(57)【要約】本発明は、燃料を燃焼させるための空間を提供するシリンダーと、上記シリンダーにおいて上死点と下死点を往復移動するピストンと、上記シリンダーに結合され、上記シリンダーに燃料と空気を供給するための供給部と、を含み、上記供給部は、上記シリンダーに燃料を供給するための燃料供給機構と、上記シリンダーに空気を供給するための空気供給機構と、を含み、上記空気供給機構は、上記シリンダーの下側と上側の間で上記シリンダーに空気を供給する補助空気供給部材を含み、上記補助空気供給部材は、上記ピストンが下死点から上死点に移動する間に上記燃料供給機構から燃料が供給されるとき空気も一緒に供給することを特徴とする船舶用エンジンに関するものである。
2019536933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させるための空間を提供するシリンダーと、
前記シリンダーにおいて上死点と下死点を往復移動するピストンと、
前記シリンダーに結合され、前記シリンダーに燃料と空気を供給するための供給部と、を含み、
前記供給部は、
前記シリンダーに燃料を供給するための燃料供給機構と、
前記シリンダーに空気を供給するための空気供給機構と、を含み、
前記空気供給機構は、前記シリンダーの下側と上側の間で前記シリンダーに空気を供給する補助空気供給部材を含み、
前記補助空気供給部材は、前記ピストンが下死点から上死点に移動する間に前記燃料供給機構から燃料が供給されるとき空気も一緒に供給することを特徴とする船舶用エンジン。
【請求項２】
前記空気供給機構は、前記シリンダーの下側で前記シリンダーに空気を供給するメイン空気供給部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジン。
【請求項３】
前記補助空気供給部材は、前記メイン空気供給部材が前記シリンダーに空気を供給してから前記シリンダーに空気を供給することを特徴とする請求項２に記載の船舶用エンジン。
【請求項４】
前記燃料供給機構は前記補助空気供給部材に結合され、
前記補助空気供給部材は、前記シリンダーに空気と燃料が混合された混合燃料が供給されるように前記燃料供給機構から供給される燃料に空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジン。
【請求項５】
前記補助空気供給部材は、前記シリンダーに空気を供給するための空気供給手段と、前記空気供給手段と前記シリンダーを連結する空気供給配管と、前記空気供給配管に設けられ、前記シリンダーに空気が供給されるように前記空気供給配管を開閉する空気供給バルブと、を含み、
前記燃料供給機構は、前記シリンダーに燃料を供給するための燃料供給手段と、前記燃料供給手段と前記空気供給配管を連結する燃料供給配管と、前記燃料供給配管に設けられ、前記空気供給配管に燃料が供給されるように前記燃料供給配管を開閉する燃料供給バルブと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジン。
【請求項６】
前記燃料供給配管は、前記空気供給配管より上側に位置するように前記空気供給配管に結合されることを特徴とする請求項５に記載の船舶用エンジン。
【請求項７】
前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブを制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記ピストンに連結されるように設けられるクランクシャフトの回転角度に応じて前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブのそれぞれが前記空気供給配管及び前記燃料供給配管を開閉するように前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブを制御することを特徴とする請求項５に記載の船舶用エンジン。
【請求項８】
前記制御部は、
前記クランクシャフトの回転角度を獲得する獲得モードと、
前記獲得モードで獲得したクランクシャフトの回転角度に応じて前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブのそれぞれの開閉タイミングを調節する制御モードと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の船舶用エンジン。
【請求項９】
前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブを制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記空気供給配管から前記シリンダーに供給される空気が前記燃料供給配管から前記空気供給配管に供給される燃料より遅く供給中断されるように前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブを制御することを特徴とする請求項５に記載の船舶用エンジン。
【請求項１０】
前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブを制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記空気供給配管から前記シリンダーに供給される空気が前記燃料供給配管から前記空気供給配管に供給される燃料より少なくとも先に供給されるように前記空気供給バルブ及び前記燃料供給バルブを制御することを特徴とする請求項５に記載の船舶用エンジン。
【請求項１１】
前記メイン空気供給部材は、前記シリンダーに空気を供給するために空気を貯蔵する空気貯蔵チャンバーを含むことを特徴とする請求項２に記載の船舶用エンジン。
【請求項１２】
前記空気貯蔵チャンバーに貯蔵された空気の一部を前記補助空気供給部材に供給するためのバイパス部を含むことを特徴とする請求項１１に記載の船舶用エンジン。
【請求項１３】
前記バイパス部は、
前記空気貯蔵チャンバーから供給される空気を圧縮貯蔵するためのバイパス貯蔵チャンバーと、
前記バイパス貯蔵チャンバーと前記空気貯蔵チャンバーを連結する第１バイパス配管と、
前記第１バイパス配管に設けられ、前記空気貯蔵チャンバーから前記バイパス貯蔵チャンバーに供給される空気を圧縮させるためのバイパス圧縮機構と、
前記バイパス貯蔵チャンバーに圧縮貯蔵された空気が前記補助空気供給部材に供給されるように前記バイパス貯蔵チャンバーと前記補助空気供給部材を連結する第２バイパス配管と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の船舶用エンジン。
【請求項１４】
前記シリンダーの上側に位置するように前記シリンダーに結合され、前記シリンダーで燃料が燃焼されて発生する排気ガスが排出されるように前記シリンダーを開閉する排気バルブと、
前記排気バルブ及び前記供給部を制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、前記シリンダーが閉鎖されてから前記シリンダーに混合燃料が供給されるように前記排気バルブ及び前記供給部を制御することを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジン。
【請求項１５】
前記シリンダーの上側に位置するように前記シリンダーに結合され、前記シリンダーで燃料が燃焼されて発生する排気ガスが排出されるように前記シリンダーを開閉する排気バルブと、
前記排気バルブを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、燃料がガスであるガスモードの場合、燃料がディーゼルであるディーゼルモードに比べて前記排気バルブが前記シリンダーを閉鎖する閉鎖タイミングがより遅くなるように前記排気バルブを制御することを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶を推進させるための船舶用エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、船舶用エンジンは、ディーゼルエンジン（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ）、ガスエンジン（Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅ）、二重燃料エンジン（Ｄｕａｌ  Ｆｕｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ）などの様々なエンジンを含む。特に、二重燃料エンジン（Ｄｕａｌ  Ｆｕｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ）は２つの燃料、例えば、ガスとディーゼルを併用できるというメリットにより、船舶に多く使用される。
【０００３】
このようなエンジンは、シリンダー内にガスを供給する圧力に応じて低圧型エンジンと高圧型エンジンに分かれる。
【０００４】
低圧型エンジンは、シリンダーの中間にガスを低圧、例えば、５−３０バー（Ｂａｒ）で供給することができるガス供給バルブを設け、空気圧縮の中間過程でガスを噴射して着火する前に空気とガスを予め混合させることにより、予混合燃焼が可能である。
【０００５】
高圧型エンジンは、シリンダーの上側にガスを高圧、例えば、３００バー（Ｂａｒ）で供給することができる燃料噴射バルブを設け、空気を圧縮させてから上側で燃料を噴射して拡散燃焼させることにより、高出力を発生させる。
【０００６】
しかし、従来技術によるエンジンは、以下のような問題がある。
【０００７】
まず、従来技術によるエンジンにおいて、低圧型エンジンは、空気を圧縮させる中間過程でガスを供給するため、ガスと空気が均一に混合されない。そのため、従来技術によるエンジンは、出力が低下するだけでなく、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）が発生し、環境汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増大する問題がある。また、予混合燃焼によるノッキング発生を抑制するためにエンジン圧縮比を下げてエンジンの効率が低下する問題がある。特に、二重燃料エンジンにおいて、ガスを燃料とするガスモードのノッキングを抑制するために低くなった圧縮比は、ディーゼルを燃料とするディーゼルモードにおいてエンジンの効率を悪化させる問題がある。
【０００８】
また、従来技術によるエンジンにおいて、高圧型エンジンは、シリンダーの空気を圧縮させた状態でガスを噴射しなければならないため、ガスを高圧で噴射しなければならない。そのため、従来技術によるエンジンは、ガスを高圧で供給するための別途の高圧燃料供給装置が必要であり、設置費用及び運用費用が増大する問題がある。従って、低費用で上記のような問題点を解決することができる船舶用エンジンの開発が切実に必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した問題を解決すべく案出されたものであり、シリンダーに供給される燃料と空気を均一に混合させることができる船舶用エンジンを提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決すべく、本発明は下記のような構成を含んでもよい。
【００１１】
本発明による船舶用エンジンは、燃料を燃焼させるための空間を提供するシリンダーと、上記シリンダーにおいて上死点と下死点を往復移動するピストンと、上記シリンダーに結合され、上記シリンダーに燃料と空気を供給するための供給部と、を含んでもよい。上記供給部は、上記シリンダーに燃料を供給するための燃料供給機構及び上記シリンダーに空気を供給するための空気供給機構を含んでもよい。上記空気供給機構は、上記シリンダーの下側と上側の間で上記シリンダーに空気を供給する補助空気供給部材を含んでもよい。上記補助空気供給部材は、上記ピストンが下死点から上死点に移動する間に上記燃料供給機構から燃料が供給されるとき空気も一緒に供給することができる。
【００１２】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記空気供給機構は、上記シリンダーの下側で上記シリンダーに空気を供給するメイン空気供給部材を含んでもよい。
【００１３】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記補助空気供給部材は、上記メイン空気供給部材が上記シリンダーに空気を供給してから上記シリンダーに空気を供給することができる。
【００１４】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記燃料供給機構は上記補助空気供給部材に結合され、上記補助空気供給部材は上記シリンダーに空気と燃料が混合された混合燃料が供給されるように上記燃料供給機構から供給される燃料に空気を供給することができる。
【００１５】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記補助空気供給部材は、上記シリンダーに空気を供給するための空気供給手段と、上記空気供給手段と上記シリンダーを連結する空気供給配管と、上記空気供給配管に設けられ、上記シリンダーに空気が供給されるように上記空気供給配管を開閉する空気供給バルブと、を含んでもよい。上記燃料供給機構は、上記シリンダーに燃料を供給するための燃料供給手段と、上記燃料供給手段と上記空気供給配管を連結する燃料供給配管と、上記燃料供給配管に設けられ、上記空気供給配管に燃料が供給されるように上記燃料供給配管を開閉する燃料供給バルブと、を含んでもよい。
【００１６】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記燃料供給配管は、上記空気供給配管より上側に位置するように上記空気供給配管に結合されてもよい。
【００１７】
本発明による船舶用エンジンは、上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブを制御する制御部を含んでもよい。上記制御部は、上記ピストンに連結されるように設けられるクランクシャフトの回転角度に応じて上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブのそれぞれが上記空気供給配管及び上記燃料供給配管を開閉するように上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブを制御することができる。
【００１８】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記制御部は、上記クランクシャフトの回転角度を獲得する獲得モードと、上記獲得モードで獲得したクランクシャフトの回転角度に応じて上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブのそれぞれの開閉タイミングを調節する制御モードと、を含んでもよい。
【００１９】
本発明による船舶用エンジンは、上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブを制御する制御部を含んでもよい。上記制御部は、上記空気供給配管から上記シリンダーに供給される空気が上記燃料供給配管から上記空気供給配管に供給される燃料より遅く供給中断されるように上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブを制御することができる。
【００２０】
本発明による船舶用エンジンは、上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブを制御する制御部を含んでもよい。上記制御部は、上記空気供給配管から上記シリンダーに供給される空気が上記燃料供給配管から上記空気供給配管に供給される燃料より少なくとも先に供給されるように上記空気供給バルブ及び上記燃料供給バルブを制御することができる。
【００２１】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記メイン空気供給部材は、上記シリンダーに空気を供給するために空気を貯蔵する空気貯蔵チャンバーを含んでもよい。
【００２２】
本発明による船舶用エンジンは、上記空気貯蔵チャンバーに貯蔵された空気の一部を上記補助空気供給部材に供給するためのバイパス部を含んでもよい。
【００２３】
本発明による船舶用エンジンにおいて、上記バイパス部は、上記空気貯蔵チャンバーから供給される空気を圧縮貯蔵するためのバイパス貯蔵チャンバーと、上記バイパス貯蔵チャンバーと上記空気貯蔵チャンバーを連結する第１バイパス配管と、上記第１バイパス配管に設けられ、上記空気貯蔵チャンバーから上記バイパス貯蔵チャンバーに供給される空気を圧縮させるためのバイパス圧縮機構と、上記バイパス貯蔵チャンバーに圧縮貯蔵された空気が上記補助空気供給部材に供給されるように上記バイパス貯蔵チャンバーと上記補助空気供給部材を連結する第２バイパス配管と、を含んでもよい。
【００２４】
本発明による船舶用エンジンは、上記シリンダーの上側に位置するように上記シリンダーに結合され、上記シリンダーで燃料が燃焼されて発生する排気ガスが排出されるように上記シリンダーを開閉する排気バルブと、上記排気バルブ及び上記供給部を制御する制御部と、を含んでもよい。上記制御部は、上記シリンダーが閉鎖されてから上記シリンダーに混合燃料が供給されるように上記排気バルブ及び上記供給部を制御することができる。
【００２５】
本発明による船舶用エンジンは、上記シリンダーの上側に位置するように上記シリンダーに結合され、上記シリンダーで燃料が燃焼されて発生する排気ガスが排出されるように上記シリンダーを開閉する排気バルブと、上記排気バルブを制御する制御部と、を含んでもよい。上記制御部は、燃料がガスであるガスモードの場合、燃料がディーゼルであるディーゼルモードに比べて上記排気バルブが上記シリンダーを閉鎖する閉鎖タイミングがより遅くなるように上記排気バルブを制御することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、以下のような効果を得ることができる。
【００２７】
本発明は、シリンダーに燃料と空気を混合させた混合燃料を供給するように具現されることにより、シリンダー内部の空気と燃料を均一に混合させることができるため、低費用で出力の低下を防止するだけでなく、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）の発生を抑制し、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような環境汚染物質の排出量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による船舶用エンジンの概略的なブロック図である。
【図２】本発明による船舶用エンジンの概略的な図面である。
【図３】本発明による船舶用エンジンにおける供給部を説明するための概略的なブロック図である。
【図４】本発明による船舶用エンジンにおける燃料供給機構及び空気供給機構を説明するための概略的なブロック図である。
【図５】本発明による船舶用エンジンにおける燃料供給バルブ及び空気供給バルブを説明するための図２のＡ部分の拡大断面図である。
【図６】本発明による船舶用エンジンにおける燃料供給配管及び空気供給配管を説明するための図５のＢ部分の概略的な断面図である。
【図７】本発明による船舶用エンジンにおいて空気を燃料より先に供給することを説明するための概略的な作動状態図である。
【図８】本発明による船舶用エンジンにおいて空気を燃料より先に供給することを説明するための概略的な作動状態図である。
【図９】本発明による船舶用エンジンにおいて空気を燃料より後で供給中断することを説明するための概略的な作動状態図である。
【図１０】本発明による船舶用エンジンにおいて空気を燃料より後で供給中断することを説明するための概略的な作動状態図である。
【図１１】本発明による船舶用エンジンにおける制御部を説明するための概略的なブロック図である。
【図１２】本発明による船舶用エンジンにおける空気供給バルブ及び燃料供給バルブの開閉タイミングを示した概略的なグラフである。
【図１３】本発明による船舶用エンジンにおける空気貯蔵チャンバー及びバイパス部を説明するための概略的なブロック図である。
【図１４】本発明による船舶用エンジンにおいて排気バルブがシリンダーを閉鎖してから燃料を供給することを説明するための概略的な作動状態図である。
【図１５】本発明による船舶用エンジンにおいて排気バルブがシリンダーを閉鎖してから燃料を供給することを説明するための概略的な作動状態図である。
【図１６】本発明による船舶用エンジンにおける排気バルブ、空気供給バルブ及び燃料供給バルブの開閉タイミングを示した概略的なグラフである。
【図１７】本発明による船舶用エンジンにおけるガスモード及びディーゼルモードによる排気バルブの開閉タイミングを示した概略的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付するに当たり、同じ構成要素に限ってはたとえ他の図面上に表されているとしても可能な限り同じ番号を付したことに留意すべきである。
【００３０】
一方、本明細書に記載されている用語の意味は、以下のように理解すべきである。
【００３１】
単数の表現は文脈上明らかに違う定義をしない限り、複数の表現を含むと理解すべきであり、「第１」、「第２」などの用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別するためのものであり、これらの用語によって権利範囲が限定されてはならない。
【００３２】
「含む」または「有する」などの用語は、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせの存在または付加可能性を事前に排除するものではないと理解すべきである。
【００３３】
「少なくとも１つ」の用語は、１つ以上の関連項目から提示可能な全ての組み合わせを含むと理解すべきである。例えば、「第１項目、第２項目及び第３項目のうち少なくとも１つ」は、第１項目、第２項目または第３項目のそれぞれだけではなく、第１項目、第２項目及び第３項目のうち２以上から提示され得る全ての項目の組み合わせを意味する。
【００３４】
以下では、本発明による船舶用エンジンに関して、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００３５】
図１〜図１７を参照すると、本発明による船舶用エンジン１は、シリンダーに燃料と空気を混合して供給することにより、船舶を推進させるための出力が低下し、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）が発生することを防止するためのものある。ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）は、シリンダー内での異常燃焼によってハンマーで叩いているような音がする現象である。
【００３６】
そのため、本発明による船舶用エンジン１は、大きく、シリンダー２、ピストン３、及び供給部４を含む。
【００３７】
シリンダー２は燃料を燃焼させるための空間を提供する。シリンダー２はエンジンブロック１０（図５に図示）の内部に形成されてもよい。シリンダー２は内部が空いている円筒状に形成されてもよい。シリンダー２とエンジンブロック１０との間にはシリンダーライナー２ａ（図５に図示）が設けられてもよい。シリンダー２にはピストン３が移動可能に設けられてもよい。例えば、ピストン３は、シリンダー２の内部においてＹ軸方向（図２に図示）を基準として上下方向に往復運動をすることができる。シリンダー２には燃料と空気を供給するための供給部４が結合されてもよい。これにより、シリンダー２は供給部４から空気と燃料の供給を受けることができる。シリンダー２はピストン３が往復運動することにより体積が増減することができる。例えば、シリンダー２は、ピストン３が上側方向に移動すると、体積が減少することができる。この場合、シリンダー２に供給された燃料と空気は圧縮されることができる。ピストン３が第１位置Ｐ１（図２に図示）から移動して第２位置Ｐ２（図２に図示）に到達すると、シリンダー２の上側に設けられたマイクロパイロットインジェクタ（不図示）がディーゼルを供給して圧縮された燃料を着火させることにより、燃料と空気が燃焼及び爆発してピストン３を下側方向に移動させることができる。これにより、駆動力が発生し、シリンダー２には排気ガスが発生することができる。第１位置Ｐ１はピストン３が下死点に位置する場合である。第２位置Ｐ２はピストン３が上死点に位置する場合である。シリンダー２は、ピストン３が下側方向に移動すると、体積が増加することができる。ピストン３が下死点側に移動すると、供給部４によって空気がシリンダー２に供給されることができる。従って、シリンダー２で発生した排気ガスは、供給部４で供給した空気によってシリンダー２の外部に排出されることができる。排気ガスは高温のために自然にシリンダー２の外部に排出されることもできる。排気ガスはシリンダー２に結合された排気管に沿って外部に排出されることができる。
【００３８】
ピストン３はシリンダー２に供給された燃料と空気を圧縮するためのものである。ピストン３はシリンダー２に移動可能に設けられる。ピストン３はシリンダー２の内部において上下方向に往復運動をすることができる。ピストン３は円柱状に形成されてもよいが、シリンダー２の内部で移動しながら燃料と空気を圧縮することができるのであれば、他の形態に形成されてもよい。ピストン３は、駆動力を伝達するクランクシャフト（不図示）によって上側方向に移動することができる。ピストン３は棒状のピストンロッドとコネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されてもよい。ピストン３はクランクシャフトによって上側方向に移動する場合、燃料と空気を圧縮させることができる。ピストン３は上死点Ｐ２でシリンダー２に供給された燃料と空気が混合燃焼して爆発することにより、下側方向に移動することができる。従って、ピストン３は、シリンダー２の内部において下死点Ｐ１と上死点Ｐ２の間を往復運動することができる。下死点Ｐ１は、Ｙ軸方向を基準としてピストン３がシリンダー２の内部で最も低い位置に位置する地点である。上死点Ｐ２は、Ｙ軸方向を基準としてピストン３がシリンダー２の内部で最も高い位置に位置する地点である。本発明による船舶用エンジン１は、ピストン３が上死点Ｐ２に到達すると、駆動力を発生させるために圧縮された燃料を爆発させることができる。
【００３９】
供給部４はシリンダー２に燃料と空気を供給するためのものである。供給部４はシリンダー２に結合されてもよい。供給部４はピストン３が上死点Ｐ２から下死点Ｐ１側に移動すると、シリンダー２に空気を供給することができる。この場合、供給部４はシリンダー２の下側で空気を供給することができる。供給部４は、ピストン３が下死点Ｐ１から上死点Ｐ２に移動すると、シリンダー２に空気及び燃料を供給することができる。この場合、燃料は空気と燃料が混合された混合燃料であってもよい。供給部４はシリンダー２の下側と上側の間で混合燃料をシリンダー２に供給することができる。本発明による船舶用エンジン１は、ピストン３が燃料と空気を圧縮する過程、即ち、ピストン３が下死点Ｐ１から上死点Ｐ２に移動する間に空気と燃料を予め混合させた混合燃料をシリンダー２に供給することができるため、圧縮過程でシリンダー２に燃料のみを供給する場合に比べて、シリンダー２内部の空気と燃料を均一に混合させることができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、混合燃料の燃焼効率を向上させることができるため、船舶を推進させるための出力が低下することを防止するだけでなく、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）が発生することを防止することができる。
【００４０】
図３〜図６を参照すると、供給部４は、空気供給機構４１及び燃料供給機構４２を含んでもよい。
【００４１】
空気供給機構４１はシリンダー２に空気を供給するためのものである。空気供給機構４１は外部またはエンジン周辺の空気を吸引してシリンダー２に供給してもよいが、これに限定されず、シリンダー２に空気を供給することができるのであれば、空気を貯蔵する空気貯蔵タンクに貯蔵された空気をシリンダー２に供給することもできる。空気供給機構４１はメイン空気供給部材４１１及び補助空気供給部材４１２を含んでもよい。
【００４２】
メイン空気供給部材４１１はシリンダー２に空気を供給するためのものである。メイン空気供給部材４１１は、シリンダー２の下側に位置するようにエンジンブロック１０に結合されてもよい。メイン空気供給部材４１１は、Ｙ軸方向を基準として補助空気供給部材４１２より低い位置に配置されてもよい。これにより、ピストン３は、シリンダー２で空気と燃料を圧縮させるために、下死点Ｐ１からメイン空気供給部材４１１、補助空気供給部材４１２及び上死点Ｐ２まで順次移動することができる。以下では、ピストン３がメイン空気供給部材４１１に位置した場合を第３位置Ｐ３（図４に図示）、ピストン３が補助空気供給部材４１２に位置した場合を第４位置Ｐ４（図４に図示）とする。第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２、第３位置Ｐ３、第４位置Ｐ４にはピストン３の上面が位置することができる。メイン空気供給部材４１１は、シリンダー２に連通するようにエンジンブロック１０に設けられてもよい。メイン空気供給部材４１１は、シリンダー２を形成するシリンダーライナー２ａの円周に沿って複数個が互いに離隔して形成されてもよい。メイン空気供給部材４１１は、外部の空気を吸入してシリンダー２に供給してもよいが、これに限定されず、空気を貯蔵した後シリンダー２に供給することもできる。メイン空気供給部材４１１は、約４−５バー（ｂａｒ）の圧力でシリンダー２に空気を供給することができる。メイン空気供給部材４１１は、ピストン３の移動に応じてシリンダー２に連通されたり、連通が遮断されることにより、シリンダー２に空気を供給または供給しないことができる。例えば、Ｙ軸方向を基準としてピストン３がメイン空気供給部材４１１より下死点の方に下側に移動すると、メイン空気供給部材４１１はシリンダー２に連通されることができる。即ち、ピストン３が第３位置Ｐ３から第１位置Ｐ１の間に位置すると、メイン空気供給部材４１１はシリンダー２に連通されることができる。これにより、メイン空気供給部材４１１はシリンダー２に空気を供給することができる。例えば、Ｙ軸方向を基準としてピストン３がメイン空気供給部材４１１より上死点の方に上側に移動すると、メイン空気供給部材４１１はシリンダー２との連通が遮断されることができる。即ち、ピストン３が第３位置Ｐ３から第２位置Ｐ２の間に位置すると、メイン空気供給部材４１１はシリンダー２に連通されることができない。そのため、メイン空気供給部材４１１はシリンダー２に空気を供給することができない。シリンダー２には、メイン空気供給部材４１１と補助空気供給部材４１２が空気を供給することができる。メイン空気供給部材４１１と補助空気供給部材４１２はシリンダー２に空気を分けて供給することができる。例えば、シリンダー２が供給を受ける空気の総量が１００だとすると、メイン空気供給部材４１１が９０を供給し、補助空気供給部材４１２が１０を供給することができる。補助空気供給部材４１２が供給する空気は、燃料供給機構４２で供給する燃料と混合され混合燃料としてシリンダー２に供給されてもよい。メイン空気供給部材４１１は、シリンダー２に空気を注入するために空気を貯蔵する空気貯蔵チャンバー４１１１をさらに含んでもよい。空気貯蔵チャンバー４１１１に対しては後述する。
【００４３】
補助空気供給部材４１２はシリンダー２に空気を供給するためのものである。補助空気供給部材４１２はシリンダー２に結合されてもよい。この場合、補助空気供給部材４１２は、シリンダー２の上側と下側との間に位置するようにエンジンブロック２２に設けられてもよい。従って、補助空気供給部材４１２は、シリンダー２の上側と下側との間でシリンダー２に空気を供給することができる。補助空気供給部材４１２は、ピストン３が第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に移動するまでシリンダー２に空気を供給することができる。メイン空気供給部材４１１は、ピストン３が第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に移動するまでシリンダー２に空気を供給することができるため、補助空気供給部材４１２は、メイン空気供給部材４１１がシリンダー２に空気を供給してからシリンダー２に空気を供給することができる。補助空気供給部材は、ピストン３が下死点から上死点に移動する途中において燃料供給機構４２からシリンダー２に燃料が供給されるとき、空気も一緒に供給することができる。この場合、シリンダー２は後述する排気バルブによって閉鎖された場合であってもよい。本発明による船舶用エンジン１は、メイン空気供給部材４１１がシリンダー２に空気を供給するタイミングと補助空気供給部材４１２がシリンダー２に空気を供給するタイミングを正確に区分することができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、メイン空気供給部材４１１及び補助空気供給部材４１２がシリンダー２に供給する空気の割合を容易に調節することができる。補助空気供給部材４１２は、ピストン３が第２位置Ｐ２の方に第４位置Ｐ４を超えて移動すると、シリンダー２に空気を供給しないことができる。なぜなら、補助空気供給部材４１２はピストン３の移動によってシリンダー２との連通が遮断されるためである。補助空気供給部材４１２は、空気供給手段４１２ａ、空気供給配管４１２ｂ、及び空気供給バルブ４１２ｃを含んでもよい。
【００４４】
空気供給手段４１２ａはシリンダー２に空気を供給するためのものである。空気供給手段４１２ａは空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。空気供給手段４１２ａは、空気供給配管４１２ｂを介してシリンダー２に燃料を供給することができる。空気供給手段４１２ａは、外部の空気を吸引してシリンダー２に空気を供給してもよいが、これに限定されず、シリンダー２に空気を供給することができるのであれば、空気を貯蔵する空気貯蔵タンクに貯蔵された空気をシリンダー２に供給することもできる。例えば、空気供給手段４１２ａは、コンプレッサー、インペラ、ポンプのうち少なくとも１つであってもよい。空気貯蔵タンクは空気を圧縮貯蔵することにより、空気供給配管４１２ｂを介してシリンダー２に空気を供給することもできる。
【００４５】
空気供給配管４１２ｂは一側が空気供給手段４１２ａに結合され、他側がシリンダー２に結合されてもよい。空気供給配管４１２ｂは空気を移動させるためのものであり、管またはパイプのような流路であってもよい。空気供給配管４１２ｂは、シリンダー２に連通されるようにシリンダーライナー２ａ（図５に図示）に結合されてもよい。従って、空気供給配管４１２ｂは、空気供給手段４１２ａから供給される空気をシリンダー２に移動させることができる。空気供給配管４１２ｂには空気供給バルブ４１２ｃが設けられてもよい。
【００４６】
空気供給バルブ４１２ｃは空気供給配管４１２ｂを開閉するためのものである。空気供給バルブ４１２ｃは回転式バルブであるボールバルブであってもよいが、これに限定されず、空気供給配管４１２ｂを開閉することができるのであれば、配管にバルブを押し入れて閉めるゲートバルブ、配管をバルブで覆うか塞いで閉めるグローブバルブなどの他のバルブであってもよい。空気供給バルブ４１２ｃは、空気供給配管４１２ｂを開閉するようにエンジンブロック１０に回転可能に結合されてもよい。空気供給バルブ４１２ｃがボールバルブである場合、空気供給バルブ４１２ｃは、Ｘ軸方向（図５に図示）と平行な方向を基準として時計回りまたは反時計回りに回転することができる。Ｘ軸方向は床と平行な方向であってもよいが、必ずしもこれに限定されない。空気供給バルブ４１２ｃは、有線通信及び無線通信のうち少なくとも１つの方法で後述する制御部５に連結されてもよい。これにより、空気供給バルブ４１２ｃは制御部５により回転することで、空気供給配管４１２ｂを開閉することができる。例えば、空気供給バルブ４１２ｃは時計回りに回転すると、空気供給配管４１２ｂを開放することができる。これにより、空気供給手段４１２ａからシリンダー２に空気が供給されることができる。この場合、空気供給手段４１２ａはシリンダー２に空気が供給されるようにシリンダー２の内部圧力より大きい圧力で空気を供給することができる。空気供給バルブ４１２ｃは反時計回りに回転すると、空気供給配管４１２ｂを閉鎖することができる。これにより、シリンダー２には空気が供給されないことができる。空気供給バルブ４１２ｃは、時計回りに回転して空気供給配管４１２ｂを閉鎖し、反時計回りに回転して空気供給配管４１２ｂを開放することもできる。
【００４７】
図３〜図６を参照すると、燃料供給機構４２はシリンダー２に燃料を供給するためのものである。燃料供給機構４２は補助空気供給部材４１２に結合されてもよい。従って、燃料供給機構４２は補助空気供給部材４１２に燃料を供給することにより、シリンダー２に燃料を供給することができる。燃料供給機構４２は、ピストン３が第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に移動するまで燃料をシリンダー２に供給することができる。この場合、シリンダー２は後述する排気バルブによって閉鎖された状態であってもよい。燃料供給機構４２が補助空気供給部材４１２に燃料を供給することにより、シリンダー２には補助空気供給部材４１２が供給する空気と燃料供給機構４２が供給する燃料が混合された混合燃料ＭＦが供給されることができる。この場合、シリンダー２に供給される混合燃料ＭＦの圧力は、約１０バー（ｂａｒ）から２０バー（ｂａｒ）の間であってもよい。混合燃料ＭＦの圧力が２０バー（ｂａｒ）を超えると、補助空気供給部材４１２と燃料供給機構４２のそれぞれの容量が大きくなれなければならないため、全体的なエンジンのサイズが大きくなる問題がある。混合燃料ＭＦの圧力が１０バー（ｂａｒ）未満であれば、シリンダー２に供給された空気の圧力によって混合燃料ＭＦがシリンダー２に円滑に供給されない問題がある。燃料供給機構４２は、ピストン３が第４位置Ｐ４に位置すると、補助空気供給部材４１２に燃料を供給しないことができる。これは、シリンダー２と空気供給配管４１２ｂとの連通が遮断されるためである。燃料供給機構４２は、燃料供給手段４２１、燃料供給配管４２２、及び燃料供給バルブ４２３を含んでもよい。
【００４８】
燃料供給手段４２１はシリンダー２に燃料を供給するためのものである。燃料供給手段４２１は燃料供給配管４２２に結合されてもよい。燃料供給配管４２２は空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。従って、燃料供給手段４２１は、燃料供給配管４２２を介して空気供給配管４１２ｂに燃料を供給することにより、シリンダー２に燃料を供給することができる。燃料供給手段４２１は燃料を貯蔵する燃料貯蔵タンクと、燃料貯蔵タンクに貯蔵された燃料を移送するための移送力を発生させる燃料移送装置と、を含んでもよい。例えば、燃料は天然ガス（ＮＧ）であってもよい。燃料移送装置は燃料を圧縮することにより、燃料供給配管４２２に燃料を供給することができる。この場合、燃料供給手段４２１は、コンプレッサー、インペラ、ポンプのうち少なくとも１つであってもよい。燃料貯蔵タンクは燃料を圧縮貯蔵することにより、燃料供給配管４２２に燃料を供給することもできる。この場合、燃料供給手段４２１は燃料移送装置を含まなくてもよい。
【００４９】
燃料供給配管４２２は一側が燃料供給手段４２１に結合され、他側が空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。燃料供給配管４２２は燃料を移動させるためのものであり、管またはパイプのような流路であってもよい。燃料供給配管４２２は、空気供給配管４１２ｂに連通されるように空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。従って、燃料供給配管４２２は、燃料供給手段４２１から供給される燃料を空気供給配管４１２ｂに移動させることができる。燃料供給配管４２２は、空気供給配管４１２ｂより上側に位置するように空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。上側は重力方向と反対の方向を意味することができるが、燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに燃料が容易に移動できるのであれば、他の方向であってもよい。燃料供給配管４２２は、空気供給配管４１２ｂの上側において第１角度θ（図６に図示）で空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。第１角度θは、０°超過、１８０°未満であってもよい。これにより、燃料供給配管４２２を介して移動する燃料は、重力によって空気供給配管４１２ｂに供給されることもできる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、燃料供給手段４２１が空気供給配管４１２ｂに燃料を移動させるために燃料を圧縮する負荷を下げることができるため、燃料供給手段４２１の使用寿命を延長させることができる。燃料供給配管４２２には燃料供給バルブ４２３が結合されてもよい。
【００５０】
燃料供給バルブ４２３は燃料供給配管４２２を開閉するためのものである。燃料供給バルブ４２３はエンジンブロック１０に移動可能に結合されてもよい。燃料供給バルブ４２３は燃料供給配管４２２にバルブを押し入れて閉めるゲートバルブであってもよいが、これに限定されず、燃料供給配管４２２を開閉することができるのであれば、回転式バルブであるボールバルブ、配管をバルブを覆うか塞いで閉めるグローブバルブなどの他のバルブであってもよい。燃料供給バルブ４２３がゲートバルブである場合、燃料供給バルブ４２３はＹ軸を基準として上下方向に移動することができる。燃料供給バルブ４２３は有線通信及び無線通信のうち少なくとも１つの方法で後述する制御部５に連結され、制御部５によって制御されることができる。燃料供給バルブ４２３は制御部５によって上下方向に移動することにより、燃料供給配管４２２を開閉することができる。例えば、燃料供給バルブ４２３は下側方向に移動すると、燃料供給配管４２２を開放することができる。この場合、燃料供給配管４２２と空気供給配管４１２ｂが連通されることにより、燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに燃料を供給することができる。燃料供給バルブ４２３は上側方向に移動すると、燃料供給配管４２２を閉鎖することができる。この場合、燃料供給配管４２２と空気供給配管４１２ｂは連通が遮断されることができる。これにより、空気供給配管４１２ｂには燃料が供給されないことができる。
【００５１】
図４〜図１２を参照すると、本発明による船舶用エンジン１は制御部５を含んでもよい。
【００５２】
制御部５は、燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃを制御するためのものである。制御部５は、ピストン３に連結されるように設けられるクランクシャフトの回転角度（Ｃｒａｎｋ  Ａｎｇｌｅ）に応じて燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃを制御することができる。制御部５は、クランクシャフトの回転角度に応じて燃料供給バルブ４２３を制御することで、燃料供給配管４２２を開放または閉鎖させることができる。制御部５は、クランクシャフトの回転角度に応じて空気供給バルブ４１２ｃを制御することで、空気供給配管４１２ｂを開放または閉鎖させることができる。制御部５は獲得モード５１及び制御モード５２を含んでもよい。
【００５３】
獲得モード５１はクランクシャフトの回転角度を獲得するモードである。例えば、獲得モード５１の場合、制御部５はクランクシャフトに設けられる角度センサを介してクランクシャフトの回転角度を獲得することができる。制御部５は、クランクシャフトの回転速度を検出するガバナー（Ｇｏｖｅｒｎｏｒ）を介してクランクシャフトの回転角度を獲得してもよいが、これに限定されず、他の装置を介してクランクシャフトの回転角度を獲得することもできる。制御部５は有線装置及び無線装置のうち少なくとも１つの方法で角度センサ、ガバナーなど連結されてもよい。これにより、制御部５は、獲得モード５１の場合、角度センサ、ガバナーなどからクランクシャフトの回転角度を獲得することができる。
【００５４】
制御モード５２は、獲得モード５１で獲得したクランクシャフトの回転角度に応じて燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれの開閉タイミングを調節するモードである。例えば、制御モード５２の場合、制御部５は、獲得モード５１で獲得したクランクシャフトの回転角度の情報提供を受けて燃料供給バルブ４２３を制御することで、燃料供給配管４２２を開閉することができる。燃料供給配管４２２が開放されると、燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに燃料（Ｆｕｅｌ）が供給されることができる。この場合、燃料は天然ガス（ＮＧ）であってもよい。燃料供給配管４２２が閉鎖されると、燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂへの燃料の供給が遮断されることができる。例えば、制御モード５２の場合、制御部５は、獲得モード５１で獲得したクランクシャフトの回転角度の情報提供を受けて空気供給バルブ４１２ｃを制御することで、空気供給配管４１２ｂを開閉することができる。空気供給配管４１２ｂが開放されると、空気供給手段４１２ａから空気供給配管４１２ｂに沿ってシリンダー２に空気（Ａｉｒ）が供給されることができる。空気供給配管４１２ｂが閉鎖されると、空気供給手段４１２ａから空気供給配管４１２ｂに沿ってシリンダー２に供給される空気が遮断されることができる。制御部５は、獲得モード５１の場合、クランクシャフトの回転角度を獲得し、制御モード５２の場合、獲得モード５１で獲得したクランクシャフトの回転角度に応じて燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれの開閉タイミングを調節することができる。制御部５は、制御モード５２の場合、獲得モード５１で獲得したクランクシャフトの回転角度を既設定のクランクシャフトの回転角度に応じた燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれの開閉タイミングデータに適用することにより、燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれの開閉タイミングを調節することができる。クランクシャフトの回転角度に応じた燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれの開閉タイミングデータは、作業者によって予め設定されてもよい。制御部５は、制御モード５２でピストン３が下死点Ｐ１から上死点Ｐ２に移動する途中に燃料と空気が混合された混合燃料がシリンダー２に供給されるように燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃを制御することができる。具体的には、制御部５は、ピストン３が下死点Ｐ１から上側方向に移動してメイン空気供給部材４１１からシリンダー２に供給される空気が遮断されると、空気供給配管４１２ｂを介してシリンダー２に混合燃料の供給を開始し、ピストン３が上側方向にさらに移動してシリンダー２と空気供給配管４１２ｂの連通が遮断されると、混合燃料の供給を中断するように燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃを制御することができる。即ち、制御部５は、ピストン３が第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に移動する前までシリンダー２に混合燃料を供給することができる。これにより、本発明による船舶用エンジン１は、ピストン３が燃料と空気を圧縮する過程で空気と燃料を予め混合させた混合燃料をシリンダー２に供給することができるため、圧縮過程でシリンダー２に燃料のみを供給する場合に比べて、シリンダー２の内部の空気と燃料を均一に混合させることができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、混合燃料の燃焼効率を向上させることができ、船舶を推進させるための出力の低下を防止するだけでなく、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）の発生を防止することができる。また、本発明による船舶用エンジン１は、シリンダー２の中間部分で空気と燃料が混合された混合燃料を供給することができるため、シリンダー２の下側で空気と燃料が別途に供給される場合に比べて圧縮比を高めることができ、エンジン効率を向上させることができる。
【００５５】
図４〜図１２を参照すると、制御部５は、空気供給配管４１２ｂからシリンダー２に供給される空気が燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに供給される燃料より遅く供給中断されるように空気供給バルブ４１２ｃ及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。ここで、燃料はガスであってもよい。図１２は、本発明による船舶用エンジンにおける空気供給バルブ及び燃料供給バルブの開閉タイミングを示した概略的なグラフである。横軸はクランクシャフトの回転角度（Ｃｒａｎｋ  Ａｎｇｌｅ）を示す。縦軸はバルブの移動（Ｖａｌｖｅ  Ｌｉｆｔ）を示す。第１ラインＬ１は空気供給バルブ４１２ｃの開閉タイミングを示したグラフである。第２ラインＬ２は燃料供給バルブ４２３の開閉タイミングを示したグラフである。グラフにおいて、縦軸の上側方向は、燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれが燃料供給配管４２２及び空気供給配管４１２ｂを開放することである。グラフにおいて、縦軸の下側方向は、燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれが燃料供給配管４２２及び空気供給配管４１２ｂを閉鎖することである。制御部５は、クランクシャフトの回転角度に応じて燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃのそれぞれが周期的に燃料供給配管４２２及び空気供給配管４１２ｂを開閉するように燃料供給バルブ４２３及び空気供給バルブ４１２ｃを制御することができる。図１２を参照すると、第２ラインＬ２は第１ラインＬ１の内部に位置している。これは空気供給バルブ４１２ｃが空気供給配管４１２ｂを開放してから燃料供給バルブ４２３が燃料供給配管４２２を開放し、燃料供給バルブ４２３が燃料供給配管４２２を閉鎖してから空気供給バルブ４１２ｃが空気供給配管４１２ｂを閉鎖することを意味する。
【００５６】
まず、空気供給バルブ４１２ｃと燃料供給バルブ４２３の閉鎖タイミングをみると、制御部５は既設定のクランクシャフトの回転角度に応じて燃料供給配管４２２が閉鎖されてから空気供給配管４１２ｂが閉鎖されるように空気供給バルブ４１２ｃ及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。従って、空気供給配管４１２ｂからシリンダー２に供給される空気は、燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに供給される燃料より後で中断されることができる。本発明による船舶用エンジン１は、シリンダー２に供給される混合燃料の供給を中断するとき、燃料供給をまず中断し、空気供給を後で中断することで、空気供給配管４１２ｂに燃料が残ることを防止することができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、空気供給配管４１２ｂに残っている燃料がシリンダー２にさらに供給されることを防止することで、早期点火（Ｐｒｅｉｇｎｉｔｉｏｎ）の発生を防止するだけでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）などの有害物質を含む未燃焼燃料が外部に排出されることを防止して環境保護に寄与することができる。また、本発明による船舶用エンジン１は、シリンダー２に供給される混合燃料の供給を中断するとき、燃料供給をまず中断し、空気供給を後で中断することで、空気供給配管４１２ｂに燃料が残ることを防止してエンジン効率が低下することを防止することができる。
【００５７】
次いで、空気供給バルブ４１２ｃと燃料供給バルブ４２３の開放タイミングをみると、制御部５は、空気供給配管４１２ｂからシリンダー２に供給される空気が燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに供給される燃料より少なくとも先に供給されるように空気供給バルブ４１２ｃ及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。制御部５は既設定のクランクシャフトの回転角度に応じて空気供給配管４１２ｂが開放されてから燃料供給配管４２２が開放されるように空気供給バルブ４１２ｃ及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。従って、空気供給配管４１２ｂからシリンダー２に供給される空気は燃料供給配管４２２から空気供給配管４１２ｂに供給される燃料より先に供給されることができる。本発明による船舶用エンジン１は、シリンダー２に混合燃料を供給するとき、燃料より空気を先に供給することで、空気の流速により空気供給配管４１２ｂの圧力を下げて燃料供給配管４２２の燃料が空気供給配管４１２ｂを移動する空気の方に吸引されるようにすることができる。これにより、本発明による船舶用エンジン１は、空気供給配管４１２ｂで空気と燃料を予め混合させてシリンダー２に供給することにより、シリンダー２で燃料と空気を均一に混合することができ、排気ガス汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を低減させるだけでなく、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）と早期点火（Ｐｒｅ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を改善することができる。
【００５８】
制御部５は、空気供給配管４１２ｂと燃料供給配管４２２が同時に開放されるように空気供給バルブ４１２ｃと燃料供給バルブ４２３を制御することもできる。制御部５は既設定のクランクシャフトの回転角度に応じて空気供給配管４１２ｂと燃料供給配管４２２が同時に開放されるように空気供給バルブ４１２ｃと燃料供給バルブ４２３を制御することができる。この場合、空気供給配管４１２ｂに燃料と空気が同時に供給されることにより、空気と燃料が同時に混合されてシリンダー２に供給されることができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、シリンダー２に供給される空気と燃料を均一に混合させることができるため、排気ガス汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を低減させるだけでなく、ノッキング（Ｋｎｏｃｋｉｎｇ）と早期点火（Ｐｒｅ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を改善し、エンジン効率を向上させることができる。
【００５９】
図１３を参照すると、本発明による船舶用エンジン１において、メイン空気供給部材４１１は空気貯蔵チャンバー４１１１をさらに含んでもよい。
【００６０】
空気貯蔵チャンバー４１１１は、シリンダー２に空気を供給するために空気を貯蔵することができる。空気貯蔵チャンバー４１１１は、シリンダー２の下側に位置するようにエンジンブロック１０に形成されてもよい。空気貯蔵チャンバー４１１１は、シリンダー２が内側に位置するようにシリンダー２よりサイズが大きく形成されてもよい。空気貯蔵チャンバー４１１１は、シリンダー２の下側でシリンダー２に連通されてもよい。これにより、空気貯蔵チャンバー４１１１はシリンダー２に空気を供給することができる。空気貯蔵チャンバー４１１１は、ピストン３が第３位置Ｐ３から第１位置Ｐ１に移動するとき、空気貯蔵チャンバー４１１１とシリンダー２が連通されることにより、シリンダー２に空気の供給を開始することができる。空気貯蔵チャンバー４１１１は、ピストン３が第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３の方に移動するまで空気貯蔵チャンバー４１１１とシリンダー２が連通されることにより、シリンダー２に空気を供給ことができる。空気貯蔵チャンバー４１１１は、ピストン３が第３位置Ｐ３に到達すると、空気貯蔵チャンバー４１１１とシリンダー２の連通が遮断されることにより、シリンダー２に空気を供給することができない。空気貯蔵チャンバー４１１１は、ターボチャージャーの圧縮機、エアクーラー、及びエアレシーバを順番に経た空気の供給を受けることができる。ターボチャージャーの圧縮機は、エンジンの排気ガスを駆動力として空気を圧縮することができる。エアクーラーは圧縮機から圧縮された空気の供給を受けて冷却させることができる。エアクーラーは冷却媒体と圧縮空気を熱交換させて圧縮空気を冷却させてもよいが、これに限定されず、冷却装置を利用するなどの他の方法で圧縮空気を冷却させることもできる。エアレシーバは、エアクーラーから冷却された空気の供給を受けることができる。空気貯蔵チャンバー４１１１はエアレシーバから供給される空気を貯蔵することができる。例えば、空気貯蔵チャンバー４１１１は約４−５バー（Ｂａｒ）の圧力で空気を貯蔵することができる。
【００６１】
図１３を参照すると、本発明による船舶用エンジン１は、バイパス部６をさらに含んでもよい。
【００６２】
バイパス部６は、空気貯蔵チャンバー４１１１に貯蔵された空気の一部を補助空気供給部材４１２に供給するためのものである。バイパス部６は、空気貯蔵チャンバー４１１１と補助空気供給部材４１２の間に位置するように空気貯蔵チャンバー４１１１と補助空気供給部材４１２にそれぞれ連結されてもよい。従って、バイパス部６は、空気貯蔵チャンバー４１１１から空気の供給を受けて補助空気供給部材４１２に供給することができる。バイパス部６は、空気貯蔵チャンバー４１１１から供給された空気を圧縮して補助空気供給部材４１２に供給することができる。バイパス部６は、第１バイパス配管６１、バイパス圧縮機構６２、バイパス貯蔵チャンバー６３、及び第２バイパス配管６４を含んでもよい。
【００６３】
第１バイパス配管６１は、空気貯蔵チャンバー４１１１とバイパス貯蔵チャンバー６３を連結するためのものである。第１バイパス配管６１は管またはパイプであってもよい。第１バイパス配管６１が空気貯蔵チャンバー４１１１とバイパス貯蔵チャンバー６３を連結することにより、空気貯蔵チャンバー４１１１に貯蔵された空気が第１バイパス配管６１に沿って空気貯蔵チャンバー４１１１に供給されることができる。第１バイパス配管６１にはバイパス圧縮機構６２が設けられてもよい。
【００６４】
バイパス圧縮機構６２は、空気貯蔵チャンバー４１１１からバイパス貯蔵チャンバー６３に供給される空気を圧縮させるためのものである。バイパス圧縮機構６２は、空気貯蔵チャンバー４１１１から空気の供給を受けて圧縮した後、第１バイパス配管６１を介してバイパス貯蔵チャンバー６３に圧縮した空気を供給することができる。バイパス圧縮機構６２は、約１０バー（ｂａｒ）から２０バー（ｂａｒ）の間の圧力で空気を圧縮させることができる。これにより、バイパス貯蔵チャンバー６３は、約１０バー（ｂａｒ）から２０バー（ｂａｒ）の間の圧力でバイパス圧縮機構６２から供給された空気を貯蔵することができる。バイパス圧縮機構６２はコンプレッサーまたはインペラであってもよい。
【００６５】
バイパス貯蔵チャンバー６３は、空気貯蔵チャンバー４１１１から供給される空気を圧縮貯蔵するためのものである。バイパス貯蔵チャンバー６３は一側が第１バイパス配管６１に連結され、他側が第２バイパス配管６２に連結されてもよい。従って、バイパス貯蔵チャンバー６３は、第１バイパス配管６１を介して空気の供給を受けることができる。バイパス貯蔵チャンバー６３は内部が空いているチャンバーであって、エンジンブロック１０の内部及び外部のうち少なくとも１つに位置するように設けられてもよい。バイパス貯蔵チャンバー６３は、空気貯蔵チャンバー４１１１より高い圧力で空気を貯蔵することができる。例えば、バイパス貯蔵チャンバー６３が貯蔵する空気の圧力は、約１０バー（ｂａｒ）から２０バー（ｂａｒ）の間であってもよい。バイパス貯蔵チャンバー６３は、バイパス圧縮機構６２によって圧縮された空気を貯蔵することができる。バイパス貯蔵チャンバー６３には、圧縮空気を圧縮された状態に保持させるための再圧縮装置、圧縮空気を冷却させるための冷却装置、圧縮空気を気化させるための気化装置などが設けられてもよい。バイパス貯蔵チャンバー６３は、貯蔵された圧縮空気を第２バイパス配管６２に供給することができる。
【００６６】
第２バイパス配管６４は、バイパス貯蔵チャンバー６３と補助空気供給部材４１２を連結するためのものである。第２バイパス配管６４は管またはパイプであってもよい。第２バイパス配管６４がバイパス貯蔵チャンバー６３と補助空気供給部材４１２を連結することにより、バイパス貯蔵チャンバー６３に貯蔵されている空気が第２バイパス配管６４に沿って補助空気供給部材４１２に供給されることができる。第２バイパス配管６４は、補助空気供給部材４１２の空気供給配管４１２ｂに連通されるるように空気供給配管４１２ｂに結合されてもよい。これにより、バイパス貯蔵チャンバー６３に貯蔵されている空気が第２バイパス配管６４に沿って空気供給配管４１２ｂに移動することができる。空気供給配管４１２ｂに移動した空気は、空気供給バルブ４１２ｃの開閉有無によってシリンダー２に供給または供給が遮断されることができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、補助空気供給部材４１２がバイパス部６を介して空気貯蔵チャンバー４１１１から空気の供給を受けることができるため、空気と燃料混合に使用される空気を供給するための別途の空気供給装置を設ける必要がなく、シリンダー２に混合燃料を供給するための構築費用を節減することができる。別途の空気供給装置及び圧縮装置は空気供給手段４１２ａであってもよい。
【００６７】
図１４〜図１６を参照すると、本発明による船舶用エンジン１は、排気バルブ７を含んでもよい。
【００６８】
排気バルブ７は、Ｙ軸方向を基準としてシリンダー２に移動可能に結合されてもよい。排気バルブ７は、シリンダー２の上側に位置するようにエンジンブロック１０に結合されてもよい。排気バルブ７は、燃料と空気が燃焼して発生する排気ガスがシリンダー２から排出されるようにシリンダー２を開閉するためのものである。排気バルブ７は、有線通信及び無線通信のうち少なくとも１つの方法で制御部５に連結されてもよい。これにより、排気バルブ７は制御部５によって移動することで、シリンダー２を開閉することができる。例えば、排気バルブ７は、制御部５によって下側方向に移動することにより、シリンダー２と排気管を連通させることができる。排気管は排気ガスを外部に排出させるための流路である。これにより、排気バルブ７はシリンダー２を開放することができる。この場合、排気ガスは高温のため自然に排気管を介して外部に排出されるか、シリンダー２の内部に空気が供給されると、空気の圧力によって人為的に排気管を介して外部に排出されることができる。排気バルブ７は、制御部５によって上側方向に移動することにより、シリンダー２と排気管を遮断させることができる。これにより、排気バルブ７はシリンダー２を閉鎖することができる。排気バルブ７がシリンダー２を閉鎖し、ピストン３が上死点の方に移動すると、シリンダー２に混合燃料が供給され、ピストン３が上死点の方にさらに移動すると、供給された混合燃料が圧縮されることができる。
【００６９】
制御部５は、排気バルブ７がシリンダー２を閉鎖してからシリンダー２に混合燃料が供給されるように、排気バルブ７、空気供給バルブ４１２ｃ、及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。制御部５は、獲得モード５１及び制御モード５２によって排気バルブ７、空気供給バルブ４１２ｃ、及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。制御部５は既設定のクランクシャフトの回転角度に応じて排気バルブ７、空気供給バルブ４１２ｃ、及び燃料供給バルブ４２３を制御することができる。第３ラインＬ３（図１６に図示）は、排気バルブ７がシリンダー２を開閉する開閉タイミングを示したグラフである。第３ラインＬ３は、燃料がガスであるガスモードの場合、排気バルブ７がシリンダー２を開閉する開閉タイミング、及び燃料がディーゼルであるディーゼルモードの場合、排気バルブ７がシリンダー２を開閉する開閉タイミングを全て包括したグラフである。第３ラインＬ３は第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２より左側に位置する。これは、排気バルブ７がシリンダー２を開閉した後、空気供給バルブ４１２ｃと燃料供給バルブ４２３が空気供給配管４１２ｂ及び燃料供給配管４２２をそれぞれ開閉することを意味する。制御部５は、シリンダー２にある排気ガスが外部に排出された場合、排気バルブ７を制御してシリンダー２を閉鎖することができる。例えば、制御部５は、ピストン３が第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１まで移動する間、シリンダー２が開放されるように排気バルブ７を制御することができる。制御部５は、ピストン３が第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に位置する前までシリンダー２を開放することができる。従って、シリンダー２で生成された排気ガスは、高温により自然に排出されるか、メイン空気供給部材４１１を介して供給される空気によって人為的に排気管を介して外部に排出されることができる。制御部５は、ピストン３が第３位置Ｐ３に位置すると、シリンダー２を閉鎖することができる。制御部５は、シリンダー２が閉鎖されると、空気供給バルブ４１２ｃ及び燃料供給バルブ４２３を制御して空気供給配管４１２ｂ及び燃料供給配管４２２をそれぞれ開放することができる。これにより、シリンダー２には、燃料と空気が混合された混合燃料ＭＦが供給されることができる。本発明による船舶用エンジン１は、シリンダー２を閉鎖させてからシリンダー２に混合燃料ＭＦを供給することができるため、シリンダー２の外部に燃料が流出するメタンスリップ（Ｍｅｔｈａｎｅ  Ｓｌｉｐ）を防止することができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、燃料に含まれている窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）のような環境汚染物質が船舶の外部に流出することを防止することにより、環境汚染を防止するだけでなく、厳しい環境規制を満たすことができる。
【００７０】
図１７を参照すると、制御部５は、燃料がガスであるガスモード、及び燃料がディーゼルであるディーゼルモードによって異なるように設定されたクランクシャフトの回転角度に応じて排気バルブ７を制御することにより、シリンダー２を閉鎖する排気バルブ７の閉鎖タイミングを調節することができる。この場合、本発明による船舶用エンジン１は、二重燃料エンジン（Ｄｕａｌ  Ｆｕｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ）であってもよい。二重燃料エンジンは、２つの燃料、例えば、天然ガス（ＮＧ）とディーゼル（ＭＤＯ）を混用して船舶を推進させるための出力を発生させることができる。二重燃料エンジンは、ディーゼルインジェクター（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）及びマイクロパイロットインジェクトー（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｉｌｏｔ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。ディーゼルインジェクターとマイクロパイロットインジェクターはシリンダー２の互いに異なる位置に設けられてもよい。ディーゼルインジェクターは、燃料がディーゼル（ＭＤＯ）であるディーゼルモードの場合、空気が圧縮されたシリンダー２にディーゼル（ＭＤＯ）燃料を噴射するためのものである。これにより、二重燃料エンジンは、圧縮空気によりディーゼル燃料が着火されて駆動力を発生させることができる。マイクロパイロットインジェクターは、燃料が天然ガスであるガスモードの場合、ディーゼル油をシリンダー２に噴射してシリンダー２で圧縮されたガス燃料を着火させるためのものである。マイクロパイロットインジェクターは、ガス燃料と空気が圧縮されると、少量のディーゼル油をシリンダーの内部に噴射することにより、圧縮されたガス燃料を着火させることができる。ディーゼルインジェクターは、ディーゼルモードの場合、シリンダー２にディーゼル燃料を供給するためのものであり、マイクロパイロットインジェクターは、ガスモードの場合、シリンダー２に圧縮されたガス燃料を着火させるためのものである。従って、ディーゼルインジェクターがシリンダー２に供給するディーゼルの量がマイクロパイロットインジェクターがシリンダー２に供給するディーゼルの量より多い。図１７を参照すると、第４ラインＬ４は、燃料がディーゼルであるディーゼルモードの場合、排気バルブ７がシリンダー２を開閉する開閉タイミングを示したグラフである。第５ラインＬ５は、燃料がガスであるガスモードの場合、排気バルブ７がシリンダー２を開閉する開閉タイミングを示したグラフである。第５ラインＬ５は、第４ラインＬ４より右側でグラフが下向きになる。これは、ガスモードの場合、排気バルブ７がシリンダー２を閉鎖する閉鎖タイミングがディーゼルモードに比べてさらに遅いことを意味する。制御部５は、ガスモードの場合、ディーゼルモードの場合に比べて排気バルブ７がシリンダー２を閉鎖する閉鎖タイミングがより遅くなるように排気バルブ７を制御することができる。シリンダー２の閉鎖タイミングは、シリンダー２に供給される燃料と空気の圧縮圧力及び圧縮温度と関係がある。即ち、シリンダー２の閉鎖タイミングは、シリンダー２に供給された燃料と空気の有効圧縮比と関係がある。有効圧縮比はエンジンでの実際の圧縮比のことであり、２Ｓｔｒｏｋｅのエンジンで掃気孔が閉められる瞬間の���リンダー２の体積とピストン３が上死点に到達したときのシリンダー２の体積比である。シリンダー２の閉鎖タイミングが早ければ、ピストン３がシリンダー２に供給された燃料と空気を圧縮する圧縮時点が早くなるため、空気と燃料の圧縮圧力が大きくなり、圧縮温度が高くなることができる。シリンダー２の閉鎖タイミングが遅いと、シリンダー２の閉鎖タイミングが早い場合に比べて、ピストン３がシリンダー２に供給された燃料と空気を圧縮する圧縮時点が遅くなるため、空気と燃料の圧縮圧力がさらに低くて圧縮温度がさらに低くなることができる。本発明による船舶用エンジン１において、ガスモードとディーゼルモードの形状圧縮比（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）は同一であってもよい。本発明による船舶用エンジン１は、ガスモードの場合、ディーゼルモードに比べてシリンダー２の閉鎖タイミングを遅らせることにより、ディーゼルモードに比べてシリンダー２内の圧縮圧力を下げて圧縮温度をさらに低くすることができる。この場合、制御部５は、シリンダー２に供給される混合燃料の供給タイミングを遅らせることができる。このため、本発明による船舶用エンジン１は、ガスモードの場合、ディーゼルモードに比べて有効圧縮比を下げることにより、シリンダー２の圧縮温度を下げてピストン３が上死点に到達する前に早期点火（Ｐｒｅｉｇｎｉｔｉｏｎ）することを防止することができる。従って、本発明による船舶用エンジン１は、ガスモード及びディーゼルモードによって、それぞれの有効圧縮比が異ならせることができるため、ガスモード及びディーゼルモードにおいてそれぞれのエンジン効率を向上させることができる。制御部５は、船舶が排出制限区域（ＥＣＡ）を運航する場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）のような有害物質が少なく排出されるガスモードに切り替えることができる。制御部５は、船舶が排出緩和区域（Ｇｌｏｂａｌ）を運航する場合、ディーゼルモードに切り替えることができる。本発明による船舶用エンジン１は、ガスモード及びディーゼルモードによって、排気バルブ７のシリンダー２の閉鎖タイミングが異なるように調節することにより、シリンダー２の構造的な変更なしにエンジン効率を向上させることができる。
【００７１】
以上で説明した本発明は、上述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明確であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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