KR102414009B1 - 해양 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 내연 엔진의 시동 방법 및 해양 선박의 하이브리드 추진 시스템 - Google Patents

해양 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 내연 엔진의 시동 방법 및 해양 선박의 하이브리드 추진 시스템 Download PDF

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Abstract

해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 작동 방법으로서, 상기 하이브리드 추진 시스템은 추진 샤프트 (16) 및 상기 추진 샤프트 (16) 에 조립된 프로펠러 (14), 상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 프로펠러와 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 내연 피스톤 엔진 (18), 상기 추진 샤프트 (16) 및/또는 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 전기 모터-발전기 (20, 20') 를 포함하고, 상기 시동 방법에서, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 은 온 보드 파워 소스 (24) 로부터 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 로 전력을 인가하고, 그리고 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 에 의해서 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 을 회전시킴으로써 시동되고, 그리고 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 시도하지 않으면서, 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 그리고 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달된 후에만, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 이 시동된다.

Description

해양 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 내연 엔진의 시동 방법 및 해양 선박의 하이브리드 추진 시스템
본 발명은 해양 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 내연 엔진의 시동 방법에 관한 것으로, 상기 하이브리드 추진 시스템은 추진 샤프트 및 상기 추진 샤프트에 조립된 프로펠러, 상기 추진 샤프트와 강제 트랜스미션 연결 상태 (force transmission connection) 로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 내연 피스톤 엔진, 상기 추진 샤프트 및/또는 상기 내연 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 전기 모터-발전기를 포함하고, 상기 시동 방법에서, 상기 내연 피스톤 엔진은 온 보드 파워 소스 (on-board power source) 로부터 상기 전기 모터-발전기로 전력을 인가하고, 그리고 상기 전기 모터-발전기에 의해서 상기 내연 피스톤 엔진을 회전시킴으로써 시동된다.
본 발명은 또한 해양 선박의 하이브리드 추진 시스템에 관한 것이다.
대형 선박들의 추진력은 2 행정 또는 4 행정 내연 피스톤 엔진들에 의해서 생성되었다. 최근에는 또한, 이른바 하이브리드 추진이 실제적인 구현을 위해 고려되고 있다.
예를 들면, US6396161 에는 고정자 부분 및 구동 샤프트에 연결된 회전자 부분을 포함하는 해양 일체형 스타터 교류 발전기 트롤러 디바이스 (marine integrated starter alternator troller device; ISAT) 가 개시되어있다. ISAT 는 전기 클러치에 연결된 크랭크 샤프트를 갖는 내연 엔진을 포함하는 엔진 어셈블리 파워 트레인에 통합된다. 전기 클러치는 구동 샤프트와 크랭크 샤프트를 연결 또는 분리하도록 작동 가능하다. 따라서, ISAT 는 내연 엔진의 크랭크 샤프트에 연결되거나 분리될 수도 있다. 전기 클러치에 의해서 내연 엔진에 연결될 때, ISAT 디바이스는 배터리로부터 파워를 수신하고, 그리고 크랭크 모터로서 작용하도록 작동하여 내연 엔진에 시동 토크를 제공할 수 있다. ISAT 는 또한 내연 엔진에 의해서 구동될 수도 있고, 그리고 발전기로서 작용하여 배터리를 재충전하거나 다른 전기 디바이스들을 구동하도록 파워를 제공할 수도 있다. 전기 클러치에 의해서 내연 엔진으로부터 분리되면, ISAT 는 배터리로부터 전력을 수신하고, 그리고 트롤링 모터로서 작용하여 프로펠러를 구동한다. ISAT 의 회전이 다수의 전진 및 후진 속도들로 프로펠러를 회전시키도록 트랜스미션이 ISAT 와 프로펠러 사이에 연결된다.
현재 및 아직 환경 규정들에 따라, 특히 대형 선박에서 추진 원동기로서 배열될 수 있는 크기의 내연 피스톤 엔진이 도전적이다. 디젤 사이클에 따라 작동하는 대형 피스톤 엔진 작동의 시동은 연소 챔버 및 충전 공기가 깨끗한 연소를 제공하기에 충분히 높은 온도에 도달하기 전에 미 연소 연료, 그을음, 일산화탄소 등과 같은 과량의 오염을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 희박 연소 가스 엔진 (lean burn gas engine) 은 환경 요구들을 충족시키기 위해 연료-공기 비율 및 압축 비율과 같은 정확한 조건들을 요구한다.
본 발명의 목적은 해양 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 내연 피스톤 엔진의 시동 방법 및 하이브리드 추진 시스템을 제공하는 것으로, 이는 종래 기술의 해결책들에 비해 성능이 상당히 개선된다.
본 발명의 목적들은 독립 청구항들에서, 그리고 본 발명의 상이한 실시 형태들의 상세들을 한층 더 설명하는 다른 청구항들에서 개시된 바와 같이 실질적으로 충족될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 해양 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 내연 엔진의 시동 방법으로서, 상기 하이브리드 추진 시스템은 추진 샤프트 및 상기 추진 샤프트에 조립된 프로펠러, 상기 추진 샤프트와 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 내연 피스톤 엔진, 상기 추진 샤프트 및/또는 상기 내연 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 전기 모터-발전기를 포함하고, 상기 시동 방법에서, 상기 내연 피스톤 엔진은 온 보드 파워 소스로부터 상기 전기 모터-발전기로 전력을 인가하고, 그리고 상기 해양 선박의 상기 프로펠러에 파워를 제공하면서 상기 전기 모터-발전기에 의해서 상기 내연 피스톤 엔진을 회전시킴으로써 시동된다. 게다가, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달한 후에만, 내연 피스톤 엔진이 시동된다.
미리 결정된 제한 회전 속도는 연속 압축 행정들이 그런 연료의 연소가 무연인 필요한 온도로 엔진의 실린더들을 가열하는 속도이다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정되고, 그리고 추진력은 추진 샤프트에 조립된 프로펠러의 피치를 제어함으로써 제어된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 미리 결정된 제한 회전 속도는 연속 압축 행정들이 연료 오일, 예를 들면, 중질 연료 오일, 디젤 연료 오일 또는 선박 연료 오일이 연소의 시작부터 무연 작동이 얻어지도록 압축 점화에 의해서 점화되는 필요한 온도로 엔진의 실린더들을 가열하는 속도이다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 엔진은 연료 분사를 시작함으로써 시동되고, 그리고 연료는 압축 점화에 의해서 점화된다.
미리 결정된 제한 회전 속도는 연속 압축 행정들이 그런 연료의 연소가 무연인 필요한 온도로 엔진의 실린더들을 가열하는 속도에 저장된 엔진 특정값이다.
본 발명에 의해서, 초기 연료 분사는 연소 챔버 구성 요소들이 연료의 압축 점화를 위해 충분히 높은 온도에 있고, 및/또는 연소 챔버 구성 요소들이 완전하고 안정적인 연소를 위해 충분히 높은 온도에 있고, 그리고 엔진의 보조 장치들, 예를 들면, 터보 차저 및 연료 펌프들이 적절한 작동 상태에 도달된 후에만 발생한다. 이런 시작 절차의 결과는 완전하고 효율적인 연소이다. 게다가, 연소는 처음 시작부터 어두운 연기 (입자들) 및 배출물들의 생성을 회피하거나 적어도 최소화하는 최적의 조건에서 발생한다. 이 점은 배출 제한 지역들이나 인구 밀집 지역들에 근접해서 발생할 때 특히 중요하다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 가속되고, 그리고 내연 피스톤 엔진이 시동되는 동안, 전기 모터-발전기는 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진과의 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 배열되고, 그리고 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진의 속도는 내연 피스톤 엔진의 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 회전 속도를 증가시킴으로써 조정된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 추진 샤프트의 회전 속도 요구 및 내연 피스톤 엔진의 미리 결정된 제한 회전 속도에 의해서 지배되고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 내연 피스톤 엔진의 시동 전에, 미리 결정된 제한 회전 속도를 초과하는 추진 샤프트의 회전 속도 요구에 대응하는 속도로 증가된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 또한 시간의 미리 결정된 제한 기간 동안 크랭크되고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하고, 또한 크랭킹 시간 (cranking time) 이 크랭킹 시간의 제한 기간에 도달된 후에만, 내연 피스톤 엔진은 시동된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 미리 결정된 제한 회전 속도는 크랭킹 시간의 제한 기간의 함수이다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 내연 피스톤 엔진이 시동된 후에, 추진력은 내연 피스톤 엔진으로부터 완전히 획득될 수도 있고, 그리고 전기 모터-발전기는 파워 피크 커팅 목적들을 위한 파워 인입/인출 (power take in/off), 온 보드 에너지 생성 또는 파워 부스트 (power boost) 로서 계속 이용될 수 있다.
컴퓨터 컨트롤러 유닛의 사용은 상기 시동 방법을 구현하기 위하여 자동화 절차를 사용할 수 있게 한다.
추진 샤프트 및 상기 추진 샤프트에 조립된 프로펠러, 상기 추진 샤프트와 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열된 내연 피스톤 엔진, 상기 추진 샤프트 및/또는 상기 내연 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열된 전기 모터-발전기를 포함하는 해양 선박의 하이브리드 추진 시스템은 상기 하이브리드 추진 시스템의 작동을 제어하도록 구성된 컴퓨터 및 상기 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램을 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 내연 피스톤 엔진의 시동을 위하여 온 보드 파워 소스로부터 상기 전기 모터-발전기로 전력을 인가하고 상기 전기 모터-발전기에 의해서 상기 내연 피스톤 엔진을 회전시키기 위한 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 동시에 프로펠러에 파워를 제공하고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속하고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달한 후에만, 내연 피스톤 엔진을 시동시키기 위한 명령들을 더 포함하고, 그리고 컴퓨터 프로그램은 추진 샤프트 및 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 상태로 전기 모터-발전기를 기계적으로 연결하기 위한 명령들을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정하고, 그리고 추진 샤프트에 조립된 프로펠러의 피치를 제어함으로써 추진력을 제어하기 위한 명령들을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 증가시키기 위한 명령들을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 추진 샤프트의 회전 속도 요구에 기초하여 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 조정하기 위한 명령들을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속하고, 또한 시간이 미리 결정된 제한 기간 동안 내연 피스톤 엔진을 크랭크하기 위한 명령들, 및 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하고, 또한 크랭킹 시간이 크랭킹 시간의 제한 기간에 도달한 후에만, 내연 피스톤 엔진을 시동시키기 위한 명령들을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 크 랭킹 시간의 제한 기간의 함수로서 미리 결정된 제한 회전 속도를 설정하기 위한 명령들을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 연소 챔버 구성 요소들이 압축 점화 하기에 충분히 높은 온도로 된 후에만, 연료 분사를 시작하기 위한 명령들을 포함한다.
컴퓨터와 관련하여 언급된 명령들은 컴퓨터에 의해서 실행될 때 컴퓨터가 본 발명에 따른 방법을 수행하게 한다. 본원은 여러 가지 이점들을 제공한다. 엔진의 연소 구성 요소들은 제 1 연료 분사 및 점화 전에 공기를 압축하고 있다. 이것은 구성 요소들을 더 따뜻해지게 한다. 터보 차저(들)은 이미 더 높은 속도로 회전하여 상당히 많은 양의 연소 공기를 제공한다. 평상시 보다 더 높은 엔진 시동 회전 속도로 인해, 연료 압력은 이미 높고, 그리고 연료는 최적의 방식으로 분사된다. 필요한 양의 연료가 제어된 방식으로 분사된다. 완전하고 최적화된 연소는 정상적인 시동 절차와 비교하여 더 적은 배출물들을 생성하고, 그리고 엔진을 위한 관련 시스템 및 압축된 공기 시동 장비를 설치할 필요가 없다.
본 특허 출원에 제시된 본 발명의 예시적인 실시 형태들은 첨부된 청구 범위의 적용 가능성에 대한 제한들을 제기하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동사 "포함하도록" 은 본 특허 출원에서 또한 언급되지 않은 특징들의 존재를 배제하지 않는 개방형 제한으로서 사용된다. 종속 청구항들에 언급된 특징들은 달리 명시하지 않는 한 상호 자유롭게 조합가능하다. 본 발명의 특징으로 고려되는 새로운 특징들은 특히 첨부된 청구 범위에 제시되어 있다.
이하에서, 본원은 첨부된 예시적이고 개략적인 도면들을 참고로 하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 하이브리드 추진 시스템을 예시하고,
도 2 는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 하이브리드 추진 시스템을 예시하고,
도 3 은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 하이브리드 추진 시스템을 예시한다.
도 1 은 해양 선박 (10) 을 개략적으로 도시한다. 해양 선박에는 추진 시스템 (12) 이 제공된다. 추진 시스템 (12) 은 차례로 프로펠러 (14) 및 상기 프로펠러 (14) 가 조립된 추진 샤프트 (16) 를 포함한다. 추진 시스템은 또한 소위 스러스터일 수도 있다. 해양 선박 (10) 은 적어도 하나의 내연 피스톤 엔진 (18) 을 포함하고, 상기 내연 피스톤 엔진은 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 을 통해 추진 샤프트 (16) 와 강제 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열된다. 해양 선박 (10) 은 또한 적어도 하나의 전기 모터-발전기 (20) 를 포함하고, 상기 전기 모터-발전기는 추진 샤프트 (16) 와 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열된다. 전기 모터-발전기는 또한 내연 피스톤 엔진 (18) 과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열된다. 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 은 제 1 클러지 (22.1), 제 2 클러치 (22.2) 및 제 3 클러치 (22.3) 를 포함하고, 상기 제 1 클러치는 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 에 추진 샤프트 (16) 를 커플링 또는 커플링 해제하고, 상기 제 2 클러치는 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 에 전기 모터-발전기 (20) 를 클램핑 또는 클램핑 해제하고, 그리고 제 3 클러치는 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 에 내연 피스톤 엔진 (18) 을 클램핑 또는 클램핑 해제한다. 해양 선박에는 또한, 예를 들면, 배터리들, 커패시터들, 연료 전지들 및/또는 풍력 발전소로 구성될 수도 있는 온 보드 전력 소스 (24) 가 제공된다. 전력 소스 (24) 는 전기 모터-발전기에 연결된다. 해양 선박에는 또한 해양 선박의 하이브리드 추진 시스템 (11) 을 제어하도록 구성되는 컴퓨터 컨트롤러 유닛 (26) 이 제공된다. 이들은 함께 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11) 을 구성한다.
이런 종류의 추진 시스템은 추진을 위한 가용 파워를 취급 및 사용시 매우 다양하다. 특히, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 내연 피스톤 엔진 (18) 은 온 보드 파워 소스 (24) 로부터 전기 모터-발전기 (20) 로 전력을 인가함으로써 시동되고, 그리고 내연 피스톤 엔진 (18) 의 속도가 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달된 후에만, 내연 피스톤 엔진이 시동되도록 내연 피스톤 엔진은 전기 모터-발전기에 의해서 회전(크랭크)된다.
내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하는 단계들은 내연 피스톤 엔진에 연료를 공급하고 연료를 점화 및 연소시키는 필요한 액션들 또는 작동들을 포함한다. 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 전기 모터-발전기에 의해서 가속되고, 그리고 내연 피스톤 엔진이 최종적으로 시동되는 동안, 전기 모터-발전기는 추진 샤프트 (16) 및 내연 피스톤 엔진 (18) 과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 배열된다. 이것은 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 의 모든 클러치들 (22.1-22.3) 이 기계적 파워를 전달하도록 결합되어 있다는 것을 의미한다. 추진 샤프트 (16) 및 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 내연 피스톤 엔진 (18) 의 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정된다. 실제로, 이것은 내연 피스톤 엔진의 시동 전에 내연 피스톤 엔진 (18) 의 미리 결정된 제한 회전 속도가 달성되도록 컴퓨터 컨트롤러 유닛이 전기 모터-발전기 (20) 의 속도를 제어한다는 것을 의미한다. 동시에, 추진 샤프트 (16) 및 프로펠러 (14) 는 전기 모터-발전기 (20) 의 속도와 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 의 기어 비율에 의해서 지배되는 회전 속도로 회전된다.
내연 피스톤 엔진의 시동 절차가 개시되면, 추진 샤프트 (16) 및 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 도달되는 회전 속도를 증가시킴으로써 조정된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 추진 샤프트의 회전 속도 요구 및 내연 피스톤 엔진 (18) 의 미리 결정된 제한 회전 속도에 의해서 지배되고, 그리고 이들 둘 다는, 이 실시 형태에서, 내연 피스톤 엔진이 시동되기 전에 충족되었다. 따라서, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도는 내연 피스톤 엔진의 시동 전에 미리 결정된 제한 회전 속도를 초과하는 추진 샤프트의 회전 속도 요구에 대응하는 속도로 증가된다. 하이브리드 추진 시스템 (11) 은 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 또한 시간의 미리 결정된 제한 기간 동안 더 크랭크되도록 해양 선박을 작동시키는 것도 가능하게 한다. 그리고, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하고, 그리고 크랭킹 시간이 크랭킹 시간의 제한 기간에 도달한 후에만, 내연 피스톤 엔진이 시동된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 미리 결정된 제한 회전 속도는 크랭킹 시간의 제한 기간의 함수이다. 도 1 에 도시된 실시 형태에 따르면, 해양 선박에는 고정된 피치 프로펠러가 제공되고, 그리고 추진 샤프트 (16) 및 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정되면, 프로펠러의 회전 속도 및 따라서 스러스트도 순간적으로 증가된다. 그것은 스러스트의 순간적인 증가만으로도 해양 선박의 속도가 크게 증가하지 않기 때문에 해양 선박에서 허용 가능하다. 그것은 적어도 해양 선박이 넓은 바다에 있거나 상황들이 달리 가능하게 될 때 허용 가능하다.
도 2 에는 도 1 의 모든 특징들에 추가하여 프로펠러 (14) 가 제어 가능한 피치 프로펠러인 본 발명의 실시 형태가 도시된다. 이 실시 형태에서, 추진 샤프트 (16) 및 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정되고, 그리고 추진력은 추진 샤프트에 조립된 프로펠러 (14) 의 피치를 제어함으로써 제어된다. 이런 방식으로, 내연 피스톤 엔진은 원하는 속도로 회전될 수도 있고, 그리고 추진 샤프트 (16) 가 내연 피스톤 엔진과 동기화되어 회전되더라도, 추진력은 프로펠러 (14) 의 실제 피치의 제어에 의해서 독립적으로 제어된다.
하이브리드 추진 시스템을 작동시키기 위한 컴퓨터 컨트롤러 유닛 (26) 은 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 작동을 제어하도록 구성된 컴퓨터 (28) 및 상기 컴퓨터 (28) 에 저장된 컴퓨터 프로그램 (30) 을 포함하고, 상기 컴퓨터 프로그램 (30) 은 온 보드 파워 소스로부터 전기 모터-발전기로 전력을 인가하고 전기 모터-발전기에 의해서 내연 피스톤 엔진을 회전시키기 위한 명령, 그리고 또한 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 시도하지 않으면서, 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속하고, 그리고 내연 피스톤 엔진의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달된 후에만, 내연 피스톤 엔진을 시동하기 위한 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 추진 샤프트 (16) 및 내연 피스톤 엔진 (18) 과 강제 트랜스미션 상태로 전기 모터-발전기를 기계적으로 연결하기 위한 명령들을 더 포함한다.
컴퓨터 제어 유닛은 내연 피스톤 엔진의 시동 전에 필요한 속도로 내연 피스톤 엔진을 회전시키거나 크랭크하기 위하여 전기 모터-발전기 (20) 를 작동시키도록 제어하는데 사용되는 미리 결정된 제한 회전 속도의 엔진 특정값을 포함한다. 컴퓨터 제어 유닛 (26) 은 내연 피스톤 엔진 (18) 의 실제 회전 속도를 습득하거나 획득한다.
컴퓨터 프로그램은 추진 샤프트의 회전 속도 요구에 기초하여 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 조정하기 위한 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 추진 샤프트 및 내연 피스톤 엔진의 회전 속도를 조정하고, 그리고 추진 샤프트에 조립된 프로펠러의 피치를 제어함으로써 추진력을 제어하기 위한 명령들을 포함한다.
컴퓨터 프로그램 (30) 은 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 시도하지 않으면서, 내연 피스톤 엔진 (18e) 의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속하고, 또한 시간의 미리 결정된 제한 기간 동안 내연 피스톤 엔진을 크랭크하기 위한 명령들 및 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달되고, 그리고 크랭킹 시간이 크랭킹 시간의 제한 기간에 도달된 후에만, 내연 피스톤 엔진을 시동하기 위한 명령들을 포함한다.
컴퓨터 프로그램은 또한 크랭킹 시간의 제한 기간의 함수로서 미리 결정된 제한 회전 속도를 설정하기 위한 명령들을 포함한다.
도 1 및 도 2 에 도시된 실시 형태들은 하이브리드 추진 시스템의 작동의 제어시 다양한 가능성들을 초래하는 클러치/트랜스미션 유닛 (22) 을 포함한다. 도 3 에는 전기 모터-발전기 (20) 가 거기에 직접 커플링된 샤프트 모터/발전기 (20’) 인 본 발명의 실시 형태가 도시된다. 이 실시 형태에서, 전기 모터-발전기는 추진 샤프트 (16) 에 기계적으로 연속적으로 연결된다. 내연 피스톤 엔진 (18) 에는 클러치/트랜스미션 유닛 (22') 이 제공될 수도 있다. 이런 방식으로, 전기 모터-발전기 (22') 및 프로펠러 (14) 는 항상 서로 커플링되고, 그리고 내연 피스톤 엔진 (18) 은 추진 샤프트 (16) 와 선택적으로 커플링된다.
본 발명은 여기서 현재 가장 바람직한 실시 형태들로 고려되는 것과 연계하여 실시예들의 방식으로 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시 형태들로 제한되는 것이 아니고, 첨부된 청구 범위에서 규정된 바와 같이, 본 발명의 특징들의 다양한 조합들 또는 변경들, 그리고 본 발명의 범위 내에 포함된 여러 개의 다른 적용들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 임의의 실시 형태와 연계하여 언급된 상세한 설명들은 이런 조합들이 기술적으로 실현가능하다면 또 다른 실시 형태와 연계하여 사용될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법으로서,
    상기 하이브리드 추진 시스템은,
    - 추진 샤프트 (16) 및 상기 추진 샤프트 (16) 에 조립된 프로펠러 (14),
    - 상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 프로펠러와 강제 트랜스미션 연결 상태 (force transmission connection) 로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 내연 피스톤 엔진 (18),
    - 상기 추진 샤프트 (16) 및/또는 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 전기 모터-발전기 (20, 20') 를 포함하고,
    상기 시동 방법에서, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 은 온 보드 파워 소스 (24) 로부터 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 로 전력을 인가하고, 그리고 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 에 의해서 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 을 회전시킴으로써 시동되고, 그리고
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 시도하지 않으면서, 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 그리고 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달된 후에만, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 은 시동되며,
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 은 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 에 의해서 상기 해양 선박 (10) 의 상기 프로펠러 (14) 에 파워를 제공하면서 시동되고,
    추진력은 상기 추진 샤프트에 조립된 제어 가능한 피치의 상기 프로펠러 (14) 의 피치를 제어함으로써 제어되고,
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 상기 추진 샤프트 (16) 의 회전 속도 요구 및 미리 결정된 제한 회전 속도에 의해서 지배되고, 그리고
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 상기 내연 피스톤 엔진의 시동 전에 미리 결정된 제한 회전 속도를 초과하는 상기 추진 샤프트 (16) 의 회전 속도 요구에 대응하는 속도로 증가되는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    미리 결정된 제한 회전 속도는 그런 연료의 연소가 무연인 필요한 온도로 연속 압축 행정들이 상기 내연 피스톤 엔진의 실린더들을 가열하는 속도인 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    연료 분사는 연소 챔버 구성 요소들이 완전하고 안정적인 연소를 위해 충분히 높은 온도로 된 후에만 발생하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 가속되고, 그리고 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 이 시동되는 동안, 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 는 상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 내연 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 배열되고, 그리고
    상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 상기 내연 피스톤 엔진의 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 조정되는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 회전 속도를 증가시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도는 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 시도하지 않으면서, 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속되고, 또한 시간의 미리 결정된 제한 기간 동안 크랭크되고, 그리고
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 이 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하고, 또한 크랭킹 시간이 크랭킹 시간의 제한 기간에 도달된 후에만, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 은 시동되는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    미리 결정된 제한 회전 속도는 크랭킹 시간의 제한 기간의 함수인 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 에서의 하이브리드 추진 시스템 (11) 의 내연 엔진의 시동 방법.
  8. 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11) 으로서,
    추진 샤프트 (16) 및 상기 추진 샤프트 (16) 에 조립된 프로펠러 (14),
    상기 추진 샤프트와 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 내연 피스톤 엔진 (18),
    상기 추진 샤프트 (16) 및/또는 상기 내연 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 연결 상태로 기계적으로 연결 가능하게 배열되는 전기 모터-발전기 (20, 20'),
    상기 하이브리드 추진 시스템 (11) 을 작동시키기 위한 컴퓨터 컨트롤러 유닛 (26) 을 포함하고,
    상기 컴퓨터 컨트롤러 유닛 (26) 은 상기 하이브리드 추진 시스템의 작동을 제어하도록 구성된 컴퓨터 및 상기 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램을 포함하고,
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 위하여 온 보드 파워 소스 (24) 로부터 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 로 전력을 인가하고, 그리고 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 에 의해서 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 을 회전시키기 위한 명령들을 포함하고, 그리고
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 시동을 시도하지 않으면서, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속하도록 파워를 제공하고, 그리고 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달된 후에만, 상기 내연 피스톤 엔진을 시동하기 위한 명령들을 더 포함하고,
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 을 시동하고, 그리고 동시에 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 에 의해서 상기 해양 선박의 상기 프로펠러 (14) 에 파워를 제공하기 위한 명령들 및 상기 추진 샤프트에 조립된 상기 프로펠러 (14) 의 피치를 제어함으로써 추진력을 제어하기 위한 명령들을 더 포함하고,
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 추진 샤프트의 회전 속도 요구에 기초하여 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도를 조정하기 위한 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 내연 피스톤 엔진과 강제 트랜스미션 상태로 상기 전기 모터-발전기 (20, 20') 를 기계적으로 연결하기 위한 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11).
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 컨트롤러 유닛은 미리 결정된 제한 회전 속도의 엔진 특정값을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11).
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하도록 상기 추진 샤프트 (16) 및 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도를 증가시키기 위한 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11).
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 내연 피스톤 엔진의 시동을 시도하지 않으면서, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도를 미리 결정된 제한 회전 속도로 가속하고, 또한 시간의 미리 결정된 제한 기간 동안 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 을 크랭크하기 위한 명령들, 및
    상기 내연 피스톤 엔진 (18) 의 회전 속도가 미리 결정된 제한 회전 속도에 도달하고, 또한 크랭킹 시간이 크랭킹 시간의 제한 기간에 도달된 후에만, 상기 내연 피스톤 엔진 (18) 을 시동하기 위한 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11).
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 크랭킹 시간의 제한 기간의 함수로서 미리 결정된 제한 회전 속도를 설정하기 위한 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박 (10) 의 하이브리드 추진 시스템 (11).
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