KR101300044B1 - 배기가스 또는 연소 가스 재순환을 이용하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진 및 ＮＯｘ 및 매연 배출량의 감소 방법 - Google Patents

배기가스 또는 연소 가스 재순환을 이용하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진 및 ＮＯｘ 및 매연 배출량의 감소 방법 Download PDF

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Abstract

배기가스 재순환 시스템을 구비하고, 물을 연료 유통에 선택적으로 가하여 특정 작동 조건, 예를 들어 높은 배기가스 재순환율로 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시킬 수 있는 연료 분사 시스템을 구비하는 크로스헤드 타입의 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진이 제공된다. 분사 노즐을 통해 질량 유동이 증가하게 되면 고속의 연료 분무기 내로의 새로운 충전물의 유입이 향상되어, 연료/공기의 혼합이 증가하게 되고 희박측(lean side)으로의 연소를 초래하며, 그 결과 매연 형성을 억제한다.

Description

배기가스 또는 연소 가스 재순환을 이용하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진 및 ＮＯｘ 및 매연 배출량의 감소 방법{A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE DIESEL ENGINE WITH EXHAUST- OR COMBUSTION GAS RECIRCULATION AND METHOD FOR REDUCING NOx AND SOOT EMISSIONS}
본 발명은 NOx 형성을 감소시키기 위해 배기가스 재순환을 이용하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진, 및 배기가스 또는 연소 가스 재순환을 이용하여 NOx 형성을 감소시키기 위한 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진의 작동 방법에 관한 것이다.
현재, 엔진 공정에 적용될 변경에 의해 대형 2-행정 디젤 엔진에서 NOx 형성을 감소시키기 위한 다수의 대안, 특히 하기와 같은 대안들이 존재한다.
- 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR)
- 물-유화 연료의 사용
- 새로운 충전물의 가습(humidification), 즉 소기 보습(scavenge air moisterization, SAM).
가장 효과적인 감소 방법은 배기가스 재순환이다. 독일 특허 제 DE 19809618 호에는 배기가스 재순환을 이용하는 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진(이러한 엔진의 경우, 가스는 실린더로부터 직접 취득되며, 따라서 이러한 형태의 배기가스 재순환은 연소 가스 재순환(CGR)로서 지칭됨). 이러한 특허 문헌에서 "배기가스 재순환"을 참고하는 경우에 이는 배기장치로부터 취득된 가스의 재순환 및 실린더로부터 직접 취득된 가스의 재순환 둘 모두를 포함하는 것으로 의미한다.
배기가스 중에서 재순환 배기가스는 압축 초기에 소기(scavenge air)의 산소 함량을 감소시키기 위해 깨끗한 소기와 혼합되며, 이로 인해 연소 공정 도중에 NOx가 형성될 가능성이 감소될 수 있다.
미래의 배출 요건을 충족시키기 위해 필요한 높은 배기가스 재순환율(즉, 소기의 유동에 대해 상대적으로 높은 재순환된 배기가스의 유동)은 결코 대형 2-행정 디젤 엔진에 적용되지 않았다. 높은 배기가스 재순환율은 소형 디젤 엔진에서 과량의 매연 형성을 초래하는 것으로 나타났다. 소형 디젤 엔진에서 이러한 매연 배출의 증가로 인해 엔지 개발자들은 보다 높은 연료 분사 압력을 이용하여 보다 양호한 혼합 및 공기 유입을 확실케 하도록 강요받았다. 그러나 보다 높은 연료 분사 압력은 NOx 형성에서 어느 정도의 증가를 초래하며, 그 결과 초기에 얻어진 NOx 감소량을 어느 정도까지는 감소시킨다. 이러한 과정에서 소형 디젤 엔진의 설계자들은 연료 분사 압력의 상응하는 증가와 함께 더욱 더 높은 배기가스 재순환율을 이용하도록 강요받았다. 최근에는 소형 디젤 엔진 내부의 연료 압력은 종종 2000바(bar) 이상의 값을 가지며, 이 같은 압력 수준에서 연료 유동의 제어는 기술적으로 매우 어려우며 비용이 많이 들고, 내구성 문제를 종종 야기할 것이다.
대형 2-행정 디젤 엔진의 엄청난 크기 및 규모로 인해, 이러한 높은 소형 디젤 엔진의 내부 압력으로 연료를 제어하기 위해 개발된 기술들은 대형 2-행정 디젤 엔진에 직접 적용될 수 없다. 따라서 이 같이 높은 연료 분사 시스템 내 압력을 이용하는 경우, 이러한 극도로 높은 압력을 조작할 수 있는 대형 2-행정 디젤 엔진용 연료 분사 시스템을 개발하기 위해 새로운 기술에 엄청난 투자가 요구될 수 있다.
이러한 배경기술에 따라, 본 발명의 목적은 엔진에서 극도로 높은 연료 압력으로 작동할 필요 없이 높은 배기가스 재순환율로 작동할 수 있는 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 크로스헤드 타입(crosshead type)의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진을 제공함으로써 달성되며, 상기 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진은 복수의 실린더, 배기가스/재순환 가스 재순환 시스템, 및 분사 노즐을 통해 실린더로 분사되는 고압 연료를 실린더에 제공하기 위한 연료 분사 시스템을 포함하되, 배기가스 재순환율은 가변적이고, 연료 분사 시스템은 선택적으로 분사 노즐을 통해 물을 연료의 유동에 가할 수 있고, 연료 분사 시스템은 실제 배기가스 재순환율을 근거로 연료 유동에 물을 가함으로써 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시키도록 구성된다.
배기가스 재순환율이 높은 경우에 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시킴으로써 분사된 유체의 타성(momentum)이 증가하고, 따라서 고속의 연료 분무기 내로 새로운 충전물의 유입은 다르게는 높은 매연 형성을 초래할 수 있는 작동 조건에서 향상된다. 따라서 극도로 높은 연료 분사 압력을 이용할 필요 없이도 여전히 낮은 NOx 값이 수득되는 동안에는 과량의 매연 형성을 피해야 한다.
또한 연료 중에 물의 사용은 연소 온도를 감소시킬 것이고, 따라서 NOx의 형성을 더 감소시킬 것이다.
일 실시예에 따르면, 소정의 연료/물 비율은 배기가스 재순환 비율이 소정의 임계치를 초과하는 경우에 사용된다.
일 실시예에 따르면, 실린더는 각각 적어도 2개의 개별 분사 노즐을 구비하고 있으며, 이때 보다 작은 구멍을 갖는 적어도 하나의 분사 노즐은 물 유동이 연료 유동에 가해지지 않는 경우에 사용하기 위한 것이고, 보다 큰 구멍을 갖는 적어도 하나의 분사 노즐은 물 유동이 연료 유동에 가해지는 경우에 사용하기 위한 것이다. 따라서 연료 유동의 증가는 보다 큰 구멍을 갖는 노즐에 의해 조장될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 물과 연료는 유화되고, 연료/물 혼합물은 노즐을 통해 분사된다.
다른 실시예에 따르면, 연료 분사 유량은 물이 연료의 유동에 가해지는 경우에는 변하지 않는다. 따라서 엔진은 동일한 양의 연료를 수용할 것이고, 엔진이 물/연료 작동과 순수한 연료 작동 사이에서 변경되는 경우에 동일한 부하로 계속해서 작동할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 연료 분사 압력은 물이 연료의 유동에 가해지는 경우에 변하지 않는다. 따라서 엔진은 순수한 연료 작동시의 연료 압력과 실질적으로 동일하게 물/연료 작동 시 연료 압력으로 작동할 것이다.
또 다른 실시예에 따르면, 엔진은 물을 연료 유동에 가하지 않으면서 높은 부하로 적당한 배기가스 재순환율로 운전하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 배기가스 순환 시스템을 통한 질량 유동은 엔진 부하와는 무관하게 실질적으로 일정하게 유지된다.
또 다른 실시예에 따르면, 배기가스 재순환 시스템에는 스크루버(scrubber)가 구비되며, 상기 스크루버는 배기가스 재순환 시스템을 통한 실질적으로 일정한 질량의 유동을 위해 충분하도록 치수를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 연료 분사 시스템은 연료 및 물 유화 시스템을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 연료 분사 시스템은 선택적으로는 순수한 연료로 작동할 수 있고, 선택적으로는 물과 연료의 혼합물로 작동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 엔진은 연료 분사 시스템의 작동을 제어하는 전자 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 전자 제어 유닛은 연료에 물을 가함으로써 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시키는 시점을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 다른 목적은 크로스헤드 타입의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진에서 연료 분사를 제어하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 배기가스 재순환을 이용하는 엔진에서 가변 배기가스 재순환율로 작동하는 단계를 포함하되, 상기 엔진은 연료 분사 시스템을 구비하고 있고, 선택적으로는 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시켜서 물을 연료에 가함으로써 분사된 액체의 타성을 증가시킨다.
일 실시예에 따르면, 물과 연료는 물을 연료에 가하기 위해 유화되어, 노즐을 통해 질량 유동을 증가시킨다.
다른 실시예에 따르면, 주어진 배기가스 재순환율을 초과하는 경우에 노즐을 통해 물은 유동에 가해진다.
일 실시예에 따르면, 배기가스 재순환 시스템을 통한 질량 유동은 엔진 부하와는 무관하게 실질적으로 일정하게 유지된다.
일 실시예에 따르면, 보다 큰 개방공(opening)을 갖는 분사 노즐은 물이 연료 유동에 가하지는 경우에 연료 분사용으로 사용되고, 보다 작은 개방공을 갖는 분사 노즐은 물이 연료 유동에 가해지지 않는 경우에 연료 분사용으로 사용된다.
일 실시예에 따르면, 연료에 가해지는 물의 양은 배기가스 재순환율에 대하여 제어된다.
본 발명에 따른 대형 2-행정 디젤 엔진 및 방법의 또 다른 목적, 특징, 이점 및 특성은 상세한 설명으로부터 자명하게 될 것이다.
본 발명의 상세한 설명의 하기 상세한 부분에서 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 하기 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스헤드 타입의 대형 2-행정 디젤 엔진의 개락도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 크로스헤드 타입의 대형 2-행정 디젤 엔진의 개락도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 크로스헤드 타입의 대형 2-행정 디젤 엔진의 개락도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 크로스헤드 타입의 대형 2-행정 디젤 엔진의 개락도이다.
하기 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 크로스헤드 타입의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진 및 크로스헤드 타입의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진의 작동 방법이 바람직한 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
크로스헤드 타입의 대형 터보차지 디젤 엔진의 구성 및 작동은 그 자체로 널리 공지되어 있으며, 본원에서 더 이상의 설명을 필요로 하지 않는다. 연료 분사 및 배기가스 시스템의 작동에 관한 또 다른 세부사항이 하기에 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 대형 2-행정 디젤 엔진(1)의 제 1 실시예를 나타낸다. 엔진(1)은, 예를 들어 해양용 선박에서 주 엔진으로 사용될 수 있거나, 또는 발전소에서 발전기를 작동하기 위한 정치 엔진(stationary engine)으로서 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들어 5,000 내지 110,000 kW 범위일 수 있다.
엔진에는 복수의 실린더(2)가 서로에 대해 나란히 배치되어 구비된다. 각각의 실린더(2)에는 이의 실린더 덮개와 연합된 배기 밸브(3)가 구비된다. 배기 채널은 배기 밸브(3)에 의해 개폐될 수 있다. 배기 만곡부(4, exhaust bend)는 배기가스 수용부(5)에 연결된다. 배기가스 수용부(5)는 실린더(2)의 열(row)에 평행하게 배치된다. 배기가스는 배기가스 수용부(5)로부터 배기 도관(8)을 통해 터보차저(6)의 터빈을 향해 유도된다. 배기가스는 터빈의 하류에 있는 대기(atmosphere)로 처리된다.
터보차저(7)는 또한 새로운 공기 유입구에 연결되어 있는 콤프레서(compressor)를 포함한다. 콤프레서는 고압의 소기를 소기 냉각기(10) 및 소기 도관(11)을 거쳐 소기 수용부(9)에 전달한다. 소기는 급기(charging air) 수용부(9)에서 개개의 실린더(2)의 소기 포트(12)로 통과한다.
배기가스 재순환 포트(13)를 통해 연소 가스의 일부가 배기가스 수용부(14)로 향하게 된다. 배기가스 수용부(14)는 배기가스 재순환 시스템을 통해 질량 유동을 조절하는 제어 밸브(15), 재순환된 배기가스를 정제하는 스크루버(16), 냉각기(17), 및 예를 들어 스크루버(16)에서 가스 유동에 가해지는 물방울을 제거하는 수연 포획부(18, water mist catcher)를 거쳐 소기 도관(11)에 연결된다.
배기가스 재순환 시스템을 통한 질량 유동은 엔진 부하와는 무관하게 실질적으로 일정하게 유지된다. 따라서 낮은 엔진 부하(예를 들어, 연속 최대 정격의 약 75 % 미만)에서 배기가스 재순환율은 상대적으로 높고, 높은 엔진 부하(예를 들어, 연속 최대 정격의 75 % 초과)에서는 배기가스 재순환율이 상대적으로 적절하다. 배기가스 스크루버(16)는 이러한 높은 부하 작동 조건에서 재순환된 배기가스 유동을 처리하기에 정확히 충분한 치수를 갖는다. 대응 수단이 없는 경우, 낮은 엔진 부하에서의 매연 형성 및 상응하는 높은 배기가스 재순환율은 용인할 수 없을 정도로 높아질 수 있다.
그러나 엔진은 연료 탱크(20) 및 물/연료 유제 탱크(21)를 포함하는 특별히 개조된 연료 분사 시스템을 구비한다. 또한 엔진은 연료/물 유화 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 연료 탱크(20)는 고압 연료를 커먼 레일(23, common rail)에 전달하는 고압 연료 펌프(22)에 연결되어 있다. 커먼 레일(23)은 연료 밸브(24)를 거쳐 실린더(2) 내로 분사되는 고압 연료를 복수의 실린더(2)에 제공한다. 연료 밸브(24)의 분사 노즐에는 실린더(2) 내부의 연소실 내로 연료가 분산되는 상대적으로 작은 개구부(orifice)가 구비된다. 연료 밸브(24)의 작동은 전자 제어 유닛(미도시)에 의해 제어된다. 실린더(2) 당 하나 이상, 예를 들어 2개 또는 3개의 연료 밸브(24)가 존재할 수 있으며, 이들 연료 밸브(24)는 모두 커먼 레일(23)에 연결되어 있다.
연료 분사 시스템은 또한 연료/물 유제를 탱크(21)에서 커먼 레일(26) 내로 고압으로 주입하는 고압 연료 펌프(25)를 포함한다. 커먼 레일(26)은 연료 밸브(27)를 통해 실린더(2) 내로 분사되는 고압 연료/물 유제를 복수의 실린더(2)에 제공한다. 연료 밸브(27)의 분사 노즐에는 상대적으로 큰 개구부가 구비되며, 이를 통해 연료/물 유제가 실린더(2) 내부의 연소실 내로 분산된다. 연료 밸브(27)의 작동은 전자 제어 유닛에 의해 제어된다. 실린더(2) 당 하나 이상, 예를 들어 2개 또는 3개의 연료 밸브(27)가 존재할 수 있으며, 이들 연료 밸브(27)는 모두 커먼 레일(26)에 연결되어 있다.
전자 제어 유닛은 엔진 부하와는 무관하게 작동 도중에 제어 밸브(15)를 거쳐 배기가스 재순환 시스템을 통한 질량 유동을 실질적으로 일정하게 유지한다. 보다 높은 엔진 부하에서 공기 유입 시스템을 통한 질량 유동은 중간 또는 낮은 부하(예를 들어, 최대 연속 정격의 약 75 % 미만)에서보다 실질적으로 높다. 이는 배기가스 재순환율이 높은 부하(예를 들어, 최대 연속 정격의 약 75 % 초과)에서보다 중간 및 낮은 부하에서 실질적으로 높다는 것을 의미한다.
높은 부하에서의 작동 도중에 엔진 제어 유닛은 고압 연료 펌프(22) 및 연료 분사 밸브(24)를 작동시켜 순수한 연료를 연료 분사 밸브(24)를 통해 실린더(2) 내부의 연소실 내로 분사한다. 상대적으로 낮은 배기가스 재순환율로 인해 이들 작동 조건에서 매연 형성이 그렇게 높지 않다.
엔진이 덜 높은 부하에서 작동하고 배기가스 재순환율이 소정의 임계치를 초과하는 경우, 전자 제어 유닛은 연료 분사 밸브(24) 및 고압 연료 펌프(22)의 작동을 중단하고, 대신에 고압 펌프(25) 및 연료 분사 밸브(27)를 작동시켜 실린더(2) 내부의 연소실 내로 연료/물 혼합물 또는 유제를 분사한다. 분사된 연료의 양은 순수한 연료에 의한 작동에서 연료/물 혼합물 또는 유제에 의한 작동으로의 변환, 및 그 반대의 변환 동안에 실질적으로 변하지 않는다. 연료 및 연료/물 유제가 분사되는 압력은 동일하다. 즉, 고압 연료 펌프(22) 및 고압 연료 펌프(25)는 실질적으로 동일한 압력으로 작동한다. 이러한 압력은 대형 2-행정 디젤 엔진의 통상적인 커먼 레일 연료 분사 시스템용으로 사용되는 압력과 동일한 범위일 수 있으며, 이는 전형적으로 800 내지 1,200바의 범위이다.
물이 연료에 가해지는 경우에 분사 노즐을 통해 질량 유동이 증가하게 되면, 고속의 연료 분사기 내로의 새로운 충전물의 유입이 향상되어, 연료/공기 혼합이 증가하게 되고, 희박측(lean side)으로의 연소를 초래하며, 그 결과 매연 형성을 억제한다.
배기가스 재순환율이 소정의 임계치 아래로 떨어지면, 엔진 제어 유닛은 고압 연료 펌프(22) 및 연료 밸브(24)의 작동으로 복귀하고, 고압 연료 펌프(25) 및 연료 밸브(27)의 작동을 중단한다.
도 2는, 배기가스 재순환 시스템이 재순환된 배기가스를 소기 시스템 내로 혼입하지 않고 이를 실린더로 직접 반환한다는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 본질적으로 동일한 본 발명의 제 2 실시예를 예시한다.
도 3은 물과 연료가 연료 펌프(22) 내부에서 혼합된다는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 본질적으로 동일한 본 발명의 제 3 실시예를 예시한다. 연료 펌프는 본 실시예에서 연료와 혼합되는 물의 양을 변경할 수 있는 유형이다. 연료와 혼합되는 물의 양은 전자 제어 유닛에 의해 결정되고, 펌프(22)는 전자 제어 유닛으로부터의 신호에 따라 물의 양을 혼합한다. 전자 제어 유닛은 또한 이들 노즐 내에 소형 개구부가 구비된 연료 밸브(24) 및 이들 노즐 내에 대형 개구부가 구비된 연료 밸브(27)가 사용되는 지를 결정한다. 연료와 혼합되는 물의 양은 본 실시예에서 0 내지 소정의 최대치 범위에서 가변적일 수 있거나(단계적이거나 점진적임), 또는 연료와 혼합되는 물의 양은 ON/OFF 방식에서 고정된 양일 수 있다.
또한 도 3은 연료와 혼합되는 물의 양을 조절하기 위한 선택적인 피드백 제어 시스템을 포함한다. 여기서, 엔진(1)에는 배기 도관(8) 중의 배기가스의 NOx 함량을 측정하기 위한 NOx 센서(28)가 구비되며, 이는 터보차저(7)의 하류에 도시된 바와 같다. NOx 센서(28)로부터의 신호는 제어 박스(29)(전자 제어 유닛)에 공급된다. 제어 박스(29)는 엔진 부하 및 배기가스 재순환율과 같은 기타 엔진 작동 매개변수에 관한 데이터를 수신할 것이고, 이들 데이터에 기초하여 콘트롤러는 물이 존재하는 경우에 얼마나 많은 물이 연료의 유동에 가해질 수 있는 지를 결정하고, 따라서 연료 펌프(22)를 통제한다. 콘트롤러(29)는 본 실시예에서 또한 피드백 제어 루프(feedback control loop)에서 배기가스 재순환율을 조절하도록 구성될 수 있다.
도 4는, 고압 연료 펌프(22) 및 물 펌프(25) 하류에서 물과 연료가 혼합된다는 것을 제외하고는 제 1 실시예과 본질적으로 동일한 본 발명의 제 4 실시예를 예시한다. 이들 펌프(22,25)의 유출구가 병합되어, 연료/물 혼합물을 분사 밸브(24)로 보내는 도관(23)에 연결되어 있다. 상기 실시예가 펌프를 위해 가변 속도를 이용함으로써 가변 용량 없이도 실현될 수 있을 지라도, 본 실시예에서는 물 및 연료 펌프는 가변 용량 타입이다.
상술한 실시예에는 실린더(2)의 바닥부에서 포트로부터 재순환될 배기가스를 취득하는 배기가스 재순환 시스템이 예시되어 있다. 그러나 본 발명은 또한 예를 들어 실린더 덮개에 배치되는 배기가스 재순환 밸브를 거쳐 실린더의 상부로부터 배기가스를 취득하는 배기가스 재순환 시스템과 함께 사용될 수도 있다. 또한 배기가스의 반환은 실린더의 상부에서 이루어질 수 있다.
상술한 실시예에는 연료 탱크 및 연료/물 유제 탱크를 이용하는 연료 분사 시스템이 참고로 예시되어 있다. 그러나 본 발명은 또한 목적하는 물의 양을 다른 방식으로 도입하는 시스템과 함께 사용될 수도 있다. 물 유입구 및 연료 유입구가 구비되어 펌프 내부의 2종의 유체를 혼합하는 고압 연료 펌프를 이용하여서 상기 시스템은 물 탱크 및 연료 탱크만을 필요로 할 것이다. 이 같은 연료 분사 시스템은 연료 분사 시스템 내로 가변 크기의 물의 유동에 의해 작동할 수 있으며, 물의 유동 크기는 배기가스 재순환율에 대해 결정될 수 있다. 즉, 이 같은 시스템은 가변 연료 대 물의 가변 비율로 작동할 수 있으며, 연료 대 물의 비율은 실제 배기가스 재순환율에 대해 결정될 수 있다.
특허청구범위에서 사용된 바와 같은 "포함하는(comprising)"이란 용어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 특허청구범위에서 사용된 바와 같은 정관사 및 부정관사는 복수의 것을 배제하지 않는다.
특허청구범위에서 사용된 도면 부호는 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 발명이 예시를 목적으로 상세하게 개시되어 있을지라도, 이 같은 상세한 설명은 이러한 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한, 당해 기술분야의 숙련자에 의해 본원에서 변경이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (19)

  1. 크로스헤드 타입의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1)에 있어서,
    복수의 실린더(2);
    배기가스/재순환 가스 재순환 시스템; 및
    분사 노즐을 통해 상기 실린더로 분사되는 고압 연료를 상기 실린더(2)에 제공하기 위한 연료 분사 시스템을 포함하되,
    상기 배기가스 재순환율은 가변적이고,
    상기 연료 분사 시스템은 선택적으로 상기 분사 노즐을 통해 연료의 유동에 물을 가할 수 있으며, 및
    상기 연료 분사 시스템은 실제 배기가스 재순환율을 근거로 연료 유동에 물을 가함으로써 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 재순환 비율이 소정의 임계치를 초과하는 경우에 소정의 연료/물 비율이 사용되는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 실린더(2) 각각은 적어도 2개의 분사 노즐을 구비하되, 보다 작은 구멍을 갖는 적어도 하나의 분사 노즐은 물 유동이 연료 유동에 가해지지 않는 경우에 사용하기 위한 것이고, 보다 큰 구멍을 갖는 적어도 하나의 분사 노즐은 물 유동이 연료 유동에 가해지는 경우에 사용하기 위한 것인 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 물과 연료는 유화되고, 연료/물 혼합물은 상기 노즐을 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 분사 유량은 물의 유동이 상기 연료의 유동에 가해지는 경우에 변화하지 않는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 분사 압력은 물이 연료의 유동에 가해지는 경우에 변화하지 않는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 엔진(1)은 물을 연료 유동에 가하지 않고 고부하에서 배기가스 재순환율로 운행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 배기가스 순환 시스템을 통한 질량 유동은 엔진 부하와는 무관하게 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 배기가스 재순환 시스템에는 스크루버(16)를 구비하고, 상기 스크루버(16)는 상기 배기가스 재순환 시스템을 통한 상기 실질적으로 일정한 질량의 유동을 위해 충분하도록 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 분사 시스템은 연료/물 유화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 분사 시스템은 선택적으로 순수한 연료로 작동할 수 있고, 물과 연료의 혼합물로 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 분사 시스템의 작동을 제어하는 전자 제어 유닛을 더 포함하되, 상기 전자 제어 유닛은 물을 연료에 가함으로써 상기 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시키는 시점을 상기 배기가스 재순환율에 대하여 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  13. 제 1 항에 있어서, 측정된 배기가스 중 NOx 값을 이용하여 연료에 가해진 물의 양을 조절하고 또는 상기 배기가스 재순환율을 조절하기 위한 피드백 제어 시스템(28,29)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1).
  14. 크로스헤드 타입의 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진(1)에서 연료 분사를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    배기가스 재순환을 이용하는 엔진(1)에서 가변 배기가스 재순환율로 작동하는 단계를 포함하되, 상기 엔진은 연료 분사 시스템을 구비하고, 선택적으로 분사 노즐을 통해 질량 유동을 증가시켜서 연료에 물을 가함으로써 분사된 액체의 타성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료 분사의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 연료에 물을 가하기 위해 상기 물과 연료를 유화시켜서, 상기 노즐을 통해 질량 유동을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료 분사의 제어 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 주어진 배기가스 재순환율을 초과하는 경우에 상기 분사 노즐을 통해 유동에 물을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사의 제어 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 배기가스 재순환 시스템을 통한 질량 유동은 엔진 부하와는 무관하게 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사의 제어 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 보다 큰 개방공을 갖는 분사 노즐은 물이 연료 유동에 가해지는 경우에 연료 분사용으로 사용되고, 보다 작은 개방공을 갖는 분사 노즐은 물이 연료 유동에 가해지지 않는 경우에 연료 분사용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사의 제어 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 연료 유동에 가해진 물의 양은 상기 배기가스 재순환율에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사의 제어 방법.
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