KR101912910B1 - 왕복 엔진 - Google Patents

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Abstract

실린더(110) 내에 형성되는 연소실(124)에서 발생하는 폭발 압력에 의해 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동하는 왕복 엔진으로서, 액체 연료를 연소실에 공급하는 액체 연료 공급부(148)와, 연소실에서의 연소에 의해 발생하여 연소실로부터 배기된 배기가스인 EGR 가스 및 연료 가스를 실린더 내에 공급하는 가스 공급부(연료 가스 공급부(150), EGR 공급부(152))를 구비한다.

Description

왕복 엔진{Reciprocating engine}
본 개시는, 연료의 폭발 압력에 의해 피스톤이 왕복운동하는 왕복 엔진(왕복 기관)에 관한 것이다.
본원은 2014년 9월 18일에 일본 출원된 일본특허출원 2014-190325호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근에 엔진에서의 연료의 연소 방식이 복수 개발되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 엔진에 탑재하는 노즐로서 액체 연료를 분사하는 노즐과 기체 연료(연료 가스)를 분사하는 노즐을 둘 다 구비하는 구성이 기재되어 있다. 이러한 구성에서는, 액체 연료를 분사하여 착화시킨 시점에서 연료 가스를 분사함으로써 연소를 확대시키는 것이 가능해진다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2013-124586호 공보
상기와 같이, 액체 연료를 분사하는 노즐과 연료 가스를 분사하는 노즐을 둘 다 구비하는 구성에 있어서, 실린더 내에 분사된 액체 연료나 연료 가스의 일부 연소가 급속히 진행되어 국소적으로 고온이 되고 NOx 등의 배기 규제 물질이 발생하는 경우가 있다.
본 개시는 이러한 과제를 감안하여, 액체 연료 및 연료 가스의 연소에 따른 NOx의 발생을 억제하는 것이 가능한 왕복 엔진을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 개시는 실린더 내에 형성되는 연소실에서 발생하는 폭발 압력에 의해 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동하는 왕복 엔진으로서, 액체 연료를 연소실에 공급하는 액체 연료 공급부와, 연소실에서의 연소에 의해 발생하여 연소실로부터 배기된 배기가스인 EGR 가스 및 연료 가스를 실린더 내에 공급하는 가스 공급부를 구비한다.
본 개시에 의하면, 액체 연료 및 연료 가스의 연소에 따른 NOx의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 유니플로 소기식 2사이클 엔진의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a는 소기 포트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 소기 포트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실린더에 연료 가스, 액체 연료 및 EGR 가스의 공급 경로의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 4a는 연소실에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 연소실에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 연소실에 액체 연료, 연료 가스 및 EGR 가스의 공급을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 연소실에 액체 연료, 연료 가스 및 EGR 가스의 공급을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 제1 변형예에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 제2 변형예에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 제3 변형예에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제4 변형예에서의 실린더에 연료 가스, 액체 연료 및 EGR 가스의 공급 경로의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 8a는 제4 변형예에서의 연소실에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 제4 변형예에서의 연소실에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 적합한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 이러한 실시형태에 나타내는 치수, 재료, 그 밖의 구체적인 수치 등은 개시된 내용의 이해를 용이하게 하기 위한 예시에 불과하며, 특별히 언급하는 경우를 제외하고 본 개시를 한정하는 것은 아니다. 또, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하고, 본 개시에 직접 관계가 없는 요소는 도시를 생략한다.
이하의 실시형태에서는, 실린더 내부를 가스가 일방향으로 흐르는 유니플로 소기식 2사이클 엔진에 대해 설명한다. 그러나, 엔진의 종류는 유니플로 소기식, 2사이클형에 한정되지 않고, 실린더 내에 형성되는 연소실에서 발생하는 폭발 압력에 의해 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동하는 왕복 엔진이면 된다.
도 1은, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)(왕복 엔진)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)은, 예를 들어 선박 등에 이용된다. 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)은 실린더(110), 피스톤(112), 배기 포트(114), 배기 밸브 구동 장치(116), 배기 밸브(118), 소기 포트(120), 소기실(122), 연소실(124), 로터리 인코더(126), 거버너(조속기)(128), 공급 제어부(130), 배기 제어부(132)를 포함하여 구성된다.
유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)에서는 흡기(급기), 압축, 연소, 배기로 이루어지는 4개의 연속되는 행정을 통해 피스톤(112)이 실린더(110) 안을 왕복운동한다.
피스톤(112)에는, 피스톤 로드(112a)의 일단이 고정되어 있다. 피스톤 로드(112a)는 도시하지 않은 크로스 헤드에 연결되어 있고, 피스톤(112)이 실린더(110) 안을 슬라이딩하면서 왕복운동하면, 크로스 헤드 및 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트가 회전한다. 이러한 크로스 헤드형 왕복 엔진에서는, 실린더(110) 내에서의 스트로크를 비교적 길게 형성할 수 있고, 피스톤(112)에 작용하는 측압(側壓)을 크로스 헤드에 받게 하는 것이 가능하므로, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)의 고출력화를 도모할 수 있다.
배기 포트(114)는, 피스톤(112)의 상사점 위치로부터 도 1 중 상측에 위치하는 실린더 헤드(110a)에 설치된 개구부로서, 실린더(110) 내에서 발생한 연소 후의 배기가스를 배기하기 위해 개폐된다. 배기 밸브 구동 장치(116)는, 소정의 타이밍에 배기 밸브(118)를 상하로 슬라이딩시킴으로써 배기 포트(114)를 개폐한다. 이와 같이 하여 배기 포트(114)를 통해 배기된 배기가스는, 예를 들어 도시하지 않은 과급기의 터빈 측에 공급된 후 외부로 배기된다. 또한, 배기 포트(114)로부터 배기된 배기가스의 일부는 EGR 가스로서 실린더(110) 내에 환류된다. EGR 가스의 공급 경로에 대해서는 나중에 상세히 서술한다.
소기 포트(120)는, 실린더(110)의 하단측(도 1 중 하측)에서 실린더(110)를 그 내주면(실린더 블록(110b)의 내주면)으로부터 외주면까지 관통하는 구멍이다.
도 2a 및 도 2b는 소기 포트(120)를 설명하기 위한 도면으로, 도 2a에는 실린더(110)의 소기 포트(120) 근방의 측면도를 나타내고, 도 2b에는 도 2a의 II(b)-II(b) 선에 따른 단면을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 소기 포트(120)는 실린더(110)의 전체둘레에 걸쳐 복수 설치되어 있다. 그리고, 소기 포트(120)로부터 피스톤(112)의 슬라이딩 동작에 따라 실린더(110) 내에 활성 가스가 흡입된다. 이 활성 가스는 산소, 오존 등의 산화제 또는 그 혼합기(예를 들어 공기)를 포함한다.
소기 포트(120)는, 실린더(110)의 외부에서 내부로 향하여 실린더(110)의 지름 방향에 대해 경사진 방향으로 소기 가스를 도출하는 형상으로 되어 있다. 구체적으로 소기 포트(120)는, 실린더(110)의 지름 방향에 대해 경사진 방향으로 연장되어 있다. 또한, 실린더(110)의 전체둘레에 걸쳐 설치된 어떤 소기 포트(120)에 대해서도 지름 방향에 대한 경사가 거의 같게 되어 있다. 그 결과, 도 2b 중 화살표로 나타내는 바와 같이, 소기는 스월류가 되어 실린더(110) 안을 상승하여 배기 포트(114) 측으로 흐른다.
도 1로 되돌아가, 소기실(122)에는 도시하지 않은 과급기의 컴프레서에 의해 가압된 활성 가스(예를 들어 공기)가 봉입되어 있고, 소기실(122)과 실린더(110) 내의 차압(差壓)에 의해 소기 포트(120)로부터 활성 가스가 흡입된다. 소기실(122)의 압력은 거의 일정하게 할 수 있지만, 소기실(122)의 압력이 변화하는 경우에는 소기 포트(120)에 압력계를 마련하고, 그 계측값에 따라 연료 가스의 분사량 등 다른 파라미터를 제어해도 된다.
연소실(124)은 실린더 헤드(110a)와, 실린더 블록(110b)에서의 실린더 라이너와, 피스톤(112)으로 둘러싸이는 공간이다. 연소실(124)에는 액체 연료 공급부, 연료 가스 공급부, EGR 공급부에 의해, 액체 연료, 연료 가스(기체 연료) 및 EGR 가스가 공급된다. 이들 공급부에 대해 이해를 용이하게 하기 위해 도 1에서는 도시를 생략하고 후술한다.
로터리 인코더(126)는 도시하지 않은 크랭크 샤프트에 마련되어, 크랭크 샤프트의 각도 신호(이하, 크랭크 각도 신호라고 함)를 검출한다.
거버너(128)는, 상위의 제어 장치로부터 입력된 엔진 출력 지령값과, 로터리 인코더(126)로부터의 크랭크 각도 신호에 의한 엔진 회전수에 기초하여 액체 연료, 연료 가스, EGR 가스 각각의 분사량을 도출하여 공급 제어부(130)에 출력한다.
공급 제어부(130)는, 거버너(128)로부터 입력된 액체 연료, 연료 가스, EGR 가스 각각의 분사량을 나타내는 정보와, 로터리 인코더(126)로부터의 크랭크 각도 신호에 기초하여 액체 연료 공급부, 연료 가스 공급부, EGR 공급부를 제어한다.
배기 제어부(132)는, 공급 제어부(130)로부터의 액체 연료, 연료 가스, EGR 가스 각각의 분사량을 나타내는 정보 및 로터리 인코더(126)로부터의 크랭크 각도 신호에 기초하여 배기 밸브 구동 장치(116)에 배기 밸브 조작 신호를 출력한다.
도 3은, 실린더(110)에 연료 가스, 액체 연료 및 EGR 가스의 공급 경로의 개략을 나타내는 블록도이다. 연료 가스 저류부(貯留部; 134) 및 액체 연료 저류부(136)는 예를 들어 탱크 등으로 구성되고, 연료 가스 저류부(134)에는 연료 가스가 저류되고, 액체 연료 저류부(136)에는 액체 연료가 저류된다. 연료 가스 저류부(134)에 저류된 연료 가스 및 액체 연료 저류부(136)에 저류된 액체 연료는 각각 연료 가스 공급로(134a) 및 액체 연료 공급로(136a)를 통과하여 실린더(110) 내에 공급된다.
또한, 배기 유로(114a)는, 상기 배기 포트(114)에 연통하는 배기가스의 유로이다. 배기 유로(114a)에는 3방 밸브(138)가 마련되어 있고, 3방 밸브(138)는 연소실(124)에서의 연소에 의해 발생하여 배기 포트(114)로부터 실린더(110) 밖으로 배기된 배기가스를 배기 매니폴드(140) 측으로 도출한다. 또한, 3방 밸브(138)는 배기가스의 일부를 실린더(110)로 환류하는 환류로(142)로 도출한다. 본 실시형태에서는, 실린더(110)로 환류하는 배기가스를 EGR 가스라고 호칭한다.
3방 밸브(138)의 개방도는, 예를 들어 상기 공급 제어부(130)의 제어에 따라 실린더(110) 내에 분사하는 EGR 가스의 분사량에 맞추어 조정된다.
환류로(142)에는 압축기(144) 및 열교환기(146)가 마련되어 있고, 환류로(142)를 유통하는 배기가스(EGR 가스)는 압축기(144)에 의해 고압이 됨과 아울러 열교환기(146)에 의해 냉각된 후 실린더(110) 내에 공급된다.
도 4a 및 도 4b는 연소실(124)에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면으로, 도 4a에는 도 1의 IV(a)-IV(a) 선에 따른 단면을 나타내고, 도 4b에는 도 4a의 IV(b) 화살표 도면을 나타낸다. 도 4a 및 도 4b에서는, 이해를 용이하게 하기 위해 실린더(110) 내의 연소실(124) 및 각 공급부만을 개략적으로 나타낸다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 실린더(110)(실린더 헤드(110a))에는 액체 연료 공급부(148), 연료 가스 공급부(150)(가스 공급부) 및 EGR 공급부(152)(가스 공급부)가 마련되어 있다. 각 공급부(액체 연료 공급부(148), 연료 가스 공급부(150) 및 EGR 공급부(152))는 각각 분사 노즐로 구성되고, 공급 제어부(130)의 제어에 의해 작동한다.
액체 연료 공급부(148)는, 액체 연료 공급로(136a)의 하류단에 연통하여, 액체 연료 저류부(136)에 저류된 액체 연료를 실린더(110)(연소실(124)) 내에 분사(공급)한다.
연료 가스 공급부(150)는, 연료 가스 공급로(134a)의 하류단에 연통하여, 연료 가스 저류부(134)에 저류된 연료 가스를 실린더(110)(연소실(124)) 내에 분사한다.
EGR 공급부(152)는, 본 실시형태에서는 2개의 분사 노즐(제1 EGR 공급부(152a), 제2 EGR 공급부(152b))로 구성되어 있고, 각각 환류로(142)의 하류단에 연통하여, 환류로(142)를 유통하는 EGR 가스를 실린더(110)(연소실(124)) 내에 분사한다.
또한, 도 4a에 흰 화살표로 나타내는 바와 같이, 연소실(124)에서는 소기 포트(120)로부터 유입된 활성 가스에 의한 스월류가 발생하고 있다. 이 때, 제1 EGR 공급부(152a)는 연료 가스 공급부(150)보다 스월류의 흐름 방향의 상류측에, 예를 들어 실린더(110)의 절반 둘레의 범위 내에 배치되어 있다. 또한, 제2 EGR 공급부(152b)는 액체 연료 공급부(148)보다 약간 스월류의 흐름 방향의 상류측에, 예를 들어 실린더(110)의 절반 둘레의 범위 내에 배치되어 있다. 이 범위는, 예를 들어 액체 연료 공급부(148)의 위치를 기점으로 하여 스월류의 흐름 방향의 상류측에 실린더(110)의 둘레방향의 절반까지의 영역이다.
도 5a 및 도 5b는, 연소실(124)에 액체 연료, 연료 가스 및 EGR 가스의 공급을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 우선 제1 EGR 공급부(152a) 및 제2 EGR 공급부(152b)로부터 EGR 가스가 분사된다. 엄밀하게는 제1 EGR 공급부(152a)로부터 EGR 가스가 분사된 후, 제2 EGR 공급부(152b)로부터 EGR 가스가 분사된다.
그 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 액체 연료 공급부(148)로부터 액체 연료가 분사된다. 그리고, 액체 연료가 자연 착화된 후, 연료 가스 공급부(150)로부터 연료 가스가 분사된다. 이 때, 액체 연료 공급부(148)의 액체 연료의 분사 방향으로는 스월류를 타고 제2 EGR 공급부(152b)로부터 분사된 EGR 가스가 흘러오고 있고, 액체 연료 공급부(148)는 이 EGR 가스로 향하여 액체 연료를 분사한다.
또한, 연료 가스 공급부(150)의 연료 가스의 분사 방향으로는 스월류를 타고 제1 EGR 공급부(152a)로부터 분사된 EGR 가스가 흘러오고 있고, 연료 가스 공급부(150)는 이 EGR 가스로 향하여 연료 가스를 분사한다.
그 때문에, 실린더(110) 내에 공급된 액체 연료 및 연료 가스의 주위에서는 국소적으로 EGR 가스의 농도가 높아진다. 그 결과, 연료 가스 및 액체 연료 주위의 산소 농도 저하나, EGR 가스에 포함되는 이산화탄소 가스나 수증기 등의 비열이 큰 가스의 영향에 의해 국소적이고 과도한 온도 상승이 억제되고 NOx의 발생량이 저감된다.
또한, EGR 가스는 연소실(124) 중에서 액체 연료 및 연료 가스가 처음에 공급되는 부분 근방에만 공급된다. 그 때문에, 연소실(124) 내 전역에 EGR 가스를 공급하는 구성에 비해 EGR 가스의 공급량을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 EGR 공급부(152a) 및 제2 EGR 공급부(152b)는 각각 연료 가스 공급부(150), 액체 연료 공급부(148)보다 스월류의 상류측에 마련되어 있다. 그 때문에, 스월류를 타고 흘러 적당한 정도(適度)로 확산된 EGR 가스에 연료 가스 및 액체 연료가 분사된다. 그 결과, 연료 가스나 액체 연료가 EGR 가스에 접촉하기 쉽고 NOx의 발생량이 더욱 저감된다.
도 6a~도 6c는 본 실시형태의 제1 변형예, 제2 변형예 및 제3 변형예에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 6a~도 6c에서는 이해를 용이하게 하기 위해 액체 연료 공급부(148) 및 제2 EGR 공급부(152b)에 대해서는 도시를 생략한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 변형예에서는 연료 가스 공급부(150)보다 스월류의 흐름 방향의 하류측에 제1 EGR 공급부(252a)가 배치되어 있다. 그리고, 제1 EGR 공급부(252a)는 스월류의 흐름 방향의 상류측으로 향하여 EGR 가스를 분사한다. 이와 같이, 제1 EGR 공급부(252a)는 연료 가스 공급부(150)보다 스월류의 하류측에 배치되어도 된다.
여기서는, 제1 EGR 공급부(252a)는 연료 가스 공급부(150)와 연료 가스의 분사 방향에 대략 대향하는 방향으로 배치되어 있다. 그러나, 적어도 제1 EGR 공급부(252a)로부터 분사된 EGR 가스의 유로 상에, 연료 가스 공급부(150)로부터 분사된 연료 가스의 유로가 교차하는 위치 관계이면 된다.
또한, 제2 변형예에서는, 도 6b에 도시된 바와 같이 연료 가스 공급부(150)보다 스월류의 흐름 방향의 상류측에 제1 EGR 공급부(352a1)가 배치되고, 하류측에 제1 EGR 공급부(352a2)가 배치되어 있다. 상류측의 제1 EGR 공급부(352a1)는 스월류의 흐름 방향의 하류측으로 향하여 EGR 가스를 분사하고, 하류측의 제1 EGR 공급부(352a2)는 스월류의 흐름 방향의 상류측으로 향하여 EGR 가스를 분사한다.
또한, 제3 변형예에서는, 도 6c에 도시된 바와 같이 연료 가스 공급부(150)보다 스월류의 흐름 방향의 상류측에 2개의 제1 EGR 공급부(452a1, 452a2)가 배치되고, 하류측에 제1 EGR 공급부(452a3)가 배치되어 있다. 상류측의 제1 EGR 공급부(452a1, 452a2)는 스월류의 흐름 방향의 하류측으로 향하여 EGR 가스를 분사하고, 하류측의 제1 EGR 공급부(452a3)는 스월류의 흐름 방향의 상류측으로 향하여 EGR 가스를 분사한다.
제2 변형예 및 제3 변형예에 나타내는 바와 같이, 제1 EGR 공급부(352a1, 352a2, 452a1, 452a2, 452a3)는 2개 이상 배치되어도 된다.
상술한 제1~제3 변형예 모두에서 제1 EGR 공급부(252a, 352a1, 352a2, 452a1, 452a2, 452a3)는, 연료 가스 공급부(150)로부터 연료 가스가 분사되는 위치에 연료 가스 공급부(150)로부터 연료 가스가 분사되는 시점에서 EGR 가스가 적당한 정도로 확산된 상태로 위치하도록 배치 및 분사 타이밍이 설정된다.
또한, 제1~제3 변형예에서는, 상술한 실시형태에 있어서 제1 EGR 공급부(152a)의 구성을 변경하는 경우에 대해 예시하였다. 여기서는 장황한 설명이 되는 것을 피하기 위해 상술하지는 않았지만, 제2 EGR 공급부(152b)에 대해서도 마찬가지의 변경이 가능하다.
도 7은, 본 실시형태의 제4 변형예에서의 실린더(110)에 연료 가스, 액체 연료 및 EGR 가스의 공급 경로의 개략을 나타내는 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제4 변형예에서는 환류로(142)에서의 열교환기(146)의 하류측에 혼합실(554)이 마련되어 있다.
또한, 연료 가스 공급로(534a)는 혼합실(554)에 접속되어 있다. 혼합실(554)에서는, 열교환기(146)로부터 공급된 EGR 가스와, 연료 가스 저류부(134)로부터 공급된 연료 가스가 혼합된다.
도 8a 및 도 8b는, 제4 변형예에서의 연소실(124)에서의 각 공급부의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 8a에는 제4 변형예에서의 도 4a에 대응하는 위치의 단면을 나타내고, 도 8b에는 도 8a의 VIII(b) 화살표 도면을 나타낸다. 도 8a 및 도 8b에서는 이해를 용이하게 하기 위해 실린더(110) 내의 연소실(124) 및 각 공급부만을 개략적으로 나타낸다.
상술한 실시형태에서는, 실린더 헤드(110a)에 제1 EGR 공급부(152a) 및 연료 가스 공급부(150)가 마련되는 구성에 대해 설명하였지만, 제4 변형예에서는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 제1 EGR 공급부(152a) 및 연료 가스 공급부(150)가 마련되지 않은 대신에 가스 공급부(556)가 마련되어 있다.
가스 공급부(556)는 환류로(142)의 하류단에 연통하여, 환류로(142)의 하류단을 유통하는, 혼합실(554)에서 혼합된, 연료 가스 및 EGR 가스의 예혼합 가스를 실린더(110) 내에 분사한다.
이와 같이, 혼합실(554)에서 미리 연료 가스와 EGR 가스를 혼합함으로써, 연료 가스와 EGR 가스의 혼합이 충분히 진행되어 NOx를 더욱 저감하는 것이 가능해진다.
상술한 실시형태 및 변형예에서는, 소기 포트(120)에 의해 스월류가 발생하는 구성에 대해 설명하였지만, 소기 포트(120)가 실린더(110)의 지름 방향으로 연장되어 스월류를 발생시키지 않는 구성이어도 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 개시는 이러한 실시형태에 한정되지 않는 것은 물론이다. 통상의 기술자라면 청구범위에 기재된 범주에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
본 개시는, 연료의 폭발 압력에 의해 피스톤이 왕복운동하는 왕복 엔진에 이용할 수 있다.
100 유니플로 소기식 2사이클 엔진(왕복 엔진)
110 실린더
112 피스톤
120 소기 포트
124 연소실
148 액체 연료 공급부
150 연료 가스 공급부(가스 공급부)
152 EGR 공급부(가스 공급부)
152a, 252a, 352a1, 352a2, 452a1, 452a2, 452a3 제1 EGR 공급부
152b 제2 EGR 공급부
556 가스 공급부

Claims (7)

  1. 실린더 내에 형성되는 연소실에서 발생하는 폭발 압력에 의해 상기 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동하는 왕복 엔진으로서,
    액체 연료를 상기 연소실에 공급하는 액체 연료 공급부와,
    상기 연소실에서의 연소에 의해 발생하고, 상기 연소실로부터 배기된 배기가스인 EGR 가스를 상기 실린더 내에 공급하는 제1 EGR 공급부 및 제2 EGR 공급부와,
    연료 가스를 상기 실린더 내에 공급하는 연료 가스 공급부를 구비하며,
    상기 연료 가스 공급부는, 상기 제1 EGR 공급부로부터 상기 실린더 내에 공급된 EGR 가스로 향하여 상기 연료 가스를 공급하도록 배치되며,
    상기 액체 연료 공급부는, 상기 제2 EGR 공급부로부터 상기 실린더 내에 공급된 EGR 가스로 향하여 상기 액체 연료를 공급하도록 배치되어 있는 왕복 엔진.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더에 형성되며, 상기 실린더 내에 활성 가스를 유입시킴과 아울러, 이 활성 가스에 의해 스월류를 발생시키는 소기 포트를 더 구비하고,
    상기 제1 EGR 공급부는, 상기 연료 가스 공급부보다 상기 스월류의 상류측에 배치되어 있으며,
    상기 제2 EGR 공급부는, 상기 액체 연료 공급부보다 상기 스월류의 상류측에 배치되어 있는 왕복 엔진.
  7. 삭제
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109184962B (zh) * 2018-09-27 2021-01-19 潍柴重机股份有限公司 废气缸内直喷湍流燃烧***及方法
JP7500891B1 (ja) 2023-02-10 2024-06-17 マン・エナジー・ソリューションズ、フィリアル・エフ・マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー、ティスクランド 内燃機関

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009052520A (ja) * 2007-08-29 2009-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ４サイクルｅｇｒ混合式ガスエンジン
JP2010255442A (ja) * 2009-04-21 2010-11-11 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2012154188A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Ihi Corp ２サイクルエンジン

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT397695B (de) * 1987-07-30 1994-06-27 Avl Verbrennungskraft Messtech Zweitakt-brennkraftmaschine
JPH06257520A (ja) * 1993-03-05 1994-09-13 Mazda Motor Corp ２サイクルエンジン
KR20020081526A (ko) * 2001-04-18 2002-10-28 한국기계연구원 내연기관의 배기가스 보조 연료분사 장치
US7188587B1 (en) * 2005-11-30 2007-03-13 Delphi Technologies, Inc. Methods for operating a compression ignition engine
JP4501950B2 (ja) * 2007-03-27 2010-07-14 日産自動車株式会社 内燃機関の燃焼制御装置
US7743753B2 (en) * 2008-03-31 2010-06-29 Caterpillar Inc Ignition system utilizing igniter and gas injector
AU2011291406B2 (en) * 2010-08-16 2014-08-28 Westport Fuel Systems Canada Inc. Gaseous-fuelled stoichiometric compression ignition internal combustion engine
JP5811539B2 (ja) * 2011-01-24 2015-11-11 株式会社Ihi ２サイクルエンジン
DE102011003909B4 (de) * 2011-02-10 2018-05-30 Man Diesel & Turbo Se Zweitaktbrennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben
AU2012271675A1 (en) * 2011-06-14 2014-01-23 Wsc Three S.A. Method for supercritical diesel combustion
JP5708466B2 (ja) 2011-12-14 2015-04-30 株式会社デンソー デュアルインジェクタ
KR101338719B1 (ko) * 2011-12-15 2013-12-06 현대자동차주식회사 디젤-가솔린 복합연료 엔진 및 이의 예혼합 압축 착화 혼합 연소 제어방법
JP5911297B2 (ja) * 2011-12-26 2016-04-27 ダイハツ工業株式会社 内燃機関
FI124730B (en) * 2013-01-22 2014-12-31 Wärtsilä Finland Oy Method of operating a piston motor and piston motor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009052520A (ja) * 2007-08-29 2009-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ４サイクルｅｇｒ混合式ガスエンジン
JP2010255442A (ja) * 2009-04-21 2010-11-11 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2012154188A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Ihi Corp ２サイクルエンジン

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