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KR101195441B1 - 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진 - Google Patents

크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진 Download PDF

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KR101195441B1
KR101195441B1 KR1020117020105A KR20117020105A KR101195441B1 KR 101195441 B1 KR101195441 B1 KR 101195441B1 KR 1020117020105 A KR1020117020105 A KR 1020117020105A KR 20117020105 A KR20117020105 A KR 20117020105A KR 101195441 B1 KR101195441 B1 KR 101195441B1
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KR
South Korea
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engine
high pressure
hydraulic
camshaft
exhaust valve
Prior art date
Application number
KR1020117020105A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110112445A (ko
Inventor
헨릭 윌라즈 호우만 크리스텐센
니엘즈 비트펠트 라스무쎈
요하네스 플라럽
Original Assignee
맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 filed Critical 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Publication of KR20110112445A publication Critical patent/KR20110112445A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101195441B1 publication Critical patent/KR101195441B1/ko

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Abstract

실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브(11)와 실린더 마다 적어도 하나의 연료 분사기들(23)을 갖는 복수 개의 실린더들을 구비하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진. 연료 분사는 고압 유체의 공급원의 영향 아래 수행된다. 위치 에너지는 고압 유체의 체적(67) 내에서의 압축에 의해 축적된다. 전자 유압 밸브들(39)은 고압의 체적(67) 내에 축적된 에너지에 의해 주로 구동되며 연료 분사를 제어한다. 엔진은 배기 밸브(11)의 구동을 위하여 캠축(28)을 구비한다. 유압 피스톤 펌프들(37)은 캠축 상의 캠들(29)에 의해 구동된다. 유압 액추에이터들(21)은 유압 피스톤 펌프들(37)로부터 통로들을 통해 공급 받은 유압 유체로배기 밸브들(11)을 개방 방향으로 이동시킨다.

Description

크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진{Large uniflow two-stroke diesel engine of the crosshead type}
본 발명은 크로스 헤드(cross head) 유형의 대형의 저속 작동 유니 플로우 2행정 디젤 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 분사와 배기 밸브들의 작동에 관련된 엔진 구성 요소들에 관한 것이다.
크로스 헤드 유형의 대형 2행정 디젤 엔진은 전형적으로 선박 추진용과, 발전소의 원동기(prime mover)로 사용된다. 이러한 엔진들은 얇은 크기 때문만이 아니라 다른 내연기관들과 다르게 제조된다. 2행정 원리와 50℃에서 700 cSt에 이르는 점성도를 갖는 중질유(heavy fuel oil)(실온에서 기름이 흐르지 않는다)의 사용은 엔진의 세계에서 그 자체의 범주를 만든다.
이러한 유형의 많은 상용 엔진들에서, 배기 가스 밸브들과 연료 분사 시스템은 엔진 크랭크축에 직접 연결된 회전 캠으로 구동된다. 2행정 엔진들은 실린더들로의 공기 유입을 제어하기 위해 소기 포트들(scavenge ports)을 이용하며, 유입 타이밍(timing)은 크랭크 각도(crank angle)에 정확하게 연결된다.
이러한 유형의 엔진의 연료 소모와, 신뢰도(reliability)와, 동력 출력의 필요 조건은 매우 높다. 최근, 환경적인 필요 조건들은 배기 가스 방출의 감소의 요구에 이르렀다. 때로는 모순되는 이러한 필요 조건들을 충족시키기 위해서는 상용의 회전 캠 구동 배기 밸브들과 연료 분사기들에 대조적으로 개방 및 폐쇄 타이밍의 완전하고도 유연한 제어와 개방의 정도 뿐만 아니라 연료 분사 타이밍(fuel injection timing)과 분사량에 대한 유연한 제어가 필수적인 것으로 여겨진다.
크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은 MAN B&W Diesel®의 MC-C 시리즈의 형태로 알려져 있다. 이러한 엔진에는, 엔진의 길이 방향을 따라 캠축 하우징 내에서 연장하는 캠축이 마련된다. 캠축에는 연료 분사용 캠들과 배기 밸브 작동용 캠들이 마련된다.
캠축 위에는 각 실린더를 위한 하나의 연료 캠이 존재한다. 각각의 연료 캠은 각각의 엔진 실린더 내의 연료의 양의 조정을 위한 가변 용량을 갖는 피스톤 유형의 연료 펌프(하나의 피스톤 펌프는 각 실린더에 대응한다)에 작용한다. 피스톤 펌프들의 출구는 관련된 실린더와 연결된 분사기들의 입구에 고압 통로를 통해 연결된다. 분사율 조절(rate shaping)(예를 들어, 엔진 주기 내에서 한 주기의 시간 동안 분사되는 연료의 양이나 압력의 형태(profile) 및 시기(timing))은, 캠의 윤곽과 분사기의 특성에 의해서만 가능하며, 캠의 윤곽과 분사기의 특성은 모두 엔진이 제조된 이후에는 용이하게 변경될 수 없다.
캠축 위에는 각 실린더에 하나의 배기 캠(exhaust cam)이 존재한다. 배기 캠들은 이른바 유압 푸쉬 로드(hydraulic push rod)에 작용한다. 배기 밸브의 개방 형태(opening profile), 예를 들어 배기 밸브의 개방의 타이밍과, 배기 밸브의 폐쇄의 타이밍과 배기 밸브의 개방의 연장은 모두 엔진이 제조되는 동안 고정되며, 그 이후 쉽게 변경될 수 없다.
원형 선박에서 작동되는 대형 2행정 디젤 엔진들에 적용되는 배기량 필요 조건들은, IMO 라는 명칭의 국제 기구에 의해 결정된다. 나아가 지역의 당국들이 지역의 요구 사항을 규정할 수도 있다. 이러한 배기량 필요 조건들은 계속해서 더욱 제한적이 되고 있으나, 언제나 충분히 예측 가능한 방식에 의하지는 않는다. 허용되는 배기량 수준은 물가(shore)까지의 거리에 따른다. 그러므로 해안선에서의 작동과 비교하여 개방된 바다에서는 엔진이 더 높은 배기량 수준으로 작동하도록 허용될 수 있다.
현재와 미래의 배기량 수준을 충족시키기 위해서, 20세기의 80년대와 90년대 동안에 전자적으로 제어되는 엔진이 개발되었다.
MAN B&W Diesel A/S®에 의한 ME 엔진 범위는, 전자-유압적으로 제어되는 배기 밸브들과 전자-유압적으로 구동되는 연료 분사를 갖는 크로스헤드 유형의 대형 2행정 디젤 엔진들이다. 유압 시스템은 엔진 윤활 시스템으로부터의 오일에 의해 작동된다. 윤활 오일 시스템은 3 내지 4 바(bar)의 낮은 압력 펌프로 작동된다. 고압 유형의 다른 펌프는 약 200 바(bar)로 커먼 레일(common rail)에 윤활 오일을 공급한다. 커먼 레일로부터의 윤활 오일은 유압 밸브를 통해 커먼 레일 내의 200 바의 압력을 연료 라인 내에서 필요한 800 내지 1000 바로 상승시키는 연료 오일 부스터(fuel oil booster)로 향한다. 연료 라인은 연료 오일이 흐를 수 있고 적절한 점성(viscosity)을 갖도록 하기 위해 가열된다. 커먼 레일로부터의 윤활 오일은 배기 밸브를 작동시키기 위해 타이밍 밸브(timing valve)에 의해 유압 배기 밸브 액추에이터로 향한다.
연료 시스템은 유압 유체(hydraulic fluid)를 이용하는데, 이러한 엔진에서 유압 유체는 윤활 오일과 동일하게 고압의 고압 연료(중질유)를 분사기들(injectors)로 공급하는 압력 부스터(pressure booster)를 구동하는 유압 동력 시스템으로부터 나온다. 실린더마다 하나의 유압 부스터가 마련된다. 압력 부스터의 고압 측은 연료를 약 800 내지 1000 바의 필요한 수준으로 가압한다. 전자적으로 제어되는 유압 비례 밸브들은 분사되는 연료의 분사율 조절(rate shaping)과 타이밍(timing)을 허용한다. 그러므로 분사율 조절과 타이밍이 엔진이 제조된 훨씬 이후에도 매우 쉬우며, 부하나 운행 속도(running speed)와 같은 변화하는 조건들에 직접적으로 응답하여 엔진 작동 중에도 적용될 수 있다.
유압 실린더 유형의 액추에이터가 배기 밸브들의 각각에 장착되며, 전자 제어 밸브를 통해 고압의 유압 공급 시스템으로부터 고압 유압 매체를 공급 받는다. 배기 밸브는 가스 스프링(gas spring)에 의해 폐쇄 방향으로 가압된다. 배기 밸브의 개방 운동과 배기 밸브의 폐쇄 운동의 타이밍뿐만 아니라 배기 밸브의 개방의 연장도 전자 제어 밸브에 의해 제어될 수 있다. 따라서 엔진이 제조된 훨씬 이후에도 배기 밸브 타이밍과 개방의 연장을 변화시키는 것이 매우 용이하다.
연료 분사와 배기 밸브 작동 모두는 적절한 소프트웨어를 구비한 프로그램 가능한 제어기에 의해 제어된다.
그러므로 전자적으로 제어되는 유형의 엔진은, 엔진 설정에 있어서 엔진에 부과되는 다양하고 빈번한 모순되는 필요 조건들을 충족시키는 것을 더 용이하도록 만드는 큰 자유도를 갖는다. 이러한 엔진들의 조작자들(operators)은 낮은 제조 비용으로 높은 특정한 출력과, 높은 연료 효율과, 높은 신뢰성을 요구한다. 배기량 필요 조건들은 종종 최대 연소 압력 및 온도와, 연료 효율과 동력 출력을 증가시키는 다른 요인들을 제한한다. 이는 이러한 유형의 엔진들을 개발하는 엔지니어들에게 이러한 엔진을 위한 최적의 작동 설정들을 결정하는 업무를 큰 노력이 필요한 것으로 만든다. 엔진 설정에서의 증가된 자유도와, 엔진 작동 중에 또는 엔진의 수명 동안의 이러한 엔진 설정들을 변화시킴에 있어서 증가된 유연성은 캠 축 엔진에 비교해 전자적으로 제어되는 엔진에 상당한 장점을 부여한다.
그러나 전자 제어 연료 분사 및 배기 밸브 구동의 설치 비용은 상대적으로 높고, 엔진 크기에 상대적으로 독립적이다. 이 점은 이러한 구성 요소들을 위한 비용이, 증가하는 엔진 크기와 함께 이러한 엔진들의 대부분의 구성 요소들에 대하여 비용이 일반적으로 증가하는 일반적인 양식을 따르지 않는다는 것을 의미한다. 사실상 이점은, 이러한 엔진들 중 약 6 cm 미만의 피스톤 직경을 갖는 작은 것들은 전자 연료 분사 및 배기 밸브 구동 시스템이 장착될 때 캠축 작동 모델에 대비하여 상당히 더 비싸지만, 약 90 cm 를 넘는 피스톤 직경을 갖는 매우 많은 이러한 엔진들이 전자 제어 연료 분사 및 배기 시스템으로 구성하기에 덜 비싸다는 것을 의미한다.
작은 구멍의 엔진들을 위한 경쟁력 있고 낮은 제조 비용은, 시장에서의 성공에 최고로 중요하다. 그러므로 상용의 캠 축 엔진들과 경쟁할 수 있는 가격 수준에서 출력과, 연료 소비와, 신뢰성과, 배기량 제한 조건들을 충족시키기 위한 작동 조건들의 유연성과 필수 자유도를 제공하는 약 60 cm 미만의 피스톤 직경을 갖는 대형 2행정 디젤 엔진들에 대한 요구가 존재한다.
이러한 관점에서, 대형 2행정 디젤 엔진들을 위한 전자 연료 제어 시스템과 연관된 유압 시스템의 신뢰성을 향상시킬뿐만 아니라 비용과 복잡성을 감소시키는 것에 대한 수요도 존재한다.
이와 같은 배경에서, 본 발명의 목적은 상기 표시된 요구를 충족시킬 수 있는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우(uniflow) 2행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
이러한 목적은, 청구항 1에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 분사기들과, 고압 유체의 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적과, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 상기 체적은 실런더들 옆에서 엔진을 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함되며, 상기 공급 통로는 상기 체적 내에서 저장될 수 있는 위치 에너지의 양을 증가시키기 위해 확대된 체적을 갖는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 연료 분사는 상기 체적 내에 축적된 에너지에 의해 주로 구동되며, 연료 분사는 상기 적어도 하나의 유압 밸브에 의해 제어되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성된다. '주로' 구동된다는 것은 연료 분사가 축정된 에너지에 의 구동되는 것외에 다른 추가적인 수단에 의해서도 구동될 수 있다는 것을 의미한다.
본 출원의 발명자들은 전자 제어 엔진의 장점이 연료 분사의 측면을 향하게 되도록 실현하였다. 전자 연료 분사는 최적의 엔진 작동 변수들을 결정하는 것과, 또한 현재의 배기량 필요 조건들을 충족시키는 측면에서 상당한 정도의 유연성을 제공하며, 엔진 수명의 후반 단계 동안에 엔진이 따라야 할 수 있는 미래의 배기량 필요 조건에 대해서 유연하다. 유압 압력을 배기 밸브 구동 시스템으로부터 분리시키는 것은 연료 분사 압력을 더 자유롭게 선택하도록 하여, 이로 인해 모든 조건 하에서 이상적인 분사 압력을 얻을 가능성을 향상시킨다. 나아가, 현재 이용 가능한 전자 제어 배기 밸브 구동 시스템들은 상당한 양의 유압 동력을 사용하며, 이로 인해 엔진의 전체 연료 효율을 악화시킨다.
*배기 밸브들이 캠축 구동됨으로 인해, 전자 제어 분사와 밸브 구동을 갖는 엔진들에 비교하여 전체 유압 동력의 필요가 감소된다. 이는 전기 구동 펌프들의 형태의 산업적인 표준으로서 이용될 수 있는 작은 펌프들의 유압 동력 요구를 해결하는 것을 가능하게 한다. 이와 같은 전기 구동 펌프들은 엔진의 크랭크축으로부터의 동력 추출에 의해 구동되는 대형 유압 펌프들의 설치 비용에 비교할 때 상당한 비용 절감을 나타낸다.
고압 유체는 연료와 상이한 매체(medium)일 수 있으며, 연료로부터 분리된다. 이러한 경우, 고압 유체와 연료는 실린더 마다의 적어도 하나의 피스톤 장치에 의해 분리되고, 상기 고압 유체는 연료 분사 동안에 상기 피스톤 장치를 이동시키고, 상기 피스톤 장치는 연관된 실린더 내의 연소 챔버 내로 연료를 다시 이동시킨다.
피스톤 장치는 압력 부스터(pressure booster)이고, 상기 피스톤 장치는 고압 유압 유체를 향하는 대형 유효 면적과 연료를 향하는 소형 유효 면적을 갖는 피스톤을 구비한다. 이는 분사 압력보다 상당히 낮은 압력에서 작동하는 유압 매체의 사용을 가능하게 한다.
고압 유체의 체적은 엔진의 길이를 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함될 수 있다. 공급 통로는 엔진의 길이를 따라 배치되는 복수 개의 압축 챔버들을 구비할 수 있고, 상기 압축 챔버들은 유압 유체 자체의 압축에 의해 상당한 양의 위치 에너지가 축적되게 하기 위해 상기 고압 유압 유체를 위한 확대 체적을 구비한다. 이러한 특징으로 인해 막(membrane) 유형의 어큐뮬레이터들의 사용을 피할 수 있는데, 이는 막 유형의 어큐뮬레이터들이 고장이 나는 경향이 있기 때문에 장점이다.
한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련된다.
엔진은 캠축과 상기 공급 통로가 수용되는 캠축 하우징을 구비한다. 따라서 손상으로부터 보호되는 장소에 공급 통로가 수용되며, 캠축 하우징은 고압 유체로 채워진 공급 통로의 폭발로부터 공급 통로의 근처에 있는 사람들을 보호한다.
압축 챔버들은 적어도 부분적으로 상기 캠축 하우징 내에 배치된다. 그러므로 압축 챔버들은 엔진을 간섭하지 않는다.
압축 챔버들은 상기 캠축 하우징과 하나의 벽의 적어도 일부를 공유함으로써, 엔진 제조를 위한 소재의 양이 감소된다.
압축 챔버들이 수명 기간 동안에 노출되는 고압의 변동하는 압력을 견디도록 하기 위하여, 압축 챔버들은 금속 고체 블록에 구멍을 가공하여 형성된다.
고압 유체의 공급원은 하나 이상의 전기 구동 고압 펌프들일 수 있다. 연료 시스템을 위한 별도의 시동 펌프들이 존재할 필요가 없으므로, 전기 구동 고압 펌프들의 이용은 엔진 시동을 용이하게 한다.
하나의 유압 밸브는 둘 이상의 엔진 실린더들로의 연료 분사를 제어한다. 이로 인해 엔진을 제조하기 위해 필요한 전자 제어 유압 밸브들의 개수가 감소된다. 필요한 제어 용량의 이와 같은 감소는 크기에 의존하지 않는 비용에 민감한 작은 엔진들을 위해 특별히 적절하다.
일실시예에 따르면, 고압 유압 유체는 연료이다. 이러한 실시예에 있어서, 고압 유압 유체의 체적은 커먼 레일(common rail) 내에 포함될 수 있다.
분사를 제어하기 위해 사용되는 유압 밸브들은 비례 밸브들(proportional valves)일 수 있다. 유압 밸브들은 하나 이상의 상기 컴퓨터들에 의해 제어된다. 하나 이상의 컴퓨터들은 연료 분사의 타이밍(timing) 및 분사율 조절(rate shape) 중 적어도 하나를 엔진의 작동 조건들에 맞추도록 형성된다. 이러한 특징들은 동력 출력과, 신뢰성과, 응답성과, 배기량들에 대한 엔진 성능을 최적화시키는 것을 용이하게 한다.
하나 이상의 상기 컴퓨터들은 엔진 부하가 감소할 때 연료 분사의 타이밍을 전진시키도록 형성된다. 그러므로 낮은 부하 조건하에서 최대 연소 압력이 높은 수준으로 유지될 수 있다.
연료 분사의 속도는 요구되는 분사 형태를 얻기 위해 연료 분사 동안에 변조될 수 있다(modulated). 이러한 특징은 엔진 설정에서의 자유도를 증가시킴으로써, 동력 출력과, 신뢰성과, 응답성과, 배기량의 측면에서 엔진 성능을 최적화시키는 것을 용이하게 한다.
엔진은 하나 이상의 상기 컴퓨터들에 의해 또한 제어되는 실린더 윤활 시스템을 더 구비한다. 이와 같은 경우, 고압 유압 유체는 또한 상기 실린더 윤활 시스템을 구동할 수 있다. 전자 제어 실린더 윤활 시스템은 사용되는 연료의 질의 변화에 대한 신속한 적응을 가능하게 한다. 이로 인해 엔진이 높은 품질의 연료(예를 들어, 낮은 황 함량을 갖는 연료)로 작동될 때에 연료 소모 다음으로 두 번째로 많은 가변적인 구동 비용의 상당한 양이 절감될 수 있다.
유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍에 앞서 배기 밸브의 복귀 행정을 배기 밸브가 시작하도록 허용하기 위해 전자 제어 밸브 수단에 의해 감압될 수 있다. 그러므로 배기 밸브 구동에서의 약간의 유연성을 얻어, 엔진 작동 설정에서의 자유도의 정도를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정의 타이밍 이후까지 복귀 행정을 지연시키기 위해, 전자 밸브 수단에 의해 선택적으로 차단될 수 있다. 따라서 배기 밸브 구동에서의 약간의 유연성을 얻어, 엔진 작동 설정에서의 자유도의 크기를 증가시킨다. 하나 이상의 컴퓨터들은 엔진의 작동 조건들과 관련되어 배기 밸브의 폐쇄의 전진된 타이밍이나 지연된 타이밍을 제어하도록 형성될 수 있다.
캠축은 크랭크축의 각도 위치에 상대적으로 각도 위치를 조정하기 위한 기구를 구비할 수 있고, 상기 기구는 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 변동시키기 위해 하나 이상의 상기 컴퓨터들에 의해 제어될 수 있다. 그러므로 배기 밸브 구동에 있어서의 약간의 유연성을 얻어, 엔진 작동 설정에서의 자유도의 크기를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 목적은 유압 시스템을 구비하여 제조하기에 덜 비싼 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다. 이러한 목적은 청구항 25에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 내부에 배치된 배기 밸브들을 구동하기 위한 캠축을 갖는 캠축 하우징과, 공급 통로를 통해 엔진의 길이를 따라 배치된 유체 구동 엔진 구성 요소들에 고압 유체를 공급하는 고압 유압 시스템을 구비하고, 상기 공급 통로는 상기 캠축 하우징의 내부에 배치되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성된다.
공급 통로가 캠축 하우징의 내부에 배치됨으로써 엔진의 직원들이 캠축 하우징의 벽들에 의해 고압 유체 통로의 파열의 위험으로부터 보호될 것이므로, 이중 벽의 공급 통로에 대한 필요가 없다.
공급 통로는 고압 유체를 전자 연료 분사 시스템에 공급하기 위하여 사용될 수 있다.
공급 통로는 또한 전자 실린더 윤활 시스템에 고압 유체를 공급하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전자 연료 분사 시스템을 구비하며 향상된 신뢰성(reliability)과 견실성(robustness)을 갖는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다. 이러한 목적은 청구항 28에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진으로서, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 분사기들과, 고압 유체의 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적과, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 상기 체적은 실런더들 옆에서 엔진을 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함되며, 상기 공급 통로는 상기 체적 내에 저장될 수 있는 위치 에너지의 양을 증가시키기 위해 확대된 체적을 갖는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 연료 분사는 상기 체적 내에 축적된 에너지에 의해 주로 구동되며, 연료 분사는 적어도 하나의 상기 유압 밸브에 의해 제어되는, 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성된다.
압축 챔버들은 전체 연료 분사 단계 동안에 이용할 수 있는 필수적인 유압 오일의 최대 흐름을 확보하기 위해 유압 유체 내에 위치 에너지를 저장하기 위한 확대된 체적을 제공한다. 공급 통로 자체의 내부 체적은 이러한 목적을 위해 충분하지 않다. 확대된 체적을 갖는 압축 챔버들을 이용함으로써, 위치 에너지 내에 축적되는 기체 매체를 갖는 막(membrane) 유형의 어큐뮬레이터들의 사용을 피할 수 있다.
한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련된다. 그러므로 압축 챔버들의 개수가 최적화될 수 있으며, 이로 인해 설치 비용이 절감된다.
압축 챔버들은 금속의 고체 블록에 오목부(recess), 원통형 오목부의 형태로 가공함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 연료 분사기들과, 고압 유체 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적(volume) 및/또는 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 어큐뮬레이터(accumulator)와, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 연료 분사는 축적된 상기 위치 에너지에 의해 주로 구동되고, 연료 분사는 적어도 하나의 상기 유압 밸브에 의해 제어되며, 상기 엔진은 각각의 실린더들과 연결되는 적어도 하나의 배기 밸브들의 구동을 위한 캠들을 구비한 적어도 하나의 캠축과, 유압 피스톤 펌프들을 더 구비하고, 상기 유압 피스톤 펌프들은 상기 캠축 상의 각각의 캠들에 의해 구동되며, 상기 배기 밸브를 개방 방향으로 이동시키기 위해 배기 밸브 마다의 유압 액추에이터와, 유압 피스톤 펌프들을 유압 액추에이터들과 연결시키기 위해 배기 밸브 마다의 유압 통로와, 배기 밸브를 폐쇄 방향으로 가압하기 위해 배기 밸브 마다의 탄성 부재를 구비한다.
여기서, 상기 고압 유체는 연료와 상이한 매체(medium)이며, 연료로부터 분리되어 있다.
상기 고압 유체와 연료는 실린더 마다 적어도 하나의 피스톤 장치에 의해 분리되고, 상기 고압 유체는 연료 분사 동안에 상기 피스톤 장치를 이동시키고, 상기 피스톤 장치는 연관된 실린더 내의 연소 챔버 내로 연료를 다시 이동시킨다.
상기 피스톤 장치는 압력 부스터(pressure booster)이고, 상기 피스톤 장치는 고압 유체를 향하는 대형 유효 면적과 연료를 향하는 소형 유효 면적을 갖는 피스톤을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 고압 유체의 상기 체적은 엔진의 길이를 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함된다.
상기 공급 통로는 엔진의 길이를 따라 배치되는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 상기 압축 챔버들은 고압 유체 자체의 압축에 의해 상당한 양의 위치 에너지가 축적되게 하기 위해 상기 고압 유체를 위한 확대 체적을 구비한다.
한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은 캠축과 상기 공급 통로가 수용되는 캠축 하우징을 더 구비한다.
상기 압축 챔버들은 적어도 부분적으로 상기 캠축 하우징 내에 배치된다.
상기 압축 챔버들은 상기 캠축 하우징과 하나의 벽의 적어도 일부를 공유하고, 바람직하게는 상기 압축 챔버들은 캠축 하우징의 상부 플레이트의 일부를 공유하거나 형성한다.
상기 압축 챔버들은 금속 고체 블록에 구멍을 가공하여 형성된다.
상기 고압 유체 공급원은 하나 이상의 전기 구동 고압 펌프들을 구비한다.
하나의 유압 밸브는 둘 이상의 엔진 실린더들로의 연료 분사를 제어한다.
상기 고압 유체는 연료이다.
상기 고압 유체의 상기 체적은 커먼 레일(common rail) 내에 포함된다.
상기 유압 밸브들은 비례 밸브들(proportional valves)이다.
상기 유압 밸브들은 하나 이상의 컴퓨터들에 의해 제어된다.
하나 이상의 컴퓨터들은 연료 분사의 타이밍(timing) 및/또는 분사율 조절(rate shape)을 엔진의 작동 조건들에 맞추도록 형성된다.
하나 이상의 상기 컴퓨터들은 엔진 부하가 감소할 때 연료 분사의 타이밍을 전진시키도록 형성된다.
연료 분사의 속도는 요구되는 분사 형태를 얻기 위해 연료 분사 동안에 변조(modulated)될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은 하나 이상의 컴퓨터들에 의해 또한 제어될 수 있다.
상기 고압 유압 유체는 또한 상기 실린더 윤활 시스템을 구동한다.
상기 유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 상기 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍에 앞서 배기 밸브의 복귀 행정을 배기 밸브가 시작하도록 허용하기 위해 전자 제어 밸브 수단에 의해 감압될 수 있다.
상기 유압 피스톤 펌프를 밸브 액추에이터로 연결하는 상기 고압 통로는, 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정의 타이밍 이후까지 복귀 행정을 지연시키기 위해, 전자 밸브 수단에 의해 선택적으로 차단된다.
하나 이상의 컴퓨터들은 엔진의 작동 조건들과 관련되어 배기 밸브의 폐쇄의 전진된 타이밍이나 지연된 타이밍을 제어하도록 형성된다.
상기 캠축은 크랭크축의 각도 위치에 상대적으로 각도 위치를 조정하기 위한 기구를 구비하고, 상기 기구는 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 변동시키기 위해 하나 이상의 컴퓨터들에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 내부에 배치된 배기 밸브들을 구동하기 위한 캠축을 갖는 캠축 하우징과, 공급 통로를 통해 엔진의 길이를 따라 배치된 유체 구동 엔진 구성 요소들에 고압 유체를 공급하는 고압 유압 시스템을 구비하고, 상기 공급 통로는 상기 캠축 하우징의 내부에 배치된다.
상기 공급 통로는 전자 연료 분사 시스템에 고압 유체를 공급한다.
상기 공급 통로는 전자 실린더 윤활 시스템에 고압 유체를 공급한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진은, 실린더 마다 적어도 하나의 배기 밸브를 갖는 복수 개의 실린더들과, 실린더 마다 하나 이상의 분사기들과, 고압 유체의 공급원과, 압축에 의해 위치 에너지가 축적되는 상기 고압 유체의 체적과, 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 구비하고, 상기 체적은 실린더들 옆에서 엔진을 따라 연장하는 공급 통로 내에 포함되며, 상기 공급 통로는 상기 체적 내에 저장될 수 있는 위치 에너지의 양을 증가시키기 위해 확대된 체적을 갖는 복수 개의 압축 챔버들을 구비하고, 연료 분사는 상기 체적 내에 축적된 에너지에 의해 주로 구동되며, 연료 분사는 적어도 하나의 상기 유압 밸브에 의해 제어된다.
한 쌍의 이웃하는 실린더들에 고압 유압 유체를 공급하기 위해 하나의 압축 챔버가 마련된다.
상기 압축 챔버들은 금속의 고체 블록에 오목부(recess)를 가공함으로써 형성된다.
본 발명에 따른 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진의 다른 목적들과, 구성들과, 장점들과, 특성들은 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 신뢰성이 향상되고 비용과 복잡성이 개선된 크로스헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진을 제공할 수 있게 된다.
본 설명의 상세한 부분에 있어서, 본 발명은 도면들에서 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 엔진의 정면에서 바라본 본 발명에 따른 엔진의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 엔진의 하나의 실린더의 단면의 엔진의 측면에서 바라본 단면도이다.
도 3은 도 1의 상세 부분의 도면이다.
도 4는 도 2의 상세 부분의 도면이다.
도 5는 도 1의 엔진의 사시도이다.
도 6은 도 5의 상세 부분이다.
도 7은 도 1의 엔진의 배기 밸브 구동 시스템의 캠축을 따른 제1 위치에서의 단면 상세 부분을 도시한다.
도 7a는 도 1의 엔진의 배기 밸브 구동 시스템의 캠축을 따른 제2 위치에서의 단면 상세 부분을 도시한다.
도 7b는 캠축의 길이 방향 축에 평행한 평면 내의 캠축 하우징의 단면도이다.
도 7c는 캠축 하우징의 상세 부분의 사시도이다.
도 8은 도 1의 엔진의 연료 분사 시스템 및 밸브 구동 시스템의 개략도이다.
도 9는 도 1에 따른 엔진의 연료 분사의 분사율 조절 형태를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 1의 엔진의 다른 실시예에서의 사시도이다.
도 11은 도 10의 상세 부분을 도시한다.
도 12는 도 10의 실시예에 따른 연료 분사 시스템의 개략도이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(1)을 전방에서 바라본 단면도와, 엔진의 측면에서의 하나의 실린더에 대한 단면도로 도시한다. 엔진(1)은 크로스 헤드(crosshead) 유형의 유니 플로우(uniflow) 저속 2행정 크로스 헤드 디젤 엔진이며, 선박의 추진 엔진이거나 발전소의 원동기(prime mover)일 수 있다. 전형적으로 이러한 엔진들은 횡대를 이루는 3에서 14 개까지의 실린더들을 구비한다. 엔진(1)은 크랭크축(3)을 위한 메인 베어링들을 갖는 베드플레이트(2; bed plate)로부터 제조된다.
크랭크축(3)은 반제조(semi-bulit) 유형이다. 반제조 유형은 수축 끼움 연결(shrink fit connections)에 의해 메인 저널들(main journals)에 연결되는 단조강(forged steel)이나 주강(cast steel) 스로우(throws)로부터 제조된다.
베드플레이트(2)는 제조 설비에 따라 일부분으로 제조되거나, 적절한 크기의 부분들로 분리될 수 있다. 베드플레이트는, 높고 용접된 길이 방향의 거더들(girders)과, 주강 베어링 지지부들을 갖는 용접된 횡방향 거더들로 이루어지며, 선택적으로는 베드플레이트는 주물 설계될 수 있다. 주물 설계에서 베드플레이트에 일체화되는 오일팬(oil pan)은, 강제 윤활 및 냉각 오일 시스템으로부터의 복귀 오일을 회수한다.
커넥팅 로드(connecting rod; 8)는 단조강이나 주강으로 제조되며, (크로스헤드(corsshead)와 크랭크핀(crankpin) 베어링들을 위해) 베어링 캡들(bearing caps)을 구비한다. 크로스헤드와 크랭크핀 베어링 캡들은 유압 잭(hydraulic jacks)에 의해 조여지는 스터드들(studs)과 너트들(nuts)에 의해 커넥팅 로드(8)에 고정된다. 크로스헤드 베어링(22)은 베어링 금속을 덧댄 얇은 벽의 철제 껍질(steel shell)의 집합으로 이루어진다. 덕트들(ducts; 도면에 도시되지 않음)을 통해 윤활 오일이 크로스헤드(22) 및 커넥팅 로드(8)로 공급된다.
메인 베어링들(main bearings)은 베어링 금속을 덧댄 얇은 벽의 철제 껍질로 이루어진다. 바닥 껍질은 특별한 공구과 크랭크축을 들어올리는 유압 공구들에 의해 안팎으로 회전될 수 있다. 껍질들은 베어링 캡(미도시)에 의해 제 위치에 유지된다.
용접된 디자인의 A 자 형상의 프레임 박스(4)가 베드 플레이트 위에 장착된다. 프레임 박스는 주조 또는 용접된 디자인일 수 있다. 배기 측에는 각각의 실린더를 위한 릴리프 밸브들(relief valves)이 마련되고, 캠축의 측에는 각각의 실린더를 위한 큰 힌지 도어(hinged door)가 마련된다. 크로스헤드 가이드(crosshead guides)가 프레임 박스에 일체화된다.
실린더 프레임(5)은 프레임 박스(4)의 상부에 장착된다. 체결 볼트들(staybolts; 미도시)이 베드 플레이트(2)를 실린더 프레임(5)에 연결하여, 구조물을 서로 유지한다. 체결 볼트들은 유압 잭으로 조여진다.
실린더 프레임(5)은 일체화된 캠축 하우징(25)을 구비하며 하나 이상의 조각들로 주조되거나, 용접된 디자인이다. 캠축 하우징(25)은 실린더 프레임에 용접되거나 볼트 체결되거나, 실린더 프레임과 일체로 형성된다(미도시).
실린더 프레임(5)에는 소기 공기(掃氣 空氣; scavenge air)를 제거하고, 캠축 측면에서의 소기 입구들과 피스톤 링들의 검사를 위한 접근 커버들이 마련된다. 접근 커버는 실린더 라이너(6; cylinder liner)와 함께 소기 공기 공간을 형성한다. 소기 공기 수용부(9)의 개방 측은 실린더 프레임(5)에 볼트 체결된다. 실린더 프레임의 저부에는 피스톤 로드 삽입 박스가 존재하며, 피스톤 로드 삽입 박스에는 소기 공기를 위한 밀봉 링들(sealing rings)과, 오일이 소기 공기 공간으로 들어오지 못하게 막는 스크레이퍼 링들(scraper rings)이 마련된다.
피스톤(13)은 피스톤 크라운(piston crown)과 피스톤 스커트(piston skirt)를 구비한다. 피스톤 크라운은 내열성 철로 제조되고, 4 개의 링 그루브들을 구비하며, 그루브들의 상부 표면과 하부 표면들은 하드 크롬 도금된다.
피스톤 로드(14; piston rod)는 4 개의 나사들로 크로스헤드(22; crosshead)에 연결된다. 피스톤 로드(14)는 냉각 오일 파이프와 함께 피스톤(13)에 대한 냉각 오일의 입구와 출구를 형성하는 중앙 구멍(도면에 도시되지 않음)을 갖는다.
크로스헤드(22)는 단조강이며, 작동 표면 위에 백색 금속을 갖는 주조강 가이드 슈들(guide shoes)이 마련된다. 오일 입구용 신축 파이프(미도시)와, 오일 출구용 파이프가 가이드 슈들의 상부에 장착된다.
실린더 라이너들(6)은 유니 플로우 유형이며, 실린더 프레임(5)에 부착된다. 실린더 라이너들(6)은 합금 주철로 제조되며, 하부에 위치하는 플랜지에 의해 실린더 프레임(5)의 내부에 고정된다. 라이너의 최상부 부분은 주철 냉각 재킷(cooling jacket)에 의해 포위된다. 실린더 라이너들(6)은 소기 포트들(7; scavenge ports)과 실린더 윤활을 위한 천공 구멍들(미도시)을 갖는다.
캠축(28)은 캠축 하우징(25)의 내부의 백색 금속을 덧댄 베어링 껍질 내에 내장된다. 캠축(28)은 배기 캠들(exhaust cams)과, 지시 캠들(indicator cams)과, 쓰러스트 디스크(thrust disc)와, 축 위에 수축 끼움된 체인 휠(chain wheel)과 일체로 제조된다. 배기 캠들은 철(steel)이며, 강화된 롤러 레이스(roller race)를 갖는다. 배기 캠들은 조정될 수 있으며, 유압적으로 분해될 수 있다.
실린더들(6)은 유니 플로우 유형이며, 에어박스(5') 내에 위치하는 소기 포트들(7)을 구비하고, 소기 에어 포트들에는 소기 공기 수용부(9; 도 1)로부터 터보 과급기(10; turbocharger, 도 1)에 의해 가압된 소기 공기가 공급된다.
터보 과급기(10)로의 공기 흡입은 엔진 룸으로부터 터보 과급기의 흡기 소음기(intake silence; 미도시)를 통해 직접 이루어진다. 터보 과급기(10)로부터의 공기는 과급 공기 파이프(미도시)와, 공기 쿨러(air cooler; 미도시)와, 소기 공기 수용부(9)를 통해 실린더 라이너들(6)의 소기 포트들(7)로 인도된다.
4 내지 9 기통 엔진들에서는 엔진의 전방 단부에 배치되고 10 개 이상의 기통의 엔진들에서는 배기 측에 배치되는 하나 이상의 터보 과급기들이 엔진에 설치된다.
엔진에는 전기 구동 소기 에어 송풍기들(미도시)이 마련된다. 송풍기들의 흡입 측은 공기 쿨러 이후의 소기 공기 공간에 연결된다. 공기 쿨러와 소기 공기 수용부의 사이에는 보조 송풍기들이 공기를 공급할 때에 자동적으로 폐쇄되는 비복귀 밸브들(미도시)이 설치된다. 보조 송풍기들은 저부하나 중간 부하의 조건에서 터보 과급기 압축기를 보조한다.
도 3에 아주 상세히 도시된 배기 밸브(11)는 실린더 커버(12) 내에서 실린더의 상부의 중앙에 장착된다. 배기 밸브(11)는 팽창 행정의 종료 시에 엔진 피스톤(13)이 소기 공기 포트들(7)을 지나서 아래로 통과하기 전에 개방되고, 이를 통해 연소 챔버(15) 내의 피스톤(13) 위의 연소 가스가 배기 수용부(17)로 개방된 배기 통로(16)를 통해 흘러나와, 연소 챔버(15) 내의 압력이 해제된다. 배기 밸브(11)는 피스톤(13)의 상측을 향하는 운동 중에 다시 폐쇄된다. 배기 밸브(11)는 공압 스프링(20)에 의해 상측을 향해 구동된다.
배기 밸브(11)는 실린더 프레임(5)의 옆에서 엔진의 길이를 따라 연장하는 캠축 하우징(25)의 내부에 배치된 캠축(28)에 의해 개방된다. 연료 분사 시스템과 연결된 유압 시스템(이하에서 보다 상세히 설명될 것임)의 고압 공급 통로(30)도 캠축 하우징(25) 내에 배치된다. 공급 통로(30)는 실질적으로 엔진의 전체 길이를 따라 연장한다. 공급 통로(30)가 캠축 하우징 내부에 배치되기 때문에, 그렇지 않은 경우 강하게 가압된 공급 통로(30)의 파열의 경우에 엔진 조작자들을 보호하기 위해 필요한 이중 벽의 공급 통로(30)를 사용할 필요가 없다.
도 3 및 도 4는 실린더 라이너(6)의 상부와, 실린더 커버(12)와 배기 밸브 하우징을 도시한다. 실린더 커버(12)는 일체로 제조된 단조강이며, 냉각수를 위한 4 개의 구멍들(bores)을 갖는다. 실린더 커버는 배기 밸브(11)를 위한 중앙 구멍과, 두 개 또는 세 개의 연료 분사기들(23)과 안전 밸브(미도시)와, 시동 밸브(미도시)와 지시 밸브(미도시)를 위한 구멍들을 구비한다. 각각의 실린더 커버(12)에는 두 개 또는 세 개의 연료 분사기들(23)과, 하나의 시동 밸브와, 하나의 안전 밸브와, 하나의 지시 밸브가 장착된다. 연료 분사기들(23)의 개방은 연료 부스터들(fuel boosters; 이하에서 더 상세히 기술됨)에 의해 생성된 연료 오일의 고압에 의해 제어되고, 연료 분사기(23)는 스프링에 의해 폐쇄된다. 자동 통기공 슬라이드(vent slide; 미도시)는 연료 오일의 연료 분사기를 통한 순환과 연료 분사기들(23)을 연료 부스터들에 연결하는 고압 파이프들을 통한 순환을 허용하며, 엔진(1)이 정지되었을 때 분사기(23)의 스핀들(spindle)이 막히는 경우 연료 챔버(15)가 연료로 채워지는 것을 방지한다. 통기공 슬라이드 및 다른 배출관으로부터의 오일은 폐쇄 시스템에서 배출된다.
배기 밸브 하우징은 주철이며, 물의 냉각을 위해 설치된다. 하우징에는 시트(seat) 위에 용접된 하드페이싱(hardfacing) 금속을 갖는 바닥 철 조각이 마련된다. 밸브 스핀들 자체는 시트 위에 용접된 하드페이싱 금속을 갖는 내열성 철로 제조된다. 배기 밸브 하우징에는 스핀들 가이드(spindle guide)가 마련된다. 배기 밸브 하우징은 스터드들과 너트들에 의해 실린더 커버(12)에 고정된다. 유압 배기 밸브 액추에이터(21; actuator)는 배기 밸브 하우징의 상부에 장착된다. 배기 밸브 액추에이터(21)는 가압되었을 때 배기 밸브를 하측(개방) 방향으로 가압한다. 유압 액추에이터(21)는 피스톤 위에 압력 챔버를 갖는 실린더 내부에 피스톤을 구비한다. 배기 밸브 하우징은 또한 배기 밸브 스핀들(11)을 상측을 향해(폐쇄 방향으로) 가압하는 공기 스프링(20)을 구비한다. 공기 스프링(20)은 배기 밸브 하우징 내에서 실린더 내부의 스프링 피스톤의 밑에 배치된 스프링 챔버를 갖는 스프링 피스톤(spring piston)을 구비한다.
각각의 배기 밸브의 유압 배기 밸브 액추에이터(21)는 압력 파이프(35)를 통해 피스톤 펌프(37)로 연결된다(도 6). 본 실시예에서는 실린더 마다 하나의 피스톤 펌프(37)와 하나의 배기 밸브(11)가 존재하지만, 실린더 마다 하나 이상의 피스톤 펌프들과 하나 이상의 배기 밸브가 존재할 수 있다(미도시).
도 7에 도시된 것과 같이, 피스톤 펌프(37)는 롤러 가이드 하우징(46; roller guide housing) 내에 장착된다. 롤러(42)는 캠축(28) 상의 각각의 캠(29)을 따라간다. 그러므로 피스톤 펌프(37)는 캠축(28)에 의해 구동된다.
도 5는 설명의 목적을 위해 몇몇 구성 요소들을 삭제한 엔진의 사시도이다. 캠축(28)은 캠축(28)을 크랭크축(3)에 연결하는 체인 구동부(26; chain drive)에 의해 구동된다. 체인 구동부(26)에는 체인 고정구(chain tightener; 미도시)와 체인의 긴 길이를 지지하기 위한 가이드 바들(guide bars; 미도시)이 마련된다. 본 발명의 변형예에 따르면, 체인 구동부는 엔진의 고압의 유압을 위한 유압 펌프들(미도시)에 동력을 공급한다. 체인은 또한 2차 평형추(second order conterbalance weights)를 구동할 수 있다. 체인 구동부의 대체 요소로서, 캠축은 기어들을 갖는 전달 장치에 의해 구동될 수 있다(미도시).
도 6은 캠축 하우징(25)과 실린더들(6)을 보다 상세하게 하여 도 5의 단면을 도시한다. 이러한 도면에서, 통로들(31)은 공급 통로(30)로부터 분기한다. 통로들(31)은 유압 제어 밸브들(41)을 갖는 분배기 블록들(distributor blocks; 40)을 통해 공급 통로(30)를 압력 부스터들(39; pressure boosters)로 연결한다. 분배기 블록들(40)은 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트에 장착된다.
캠축(28)의 캠들(29)에 의해 구동되는 피스톤 펌프들(37)은 또한 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트(25')의 위에 배치된다. 피스톤 펌프들(37)은 압력 파이프들(35)을 통해 유압 배기 밸브 액추에이터들(21)에 연결된다.
각각의 실린더(6)에는 각각 통로들(도 6에 도시되지 않았으나, 도 8에서 참조 51로 도시됨)에 의해 압력 부스터(39)의 포트나 포트들에 연결되는 두 개 또는 세 개의 분사기들(23)이 마련된다.
각각의 분배기 블록(40)은 분배기 블록(40)의 상부에서 복귀 통로(도 8의 65)와 캠축 하우징(25) 내에서의 공급 통로(30)와의 연결을 제어하는 두 개의 비례 제어 밸브들을 갖는다. 압력 부스터(39)는 각각의 분배기 블록(40)의 상부에 설치되고, 분배기 블록(40)의 상부의 포트와 연결된다. 그러므로 분배기 블록들(40)은 유압적으로 구동되는 연료 압력 부스터(39)를 위한 기계적인 지지부로 기능한다.
도 7a, 7b, 7c는 압축 챔버 하우징(68)을 상이한 단면도와 사시도로서 상세하게 도시한다. 압축 챔버들(67)은, 전체 연료 분사 단계 동안에 이용할 수 있는 필수적인 유압 오일의 최대 흐름을 확보하기 위하여 유압 유체 내에 위치 에너지를 저장하기 위해 확대된 체적(volume)을 제공한다.
본 실시예에서는 한 쌍의 이웃하는 실린더들(6)을 위해 두 개의 압축 챔버들(67)을 갖는 하나의 압축 챔버 하우징(68)이 마련된다. 그러나 실린더 마다 더 적은 압축 챔버들이나 더 많은 압축 챔버들이 존재할 수 있다.
압축 챔버들(67)에는 국부적으로 분기된 통로들(31)을 통해 공급 통로(30)로부터의 고압 유압 유체가 공급된다. 통로들(31)과 통로(30)의 사이의 연결은 캠축 하우징(25)의 바닥에 장착된 연결 블록(30')에 의해 구현된다.
압축 챔버 하우징(68)은 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트의 일체화된 부분으로 형성된다. 캠축 하우징(25)의 상부 플레이트는 길이 방향으로 부분들로 나누어진다. 이러한 유형의 부분들의 하나는 내부에 형성되는 두 개의 원통형 압축 챔버들(67)을 갖는 금속 슬라브(slab)이고, 이에 의해 슬라브는 또한 압축 챔버 하우징(68)을 형성한다. 이러한 상부 플레이트는 또한 압력 부스터들(39)이 배치되는 상부에 분배기 블록들(40)을 구비한다. 원통형 압축 챔버들(67)의 길이 방향의 축은 캠축(28)의 길이 방향의 축과 평행하다. 압축 챔버들(67)은 금속제 고체 슬라브내에 두 개의 평행한 구멍들을 가공함으로서 제작된다. 압축 챔버들(67)은 압축 챔버 하우징(68)에 볼트 체결되는 원형의 잠금 플레이트들(69)에 의해 밀봉된다. 압축 챔버 하우징(68)을 관통하여 상측을 향하는 구멍들(미도시)은 압축 챔버들(67)을 분배기 블록들(40)에 연결한다. 분배기 블록들은 압축 챔버 하우징(69)의 상부에 직접 설치되므로, 압축 챔버들(67)로부터 분배기 블록들(40)을 향하는 고압 유압 유체가 지나가야 하는 경로가 매우 짧다.
캠축 하우징(25)의 다른 유형의 상부 플레이트(도 7에서 단면도로 도시됨)는 피스톤 펌프들(37)을 갖는다.
두 가지 유형의 캠축 하우징 상부 플레이트들은 캠축 하우징(25)의 길이를 따라 교대하여 배치된다. 두 가지 유형의 상부 플레이트들의 사이의 천이부에서 길이 방향의 겹치는 부분이 존재하며, 상부 플레이트들은 이러한 겹치는 부분에서 서로 볼트 체결된다.
도 8은 연료 분사 시스템을 개략적으로 도시한다. 연료는 연료 공급 설비(73)로부터 압력 부스터들(39)로 공급된다. 연료 공급 설비(73)는 도면에서 상세히 도시되지 않았다.
연료 공급 설비(73)는 디젤 오일과 중질유(heavy fuel oil) 모두가 사용될 수 있도록 설치된다. 연료는 서비스 탱크로부터 전자적으로 구동되는 공급 펌프로 인도된다. 전자적으로 구동되는 공급 펌프에 의해 연료 순환 시스템의 저압 부분에서 약 4 바(bar)의 압력이 유지될 수 있어서, 이로 인해 적용되는 온도 범위에서 환기 박스 내의 연료의 기화(gasfication)를 피할 수 있다. 연료 오일은 연료 시스템의 저압 부분으로부터 전자적으로 구동되는 순환 펌프로 인도된다. 전자적으로 구동되는 순환 펌프는 가열기(heater)와 엔진(1)의 입구 바로 이전에 배치된 전흐름 필터(full flow filter)를 통해 연료를 주입하고, 여기에서 연료가 각각의 압력 부스터들(39)로 분배된다.
연료 분사는 실린더 마다 전자적으로 제어되는 압력 부스터들(39)에 의해 수행된다. 부스터들은 저압 압력 측(유압 유체가 적용되는 부분)으로부터의 압력을 고정 비율에 의해 고압 압력 측(연료 측)으로 배가시킨다.
연료 부스터들(39)은 가압된 유압 유체에 의해 동력을 공급 받는다. 가압된 유압 유체는 엔진 윤활 오일일 수 있다. 압력 펌프(60)는 전형적으로 수백 바(bar)의 고압 유압 유체를 공급 통로(30)를 통해 실린더들로 공급한다. 유압 유체가 엔진 윤활 오일인 경우, 압력 펌프(60)는 훨씬 낮은 압력에서 작동하는 엔진 윤활 펌프가 아니다. 복귀 유체는 통로(65)를 통해 실린더들로부터 펌프(60)가 자신의 유체를 빼내는 탱크(61)로 전송된다.
각각의 실린더 쌍들을 위해 압축 챔버들(67)이 마련된다(엔진이 홀수 개수의 실린더들을 갖는 경우, 실린더의 하나는 단일 압축 챔버에 의해 지원될 수 있다). 통로(69)는 압축 챔버(67)를 두 개의 비례 제어 밸브들(41)과, 두 개의 온오프 밸브들(55)로 연결한다. 본 실시예의 변형예(미도시)에 따르면 가스가 충전된 막 유형의 어큐뮬레이터들이 압축 챔버들(compression chambers) 대신 또는 압축 챔버들에 부가하여 사용된다.
엔진(1)의 각각의 실린더는 일반적인 동기화 신호들과 제어 신호들을 입력 받고 다른 밸브들 중 비례 제어 밸브들(41)에 배선을 통해 전자 제어 신호들을 전송하는 전자 제어 유닛(99)과 연결된다. 실린더 마다 하나의 제어 유닛(99)이 존재할 수도 있고, 또는 몇 개의 실린더들이 동일한 제어 유닛에 연결될 수도 있다(미도시). 제어 유닛들(99)은 또한 전체 제어 유닛(미도시)으로부터 모든 실린더들에 공통된 신호들을 수신할 수 있다.
제어 유닛(99)은 엔진의 작동 조건에 따라 타이밍(timing)과, 분사율 조절(rate shaping)과, 연료 분사의 양을 계산한다. 이에 대해 제어 유닛은 크랭크축의 회전 위치와, 크랭크축의 회전 속도(회전 위치 신호로부터 제어 유닛(99)에 의해 추정될 수도 있다)와, 대기 온도와, 부하와, 여러 가지 엔진 유체들의 온도에 관한 정보를 수신한다. 제어 유닛은 또한 엔진을 역회전시키기 위해 연료 분사의 타이밍을 적응시킨다. 비례 제어 밸브(41) 내의 스풀(spool)의 운동은 제어 유닛(99)에 의해 피드백 제어 루프(feedback control loop)로 제어된다. 피드백 제어 루프는 선택적으로는 비례 제어 밸브(51)의 자체 내부에 포함될 수도 있다. 비례 밸브(41)의 개방 형태(profile)는, 최적의 분사율 조절을 위해 미리 정해져 제어 유닛(99) 내에 저장된 필요한 개방 형태와 일치된다.
정지 위치에서의 비례 제어 밸브들(41)은 상승된 압력의 저압 측에서 압력 챔버를 탱크에 연결한다. 제어 유닛(99)이 어떤 실린더를 위해 연료 분사를 시동하는 신호를 전송하면, 비례 제어 밸브들(41)의 하나가 특정 연장 지점까지 개방됨으로써 압력 부스터(39)의 저압 측을 통로(69)를 통해 압력 챔버(67)로 연결한다.
압력 부스터의 저압 측의 압력은 배가되어, 전형적으로 대략 400 내지 1500 바(bar)의 사이의 분사 압력까지 도달한다. 공급 통로(51)는, 노즐들을 통해 연료를 연소 챔버(15) 내로 분사함으로써 연료를 분무화시키는 연료 분사기들(23)에 고압 연료를 전송한다.
제어 유닛(99)은 또한 실린더 윤활기(57)로의 고압 유체의 공급을 제어하는 온오프 밸브들(55)을 제어한다. 작동 조건들과 크랭크축의 위치에 기초하여, 제어 유닛(99)은 언제 윤활 오일이 실린더들 내로 주입되며 얼마나 많이 주입되는지를 결정한다. 정지 위치에 있는 온오프 밸브들(55)은 실린더 윤활기들(57)을 탱크(61)에 연결한다. 어떤 온오프 밸브(55)가 윤활 오일을 특정 실린더로 주입시키기 위하여 제어 유닛(99)으로부터의 신호를 수신할 때에, 온오프 밸브들(55)은 개방됨으로써 통로(69)를 통해 실린더 윤활기(57)를 압축 챔버(67)로 연결하며, 실린더 윤활기는 실린더로의 윤활유 오일의 주입을 개시할 것이다. 제어 유닛(99)은 온오프 밸브(55)의 작동의 길이를 통해 실린더로 주입되는 윤활 오일의 양을 결정한다.
도 9는 연료 분사 단계의 예시적인 분사율 조절(rate shaping) 형태를 도시한다. 압력은 계획적으로 부드럽고 천천히 증가하여, 실질적으로 평탄하고 높은 연소 압력을 확보하는데, 연소 압력은 최대 부하 하에서는 최대 허용 가능한 연소 압력에 가깝게 위치한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 본 실시예에서 전자 연료 분사는 이른바 커먼 레일(common rail) 유형이다. 이러한 시스템에 있어서, 개별적인 유압 유체는 존재하지 않지만, 그 대신 연료는 고압으로 유지되며 분사를 위한 에너지는 연료를 압축함으로써 저장된다. 커먼 레일은 두 개의 실린더들에 각각 연결되는 부분들(95)로 분리된다. 이러한 배치는, 다른 장치는 중단되지 않은 매우 긴 커먼 레일을 변형시켜 커먼 레일을 피로(fatigue)에 노출시키지만, 커먼 레일이 엔진의 작동 중에 엔진(1)의 비틀림 운동(torsional movement)에 적응하는 데 훨씬 좋다는 장점을 갖는다.
도 12는 커먼 레일 분사 시스템을 개략적으로 도시한다. 엔진은 전형적으로 중질유(HFO; heavy fuel oil, 물 유화된 연료(water emulsified)와 물 유화되지 않은 연료(non-water emulsified)의 모두)로 작동된다. 유화(emulsification)는 개별적인 유화 유닛(미도시)에서 이루어진다. 엔진의 작동을 위한 연료는 가열 탱크(129) 내에 저장된다. HFO는 50 ℃에서 500 내지 700 cSt의 점성도(viscosity)를 가지며, 실온에서 흐를 수 없다. 탱크 내의 HFG는 항상, 즉 엔진 정지 중에도 약 50 ℃로 유지된다. 전형적으로 본 유형의 엔진을 구비하는 선박들에는 제너레이터 집합들(generators sets; Genset), 즉 메인 엔진의 정지 중에 선박을 위해 그리고 메인 엔진을 위해 전기 동력과 열을 공급하는 소형 디젤 엔진들이 마련된다. 가열 탱크(129)로부터 HFO가 필터나 원심분리기(130) 및 예열기(131; preheater)로 인도된다. 예열기(131)를 나가는 HFO의 온도는 작동 상태와 HFO의 등급에 따라 제어된다. 엔진 정지 동안에, HFO가 유압 시스템을 통해 낮은 압력에서 순환될 때에는, HFO의 온도는 45 내지 60 ℃의 범위에 유지된다. 엔진의 작동 중에 예열기(131)를 나가는 HFO의 온도는 HOF의 점성도에 따라 90 내지 150 ℃에 유지된다. 센서(미도시)는 예열기(131)의 바로 하류에서 HFO의 점성도를 측정한다. 예열기(131)를 나가는 HFO의 온도는 10 내지 20 cSt의 범위의 측정 지점에서의 점성도를 가져오도록 전형적으로 제어된다.
분기된 중간 통로(132)는 예열기를 고압 연료 펌프(133)와 보조 저압 순환 펌프(134)의 모두로 연결한다. 비복귀 밸브들(135)은 역흡입을 방지하기 위하여 각 펌프의 하류측 통로들에 배치된다.
엔진 작동 중에 고압 연료 펌프(133)는 기어휠(137)을 통해 크랭크축(3) 상의 기어휠(136)에 의해 구동된다. 이를 통해 고압 연료 펌프(133)는 1000 내지 1500 바(bar)의 공칭 압력(nominal pressure)을 생성하지만, 압력은 작동 조건들에 따라 600 내지 2000 바(bar)에서 변동할 수 있다.
엔진 정지 중에 보조 저압 순환 펌프(134)는 전기 모터(138)에 의해 구동된다. 이를 통해 엔진 중지 동안에 유압 시스템을 통해 HFO를 순환시키기 위해 약 3 내지 10 바(bar)의 압력이 공급된다.
커먼 연료 레일(140)은 모든 실린더들을 따라 연장되며, 도 12에 도시되지 않은 실린더들(6)로의 연결은 커먼 레일로부터 연장하는 상부를 향하는 짧은 선들로 표시되었다. 커먼 레일은 엔진의 전체 길이를 따라 연장하는 하나의 긴 튜브에 의해 형성될 필요가 없다. 그 대신 커먼 레일은 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이 몇몇 실린더들을 각각 덮는 서로 연결된 부분들로 분리될 수 있다.
이웃하는 한 쌍의 실린더들에는 커먼 레일(140)로부터 분기되어 비례 제어 밸브(125)의 입구 포트로 이어지는 공급 통로(141)를 통해 HFO가 공급된다. 공급 통로(141)에는 비례 제어 밸브(125)가 개방될 때 대부분의 유체 체적을 공급하며 비례 제어 밸브(125)가 폐쇄된 동안 커먼 레일(140)로부터 후에 공급 받는 다수의 유체 어큐뮬레이터들(142)이 마련된다.
공급 통로(120)는 비례 제어 밸브(125)의 두 개의 배출 포트들의 하나를 두 개의 이웃하는 실린더들의 하나의 분사기들(23)에 연결한다. 다른 공급 통로(124)는 비례 제어 밸브(125)의 두 개의 배출 포트들의 다른 하나를 두 개의 이웃하는 실린더들의 다른 하나의 분사기들(23)에 연결한다. 비례 제어 밸브(125)는 또한 복귀 HFO를 위한 복귀 통로(143)에 연결되는 두 개의 탱크 포트들을 갖는다.
비례 제어 밸브(125)는 세 개의 메인 위치들을 갖는 솔레노이드(solenoid) 구동 스풀 밸브이다. 솔레노이드(144)는 배선(128)을 통해 제어 유닛(99)으로부터 제어 신호를 수신한다. 다른 실시예(미도시)에 따르면 솔레노이드(44)는 절연 스페이서들(spacers)을 통해 밸브 하우징에 연결된다.
솔레노이드(44)가 비활성화되는 중앙 위치에서, 비례 제어 밸브(125)의 입구 포트는 폐쇄되고, 비례 제어 밸브(125)의 두 개의 출구 포트들은 복귀 통로(143)로 연결된다.
솔레노이드가 밸브 스풀을 좌측(도 12에서와 같이 좌측)으로 가압하도록 작동될 때, 분사기들(23)이 제어 밸브(125)와 연결된 두 개의 실린더들의 하나에서의 연소 챔버(15)로 연료를 공급하도록 비례 제어 밸브의 입구 포트는 공급 통로(120)로 연결된다. 이러한 위치에서 압력 통로(124)는 복귀 통로(143)로 연결된다.
솔레노이드(44)가 밸브 스풀을 우측(도 12에서와 같이 우측)으로 가압하도록 작동될 때, 비례 제어 밸브(125)와 연결된 두 개의 실린더들의 다른 하나에서의 연소 챔버(15)로 연료를 공급하도록 비례 제어 밸브(125)의 입구 포트는 공급 통로(124)로 연결되고 고압 HFO가 공급 통로(124)로 전달된다. 이러한 위치에서 압력 통로(120)는 복귀 통로(143)에 연결된다.
연료 분사 타이밍(timing)과, 분사되는 연료의 체적과, 분사 패턴의 형상은 비례 제어 밸브(125)로 제어된다.
본 발명의 미도시된 변형예에 따르면, 하나의 실린더를 위한 연료 분사를 제어하기 위하여 적은 수의 포트들을 갖는 하나의 비례 제어 밸브와 두 개의 위치들만이 사용된다. 이러한 변형예에 있어서, 비례 제어 밸브의 저압 위치에서 비례 제어 밸브는 공급 통로를 저압 회로에 연결할 것이고, 비례 제어 밸브의 두 개의 위치들 중 다른 위치에서는 공급 통로를 커먼 레일에 연결할 것이다. 본 실시예의 미도시된 다른 변형예에 따르면, 커먼 레일은 각 어큐뮬레이터들(142, 143)에 가스가 충전되지 않고 중단점에서 종료한다.
다른 실시예에 따르면, 커먼 연료 레일로부터 분사기들로의 연료의 흐름은 온오프 유형의 밸브에 의해 제어된다(미도시).
비례 제어 밸브(125)가 오류로 너무 오래 개방되는 경우 너무 많은 양의 HFO가 실린더로 유입되는 것을 방지하기 위하여 통상적인 공급 제한부(limiter; 146)가 모든 공급 통로들(120, 124) 내에 배치된다.
복귀 라인(143) 내의 압력은, 유압 시스템으로의 공기 침투를 피하기 위하여 또한 물 유화된 (water emulsified) HFO 내에 포함된 물이 수증기 기포를 형성하는 것을 방지하기 위하여, 몇 바(bar)의 과도한 압력으로 유지된다. 복귀 통로(143)를 향하는 하류 단부에서의 압력 제어 밸브(147)는 미리 정해진 최소 과도 압력이 복귀 통로(143) 내에 유지되도록 보장한다. 복귀 통로(143) 내의 과도 압력은 3 내지 10 바(bar)일 수 있다. 어큐뮬레이터 또는 팽창 용기(148; expansion vessel)는 비례 제어 밸브(125)가 위치를 변경할 때에 발생할 수 있는 압력 변동들을 흡수하기 위하여 복귀 통로(143)에 연결된다.
제2 복귀 통로(149)는 분사기들(23)의 배출 포트를 복귀 통로(43)로 연결한다. 압력 제어 밸브(147)의 하류에서, 복귀 통로(143)는 주기를 완성시키기 위하여 사용된 HFO를 예열기(131)로 공급한다.
예열기(131)의 출구로부터의 HFO를 커먼 레일(140)로 전송하고, 비례 제어 밸브(125)를 통해 커먼 레일(40)로부터 분사기들(23)로 전송하는 통로들에는, 가열 코일들로 표시된 가열 수단이 마련된다. 통로들은, 예를 들어 증기 트레이스(steam tracing)에 의해 또는 전기 가열 요소들에 의해 전체 길이에 걸쳐 가열될 수 있다. 이러한 통로들의 가열은 HFO가 예열기로부터 하류를 향해 이동할 때에 뜨거운 HFO의 열 손실을 감소시키는 기능을 한다. 엔진 작동 동안에, 분사기들과 유압 밸브 액추에이터들을 향하는 통로들 내에서의 HFO의 온도는 어떻게 하든지 사용된 HFO의 점성도에 기초하여 150 ℃에 가깝게 유지된다. 공급 통로(120)와 공급 통로(124)와 같이 자체의 길이의 일부에 대해 평행하게 진행하는 인접한 통로들에는 공통 가열 수단(미도시)이 마련될 수 있다.
복귀 라인들(143, 149)에는 또한 상술한 바와 같은 동일한 유형의 가열 수단이 마련된다. 복귀 라인들 내의 HFO의 온도는 덜 임계적이며, 가열 수단은 HFO의 온도가 50 ℃ 미만으로 떨어지지 않도록 하기 위하여 조정된다.
엔진 정지 동안에, HFO는 유압 시스템 내에 공기가 갇히는 것을 방지하고 HFO의 국부적인 냉각이나 경화를 방지하기 위해 순환 펌프(134)에 의해 (3 내지 10바의 상대적으로 낮은 압력에서) 유압 시스템을 통해 순환한다.
상기 실시예들의 변형예(미도시)에 따르면, 유압 피스톤 펌프(37)를 밸브 액추에이터(21)로 연결하는 고압 통로들(35)은 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍에 앞서서 배기 밸브가 자신의 복귀 행정을 개시하도록 하기 위하여 전자적 제어 밸브 수단(제어 유닛(99)에 의해 제어됨)에 의해 감압될 수 있다.
상기 실시예들의 다른 변형예(미도시)에 따르면, 유압 피스톤 펌프(37)를 밸브 액추에이터(21)로 연결하는 고압 통로들(35)은 캠축의 각각의 캠에 의해 정해진 복귀 행정 타이밍 이후까지 복귀 행정을 지연시키기 위하여 전자 밸브 수단(제어 유닛(99)에 의해 제어됨)에 의해 선택적으로 차단될 수 있다.
하나 이상의 제어 유닛(99)은 엔진의 작동 조건들과 관련한 배기 밸브의 폐쇄의 전진된 타이밍이나 지연된 타이밍을 제어하기 위하여 형성될 수 있다.
상기 실시예들의 또 다른 변형예(미도시)에 따르면, 캠축(28)에는 크랭크축(3)의 각도 위치에 대한 캠축(28)의 각도 위치를 조정하기 위한 전자 유압 기구가 마련된다. 전자 유압 기구는 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 변동시키기 위해 하나 이상의 상기 제어 유닛들(9)에 의해 제어된다.
일실시예가 일렬로 배치된 실린더들을 갖는 엔진만을 나타내지만, 본 발명은 V-구조나, U-구조와 같은 다른 실린더 배치들에도 사용될 수 있다.
청구항에서 사용된 "구비하는(comprising)"이라는 용어는 다른 구성 요소들이나 단계들을 배제하지 않는다. 청구항들에서 사용된"하나(a or an)"라는 용어는 복수 개를 배제하지 않는다.
청구항들에 사용된 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 발명이 설명의 목적으로 기술되었으나, 이러한 상세한 내용은 설명을 위한 목적일 뿐이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 기술 분야에서 숙련된 자에 의해 본 발명에서 다양한 변형예들이 만들어질 수 있다.
본 발명은 크로스 헤드(cross head) 유형의 대형의 저속 작동 유니 플로우 2행정 디젤 엔진에 관한 것이다.
1: 엔진 2: 베드 플레이트
3: 크랭크축 4: 프레임 박스
5: 프레임 6: 라이너
7: 소기 포트 9: 공기 수용부
14: 피스톤 로드 28: 캠축

Claims (18)

  1. 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진(1)에 있어서,
    - 실린더마다 적어도 하나의 배기 밸브(11)를 구비한 복수개의 실린더와,
    - 내부에 배치된 배기 밸브를 작동시키기 위하여 캠축(28)을 구비하고 상기 엔진을 따라 실린더로 연장되는 캠축 하우징(25)과,
    - 상기 캠축 상의 각 캠(29)에 의해 구동되는 유압 피스톤 펌프(37)와,
    - 상기 배기 밸브를 작동 방향으로 이동시키기 위하여 배기 밸브마다 구비된 유압 액추에이터(21)와,
    - 상기 유압 피스톤 펌프(37)를 상기 유압 액추에이터(21)와 연결하기 위하여 배기 밸브 마다 구비된 유압 통로(35)와,
    - 싱기 엔진의 길이를 따라 배치된 유체 구동 엔진 요소에 공급 통로(30)를 통하여 고압 유체를 이송하는 고압 유압 시스템을 포함하며,
    상기 공급 통로(30)는 상기 캠축 하우징(25) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급 통로는 고압 유체를 전자 연료 분사 시스템에 이송하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급 통로는 고압 유체를 전자 실린더 윤활 시스템으로 이송하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  4. 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징(25)에 있어서,
    상기 캠축 하우징은 상기 엔진을 따라 다음의 상기 엔진의 복수의 실린더로 연장되며, 상기 캠축 하우징은,
    - 배기 밸브를 작동하며 상기 캠축 하우징(25) 내에 배치되는 캠축(28)와,
    - 상기 엔진의 길이를 따라 배치되는 유체 구동 엔진 요소에 공급 통로(30)를 통하여 고압 유체를 이송하는 고압 유압 시스템을 포함하며,
    상기 고압 유압 시스템은 상기 캠축 하우징(25) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  5. 제4항에 있어서,
    2가지 유형의 상부 플레이트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  6. 제5항에 있어서,
    한가지 유형의 상부 플레이트부는 피스톤 펌프를 지지하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    다른 유형의 상부 플레이트부는 국부적으로 분기된 통로를 통하여 상기 공급 통로에 연결된 압력 부스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 플레이트부는 국부적으로 분기된 통로를 통하여 상기 공급 통로에 연결된 압축 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압축 챔버는 상기 캠축 하우징의 상부 플레이트부의 일체부로서 형성되는 압축 챔버 하우징에 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    다른 유형의 상부 플레이트부는 커먼 레일 전자 연료 분사 시스템의 일부분을 지지하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  11. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    2가지 유형의 캠축 하우징 상부 플레이트부는 상기 캠축 하우징의 길이를 따라 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진용 캠축 하우징.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 캠축 하우징은 2가지 유형의 상부 플레이트부를 구비하며,
    2가지 유형 중 한가지 유형의 상부 플레이트부는 피스톤 펌프를 구비하며, 나머지 다른 유형의 상부 플레이트부는 국부적으로 분기된 통로를 통하여 상기 공급 통로에 연결된 압력 부스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  13. 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진(1)에 있어서,
    - 실린더마다 적어도 하나의 배기 밸브(11)를 구비하는 복수개의 실린더와,
    - 내부에 배치된 배기 밸브(11)를 작동시키기 위한 캠축(28)을 구비하여 상기 엔진을 따라 다음의 실린더로 연장되는 캠축 하우징(25)과,
    - 상기 캠축상의 각 캠에 의해 구동되는 유압 피스톤 펌프(37)와,
    - 상기 배기 밸브(11)를 개방 방향으로 이동시키기 위한 배기 밸브 마다의 유압 액추에이터(21)와,
    - 상기 유압 피스톤 펌프(37)를 유압 액추에이터(21)에 연결하기 위한 배기 밸브 마다의 유압 통로(35)와,
    - 상기 엔진의 길이를 따라 배치된 유체 구동 엔진 요소에 공급 통로(30)를 통하여 고압 유체를 이송하는 고압 유압 시스템을 포함하며,
    상기 공급 통로(30)는 상기 캠축 하우징(25) 내부에 배치되며, 상기 엔진은 커먼 레일 유형의 전자 연료 분사부를 추가로 포함하며, 연료는 고압으로 유지되며 분사를 위한 에너지는 연료를 가압함으로써 저장되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 커먼 레일은 각 2개의 실린더와 연계되는 부분(95)으로 나누어지는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  15. 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진에 있어서,
    - 실린더마다 적어도 하나의 배기 밸브를 구비하는 복수개의 실린더와,
    - 실린더마다의 하나 이상의 연료 분사기와,
    - 연료와 상이하며 연료와 분리된 매체인 고압 유체에 대한 고압 유체 공급원과,
    - 상기 고압 유체를 가압하여 위치 에너지가 축적되는 일정 부피의 고압 유체와,
    - 적어도 하나의 전자 제어 유압 밸브를 포함하며,
    상기 부피는 상기 엔진을 따라 그 다음의 실린더로 연장되는 공급 통로에 담겨지며,
    상기 공급 통로는,
    - 상기 부피로 저장될 수 있는 양의 위치 에너지를 증가시키도록 확대된 부피를 가진 복수개의 압축 챔버를 포함하며,
    상기 연료 분사는 상기 부피로 축적된 에너지에 의해 구동되며, 상기 연료 분사는 적어도 하나의 유압 밸브에 의해 제어되며,
    상기 압축 챔버는 국부적으로 분기된 통로를 통하여 상기 공급 통로로부터 고압 유압 유체를 공급받는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  16. 제15항에 있어서,
    하나의 압축 챔버는 고압 유압 유체를 한 쌍의 이웃하는 실린더에 공급하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 유압 밸브는 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 비례 제어 밸브인 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 배기 밸브의 작동은 캠축 상에 제공된 캠에 의해 구동되는 유압 피스톤 펌프에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 크로스 헤드 유형의 대형 유니 플로우 2행정 디젤 엔진.
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