KR20220021441A - 암모니아 연료를 왕복 엔진 내로 분사하는 방법 - Google Patents

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KR20220021441A
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루이스 제임스 위버리
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커먼웰쓰 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 오가니제이션
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Abstract

적어도 2 개의 실린더를 포함하고, 각 실린더는 해당 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하고, 각 실린더는 피스톤의 압축 단부 반대편에 위치된 일 단부에 헤드 위치를 가지며, 그 사이에 연소 챔버를 획정하고, 실린더는 연소 가스가 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하고, 피스톤은 이 피스톤이 헤드 위치에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 이 피스톤이 헤드 위치로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 실린더를 이동하고, 헤드 위치에 또는 헤드 위치 내에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하는, 왕복 엔진 내로 액체 또는 기체 암모니아 연료를 분사하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 각각의 실린더의 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및 각각의 피스톤이 상사점 이전에 최대 35 도, 바람직하게는 최대 45 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 암모니아 연료를 각 실린더의 연소 챔버 내로 적어도 하나의 연료 제트로서 분사하는 단계를 포함한다.

Description

암모니아 연료를 왕복 엔진 내로 분사하는 방법
우선권 상호 참조
본 출원은 2019년 6월 19일에 출원된 호주 가특허 출원 제2019902137호로부터 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 왕복 엔진 내로 암모니아 연료를 분사하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 2 행정 및 4 행정 사이클을 갖는 트렁크 피스톤(trunk piston) 및 크로스헤드 엔진(crosshead engine)에 적용될 수 있으며, 이하에서 본 발명을 그 예시적인 적용과 관련하여 개시하는 것이 편리할 것이다. 그러나, 본 발명은 그러한 적용에 제한되지 않고 다양한 유형의 왕복 엔진/내연 기관에서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 배경에 대한 다음 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다. 그러나, 본 설명은 언급된 임의의 자료가 본 출원의 우선일에 공개되었거나, 알려졌거나, 또는 일반적인 지식의 일부라는 것을 인정하거나 또는 승인하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
현재, 재생 가능 에너지로부터 생성된 암모니아 기반 연료를 사용하여, 왕복 엔진, 특히 압축 점화 (디젤) 엔진에 연료를 공급하는 것에 전 세계적인 관심이 존재한다. 암모니아(암모니아 농도가 비교적 낮은 암모니아 수용액과 구별하기 위해 무수 암모니아라고도 함)는 비용 효율적이고 환경 친화적이며 탄소 제로 연료를 제공할 가능성을 가지고 있다.
압축 점화 (디젤) 엔진에서 암모니아를 효율적으로 사용하기 위한 한 가지 문제는 연료가 엔진에 어떻게 도입되거나 또는 분사되는지에 대한 것이다. 4 행정 엔진을 사용하는 이전의 기술에서는 몇 가지 방식이 사용되었는데, 다음을 포함한다:
A. 디젤 연료의 파일럿 분사를 통해 점화가 시작된 상태에서 - 터보 차저가 장착된 경우 터보 차저 이전에 또는 이후에 엔진 공기 흡입 시스템 내로 액체 암모니아를 플래싱(flashing)함으로써 훈증한다. 이것은 연료를 공급하는 가장 용이한 방법이다. 그러나, 대부분의 엔진에서, 배기-흡입 밸브 오버랩은 암모니아가 포함된 연소 공기가 배기관으로 바이패스되게 하여 배기 가스에서 바람직하지 않은 높은 수준의 연소되지 않은 암모니아가 발생하게 된다. 이러한 문제는 실린더 스캐빈지 기간(cylinder scavenging period) 동안 배기관으로의 연소 공기의 훨씬 더 높은 바이패스를 필요로 하는 유니플로우(uniflow) 2 행정 엔진에서 특히 문제가 된다. 유니플로우 2 행정 엔진의 경우, 이러한 방법은 위험한 스캐빈지 박스 화재의 가능성, 및 암모니아 기화의 강력한 냉각 효과로 인한 스캐빈지 벨트의 왜곡을 증가시킨다.
B. 디젤 연료의 파일럿 분사를 통해 점화가 시작된 상태에서 - 터보 차저가 장착된 경우 터보 차저 이전에 또는 이후에 엔진 공기 흡입 시스템 내로 기화된 암모니아를 훈증한다. 이것은 액체 암모니아의 훈증에 대한 것들과 유사한 문제를 가지고 있으며, 기체 암모니아가 사용됨에 따라, 이 방법은 또한 압축 작업 감소 시에 실린더 차지 냉각 가능성을 감소시킨다.
C. 디젤 연료의 파일럿 분사를 통해 점화가 시작된 상태에서, 종래의 디젤 연료 엔진과 유사한 방식으로 실린더 내로 액체 암모니아를 직접 분사한다. 이러한 방법은 다음과 같은 이유로 인해 암모니아의 효율적인 연소를 달성하기에 가장 어렵다:
· 디젤 연료에 비해 높은 기화열로 인해 암모니아 스프레이의 기화 속도가 상대적으로 낮고(차가운 기화되지 않은 암모니아가 뜨거운 엔진 부품, 특히 피스톤에 충돌함), 암모니아의 기화의 큰 잠열로 인해 열 스트레스 문제가 발생할 가능성이 있다;
· 연소 공간에서 암모니아-공기의 불균질한 혼합으로 인한 느린 연소;
· 암모니아가 압축 행정 후반부에 추가되어, 이 방법은 압축 작업을 감소시키는 차지 냉각 효과를 감소시켜 - 이에 따라 전체 열 효율을 감소시킨다; 및
· 국부화된 더 높은 온도로 인한 더 높은 NOx.
따라서, 이러한 문제를 완화 및/또는 회피하고, 개선된 암모니아 연소 및/또는 증가된 열 효율을 갖는 왕복 엔진을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 왕복 엔진에서 암모니아 점화 및 연소를 개선시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는 적어도 2 개의 실린더를 포함하는 왕복 엔진 내로 액체 또는 기체 암모니아 연료를 분사하는 방법으로서, 각 실린더는 해당 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하고, 각 실린더는 피스톤의 압축 단부 반대편에 위치된 일 단부에 헤드 위치를 가지며, 그 사이에 연소 챔버를 획정하고, 실린더는 연소 가스가 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하고, 피스톤은 이 피스톤이 헤드 위치에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 이 피스톤이 헤드 위치로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 실린더를 이동하고, 각 실린더는 헤드 위치에 또는 헤드 위치 내에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하고,
상기 방법은:
각각의 실린더의 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
각각의 피스톤이 상사점 이전에 최대 35 도, 바람직하게는 최대 45 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 암모니아 연료를 각 실린더의 연소 챔버 내로 적어도 하나의 연료 제트로서 분사하는 단계를 포함하는 것인 방법을 제공한다.
연료 분사는 연소되지 않은 암모니아가 배기관으로 손실되는 것을 제한하기 위해 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후로 시간이 설정된다는 것을 이해해야 한다.
유리하게는, 본 발명의 방법은 액체 또는 기체 암모니아 연료를 사용하는 내연 기관에서 암모니아 점화 및 연소를 개선시킨다. 본 발명은 또한 실린더로의 분사 후 암모니아 기화를 개선시켜, 엔진의 압축 작업을 감소시킬 수 있으며, 더 균일한 연료 공기 혼합물은 또한 유니플로우 2 행정 엔진에 대한 질소 기반 미립자 배출물인 NOx를 감소시킨다.
임의의 하나의 이론에 국한되지 않기를 바라지만, 본 발명자는 엔진에서 암모니아의 연소가 특히 유니플로우 2 행정 엔진에 대해 다른 암모니아 분사 방법을 필요로 한다는 것을 발견했다. 본 발명자는 기화 및 연소 공기와의 혼합을 위한 증가된 시간을 허용하기 위해 실질적으로 점화 전에 실린더 내로 암모니아를 분사하는 것이 필요하다는 것을 발견했다. 점화는 또한 피스톤 이동에 대한 분사 지점의 위치 및 피스톤의 움직임 및 위치에 대한 분사 타이밍을 고려하여 향상되는 것으로 밝혀졌다. 암모니아의 높은 자가 점화 온도 및 암모니아 분사의 냉각 효과를 포함하는 다수의 요인으로 인해 조기 점화의 위험 없이 암모니아의 조기 분사가 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에서 분사되는 액체 또는 기체 암모니아 연료는 바람직하게는 무수 암모니아를 포함한다. 이 암모니아는 일반적으로 암모니아 농도가 상대적으로 낮은 암모니아 수용액이 아니다. 암모니아 연료 내의 높은/실질적인 암모니아 함량이 선호된다. 상기 방법을 사용하여 분사되는 암모니아 연료는 바람직하게는 기체 암모니아 연료 또는 액체 암모니아 연료 중 적어도 하나이다. 일부 실시예에서, 암모니아 연료는 액체 암모니아와, 물 또는 다른 연료 중 적어도 하나의 블렌드(blend)를 포함한다. 암모니아 연료는 바람직하게는 다양한 양의 다른 가용성, 혼화성, 에멀젼 또는 슬러리 연료와 액체 암모니아의 블렌드를 포함할 수 있다. 예를 들면 철 피크레이트 용액(iron picrate solution), 히드라진, 질산암모늄, 점화, 연소, 윤활을 향상시키거나 또는 NOx 또는 미립자 배출을 줄이기 위해 첨가된 다양한 산소화 액체가 포함되지만, 이에 국한되지는 않는다.
본 발명은 왕복 엔진, 보다 바람직하게는 내연 기관에서 이러한 암모니아 연료를 사용하는 데 적용될 수 있다. 본 발명은 압축 점화 엔진 또는 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진을 포함하는 다양한 내연 기관에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 헤드 위치는 바람직하게는 실린더 헤드를 포함할 것이다.
본 발명의 양태는 또한 대향 피스톤 및 자유 피스톤 엔진에 적용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 실린더는 바람직하게는 해당 실린더 내에서 반대 방향으로 왕복 이동하는 2 개의 피스톤을 포함하고, 헤드 위치에서 압축 단부를 형성하고, 사이에 연소 챔버를 형성하며, 연소 가스가 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 또는 포트(일반적으로 실린더 측벽에 위치됨) 및 사용된 연소 가스가 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브 또는 포트(일반적으로 실린더 측벽에 위치됨)를 포함하고, 피스톤은 피스톤이 반대쪽 피스톤에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 피스톤이 반대쪽 피스톤으로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 실린더를 이동하고, 실린더 벽에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함한다.
대향 피스톤 및 자유 피스톤 엔진 실시예에서, 피스톤의 헤드(대부분의 경우 그 위에 있는 링)는 입구 및 배기 밸브를 함께 형성하는 실린더 벽의 포트를 커버하고 커버하지 않는 역할을 한다. 따라서, 각각의 흡입 밸브/포트 및 배기 밸브/포트는 각각의 피스톤 행정 동안 각각의 피스톤에 의해 커버되지 않는다. 여기서, 하나의 피스톤은 연소 가스가 연소 챔버 내로 공급되는 해당 피스톤의 가장 바깥쪽 이동에 가장 가까운 적어도 하나의 흡입 밸브 포트를 커버하지 않는 내부 면을 가지고 있고, 다른 반대편 피스톤은 사용된 연소 가스가 연소 챔버를 빠져 나가는 해당 피스톤의 가장 바깥쪽 이동을 향해 적어도 하나의 배기 밸브를 커버하지 않는 내부 면을 가지고 있다.
본 발명은 크랭크가 없는 대향 피스톤 엔진 및 자유 피스톤 엔진에 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 이러한 엔진은 선형 발전기를 사용하여 전력을 이륙시키고 압축을 구동할 수 있다. 일부 형태에서, 대향 피스톤 엔진은 한쪽 단부에 스캐빈지 벨트를 그리고 다른 단부에 배기 벨트를 가질 수 있다.
압축 점화 엔진은 엔진 실린더의 연소 챔버 내로 분사되는 연료의 점화가 기계적 압축에 의해 실린더 내의 공기의 온도가 상승하여 발생하는 내연 기관의 일종이다. 연소에 의해 생성된 고온 및 고압 가스의 팽창은 실린더 내부의 피스톤의 구동 운동에 직접적인 힘을 가하고, 이는 차례로 엔진의 구동 섹션의 운동을 구동한다. 압축 점화 엔진에는 디젤 엔진과 같은 엔진이 포함된다. 그러나, 본 발명의 압축 점화 엔진은 디젤 유형 엔진 구성에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
실린더 위치는 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 운동으로 이동하는 실린더의 상단 또는 상한 또는 지점을 획정한다는 것을 이해해야 한다. 많은 실린더 구성에서, 헤드 위치는 실린더 헤드에 의해 획정된다. 그러나, 실린더 헤드를 포함하지 않는 그러한 실린더 구성, 예를 들어 대향 피스톤 및 프리 피스톤 엔진에서, 헤드 위치는 (아래에 설명되는 바와 같이) 압축 및 배기 행정에서 실린더에서 해당 움직임의 최대 상한을 표시하는 실린더의 지점을 포함한다.
또한, 각각의 실린더 내부의 피스톤의 상사점은 피스톤이 왕복 운동하는 동안 실린더 내부의 실린더 헤드/헤드 위치에 가장 가까운 위치에 있을 때이고, 하사점은 왕복 운동하는 동안 실린더 헤드/헤드 위치로부터 가장 먼 이격된 위치에 있을 때라는 것을 이해해야 한다. 다-실린더 엔진에서, 피스톤들은 엔진 구성에 따라 상사점에 동시에 또는 다른 시간에 도달할 수 있다. 왕복 엔진에서, 피스톤 1 번의 상사점은 점화 시스템 측정이 이루어지고 발사 순서가 결정되는 지점이다. 예를 들어, 점화 타이밍은 일반적으로 상사점(BTDC) 이전의 크랭크 샤프트 회전 각도로 특정된다.
대부분의 왕복 엔진에서, 피스톤은 다음과 같이 일련의 반복되는 행정 사이클로 실린더 내에서 특정 행정 사이클(왕복 운동/왕복 사이클)로 이동한다:
흡입 행정, 여기서 배기 밸브는 폐쇄되고 흡입 밸브는 개방되며, 피스톤은 처음에는 상사점 근방에 위치되지만 헤드 위치로부터 멀리 떨어져 있고 헤드 위치로부터 멀리 이동하여 연료/공기 혼합물을(또는, 직접 분사 엔진의 경우에는, 공기만을) 피스톤 내로 끌어 들인다;
압축 행정, 여기서 배기 밸브 및 흡입 밸브는 폐쇄되고, 피스톤은 처음에는 하사점에 위치되고 헤드 위치를 향해 이동하여 연소 챔버에서 공기/연료 혼합물을(또는, 직접 분사 엔진의 경우에는, 연료가 연소 챔버 내로 분사될 때까지 공기만을) 압축한다. 이 단계가 끝날 무렵, 연료/공기 혼합물이 점화되는데, 예를 들어, 가솔린 엔진의 경우 스파크 플러그 또는 다른 점화 수단에 의해, 또는 디젤 엔진과 같은 압축 점화 엔진의 경우에는 자가 점화에 의해 점화된다;
연소 행정, 여기서 배기 밸브 및 흡입 밸브는 폐쇄되고, 피스톤은 처음에는 상사점에 위치되고, 점화된 연료 혼합물의 팽창은 헤드 위치와 피스톤 헤드(피스톤의 압축 단부) 사이의 연소 챔버에 의해 헤드 위치로부터 멀리 가압된다; 그리고
배기 행정, 여기서 배기 밸브는 개방되고 흡입 밸브는 폐쇄되며, 피스톤은 처음에는 하사점에 위치되고, 배기 밸브를 통해 사용된 연소 가스를 배출하기 위해 헤드 위치를 향해 이동한다. 이러한 행정 사이클이 반복된다.
연료가 압축 행정 동안 직접 분사 엔진의 연소 챔버 내로 분사되어 연소 행정이 발생할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 연소 가스는 공기, 또는 O2 및/또는 다른 가연성 물질을 갖는 공기를 포함한다는 것을 또한 이해해야 한다.
이러한 반복되는 행정 사이클의 맥락에서, 암모니아 연료는 바람직하게는 엔진 사이클의 압축 행정 동안 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다. 이러한 맥락에서, 암모니아 연료는 압축(압축 점화 엔진) 또는 스파크, 플라즈마, 레이저 연소 개시제에 의해 해당 연소 행정에서 연소된다.
위의 피스톤 운동과 관련하여 설명되지는 않았지만, 본 발명의 실린더 및 피스톤은 종래의 왕복 엔진, 특히 내연 기관의 특징을 작동할 수 있고 통합할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 많은 내연 기관에서, 각 피스톤의 베이스는 바람직하게는 커넥팅 로드에 연결되고, 이는 차례로 크랭크 샤프트에 연결된다. 각 피스톤의 왕복 운동은 해당 크랭크 샤프트의 회전을 구동한다. 따라서, 커넥팅 로드는 크랭크 샤프트의 회전 운동을 실린더에서 피스톤의 전후 운동으로 변환한다. 실린더는 한쪽 단부에 실린더 헤드를 가지며, 다른 쪽 단부에서는 개방되어 있으므로 커넥팅 로드가 작업을 수행할 수 있다. 피스톤은 2 개 이상의 피스톤 링에 의해 각 실린더에 대해 효과적으로 밀봉된다. 그러나, 다른 구성이 가능하다는 것을 다시 한번 이해해야 한다. 예를 들어, 크랭크 대신에, 엔진은 선형 발전기를 사용하여 전력을 이륙시키고 압축을 구동할 수 있다.
상기와 관련하여, 본 명세서 전반에 걸쳐 언급된 각도에서의 피스톤의 운동은 크랭크 각도, 즉 피스톤의 구동된 왕복 운동에 대응하는 크랭크의 상대 회전이라는 것을 또한 이해해야 한다. 상사점 사이의 피스톤의 왕복 운동의 각각의 전체 사이클은 크랭크 샤프트의 360 도 운동에 대응한다.
이러한 피스톤 배열 및 관련 엔진 구성의 특징은 당업계에 잘 알려져 있다. 이러한 내연 기관의 작동 및 구성은 당업자에 의해 잘 이해될 것이고, 본 발명에 따른 왕복 엔진으로 액체 또는 기체 암모니아 연료를 분사하는 방법의 특징은 본 명세서의 교시에 따라 종래의 왕복 엔진에서 당업자에 의해 용이하게 채택될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 제 1 양태는 일반적으로 연료 분사기가 해당 실린더의 실린더 헤드의 헤드 위치에 또는 헤드 위치 내에 위치되는 직접 분사 엔진에 관한 것이다. 다양한 분사기 구성이 가능하다. 예를 들어, 연료 분사기는 실린더 헤드의 중심에 위치된 단일 연료 분사기; 또는 실린더 헤드의 직경을 가로질러 이격된 적어도 2 개의 연료 분사기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연료 분사기는 거의 연료 제트가 아래쪽으로 향하도록 실린더의 중심 근처에 위치된 적어도 하나의 반축성 노즐 연료 분사기를 포함한다. 다른 실시예에서, 연료 분사기는 거의 반축성 연료 제트가 피스톤을 향해 아래쪽으로 향하도록 실린더 벽 근처에 위치된 적어도 하나의 반축성 방출 노즐 액체 암모니아 분사기(들)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 암모니아 연료를 이용한 점화는 또한 피스톤 이동에 대한 분사 지점의 위치 및 피스톤의 이동 및 위치에 대한 분사 타이밍을 고려함으로써 향상되는 것으로 밝혀졌다.
일부 실시예에서, 암모니아 연료는:
적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
피스톤이 상사점 이전에 35 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다.
다른 실시예에서, 암모니아 연료는:
적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
피스톤이 상사점 이전에 45 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다.
암모니아 연료를 사용하는 점화는 또한 각 실린더의 연소 챔버 내로 암모니아 연료를 분사하는 타이밍이 또한 적어도 하나의 흡입 밸브가 폐쇄된 후에 발생할 때 향상되는 것으로 밝혀졌다. 이는 암모니아 연료 및 연소 가스가 연료 흡입/흡기 밸브로 누출되는 것을 완화한다. 따라서, 특정 실시예에서, 암모니아 연료는:
적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후;
적어도 하나의 흡입 밸브가 폐쇄된 후; 및
피스톤이 상사점 이전에 35 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다.
다수의 실시예에서, 연료 제트(들)가 실린더로 들어가는 각도도 또한 아래에서 설명되는 바와 같이 중요한 것으로 밝혀졌다. 이러한 파라미터는 예를 들어 본 발명의 두 개의 양태에서 설명된 바와 같이 상이한 피스톤/실린더 구성에 대해 상이할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
실시예에서, 암모니아 연료는 연료 제트가 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -35°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 실린더로 들어가도록 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다. 일부 실시예에서, 암모니아 연료는 연료 제트가 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -50°, 바람직하게는 -90° 내지 -65°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 실린더로 들어가도록 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다.
다른 실시예에서, 암모니아 연료는 연료 제트가 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -30°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 실린더로 들어가도록 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다.
특정 실시예에서, 암모니아 연료는 연료 제트가 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -65°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 실린더로 들어가도록 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사되고, 여기서 적어도 하나의 배기 밸브가 폐쇄된 후 및 피스톤이 상사점 35 도까지 이동하기 전에 분사가 발생하도록 시간이 설정된다.
다른 실시예에서, 암모니아 연료는 연료 제트가 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -50°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 실린더로 들어가도록 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사되고, 여기서 적어도 하나의 배기 밸브가 폐쇄된 후 및 피스톤이 상사점 45 도까지 이동하기 전에 분사가 발생하도록 시간이 설정된다.
본 발명의 이러한 제 1 양태의 방법은 압축 점화 엔진; 또는 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진 중 적어도 하나를 포함하는 다양한 유형의 왕복 엔진에서 사용될 수 있다. 이러한 왕복 엔진은 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진일 수 있다. 마찬가지로, 이러한 왕복 엔진은 크로스헤드(crosshead) 또는 트렁크 유니플로우 엔진(trunk uniflow engine)일 수 있다.
본 발명의 방법은 유리하게는 저속, 중속 및 고속 엔진, 트렁크 피스톤 및 크로스헤드 엔진, 2 및 4 행정 사이클, 및 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진에 사용될 수 있다. 본 발명은 특히 종래의 트렁크 피스톤 2 행정 엔진, 및 심해 해양에 사용되는 저속 크로스 헤드 엔진에 적용 가능하다. 본 발명의 제 1 양태의 특정 실시예는 다음과 같다:
상단 분사(실린더 헤드에 위치된 분사기) 트렁크 피스톤 유니플로우 2 행정 엔진의 경우, 본 발명의 제 1 양태의 방법은 암모니아 연료 분사는 배기 밸브가 폐쇄된 후 및 상사점 45 도 이전에 발생하도록 시간이 설정된 상태로 -90° 내지 -35°의 각도(A)에서 하나 이상의 연료 제트로서 적어도 하나의 연료 제트로서 각 실린더의 연소 챔버 내로 암모니아 연료를 분사하는 단계를 포함한다.
상단 분사(실린더 헤드에 위치된 분사기) 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진의 경우, 본 발명의 제 1 양태의 방법은 암모니아 연료 분사는 배기 밸브(들)가 폐쇄된 후 및 상사점의 35 크랭크 각도 전에 발생하도록 시간이 설정된 상태로 하나 이상의 연료 제트가 -90° 내지 -30°의 각도(A)를 형성함에 따라 암모니아 연료를 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태는 적어도 2 개의 실린더를 포함하고, 각 실린더는 해당 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하고, 각 실린더는 피스톤의 압축 단부 반대편에 위치된 일 단부에 헤드 위치를 가지며, 그 사이에 연소 챔버를 획정하고, 실린더는 연소 가스가 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하고, 피스톤은 피스톤이 헤드 위치에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 피스톤이 헤드 위치로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 실린더를 이동하고, 헤드 위치로부터 이격된 실린더의 벽에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하고, 분사기는 연소 챔버 내로 연료를 분사하도록 위치되는, 왕복 엔진 내로 액체 또는 기체 암모니아 연료를 분사하는 방법을 제공하고,
상기 방법은:
연료 제트가 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 80°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 연소 챔버로 들어가도록 암모니아 연료를 적어도 하나의 연료 제트로서 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 포함하고,
각각의 실린더의 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
각각의 실린더에서 하사점으로부터 상사점으로 이동할 때 각각의 피스톤에 의해 적어도 하나의 연료 분사기가 커버되기 전에 분사가 발생하도록 시간이 설정된다.
본 발명의 제 2 양태는 또한 액체 또는 기체 암모니아 연료를 사용하는 내연 기관에서 암모니아 점화 및 연소를 개선시키는 본 발명의 방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 제 2 양태는 연료 분사기 또는 분사기들이 실린더의 벽에 위치되는 직접 분사 엔진에 관한 것이다. 그러나, 본 발명의 제 1 양태와 관련하여 설명된 위에서 설명된 이점, 피스톤 행정 사이클, 엔진 구성 요소 등은 본 발명의 이러한 제 2 양태에 동일하게 적용된다는 것을 이해해야 한다.
제 1 양태에 대해 언급된 바와 같이, 실린더 위치는 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 운동으로 이동하는 실린더의 상단 또는 상한 또는 지점을 획정한다. 많은 실린더 구성에서, 헤드 위치는 실린더 헤드에 의해 획정된다. 그러나, 실린더 헤드를 포함하지 않는 그러한 실린더 구성, 예를 들어 대향 피스톤 및 자유 피스톤 엔진에서, 헤드 위치는 (위에서 설명한 바와 같이) 압축 및 배기 행정에서 실린더에서 해당 운동의 최대 상한을 표시하는 실린더의 지점을 포함한다. 또한, 앞서 설명된 엔진 유형이 본 발명의 이러한 제 2 양태에도 또한 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다.
암모니아 연료는 기체 암모니아 연료 또는 액체 암모니아 연료 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 암모니아 연료는 액체 암모니아와, 물 또는 다른 연료 중 적어도 하나의 블렌드를 포함한다. 암모니아 연료는 바람직하게는 다양한 양의 다른 가용성, 혼화성, 에멀젼 또는 슬러리 연료와 액체 암모니아의 블렌드를 포함할 수 있다. 예를 들면 철 피크레이트 용액, 히드라진, 질산암모늄, 점화, 연소, 윤활을 향상시키거나 또는 NOx 또는 미립자 배출을 줄이기 위해 첨가된 다양한 산소화 액체가 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.
다시, 연료 분사는 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후에 발생하도록 시간이 설정되어, 연소되지 않은 암모니아가 배기관으로 손실되는 것을 제한한다. 더욱이, 이전에 설명된 행정의 반복된 사이클의 맥락에서, 암모니아 연료는 바람직하게는 엔진 사이클의 압축 행정 동안 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사된다. 이러한 맥락에서, 암모니아 연료는 압축(압축 점화 엔진) 또는 스파크, 플라즈마, 레이저 연소 개시제에 의해 해당 연소 행정에서 연소된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 양태는 연료 분사기 또는 분사기들이 실린더의 벽에 위치되는 직접 분사 엔진에 관한 것이다. 분사기는 바람직하게는 상사점과 하사점 사이의 피스톤의 이동(즉, 피스톤-상단 이동)에 대해 실린더의 하부 절반에서 실린더 측벽에 위치된다. 따라서 연료 제트는 실린더의 하단 절반으로 분사된다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 연료 분사기는 적어도 하나의 연료 분사기와 실린더 헤드 사이의 실린더의 상부 섹션 및 하사점 시 적어도 하나의 연료 분사기와 피스톤 사이에 위치된 하부 섹션을 획정하기 위해 실린더 헤드로부터 이격된 실린더의 벽에 위치된다. 이러한 실시예에서, 연료 제트는 실린더의 상부 섹션 또는 하단 섹션으로 분사될 수 있다.
다양한 분사기 구성이 가능하다. 예를 들어, 연료 분사기는: 단일 연료 분사기; 또는 실린더 벽의 둘레 주위에 둘레 방향으로 이격된 적어도 2 개의 연료 분사기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연료 분사기는 피스톤이 하사점에 있을 때, 거의 연료 제트가 아래쪽으로 향하도록 연소 챔버의 중심 근처에 위치되는 적어도 하나의 반축성 노즐 연료 분사기를 포함한다. 다른 실시예에서, 연료 분사기는 실린더 벽에 낮게 배치된 적어도 하나의 액체 암모니아 분사기를 포함한다. 실린더 벽의 낮은 위치는 일반적으로 피스톤이 하사점에 있을 때 실린더 헤드보다 피스톤의 압축 단부에 더 가깝다는 것을 포함한다.
본 발명의 이러한 제 2 양태에서 암모니아 연료를 사용한 점화는 또한 적어도 하나의 흡입 밸브가 폐쇄된 후에 각 실린더의 연소 챔버 내로 암모니아 연료를 분사하는 타이밍이 발생할 때 향상되는 것으로 밝혀졌다. 이는 암모니아 연료 및 연소 가스가 연료 흡입/흡기 밸브로 누출되는 것을 완화한다.
제 1 실시예에서와 같이, 연료 제트(들)가 실린더로 들어가는 각도도 또한 아래에서 설명되는 바와 같이 중요한 것으로 밝혀졌다. 이러한 파라미터는 예를 들어 본 발명의 2 개의 양태에서 설명된 바와 같이 상이한 피스톤/실린더 구성에 대해 상이할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
실시예들에서, 적어도 하나의 연료 제트는 각 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 40°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 연소 챔버 내로 분사된다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 연료 제트는 각 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 0°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 연소 챔버 내로 분사된다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 연료 제트는 각 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 -40°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 연소 챔버 내로 분사된다.
본 발명의 이러한 제 2 양태의 방법은 압축 점화 엔진; 또는 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진 중 적어도 하나를 포함하는 다양한 유형의 왕복 엔진에 사용될 수 있다. 이러한 왕복 엔진은 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진일 수 있다. 마찬가지로, 이러한 왕복 엔진은 크로스헤드 또는 트렁크 유니플로우 엔진일 수 있다.
다시, 본 발명의 방법은 유리하게는 저속, 중속 및 고속 엔진, 트렁크 피스톤 및 크로스헤드 엔진, 2 및 4 행정 사이클, 및 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진에 사용될 수 있다. 본 발명은 특히 종래의 트렁크 피스톤 2 행정 엔진, 및 심해 해양에 사용되는 저속 크로스 헤드 엔진에 적용 가능하다. 본 발명의 제 2 양태의 특정 실시예는 다음과 같다:
측면 분사(실린더의 벽에 위치된 연료 분사기) 트렁크 피스톤 유니플로우 2 행정 엔진의 경우, 본 발명의 제 2 양태의 방법은 -80° 내지 80°의 각도(A)로 연소 챔버 내로 하나 이상의 연료 제트로서 암모니아 연료를 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 포함하고, 암모니아 연료 분사는 배기 밸브가 폐쇄된 후 및 피스톤이 분사 포트(들)를 커버하기 전에 발생하도록 시간이 설정된다. 분사기는 바람직하게는 상사점과 하사점 사이의 피스톤의 압축 단부의 이동(피스톤-상단 이동)에 대해 실린더의 하부 절반에 있다.
측면 분사 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진의 경우, 본 발명의 제 2 양태의 방법은 -80° 내지 80°의 각도(A)를 형성하기 위해 연소 챔버 내로의 하나 이상의 연료 제트로서 암모니아 연료를 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 포함하고, 암모니아 연료 분사는 배기 밸브(들)가 폐쇄된 후 및 피스톤이 분사 포트(들)를 커버하기 전에 발생하도록 시간이 설정된다. 분사기는 바람직하게는 상사점과 하사점 사이의 피스톤의 압축 단부의 이동에 대해 실린더의 하부 절반에 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양태 모두의 실시예에서, 분사기는 액체 암모니아를 분사한 다음 디젤과 같은 파일럿 연료를 분사하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 분사기는 암모니아 및 파일럿 연료를 위한 별도의 노즐을 가질 것이다. 이들 실시예에서, 본 발명의 방법은: 암모니아 연료를 각 실린더의 연소 챔버 내로 분사한 후 파일럿 연료, 바람직하게는 디젤을 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 더 포함할 것이다. 암모니아 연료는 본 발명에 따라 분사되고, 파일럿 연료는 바람직하게는 요구되는 연소 개시 직전에, 바람직하게는 연소 챔버에서 요구되는 연료 연소 개시 직전에 분사된다. 이 실시예에서, 파일럿 분사의 양은 또한 유리하게는 액체 암모니아를 사용하기 전에 엔진을 시동하고 데우는데 사용될 수 있고 및/또는 정상 작동 시 점화를 위해 연료 에너지의 2 내지 5 %만이 필요하지만 저 부하 작동에 사용될 수 있다.
본 발명은 이제 본 발명의 특정 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 분사기를 통해 엔진의 실린더로 분사되는 연료의 제트 각도를 결정하기 위해 본 명세서에서 사용되는 방법론을 예시한다.
도 2는 엔진의 실린더의 실린더 중앙 라인에 대한 연료 제트 각도를 특정하기 위해 사용되는 시스템을 도시한다.
도 1은 연료 제트가 바깥쪽으로 향하도록 실린더의 중심 근처에 위치된 반경 방향 노즐 연료 분사기를 보여주는 종래의 (종래 기술의) 트렁크 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더의 개략적인 단면도이다.
도 2는 (A) 연료 제트가 반경 방향 안쪽으로 향하도록 실린더 벽 근처에 위치된 실린더의 측면-방출 연료 분사기를 보여주는 종래의 (종래 기술의) 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더의 개략적인 단면도이고; (B) (A)에 도시된 분사기 및 베이스 라인(X)에 대해 측정된 연료 제트 및 연료 제트 각도(A)의 확대도이다.
도 3은 거의 연료 제트가 아래쪽으로 향하도록 실린더의 중심 근처에 위치된 반축성 노즐 연료 분사기를 보여주는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사기 구성을 갖는 트렁크 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더의 개략적인 단면도이다. 명확성을 위해 파일럿 분사기/점화 장치는 표시되지 않았다.
도 4는 거의 반축성 연료 제트가 피스톤을 향해 아래쪽으로 향하도록 실린더 벽 근처에 위치된 반축성 방출 노즐 액체 암모니아 분사기(들)를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사기 구성을 갖는 하나의 실린더의 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더의 개략적인 단면도이다. 명확성을 위해 파일럿 분사기/점화 장치는 표시되지 않았다.
도 5는 거의 연료 제트가 아래쪽으로 향하도록 실린더의 중심 근처에 위치된 반축성 노즐 연료 분사기를 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사기 구성을 갖는 트렁크 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더의 개략적인 단면도이다.
도 6은 다양한 제트 정렬 옵션과 함께 실린더 벽에 낮게 배치된 액체 암모니아 분사기를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사기 구성을 갖는 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더의 개략적인 단면도이다. 명확성을 위해 파일럿 분사기/점화 장치는 표시되지 않았다.
본 발명의 방법은 해당 액체 또는 기체 암모니아 연료를 사용하여 내연 기관에서 암모니아 점화 및 연소를 개선하는 기체 또는 액체 암모니아 연료를 분사하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 실린더 내로 분사한 후 암모니아 기화를 개선하여, 엔진의 압축 작업을 줄이고 또한 유니플로우 2 행정 엔진에 대한 질소 기반 미립자 배출물인 NOx를 줄일 수 있다.
제트 연료 분사 각도
도 1 및 도 2는 연료 제트 분사기로부터 (개략도의 용이한 참조를 위해 도시되지 않은) 실린더 엔진의 연소 챔버 내로 분사되는 연료 제트의 각도(A)를 측정하고 특정하기 위해 본 명세서에서 사용되는 시스템 및 방법론을 도시한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 분사기(110)로부터 분사된 연료 제트(115)는 연료 제트(115)가 연료 분사기(110)의 노즐(118)로부터 방출됨에 따라 어느 정도 확산될 것이다. 이하에서 연료 제트에 대해 참조되는 모든 각도(A)는 노즐(118)에서 분사 지점(M)으로부터 시작하는 각각의 연료 제트(115)의 제트 스프레이의 중앙 라인(Y)을 참조한다.
둘째, 실린더 내에서 스프레잉되는 연료 제트(115)의 모든 각도는 베이스 라인(X)에 대해 측정된다. 베이스 라인(X)은 각각의 실린더의 중앙 라인(CL)에 수직인 라인이다. 참조의 편의를 위해, 베이스 라인(X)은 그 사이의 각도(A)를 나타내기 위해 연료 제트(115)의 중앙 라인(Y)과 교차점(I)을 통해 교차하도록 위치될 수 있다. 그러나, 이러한 베이스 라인은 연료 제트(115)의 중앙 라인(Y)에 대한 임의의 적절한 위치에서 각도(A)에 대한 기준으로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
각각의 실린더의 중앙 라인(CL), 베이스 라인(X) 및 연료 제트 중앙 라인(Y)을 사용하여, 각도(A)는 연료 제트(115)가 분사기(110)의 노즐(118)로부터 실린더의 연소 챔버 내로 스프레잉되는 각도를 참조한다.
도 2는 이 시스템을 사용하는 이러한 측정의 6 가지 예를 예시한다. B 모든 각도(A)는 각 연료 제트의 연료 제트 중앙 라인(Y)와, 각각의 실린더의 중앙 라인(CL)에 수직인 베이스 라인(Y) 사이에서 측정된다. 도 1에서 측정된 바와 같이, 예시적인 각도는 표 1에 제시되어 있다:
Figure pct00001
이러한 명명법을 사용하여, 다양한 연료 제트들의 각도(A)가 설명될 수 있다.
주목해야 할 것은, 연료 제트 각도(A)는 단일 평면에서의 이들의 기울기로 설명되며, 복합 제트 각도는 또한 배기 가스의 실린더 배출을 개선하기 위해 일반적으로 스캐빈지 벨트 포트에 의해 유도되는 연소 공기의 소용돌이 흐름 패턴과 함께 또는 이와 반대 방향으로 향하는 암모니아 연료 제트와 함께 유리하게 사용될 수 있다는 것이다. 연료 제트 각도(들)(A)는 실린더 중앙 라인(CL) 및 실린더 중앙 라인(CL)에 수직인 평면에 대한 실제 각도로 측정된다.
종래의 연료 분사
본 발명은 특히 유니플로우 2 행정 엔진에 대해 상이한 암모니아 분사 방법을 사용함으로써 내연 기관에서 연소 연료로서 암모니아를 보다 효과적으로 사용한다. 비교의 포인트로, 도 3 및 도 4는 종래의 (종래 기술의) 트렁크 유니플로우 2 행정 엔진(도 3) 및 종래의 (종래 기술의) 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진(도 4)에서 연료의 연료 분사 방법을 보여주는 개략도를 제공한다.
먼저, 종래의 연료가 공급되는 트렁크 피스톤 유니플로우 2 행정 엔진에 대한 하나의 실린더(300) 및 피스톤(305) 조합의 단면도를 도시하는 도 3을 참조하도록 한다. 실린더(300)는 연료 제트(315)를 이로부터 실린더 벽(312)을 향해 외부로 향하게 하는 실린더(300) 및 실린더 헤드(308)의 중심 근처에 위치된 반경 방향 노즐 연료 분사기(310)를 갖는 실린더 헤드(308)를 포함한다. 실린더 헤드(308)는 배기 배출 밸브(330)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 피스톤(305)은 다른 단부에서 크랭크 샤프트(도시되지 않음)에 연결되는 커넥팅 로드(322)를 포함한다. 실린더(300)는 또한 (피스톤(305)이 하사점에 가까울 때) 피스톤(305)에 의해 피스톤 행정의 바닥을 향해 커버되지 않는 입구 포트(335)를 포함하는 스캐빈저 벨트(360)를 포함한다. 이 개략도에서, 연료 제트(315)의 중앙 라인(Y)이 베이스 라인(X)에 대해 -30° 내지 +5°의 각도(A)를 형성하도록 연료가 분사기(310)를 통해 분사된다. 분사기(310)는 일반적으로 노즐에 4 개 내지 16 개의 오리피스를 포함할 것이다. 연료 분사 이벤트는 피스톤이 압축 행정의 상단에 도달하기 전에, 즉 상사점(BTDC) 이전에 크랭크 샤프트 회전의 35° 내지 10°에서 시작되는 시간이다.
도 4는 종래의 연료가 공급되는 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진의 하나의 실린더(400) 및 피스톤(405) 조합의 단면도를 도시한다. 도시된 실린더(400)는 연료 제트(415)가 안쪽으로(즉, 실린더 벽(412)로부터 멀리) 향하도록 실린더 벽(412) 근처에 위치된 적어도 2 개의 측면 방출 연료 분사기(410)를 갖는 실린더 헤드(408)를 포함한다. 실린더 헤드(408)는 중앙 배기 배출 밸브(430)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 피스톤(405)은 다른 단부에서 크로스헤드에 상호 연결된 다음 커넥팅 로드를 크랭크 샤프트(도시되지 않음)에 연결하는 피스톤 로드(422)를 포함한다. 실린더(400)는 또한 (피스톤(405)이 하사점에 가까울 때) 피스톤(405)에 의해 피스톤 행정의 바닥을 향해 커버되지 않는 입구 포트(435)를 포함하는 실린더 벽(412)에 스캐빈지 벨트(460)를 둘러싸는 주변 스캐빈지 박스(455)를 포함한다. 피스톤 로드(422)는 스터핑 박스(stuffing box)(465)를 통해 스캐빈지 박스(453)를 통해 교차하고 삽입된다. 도시된 바와 같이, 연료는 베이스 라인(X)에 대해 -25° 내지 +5°의 각도(A)를 형성하는 연료 제트(415)로서 분사기(410)를 통해 분사된다. 분사기(410)는 일반적으로 노즐에 4 개 내지 8 개의 오리피스를 포함할 것이다. 연료 분사 이벤트는 엔진 크기 및 연료 점화 특성에 따라 크랭크 샤프트 회전 BTDC의 15° 내지 ATDC(상사점) 후 몇 도까지에서 시작하는 시간이다.
본 발명의 연료 분사
본 발명은 액체 또는 기체 암모니아 연료를 엔진에 공급하기 위한 새로 발견된 요건에 기초한 상이한 분사 장치를 포함한다. 본 발명자는 일반적으로 압축 점화 엔진, 예를 들어 도 3 및 도 4와 관련해서 위에서 설명된 2 개의 종래 기술의 엔진 구성에 대해 교시된 것보다 엔진의 각 실린더의 압축 사이클에서 암모니아 연료가 훨씬 더 일찍 분사될 때 더 효과적인 연소가 달성될 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 분사 방식을 위한 연료 분사는 배기 밸브(들)/포트가 폐쇄된 직후에 실린더 체적 내로 더 깊숙이(즉, 더 가파른 연료 제트 분사 각도) 발생되어, 기화 및 혼합을 위한 충분한 시간을 보장하고, 압축 작업을 감소시키고 더 완전한 연소를 허용한다.
도 5는 본 발명의 암모니아 연료 분사 방법을 사용하는 트렁크 피스톤 유니플로우 2 행정 엔진을 위한 하나의 실린더(500) 및 피스톤(505) 조합의 단면도를 도시한다. 실린더 및 피스톤 구성은 도 3과 관련하여 설명된 것과 동일하다. 따라서, 동일한 특징에는 동일한 참조 번호에 200을 더한 것이 제공되었다. 이 개략도에서, 암모니아 연료는 분사기(510)를 통해 분사되어, 연료 제트(515)의 중앙 라인(Y)은 -90° 내지 -35°의 각도(A)로 실린더에 진입한다. 분사기(510)는 일반적으로 노즐에 1 개 내지 4 개의 오리피스를 포함할 것이다. 암모니아 분사는 배기 밸브(들)(530)가 폐쇄된 후 그리고 상사점의 45 크랭크 각도 이전에 발생하도록 시간이 설정된다. 배기 밸브(530)는 배기관으로의 암모니아 슬립을 제한/제어하기 위해 암모니아 분사 동안 폐쇄된다.
도 6은 본 발명의 암모니아 연료 분사 방법을 사용하는 연료가 공급된 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진(400)의 하나의 실린더(600) 및 피스톤(605) 조합의 단면도를 예시하고 있다. 실린더 및 피스톤 구성은 도 4와 관련하여 설명된 것과 동일하다. 따라서, 동일한 특징에는 동일한 참조 번호에 200을 더한 것이 제공되었다. 이 개략도에서, 암모니아 연료는 분사기(610)를 통해 분사되어, 연료 제트(615)의 중앙 라인(Y)이 -90° 내지 -30°의 각도(A)로 실린더에 진입한다. 분사기(610)는 전형적으로 노즐에 1 개 내지 4 개의 오리피스를 포함할 것이다. 암모니아 분사는 배기 밸브(들)(630)가 폐쇄된 후 그리고 상사점의 35 크랭크 각도 이전에 발생하도록 시간이 설정된다. 배기 밸브(630)는 배기관으로의 암모니아 슬립을 제한/제어하기 위해 폐쇄된다.
본 발명의 연료 분사 방법을 사용하여 암모니아 연료가 분사되는 트렁크 피스톤 유니플로우 2 행정 엔진에 적용되는 대안적인 형태의 발명이 도 5에 도시되어 있다. 하나의 실린더(700) 및 피스톤(705)의 단면도가 도시되어 있다. 실린더 및 피스톤 구성은 도 3과 관련하여 설명된 것과 동일하다. 따라서, 동일한 특징에는 동일한 참조 번호에 400을 더한 것이 제공되었다. 이 실시예는 거의 연료 제트(715)가 실린더의 중심을 향하도록 실린더 벽(712)에 위치된 반축성 노즐 암모니아 연료 분사기(710)를 갖는 측면 분사기 구성이다. 이 분사기(710)는 일반적으로 노즐에 1 개 내지 4 개의 오리피스를 포함할 것이다. 대형 실린더의 경우, 여러 개의 이러한 분사기가 사용되어 혼합을 개선하고 실린더 벽에 대한 냉각 효과를 줄일 수 있다 - 적절한 배열은 실린더 둘레의 각 300 내지 400 mm 증분에 대해 하나의 분사기를 사용하는 것이다. 이 개략도에서, 연료 분사기(710)는 상사점과 하사점 사이의 피스톤 이동(피스톤-상단 이동)과 관련하여 실린더(700)의 하부 절반(770)에 위치되고, 하나 이상의 연료 제트(712)가 베이스 라인(X)에 대해 -80° 내지 80°의 각도(A)로 실린더(700)의 연소 챔버(750) 내로 분사된다. 이 개략도에 도시된 바와 같이, 연료 제트(715)는 분사기(710)에 대해 위쪽으로 또는 아래쪽으로 이동할 수 있다. 암모니아 분사는 배기 밸브(들)(730)가 폐쇄된 후 그리고 피스톤이 분사 포트(들)를 커버하기 전에 발생하도록 시간이 설정된다. 배기 밸브(들)(730)는 배기관으로의 암모니아 슬립을 제한/제어하기 위해 폐쇄된다. 이러한 배열은 파일럿 분사기(들)(예를 들어, 아래에서 더 상세히 설명되는 711) 또는 다른 점화 장치의 위치에 대해 실린더 헤드/커버를 해제하기 때문에 더 작은 보어 트렁크 엔진에 유리하다. 모든 경우에, 분사 타이밍은 배기 밸브(들)가 폐쇄된 후 그리고 피스톤이 업 행정 또는 압축 행정에서 분사 포트(735)를 커버하기 전이다. 연료 제트(715)의 위치 및 사용되는 제트 각도(A)는 실린더(700)에서 필요한 공기-연료 혼합을 제공하도록 더욱 최적화될 수 있다.
본 발명의 암모니아 연료 분사 방법을 사용하여 연료가 분사되는 크로스헤드 유니플로우 2 행정 엔진에 적용되는 본 발명의 다른 형태가 도 6에 도시되어 있다. 하나의 실린더(800) 및 피스톤(805)의 단면도가 도시되어 있다. 실린더 및 피스톤 구성은 도 4와 관련하여 설명된 것과 동일하다. 따라서, 동일한 특징에는 동일한 참조 번호에 400을 더한 것이 제공되었다. 이 실시예는 다양한 제트 정렬 옵션과 함께 실린더 벽(812)에서 낮게 배치된 암모니아 분사기(810)를 갖는 측면 분사기 구성이다. 분사기(810)는 일반적으로 노즐에 1 개 내지 4 개의 오리피스를 갖는다. 대형 실린더의 경우, 여러 개의 이러한 분사기가 사용되어 혼합을 개선하고 실린더 벽에 대한 냉각 효과를 줄일 수 있다 - 적절한 배열은 실린더 둘레의 각 300 내지 400 mm 증분에 대해 하나의 분사기를 사용하는 것이다. 이 회로도에서, 연료 분사기(810)는 상사점과 하사점 사이의 피스톤 이동(피스톤-상단 이동)과 관련하여 실린더(800)의 하부 절반(870)에 위치되고, 하나 이상의 연료 제트(812)가 -80° 내지 80°의 각도(A)로 연소 챔버(850) 내로 분사된다. 이 개략도에 도시된 바와 같이, 연료 제트(815)는 분사기(810)에 대해 위쪽으로 또는 아래쪽으로 이동할 수 있다. 암모니아 분사는 배기 밸브(들)(830)가 폐쇄된 후 그리고 피스톤이 분사 포트(들)를 커버하기 전에 발생하도록 시간이 설정된다. 배기 밸브(830)는 배기관으로의 암모니아 슬립을 제한/제어하기 위해 폐쇄된다. 이러한 배열은 파일럿 분사기(들) 또는 다른 점화 장치의 위치에 대해 실린더 헤드/커버를 해제하기 때문에 더 작은 보어 엔진에 유리하다.
도 3 내지 도 6에 도시된 발명은 대부분 액체 암모니아의 분사에 관한 것이지만, 이러한 배열은 또한 기체 암모니아 분사를 사용할 수 있으며, 기화는 실린더 외부에서 생성되고 유리하게는 엔진 냉각수와 같은 폐열을 사용한다. 본 발명의 기체 버전의 이점은 더 빠른 엔진을 위한 연소를 보조하기 위해 특히 유리한 고온 엔진 냉각수, 더 나은 연료-공기 혼합, 더 높은 압축 온도와 같은 저급 폐열의 효율적인 사용을 포함한다. 또한, 배기관으로의 과도한 암모니아 슬립을 방지하기 위해, 피스톤이 스캐빈지 포트를 폐쇄하기 전에 기체 암모니아를 분사하면 실린더의 일부 연소 공기를 대체하여 주어진 팽창 작업에 대한 압축 손실을 효과적으로 줄일 수 있고, 주어진 부스트/스캐빈지 공기 압력에 대해 더 높은 연료:공기 비를 제공할 것이다. 본 발명의 이러한 실시예의 또 다른 이점은 60 내지 100 ℃의 상대적인 암모니아 기화기 온도가 가스 압축기를 사용하지 않고 직접 실린더 분사를 허용하기에 충분히 높은 압력에서 증기를 생성할 것이라는 점이다.
본 발명이 액체 암모니아 연료를 참조하여 설명되었지만, 액체 암모니아와 다양한 양의 물의 다른 블렌드가 사용될 수 있다.
본 발명은 액체 암모니아 연료를 참조하여 설명되었지만, 액체 암모니아와 다양한 양의 다른 가용성, 혼화성, 에멀젼 또는 슬러리 연료의 다른 블렌드가 사용될 수 있고, 여기에는 철 피크레이트 용액, 히드라진, 질산암모늄, 점화, 연소, 윤활을 향상시키거나 또는 NOx 또는 미립자 배출을 줄이기 위해 첨가된 다양한 산소화된 액체가 포함되지만 이에 국한되지 않는다.
본 발명은 암모니아 연료만을 분사하기 위한 연료 분사기를 참조하여 설명되었지만, 추가 실시예에서 분사기는 액체 암모니아를 분사한 다음 디젤과 같은 파일럿 연료를 분사하는 역할을 할 수도 있다. 파일럿 분사기(711)를 포함할 수 있는 일 실시예가 도 7에 도시되어 있으며, 여기서 파일럿 분사기(711)는 실린더 헤드(708)에 포함된다. 이러한 분사기는 암모니아 및 파일럿 연료를 위한 별도의 노즐을 가질 것으로 예상되며, 여기서 액체 암모니아는 본 발명에 따라 분사되고 파일럿 연료는 종래의 디젤 엔진에서와 같이 요구되는 연소 개시 직전에 분사된다. 이 실시예에서, 파일럿 분사의 양은 유리하게는 액체 암모니아를 사용하기 전에 엔진을 시동하고 데우는데 사용될 수 있고 및/또는 정상 작동 시 점화를 위해 연료 에너지의 2 내지 5 %만이 필요하지만 저 부하 작동에 사용될 수 있다.
본 발명은 점화 제어를 위해 사용되는 압축 점화 및 파일럿 분사에 관하여 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예에서 스파크, 플라즈마 및 레이저 점화를 포함하는 다른 점화 방법이 유리하게는 사용될 수 있다.
본 발명은 2 행정 엔진을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 또한 4 행정 엔진의 압축 행정에도 적용될 수도 있다.
당업자는 본 명세서에 설명된 본 발명이 구체적으로 설명된 것들 이외의 다른 변경 및 수정을 허용한다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 이러한 모든 변형 및 수정을 포함하는 것으로 이해된다.
"포함하다(comprise, comprises, comprised 또는 comprising)"라는 용어가 (청구 범위를 비롯하여) 본 명세서에서 사용되는 경우, 이들은 언급된 특징, 정수, 단계 또는 구성 요소의 존재를 지정하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성 요소 또는 이들의 그룹의 존재를 배제하지는 않는다.

Claims (39)

  1. 적어도 2 개의 실린더를 포함하는 왕복 엔진 내로 액체 또는 기체 암모니아 연료를 분사하는 연료 분사 방법으로서, 각 실린더는 해당 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하고, 각 실린더는 상기 피스톤의 압축 단부 반대편에 위치된 일 단부에 헤드 위치를 가지며, 그 사이에 연소 챔버를 획정하고, 상기 실린더는 연소 가스가 상기 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 상기 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하고, 상기 피스톤은 이 피스톤이 상기 헤드 위치에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 이 피스톤이 상기 헤드 위치로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 상기 실린더를 이동하고, 상기 실린더는 상기 헤드 위치에 또는 상기 헤드 위치 내에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하며,
    상기 연료 분사 방법은:
    상기 각각의 실린더의 상기 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
    상기 각각의 피스톤이 상사점 이전에 최대 35 도, 바람직하게는 최대 45 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 상기 암모니아 연료를 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 적어도 하나의 연료 제트로서 분사하는 단계를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 엔진 사이클의 압축 행정 동안 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는:
    상기 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
    상기 피스톤이 상사점 이전에 35 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는:
    상기 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
    상기 피스톤이 상사점 이전에 45 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    암모니아 연료를 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사하는 상기 타이밍은 또한:
    상기 적어도 하나의 흡입 밸브가 폐쇄된 후에 발생하는 것인, 연료 분사 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는:
    상기 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후;
    상기 적어도 하나의 흡입 밸브가 폐쇄된 후; 및
    상기 피스톤이 상사점 이전에 35 도까지 이동하기 전의 타이밍으로 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 연료 제트가 상기 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -35°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 실린더로 들어가도록 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 연료 제트가 상기 각각의 실린더의 상기 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -50°, 바람직하게는 -90° 내지 -65°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 실린더로 들어가도록 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 연료 제트가 상기 각각의 실린더의 상기 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -30°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 실린더로 들어가도록 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 연료 제트가 상기 각각의 실린더의 상기 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -65°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 실린더로 들어가도록 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되고, 상기 적어도 하나의 배기 밸브가 폐쇄된 후 및 상기 피스톤이 상사점 35 도까지 이동하기 전에 분사가 발생하도록 시간이 설정되는 것인, 연료 분사 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 연료 제트가 상기 각각의 실린더의 상기 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -90° 내지 -50°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 실린더로 들어가도록 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되고, 상기 적어도 하나의 배기 밸브가 폐쇄된 후 및 상기 피스톤이 상사점 45 도까지 이동하기 전에 분사가 발생하도록 시간이 설정되는 것인, 연료 분사 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 기체 암모니아 연료 또는 액체 암모니아 연료 중 적어도 하나인 것인, 연료 분사 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 액체 암모니아와, 물, 또는 바람직하게는 철 피크레이트 용액(iron picrate solution), 히드라진 또는 질산암모늄 중 적어도 하나로부터 선택된 다른 연료 중 적어도 하나의 블렌드(blend)를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 헤드 위치의 실린더 헤드에 위치되고,
    상기 실린더 헤드의 중심에 위치된 단일 연료 분사기; 또는
    상기 실린더 헤드의 직경을 가로질러 이격된 적어도 2 개의 연료 분사기
    중 적어도 하나를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 분사기는 거의 연료 제트가 아래쪽으로 향하도록 상기 실린더의 중심 근처에 위치되는 적어도 하나의 반축성 노즐 연료 분사기를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 분사기는 거의 반축성 연료 제트가 상기 피스톤을 향해 아래쪽으로 향하도록 상기 실린더 벽 근처에 위치된 적어도 하나의 반축성 방출 노즐 액체 암모니아 분사기(들)를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 엔진은 압축 점화 엔진; 또는 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 엔진은 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진인 것인, 연료 분사 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 엔진은 크로스헤드(crosshead) 또는 트렁크 유니플로우 엔진(trunk uniflow engine)인 것인, 연료 분사 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드 위치는 상기 실린더의 실린더 헤드를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 실린더는 해당 실린더 내에서 반대 방향으로 왕복 이동하고, 상기 헤드 위치에서 압축 단부를 형성하고, 그 사이에 연소 챔버를 형성하는 2 개의 피스톤, 연소 가스가 상기 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 상기 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하며, 상기 피스톤은 상기 피스톤이 반대쪽 피스톤에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 상기 피스톤이 상기 반대쪽 피스톤으로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 상기 실린더를 이동하며, 각 실린더는 상기 실린더 벽에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  22. 적어도 2 개의 실린더를 포함하는 왕복 엔진 내로 액체 또는 기체 암모니아 연료를 분사하는 연료 분사 방법으로서, 각 실린더는 해당 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하고, 각 실린더는 상기 피스톤의 압축 단부 반대편에 위치된 일 단부에 헤드 위치를 가지며, 그 사이에 연소 챔버를 획정하고, 상기 실린더는 연소 가스가 상기 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 상기 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하고, 상기 피스톤은 이 피스톤이 상기 헤드 위치에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 상기 피스톤이 상기 헤드 위치로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 상기 실린더를 이동하고, 상기 실린더는 상기 헤드 위치로부터 이격된 상기 실린더의 벽에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하고, 상기 연료 분사기는 상기 연소 챔버 내로 연료를 분사하도록 위치되며,
    상기 연료 분사 방법은:
    연료 제트가 상기 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 80°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 연소 챔버로 들어가도록 상기 암모니아 연료를 적어도 하나의 연료 제트로서 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 각각의 실린더의 상기 적어도 하나의 배기 밸브가 실질적으로 폐쇄된 후; 및
    각각의 실린더에서 하사점으로부터 상사점으로 이동할 때 상기 각각의 피스톤에 의해 상기 적어도 하나의 연료 분사기가 커버되기 전에 분사가 발생하도록 시간이 설정되는, 연료 분사 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 연료 분사기는 상사점과 하사점 사이의 상기 피스톤의 이동에 대해 상기 실린더의 하부 절반의 실린더 측벽에 위치되는 것인, 연료 분사 방법.
  24. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 상기 엔진 사이클의 압축 행정 동안 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    암모니아 연료를 각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 분사하는 상기 타이밍은 또한:
    상기 적어도 하나의 흡입 밸브가 폐쇄된 후에 발생하는 것인, 연료 분사 방법.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 제트는 상기 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 40°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  27. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 제트는 상기 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 0°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  28. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 제트는 상기 각각의 실린더의 중앙 라인에 수직인 베이스 라인에 대해 -80° 내지 -40°의 각도를 이루는 제트 중앙 라인을 가지고 상기 연소 챔버 내로 분사되는 것인, 연료 분사 방법.
  29. 제 22 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 기체 암모니아 연료 또는 액체 암모니아 연료 중 적어도 하나인 것인, 연료 분사 방법.
  30. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 연료는 액체 암모니아와, 물, 또는 바람직하게는 철 피크레이트 용액, 히드라진 또는 질산암모늄 중 적어도 하나로부터 선택되는 다른 연료 중 적어도 하나의 블렌드를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  31. 제 22 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 분사기는:
    단일 연료 분사기; 또는
    상기 실린더 벽의 둘레 주위에 둘레 방향으로 이격된 적어도 2 개의 연료 분사기
    중 적어도 하나를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  32. 제 22 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 피스톤이 하사점에 있을 때, 거의 연료 제트가 아래쪽으로 향하도록 상기 연소 챔버의 중심 근처에 위치되는 적어도 하나의 반축성 노즐 연료 분사기를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  33. 제 22 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 실린더 벽에서 낮게, 바람직하게는 상기 피스톤이 하사점에 있을 때 상기 실린더 헤드보다 상기 피스톤의 상기 압축 단부에 더 가깝게 배치된 적어도 하나의 액체 암모니아 분사기를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  34. 제 22 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 엔진은 압축 점화 엔진; 또는 스파크, 플라즈마 또는 레이저 점화 엔진 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  35. 제 22 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 엔진은 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진인 것인, 연료 분사 방법.
  36. 제 22 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복 엔진은 크로스헤드 또는 트렁크 유니플로우 엔진인 것인, 연료 분사 방법.
  37. 제 22 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드 위치는 상기 실린더의 실린더 헤드를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  38. 제 22 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 실린더는 해당 실린더 내에서 반대 방향으로 왕복 이동하고, 상기 헤드 위치에서 압축 단부를 형성하고, 사이에 연소 챔버를 형성하는 2 개의 피스톤, 연소 가스가 상기 연소 챔버 내로 공급되는 적어도 하나의 흡입 밸브 및 사용된 연소 가스가 상기 연소 챔버를 빠져 나가는 적어도 하나의 배기 밸브를 포함하며, 상기 피스톤은 이 피스톤이 반대쪽 피스톤에 가장 가깝게 위치되는 상사점과 상기 피스톤이 상기 반대쪽 피스톤으로부터 가장 멀리 위치되는 하사점 사이에서 주기적으로 상기 실린더를 이동하며, 각 실린더는 상기 실린더 벽에 위치된 적어도 하나의 연료 분사기를 포함하는 것인, 연료 분사 방법.
  39. 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 실린더의 상기 연소 챔버 내로 상기 암모니아 연료를 분사한 후, 파일럿 연료, 바람직하게는 디젤을 상기 연소 챔버 내로 분사하는 단계를 더 포함하는, 연료 분사 방법.
KR1020217014655A 2019-06-19 2020-06-15 암모니아 연료를 왕복 엔진 내로 분사하는 방법 KR20220021441A (ko)

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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230119021A (ko) * 2021-01-26 2023-08-14 바르질라 서비시즈 스위스 리미티드 2-행정 피스톤 엔진의 작동 방법, 연료 분사 시스템,피스톤 엔진 및 2-행정 피스톤 엔진을 개조하는 방법
CN113202637A (zh) * 2021-05-27 2021-08-03 哈尔滨工程大学 液氨-柴油双燃料喷射装置
CN113446134A (zh) * 2021-06-16 2021-09-28 哈尔滨工程大学 一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应***
CN113446137B (zh) * 2021-07-21 2022-07-12 大连理工大学 利用废气余热催化重整甲醇供氢的氢氨双燃料发动机***
CN113638801A (zh) * 2021-08-10 2021-11-12 刘贽维 一种高效内燃机
CN114183242A (zh) * 2021-12-09 2022-03-15 哈尔滨工程大学 一种氨燃料发动机供给***
DK181315B1 (en) 2022-04-22 2023-08-09 Man Energy Solutions Filial Af Man Energy Solutions Se Tyskland A large turbocharged two-stroke uniflow crosshead compression ignition internal combustion engine
CN115013143A (zh) * 2022-07-13 2022-09-06 天津大学 一种点燃式航空煤油发动机燃烧***及控制方法
CN115387927B (zh) * 2022-08-17 2023-05-26 中车大连机车车辆有限公司 一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机
GB202213519D0 (en) * 2022-09-15 2022-11-02 Cosworth Group Holdings Ltd Improvements in or relating to gaseous fuelled internal combustion engines
CN116104652A (zh) * 2023-02-09 2023-05-12 哈尔滨工程大学 基于氨热催化重整的柴油、氨双燃料发动机及多模式燃烧方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69600705D1 (de) * 1995-05-12 1998-11-05 Yamaha Motor Co Ltd Brennkraftmaschine
JP3991789B2 (ja) * 2002-07-04 2007-10-17 トヨタ自動車株式会社 混合気を圧縮自着火させる内燃機関
US7273023B2 (en) * 2005-03-11 2007-09-25 Tour Engine, Inc. Steam enhanced double piston cycle engine
US20100294254A1 (en) * 2009-05-22 2010-11-25 Ward Michael A V Inverted cross-scavenged, two-overhead valve, 2-stroke engine
WO2011028284A1 (en) * 2009-09-01 2011-03-10 Ecomotors Inc. Non-soot emitting fuel combustion chamber
US8596230B2 (en) * 2009-10-12 2013-12-03 Sturman Digital Systems, Llc Hydraulic internal combustion engines
US20110259285A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ammonia burning internal combustion engine
US8904994B2 (en) * 2010-04-26 2014-12-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ammonia burning internal combustion engine
US8887690B1 (en) * 2010-07-12 2014-11-18 Sturman Digital Systems, Llc Ammonia fueled mobile and stationary systems and methods
JP5618803B2 (ja) * 2010-12-09 2014-11-05 日立造船株式会社 ２ストロークエンジンおよび４ストロークエンジン
US8794212B2 (en) * 2011-07-29 2014-08-05 General Electric Company Engine and method of operating engine
WO2013130661A1 (en) * 2012-02-27 2013-09-06 Sturman Digital Systems, Llc Variable compression ratio engines and methods for hcci compression ignition operation
US9920684B2 (en) * 2012-11-07 2018-03-20 Dave Schouweiler Fuel-stratified combustion chamber in a direct-injected internal combustion engine
US9181851B1 (en) * 2014-05-15 2015-11-10 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine system having radial fuel injection
KR101629608B1 (ko) * 2015-06-10 2016-06-21 서울대학교산학협력단 예연소 암모니아 엔진 및 제어 방법

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