KR20120135535A - A large turbocharged two-stroke diesel engine running on a fuel mixture of two or more fuel components - Google Patents

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Abstract

둘 이상의 연료성분들로 이루어진 연료혼합물에 의하여 구동되는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진이 제공된다.
크로스헤드 형태의 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진에는 복수의 실린더(6)들, 각 실린더(6)와 연계된 하나 이상의 연료 밸브(23)들, 및 각 실린더에 연계되고 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)가 제공된다. 상기 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)에는 펌프 피스톤(45)과 펌프 챔버(44)가 제공된다. 또한 엔진에는 연료 밸브 또는 연료 밸브들(23)에 연결된 펌프 챔버(44)의 배출 포트, 펌프 챔버(44)의 유입 포트에 연결된 제1 연료성분의 공급부(72), 및 펌프 챔버(44)의 유입 포트에 연결된 제2 연료성분의 공급부(73)가 제공된다. 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)의 흡입 행정에서 펌프 챔버(44)에는 제1 연료성분의 양과 제2 연료성분의 양으로 채워지고, 제1 연료성분과 제2 연료성분은 펌프 챔버(44) 내에서 혼합되어 연료혼합물을 형성하며, 펌프 챔버(44) 내의 연료혼합물은 펌프 챔버(44)로부터 배출되어서 상기 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)의 주입 행정에서 주입 밸브(23)들로 전달된다.A large turbocharged two-stroke diesel engine is provided, which is driven by a fuel mixture consisting of two or more fuel components.
A large two-stroke turbocharged diesel engine in the form of a crosshead has a plurality of cylinders 6, one or more fuel valves 23 associated with each cylinder 6, and a hydraulically actuated fuel injection associated with each cylinder. Piston pump 39 is provided. The hydraulically actuated fuel injection piston pump 39 is provided with a pump piston 45 and a pump chamber 44. The engine also includes a discharge port of the pump chamber 44 connected to the fuel valve or fuel valves 23, a supply 72 of the first fuel component connected to the inlet port of the pump chamber 44, and the pump chamber 44. A supply 73 of second fuel component connected to the inlet port is provided. In the suction stroke of the hydraulically actuated fuel injection piston pump 39, the pump chamber 44 is filled with the amount of the first fuel component and the amount of the second fuel component, and the first fuel component and the second fuel component are pump chamber ( 44 to form a fuel mixture, and the fuel mixture in the pump chamber 44 is discharged from the pump chamber 44 to inject stroke 23 in the injection stroke of the hydraulically actuated fuel injection piston pump 39. Is delivered to.

Description

둘 이상의 연료성분의 연료혼합에 의하여 구동되는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진{A large turbocharged two-stroke diesel engine running on a fuel mixture of two or more fuel components}A large turbocharged two-stroke diesel engine running on a fuel mixture of two or more fuel components}

본 발명은 두 가지의 연료성분들을 이용하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진, 특히 일 연료성분을 다른 연료성분과 혼합하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a large turbocharged two-stroke diesel engine using two fuel components, in particular a large turbocharged two-stroke diesel engine that mixes one fuel component with another.

파워 플랜트(power plant) 및 대형 해양 운행용 선박에서는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진이 원동기로서 이용된다.In power plants and large marine vessels, large turbocharged two-stroke diesel engines are used as prime movers.

통상적으로 대형 2-행정 디젤 엔진은, 오직 현실적인 대안으로서의 천연가스와 함께 중연료유(heavy fuel oil)에 의하여 작동된다. 그러나, 천연가스는 증발된 천연가스가 엔진의 연료로서 이용될 수 있는 가스 탱커(gas tanker)와 일부 고정식의 파워 플랜트에서만 이용될 수 있다. 중연료유는 정제 과정의 부산물이기 때문에 상대적으로 저렴하지만, 다수의 단점들을 갖는다. 예를 들어, 중연료유는 대기 온도에서 액체가 아니고 항상 가열된 채로 유지될 필요가 있다. 또한, 중연료유는 높은 황 함량을 가지며, 다른 불순물의 함량도 높다. 따라서, 대형 2-행정 디젤 엔진의 연료 시스템에는 중연료유를 취급할 수 있도록 하기 위하여 다수의 복잡한 장치들이 제공된다.Large two-stroke diesel engines are typically operated by heavy fuel oil with natural gas as the only realistic alternative. However, natural gas can only be used in some fixed power plants and gas tankers where evaporated natural gas can be used as fuel for engines. Heavy fuel oil is relatively inexpensive because it is a byproduct of the purification process, but has a number of disadvantages. For example, heavy fuel oil is not a liquid at ambient temperature and needs to be kept heated at all times. In addition, heavy fuel oil has a high sulfur content, and a high content of other impurities. Thus, the fuel system of large two-stroke diesel engines is provided with a number of complex devices to handle heavy fuel oil.

이 장치들 중의 하나는 연료 시스템을 항시적으로 완전히 가열하고 순환시키는 시스템인데, 이 시스템은 중연료유가 연료 시스템을 통하여 순환하게 유지시키고 또한 항상 가열되게끔하는데, 이것은 엔진이 정지하는 때에도 마찬가지이다. 연료 시스템을 가열할 수 있도록 하기 위하여, 탱크가 가열되고 또한 파이프에는 스트림 트레이싱(stream tracing)이 제공된다. 엔진은 청정한 디젤 연료에 의하여 작동된다면 현저히 단순화될 수 있고 또한 저렴한 비용으로 제작될 수 있지만, 청정 디젤 연료의 비용으로 인하여 곤란하다.One of these devices is a system that constantly heats up and circulates the fuel system at all times, which keeps heavy fuel oil circulating through the fuel system and also ensures that it is always heated, even when the engine is stopped. In order to be able to heat the fuel system, the tank is heated and the pipe is provided with stream tracing. The engine can be significantly simplified and can be manufactured at low cost if it is operated by clean diesel fuel, but it is difficult due to the cost of clean diesel fuel.

현재로서는, 배기(emission)를 저감시키기 위하여, 중연료유와 물의 혼합 또는 유화(emulsification)가 이용된다. WO 2007/115580 에 기재된 것과 같은 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진에서는, 혼합 또는 유화가 연료 주입 펌프(fuel injection pump)의 상류에 있는 혼합 또는 유화 시스템 내에서 이루어지고, 그 생성된 혼합물은 상당한 크기의 탱크 내에 저장된다. 이 탱크의 크기와 파이프의 길이 때문에, 물과 연료가 혼합 또는 유화되는 순간과 혼합물 또는 에멀젼(emulsion)이 연소 챔버(combustion chamber) 내로 주입되는 순간 사이에 매우 현저한 지연(delay)이 있다. 이와 같은 지연은 수분으로부터 수 시간에 달할 정도이고, (예를 들어, 물과 무거운 연료 간의 비율의 변화와 같은) 혼합 과정에서의 변화는 상당한 시간 지연 후에 연소에 반영되어서, 조건 변화에 따른 신속한 대응이 불가능하게 된다.At present, in order to reduce emission, a mixture or emulsification of heavy fuel oil and water is used. In large turbocharged two-stroke diesel engines such as those described in WO 2007/115580, the mixing or emulsification takes place in a mixing or emulsifying system upstream of a fuel injection pump, the resulting mixture being of considerable size. Is stored in the tank. Because of the size of this tank and the length of the pipe, there is a very significant delay between the moment water and fuel are mixed or emulsified and the moment the mixture or emulsion is injected into the combustion chamber. Such delays range from a few minutes to several hours, and changes in the mixing process (such as changing the ratio between water and heavy fuel) are reflected in the combustion after a significant time delay, allowing for quick response to changing conditions. This becomes impossible.

예를 들어 현재의 작동 조건 하에서는 현재의 혼합물이 적절히 점화되지 않기 때문에, 변화된 작동 조건이 중연료유 대 물의 비율이 변화될 것을 필요로 한다면, 그 중연료유 대 물의 비율이 적합하게 되는 데에는 수 시간이 걸릴 것이다. 해양을 운항하는 선박에서는, 그것이 선박의 기동성(maneuverability)에 영향을 미치기 때문에 엔진이 한 시간 동안 적절히 작동하지 않는다면 위험하게 된다.For example, if the current mixture does not ignite properly under the current operating conditions, and if the changed operating conditions require a change in the ratio of heavy fuel oil to water, several hours are required for the heavy fuel oil to water ratio to be suitable. Will take this. On a marine vessel, it is dangerous if the engine does not operate properly for an hour because it affects the maneuverability of the vessel.

또한, 연소에 있어서 연료성분의 현재 비율을 판정하는 것이 불가능하거나 매우 어렵게 되는데, 왜냐하면 탱크 내의 연료 비율이 언제 얼마나 신속히 변화하는지와, 탱크 내의 변화된 비율이 엔진의 실린더에 도달하는 데에 어느 정도의 시간이 소요되는지를 정확히 판정하는 것이 불가능하기 때문이다.In addition, it is impossible or very difficult to determine the current proportion of the fuel component in combustion, because when and how quickly the fuel ratio in the tank changes, and how long it takes for the changed ratio in the tank to reach the cylinder of the engine. This is because it is impossible to accurately determine whether this is required.

연료-구성요소의 어떤 혼합물을 이용함에 있어서의 또 다른 어려운 점은, 특히 연료-물 또는 연료 에탄올 에멀젼의 경우에, 특히 물의 함량이 높다면, 그 혼합의 장시간 안정성이다. 안정성이 부족하다면, 특정의 균질화 장비, 유화제, 및 안정화 첨가제를 이용할 필요가 있다.Another difficulty in using any mixture of fuel-components is the long-term stability of the mixture, especially in the case of fuel-water or fuel ethanol emulsions, especially if the water content is high. If stability is lacking, it is necessary to use certain homogenization equipment, emulsifiers, and stabilizing additives.

에탄올은 대형 2-행정 디젤 엔진에서 이용될 수 있는 또 다른 연료이다. 그러나, 에탄올은 자기 점화되지 않고, 파일럿 연료(pilot fuel)가 에탄올 연료의 주입 전에 또는 그 주입과 동시에 주입되거나 또는 파일럿 연료가 에탄올 연료와 혼합되어서 주입될 것을 필요로 한다. 공지된 시스템들은 파일럿 연료를 위한 별도의 파일럿 주입을 이용한다.Ethanol is another fuel that can be used in large two-stroke diesel engines. However, ethanol is not self-ignited and requires pilot fuel to be injected prior to or concurrent with the injection of ethanol fuel or pilot fuel mixed with ethanol fuel. Known systems use a separate pilot injection for pilot fuel.

위와 같은 종래 기술을 배경으로 하여, 본 발명의 목적은, 전술된 단점들을 극복하거나 적어도 저감시키는 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진을 제공하는 것이다.Against the background of the prior art as above, it is an object of the present invention to provide a large two-stroke turbocharged diesel engine which overcomes or at least reduces the aforementioned disadvantages.

상기 목적은, 크로스 헤드(crosshead) 형태의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진을 제공함에 의하여 달성되는데, 그 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진은: 복수의 실린더들; 각 실린더와 연계된 하나 이상의 연료 밸브; 및 각 실린더와 연계된, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프;를 포함하고, 상기 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프에는 펌프 피스톤(pump piston) 및 펌프 챔버(pump chamber)가 제공되며, 상기 펌프 챔버의 배출 포트(outlet port)는 연료 밸브 또는 연료 밸브들에 연결되고, 제1 연료성분의 공급부는 펌프 챔버의 유입 포트(inlet port)에 연결되며, 제2 연료성분의 공급부는 펌프 챔버의 유입 포트에 연결되고, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 흡입 행정에서 펌프 챔버는 소정량의 제1 연료성분과 소정량의 제2 연료성분으로 채워지며, 제1 연료성분과 제2 연료성분은 펌프 챔버 내에서 혼합되어 연료혼합물을 형성하고, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 주입 행정에서 펌프 챔버 내의 연료혼합물은 펌프 챔버로부터 배출되어 연료 밸브로 전달된다.This object is achieved by providing a large turbocharged two-stroke diesel engine in the form of a crosshead, the large turbocharged two-stroke diesel engine comprising: a plurality of cylinders; One or more fuel valves associated with each cylinder; And a hydraulically operated fuel injection piston pump associated with each cylinder, wherein the hydraulically operated fuel injection piston pump is provided with a pump piston and a pump chamber, the pump chamber The outlet port of the pump is connected to the fuel valve or fuel valves, the supply of the first fuel component is connected to the inlet port of the pump chamber, the supply of the second fuel component is the inlet port of the pump chamber In the suction stroke of the hydraulically actuated fuel injection piston pump, the pump chamber is filled with a predetermined amount of a first fuel component and a predetermined amount of a second fuel component, the first fuel component and the second fuel component being pump chambers. In the fuel stroke of the hydraulically actuated fuel injection piston pump, the fuel mixture in the pump chamber is discharged from the pump chamber. It is transmitted to the fuel valve.

유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 펌프 챔버 내측에서 연료성분들을 혼합함에 의하여, 연료성분들의 비율의 변화가 거의 순간적으로 연소 과정에 반영되고, 연료성분들 간의 실제 비율이 매우 정확하게 일치하는 것으로 알려졌다. 따라서, 연료 비율이 신속하게 실제의 작동 조건에 적합화될 수 있고, 실제의 비율이 알려지기 때문에 엔진에서의 주어진 비율의 효과에 대한 피드백이 있게 된다.By mixing the fuel components inside the pump chamber of the hydraulically actuated fuel injection piston pump, a change in the proportion of the fuel components is reflected in the combustion process almost instantaneously, and it is known that the actual proportions between the fuel components coincide very precisely. Thus, the fuel ratio can be quickly adapted to the actual operating conditions, and there is feedback on the effect of the given ratio in the engine since the actual ratio is known.

바람직하게는 상기 엔진은, 흡입 행정 중에 펌프 챔버로 전달되는 제1 연료성분의 양과 제2 연료성분의 양 간의 비율을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.Preferably the engine comprises control means for controlling the ratio between the amount of the first fuel component and the amount of the second fuel component delivered to the pump chamber during the intake stroke.

상기 제어 수단은, 하나의 엔진 사이클 내에 펌프 챔버로 전달되는 제1 연료성분의 양과 제2 연료성분의 양 간의 비율을 변화시킬 수 있도록 구성될 수 있다.The control means may be configured to be able to vary the ratio between the amount of the first fuel component and the amount of the second fuel component delivered to the pump chamber in one engine cycle.

제1 연료성분의 공급부는 커먼 레일(common rail)을 포함할 수 있다.The supply portion of the first fuel component may comprise a common rail.

제2 연료성분의 공급부는 커먼 레일을 포함할 수 있다.The supply portion of the second fuel component may comprise a common rail.

바람직하게는, 적어도 제1 연료성분의 공급부 또는 제2 연료성분의 공급부는, 흡입 행정 중에 펌프 챔버로 전달되는 개별의 연료성분의 양을 제어하기 위한 밸브 또는 투여 펌프를 포함한다.Preferably, at least the supply of the first fuel component or the supply of the second fuel component comprises a valve or a dosing pump for controlling the amount of the individual fuel component delivered to the pump chamber during the intake stroke.

상기 밸브는 간단한 개폐 밸브일 수 있고, 관련된 연료성분의 투여는 측정된 유동에 응답하여 또는 밸브 개방 시간의 길이에 의하여 제어된다. The valve may be a simple open / close valve and the administration of the associated fuel components is controlled in response to the measured flow or by the length of the valve opening time.

바람직하게는, 펌프 챔버는 압력 도관에 의하여 연료 밸브들에 직접적으로 연결된다.Preferably, the pump chamber is directly connected to the fuel valves by pressure conduits.

펌프 피스톤의 주입 행정(injection stroke)은, 펌프 챔버의 반대측에 있는 피스톤의 측부에 작용하는 유압, 또는 펌프 피스톤에 직접적으로 연결된 피스톤에 작용하는 유압에 의하여 동력을 제공받을 수 있다.The injection stroke of the pump piston may be powered by hydraulic pressure acting on the side of the piston on the opposite side of the pump chamber, or hydraulic pressure acting on a piston directly connected to the pump piston.

유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프는 작동 챔버를 포함할 수 있다.The hydraulically actuated fuel injection piston pump may comprise an operating chamber.

작동 챔버는 펌프 피스톤의 반대측 측부에 의하여, 또는 펌프 피스톤에 직접 연결된 부스터 피스톤에 의하여 한정될 수 있다.The working chamber may be defined by an opposite side of the pump piston or by a booster piston connected directly to the pump piston.

펌프 챔버 측에서의 펌프 피스톤의 유효 표면적은 펌프 피스톤의 반대측에서의 유효 표면적보다 작을 수 있고, 또는 피스톤의 유효 표면적보다 작을 수 있다.The effective surface area of the pump piston at the pump chamber side may be less than the effective surface area at the opposite side of the pump piston, or may be smaller than the effective surface area of the piston.

또한, 본 발명의 목적은 크로스헤드 형태의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1)에서 연료혼합물을 준비하는 방법을 제공함에 의하여 달성되는데, 상기 방법은: 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 펌프 피스톤의 흡입 행정 중에, 미리 결정된 비율로 혼합될 제1 연료성분의 양과 제2 연료성분의 양을 엔진의 실린더와 연계된 상기 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 펌프 챔버로 전달하여 연료혼합물을 형성함; 및 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 주입 행정에서, 펌프 챔버 내의 연료혼합물을 펌프 챔버로부터 배출시켜서 엔진의 연료 밸브들에 그 연료혼합물을 전달함;을 포함한다.It is also an object of the present invention to provide a method for preparing a fuel mixture in a large turbocharged two-stroke diesel engine 1 in the form of a crosshead, which method comprises: a pump of a hydraulically operated fuel injection piston pump. During the intake stroke of the piston, the amount of the first fuel component and the amount of the second fuel component to be mixed at a predetermined ratio are transferred to the pump chamber of the hydraulically operated fuel injection piston pump associated with the cylinder of the engine to form a fuel mixture. box; And in the injection stroke of the hydraulically actuated fuel injection piston pump, discharging the fuel mixture in the pump chamber from the pump chamber and delivering the fuel mixture to fuel valves of the engine.

연료성분들을 펌프 챔버로 전달하고, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프의 펌프 챔버 내에서 연료성분들을 혼합함에 의하여, 연료성분들의 비율의 변화가 거의 순간적으로 연소 과정에 반영되고 또한 연료성분들 간의 실제 비율을 매우 정확하게 알게 된다. 따라서, 연료 비율이 신속하게 실제 작동 조건에 맞게 적합화될 수 있고, 실제 비율이 알려지기 때문에 엔진의 주어진 비율의 효과에 대한 피드백이 있게 된다.By transferring the fuel components to the pump chamber and mixing the fuel components in the pump chamber of the hydraulically actuated fuel injection piston pump, a change in the proportion of the fuel components is almost instantaneously reflected in the combustion process and also the actual between the fuel components. You know the ratio very accurately. Thus, the fuel ratio can be quickly adapted to the actual operating conditions, and since the actual ratio is known, there is feedback on the effect of the given ratio of the engine.

본 발명에 따른 방법 및 대형 2-행정 디젤 엔진의 다른 목적, 특징, 장점, 및 특성들은 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.Other objects, features, advantages and characteristics of the method and the large two-stroke diesel engine according to the invention will become apparent from the detailed description.

본 발명에 의하여, 종래기술의 단점들을 극복하거나 적어도 저감시키는 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진이 제공된다.The present invention provides a large two-stroke turbocharged diesel engine that overcomes or at least reduces the disadvantages of the prior art.

하기의 상세한 설명에서, 본 발명은 다음과 같은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조로 하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 2-행정 디젤 엔진의 연료 주입 및 배출 밸브 작동 시스템(fuel injection and exhaust valve actuation system)의 개략도이고,
도 2 는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 대형 2-행정 디젤 엔진의 연료 주입 및 배출 밸브 작동 시스템의 개략도이고,
도 3 은 도 1 및 도 2 의 실시예들에 따른 엔진을 위한 연료 주입 시스템의 상세한 개략도이다.In the following detailed description, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the following figures.
1 is a schematic diagram of a fuel injection and exhaust valve actuation system of a large two-stroke diesel engine according to an embodiment of the present invention;
2 is a schematic diagram of a fuel injection and discharge valve operating system of a large two-stroke diesel engine according to another embodiment of the present invention;
3 is a detailed schematic diagram of a fuel injection system for an engine according to the embodiments of FIGS. 1 and 2.

이하에서는, 본 발명에 따른 크로스헤드(crosshead) 형태의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진, 및 크로스 헤드 형태의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진을 위한 연료혼합물의 준비방법에 관한 바람직한 실시예들을 참조로 하여 본 발명이 설명될 것이다.Reference is now made to preferred embodiments of a method for preparing a fuel mixture for a crosshead type large turbocharged two-stroke diesel engine and a crosshead type large turbocharged two-stroke diesel engine according to the present invention. The present invention will be described as follows.

엔진은 크로스헤드 형태의 단류(uniflow)식 저속 2-행정 크로스헤드 디젤 엔진인데, 이것은 파워 플랜트에서의 원동기 또는 선박에서의 추진 엔진일 수 있다. 이 엔진은 통상적으로 직렬로 된 3 내지 14 개의 실린더들을 구비한다. 그 엔진의 총 출력은 예를 들어 5,000 내지 110,000 kW의 범위에 있을 수 있다.The engine is a uniflow low speed two-stroke crosshead diesel engine in the form of a crosshead, which may be a prime mover in a power plant or a propulsion engine in a ship. The engine typically has 3 to 14 cylinders in series. The total power of the engine may be in the range of 5,000 to 110,000 kW, for example.

실린더(6)들은 단류 형태의 것이고, 실린더 윤활을 위한 (도시되지 않은) 천공된 구멍들 및 소기 포트(scavenge port; 7)들을 구비한다. 소기 포트(7)들에는 소기 수용기(scavenge air receiver)(미도시)로부터 소기(scavenge air)가 공급되고, 소기 수용기에는 하나 이상의 배출 가스에 의하여 구동되는 터보차저(turbocharger)에 의하여 가압된 소기가 공급된다.The cylinders 6 are of the single flow type and have perforated holes (not shown) and scavenge ports 7 for cylinder lubrication. The scavenging ports 7 are supplied with scavenge air from a scavenge air receiver (not shown), and the scavenging receiver is pressurized by a turbocharger driven by one or more exhaust gases. Supplied.

배출 밸브(11)는 실린더 커버에 있는 실린더(6)의 상부 중앙에 장착된다. 팽창 행정(expansion stroke)의 끝에서, 엔진 피스톤(13)이 소기 포트(7)들을 지나서 아래로 지나가기 전에 배출 밸브(11)가 개방되는데, 이로써 피스톤(13) 위에 있는 연소 챔버(15) 내의 연소 가스가 배기 수용기(미도시) 안으로 개방된 배출 통로(exhaust passage; 16)를 통하여 밖으로 유동하고, 연소 챔버(15) 내의 압력이 감소된다. 배출 밸브(11)는 피스톤(13)의 상향 움직임 중에 다시 닫힌다. 배출 밸브(11)는 유압 스프링(미도시)에 의하여 상향으로 구동된다.The discharge valve 11 is mounted at the upper center of the cylinder 6 in the cylinder cover. At the end of the expansion stroke, the discharge valve 11 is opened before the engine piston 13 passes down past the scavenging ports 7, thereby in the combustion chamber 15 above the piston 13. Combustion gas flows out through an exhaust passage 16 that opens into an exhaust receiver (not shown), and the pressure in the combustion chamber 15 is reduced. The discharge valve 11 is closed again during the upward movement of the piston 13. The discharge valve 11 is driven upward by a hydraulic spring (not shown).

배출 밸브(11)는 캠 샤프트(camshaft; 28) 상의 배출 캠(exhaust cam; 27)들에 의하여 개방된다. 캠 샤프트(28)는 엔진의 크랭크 샤프트(crankshaft)로부터의 동력인출(take off)에 의하여 기계적으로 구동된다.The discharge valve 11 is opened by the exhaust cams 27 on the camshaft 28. The cam shaft 28 is mechanically driven by take off from the crankshaft of the engine.

배출 캠(29)들은 롤러(roller; 42)를 거쳐서 피스톤 펌프(37)를 작동시킨다. 피스톤 펌프(37)로부터의 유압 유체는 압력 파이프(35)를 거쳐서 배출 밸브(11)로 전달된다. 유압 실린더 피스톤 형태의 엑츄에이터(21)는, 압력 파이프(35)로부터 가압된 유압 유체를 받은 때에 배출 밸브(11)를 개방 방향으로 강제한다. 배출 밸브의 복귀 행정(return stroke)은 공기 스프링(미도시)에 의하여 유발된다. 피스톤 펌프(37), 압력 파이프(35), 및 배출 밸브 엑츄에이터(21)는 소위 유압 푸시로드(hydraulic pushrod)를 형성한다.The discharge cams 29 operate the piston pump 37 via a roller 42. Hydraulic fluid from the piston pump 37 is delivered to the discharge valve 11 via the pressure pipe 35. The actuator 21 in the form of a hydraulic cylinder piston forces the discharge valve 11 in the open direction when receiving the pressurized hydraulic fluid from the pressure pipe 35. The return stroke of the discharge valve is caused by an air spring (not shown). The piston pump 37, the pressure pipe 35, and the discharge valve actuator 21 form a so-called hydraulic pushrod.

(도시되지 않은) 대안적 실시예에서, 배출 밸브(11)는 캠 샤프트를 이용하지 않는 전자식 유압 시스템에 의하여 작동된다.In an alternative embodiment (not shown), the discharge valve 11 is operated by an electronic hydraulic system that does not use a camshaft.

각 실린더(6)에는 2 때는 3 개의 연료 밸브(23)들이 제공되는데(하나만 도시됨), 그 각각은 압력 도관(51)에 의하여, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)의 배출 포트(들)로 연결된다 (이 실시예에서는, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프가 압력 부스터(pressure booster)이기도 하다). 연료 밸브(23)들은, 그들의 유입 포트에서의 압력이 문턱값(예를 들어 300 또는 400 bar)를 초과하는 때에 개방된다. 연료 밸브(23)들의 팁(tip)에는 주입 노즐이 제공되는데, 그 주입 노즐들은 주입된 연료혼합물을 증기화시킨다.Each cylinder 6 is provided with two fuel valves 23 (only one is shown) at two times, each of which is driven by a pressure conduit 51, the outlet port of the hydraulically actuated fuel injection piston pump 39 ( (In this embodiment, the hydraulically actuated fuel injection piston pump is also a pressure booster). The fuel valves 23 open when the pressure at their inlet ports exceeds a threshold (eg 300 or 400 bar). An injection nozzle is provided at the tip of the fuel valves 23, which injection vaporizes the injected fuel mixture.

본 실시에에서 엔진은 연료-물 혼합물에 의하여 작동되도록 구성된다. 중연료유와 물인 그 연료성분들은 중연료유 전달 설비(heavy fuel oil delivery installation; 72) 및 물 전달 시스템(73)으로부터 개별의 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(압력 부스터)(39)의 펌프 챔버(44)로 전달된다. 펌프 챔버(44)로 전달되는 중연료유의 양과 물의 양은 아래에서 보다 상세히 설명될 시스템에 의하여 제어된다. 도면에는 중연료유 전달 설비(72)가 상세히 도시되지 않았지만, 중연료유 전달 설비(72)는 중연료유와 경연료유(light fuel oil)(선박용 디젤유) 둘 다가 이용될 수 있도록 구성된다. 중연료유는 서비스 탱크(service tank)로부터 전기식으로 구동되는 공급 펌프로 이동되는데, 그 공급 펌프에 의하여 대략 4 바아(bar)의 압력이 연료 순환 시스템의 저압 부분에서 유지될 수 있게 되어서, 적용되는 온도 범위에서 벤팅 박스(venting box) 내의 연료의 가스화가 방지된다. 연료 오일은, 연료 시스템의 저압 부분으로부터 전기식으로 구동되는 순환 펌프로 이동되는데, 그 순환 펌프는 히터(heater)와 풀 플로우 필터(full flow filter)를 통하도록 중연료유를 펌핑하고, 그 다음에는 그 연료가 대략 7 바아의 압력으로, 개별의 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(압력 부스터)(39)로 배분된다.In this embodiment the engine is configured to be operated by a fuel-water mixture. The fuel components, which are heavy fuel oil and water, are pumped separately from the heavy fuel oil delivery installation 72 and from the water delivery system 73 hydraulically operated fuel injection piston pump (pressure booster) 39. Delivered to chamber 44. The amount of heavy fuel oil and the amount of water delivered to the pump chamber 44 is controlled by a system which will be described in more detail below. Although the heavy fuel oil delivery facility 72 is not shown in detail in the drawing, the heavy fuel oil delivery facility 72 is configured such that both heavy fuel oil and light fuel oil (shipboard diesel oil) can be used. . The heavy fuel oil is transferred from a service tank to an electrically driven feed pump, which allows approximately 4 bar of pressure to be maintained in the low pressure portion of the fuel circulation system, Gasification of the fuel in the venting box in the temperature range is prevented. The fuel oil is transferred from the low pressure portion of the fuel system to an electrically driven circulation pump, which pumps the heavy fuel oil through a heater and a full flow filter, and then The fuel is distributed to a fuel injection piston pump (pressure booster) 39 which is operated at a separate hydraulic pressure at approximately 7 bar pressure.

유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(압력 부스터)(39)에는, 펌프 피스톤(45)에 의하여 한정되는 펌프 챔버(44)가 제공된다.The hydraulically actuated fuel injection piston pump (pressure booster) 39 is provided with a pump chamber 44 defined by the pump piston 45.

펌프 피스톤(45)은 더 큰 유효 표면적의 부스터 피스톤(46)에 직접적으로 연결된다. 부스터 피스톤(46)은 작동 챔버(47)를 한정한다. 펌프 피스톤(45)의 유효 면적보다 더 큰 부스터 피스톤(46)의 유효 면적은, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)를 압력 부스터로 만든다.The pump piston 45 is directly connected to the booster piston 46 with a larger effective surface area. The booster piston 46 defines the working chamber 47. The effective area of the booster piston 46 larger than the effective area of the pump piston 45 makes the hydraulically actuated fuel injection piston pump 39 a pressure booster.

그러나, 유압 유체의 충분한 압력이 가용하다면, 펌프 피스톤과 같거나 그보다 작은 유효 표면적을 갖는 피스톤(미도시)이 부스터 피스톤(46) 대신에 이용될 수 있다.However, if sufficient pressure of the hydraulic fluid is available, a piston (not shown) having an effective surface area less than or equal to the pump piston may be used instead of the booster piston 46.

연료 주입은, 실린더마다 하나씩 있는, 전기적으로 제어되고 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(압력 부스터)(39)에 의하여 수행된다. 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(압력 부스터)(39)는 (유압 유체가 공급되는) 저압측으로부터의 압력을 고정된 비율로 (연료측인) 고압측으로 몇 배로 증가시킨다.Fuel injection is performed by an electrically controlled, hydraulically actuated fuel injection piston pump (pressure booster) 39, one per cylinder. The hydraulically actuated fuel injection piston pump (pressure booster) 39 increases the pressure from the low pressure side (to which the hydraulic fluid is supplied) to the high pressure side (which is the fuel side) at a fixed rate.

유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(압력 부스터)(39)는 작동 챔버(47)에 가해지는 가압된 유압 유체에 의하여 동력을 받으며, 이에 의하여 부스터 피스톤(46)에 작용력을 가한다. 유압 유체는 엔진 윤활유일 수 있다. 압력 펌프(60)는 통상적으로 수백 바아인 고압의 유압 유체를 공급 도관(feed conduit; 30)을 거쳐서 엔진의 실린더들로 전달한다. 유압 유체가 엔진 윤활유라면, 압력 펌프(60)는 훨씬 낮은 압력에서 작동하는 엔진 윤활 펌프가 아니다. 복귀하는 유압 유체는 실린더들로부터 도관(65)을 거쳐서 탱크(61)로 이송되는데, 그 탱크에서는 유압 펌프(60)가 그 유체를 끌어들인다.The hydraulically actuated fuel injection piston pump (pressure booster) 39 is powered by a pressurized hydraulic fluid applied to the actuation chamber 47, thereby applying an acting force to the booster piston 46. The hydraulic fluid may be engine lubricating oil. The pressure pump 60 delivers high pressure hydraulic fluid, typically hundreds of bar, to the cylinders of the engine via a feed conduit 30. If the hydraulic fluid is engine lubricant, the pressure pump 60 is not an engine lubrication pump that operates at much lower pressures. Returning hydraulic fluid is conveyed from the cylinders via conduit 65 to tank 61, where hydraulic pump 60 draws the fluid.

이 실시예에서는, 엔진 실린더(6)들의 각 쌍마다 압축 챔버(67)가 제공된다 (엔진이 홀수의 실린더들을 갖는 경우에는, 그 실린더들 중의 하나에 단일의 압축 챔버가 제공된다). 도관(69)은 압축 챔버(67)를 (실린더마다 하나씩 있는) 비례 제어 밸브(proportional control valve; 41)에 연결시킨다.In this embodiment, a compression chamber 67 is provided for each pair of engine cylinders 6 (if the engine has an odd number of cylinders, one of the cylinders is provided with a single compression chamber). Conduit 69 connects compression chamber 67 to proportional control valve 41 (one per cylinder).

엔진(1)의 각 실린더(6)는 전자 제어 유니트(electronic control unit; 99)와 연계되는데, 그 전자 제어 유니트는 일반적인 동기화 및 제어 신호를 수신하여, 와이어(wire; 59)를 통하여 무엇보다도 비례 제어 밸브(41)들에 전자 제어 신호를 전송한다. 실린더마다 하나의 제어 유니트(99)가 있거나, 또는 수개의 실린더들이 동일한 제어 유니트(미도시)와 연계될 수도 있다. 또한 전자 제어 유니트(99)는 모든 실린더들에 대해 공통적인 (도시되지 않은) 전체 제어 유니트(미도시)로부터 신호를 수신할 수도 있다.Each cylinder 6 of the engine 1 is associated with an electronic control unit 99, which receives the general synchronization and control signals and, above all, is proportional over wire 59. The electronic control signal is transmitted to the control valves 41. There may be one control unit 99 per cylinder, or several cylinders may be associated with the same control unit (not shown). The electronic control unit 99 may also receive signals from an entire control unit (not shown) that is common for all cylinders.

전자 제어 유니트(99)는, 엔진의 작동 상태에 따라서, 연료성분들 간의 요망되는 비율, 타이밍, 속도 형상(rate shaping), 및 연료 주입의 양을 계산한다. 여기에서, 제어 유니트는 크랭크 샤프트의 회전 위치, 크랭크 샤프트의 회전 속도(이것은 회전 위치 신호로부터 제어 유니트(99)에 의하여 도출될 수 있다), 주위 온도, 엔진 부하, 및 다양한 엔진 유체들의 온도에 관한 정보를 수신한다. 또한 전자 제어 유니트(99)는 엔진의 역작동을 위한 연료 주입의 타이밍을 적합하게 한다.The electronic control unit 99 calculates the desired ratio, timing, rate shaping, and amount of fuel injection between the fuel components, according to the operating state of the engine. Here, the control unit relates to the rotational position of the crankshaft, the rotational speed of the crankshaft (which can be derived by the control unit 99 from the rotational position signal), the ambient temperature, the engine load, and the temperature of various engine fluids. Receive information. The electronic control unit 99 also adapts the timing of fuel injection for reverse operation of the engine.

비례 제어 밸브(41)에서의 스풀(spool)의 움직임은 제어 유니트(99)에 의하여 피드백 제어 루프(feedback control loop)로 제어된다. 대안적으로, 피드백 제어 루프는 비례 제어 밸브(41) 자체에 포함될 수 있다. 비례 밸브(41)의 개방 프로파일(opening profile)은, 최적의 속도 형상을 위하여 미리 결정된 바람직한 개방 프로파일과 일치되고, 제어 유니트(99) 내에 저장된다.The movement of the spool in the proportional control valve 41 is controlled by the control unit 99 in a feedback control loop. Alternatively, the feedback control loop can be included in the proportional control valve 41 itself. The opening profile of the proportional valve 41 coincides with a predetermined desired opening profile for optimum speed shape and is stored in the control unit 99.

안착 위치(rest position)에서, 비례 제어 밸브(41)는 압력 부스터(39)의 저압측(작동 챔버(47))에 있는 압력 챔버를 탱크에 연결시킨다. 제어 유니트(99)가 어떤 주어진 실린더를 위하여 연료 주입을 시작하라는 신호를 송출하는 때에, 비례 제어 밸브(41)들 중의 하나가 어떤 정도로 개방되고, 이로써 압력 부스터(39)의 저압측이 도관(69)를 거쳐서 압축 챔버(67)로 연결된다.In the rest position, the proportional control valve 41 connects the pressure chamber at the low pressure side (operation chamber 47) of the pressure booster 39 to the tank. When the control unit 99 sends a signal to start fuel injection for a given cylinder, one of the proportional control valves 41 is opened to some extent, whereby the low pressure side of the pressure booster 39 is conduit 69. Is connected to the compression chamber (67).

펌프 피스톤의 행정의 길이는 전자 제어 유니트(99)에 의하여 제어되는 것이 바람직한데, 이것은 유압식으로 작동되는 피스톤 연료 펌프(39)의 흡입 행정(aspiration stroke)의 끝에서 펌프 피스톤(45)이 자신의 저부 위치(bottom position)로 완전히 복귀하도록 하고, 또한 연료 주입 행정 중에 펌프 피스톤이 제어된 위치로 움직이도록 함으로써 이루어진다. 흡입 행정은 대체적으로 제1 연료 성분(중연료유)의 압력에 의하여 구동된다.The length of the stroke of the pump piston is preferably controlled by the electronic control unit 99, which means that the pump piston 45 has its own end at the end of the aspiration stroke of the hydraulically actuated piston fuel pump 39. By returning to the bottom position completely and also causing the pump piston to move to a controlled position during the fuel injection stroke. The intake stroke is generally driven by the pressure of the first fuel component (heavy fuel oil).

그러나, 다른 일 실시예에서는, 펌프 피스톤(45)이 흡입 행정 중에 제어된 위치로 복귀되고, 또한 펌프 피스톤이 연료 주입 행정 중에 (펌프 챔버를 실질적으로 완전히 비우는) 자신의 상부 위치(top position)로 이동되기도 한다. 또 다른 일 실시예에서는, 흡입 행정 중에 펌프 피스톤(45)이 제어된 위치로 복귀되고, 또한 연료 주입 행정 중에 다른 제어된 위치로 이동된다.However, in another embodiment, the pump piston 45 is returned to the controlled position during the intake stroke and also the pump piston is in its top position (substantially completely emptying the pump chamber) during the fuel injection stroke. It may be moved. In another embodiment, the pump piston 45 is returned to a controlled position during the intake stroke and also moved to another controlled position during the fuel injection stroke.

작동 챔버(47) 내의 압력은, 펌프 챔버(44) 내에서의 연료 혼합을 위하여, 대략 400 내지 1500 바아 사이인 주입 압력에 도달하도록 몇 배로 증가된다. 공급 도관(51)은 고압의 연료를 펌프 챔버(44)로부터 직접 연료 밸브(23)로 이송하는데, 연료 밸브는 연료 밸브(23)의 팁들에 있는 노즐을 거쳐서 연료혼합물을 연소 챔버(15) 내로 주입함에 의하여 연료혼합물을 분무화시킨다.The pressure in the working chamber 47 is increased several times to reach an injection pressure that is between about 400 and 1500 bar for fuel mixing in the pump chamber 44. The supply conduit 51 transfers the high pressure fuel directly from the pump chamber 44 to the fuel valve 23, which passes the fuel mixture into the combustion chamber 15 via nozzles at the tips of the fuel valve 23. Inject the fuel mixture to atomize.

도 2 에는 본 발명에 따른 엔진의 다른 일 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 도 1 의 실시예와 본질적으로 동일하지만, 유압식으로 작동되는 피스톤 연료 펌프(연료 부스터)를 작동시키는 유압 유체가, 캠 샤프트(28) 상의 연료 캠(27)에 의하여 작동되는 피스톤 펌프(25)에 의하여 전달된다는 점이 상이하다. 피스톤 펌프(25)는, 하나의 캠 작동으로부터 도관(25)으로 전달되는 연료의 체적을 조절하기 위한 가변 출력부를 구비하는데, 이로써 연료 주입 시에 주입되는 연료혼합물의 체적이 제어된다.2 shows another embodiment of an engine according to the invention. This embodiment is essentially the same as the embodiment of FIG. 1, but the hydraulic fluid actuating the hydraulically actuated piston fuel pump (fuel booster) is operated by the fuel cam 27 on the camshaft 28. The difference is that it is transmitted by (25). The piston pump 25 has a variable output for adjusting the volume of fuel delivered to the conduit 25 from one cam operation, thereby controlling the volume of fuel mixture injected during fuel injection.

또한, 이 실시예에서는 압력의 부스팅(boosting)이 필요하지 않고, 따라서 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)는 그 안에 단일의 피스톤(45)을 구비한 실린더이다. 피스톤(45)은 각 측부에 동일한 유효 표면적들을 가지며, 그 실린더를 펌프 챔버(44)와 작동 챔버(47)로 구획한다.Further, in this embodiment no boosting of pressure is required, so the hydraulically actuated fuel injection piston pump 39 is a cylinder with a single piston 45 therein. The piston 45 has the same effective surface areas on each side and divides the cylinder into the pump chamber 44 and the working chamber 47.

도 3 에는 펌프 챔버(44), 제1 연료성분(이 실시예에서는 중연료유)의 공급부(72), 및 제2 연료성분(이 실시예에서는 물)의 공급부(73)가 상세히 도시되어 있다.3 shows in detail the pump chamber 44, the supply portion 72 of the first fuel component (heavy fuel oil in this embodiment), and the supply portion 73 of the second fuel component (water in this embodiment). .

중연료유는 대략 7 바아로, 중연료유 시스템(72)으로부터 펌프 챔버의 유입 포트, 비-복귀 밸브(non-return valve; 83), 및 도관(82)을 거쳐서 펌프 챔버(44)로 전달된다. 일 실시예에서, 펌프 피스톤(45)은 항상 그것의 초기 저부 위치로 복귀하는데, 그 저부 위치에서는 펌프 챔버(44)가, 두 개의 연속된 연료 주입 시기 사이의 기간 중 흡입 행정의 끝에서 최대의 알려진 체적을 갖는다.The heavy fuel oil is approximately 7 bar and is transferred from the heavy fuel oil system 72 to the pump chamber 44 via an inlet port of the pump chamber, a non-return valve 83, and a conduit 82. do. In one embodiment, the pump piston 45 always returns to its initial bottom position, in which the pump chamber 44 has a maximum at the end of the intake stroke during the period between two successive fuel injection periods. Have a known volume.

제2 연료성분(이 실시예에서는 물)은 물 공급원(73)으로부터 펌프 챔버(44)의 유입 포트, 비-복귀 밸브(85), 도관(86), 및 투여 펌프(dosage pump; 94)를 거쳐서 펌프 챔버(44)로 전달된다.The second fuel component (water in this embodiment) is supplied from the water source 73 to the inlet port of the pump chamber 44, the non-return valve 85, the conduit 86, and the dosing pump 94. And to the pump chamber 44.

일 실시예에서, 펌프 챔버(44)의 유입 포트들에는 펌프 챔버(44) 내에서의 연료 성분들의 혼합을 향상시키는 노즐들이 제공될 수 있다.In one embodiment, the inlet ports of the pump chamber 44 may be provided with nozzles that enhance the mixing of fuel components within the pump chamber 44.

전자 제어 유니트(99)는 전기식으로 제어되는 밸브(91)를 거쳐서 투여 펌프를 통제하는데, 그 밸브(91)는 투여 펌프(94)를 가압된 유압 유체(90)의 공급원에 선택적으로 연결시킨다. 일 실시예에서, 투여 펌프(94)에는, 투여 펌프의 피스톤의 위치를 기록하는 센서(미도시)가 제공된다. 전자 콘트롤러(전자 제어 유니트(99)일 수 있음)는, 투여 펌프(94)의 펌프 행정(pump stroke)이, 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)의 펌프 피스톤(45)의 흡입 행정 중에 전달될 제2 연료 성분의 요망되는 양에 대응되는 때를 판정한다.An electronic control unit 99 controls the dosing pump via an electrically controlled valve 91, which selectively connects the dosing pump 94 to a source of pressurized hydraulic fluid 90. In one embodiment, the dosing pump 94 is provided with a sensor (not shown) that records the position of the piston of the dosing pump. The electronic controller (which may be the electronic control unit 99) allows the pump stroke of the dosing pump 94 during the suction stroke of the pump piston 45 of the fuel injection piston pump 39 to be hydraulically actuated. Determine when it corresponds to the desired amount of second fuel component to be delivered.

대안적으로, 투여 펌프는 자체적인 제어 루프를 가질 수 있고, 전자 제어 유니트(99)로부터의 명령을 단순히 수신하여 제2 연료성분의 요망되는 양을 전달할 수 있다. 투여 펌프(94)는 유압식으로 구동되는 펌프로서 도시되었지만, 공압식 또는 전기식으로 구동되는 투여 펌프일 수도 있다.Alternatively, the dosing pump may have its own control loop and may simply receive a command from the electronic control unit 99 to deliver the desired amount of the second fuel component. Dosing pump 94 is shown as a hydraulically driven pump, but may also be a pneumatically or electrically driven dosing pump.

물 공급부(73)는 엔진의 모든 실린더들 또는 수개의 실린더들에 제2 연료성분(물)을 공급하는 레일(rail)일 수 있다.The water supply 73 may be a rail for supplying the second fuel component (water) to all or several cylinders of the engine.

각 연료 주입 시기의 전에, 펌프 피스톤(45)은 미리 정의된 초기 위치로 되돌리는 흡입 행정을 수행하여서, 펌프 챔버(44)의 체적이 알려진다. 투여 펌프(94)는, 펌프 피스톤(45)의 흡입 행정 중에 전자 제어 유니트에 의하여 결정되는 바에 따라서 소정량의 제2 연료성분(이 실시예에서는 물)을 전달한다. 동시에, 펌프 챔버(44)는 제1 연료성분(이 실시예에서는 중연료유)으로 채워진다. 제1 연료성분의 압력은 흡입 행정을 위한 동력을 제공하고, 펌프 피스톤이 그 저부 위치에 있는 흡입 행정의 끝에서 펌프 챔버(44)가 완전히 채워지는 것을 보장한다.Before each fuel injection timing, the pump piston 45 performs a suction stroke that returns to a predefined initial position, so that the volume of the pump chamber 44 is known. The dosing pump 94 delivers a predetermined amount of the second fuel component (water in this embodiment) as determined by the electronic control unit during the suction stroke of the pump piston 45. At the same time, the pump chamber 44 is filled with a first fuel component (heavy fuel oil in this embodiment). The pressure of the first fuel component provides power for the intake stroke and ensures that the pump chamber 44 is completely filled at the end of the intake stroke with the pump piston in its bottom position.

펌프 챔버(44) 내의 연료혼합물의 총 체적은 흡입 행정의 끝에서 알려지고, 펌프 챔버(44) 내의 제2 연료성분의 체적은 (투여 펌프를 이용함에 의하여) 알려진다. 압력 챔버 내의 제1 연료성분의 체적은 흡입 행정의 끝에서 펌프 챔버(44)의 (알려진) 총 체적으로부터 펌프 챔버(44) 내의 제2 연료성분의 체적을 뺌으로써 결정된다.The total volume of fuel mixture in the pump chamber 44 is known at the end of the intake stroke, and the volume of the second fuel component in the pump chamber 44 is known (by using the dosing pump). The volume of the first fuel component in the pressure chamber is determined by subtracting the volume of the second fuel component in the pump chamber 44 from the (known) total volume of the pump chamber 44 at the end of the intake stroke.

펌프 피스톤(45)의 주입 행정은, 펌프 챔버(44)를 완전히 비우는 완전한 행정(full stoke)이 아닌 것이 보통이다. 따라서, 흡입 행정의 시작에서는, 펌프 챔버 내에 연료혼합물의 체적이 있게 될 것이다.The injection stroke of the pump piston 45 is usually not a full stoke that completely emptyes the pump chamber 44. Thus, at the start of the intake stroke, there will be a volume of fuel mixture in the pump chamber.

흡입 행정의 끝에서 펌프 챔버(44) 내의 제1 연료성분 및 제2 연료성분 간의 비율은, 흡입 행정의 시작에서의 펌프 챔버(44) 내에 있는 연료혼합물에 의하여 영향을 받는다.The ratio between the first fuel component and the second fuel component in the pump chamber 44 at the end of the intake stroke is influenced by the fuel mixture in the pump chamber 44 at the start of the intake stroke.

그러나, 제1 연료성분과 제2 연료성분 간의 요망되는 비율의 변화가 전자 제어 유니트(99)에 의하여 수행된다면, 펌프 챔버(44) 내의 연료성분들 간의 실제 비율이 그 연료성분들 간의 요망되는 비율에 정확히 대응되기까지, 몇 번(a few)의 엔진 (주입) 사이클이 소요될 뿐이다.However, if the change of the desired ratio between the first fuel component and the second fuel component is carried out by the electronic control unit 99, the actual ratio between the fuel components in the pump chamber 44 is the desired ratio between the fuel components. It will only take a few engine (injection) cycles to get an exact match.

따라서, 제1 연료성분과 제2 연료성분 간의 요망되는 비율의 변화는 불과 엔진의 몇 사이클 후에 연소에 반영되는바, 즉 앞서 도입 부분에서 설명된 공지의 대형 2-행정 디젤 엔진의 경우에 몇 시간이 소요되는 것이 아니라, 몇 초 후에 연소에 그 변화가 반영되는 것이다.Thus, the desired change in ratio between the first fuel component and the second fuel component is reflected in the combustion after only a few cycles of the engine, ie several hours in the case of the known large two-stroke diesel engine described in the introduction above. This does not take, but after a few seconds the change is reflected in combustion.

흡입 행정에 가용한 시간은, 연료 주입 행정의 시간 길이에 비하여 상대적으로 길다. 그러므로, 흡입 행정을 위하여는 상대적으로 많은 시간이 가용하며, 예를 들어 투여 펌프의 속도에 있어서의 요구는 높지 않다. 또한, 펌프 챔버(44) 내에서의 연료성분들의 혼합을 위한 시간은 상대적으로 길다.The time available for the intake stroke is relatively long compared to the length of time for the fuel injection stroke. Therefore, a relatively large amount of time is available for the intake stroke, for example the demands on the speed of the dosing pump are not high. In addition, the time for mixing of fuel components in the pump chamber 44 is relatively long.

일 실시예에서는, 펌프 챔버(44) 내의 연료혼합물을 유화시키기 위하여 유화제가 이용될 수 있다. 그 유화제는 제3의 연료성분이거나 또는 연료성분들 중의 하나에 미리 혼합될 수 있다.In one embodiment, an emulsifier may be used to emulsify the fuel mixture in the pump chamber 44. The emulsifier may be a third fuel component or may be premixed with one of the fuel components.

일 실시예(미도시)에서, 펌프 챔버(44) 내의 연료성분들의 혼합은 펌프 피스톤(45)의 형상에 의하여 향상될 수 있다.In one embodiment (not shown), the mixing of fuel components in the pump chamber 44 may be enhanced by the shape of the pump piston 45.

일 실시예에서, 펌프 피스톤의 흡입 행정 중에 전달되는 제2 연료성분의 체적은 투여 펌프에 의하여 제어되지 않고, 그 대신에 제2 연료성분의 투여에 적합한 다른 수단이 이용된다. 그러한 투여 수단은 제어되는 개방 시간을 갖는 밸브 또는 유량계(flow meter)과 조합된 밸브일 수 있다. 연료성분들은 펌프 챔버로 동시적으로 또는 순차적으로 전달될 수 있다.In one embodiment, the volume of the second fuel component delivered during the intake stroke of the pump piston is not controlled by the dosing pump, instead other means suitable for the administration of the second fuel component are used. Such means of administration may be a valve having a controlled opening time or a valve in combination with a flow meter. Fuel components may be delivered to the pump chamber simultaneously or sequentially.

일 실시예에서, 펌프 피스톤의 흡입 행정 중에 전달되는 각 연료성분의 체적은 투여(dosage) 또는 측정(measuring)을 통하여 제어된다.In one embodiment, the volume of each fuel component delivered during the intake stroke of the pump piston is controlled through dosing or measuring.

일 실시예(미도시)에서, 유압식으로 작동되는 피스톤 연료 펌프(39)는 실린더 내에 수용된 단일의 피스톤(45)을 구비하는데, 그 피스톤의 일 측부에는 펌프 챔버가 있고 그 피스톤의 다른 측부에는 작동 챔버가 있게 된다. 펌프 챔버 측에서 피스톤(45)의 유효 표면적은 작동 챔버 측에서의 피스톤의 유효 표면적과 동일하거나 또는 상이할 수 있는데, 이것은 유압식으로 작동되는 피스톤 연료 펌프(39)를 작동시키는 압력을 부스팅시킬 필요에 따라 다르다.In one embodiment (not shown), the hydraulically actuated piston fuel pump 39 has a single piston 45 housed in a cylinder, with one side of the piston having a pump chamber and another side of the piston actuated. There will be a chamber. The effective surface area of the piston 45 at the pump chamber side may be the same as or different from the effective surface area of the piston at the working chamber side, depending on the need to boost the pressure to operate the hydraulically actuated piston fuel pump 39. .

위에서 설명된 실시예들은, 유압식으로 작동되는 피스톤 연료 펌프의 펌프 챔버 내에서 두 가지의 연료성분들이 혼합되는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명은, 유압식으로 작동되는 피스톤 연료 펌프의 펌프 챔버 내에서 두 가지 이상의 연료성분들이 혼합되는 경우에도 이용될 수 있다.The embodiments described above have been illustrated as mixing two fuel components in a pump chamber of a hydraulically actuated piston fuel pump. However, the present invention can also be used when two or more fuel components are mixed in the pump chamber of a hydraulically actuated piston fuel pump.

본 발명은 연료성분들로서 중연료유와 물을 이용하는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명은 연료유, 에탄올, 바이오 연료, 및 파일럿 오일과 같은 다른 연료성분들에 대하여도 이용될 수 있다. 본 발명에서 이용된 연료성분은 순수한 성분일 필요가 없고, 따라서 연료성분은 여러 물질들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 제2 연료성분은 물과 유화제의 혼합물일 수 있다.The present invention is illustrated by using heavy fuel oil and water as fuel components. However, the present invention can also be used for other fuel components such as fuel oil, ethanol, biofuel, and pilot oil. The fuel component used in the present invention does not need to be a pure component, and thus the fuel component may be a mixture of various substances. For example, the second fuel component may be a mixture of water and emulsifier.

청구범위에서 이용된 "포함"이라는 용어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 청구범위에서 단수형으로 기재된 요소는 그 요소가 복수개일 수 있다는 점을 배제하지 않는다.The term "comprising" as used in the claims does not exclude other elements or steps. Elements described in the singular in the claims do not exclude that the elements may be plural.

청구범위에서 이용된 참조번호는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다.Reference numerals used in the claims should not be considered as limiting the scope of the invention.

본 발명은 예시의 목적을 위하여 상세히 설명되었지만, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그러한 상세한 설명이 예시를 위한 것일 뿐이고 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described in detail for purposes of illustration, those skilled in the art will understand that such details are for illustration only and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. will be.

6: 실린더 7: 소기 포트
11: 배출 밸브 13: 엔진 피스톤
15: 연소 챔버 16: 배출 통로
21: 엑츄에이터 27: 배출 캠
28: 캠 샤프트 37: 피스톤 펌프
44: 펌프 챔버 45: 펌프 피스톤6: cylinder 7: scavenging port
11: discharge valve 13: engine piston
15: combustion chamber 16: discharge passage
21: Actuator 27: exhaust cam
28: camshaft 37: piston pump
44: pump chamber 45: pump piston

Claims (12)

크로스 헤드(crosshead; 8)들을 구비한 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1)으로서, 상기 엔진은:
복수의 실린더(6)들;
각 실린더(6)와 연계된 하나 이상의 연료 밸브(23)로서, 상기 연료 밸브(23)는 연료 밸브들의 유입 포트에서의 압력이 문턱값을 초과하는 때에 개방되고, 상기 연료 밸브(23)의 팁(tip)에는 주입된 연료를 증기화시키는 주입 노즐이 제공되는, 연료 밸브; 및
유압식으로 작동되는 복수의 연료 주입 피스톤 펌프(39)들로서, 하나의 연료 주입 피스톤 펌프(39)가 각 실린더와 연계되어 있는, 연료 주입 피스톤 펌프들;을 포함하고,
상기 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)들 각각에는 펌프 피스톤(pump piston; 45), 및 상기 펌프 피스톤(45)에 의해 한정되는 펌프 챔버(pump chamber; 44)가 제공되며,
상기 펌프 챔버(44)의 배출 포트(outlet port)는 연료 밸브 또는 연료 밸브들(23)에 연결되고,
중연료유의 공급부(72)는 펌프 챔버(44)의 유입 포트(inlet port)에 연결되며,
물의 공급부(73)는 펌프 챔버(44)의 유입 포트에 연결되고,
유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)들의 흡입 행정에서 상기 펌프 챔버(44)가 소정량의 중연료유와 소정량의 물로 채워지며, 상기 중연료유와 물은 펌프 챔버(44) 내에서 혼합되어 연료혼합물을 형성하고, 펌프 행정(pump stroke)에서 펌프 챔버(44) 내의 연료혼합물이 펌프 챔버(44)로부터 배출되며, 상기 연료혼합물은 유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프(39)들의 주입 행정에서 연료 밸브(23)로 전달되는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).A large turbocharged two-stroke diesel engine 1 with crossheads 8, the engine comprising:
A plurality of cylinders 6;
At least one fuel valve 23 associated with each cylinder 6, the fuel valve 23 being opened when the pressure at the inlet port of the fuel valves exceeds a threshold, the tip of the fuel valve 23 a tip valve is provided with an injection nozzle for vaporizing the injected fuel; And
A plurality of hydraulically actuated fuel injection piston pumps (39), wherein one fuel injection piston pump (39) is associated with each cylinder;
Each of the hydraulically actuated fuel injection piston pumps 39 is provided with a pump piston 45 and a pump chamber 44 defined by the pump piston 45,
The outlet port of the pump chamber 44 is connected to the fuel valve or fuel valves 23,
The supply portion 72 of heavy fuel oil is connected to an inlet port of the pump chamber 44,
The supply portion 73 of water is connected to the inlet port of the pump chamber 44,
In the suction stroke of the hydraulically actuated fuel injection piston pumps 39, the pump chamber 44 is filled with a predetermined amount of heavy fuel oil and a predetermined amount of water, the heavy fuel oil and water being in the pump chamber 44. Are mixed to form a fuel mixture, the fuel mixture in the pump chamber 44 is discharged from the pump chamber 44 in a pump stroke, and the fuel mixture is injected into the hydraulically actuated fuel injection piston pumps 39. Large turbocharged two-stroke diesel engine 1, which is delivered to the fuel valve 23 in a stroke. 제 1 항에 있어서,
흡입 행정 중에 펌프 챔버(44)로 전달되는 제1 연료성분의 양과 제2 연료성분의 양 간의 비율을 제어하기 위한 제어 수단(71,99,91,94)을 더 포함하는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
Large turbocharge 2-, further comprising control means (71,99,91,94) for controlling the ratio between the amount of the first fuel component and the amount of the second fuel component delivered to the pump chamber 44 during the intake stroke. Stroke diesel engine (1). 제 2 항에 있어서,
제어 수단(71,99,91,94)은, 하나의 엔진 사이클 내에 펌프 챔버(44)로 전달되는 제1 연료성분의 양과 제2 연료성분의 양 간의 비율을 변화시킬 수 있도록 구성되는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 2,
The control means 71, 99, 91, 94 are large turbos configured to be able to vary the ratio between the amount of the first fuel component and the amount of the second fuel component delivered to the pump chamber 44 in one engine cycle. Charged two-stroke diesel engines (1). 제 1 항에 있어서,
제1 연료성분(72)의 공급부는 커먼 레일(common rail)을 포함하는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
The large turbocharged two-stroke diesel engine (1) of which the supply of the first fuel component (72) comprises a common rail. 제 1 항에 있어서,
제2 연료성분(73)의 공급부는 커먼 레일을 포함하는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
A large turbocharged two-stroke diesel engine (1), wherein the supply of the second fuel component (73) comprises a common rail. 제 1 항에 있어서,
적어도 제1 연료성분(72)의 공급부 또는 제2 연료성분(73)의 공급부는, 흡입 행정 중에 펌프 챔버(44)로 전달되는 개별의 연료성분의 양을 제어하기 위한 밸브 또는 투여 펌프를 포함하는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
At least the supply of the first fuel component 72 or the supply of the second fuel component 73 comprises a valve or a dosing pump for controlling the amount of the individual fuel component delivered to the pump chamber 44 during the intake stroke. , Large turbocharged two-stroke diesel engine (1). 제 6 항에 있어서,
밸브는 간단한 개폐 밸브(71)이고, 관련된 연료성분의 투여는 측정된 유동에 응답하여 또는 밸브 개방 시간의 길이에 의하여 제어되는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method according to claim 6,
The valve is a simple open / close valve 71 and the administration of the associated fuel component is controlled in response to the measured flow or by the length of the valve opening time 1. 제 1 항에 있어서,
펌프 챔버(44)는 압력 도관(51)에 의하여 연료 밸브(23)들에 직접적으로 연결되는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
The pump chamber 44 is directly connected to the fuel valves 23 by a pressure conduit 51. 제 1 항에 있어서,
펌프 피스톤(45)의 주입 행정(injection stroke)은, 펌프 챔버(44)의 반대측에 있는 피스톤의 측부에 작용하는 유압, 또는 펌프 피스톤(45)에 직접적으로 연결된 피스톤(46)에 작용하는 유압에 의하여 동력을 제공받는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
The injection stroke of the pump piston 45 acts on the hydraulic pressure acting on the side of the piston on the opposite side of the pump chamber 44, or on the hydraulic pressure acting on the piston 46 directly connected to the pump piston 45. Powered by a large turbocharged two-stroke diesel engine (1). 제 1 항에 있어서,
유압식으로 작동되는 연료 주입 피스톤 펌프는 작동 챔버(47)를 포함하는, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 1,
The hydraulically actuated fuel injection piston pump comprises a working chamber 47, a large turbocharged two-stroke diesel engine 1. 제 10 항에 있어서,
작동 챔버는 펌프 피스톤(45)의 반대측 측부에 의하여, 또는 펌프 피스톤(45)에 직접 연결된 피스톤(46)에 의하여 한정된, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).11. The method of claim 10,
The operating chamber is a large turbocharged two-stroke diesel engine (1) defined by an opposite side of the pump piston (45) or by a piston (46) directly connected to the pump piston (45). 제 11 항에 있어서,
펌프 챔버 측에서의 펌프 피스톤(45)의 유효 표면적은 펌프 피스톤(45)의 반대측에서의 유효 표면적보다 작거나, 또는 피스톤(46)의 유효 표면적보다 작은, 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).The method of claim 11,
The large turbocharged two-stroke diesel engine 1, wherein the effective surface area of the pump piston 45 on the pump chamber side is less than the effective surface area on the opposite side of the pump piston 45 or less than the effective surface area of the piston 46.
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