)가 모든 공급 통로들(120, 124) 내에 배치된다.A conventional supply limiter 146 is placed in all supply passageways 120 and 124 to prevent too much HFO from entering the cylinder if the proportional control valve 125 is opened too long by error. do.

복귀 라인(143) 내의 압력은, 유압 시스템으로의 공기 침투를 피하기 위하여 또한 물 유화된 (water emulsified) HFO 내에 포함된 물이 수증기 기포를 형성하는 것을 방지하기 위하여, 몇 바(bar)의 과도한 압력으로 유지된다. 복귀 통로(143)를 향하는 하류 단부에서의 압력 제어 밸브(147)는 미리 정해진 최소 과도 압력이 복귀 통로(143) 내에 유지되도록 보장한다. 복귀 통로(143) 내의 과도 압력은 3 내지 10 바(bar)일 수 있다. 어큐뮬레이터 또는 팽창 용기(148; expansion vessel)는 비례 제어 밸브(125)가 위치를 변경할 때에 발생할 수 있는 압력 변동들을 흡수하기 위하여 복귀 통로(143)에 연결된다.The pressure in the return line 143 is a few bars of excessive pressure to avoid air penetration into the hydraulic system and to prevent water contained in the water emulsified HFO from forming vapor bubbles. Is maintained. The pressure control valve 147 at the downstream end facing the return passage 143 ensures that a predetermined minimum transient pressure is maintained in the return passage 143. Excess pressure in the return passage 143 may be between 3 and 10 bars. An accumulator or expansion vessel 148 is connected to the return passage 143 to absorb pressure variations that may occur when the proportional control valve 125 changes position.

제2 복귀 통로(149)는 분사기들(23)의 배출 포트를 복귀 통로(43)로 연결한다. 압력 제어 밸브(147)의 하류에서, 복귀 통로(143)는 주기를 완성시키기 위하여 사용된 HFO를 예열기(131)로 공급한다. The second return passage 149 connects the discharge port of the injectors 23 to the return passage 43. Downstream of the pressure control valve 147, the return passage 143 supplies the HFO used to complete the cycle to the preheater 131.

예열기(131)의 출구로부터의 HFO를 커먼 레일(140)로 전송하고, 비례 제어 밸브(125)를 통해 커먼 레일(40)로부터 분사기들(23)로 전송하는 통로들에는, 가열 코일들로 표시된 가열 수단이 마련된다. 통로들은, 예를 들어 증기 트레이스(steam tracing)에 의해 또는 전기 가열 요소들에 의해 전체 길이에 걸쳐 가열될 수 있다. 이러한 통로들의 가열은 HFO가 예열기로부터 하류를 향해 이동할 때에 뜨거운 HFO의 열 손실을 감소시키는 기능을 한다. 엔진 작동 동안에, 분사기들과 유압 밸브 액추에이터들을 향하는 통로들 내에서의 HFO의 온도는 어떻게 하든지 사용된 HFO의 점성도에 기초하여 150 ℃에 가깝게 유지된다. 공급 통로(120)와 공급 통로(124)와 같이 자체의 길이의 일부에 대해 평행하게 진행하는 인접한 통로들에는 공통 가열 수단(미도시)이 마련될 수 있다.In the passages that transmit the HFO from the outlet of the preheater 131 to the common rail 140 and from the common rail 40 to the injectors 23 via the proportional control valve 125 are indicated by heating coils. Heating means are provided. The passages can be heated over the entire length, for example by steam tracing or by electrical heating elements. Heating of these passages serves to reduce the heat loss of the hot HFO as the HFO moves downstream from the preheater. During engine operation, the temperature of the HFO in the passages towards the injectors and the hydraulic valve actuators is kept close to 150 ° C. based on the viscosity of the HFO used in any way. Common heating means (not shown) may be provided in adjacent passages that run parallel to a portion of its length, such as feed passage 120 and feed passage 124.

복귀 라인들(143, 149)에는 또한 상술한 바와 같은 동일한 유형의 가열 수단이 마련된다. 복귀 라인들 내의 HFO의 온도는 덜 임계적이며, 가열 수단은 HFO의 온도가 50 ℃ 미만으로 떨어지지 않도록 하기 위하여 조정된다. The return lines 143, 149 are also provided with the same type of heating means as described above. The temperature of the HFO in the return lines is less critical and the heating means is adjusted so that the temperature of the HFO does not drop below 50 ° C.

엔진 정지 동안에, HFO는 유압 시스템 내에 공기가 갇히는 것을 방지하고 HFO의 국부적인 냉각이나 경화를 방지하기 위해 순환 펌프(134)에 의해 (3 내지 10바의 상대적으로 낮은 압력에서) 유압 시스템을 통해 순환한다.During engine shutdown, the HFO is circulated through the hydraulic system (at a relatively low pressure of 3 to 10 bar) by the circulation pump 134 to prevent air trapping in the hydraulic system and to prevent local cooling or hardening of the HFO. do.

상기 실시예들의 변형예(미도시)에 따르면, 유압 피스톤 펌프(37)를 밸브 액추에이터(21)로 연결하는 고압 통로들(35)은 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍에 앞서서 배기 밸브가 자신의 복귀 행정을 개시하도록 하기 위하여 전자적 제어 밸브 수단(제어 유닛(99)에 의해 제어됨)에 의해 감압될 수 있다.According to a variant of the above embodiments (not shown), the high pressure passages 35 connecting the hydraulic piston pump 37 to the valve actuator 21 have an exhaust valve in advance of the return stroke timing defined by each cam of the camshaft. Can be depressurized by an electronic control valve means (controlled by the control unit 99) in order to initiate its return stroke.

상기 실시예들의 다른 변형예(미도시)에 따르면, 유압 피스톤 펌프(37)를 밸브 액추에이터(21)로 연결하는 고압 통로들(35)은 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍 이후까지 복귀 행정을 지연시키기 위하여 전자 밸브 수단(제어 유닛(99)에 의해 제어됨)에 의해 선택적으로 차단될 수 있다.According to another variant of the embodiments (not shown), the high pressure passages 35 connecting the hydraulic piston pump 37 to the valve actuator 21 return until after a return stroke defined by each cam of the camshaft. It can be selectively shut off by the solenoid valve means (controlled by the control unit 99) to delay the stroke.

하나 이상의 제어 유닛(99)은 엔진의 작동 조건들과 관련한 배기 밸브의 폐쇄의 전진된 타이밍이나 지연된 타이밍을 제어하기 위하여 형성될 수 있다.One or more control units 99 may be formed to control the advanced or delayed timing of the closing of the exhaust valve in relation to the operating conditions of the engine.

상기 실시예들의 또 다른 변형예(미도시)에 따르면, 캠축(28)에는 크랭크축(3)의 각도 위치에 대한 캠축(28)의 각도 위치를 조정하기 위한 전자 유압 기구가 마련된다. 전자 유압 기구는 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 변동시키기 위해 하나 이상의 상기 제어 유닛들(9)에 의해 제어된다.According to another variant (not shown) of the above embodiments, the camshaft 28 is provided with an electrohydraulic mechanism for adjusting the angular position of the camshaft 28 with respect to the angular position of the crankshaft 3. The electrohydraulic mechanism is controlled by one or more of the control units 9 to vary the timing of opening and closing of the exhaust valves.

일실시예가 일렬로 배치된 실린더들을 갖는 엔진만을 나타내지만, 본 발명은 V-구조나, U-구조와 같은 다른 실린더 배치들에도 사용될 수 있다.Although one embodiment only shows an engine with cylinders arranged in a line, the invention can be used for other cylinder arrangements, such as V-structures or U-structures.

청구항에서 사용된 "구비하는(comprising)"이라는 용어는 다른 구성 요소들이나 단계들을 배제하지 않는다. 청구항들에서 사용된"하나(a or an)"라는 용어는 복수 개를 배제하지 않는다.As used in the claims, the term "comprising" does not exclude other components or steps. The term "a or an" as used in the claims does not exclude a plurality.

청구항들에 사용된 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. Reference signs used in the claims should not be understood as limiting the scope.

본 발명이 설명의 목적으로 기술되었으나, 이러한 상세한 내용은 설명을 위한 목적일 뿐이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 기술 분야에서 숙련된 자에 의해 본 발명에서 다양한 변형예들이 만들어질 수 있다.Although the present invention has been described for purposes of explanation, these details are for the purpose of illustration only and various modifications may be made in the invention by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

본 발명은 크로스 헤드(cross head) 유형의 대형의 저속 작동 유니 플로우 2행정 디젤 엔진에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a large, low speed, operating uniflow two stroke diesel engine of the cross head type.

Claims (32)

크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 연료 분사기들과, 고압 유체 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적(volume)과, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 축적된 상기 위치 에너지가 상기 연료 분사를 구동하고, 연료 분사는 적어도 하나의 상기 유압 밸브에 의해 제어되며, 상기 엔진은 각각의 실린더들과 연결되는 적어도 하나의 배기 밸브들의 구동을 위한 캠들을 구비한 적어도 하나의 캠축과, 유압 피스톤 펌프들을 더 구비하고, 상기 유압 피스톤 펌프들은 상기 캠축 상의 각각의 캠들에 의해 구동되며, 상기 배기 밸브를 개방 방향으로 이동시키기 위해 배기 밸브 마다의 유압 액추에이터와, 유압 피스톤 펌프들을 유압 액추에이터들과 연결시키기 위해 배기 밸브 마다의 유압 통로와, 배기 밸브를 폐쇄 방향으로 가압하기 위해 배기 밸브 마다의 탄성 부재를 구비하고, 상기 체적의 고압 유체는 캠축 하우징 내에서 엔진의 길이를 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함되고, 상기 캠축 하우징 내에는 상기 캠축과 상기 공급 통로가 수용되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.A large uni-flow two-stroke diesel engine of the crosshead type, comprising: a plurality of cylinders having at least one exhaust valve per cylinder, one or more fuel injectors per cylinder, a high pressure fluid source, and a potential energy accumulation by compression; A volume of the high pressure fluid and at least one electronically controlled hydraulic valve, the accumulated potential energy drives the fuel injection, fuel injection is controlled by at least one hydraulic valve, and the engine Is further provided with at least one camshaft with cams for driving at least one exhaust valve connected to the respective cylinders, hydraulic piston pumps, the hydraulic piston pumps being driven by respective cams on the camshaft; Hydraulic actuator for each exhaust valve to move the exhaust valve in the opening direction. And a hydraulic passage for each exhaust valve for connecting the hydraulic piston pumps with the hydraulic actuators, and an elastic member for each exhaust valve for pressurizing the exhaust valve in the closing direction, wherein the high pressure fluid in the volume is in the camshaft housing. A large uniflow two-stroke diesel engine of the cross head type, wherein the cam shaft and the feed passage are accommodated in a feed passage extending along the length of the engine. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고압 유체는 연료와 상이한 매체(medium)이며, 연료로부터 분리된, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The high pressure fluid is a medium different from the fuel and is separated from the fuel. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2, 상기 고압 유체와 연료는 실린더 마다 적어도 하나의 피스톤 장치에 의해 분리되고, 상기 고압 유체는 연료 분사 동안에 상기 피스톤 장치를 이동시키고, 상기 피스톤 장치는 연관된 실린더 내의 연소 챔버 내로 연료를 다시 이동시키는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.Wherein the high pressure fluid and fuel are separated by at least one piston device per cylinder, the high pressure fluid moves the piston device during fuel injection, and the piston device moves fuel back into the combustion chamber in the associated cylinder. Type of large uniflow two-stroke diesel engine. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 피스톤 장치는 압력 부스터(pressure booster)이고, 상기 피스톤 장치는 고압 유체를 향하는 대형 유효 면적과 연료를 향하는 소형 유효 면적을 갖는 피스톤을 구비하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.Said piston device being a pressure booster, said piston device having a piston having a large effective area facing high pressure fluid and a small effective area facing fuel. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 2 to 4, 상기 공급 통로는 엔진의 길이를 따라 배치되는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 상기 압축 챔버들은 고압 유체 자체의 압축에 의해 상당한 양의 위치 에너지가 축적되게 하기 위해 상기 고압 유체를 위한 확대 체적을 구비하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The feed passage has a plurality of compression chambers arranged along the length of the engine, the compression chambers having an enlarged volume for the high pressure fluid to allow a significant amount of potential energy to accumulate by compression of the high pressure fluid itself. Large Uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.A large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type, in which one compression chamber is provided for supplying a high pressure fluid to a pair of neighboring cylinders. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 압축 챔버들은 적어도 부분적으로 상기 캠축 하우징 내에 배치되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The compression chambers are at least partially disposed within the camshaft housing. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 압축 챔버들은 상기 캠축 하우징과 하나의 벽의 적어도 일부를 공유하고, 상기 압축 챔버들은 캠축 하우징의 상부 플레이트의 일부를 공유하거나 형성하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The compression chambers share at least a portion of one wall with the camshaft housing, and the compression chambers share or form part of the upper plate of the camshaft housing. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 압축 챔버들은 금속 고체 블록에 구멍을 가공하여 형성되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The compression chambers are formed by drilling holes in a metal solid block. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 고압 유체 공급원은 하나 이상의 전기 구동 고압 펌프들을 구비하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The high pressure fluid source comprises one or more electrically driven high pressure pumps. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 하나의 유압 밸브는 둘 이상의 엔진 실린더들로의 연료 분사를 제어하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.A single uni-flow two-stroke diesel engine of the crosshead type, wherein one hydraulic valve controls fuel injection to two or more engine cylinders. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고압 유체는 연료인, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.Wherein said high pressure fluid is a fuel. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 체적의 상기 고압 유체는 커먼 레일(common rail) 내에 포함되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.And said volume of said high pressure fluid is contained in a common rail. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 유압 밸브들은 비례 밸브들(proportional valves)인, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.Wherein the hydraulic valves are proportional valves. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 유압 밸브들은 하나 이상의 컴퓨터들에 의해 제어되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The hydraulic valves are controlled by one or more computers. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 하나 이상의 컴퓨터들은 연료 분사의 타이밍(timing) 및 분사율 조절(rate shape) 중 적어도 하나를 엔진의 작동 조건들에 맞추도록 형성되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.One or more computers are configured to match at least one of the timing and rate shape of fuel injection to the operating conditions of the engine. 제16항에 있어서, The method of claim 16, 하나 이상의 상기 컴퓨터들은 엔진 부하가 감소할 때 연료 분사의 타이밍을 전진시키도록 형성되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.One or more of the computers are configured to advance the timing of fuel injection when the engine load decreases. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 연료 분사의 속도는 요구되는 분사 형태를 얻기 위해 연료 분사 동안에 변조될 수 있는(modulated), 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The speed of fuel injection is a large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type, which can be modulated during fuel injection to obtain the desired injection type. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 하나 이상의 컴퓨터들에 의해 또한 제어될 수 있는 실린더 윤활 시스템을 더 구비하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.A large uniflow two-stroke diesel engine of the cross head type, further comprising a cylinder lubrication system, which can also be controlled by one or more computers. 제19항에 있어서, The method of claim 19, 상기 고압 유압 유체는 또한 상기 실린더 윤활 시스템을 구동하는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The high pressure hydraulic fluid also drives the cylinder lubrication system. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 상기 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍에 앞서 배기 밸브의 복귀 행정을 배기 밸브가 시작하도록 허용하기 위해 전자 제어 밸브 수단에 의해 감압될 수 있는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The high pressure passage connecting the hydraulic piston pump to the valve actuator may be depressurized by electronic control valve means to allow the exhaust valve to start the return stroke of the exhaust valve prior to the return stroke timing defined by each cam of the camshaft. Large crossflow type large uni-flow two-stroke diesel engine. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 상기 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정의 타이밍 이후까지 복귀 행정을 지연시키기 위해, 전자 밸브 수단에 의해 선택적으로 차단되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The high pressure passage connecting the hydraulic piston pump to the valve actuator is of a crosshead type, which is selectively interrupted by a solenoid valve means to delay the return stroke until after the timing of the return stroke defined by each cam of the camshaft. Large Uniflow Two Stroke Diesel Engine. 제21항에 있어서, The method of claim 21, 하나 이상의 컴퓨터들은 엔진의 작동 조건들과 관련되어 배기 밸브의 폐쇄의 전진된 타이밍이나 지연된 타이밍을 제어하도록 형성되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.One or more computers are configured to control the advanced or delayed timing of the closing of the exhaust valve in relation to the operating conditions of the engine. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 캠축은 크랭크축의 각도 위치에 상대적으로 각도 위치를 조정하기 위한 기구를 구비하고, 상기 기구는 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 변동시키기 위해 하나 이상의 컴퓨터들에 의해 제어되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.The camshaft has a mechanism for adjusting the angular position relative to the angular position of the crankshaft, the mechanism being controlled by one or more computers to vary the timing of opening and closing of the exhaust valves. Uniflow two-stroke diesel engine. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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