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KR20220011196A - 왕복동 피스톤 내연 기관, 배기 가스 컨디셔닝 및 왕복동 피스톤 내연 기관의 작동 방법 - Google Patents

왕복동 피스톤 내연 기관, 배기 가스 컨디셔닝 및 왕복동 피스톤 내연 기관의 작동 방법 Download PDF

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KR20220011196A
KR20220011196A KR1020220002839A KR20220002839A KR20220011196A KR 20220011196 A KR20220011196 A KR 20220011196A KR 1020220002839 A KR1020220002839 A KR 1020220002839A KR 20220002839 A KR20220002839 A KR 20220002839A KR 20220011196 A KR20220011196 A KR 20220011196A
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KR
South Korea
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exhaust gas
catalytic converter
internal combustion
reciprocating piston
combustion engine
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020220002839A
Other languages
English (en)
Inventor
다니엘 파이츠
Original Assignee
빈터투어 가스 앤드 디젤 아게
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 빈터투어 가스 앤드 디젤 아게 filed Critical 빈터투어 가스 앤드 디젤 아게
Publication of KR20220011196A publication Critical patent/KR20220011196A/ko
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Abstract

본 발명은 왕복동 피스톤 내연 기관 (1), 특히 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진, 구체적으로 대형 유니플로-소기식 2 행정 디젤 엔진에 관한 것으로, 출구 밸브 (3) 를 가지고 피스톤 (5) 을 가지는 실린더 (2) 를 포함하고, 상기 피스톤은 일측에서 연소 공간 (4) 의 경계를 정하고 상사점 (OT) 과 하사점 (UT) 사이에서 왕복 운동가능하게 배치된다. 이 점에 있어서, 출구 밸브 (3) 를 통하여 연소 공간 (4) 으로부터 배기 가스 라인 (6) 으로 배기 가스 (7) 가 공급될 수 있도록 배기 가스 라인 (6) 이 제공된다. 본 발명에 따르면, 배기 가스 (7) 가 촉매 컨버터 (8) 또는 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 연소 공간 (4) 으로부터 배기 가스 라인 (6) 으로 공급될 수 있도록 스위치오버 장치 (10) 뿐만 아니라 촉매 컨버터 (8) 와 바이패스 라인 (9) 을 포함하는 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 이 제공된다. 본 발명은 또한 촉매 컨버터 (8), 바이패스 라인 (9) 및 스위치오버 장치 (10) 를 가지는 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 및 왕복동 피스톤 내연 기관의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

왕복동 피스톤 내연 기관, 배기 가스 컨디셔닝 및 왕복동 피스톤 내연 기관의 작동 방법{RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE, EXHAUST GAS CONDITIONING AND METHOD OF OPERATING A RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 각각의 카테고리의 독립항의 전제부에 따른, 왕복동 피스톤 내연 기관, 구체적으로, 배기 가스 컨디셔닝을 가지는 유니플로-소기식 (uniflow-scavenged) 대형 2 행정 디젤 엔진, 배기 가스 컨디셔닝, 및 왕복동 피스톤 내연 기관의 작동 방법에 관한 것이다.
실제로, 2 가지 상이한 연료들을 사용해 작동될 수 있는 엔진들인 소위 "듀얼 연료" 엔진들에 대한 필요성이 이미 오랫동안 있었다. 이 점에서, 한편으로는, 예컨대 천연 가스, 예를 들어 소위 "액화 천연 가스" (LNG) 형태의 가스 또는 액화 석유 가스 형태의 가스 및 내연 기관을 구동하기에 적합한 다른 가스는 자주 연소되어야 하고, 다른 한편으로는, 가솔린, 디젤, 중질 연료 오일 또는 다른 적합한 액체 연료와 같은 다른 연료가 하나의 동일한 엔진에서 연소될 수 있다. 이 점에서, 엔진들은 2 행정 엔진들 및 4 행정 엔진들 양자일 수 있고 그것은, 이 점에서, 소형 엔진들, 중형 엔진들 또는 또한 대형 엔진들, 특히 또한 선박들에서 구동 유닛들로서 사용되지만 발전소에서 전기 에너지를 발생시키는데 또한 자주 사용되는 것과 같은 대형 유니플로-소기식 2 행정 디젤 엔진들일 수 있다.
이와 관련해서, 상이한 연료들의 연소로 유발되는 배기 가스들은 하나의 동일한 촉매 컨버터에 상이한 영향을 미칠 수 있기 때문에, 촉매 컨버터들을 이용한 점점 더욱더 중요해지고 있는 배기 가스의 정화는 일반적으로 특별한 기술적 도전과제이다. 따라서, 예를 들어, 특정 촉매는 한 가지 종류의 연료, 예컨대 가스를 위해 최적화되어 있고, 소비된 가스 연료의 배기 가스를 최적으로 정화하지만, 동시에 양자 택일로 사용될 연료, 예컨대 디젤에 거의 사용불가하고, 또는 디젤 배기 가스에 의해 심지어 손상될 수도 있고 또는 시간이 경과함에 따라 사용불가하게 될 가능성이 있다.
예를 들어, 대형 2 행정, 듀얼 연료 엔진들은 실제로 흔히 한편으로는 중질 연료 오일 또는 디젤에 의해, 다른 한편으로는 불완전 연소시 높은 CH4 슬립을 유발할 수 있는 가스, 예컨대 전술한 LNG 에 의해 작동될 수 있다. 대응하는 엔진이 이제 가스로 작동된다면, 즉 가스 모드에서, 연소시 발생하는 배기 가스는 특히 상당량의 메탄 및/또는 포름알데히드 배출물들을 포함할 수 있고, 이 배출물들은, 예를 들어, 실린더 벽에서 연소 과정에서 연소 불꽃의 자연 냉각 ("소염") 으로부터 유발될 수 있고 또는 신선한 공기를 이용한 실린더의 소기가 동시에 출구 밸브를 폐쇄하지 않은 채 일어나는 단계에서 방출될 수 있고 또는 다른 방식으로 방출될 수 있다. 배기 가스 중 메탄 농도가 대응하여 높다면, 그것 때문에 엔진의 안전한 작동이 악화될 수 있다. 예를 들어, 배기 가스 시스템에서, 예컨대 배기 가스 매니폴드에서 또는 터보차저 앞 또는 심지어 터보차저 내부 영역에 메탄이 존재할 수 있는 위험이 있다. 최악의 경우에, 배기 가스 시스템에서 메탄의 점화는 메탄 가스 점화의 유해한 영향에 노출되는 대응하는 부품들의 손상을 유발할 수 있다. 게다가, 메탄은, 소위 "에너지 효율 설계 지수" (EEDI) 의 계산에 크게 부정적인 영향을 미칠 수 있는, 이산화탄소보다, 알려진 대로, 적어도 25 배 더 효과적인, 극히 효과적인 온실 가스이다.
따라서, 적어도 메탄 및/또는 포름알데히드 배출물들을 감소시켜서, 환경을 아낄 수 있을 뿐만 아니라, 촉매들에 의한 배기 가스 시스템의 부품들에 대한 언급한 가능한 손상을 마찬가지로 막을 수 있도록 이 촉매들은 또한 메탄이 배기 가스 시스템에서 점화되는 것을 방지하도록 예를 들어 메탄이 배기 가스 시스템에서 너무 많이 풍부해지는 것을 방지하는 산화 촉매들을 사용하는 순수 가스 엔진들이 오랫동안 알려져 있었다. 이러한 순수 가스 엔진은, 예를 들어, WO 2010 147071 A1 에서 기술된다. 추가 종래 기술은 예컨대 DE 10 2010 005814 A1 에서 찾아볼 수 있다.
하지만, 이러한 산화 촉매들은 전형적으로 매우 민감하고 촉매들이 제공되는 가스와 상이한 배기 가스에 의해 실질적으로 손상될 수도 있다. 예를 들어, WO 2010 147071 A1 에 따른 순수 가스 엔진의 산화 촉매가 연소된 디젤의 배기 가스 또는 심지어 중질 연료 오일의 연소로 인한 배기 가스에 의해 영향을 받는다면, 그것은 단시간 후 이 배기 가스의 특히 화학적으로 매우 공격적인 성분들에 의해 이미 회복할 수 없을 정도로 손상되어서, 엔진의 한층 안전하고 신뢰성있는 작동은 적어도 의문스러울 것이고 최악의 경우에는 심지어 불가능하게 될 것이다. 이 이유 하나만으로도, WO 2010 147071 A1 에 따른 순수 AGN 가스 엔진에서와 같은 촉매는 일반적으로 듀얼 연료 작동에 부적합하고, 즉, 한편으로는, 예를 들어, 가스, 다른 한편으로는 디젤 또는 심지어 중질 듀티 오일을 이용한 대체 작동 (alternative operation) 에 부적합하다.
특히, 그러나 선박들에서 대형 디젤 엔진들의 작동에서 뿐만 아니라, 하지만, 특히 한편으로는 가스, 및 다른 한편으로는 디젤 또는 중질 듀티 오일의 이미 언급한 사용이 실제로 여러 가지 이유들 때문에 바람직하여서, 특히 에탄 또는 포름알데히드로 인한 전술한 유해한 영향을 동시에 회피하면서, 한편으로는, 가스, 특히 LNG 가스에 의해서 뿐만 아니라, 다른 한편으로는, 디젤, 자주 중질 듀티 오일로 양자 택일로 요구에 따라 작동될 수 있는 내연 기관에 대한 필요성이 점점 더 많아지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 한편으로는 가스에 의해, 다른 한편으로는 다른 연료에 의해, 특히 디젤 또는 중질 듀티 연료와 같은 다른 액체 연료에 의해 양자 택일로 작동될 수 있는 왕복동 피스톤 내연 기관을 제공하는 것으로, 가스를 이용한 작동시, 메탄 및/또는 포름알데히드 및/또는 종래 기술에 공지된 다른 성분들의 유해한 영향이 산화 촉매의 사용에 의해 방지된다. 양자 택일로, 하지만, 디젤 또는 중질 듀티 오일과 같은 다른 연료를 이용한 작동은 산화 촉매를 손상 또는 악화시키지 않으면서 또한 가능해야 한다.
상기 목적들을 충족하는 본 발명의 주제는 독립 청구항 1, 10 및 12 의 특징들로 특징짓는다.
각각의 종속항들은 본 발명의 특히 유리한 실시형태들에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 왕복동 피스톤 내연 기관, 특히 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진, 구체적으로 대형 유니플로-소기식 2 행정 디젤 엔진에 관한 것으로, 출구 밸브 및 피스톤을 가지는 실린더를 포함하고, 상기 피스톤은 일측에서 연소 공간의 경계를 정하고 상사점과 하사점 사이에서 왕복 이동가능하게 배치된다. 이 점에서, 배기 가스가 출구 밸브를 통하여 연소 공간으로부터 배기 가스 라인으로 공급될 수 있도록 배기 가스 라인이 제공된다. 본 발명에 따르면, 배기 가스가 촉매 컨버터 또는 바이패스 라인을 통하여 연소 공간으로부터 배기 가스 라인으로 공급될 수 있도록 스위치오버 (switchover) 장치뿐만 아니라 촉매 컨버터와 바이패스 라인을 포함하는 배기 가스 컨디셔닝이 제공된다.
촉매 컨버터 또는 바이패스 라인 중 어느 하나를 통하여 왕복동 피스톤 내연 기관의 연소 공간으로부터 촉매 컨버터를 지나 배기 가스를 양자 택일로 인도될 수 있도록 스위치오버 장치와 상호작용하는 촉매 컨버터 및 바이패스 라인을 포함하는 본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝의 구성으로 인해 처음으로 가스 및 대안적으로 디젤 또는 중질 듀티 오일과 같은 다른 연료로 왕복동 피스톤 내연 기관을 작동할 수 있고 가스 작동시 배기 가스 중 메탄 함량이 미리 정의가능한 값으로 크게 감소될 수 있도록 보장할 수 있고, 다른 연료로 작동시, 메탄 로드 (load) 를 감소시키기 위한 촉매 컨버터가 손상되지 않도록 동시에 보장된다.
이것은, 이미 언급한 대로, 공지된 엔진들로는 가능하지 않다. 따라서, 예를 들어, WO 2010 147071 A1 은, 균질 압축 점화를 가지는 순수 가스 엔진에 관한 것이다. 이 엔진들은 디젤 또는 중질 듀티 오일을 이용한 대체 작동 없이 단지 순수 가스로 작동될 수 있고 특히 또한 어떠한 파일럿 분사도 사용하지 않는다. 직접적인 결과로서, WO 2010 147071 A1 에 따른 엔진에서, 촉매는 배기 가스 시스템에 고정되게 설치되고, 즉 연소 공간으로부터 배기 가스는 항상 이것이 부정적인 영향을 미치지 않으면서 촉매를 통하여 인도된다. 하지만, 이러한 엔진이, 예를 들어, 디젤 또는 중질 듀티 오일로 작동된다면, 이것은 촉매 컨버터의 손상 또는 심지어 파괴시키는 결과를 가질 것이고 왜냐하면 WO 2010 147071 A1 의 엔진에서 촉매는 디젤 또는 중질 듀티 오일의 연소시 유해한 배기 가스로부터 보호될 수 없기 때문이다.
이것은 스위치오버 장치를 가지는 배기 가스 컨디셔닝을 제공하는 본 발명에 의해 처음으로 가능하고, 상기 스위치오버 장치에 의해 예컨대 제어가능한 밸브들의 사용으로 인해 디젤 또는 중질 듀티 오일의 연소시 발생하는 배기 가스는 촉매 컨버터를 바이패스하면서 바이패스 라인을 통하여 연소 공간 밖으로 인도된다.
실제로, 배기 가스가 적어도 2 개의 실린더들로부터 배기 가스 매니폴드에 공급될 수 있도록 본 발명에 따른 왕복동 피스톤 내연 기관은 전형적으로 배기 가스 매니폴드뿐만 아니라 복수의 실린더들을 포함하고, 전형적으로 2 개 초과의 실린더들은 연소 공간으로부터 배기 가스를 배기 가스 매니폴드에 공급한다. 매우 특정한 경우에, 예컨대 엔진이 단 하나의 실린더를 가지거나 대응하여 상이한 방식으로 구성될 때 배기 가스 라인 그 자체가 배기 가스 매니폴드를 형성할 수 있다.
실시를 위해 특히 바람직한 실시형태에서, 연소 공간으로부터 배기 가스가 배기 가스 컨디셔닝을 통하여 배기 가스 매니폴드에 공급될 수 있도록 배기 가스 컨디셔닝은 실린더와 배기 가스 매니폴드 사이에 제공된다. 즉, 촉매 컨버터는, 특히 유리하게도, 배기 가스 터보차저 앞에 있는 배기 가스 시스템의 고압 영역에, 특히 바람직하게 출구 밸브에 가능한 한 가깝게, 즉, 언급한 바와 같이 실린더와 배기 가스 매니폴드 사이에 제공된다. 다시 말해, 특히 고압 영역에 촉매 컨버터의 설치는 촉매 컨버터의 상당히 감소된 구성 크기를 가능하게 하고, 이것은 추가 장점들 이외에 보다 작은 구성 형상으로 인해 그 자체로 재료 절감을 이미 유발하고, 따라서 촉매 컨버터 자체의 제조에 크게 더 적은 비용을 유발한다. 배기 가스 터보차저의 효율성은 특히 또한 촉매에 대한 발열 반응시 메탄과 포름알데히드의 변환에 의해 증가되고, 이것은 물론 이미 그 자체로서 매우 특별한 장점인데 왜냐하면 실제로 가스로 작동시 불행하게도 자주 관찰되는 동력 감소가 따라서 적어도 부분적으로 보상되기 때문이다.
촉매 컨버터가 특히 유리하게도 실린더에 매우 가깝게 배치될지라도, 특정한 경우에, 예컨대 기하학적, 기술적 구성 또는 다른 요구들로 인해, 배기 가스 컨디셔닝, 특히 촉매 컨버터는 단지 추후에 배기 가스 매니폴드의 매니폴드 출구에, 바람직하게는 매니폴드 출구와 배기 가스 터보차저 사이에 배치되는 것이 가능할 수도 있다. 매우 특정한 경우에, 본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝이 심지어 단지 추후에 배기 가스 터보차저에 설치되는 것이 심지어 가능하다.
이 점에서, 예컨대 비용적인 이유 때문에 또는 순수하게 기하학적 요구 또는 다른 특정한 요구 때문에, 하나의 동일한 배기 가스 컨디셔닝이 적어도 2 개의 실린더들과 동시에 연관되는 것이 물론 또한 가능하다.
실제로, 왕복동 피스톤 내연 기관은 전형적으로 가스 및 액체 연료 양자로, 특히 가스 및 디젤 오일 또는 중질 듀티 오일로 또는 다른 연료로 작동될 수 있는 소위 듀얼 연료 엔진이다.
가스 연소로부터 배기 가스를 컨디셔닝하기 위해서, 촉매 컨버터는 매우 특히 바람직하게 메탄 산화 촉매, 특히 포름알데히드를 또한 산화시킬 수 있는 메탄 산화 촉매이고, 메탄 산화 촉매는 또한 특히 메탄 산화를 개선하도록 팔라듐을 포함하는 것이 유리하지만 절대적으로 필요한 것은 아니다. 이러한 촉매들은 디젤 엔진용 산화 촉매로서 사용되는 그 자체가 알려진 이러한 촉매 컨버터들과 화학적 활성 원소들의 구조 및 조성에서 상이하거나 또한 가솔린 엔진들을 기반으로 하는 예를 들어 가스 엔진용 자동차 구성에 사용되는 촉매 컨버터들과 매우 분명하게 상이하다는 점을 이해한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 특히 왕복동 피스톤 내연 기관을 위한 배기 가스 컨디셔닝 자체에 관한 것으로, 배기 가스 컨디셔닝은, 촉매 컨버터 또는 바이패스 라인을 양자 택일로 통하여 스위칭 장치에 의하여 연소 프로세스로부터 배기 가스 라인으로 배기 가스가 공급될 수 있도록 스위치오버 장치뿐만 아니라 촉매 컨버터와 바이패스 라인을 포함한다.
이 점에서, 촉매 컨버터는 가스 인도부 (leadthrough) 또는 복수의 가스 인도부들에서 바이패스 라인 내에 또한 위치할 수 있고 스위치오버 장치에 의하여 가능한 배기 가스 관류 (throughflow) 옵션들 사이에서 전환될 수 있다. 다른 구체적 실시형태에서, 바이패스 라인은 촉매 컨버터 내에서 가스 인도부 또는 복수의 가스 인도부들에 위치할 수 있고 배기 가스 유동은 스위치오버 장치에 의하여 가능한 배기 가스 관류 옵션들 사이에서 전환될 수 있다.
또한 특히 촉매 컨버터 내에 바이패스의 설치 또는 그 반대의 설치는, 특히 콤팩트한 구성 형상 이외에, 배기 가스가 촉매 컨버터를 통하여 직접 유동하지 않고, 오히려 바이패스 라인을 통하여 촉매 컨버터를 지나 유동할지라도, 촉매 컨버터가 이미 예열되어 있다는 장점을 가지고 있다.
이미 언급한 대로, 설치 및 작동 상태에서, 배기 가스는 촉매 컨버터 또는 바이패스 라인을 양자 택일로 통하여 다른 방향으로 다시 보내질 수 있도록 스위치오버 장치는 특히 바람직하게 제어가능한 밸브를 포함한다.
끝으로, 본 발명은 또한 출구 밸브 및 피스톤을 가지는 실린더를 포함하고, 상기 피스톤은 일측에서 연소 공간의 경계를 정하고 실린더 내 상사점과 하사점 사이에서 왕복 이동가능하게 배치되고, 작동 상태에서 배기 가스가 출구 밸브를 통하여 연소 공간으로부터 배기 가스 라인으로 공급되도록 배기 가스 라인이 제공되는, 본 발명에 따른 왕복동 피스톤 내연 기관, 특히 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진, 구체적으로 대형 유니플로-소기식 2 행정 디젤 엔진을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 작동 상태에서 촉매 컨버터 또는 바이패스 라인을 양자 택일로 통하여 연소 공간으로부터 배기 가스 라인으로 배기 가스를 인도할 수 있도록 스위치오버 장치뿐만 아니라 촉매 컨버터와 바이패스 라인을 포함하는 배기 가스 컨디셔닝이 제공된다.
실시를 위해 특히 중요한 본 발명에 따른 방법의 변형예에서, 왕복동 피스톤 내연 기관은 제 1 작동 상태에서 가스 모드에서 가스로 작동되고 제 2 작동 모드에서 액체 모드에서 액체 연료, 특히 디젤 오일 또는 중질 듀티 오일로 작동된다. 이 점에서, 메탄 산화 촉매 컨버터, 특히 포름알데히드를 또한 산화시킬 수 있는 메탄 산화 촉매 컨버터는 특히 바람직하게 촉매 컨버터로서 사용된다. 따라서, 배기 가스는 가스 모드에서 스위치오버 기기에 의하여 촉매 컨버터를 통하여 안내될 수 있고 다른 배기 가스는 액체 모드에서 스위치오버 장치에 의하여 촉매 컨버터를 바이패스하면서 바이패스 라인을 통하여 안내될 수 있다.
본 발명은 개략도를 참조하여 하기에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 왕복동 피스톤 내연 기관의 특별히 바람직한 실시형태이다.
도 2a 는 본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝의 제 1 실시형태이다.
도 2b 는 도 2a 에 따른 I-I 선을 따라서 본 단면도이다.
도 3a 는 본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝의 제 2 실시형태이다.
도 3b 는 도 3a 에 따른 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라서 본 단면도이다.
도 4a 는 복수의 촉매 컨버터들을 구비한 도 2a 에 따른 특별한 실시형태이다.
도 4b 는 복수의 바이패스 라인들을 구비한 도 3a 에 따른 특별한 실시형태이다.
도 1 은 다른 부품들의 상호작용을 설명하기 위해 개략도로 나타나 있고, 엔진의 기본 설계는, 여기에서 예로서 유니플로 소기부를 가지는 대형 2 행정 디젤 엔진으로서 구성되고 이하에서 전체적으로 도면 부호 1 로 표시된 본 발명에 따른 왕복동 피스톤 내연 기관의 특별한 실시형태를 위한 배기 가스 터보차저 시스템을 갖는다.
본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 을 제외하고 그 자체가 공지된 대형 2 행정 디젤 (1) 은 실제로 보통 실린더 커버에 배치된 출구 밸브 (3) 를 구비한 복수의 실린더들 (2) 을 포함하고 실린더 (2) 내에서 피스톤 (5) 은 주행면을 따라 하사점 (UT) 과 상사점 (OT) 사이에서 왕복 이동할 수 있도록 배치된다. 실린더 커버를 구비한 실린더 (2) 의 실린더 벽들과 피스톤 (5) 은 공지된 방식으로 실린더 (2) 의 연소 공간 (4) 의 경계를 정한다. 실린더 (2) 의 입구 영역 (SP) 에서, 소기 슬릿들로서 구성되는 복수의 소기 통풍구들이 제공된다. 피스톤 (5) 의 위치에 따라, 소기 슬릿들은 피스톤에 의해 덮여있거나 노출된다. 충전 공기 (100) 로도 간혹 불리는 소기 공기 (100) 는 소기 통풍구들을 통하여 실린더 (2) 의 연소 공간 (4) 으로 유입될 수 있다. 연소시 발생하는 배기 가스 (7) 는 끝으로 실린더 커버에 배치된 출구 밸브 (3) 를 통하여 배기 가스 매니폴드 (11) 를 경유해 배기 가스 터보차저 (12) 로 유입된다.
연소될 가스는 실린더 (2) 의 실린더 헤드에서 가스 미터링 밸브를 통하여 연소 공간으로 도입된다. 피스톤 (5) 에 의한 충전 공기 (100) 와 가스의 혼합물의 압축 후, 그것은 파일럿 점화에 의해 점화된다.
이 점에서, 특히 출구 밸브 (3) 의 개방 각도 및/또는 폐쇄 각도 및/또는 연료의 분사 시간 및/또는 분사량 및/또는 엔진의 다른 중요한 기능들이 자유롭게 프로그램가능한 방식으로 제어 및/또는 조절될 수 있도록 도 1 에 따른 대형 디젤 엔진 (1) 은 전자 제어식 엔진이다.
본 발명에 따르면, 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 은 배기 매니폴드 (11) 와 각각의 실린더 (2) 의 출구 밸브 (3) 사이에 제공되고, 상기 배기 가스 컨디셔닝은 스위치오버 장치 (10) 뿐만 아니라 촉매 컨버터 (8) 및 바이패스 라인 (9) 을 포함하여서, 배기 가스 (7) 는 촉매 컨버터 (8) 또는 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 스위치오버 기기 (10) 에 의하여 연소 공간 (4) 으로부터 배기 가스 라인 (6) 으로 공급될 수 있고, 배기 가스 (7) 가 적어도 2 개의 실린더들 (2) 로부터 배기 가스 매니폴드 (11) 로, 본원의 특정 실시예에서는 심지어 모든 실린더들 (2) 로부터 하나의 동일한 배기 가스 매니폴드 (11) 로 공급될 수 있도록 배기 가스 매니폴드 (11) 가 자체 공지된 방식으로 구성되어 엔진에 제공된다.
이 점에서, 스위치오버 장치 (10) 는, 당업자에게 그 자체가 공지되어 있고 도 1 에서 명료성을 이유로 상세히 도시되지 않은 촉매 컨버터 (8) 또는 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 배기 가스 (7) 가 방향전환될 수 있도록 제어 및/또는 조정될 수 있는 밸브를 포함한다.
도 1 에 따른 실시를 위해 특히 중요한 실시형태에서, 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 은, 실린더 (2) 에서 배기 가스 출구 완전히 근방의, 즉 출구 밸브 (3) 완전히 근방의 실린더 (2) 와 배기 가스 매니폴드 (11) 사이 배기 가스 시스템의 고압 영역에 설치되어서, 배기 가스 시스템의 고압 영역에서 설치가 유발하는 이미 일반적으로 전술한 장점들이 이용되었고: 촉매 컨버터 (8) 는 비교적 작은 구성 크기를 가지고 하류 배기 가스 터보차저 (12) 의 효율성은 촉매 컨버터에서 발열 반응에 의해 부가적으로 증가되어서, 엔진의 가스 작동에서 어떠한 효율성 손실도 적어도 부분적으로 다시 보상될 수 있다. 도 1 의 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 은, 구체적으로, 가스 및 액체 연료 양자, 특히 가스 및 디젤 오일 또는 중질 듀티 오일로 작동될 수 있는 소위 듀얼 연료 엔진이고, 촉매 컨버터 (8) 는 메탄 산화 촉매 컨버터, 특히 포름알데히드를 또한 예외적으로 산화시킬 수 있는 메탄 산화 촉매 컨버터이고, 메탄 산화 촉매 컨버터는 특히 그 중에서도 메탄 산화의 추가 개선 및 최적화를 위한 팔라듐을 또한 포함한다.
본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 의 제 1 구체적 실시형태는 도 2a 및 도 2b 를 각각 참조하여 검토될 것이고, 도 2b 는 도 2a 에 따른 I-I 선을 따라서 본 단면도를 나타낸다. 그것은 여기에서 특히 콤팩트한 구성 형상의 제 1 실시형태로, 이 실시형태에서 촉매 컨버터 (8) 는 바이패스 라인 (9) 내에서 가스 인도부 또는 복수의 가스 인도부들 내에 위치하고 스위치오버 장치 (10) 에 의해 가능한 배기 가스 관류 옵션들 사이에서 전환할 수 있다. 이 점에서, 개구 (101) 가 촉매 컨버터 (8) 로 접근을 릴리스하는지 또는 개구가 제어가능한 밸브에 의해 다른 위치에서 폐쇄되는지에 따라서 배기 가스 (7) 가 양자 택일로 개구 (101) 를 통하여 촉매 컨버터로 유입되거나 바이패스 라인 (9) 을 통하여 방향전환될 수 있도록 스위치오버 장치 (10) 는 개구 (101) 를 가지는 제어가능한 밸브를 포함한다.
도 3a 및 도 3b 는 각각 본 발명에 따른 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 의 특히 콤팩트한 구성 공간의 제 2 실시형태를 보여주고, 도 3b 는 도 3a 에 따른 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라서 본 단면도를 나타낸다. 여기에서, 바이패스 라인 (9) 은 촉매 컨버터 (8) 내에서 가스 인도부 또는 복수의 가스 인도부들에 위치하고 스위치오버 장치 (10) 에 의하여 가능한 배기 가스 관류 옵션들 사이에서 전환이 이루어진다. 이 점에서, 또한 이 실시형태에서, 개구 (101) 가 촉매 컨버터 (8) 로 접근을 릴리스하는지 또는 개구가 제어가능한 밸브에 의해 다른 위치에서 폐쇄되는지에 따라서 배기 가스 (7) 가 양자 택일로 개구 (101) 를 통하여 촉매 컨버터 (8) 로 유입되거나 바이패스 라인 (9) 을 통하여 방향전환될 수 있도록 스위치오버 장치 (10) 는 개구 (101) 를 가지는 제어가능한 밸브를 포함한다.
끝으로, 도 4a 및 도 4b 는 도 2a 및 도 2b 뿐만 아니라 도 3a 및 도 3b 에 따른 실시형태들의 추가 변형예들을 보여준다.
도 4a 는 하나의 동일한 바이패스 라인 (9) 에 복수의 촉매 컨버터들 (8) 을 가지는 도 2a 에 따른 구체적 실시형태를 보여주고, 반면에 도 4b 는 촉매 컨버터 (8) 내에 복수의 바이패스 라인들 (9) 을 가지는 도 3a 에 따른 구체적 실시형태를 보여준다.
본원에서 설명한 본 발명의 실시형태들은 또한 용도에 따라 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있고 특히 도면에 도시된 특별한 실시형태들은 단지 예로서 이해되어야 하는 것으로 여겨진다. 당업자는 본 발명의 기술한 실시형태들의 간단한 유리한 추가 개선예들을 즉각 인식하고 이러한 간단한 추가 개선예들도 물론 또한 본 발명에 포함된다는 것을 이해한다.

Claims (15)

  1. 왕복동 피스톤 내연 기관, 특히 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진, 구체적으로 대형 유니플로-소기식 (uniflow-scavenged) 2 행정 디젤 엔진으로서,
    출구 밸브 (3) 를 가지고 피스톤 (5) 을 가지는 실린더 (2) 를 포함하고, 상기 피스톤은 일측에서 연소 공간 (4) 의 경계를 정하고 상사점 (OT) 과 하사점 (UT) 사이에서 상기 실린더 (2) 내에서 왕복 운동가능하게 배치되고, 상기 연소 공간 (4) 으로부터 상기 출구 밸브 (3) 를 통하여 배기 가스 라인 (6) 으로 배기 가스 (7) 가 공급될 수 있도록 상기 배기 가스 라인 (6) 이 제공되고,
    상기 배기 가스 (7) 는 스위치오버 (switchover) 장치 (10) 에 의해 촉매 컨버터 (8) 또는 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 상기 연소 공간 (4) 으로부터 상기 배기 가스 라인 (6) 으로 공급될 수 있도록 상기 스위치오버 장치 (10) 뿐만 아니라 상기 촉매 컨버터 (8) 와 상기 바이패스 라인 (9) 을 포함하는 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 왕복동 피스톤 내연 기관은 복수의 실린더들 (2) 을 포함하고 상기 배기 가스 (7) 가 적어도 2 개의 실린더들 (2) 로부터 배기 가스 매니폴드 (11) 로 공급될 수 있도록 상기 배기 가스 매니폴드 (11) 가 제공되는, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 가스 라인 (6) 은 상기 배기 가스 매니폴드 (11) 인, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 (7) 가 상기 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 을 통하여 상기 연소 공간 (4) 으로부터 상기 배기 가스 매니폴드 (11) 까지 공급될 수 있도록 상기 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 은 상기 실린더 (2) 와 상기 배기 가스 매니폴드 (11) 사이에 제공되는, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 은, 상기 배기 가스 매니폴드 (11) 의 매니폴드 출구 (110) 뒤에, 바람직하게 상기 매니폴드 출구 (110) 와 배기 가스 터보차저 (12) 사이에 배치되는, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 동일한 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 이 동시에 적어도 2 개의 실린더들 (2) 과 연관되는, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복동 피스톤 내연 기관은, 가스와 액체 연료 양자로, 특히 가스와 디젤 오일 또는 중질 듀티 오일로 작동될 수 있는 듀얼 연료 엔진인, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 컨버터 (8) 는 메탄 산화 촉매 컨버터, 특히 포름알데히드를 또한 산화시킬 수 있는 메탄 산화 촉매 컨버터인, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메탄 산화 촉매 컨버터는 메탄 산화를 개선하도록 팔라듐을 포함하는, 왕복동 피스톤 내연 기관.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 특히 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 을 위한 배기 가스 컨디셔닝으로서,
    배기 가스 (7) 가 스위치오버 장치 (10) 에 의해 촉매 컨버터 (8) 또는 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 연소 프로세스로부터 배기 가스 라인 (6) 으로 공급될 수 있도록 상기 배기 가스 컨디셔닝은 상기 스위치오버 장치 (10) 뿐만 아니라 상기 촉매 컨버터 (8) 와 상기 바이패스 라인 (9) 을 포함하는, 배기 가스 컨디셔닝.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매 컨버터 (8) 는 상기 바이패스 라인 (9) 내에서 가스 인도부 (leadthrough) 또는 복수의 가스 인도부들에 위치하고 상기 스위치오버 장치 (10) 에 의해 가능한 배기 가스 관류 (throughflow) 옵션들 사이에서 전환할 수 있고; 그리고/또는 상기 바이패스 라인 (9) 은 상기 촉매 컨버터 (8) 내에서 가스 인도부 또는 복수의 가스 인도부들에 위치하고 상기 스위치오버 장치 (10) 에 의해 상기 가능한 배기 가스 관류 옵션들 사이에서 전환할 수 있는, 배기 가스 컨디셔닝.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치오버 장치 (10) 는, 상기 배기 가스 (7) 가 상기 촉매 컨버터 (6) 또는 상기 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 방향전환될 수 있도록 제어가능한 밸브를 포함하는, 배기 가스 컨디셔닝.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 왕복동 피스톤 내연 기관 (1), 특히 2 행정 엔진 또는 4 행정 엔진, 구체적으로 대형 유니플로-소기식 2 행정 디젤 엔진의 작동 방법으로서,
    상기 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 은, 출구 밸브 (3) 를 가지고 피스톤 (5) 을 가지는 실린더 (2) 를 포함하고, 상기 피스톤은 일측에서 연소 공간 (4) 의 경계를 정하고 상사점 (OT) 과 하사점 (UT) 사이에서 상기 실린더 (2) 내에서 왕복 운동가능하게 배치되고, 작동 상태에서 상기 연소 공간 (4) 으로부터 상기 출구 밸브 (3) 를 통하여 배기 가스 라인 (6) 으로 배기 가스 (7) 가 공급되도록 배기 가스 라인 (6) 이 제공되고,
    스위치오버 장치 (10) 뿐만 아니라 촉매 컨버터 (8) 와 바이패스 라인 (9) 을 포함하는 배기 가스 컨디셔닝 (8910) 이 제공되고, 상기 작동 상태에서 상기 스위치오버 장치 (10) 에 의해 상기 촉매 컨버터 (8) 또는 상기 바이패스 라인 (9) 을 양자 택일로 통하여 상기 연소 공간 (4) 으로부터 상기 배기 가스 라인 (6) 으로 상기 배기 가스 (7) 가 공급되는 것을 특징으로 하는, 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 의 작동 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 은 제 1 작동 상태에서 가스 모드로 가스로 작동되고, 제 2 작동 상태에서 액체 모드로 액체 연료로, 특히 디젤 오일 또는 중질 듀티 오일로 작동되는, 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 의 작동 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 배기 가스 (7) 는 상기 가스 모드에서 상기 스위치오버 장치 (10) 에 의하여 상기 촉매 컨버터 (8) 를 통하여 안내되고, 상기 배기 가스 (7) 는 상기 액체 모드에서 상기 스위치오버 장치 (10) 에 의하여 상기 촉매 컨버터 (8) 를 바이패스하면서 상기 바이패스 라인 (9) 을 통하여 안내되고; 그리고/또는 메탄 산화 촉매 컨버터, 특히 포름알데히드를 산화시킬 수 있는 메탄 산화 촉매 컨버터가 촉매 컨버터 (8) 로서 사용되는, 왕복동 피스톤 내연 기관 (1) 의 작동 방법.
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