KR102164426B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 실린더를 구비하는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관으로, 다수의 실린더 각각에 주연료와 부연료를 분사하도록 구성되는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관이다. 주연료는 연료유와 물을 포함한다. 부연료는 연료유를 포함한다. 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관은 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성하게 되는 고온에 의해 주연료와 부연료의 조합을 점화시키도록 구성되되, 주연료 중의 물의 질량백분율이 적어도 30%이고, 부연료 중의 연료유의 질량백분율이 주연료 중의 연료유의 질량백분율보다 높다.The present invention is a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine having a plurality of cylinders, and is a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine configured to inject a main fuel and an auxiliary fuel to each of the plurality of cylinders. The main fuel includes fuel oil and water. The auxiliary fuel includes fuel oil. The two-stroke crosshead diesel internal combustion engine is configured to ignite the combination of the main fuel and the auxiliary fuel by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed, and the mass percentage of water in the main fuel is at least 30%, and the The mass percentage of fuel oil is higher than that of fuel oil in the main fuel.
Description
본 발명은 내연기관 및 내연기관 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine and an internal combustion engine system.
2행정 내연기관은 컨테이너 선박, 벌크 화물선 및 유조선과 같은 선박에서 추진기관으로 사용된다. 내연기관으로부터 배출되는 원치 않는 배기가스를 감소시키는 것이 점점 더 중요해졌다. 특별히 NOx의 감소에 관심이 기울어져 왔다.Two-stroke internal combustion engines are used as propulsion engines in ships such as container ships, bulk cargo ships and oil tankers. It has become increasingly important to reduce unwanted emissions from internal combustion engines. Particular attention has been paid to the reduction of NOx.
국제연합의 전문 기구인 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)는 티어 I(Tier I), 티어 II 및 티어 III으로 알려진 범위의 배출 기준을 설정했는데, 티어 I과 티어 II 배출 기준은 전세계적으로 유효하며, 티어 III 배출 기준은 NOx 배출 규제 지역(ECA: Emission Control Area)에 적용된다. 티어 II 및 티어 III NOx 배출 기준은 신형 기관들에 효력을 미치는 반면, 티어 I NOx 요건은 2000년 이전에 제조된 기존 기관들에 대한 것이다.The International Maritime Organization (IMO), a specialized organization of the United Nations, has set emission standards in a range known as Tier I, Tier II, and Tier III, with Tier I and Tier II emission standards globally. In effect, Tier III emission standards apply to the NOx Emission Control Area (ECA). Tier II and Tier III NOx emission standards are in effect for newer institutions, while Tier I NOx requirements are for existing institutions manufactured before 2000.
NOx의 배출을 감소시키는 한 가지 방법은 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템을 사용하는 것이다. SCR 시스템은 배기가스를 받아들여 NOx를 덜 유해한 물질로 변환시킨다. NOx의 배출을 감소시키는 다른 방법은 배기가스의 일부를 기관 실린더로 다시 재순환시킴으로써 산소 농도 및 화염 온도를 낮추어서 기관 내에서 생성되는 NOx를 감소시키는 것에 의해 작동하는 배기가스 재순환(EGR) 시스템이다. 그러나 EGR 시스템과 SCR 시스템은 설치하고 유지보수하기가 복잡하고 비싸다.One way to reduce NOx emissions is to use a selective catalytic reduction (SCR) system. SCR systems take in the exhaust gas and convert NOx into less harmful substances. Another way to reduce NOx emissions is an exhaust gas recirculation (EGR) system that operates by reducing the NOx produced in the engine by lowering the oxygen concentration and flame temperature by recirculating a portion of the exhaust gas back to the engine cylinder. However, EGR systems and SCR systems are complex and expensive to install and maintain.
NOx 배출을 감소시키는 대안적인 방법은 물을 내연기관에 의해 사용되는 연료유에 혼합하는 것이다. 물은 연소 온도를 낮춤으로써 배기가스 중의 NOx의 양을 저감시킨다.An alternative way to reduce NOx emissions is to mix water into the fuel oil used by internal combustion engines. Water reduces the amount of NOx in the exhaust gas by lowering the combustion temperature.
그러나, 물을 연료에 혼합하면 점화 지연이 증가되고, 이러한 점화 지연은 점화되기 전에 과도하게 많은 양의 연료가 주변 공기와 혼합되게 할 수 있다. 최종적으로 점화가 일어날 때, 실린더 내부에서 폭발과 유사한 압력파가 형성될 수 있다. 이는 압력 추적에서 그리고 음향(듣기)을 통해 관찰될 수 있으며, 일반적으로 디젤 노킹이라 한다. 이는 연소 챔버 부품들에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 또한, 수위가 아주 높으면, 점화가 전혀 일어나지 않을 정도로 점화 지연이 증가될 수 있어 분사된 연료의 완전한 또는 부분적인 실화를 야기할 수 있다.However, mixing water with the fuel increases the ignition delay, which can cause an excessively large amount of fuel to mix with the surrounding air before ignition. When finally ignition occurs, a pressure wave similar to an explosion can form inside the cylinder. This can be observed in pressure tracking and through acoustic (listening), and is commonly referred to as diesel knocking. This can lead to serious damage to the combustion chamber components. Also, if the water level is very high, the ignition delay can be increased to the extent that ignition does not occur at all, which can cause complete or partial misfire of the injected fuel.
따라서 내연기관에서 간단하고 효과적으로 NOx 배출을 감소시키는 문제가 남아 있다.Therefore, there remains a problem of simply and effectively reducing NOx emissions in an internal combustion engine.
제1 태양에 따르면, 본 발명은, 다수의 실린더를 구비하는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관으로, 다수의 실린더 각각에 연료유와 물을 포함하는 주연료와 연료유를 포함하는 부연료를 분사하도록 구성되고, 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성하게 되는 고온에 의해 주연료와 부연료의 조합을 점화시키도록 구성되되,According to a first aspect, the present invention is a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein the main fuel including fuel oil and water and the auxiliary fuel including fuel oil are injected into each of the plurality of cylinders. And is configured to ignite the combination of the main fuel and the sub-fuel by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed,
● 주연료 중의 물의 질량백분율이 적어도 30%이고,● The mass percentage of water in the main fuel is at least 30%,
● 부연료 중의 연료유의 질량백분율이 주연료 중의 연료유의 질량백분율보다 높은,● The mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is higher than that of the fuel oil in the main fuel,
2행정 크로스헤드 디젤 내연기관에 관한 것이다.It relates to a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine.
결과적으로, 주연료 중의 연료유의 질량백분율보다 높은 연료유 백분율을 가지는 부연료를 사용하는 것에 의해, 디젤 노킹 또는 실화 없이 주연료에 더 많은 물이 첨가될 수 있다. 이는 EGR 시스템 및/또는 SCR 시스템을 사용하지 않으면서 티어 III 요건을 준수할 수 있게 하는 간단하고 효과적인 방식으로 배기가스로부터 NOx가 크게 감소될 수 있게 한다.As a result, more water can be added to the main fuel without diesel knocking or misfire by using an auxiliary fuel having a fuel oil percentage higher than the mass percentage of the fuel oil in the main fuel. This allows for significant reduction of NOx from exhaust gases in a simple and effective manner that allows compliance with Tier III requirements without the use of EGR systems and/or SCR systems.
내연기관은 바람직하게는 실린더 당 파워가 적어도 400kW인 해양 선박 추진용 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관이다. 연료유의 예로 MGO(Marine Gas Oil), MDO(Marine Diesel Oil), IFO(Intermediate Fuel Oil), MFO(Marine Fuel Oil), HFO(Heavy Fuel Oil)를 들 수 있다. 주연료로 사용되는 연료유와 부연료로 사용되는 연료유는 동일한 종류의 연료유일 수 있다. 대안적으로, 주연료로 사용되는 연료유와 부연료로 사용되는 연료유가 다를 수 있다. 주연료 중의 물의 양은 물과 연료유의 혼합기가 자가 점화될 수 없을 정도로 많을 수 있다. 주연료와 부연료는 단일의 연료 밸브를 통해 실린더들에 순차적으로 분사될 수 있다. 대안적으로, 주연료와 부연료가 두 개의 연료 밸브들을 통해 실린더들에 분사될 수 있다. 부연료 중의 연료의 농도가 더 높기 때문에 부연료가 주연료보다 먼저 점화되고, 이에 의해 부연료의 연소에 의해 발생되는 열이 주연료를 점화시킨다. 따라서, 부연료가 점화연료로 작용한다. 내연기관은 압축점화를 통해 부연료를 점화시키고 이에 의해 부연료의 화염이 주연료를 점화시키도록 구성될 수 있다.The internal combustion engine is preferably a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine for propulsion of marine vessels with a power per cylinder of at least 400 kW. Examples of fuel oil include Marine Gas Oil (MGO), Marine Diesel Oil (MDO), Intermediate Fuel Oil (IFO), Marine Fuel Oil (MFO), and Heavy Fuel Oil (HFO). The fuel oil used as the main fuel and the fuel oil used as the auxiliary fuel may be the same type of fuel oil. Alternatively, the fuel oil used as the main fuel and the fuel oil used as the auxiliary fuel may be different. The amount of water in the main fuel can be so high that the mixture of water and fuel oil cannot self-ignite. The main fuel and the auxiliary fuel can be sequentially injected into the cylinders through a single fuel valve. Alternatively, the main fuel and auxiliary fuel can be injected into the cylinders through two fuel valves. Since the concentration of the fuel in the auxiliary fuel is higher, the auxiliary fuel is ignited before the main fuel, whereby the heat generated by the combustion of the auxiliary fuel ignites the main fuel. Therefore, the auxiliary fuel acts as the ignition fuel. The internal combustion engine may be configured to ignite the auxiliary fuel through compression ignition, whereby the flame of the auxiliary fuel ignites the main fuel.
일부 실시예들에서, 주연료 중의 물의 질량백분율은 적어도 40%, 적어도 45% 또는 적어도 50%이다.In some embodiments, the mass percentage of water in the main fuel is at least 40%, at least 45% or at least 50%.
주연료 중의 물의 질량백분율은 아래의 방정식에 의해 구해진다.The mass percentage of water in the main fuel is obtained by the following equation.
여기서, 는 주연료 중의 물의 질량백분율이고, 는 주연료 중의 물의 질량이고, 는 주연료의 총질량이다.here, Is the mass percentage of water in the main fuel, Is the mass of water in the main fuel, Is the total mass of the main fuel.
주연료는 바람직하게는 주로 물과 연료유로 구성된다.The main fuel preferably consists mainly of water and fuel oil.
일부 실시예들에서, 부연료 중의 연료유의 질량백분율은 50% 이상, 75% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 99% 이상이다.In some embodiments, the mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is at least 50%, at least 75%, at least 90%, at least 95%, or at least 99%.
부연료 중의 연료유의 질량백분율은 아래의 방정식에 의해 구해진다.The mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is obtained by the following equation.
여기서, 는 부연료 중의 연료유의 질량백분율이고, 는 부연료 중의 연료유의 질량이고, 는 부연료의 총질량이다.here, Is the mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel, Is the mass of fuel oil in the auxiliary fuel, Is the total mass of the auxiliary fuel.
일부 실시예들에서, 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 부연료의 질량백분율은 10%, 7%, 5%, 3% 또는 1% 미만이다.In some embodiments, the mass percentage of subfuel of the total fuel injected into the multiple cylinders is less than 10%, 7%, 5%, 3%, or 1%.
사용되는 부연료의 양을 제한하는 것에 의해 방출되는 NOx의 양이 추가로 감소될 수 있다.By limiting the amount of auxiliary fuel used, the amount of NOx emitted can be further reduced.
다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 부연료의 질량백분율은 아래의 방정식에 의해 구해진다.The mass percentage of the auxiliary fuel among the total fuel injected through multiple cylinders is obtained by the following equation.
여기서, 는 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 부연료의 질량백분율이고, 는 다수의 실린더로 분사되는 부연료의 질량이고, 는 다수의 실린더로 분사되는 전체연료의 총질량이다.here, Is the mass percentage of the auxiliary fuel among the total fuel injected through multiple cylinders, Is the mass of the auxiliary fuel injected into multiple cylinders, Is the total mass of fuel injected into multiple cylinders.
일부 실시예들에서, 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율은 적어도 90%, 93%, 95%, 97% 또는 99%이다.In some embodiments, the mass percentage of the main fuel of the total fuel injected into the multiple cylinders is at least 90%, 93%, 95%, 97%, or 99%.
다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율은 아래의 방정식에 의해 구해진다.The mass percentage of the main fuel among the total fuel injected through multiple cylinders is obtained by the following equation.
여기서, 는 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율이고, 는 다수의 실린더로 분사되는 주연료의 질량이고, 는 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료의 총질량이다.here, Is the mass percentage of the main fuel among the total fuel injected through multiple cylinders, Is the mass of the main fuel injected into multiple cylinders, Is the total mass of fuel injected into multiple cylinders.
기관이 주연료와 부연료로만 작동한다면, 주연료의 질량백분율에 부연료의 질량백분율을 더한 값은 항상 100%일 것이다.If the engine operates on only the main fuel and the auxiliary fuel, the mass percentage of the main fuel plus the mass percentage of the auxiliary fuel will always be 100%.
일부 실시예들에서, 주연료 중의 물과 연료유의 혼합물은 다수의 실린더로 전달되기 전에 유화된다.In some embodiments, the mixture of fuel oil and water in the main fuel is emulsified prior to delivery to the multiple cylinders.
결과적으로, 유화된 주연료 및 바람직하게는 순수한 연료유로 이루어지는 부연료를 사용하는 것에 의해, 실린더들 내에서 물과 연료유의 비균질 혼합물이 형성된다. 이는 부연료의 연료유가 비균질 혼합물을 점화시킬 것이기 때문에 주연료 중의 물의 양이 증가되게 한다.As a result, by using an emulsified main fuel and an auxiliary fuel, which is preferably made of pure fuel oil, a heterogeneous mixture of water and fuel oil is formed in the cylinders. This causes the amount of water in the main fuel to increase because the fuel oil in the secondary fuel will ignite the heterogeneous mixture.
주연료가 물로 적절하게 유화되는 것을 보장하기 위해 계면활성제가 주연료 또는 물에 첨가될 수 있다.Surfactants may be added to the main fuel or water to ensure that the main fuel is properly emulsified with water.
일부 실시예들에서, 각각의 실린더가 제1 연료밸브 및 제2 연료밸브를 포함하고, 내연기관은 주연료를 제1 연료밸브를 통해 분사하고 부연료는 제2 연료밸브를 통해 분사하도록 구성된다.In some embodiments, each cylinder includes a first fuel valve and a second fuel valve, and the internal combustion engine is configured to inject the main fuel through the first fuel valve and the auxiliary fuel through the second fuel valve. .
일부 실시예들에서, 내연기관은 제1 모드와 제2 모드를 구비하며, 내연기관은 제1 모드에서 다수의 실린더 각각에 주연료와 부연료를 분사하도록 구성되고, 제2 모드에서는 다수의 실린더 각각에 연료유를 포함하는 대안적인 주연료를 분사하도록 구성되며, 주연료의 연료유는 제1 유형의 연료유이고 대안적인 주연료의 연료유는 제1 유형의 연료유와 다른 제2 유형의 연료유이며, 부연료의 연료유는 제1 유형의 연료유 또는 제2 유형의 연료유이다.In some embodiments, the internal combustion engine has a first mode and a second mode, wherein the internal combustion engine is configured to inject main fuel and auxiliary fuel into each of a plurality of cylinders in a first mode, and a plurality of cylinders in the second mode. Each is configured to inject an alternative main fuel including fuel oil, the fuel oil of the main fuel being a fuel oil of the first type and the fuel oil of the alternative main fuel being of a second type different from the fuel oil of the first type. It is fuel oil, and the fuel oil of the auxiliary fuel is a first type of fuel oil or a second type of fuel oil.
결과적으로, 기관에 의해 이미 사용되는 유형의 연료유를 부연료로 사용하는 것에 의해, 부연료를 위한 별도의 연료탱크를 제공할 필요가 없다.As a result, by using fuel oil of the type already used by the engine as an auxiliary fuel, there is no need to provide a separate fuel tank for the auxiliary fuel.
내연기관은 또한 제2 모드에서 부연료를 사용하도록 구성될 수 있다. 제1 유형의 연료유는 HFO이고 제2 유형의 연료유는 MGO 또는 MDO와 같이 보다 가벼운 연료유일 수 있다. 이는 기관이 유황 배출 규제가 없는 지역에서는 HFO로 작동되고 유황 배출 규제 지역에서는 MGO 또는 MDO로 작동할 수 있게 한다.The internal combustion engine can also be configured to use an auxiliary fuel in the second mode. The first type of fuel oil is HFO and the second type of fuel oil may be a lighter fuel oil such as MGO or MDO. This allows the agency to operate as HFO in areas with no sulfur emission regulation and as MGO or MDO in areas with sulfur emission regulation.
제2 태양에 따르면, 본 발명은 제1 유형의 연료유를 저장하기 위한 제1 연료탱크, 물 공급 시스템 및 다수의 실린더를 구비하는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관을 포함하는 내연기관 시스템으로, 내연기관이 제1 연료탱크 및 물 공급 시스템과 유체 연결되고, 내연기관이 상기 다수의 실린더 각각에 제1 유형의 연료유와 물 공급 시스템으로부터 제공되는 물을 포함하는 주연료와 연료유를 포함하는 부연료를 분사하도록 구성되고, 내연기관이 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성하게 되는 고온에 의해 주연료와 부연료의 조합을 점화시키도록 구성되되,According to a second aspect, the present invention is an internal combustion engine system comprising a first fuel tank for storing a first type of fuel oil, a water supply system, and a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine having a plurality of cylinders. The engine is in fluid connection with the first fuel tank and the water supply system, and the internal combustion engine includes fuel oil and main fuel including water provided from the first type of fuel oil and water supply system to each of the plurality of cylinders. It is configured to inject fuel and is configured to ignite the combination of the main fuel and the sub-fuel by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed by the internal combustion engine,
● 주연료 중의 물의 질량백분율이 적어도 30%이고,● The mass percentage of water in the main fuel is at least 30%,
● 부연료 중의 연료유의 질량백분율이 주연료 중의 연료유의 질량백분율보다 높은,● The mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is higher than that of the fuel oil in the main fuel,
내연기관 시스템에 관한 것이다.It relates to an internal combustion engine system.
내연기관은 바람직하게는 실린더 당 파워가 적어도 400kW인 해양 선박 추진용 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관이다.The internal combustion engine is preferably a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine for propulsion of marine vessels with a power per cylinder of at least 400 kW.
일부 실시예들에서, 주연료 중의 물의 질량백분율은 적어도 40%, 적어도 45% 또는 적어도 50%이다.In some embodiments, the mass percentage of water in the main fuel is at least 40%, at least 45% or at least 50%.
일부 실시예들에서, 부연료 중의 연료유의 질량백분율은 50% 이상, 75% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 99% 이상이다.In some embodiments, the mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is at least 50%, at least 75%, at least 90%, at least 95%, or at least 99%.
일부 실시예들에서, 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 부연료의 질량백분율은 10%, 7%, 5%, 3% 또는 1% 미만이다.In some embodiments, the mass percentage of subfuel of the total fuel injected into the multiple cylinders is less than 10%, 7%, 5%, 3%, or 1%.
일부 실시예들에서, 다수의 실린더로 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율은 적어도 90%, 93%, 95%, 97% 또는 99%이다.In some embodiments, the mass percentage of the main fuel of the total fuel injected into the multiple cylinders is at least 90%, 93%, 95%, 97%, or 99%.
일부 실시예들에서, 시스템은 제1 입구, 제2 입구 및 제1 출구를 구비하는 유화 시스템을 더 포함하며, 제1 입구는 제1 연료탱크와 유체 연결되고 제2 입구는 물 공급 시스템과 유체 연결되고 제1 출구는 내연기관과 유체 연결되며, 유화 시스템은 물과 제1 유형의 연료유가 유화된 혼합물을 생성하는 것에 의해 주연료를 생성하도록 구성된다.In some embodiments, the system further comprises an emulsification system having a first inlet, a second inlet and a first outlet, the first inlet being in fluid communication with the first fuel tank and the second inlet being in fluid communication with the water supply system. And the first outlet is in fluid communication with the internal combustion engine, and the emulsification system is configured to generate the main fuel by creating an emulsified mixture of water and a first type of fuel oil.
유화 시스템은 계면활성제를 첨가하는 것에 의해 유화 혼합물을 생성할 수 있다.The emulsifying system can produce an emulsified mixture by adding a surfactant.
일부 실시예들에서, 부연료의 연료유는 제1 유형의 연료유이고, 제1 연료탱크는 내연기관에 직접 유체 연결되어 내연기관에 부연료를 제공하고, 내연기관에 유화 시스템을 통해 간접적으로 유체 연결되어 내연기관에 주연료를 제공한다.In some embodiments, the fuel oil of the auxiliary fuel is a first type of fuel oil, the first fuel tank is directly fluidly connected to the internal combustion engine to provide the auxiliary fuel to the internal combustion engine, and indirectly through an emulsification system to the internal combustion engine. It is fluidly connected to provide the main fuel to the internal combustion engine.
결과적으로 주연료 및 부연료 둘 다를 제공하기 위해 단일의 연료탱크가 사용될 수 있다.As a result, a single fuel tank can be used to provide both main and secondary fuels.
일부 실시예들에서, 각각의 실린더가 제1 연료밸브 및 제2 연료밸브를 포함하고, 내연기관은 주연료를 제1 연료밸브를 통해 분사하고 부연료는 제2 연료밸브를 통해 분사하도록 구성된다.In some embodiments, each cylinder includes a first fuel valve and a second fuel valve, and the internal combustion engine is configured to inject the main fuel through the first fuel valve and the auxiliary fuel through the second fuel valve. .
일부 실시예들에서, 시스템은 제2 유형의 연료유를 저장하기 위한 제2 연료탱크를 더 포함할 수 있고, 제2 연료탱크는 내연기관과 유체 연결되며, 내연기관은 제1 모드와 제2 모드를 구비하되, 제1 모드에서 다수의 실린더 각각에 주연료와 부연료를 분사하도록 구성되고, 제2 모드에서는 다수의 실린더 각각에 제2 유형의 연료유를 포함하는 대안적인 주연료를 분사하도록 구성되며, 부연료의 연료유는 제1 유형의 연료유 또는 제2 유형의 연료유이다.In some embodiments, the system may further include a second fuel tank for storing a second type of fuel oil, the second fuel tank in fluid connection with the internal combustion engine, and the internal combustion engine in a first mode and a second A mode, wherein the first mode is configured to inject main fuel and sub-fuel to each of the plurality of cylinders, and in the second mode to inject an alternative main fuel including a second type of fuel oil to each of the plurality of cylinders. And the fuel oil of the auxiliary fuel is a first type of fuel oil or a second type of fuel oil.
본 발명의 각기 다른 태양들이 위에서 설명하고 또한 아래에서 설명하는 내연기관들 및 내연기관 시스템들을 포함하는 각기 다른 방식들로 실시될 수 있고, 태양들 각각이 위에서 설명한 하나 이상의 이점들을 발생시키며, 태양들 각각이 위에서 설명하고 그리고/또는 종속 청구항에 기재된 태양들 중 적어도 하나와 관련하여 설명한 바람직한 실시예에 상응하는 하나 이상의 바람직한 실시예를 구비한다. 또한, 여기서 설명하는 태양들 중 하나와 관련하여 설명하는 실시예들이 다른 태양에도 동일하게 적용될 수 있음을 알 것이다.Different aspects of the present invention may be practiced in different ways, including the internal combustion engines and internal combustion engine systems described above and also below, each of which produces one or more of the advantages described above, and the aspects Each has one or more preferred embodiments corresponding to the preferred embodiments described above and/or in connection with at least one of the aspects recited in the dependent claims. In addition, it will be appreciated that embodiments described in connection with one of the aspects described herein can be equally applied to other aspects.
본 발명의 상술한 그리고/또는 다른 목적들, 피처들 및 장점들은 본 발명의 실시예들에 대한 아래의 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하여 읽으면 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.The above-described and/or other objects, features, and advantages of the present invention will be better understood by reading the following illustrative and non-limiting detailed description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention.
아래의 설명에서, 본 발명이 어떤 식으로 실시될 수 있는지를 예시적으로 나타내는 첨부 도면을 참조한다.In the following description, reference is made to the accompanying drawings, which exemplarily show how the present invention may be practiced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 선박을 추진하기 위한 내연기관 시스템(100)을 개략적으로 도시하는 도면이다. 내연기관 시스템(100)은 제1 유형의 연료유, 예컨대 중유(heavy fuel oil) 또는 경유(gas oil)를 저장하기 위한 제1 연료탱크(103), 물 공급 시스템(104), 유화 시스템(105) 및 4개의 실린더(102)를 구비하는 내연기관(101)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 내연기관(101)은 다른 개수의 실린더, 예컨대 2개의 실린더, 6개의 실린더, 8개의 실린더, 10개의 실린더 또는 12개의 실린더를 포함할 수 있다. 물 공급 시스템(104)은, 예컨대 해수로부터, 정수를 생성하도록 구성될 수 있고 그리고/또는 정수를 담는 물탱크를 포함할 수 있다. 유화 시스템(105)은 제1 연료탱크(103)와 유체 연결되는 제1 입구(108), 물 공급 시스템(104)과 유체 연결되는 제2 입구(109) 및 내연기관(101)과 유체 연결되는 제1 출구(110)를 구비한다. 유화 시스템(105)은 물과 제1 유형의 연료유가 유화된 혼합물을 생성하도록 구성되는데, 여기서 물의 질량백분율은 적어도 30%이다. 유화 시스템(105)은 물과 연료유가 적절하게 유화되는 것을 보장하기 위해 계면활성제를 혼합물에 첨가하도록 구성될 수 있다. 제1 연료탱크(103)는 내연기관(101)에 직접 유체 연결되어 제1 유형의 연료유로 이루어진 부연료를 제공한다. 이에 따라 제1 연료탱크(103)는 내연기관에 (유화 시스템(105)을 통해) 간접적으로 유체 연결되고 또한 직접 유체 연결된다. 각각의 실린더(102)는 제1 연료밸브(106) 및 제2 연료밸브(107)를 포함하며, 내연기관은 주연료를 제1 연료밸브(106)를 통해 분사하고 부연료를 제2 연료밸브(107)를 통해 분사하도록 구성된다. 각각의 실린더는 2개 이상의 연료밸브, 예컨대 총 4개의 연료밸브를 포함할 수 있고, 이 경우 2개의 연료밸브가 주연료용으로 사용되고 2개의 연료밸브는 부연료용으로 사용된다. 내연기관(101)은 실린더(102)들 내의 가스가 압축될 때 달성하게 되는 고온에 의해 주연료와 부연료의 조합을 점화시키도록 구성된다. 다수의 실린더에 분사되는 전체 연료 중 부연료의 질량백분율은 바람직하게는 작으며, 예컨대 10%, 7%, 5% 또는 3% 미만이다. 결과적으로, 다수의 실린더에 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율은 바람직하게는 높으며, 예컨대 적어도 90%, 93%, 95% 또는 97%이다. 따라서, 부연료는 주연료와 부연료의 조합을 점화시키는 점화연료로 작용한다. 결과적으로, 제1 유형의 연료를 포함하는 유화된 주연료와 제1 유형의 연료유만으로 이루어진 부연료를 사용하는 것에 의해 물과 제1 유형의 연료유의 비균질 혼합물이 실린더 내에 형성된다. 이는 부연료의 연료유가 비균질 혼합물을 점화시킬 것이기 때문에 주연료 중의 물의 양이 증가되게 한다.1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine system 100 for propulsion of a marine vessel according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine system 100 includes a
내연기관 시스템은 선택적으로 제2 유형의 오일을 저장하기 위한 제2 연료탱크(111)를 더 포함할 수 있고, 제2 연료탱크(111)는 내연기관(101)에 유체 연결되는데, 내연기관(101)은 제1 모드와 제2 모드를 구비하며, 내연기관(101)은 제1 모드에서는 실린더(102)들 각각에 주연료와 부연료를 분사하도록 구성되고 제2 모드에서는 실린더(102)들 각각에 제2 유형의 연료유를 포함하는 대안적인 주연료를 분사하도록 구성된다. 제2 연료탱크(111)는 유화 시스템(105)을 통해 내연기관(101)에 간접적으로 연결될 수 있고, 이에 의해 대안적인 주연료는 물과 제2 유형의 연료유가 유화된 혼합물, 예컨대 물의 질량백분율이 적어도 30%인 유화 혼합물이다. 따라서 내연기관(101)은 또한 제2 모드에서 부연료를 사용할 수 있다. 대안적으로, 제2 연료탱크(111)는 내연기관(101)에 직접 연결될 수 있고, 이에 의해 제2 모드에서 부연료가 필요 없다. 일부 실시예들(도면에 도시되지 않음)에서, 제2 연료탱크(111)가 내연기관(102)에 직접 연결되어 제1 모드에서는 부연료를 제2 연료밸브(107)에 제공하며 제2 모드에서는 제1 연료밸브(106)에 제공하는데, 이 경우 부연료와 대안적인 주연료 둘 다 제2 유형의 연료유로 이루어진다. 제1 유형의 연료유는 HFO일 수 있고, 제2 유형의 연료유는 MGO 또는 MDO와 같이 보다 가벼운 연료유일 수 있다.The internal combustion engine system may optionally further include a
비록 일부 실시예들을 상세하게 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이 실시예들에 한정되지 않으며, 아래의 특허청구범위에 한정된 본 발명의 요지의 범위 내에서 다른 방식으로 구현될 수 있다. 특히, 다른 실시예들이 사용될 수 있으며 구조적이고 기능적인 변형들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있음을 이해해야 한다.Although some embodiments have been described and illustrated in detail, the present invention is not limited to these embodiments, and may be implemented in other ways within the scope of the gist of the present invention defined by the claims below. In particular, it should be understood that other embodiments may be used and structural and functional modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
다수의 수단들을 열거하는 장치 청구항들에서, 이 수단들 중 다수가 하나의 그리고 동일한 하드웨어 항목으로 구현될 수 있다. 특정한 방안들이 서로 다른 종속항들에서 인용되거나 혹은 각기 다른 실시예들에 기재된다는 사실만으로는 이들 방안들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 지시하는 것은 아니다.In the device claims enumerating multiple means, many of these means may be embodied in one and the same hardware item. The fact that specific measures are recited in different dependent claims or described in different embodiments does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다/포함하는"이라는 용어는 언급되는 피처들, 정수들, 단계들 또는 컴포넌트들의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 피처, 정수, 단계, 컴포넌트 또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는 것으로 고려되어야 함을 강조하는 바이다.The term "comprising/comprising", as used herein, specifies the presence or addition of features, integers, steps or components to which it is mentioned, but not the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components or groups thereof. It is emphasized that it should be considered not to be excluded.
Claims (10)
다수의 실린더 각각에 연료유와 물을 포함하는 주연료와 연료유를 포함하는 부연료를 분사하도록 구성되고, 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성하게 되는 고온에 의해 주연료와 부연료의 조합을 점화시키도록 구성된 내연기관에 있어서,
내연기관이 2행정 크로스헤드 내연기관이고 다수의 실린더에 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율이 적어도 90%이고,
부연료 중의 연료유의 양이 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성되는 고온에 의해 부연료가 자가 점화할 수 있게 할 정도로 충분히 많고, 주연료 중의 물의 양은 주연료가 자가 점화할 수 없을 정도로 많고, 주연료 중의 연료유의 양은 부연료로부터 발생되는 화염이 주연료를 점화시킬 수 있게 할 정도로 충분히 많으며,
내연기관은 압축점화를 통해 부연료를 점화시키고 이에 의해 부연료의 점화로부터 발생된 화염이 주연료를 점화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관. An internal combustion engine having a plurality of cylinders,
It is configured to inject the main fuel including fuel oil and water and the auxiliary fuel including fuel oil into each of the plurality of cylinders, and the combination of the main fuel and the auxiliary fuel is ignited by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed. In the internal combustion engine configured to let,
The internal combustion engine is a two-stroke crosshead internal combustion engine, and the mass percentage of the main fuel among the total fuel injected into the plurality of cylinders is at least 90%,
The amount of fuel oil in the auxiliary fuel is large enough to allow the auxiliary fuel to self-ignite by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed, and the amount of water in the main fuel is so large that the main fuel cannot self-ignite. The amount of fuel oil in the fuel is large enough to allow the flame generated from the secondary fuel to ignite the main fuel,
The internal combustion engine, characterized in that the internal combustion engine is configured to ignite the auxiliary fuel through compression ignition, whereby a flame generated from ignition of the auxiliary fuel ignites the main fuel.
부연료 중의 연료유의 질량백분율이 50% 이상, 75% 이상, 90% 이상, 95% 이상 및 99% 이상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 1,
An internal combustion engine, characterized in that the mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is any one of 50% or more, 75% or more, 90% or more, 95% or more, and 99% or more.
주연료 중의 물과 연료유의 혼합물이 다수의 실린더로 전달되기 전에 유화되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 1 or 2,
An internal combustion engine, characterized in that a mixture of water and fuel oil in the main fuel is emulsified before being delivered to a plurality of cylinders.
각각의 실린더가 제1 연료밸브와 제2 연료밸브를 포함하고, 내연기관이 제1 연료밸브를 통해 주연료를 분사하고 제2 연료밸브를 통해 부연료를 분사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 1,
An internal combustion engine, characterized in that each cylinder includes a first fuel valve and a second fuel valve, and the internal combustion engine is configured to inject the main fuel through the first fuel valve and the secondary fuel through the second fuel valve. .
내연기관이 제1 모드와 제2 모드를 구비하고, 제1 모드에서 다수의 실린더 각각에 주연료와 부연료를 분사하도록 구성되고 제2 모드에서는 다수의 실린더 각각에 연료유를 포함하는 대안적인 주연료를 분사하도록 구성되며, 주연료의 연료유는 제1 유형의 연료유이고 대안적인 주연료의 연료유는 제1 유형의 연료유와 다른 제2 유형의 연료유이며, 부연료의 연료유는 제1 유형의 연료유 또는 제2 유형의 연료유인 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 1,
The internal combustion engine has a first mode and a second mode, and is configured to inject main fuel and sub-fuel into each of the plurality of cylinders in the first mode, and in the second mode, an alternative main fuel comprising fuel oil in each of the plurality of cylinders. It is configured to inject fuel, the fuel oil of the main fuel is fuel oil of the first type, the fuel oil of the alternative main fuel is the fuel oil of the second type different from the fuel oil of the first type, and the fuel oil of the auxiliary fuel is An internal combustion engine, characterized in that it is a first type of fuel oil or a second type of fuel oil.
내연기관이 제1 연료탱크 및 물 공급 시스템에 유체 연결되고, 내연기관 시스템이 상기 다수의 실린더 각각에 제1 유형의 연료유와 물 공급 시스템으로부터 제공되는 물을 포함하는 주연료와 연료유를 포함하는 부연료를 분사하도록 구성되고, 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관이 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성하게 되는 고온에 의해 주연료와 부연료의 조합을 점화시키도록 구성된, 내연기관 시스템에 있어서,
내연기관이 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관이고 다수의 실린더에 분사되는 전체 연료 중 주연료의 질량백분율이 적어도 90%이고,
부연료 중의 연료유의 양이 실린더 내의 가스가 압축될 때 달성되는 고온에 의해 부연료가 자가 점화할 수 있게 할 정도로 충분히 많고, 주연료 중의 물의 양은 주연료가 자가 점화할 수 없을 정도로 많고, 주연료 중의 연료유의 양은 부연료로부터 발생되는 화염이 주연료를 점화시킬 수 있게 할 정도로 충분히 많으며,
내연기관은 압축점화를 통해 부연료를 점화시키고 이에 의해 부연료의 점화로부터 발생된 화염이 주연료를 점화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템.An internal combustion engine system comprising an internal combustion engine having a first fuel tank, a water supply system and a plurality of cylinders for storing a first type of fuel oil,
An internal combustion engine is fluidly connected to a first fuel tank and a water supply system, and the internal combustion engine system comprises fuel oil and a main fuel comprising a first type of fuel oil and water provided from the water supply system to each of the plurality of cylinders. An internal combustion engine system configured to inject a secondary fuel, wherein the two-stroke crosshead diesel internal combustion engine is configured to ignite a combination of the main fuel and the secondary fuel by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed,
The internal combustion engine is a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine, and the mass percentage of the main fuel among the total fuel injected into the plurality of cylinders is at least 90%,
The amount of fuel oil in the auxiliary fuel is large enough to allow the auxiliary fuel to self-ignite by the high temperature achieved when the gas in the cylinder is compressed, and the amount of water in the main fuel is so large that the main fuel cannot self-ignite. The amount of fuel oil in the fuel is large enough to allow the flame generated from the secondary fuel to ignite the main fuel,
The internal combustion engine system, characterized in that the internal combustion engine is configured to ignite the auxiliary fuel through compression ignition, whereby a flame generated from ignition of the auxiliary fuel ignites the main fuel.
부연료 중의 연료유의 질량백분율이 50% 이상, 75% 이상, 90% 이상, 95% 이상 및 99% 이상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템.The method of claim 6,
An internal combustion engine system, characterized in that the mass percentage of fuel oil in the auxiliary fuel is any one of 50% or more, 75% or more, 90% or more, 95% or more, and 99% or more.
시스템이 제1 입구, 제2 입구 및 제1 출구를 구비하는 유화 시스템을 더 포함하며, 제1 입구는 제1 연료탱크와 유체 연결되고 제2 입구는 물 공급 시스템과 유체 연결되고 제1 출구는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관과 유체 연결되며, 유화 시스템이 물과 제1 유형의 연료유가 유화된 혼합물을 생성하는 것에 의해 주연료를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템.The method according to claim 6 or 7,
The system further comprises an emulsification system having a first inlet, a second inlet and a first outlet, wherein the first inlet is in fluid connection with the first fuel tank and the second inlet is in fluid connection with the water supply system and the first outlet An internal combustion engine system in fluid connection with a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine, wherein the emulsification system is configured to generate main fuel by creating an emulsified mixture of water and fuel oil of the first type.
부연료의 연료유가 제1 유형의 연료유이고, 제1 연료탱크는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관에 직접 유체 연결되어 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관에 부연료를 제공하고, 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관에 유화 시스템을 통해 간접적으로 유체 연결되어 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관에 주연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템.The method of claim 6,
The fuel oil of the auxiliary fuel is the first type of fuel oil, and the first fuel tank is directly fluidly connected to the two-stroke crosshead diesel internal combustion engine to provide the auxiliary fuel to the two-stroke crosshead diesel internal combustion engine. An internal combustion engine system, characterized in that indirectly fluidly connected to the engine through an emulsification system to supply main fuel to a two-stroke crosshead diesel internal combustion engine.
시스템이 제2 유형의 연료유를 저장하기 위한 제2 연료탱크를 더 포함하고, 제2 연료탱크는 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관에 유체 연결되며, 2행정 크로스헤드 디젤 내연기관은 제1 모드와 제2 모드를 구비하되 제1 모드에서 다수의 실린더 각각에 주연료와 부연료를 분사하도록 구성되고 제2 모드에서는 다수의 실린더 각각에 제2 유형의 연료유를 포함하는 대안적인 주연료를 분사하도록 구성되며, 부연료의 연료유는 제1 유형의 연료유 또는 제2 유형의 연료유인 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템.The method of claim 6,
The system further comprises a second fuel tank for storing a second type of fuel oil, the second fuel tank being fluidly connected to the two-stroke crosshead diesel internal combustion engine, and the two-stroke crosshead diesel internal combustion engine with the first mode and A second mode is provided, wherein the first mode is configured to inject the main fuel and the sub-fuel into each of the plurality of cylinders, and in the second mode to inject an alternative main fuel comprising a second type of fuel oil into each of the plurality of cylinders. Wherein the fuel oil of the auxiliary fuel is a first type of fuel oil or a second type of fuel oil.
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