KR101467419B1 - 배기 또는 연소 가스 재순환 기능을 갖는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기 또는 연소 가스 재순환 기능을 갖는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관 엔진(1)에 관한 것이다. 엔진(1)은 소정의 최대 연속 정격을 갖고, 엔진(1)은 배기 가스 시스템, 소기 시스템, 및 분리 지점(17, 20)에서 상기 배기 가스 시스템과 연결되고 혼합 지점(10, 16)에서 소기 시스템에 연결된 EGR 시스템을 포함하고, 분리 지점(17, 20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부는 최대 연속 정격에서 모든 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 질량 유량보다 낮은 배기 가스 질량 유량을 처리하는 지정된 용량을 가지며, 엔진은 상기 지정된 용량을 초과하는 EGR 시스템을 통해 유동하는 질량 유량을 차감한, 실린더(4)에서 실제로 나오는 질량 유량 없이 가능한 가장 낮은 EGR 비율로 작동하도록 구성된다.

Description

배기 또는 연소 가스 재순환 기능을 갖는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관{A LARGE SLOW RUNNING TURBOCHARGED TWO STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CROSSHEADS AND EXHAUST- OR COMBUSTION GAS RECIRCULATION}
본 발명은 배기 또는 연소 가스 재순환 기능을 갖는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 배기 또는 연소 재순환 기능을 갖는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관의 운전 방법에 관한 것이다.
크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관은 하나 이상의 실린더와 그 내부에 수용된 왕복 피스톤을 구비한 엔진이다. 이들 엔진은 피스톤과 크랭크축 사이에 배치된 크로스헤드를 갖는다. 피스톤과 내부 실린더 벽면 사이 그리고 실린더의 일단의 실린더 커버에 의해 연소실이 정의된다. 실린더 커버는, 연소실로부터 배기 덕트 시스템으로 연소 잔류물을 배출하기 위해, 제어 가능하게 그리고 간헐적으로 작동되는 배기 밸브를 포함한다. 이들 엔진은 또한 산소를 포함하는 가압된 소기 가스(scavenge gas)의 개방을 통한 유입에 의해 제 1 단부를 향한 소기를 위해, 내부에서의 연소 이전에 실린더의 제 2 단부 근처의 연소실 내에 개방을 간헐적으로 설정하기 위한 수단을 가지며, 이들 엔진은 상기 연소실 내의 내부 연소를 위해 압축된 소기 가스로 연료를 분사하기 위한 수단을 포함한다.
위의 정의에 따른 엔진은 주로 "대형 터보차지 2-행정 단류식 크로스헤드 디젤 엔진" 또는 간단히 "대형 2-스트로커(stroker)"라 불리지만, 이들 용어는 완전히 정확하지 않을 수 있고, 또한 줄지어 선 다수의 실린더로 구현되며, 이들의 피스톤은 하나의 크랭크축에서 작동한다. 이들 엔진은 순수 2-행정 작동 순서를 가질 수 있으며 실린더 직경 및 피스톤 행정에 대해 일반적으로 큰 물리적 크기이며, 종종 상대적으로 낮은 회전 속도에서 발전소 발전기의 구동, 해양 선박의 추진, 또는 MW+ 범위의 전원 요건을 충족하기 위한 수 메가와트의 전력을 전달하기 위해 종종 이러한 엔진은 집과 같이 높게 형성된다.
현재, 특히 다음과 같은 엔진 프로세스에 적용되는 변경에 의해 대형 저속 터보차지 내연 기관에서의 질소산화물(NOx)의 형성을 감소시키기 위한 많은 선택이 존재한다:
- 배기 또는 연소 가스 재순환(Exhaust- or combusted Gas Recirculation (EGR)
- 물 유화 연료(water emulsified fuel)의 사용
- 신기(fresh charge)의 가습, 즉, 소기 보습(Scavenge Air Moisterization, SAM)
본 문서의 다음에서, "배기 또는 연소 가스 재순환"이란 용어는 EGR이란 용어로 칭할 것이다.
가장 효과적인 감소 방법은 EGR이었다. 문헌 DE 19809618은 배기 가스 재순환 기능을 구비한 대형 2-행정 터보차지 디젤 엔진을 개시하고 있다(이 엔진에서, 가스는 실린더에서 직접 가져오고 따라서 이러한 형태의 EGR은 또한 연소 가스 재순환(Combusted Gas Recirculation, CGR)이라 칭한다). 본 문서에서 "배기 가스 재순환"이라는 용어가 언급될 때, 이는 배기로부터 가져온 가스와 각각의 연소실에서 직접 가져온 가스 모두를 포함하는 것을 의미한다.
배기 가스 재순환에서, 배기 가스는 깨끗한 소기와 혼합되어 연소의 시작에서 그 결과로 생긴 가스 혼합물의 산소 함유량을 감소시키며, 따라서, NOx가 연소 과정에서 형성되는 기회의 감소가 달성된다.
2011년부터, 새로운 선박에 설치되는 해양 디젤 엔진은 IMO Tier II NOx 배출 요건을 충족해야 한다. 대형 저속 터보차지 내연 기관에 대해, 한계는 14.4 g/kWh일 것이다. 이는 기존 엔진의 수정에 의해 달성될 수 있지만, 이는 연료 소모의 증가를 야기한다.
전용 배출 통제 해역(Emission Control Area, ECA)으로 항해할 때, 2016년 1월 이후 건조된 선박에 설치된 엔진은 저속 엔진에 대해 더욱 낮은 한계인 3.4 g/kWh에서 Tier III를 충족해야 한다. 이 한계는 기존 엔진의 수정에 의해 도달될 수 없으며, 배출을 감소하기 위한 EGR과 같은 다른 방법을 사용해야 한다.
배기 가스 시스템은 엔진의 하나 이상의 터보차저 터빈의 저압측에 SOx 세정기(scrubber) 또는 기타 장치를 구비할 수 있다. SOx 세정기는 부피가 큰 장치이며, 이는 최대 연속 정격(maximum continuous rating, MCR)의 전력 전달에서 엔진이 생성하는 배기 가스의 큰 질량 유량을 처리할 수 있어야 하기 때문이다.
이러한 배경에서, 본 출원의 목적은 다양한 배출 규제를 충족하고, 구성 비용 및 운전 비용의 관점 모두에서 경제적으로 배출 규제를 충족할 수 있는 엔진을 제공하는 것이다.
이 목적은 정의된 최대 연속 정격을 갖고 크로스헤드를 구비한 대형 저속 다기통 터보차지 내연 기관 엔진을 제공함으로써 달성되고, 상기 엔진은 배기 가스 시스템, 소기 시스템, 상기 소기 시스템 내의 컴프레서를 구비한 터보차저, 및 상기 배기 가스 시스템 내의 터빈, 상기 배기 가스 시스템과 소기 시스템에 연결된 EGR 시스템, 및 제어기를 포함하여 구성되고, 상기 제어기는, EGR 시스템으로 진입하는 EGR 질량 유량비와 터빈을 향해 배기 가스 시스템 내에서 유동하는 배기 가스 질량 유량비 사이에서, 상기 EGR 질량 유량비와 배기 가스의 상기 총 질량 유량비의 선택된 EGR 비율로, 실린더에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비를 분배하도록 구성되고, 상기 선택된 EGR 비율은 0 내지 소정의 최대 비율의 범위에서 선택 가능하며, 상기 배기 가스 시스템은 배기 가스 질량 유량비를 처리하도록 지정된 최대 연속 용량을 갖고, 상기 지정된 최대 연속 용량은 상기 최대 연속 정격에서 실린더에서 나오는 총 배기 가스 질량 유량비보다 작으며, 및 상기 제어기는, 실린더에서 나오는 실제 총 배기 가스 질량 유량비가, 상기 선택된 EGR 비율에 관계없이, 배기 가스 시스템의 상기 지정된 최대 용량을 초과하는 경우, 초과 질량 유량비를 EGR 시스템에 공급하도록 구성된다.
따라서, 터보차저의 터빈을 향해 배기 가스 시스템을 통해 유동하는 배기 가스의 최대 질량 유동이 상당히 감소될 수 있으며, 이는 엔진의 운전 및 구성 모두에서 커다란 비용 절감을 제공한다.
따라서, 제어기는 EGR 시스템으로 진입하는 EGR 질량 유량비와 터빈을 향해 배기 가스 시스템 내에서 유동하는 배기 가스 질량 유량비 사이에서,
상기 EGR 질량 유량비와 배기 가스의 상기 총 질량 유량비의 선택된 EGR 비율로, 실린더에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비를 분배하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 상기 지정된 최대 용량은 상기 최대 연속 정격에서 실린더에서 나오는 총 배기 가스 질량 유량비의 50% 내지 90%의 범위이다.
일 실시형태에서, 배기 가스 시스템은 적어도 하나의 배기 가스 처리 구성요소를 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 소기 시스템은 소기 질량 유량비를 처리하기 위한 지정된 최대 용량을 갖고, 상기 지정된 최대 용량은 상기 최대 연속 정격에서 소기 가스 수용부로 유동하는 총 소기 가스의 과급 공기 질량 유동비보다 작다.
일 실시형태에서, 상기 소기 시스템은 적어도 하나의 소기 냉각기를 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 제어기는, 초과 질량 유량비가 없는 배출 요건을 충족하도록 선택된 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 저 배출 모드, 및 배기 가스 시스템을 통해 터보차저의 터빈으로 유동하는 질량 유량비가 상기 지정된 최대 연속 용량을 초과하는 것을 방지하기 위해 0보다 큰 EGR 비율이 필요한 경우를 제외하고 0으로 선택된 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 감소 배출 모드의 적어도 두 가지 모드에서 작동하도록 구성된다.
위의 목적은 정의된 최대 연속 정격을 갖고 크로스헤드를 구비한 대형 저속 다기통 터보차지 내연 기관 엔진의 운전 방법을 제공함으로써 달성되고, 상기 엔진은 배기 가스 시스템, 소기 시스템, 상기 소기 시스템 내의 컴프레서를 구비한 터보차저, 및 상기 배기 가스 시스템 내의 터빈, 상기 배기 가스 시스템과 소기 시스템에 연결된 EGR 시스템, 및 제어기를 포함하여 구성되고, 상기 방법은, EGR 시스템으로 진입하는 EGR 질량 유량비와 터빈을 향해 배기 가스 시스템 내에서 유동하는 배기 가스 질량 유량비 사이에서, 상기 EGR 질량 유량비와 배기 가스의 상기 총 질량 유량비의 선택된 EGR 비율에 따라, 실린더에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비를 분배하는 단계; EGR 비율을 0 내지 소정의 최대 비율의 범위에서 선택하는 단계, 상기 배기 가스 시스템은 배기 가스 질량 유량비를 처리하도록 지정된 최대 연속 용량을 갖고, 상기 지정된 최대 연속 용량은 상기 최대 연속 정격에서 실린더에서 나오는 총 배기 가스 질량 유량비보다 작으며; 및 실린더에서 나오는 실제 총 배기 가스 질량 유량비가, 상기 선택된 EGR 비율에 관계없이, 배기 가스 시스템의 상기 지정된 최대 용량을 초과하는 경우, 초과 질량 유량비를 EGR 시스템에 공급하는 단계를 포함한다.
따라서, 터보차저의 터빈을 향해 배기 가스 시스템을 통해 유동하는 배기 가스의 최대 질량 유동이 상당히 감소될 수 있으며, 이는 엔진의 제조 및 구성 모두에서 커다란 비용 절감을 제공한다.
일 실시형태에서, 상기 방법은 실린더에서 나오는 실제 질량 유량비를 결정하는 단계, 실린더에서 나오는 상기 실제 질량 유량비와 상기 지정된 용량 간의 차이를 결정하는 단계, 상기 실제 질량 유량비가 상기 지정된 용량보다 작거나 같은 경우, 0 내지 소정의 최대 비율 사이의 범위에서 선택된 원하는 EGR 비율을 적용하는 단계, 및 상기 실제 질량 유량비가 상기 지정된 용량보다 큰 경우, 배기 가스 시스템을 통해 터보차저의 터빈으로 유동하는 질량 유량비가 상기 지정된 용량을 초과하지 않는 것을 보장할 수 있을 만큼 높은 EGR 비율을 적용하는 단계를 더 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 방법은, 초과 질량 유량비가 없는 저 배출 요건을 충족하기 위해 필요한 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 저 배출 모드, 및 배기 가스 시스템을 통해 터보차저의 터빈으로 유동하는 질량 유량비가 상기 지정된 최대 연속 용량을 초과하는 것을 방지하기 위해 필요한 가장 낮은 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 감소 배출 모드의 적어도 두 가지 모드 중 하나의 모드에서 상기 엔진을 작동시키는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 일 실시형태에서, 상기 운전 모드는 운전자에 의해 수동으로 선택되거나 상기 제어기의 전자 장치에 의해 자동으로 선택된다.
상기 방법의 일 실시형태에서, 상기 제어기는 엔진의 지리적 위치에 대한 정보를 근거로 운전 모드를 결정한다.
본 개시에 따른 엔진 및 엔진의 운전 방법의 추가의 목적, 특징, 장점 및 특성은 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
본 설명의 다음의 상세한 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시형태를 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다, 여기에서:
도 1은 일 실시형태에 따른 엔진을 나타낸 도면이고,
도 2는 다른 실시형태에 따른 엔진을 나타낸 도면이고,
도 3은 엔진의 운전 방법의 일 실시형태를 설명하는 순서도이다.
도 1은 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관(1)의 형태인 엔진을 나타낸 도면이다. 일 실시형태에서, 엔진(1)은 직렬의 여섯 개의 실린더(4)(절단된 원으로 도시됨)를 구비한다. 대형 터보차지 2-행정 디젤 엔진은 일반적으로 직렬의 5 내지 16 개의 실린더를 구비하며 엔진 프레임(2)에 수용된다.
엔진(1)은 실린더(4)의 하부 영역에서의 소기 포트와 실린더(4)의 상부에서의 배기 밸브를 구비한 2-행정 단류식이다. 이러한 엔진의 일반적인 작동 원리는 잘 알려져 있고 따라서 여기에서 상세하게 설명되지 않는다.
엔진(1)은 터보차저(6)의 컴프레서(7) 상류에 가능하면 소음기(silencer) 또는 여과장치를 구비한 유입구(5)를 포함하는 과급 공기(charging air) 시스템을 구비한다. 터보차저(6)는 또한 아래에서 더욱 상세하게 설명될 배기 가스 시스템의 일부인 터빈(8)을 구비한다. 하나의 터보차저(6)만이 도시되었지만, 또한 다수의 터보차저로 엔진을 작동시킬 수 있다는 것을 이해해야 한다. 압축되고 뜨거운 소기는 소기 가스 수용부(16)로 연장된 파이프(9)를 통해 컴프레서(7)를 떠난다. 소기 가스 수용부(16)에 도달하기 전에, 소기 가스는 우선 제 1 냉각기(11)를 통과하고, 이후 제 2 공기 냉각기(12)를, 그리고 나서 역전 챔버/워터 미스트 캐처(reversing chamber/water mist catcher, 14)를 통과한다.
제 1 냉각기(11)에서, 소기는 가습되고 약간 냉각된다. 공기 냉각기(12)에서, 소기는 일반적으로 섭씨 190도 범위의 온도에서 대략 섭씨 40도로 냉각된다.
혼합 지점(10)에서, 재순환 배기 가스의 유동이 소기 스트림에 첨가된다. 소기 스트림에 첨가되는 재순환 배기 가스의 양은 운전 모드 및 엔진 부하/운전 조건에 따라 0 내지 소정의 최대 질량 유량비 사이에서 가변적이다.
도 1에서, 혼합 지점(10) 상류에 있는 과급 공기 시스템의 구성요소들을 절단선(42) 내에 포함되도록 도시하였다.
역전 챔버/워터 미스트 캐처(14)는 가스 소기 매체 내의 모든 물방울이 포집되고 제거되도록 하여 연소실로 가는 것을 방지한다.
역전 챔버/워터 미스트 캐처(14)로부터, 소기 가스는, 낮은 엔진 부하(일반적으로 대략 40% MCR 이하)에서는 제외하고, 소기 가스 수용부(16)로 직접 향한다. 이러한 낮은 엔진 부하에서, 터빈(8)에 의해 형성된 소기 가스 압력은 일반적으로 불충분하며, 따라서 소기 압력은, 이러한 낮은 엔진 부하 조건에서 기능하도록 전환되는 경우, 보조 송풍기(15)에 의해 증가될 수 있다.
소기 가스 수용부(16)로부터, 소기 가스는 실린더(4)의 정의된 운전 순서에 따라 상기한 소기 포트를 통해 실린더(4) 내의 연소실로 진입한다.
연소 이후, 배기 가스는 각각의 배기 밸브를 통해 실린더(4) 내의 연소실을 떠나고 배기 가스 수용부(17)에 도달한다. 배기 가스 수용부(17)는 종종 엔진(1)의 전체 길이를 따라 연장된 큰 원통형 용기이다. 배기 가스 수용부(17)는 각각의 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 압력 변동을 실질적으로 약화시키기에 충분히 큰 부피를 갖는다. 배기 가스 수용부(17)는 개별 부품으로 분리될 수 있고, 예를 들어, 배기 가스로부터의 소중한 열을 수집하기 위해 또는 전체 엔진 기능을 향상시킬 수 있도록 다양한 물질을 첨가하기 위해, 엔진의 전체 기능을 보충하는 다양한 기능 요소를 내부에 포함할 수 있다.
주어진 엔진(1)은 실린더(4)를 떠나 배기 가스 수용부(17)에 진입하는 배기 가스의 알려진 질량 유량비인, 최대 연속 정격을 갖는다.
배기 가스는 파이프(18)를 통해 배기 가스 수용부(17)를 떠난다. 분리 지점(20)에서, 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량의 일부(백분율)가 EGR 시스템으로 유입되고, 실린더에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량의 나머지 부분은 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부를 통해 유입된다.
분리 지점(20) 하류에서, 배기 가스는 파이프(31) 내에서 터보차저(들)(6)의 터빈(들)(8)로 이어진다. 터빈(8) 하류에서, 본 실시예의 배기 가스는 폐열 회수 장치(33)를 거쳐 파이프(32)로 그리고 SOx 세정기(34)로 이어진다. 이후, 배기 가스는 환경으로, 즉, 주위 공기로 안내된다. 폐열 회수 장치(33) 및 특히 SOx 세정기(34)는 매우 부피가 큰 장치들이며, 따라서, 예를 들어, 엔진이 추진 장치로 사용되는 선박의 함상에서의 공간을 찾기가 쉽지 않다. 보충적인 또는 대안적인 다양한 기타 회수 또는 처리 장치가 분리 지점(20) 하류의 배기 덕트(31 및 32)로 정렬될 수 있다. 배기 가스 질량 유량비가 클수록 관련 장치의 물리적 부피가 크다는 일반적인 규칙은 삽입되는 이러한 모든 장치에 대해 일반적으로 유효하다.
용이한 인식을 위해, 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 구성요소들을 도 1에서 절단선(44)에 둘러싸이도록 도시하였다.
분리 지점(20)으로부터, 재순환 배기 가스는 파이프(28)를 통해 전자 제어 밸브(21), 예비 세정기(pre-scrubber, 22), 혼합 냉각기(23), 습식 세정기(24), 워터 미스트 캐처(25) 및 EGR 송풍기(26)를 거쳐 혼합 지점(10)으로 통과하며, 여기서 재순환 배기 가스가 소기 스트림에 첨가된다.
전자 제어 장치(50)의 형태의 제어기는 전자 제어 밸브(21), EGR 송풍기(26), 보조 송풍기(15) 및 냉각 장치(11, 12, 13)와 관련된 미참조 물 펌프들로 제어 신호를 전송한다. 예를 들어, 연료 분사 시스템, 엔진 냉각 시스템, 엔진 윤활 시스템 및 배기 밸브 작동 시스템과 같은 엔진의 다른 기능을 제어하기 위해 동일한 전자 제어 장치가 또한 사용될 수 있다.
전자 제어 장치(50)는, 전자 제어 밸브(21) 및 EGR 송풍기(26)로의 신호를 통해, 재순환 배기 가스의 비율을 결정한다.
전자 제어 장치(50)는 선택된 운전 모드를 근거로 그리고 엔진 부하와 같은 엔진 구동 조건을 근거로 필요한 EGR 비율을 결정한다. 엔진(1)과 전자 제어 장치(50)는 적어도 두 가지의 다른 모드에서 작동될 수 있도록 구성된다. 하나의 모드는 낮은 NOx 배출값을 제공하는 저 배출 모드(low emission mode, LEM)이다. 다른 모드는 최대 연속 정격 이하의 엔진 부하에서 높은 NOx 배출 수준 형태의 균형(tradeoff)을 갖는 최대 연속 정격 이하의 엔진 부하에서 양호한 연료 효율을 제공하는 감소 배출 모드(reduced exhaust mode, REM)이다.
운전 모드의 선택은 엔진(1)의 지리적 위치에 따라 자동일 수 있거나 또는 엔진(1)의 운전자의 입력을 통해 선택될 수 있거나, 또는 가능하게는 제어를 GPS 장치로 결합함으로써 자동으로 선택될 수 있다.
본 실시형태에 따른 엔진(1)을 이용하여, NOx 배출값은 저 배출 모드에서 ECA Tier III의 중요한 상한선 이하로 안전하게 유지될 수 있다. 저 배출 모드에서, 연료 효율은 양호하며, NOx 배출 수준은 비-ECA에서 요구되는 것보다 상당히 낮다.
Tier III 하의 ECA에서 적용될 예정인 엄격한 배출 규제를 충족하기 위해, 엔진은 저 배출 모드에서 비교적 높은 EGR 비율로 작동된다. 이러한 비교적 높은 EGR 비율은 종종 모든 엔진 부하에 대해 일정하게 유지된다. 일반적으로, 저 배출 모드에서 EGR 비율은 대략 32% 내지 대략 44% 사이이다. 아래의 표 1에 주어진 예에서, 감소 배출 모드에서 EGR 비율은 38%이다. 또한 저 배출 모드에서, EGR 비율은 특정 부분의 부하 상황에서 특정 엔진의 "거동" 효과를 보상하도록 엔진 부하에 대해 다양할 수 있다.
아래의 표 1은 최대 연속 정격의 백분율, EGR 비율 및 다양한 엔진 로드, 즉 25% MCR, 50% MCR, 75% MCR, 및 100% MCR에서의 NOx 배출 수준(g/kWh)으로서의 엔진 부하를 나타낸다. 또한 IMO NOx 사이클에서의 사용을 위한 NOx 값뿐만 아니라 IMO 사이클에 따른 결합된 NOx 값을 나타냈다. 표 1은 또한, 엔진이 100%의 최대 연속 정격에서 구동할 때, 엔진의 모든 실린더에서 나오는 배기 가스의 질량 유량비의 백분율로서 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부를 통한 배기 가스의 질량 유량비를 나타낸다
분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부는(절단선(44)으로 둘러싸임), 논의 중인 엔진에 대한 IMO Tier III ECA 제한을 준수하기 위해, 최대 연속 정격에서 EGR 시스템을 통과해야 하는 배기 가스의 질량 유량비의 값만큼 감소된, 최대 연속 정격에서 엔진(1)이 작동할 때, 기껏해야 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비에 해당하는, 배기 가스의 질량 유량비를 처리할 수 있는 크기를 갖는다.
분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 질량 유량비에 대한 이러한 지정된 용량(C)은 절단선(44)로 둘러싸인 영역 내부의 배기 가스 시스템의 일부의 구성요소의 "크기"/용량에 의해 결정(즉, 제한)된다.
본 문서에서 "크기를 갖는(dimensioned)"라는 용어는 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템과 이의 구성요소들이, 어떠한 실질적인 과용량(overcapacity) 없이, 즉 시스템이 과잉 크기를 갖지(overdimensioned) 않고, 지정된 용량(질량 유량비)을 다룰 수 있는 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템을 구성하도록 설계되고 구성된다는 것을 의미한다.
이러한 지정된 용량(C)을 초과하고 EGR 시스템을 통과할 필요가 있는 실린더(4)로부터의 배기 가스 유량비를 이하에서 또한 초과 질량 유량비로 칭한다.
예를 들어, 대략 100 rpm에서 대략 36 MW의 토크를 내는, MAN B&W 6K98ME-C7과 같은, 98 cm의 보어 및 대략 2.4 m의 스트로크를 갖는 6기통 엔진의 최대 연속 정격에서 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비는 대략 300,000 kg/h일 것이다. 아래의 표 1에서와 같은 EGR 비율에서, 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부는 이러한 엔진에 있어서 62%, 즉 186,000 kg/h만을 처리하는 지정된 용량을 갖도록 하는 크기를 가질 것이다. 최대 연속 정격에서, EGR 시스템을 통과한 초과 질량 유량비는 시간당 114 미터톤일 것이다.
엔진(1)이 감소 배출 모드에서 작동될 때, EGR 비율은 모든 엔진 부하에서 일정하게 유지되지 않는다. 그 대신, EGR 비율은 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부의 지정된 용량을 초과하지 않고 가능하면 낮게 유지된다. 표 1에 도시된 바와 같이, 전자 제어 장치(50)는 최대 연속 정격과 동일하거나 62% 이하인 모든 엔진 부하에 대해 EGR 비율을 0으로 유지한다. 최대 연속 정격의 62% 이상의 엔진 부하에 대해, 전자 제어 장치(50)는 지정된 용량, 즉 100% 최대 연속 정격에서 실린더에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비의 62%에 해당하는, 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부를 통한 질량 유량비가 되는 EGR 비율을 적용한다. 따라서, 감소 배출 모드에서, 다른 이유로 EGR 시스템을 통해 일부 배기 가스를 여전히 재순환시킬 필요가 있지 않는 한, 엔진(1)은 62% 내지 100%의 엔진 부하에서 0 내지 38% 사이에서 변하는 EGR 속도로 그리고 62% 이하의 엔진 부하에서 0의 EGR 속도로 작동된다.
Tier II 엔진 ECA-Tier III 모드(저 배출 모드) 비 ECA - 감소 배출 모드
MCR%
EGR%		 100% 75% 50% 25%
38% 38% 38% 38%		 100% 75% 62% 50% 25%
38% 18% 0% 0% 0%
유동치 62% 46% 31% 15% 62% 62% 62% 50% 25%
NOx 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 9.3 14.4 14.4 14.4
가중치 0.7 1.7 0.5 0.5 0.7 4.7 2.2 2.2
NOx IMO 사이클 3.4 9.7
실린더에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비(엔진 부하에 따라 가능한 한 낮은 EGR 비율을 적용하는 REM 운전 모드를 갖고 100% 최대 연속 정격)보다 낮은 배기 가스의 질량 유량비를 처리하기 위한 크기(또는 용량)를 갖는, 분리 지점(20) 하류의 배기 시스템의 조합은 구성 및 작동의 관점 모두에서 전체적으로 경제적인 엔진 개념을 제공한다.
위의 표 1에서의 숫자는 예시적인 것이다. TIER III 모드에서 적용되는 EGR 비율에 대한 다른 값들이 가능하다. EGR 유동에 대해 사용되는, 실린더에서 나오는 총 배기 가스의 배기 가스 질량 유량비의 백분율은 10% 내지 50%의 범위, 바람직하게는 20% 내지 45%의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 36% 내지 40% 사이일 수 있다.
따라서, 분리 지점(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부가 처리할 수 있는 크기인, 배기 가스의 질량 유량비의 크기는, 상기한 최대 연속 정격에서 실린더에서 나오는 총 배기 가스의 배기 가스 질량 유량비의 50% 내지 90%의 범위, 바람직하게는 55% 내지 80%의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 60% 내지 64%일 수 있다.
도 2는 EGR 시스템이 배기 가스 수용부(17)에서 배기 시스템과 연결되어, 배기 가스 수용부(17)가 분리 "지점"/위치를 적절하게 형성하고, EGR 시스템이 소기 가스 수용부(16)에서 소기 시스템에 연결되어, 혼합 지점을 형성하는 것을 제외하고, 도 1에 도시된 실시형태와 본질적으로 동일한 엔진(1)의 또 다른 실시형태를 도시한다. 본 실시형태에서, 또한 워터 미스트 캐처(14)와 보조 송풍기(15)는 혼합 지점 상류의 소기 시스템의 일부에 포함되어, 이들 구성요소가 더욱 작을 크기를 갖게 한다. 그 외에, 도 2에 따른 엔진의 운전 및 제어는 도 1에 따른 엔진과 동일하다.
혼합 "지점" 또는 위치(10)의 또 다른 위치가 또한 가능하다. 청구항에 정의된 일군의 실시형태는 재순환 배기 가스의 컴프레서(7) 상류 지점에서의 첨가를 포함한다. 이에 의해, 예를 들어, 가압된 EGR 스트링(EGR string)으로부터의 출력에 대한 요건이 실질적으로 감소된다. 그러나, 최대 연속 정격에서 과급 가스(charging gas)의 총 질량 유량비를 처리하기 위해 소기 가스 흡기 시스템(42) 내의 일부 구성요소의 증가된 용량이 제공되어야 한다. 소기를 위한 개방(들)의 폐쇄 이전 또는 이후에 재순환을 위해 배기 가스를 직접 각각의 실린더에 유입시키는 실시형태가 또한 청구 범위에 포함된다. 이러한 실시형태를 위해, EGR 스트링은, 특히 실린더로의 분배를 위한 밸브 및 필요한 압력 레벨에 대해, 그에 맞게 구성되어야 한다.
도 3은 단순화된 순서도에서, 엔진의 운전 방법의 예를 설명하고 있다. 방법은 전자 제어 장치(50)로의 GPS 또는 다른 항법 신호를 통해 선박/엔진(1)의 지리적 위치의 결정을 포함한다. 전자 제어 장치(50)는, 내부에 저장된 정보를 근거로, 결정된 지리적 위치가 ECA 영역 내에 속하는지 여부를 결정한다. 결정된 지리적 위치가 실제로 ECA 내에 있는 경우, 전자 제어 장치(50)는 고정된 소정 EGR 비율을 갖는 저 배출 모드 운전 방법을 선택한다. 결정된 지리적 위치가 ECA 외부에 속하는 경우, 전자 제어 장치(50)는 감소 배출 모드를 선택하고 가장 낮은 EGR 속도로 작동한다. 특정 간격으로, 전자 제어 장치(50)는 지리적 위치를 확인하고 ECA 내부 또는 외부에 배치된 결과에 따라 운전 모드를 자동으로 선택한다. 원칙적으로 언제든지, 예를 들어, 비상 상황의 경우, 엔진 운전자가 운전 모드의 선택을 수동으로 무효로 하는 것이 가능하다.
감소 배출 모드에서 운전할 때 가장 낮은 EGR 속도를 결정하기 위해, 전자 제어 장치(50)는 실린더로부터의 실제 질량 유량비를 결정한다. 일 실시형태에서, 이는 전자 제어 장치(50) 내에 저장된 룩업 테이블을 이용하여 용이해지며, 이 테이블은 최대 연속 정격의 백분율로서의 엔진 부하에 대한 실린더로부터의 질량 유량비를 포함한다. 그리고 나서, 전자 제어 장치(50)는 결정된 실제 질량 유량비와 분리 "지점"(20) 하류의 배기 가스 시스템의 일부의 지정된 용량 간의 차이를 설정한다. 실제 질량 유량부가 상기 지정된 용량보다 작거나 같은 경우, 전자 제어 장치(50)는 0의 EGR 비율을 적용한다. 실제 질량 유량비가 분리 지점 하류의 배기 시스템 경로(31, 32)의 지정된 용량보다 큰 경우, 전자 제어 장치(50)는 결정된 차이의 질량 유량비의 분할을 위해 EGR 밸브(21) 하류로 통과하도록 개방하여, 실린더로부터의 실제 질량 유량비로 나눈 분할된 차이의 질량 유량비의 값과 동일한 EGR 비율을 설정한다. 예를 들어, 실린더로부터의 질량 유량비가 100kg/s이고 지정된 용량이 80kg/s인 경우, 설정된 EGR 속도는, 20 kg/s가 EGR 밸브(21)를 통과하므로, (100-80)/100 = 0,2 또는 20%이다.
배기 시스템을 통한 감소된 최대 질량 유량비 한계가 또한 필연적으로 EGR 스트링으로부터 실린더 과급을 위한 소기 가스의 총 질량 유량비로의 분할의 긍정적 기여를 할 것이라는 것을 유념하면, 본 발명에 따른 엔진이 배기 시스템 한계의 허용치보다 더욱 많은 연소 가스를 생성하도록 작동될 때, 소기 시스템의 유입구/하류(5-7-9-11-14) 부분의 필요한 질량 유량비 용량이 또한 감소된다. 따라서, 본 발명은 또한, EGR 비율에 의해 허용되는 범위까지, 예를 들어, 터보차저, 소기 "처리 장치", 엔진 룸 환기, SOx 세정기 시스템, 폐열 회수(Waste Heat Recovery, WHR) 시스템, 및 다른 응용과 같은, 공기 유입구 및 배기 가스 시스템 구성요소들 모두에 대한 크기를 감소시킬 수 있는 유리한 결합 가능성을 제공한다. 이러한 감소는 구성요소들의 하드웨어 및 설치 비용을 상당히 낮출 것이며, SOx 세정기 및 WHR 설치의 경우, 기계실 공간의 상당한 증가를 기대할 수 있다.
폐열 회수 장치(33)는 또한 배기 시스템을 통한 감소된 최대 질량 유량비 한계에서 이익을 얻으며, 이는 최대 연속 정격에서 가끔씩만 각각의 배기 최대치에 도달하여 WHR 장치를 유리하게 "포화"시키는 종래의 엔진에 비해, 엔진 운전 시간의 상당히 큰 범위 동안 안정적으로 "포화된" 비교적 큰(내지 최대) 뜨거운 배기 가스 유량비로 인해 더욱 양호한 열 전달 효율이 있기 때문이다.
엔진에 대한 감소된 최대 공기 흡기로 인한 엔진 룸 환기의 감소로 또 다른 절약을 달성할 수 있다. 특히, 소음기 및 엔진 룸 송풍기에 대한 비용을 줄일 수 있다.
감소 배출 모드(Reduced Exhaust Mode, REM)는 EGR이 적용된 해양 디젤 엔진의 전용 구동 모드이다. REM은 EGR 비율이 (대기)로 배출시킬 가스의, 분리 지점/위치 하류의 영구적인 낮은/"감소된" 최대 질량 유량비를 유지시킬 목적으로 제어되며, 따라서 배기 시스템 내의 구성요소들의 크기 및 비용을 줄일 수 있는 기회를 제공한다는 것을 의미한다.
배출 통제 해역(Emission Control Area, ECA) 외부에서 항해할 때, ECA 외부의 NOx 기준의 준수를 위해 필요한 것보다 상당히 높을 것이다. 100% MCR에서, EGR 비율은 ECA 내부의 NOx 기준의 준수를 위해 필요한 비율과 같다. 낮은 부하에서, NOx 수준을 지역 NOx 기준 이하로 유지하면서 EGR 비율을 감소할 수 있다.
특히, SOx 세정기의 감소된 크기는 여러 가지 이유로 인해 상당한 경제적 영향을 미친다: 터보차저의 저압측의 SOx 세정기는 부피가 매우 크며 따라서 비용이 많이 들고 공간을 차지하는 장비이다. 따라서, 모든 크기의 감소는 비용을 줄이고 다른 장비를 위한 공간을 제공할 것이다. 또한, 일반적으로, SOx 세정기는 세정 매체로서 많은 양의 해수를 가지고 작동되며, 이러한 해수의 펌핑은 에너지 소모적이다. 그의 상단에, 예를 들어 NAOH와 같은 화학물질은 해수에 첨가해야 하며, 따라서 처리해야 할 배기 가스의 양(질량 유량비)이 증가하는 경우 비용을 더욱 증가시킨다. 따라서, 분리 지점 하류의 배기 시스템으로, 그리고 그에 따라 SOx 세정기로 수송될 필요가 있는 배기 가스의 최대 질량 유량비의 감소는 또한 상당한 경제적 이득이다.
물론, 엔진은 또한 ECA 내에서의 운전을 위한 LEM 모드와 REM 모드 사이에 속하는 모드로 운전될 수 있으며, 이는 EGR 비율이 분리 지점 하류의 배기 시스템 질량 유량비를 손상시키지 않기 위해 필요한 것보다 크다는 것을 의미한다. 그러나, 연료 경제성의 이유로, 가장 낮은 EGR 비율에서 정상적으로 운전할 수 있다.
소기/과급 가스의 유동으로 재순환되는 배기 가스의 유입구 상류의 소기 흡기의 구성요소 및 "처리/조절" 군의 장치 및 구성요소로부터, 본 발명에 따른 장치에 대해 크기, 공간 요건 및 비용에 대한 장점이 달성될 수 있다는 것이 위로부터 명확하게 이해된다.
덜 엄격한 NOx 배출 기준으로 지금까지 운영되어온 많은 해양 선박에 대해, 기존의 엔진을 대체하거나 선박을 폐기하는 대신에, 미래의 더욱 제한적인 NOx 배출 기준을 충족하는 기존 엔진의 변경에 대한 관심이 있을 수 있다. 본 발명의 개념에 따라 변경되는 기존 엔진들 또한 첨부된 청구 범위에 포함된다.
이러한 변경을 위해 사용되는 엔진 구성요소들의 수와 "버전"은 원래의 상태에서 엔진에 사용되는 부품과 상당히 다르며, 엔진마다 더 다를 수 있고, 심지어 새로운 엔진에 대해서도 다를 수 있다. 새로운 엔진 또는 독창적인 것으로 변경되는 엔진을 신속하게 확인하기 위해 그리고 이러한 변경 이력 등을 알리기 위해, 바람직하게는 원격으로 판독 가능한 RFID 타입의 전자적으로 판독/기록 가능한 태그가 본 발명의 엔진에 바람직하게 설치될 수 있다.
청구범위에서 사용되는 "포함하는"이란 용어는 다른 구성 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 청구범위에서 사용되는 "하나"라는 용어는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서, 디바이스 또는 기타 장치는 청구범위에 인용된 몇 가지 수단들의 기능을 수행할 것이다.
청구 범위에서 사용된 참조 번호는 범위를 제한하는 것을 해석되어서는 안 된다.
본 발명이 설명의 목적으로 상세하게 설명되었지만, 이러한 세부 사항은 오로지 그러한 목적을 위해서이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 기술 분야의 숙련자에 의해 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (18)

  1. 정의된 최대 연속 정격을 갖고 크로스헤드(1)를 구비한 대형 저속 다기통 터보차지 내연 기관 엔진에 있어서, 상기 엔진은
    배기 가스 시스템(44), 소기 시스템(42), 상기 소기 시스템(42) 내의 컴프레서(7)를 구비한 터보차저(6), 및 상기 배기 가스 시스템(44) 내의 터빈(8),
    상기 배기 가스 시스템(44)과 소기 시스템(42)에 연결된 EGR 시스템, 및
    제어기(50)를 포함하여 구성되고,
    상기 제어기(50)는,
    EGR 시스템으로 진입하는 EGR 질량 유량비와 터빈(8)을 향해 배기 가스 시스템(44) 내에서 유동하는 배기 가스 질량 유량비 사이에서,
    상기 EGR 질량 유량비와 배기 가스의 상기 총 질량 유량비의 선택된 EGR 비율로 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비를 분배하도록 구성되고, 상기 선택된 EGR 비율은 0 내지 소정의 최대 비율의 범위에서 선택 가능하며,
    상기 배기 가스 시스템(44)은 배기 가스 질량 유량비를 처리하도록 지정된 최대 연속 용량(C)을 갖고, 상기 지정된 최대 연속 용량(C)은 상기 최대 연속 정격에서 실린더에서 직접 나오는 총 배기 가스 질량 유량비보다 작은 것을 특징으로 하고,
    실린더에서 나오는 실제 총 배기 가스 질량 유량비가 배기 가스 시스템(44)의 상기 지정된 최대 용량(C)을 초과하는 경우, 상기 제어기(50)는 상기 선택된 EGR 비율에 관계없이 초과된 배기 가스 질량 유량비를 EGR 시스템에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    분리 지점 하류의 배기 가스 시스템(44)은 상기 지정된 최대 용량(C)이 상기 최대 연속 정격에서 실린더로부터 배출되는 총 배기 가스 질량 유량비의 50% 내지 90%가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진(1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 시스템(44)은 적어도 하나의 배기 가스 처리 구성요소(33, 34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진(1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소기 시스템(42)은 소기 질량 유량비(A)를 처리하기 위해 지정된 최대 용량을 갖도록 구성되되, 상기 지정된 최대 용량은 상기 최대 연속 정격에서 소기 가스 수용부(14)로 유동하는 총 소기 가스(B)의 과급 가스(charging gas) 질량 유량비보다 작은 것을 특징으로 하는 엔진(1).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소기 시스템(42)은 적어도 하나의 소기 냉각기(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진(1).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    초과 질량 유량비가 없는 배출 요건을 충족하도록 선택된 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 저 배출 모드, 및
    배기 가스 시스템을 통해 터보차저(6)의 터빈(8)으로 유동하는 질량 유량비가 상기 지정된 최대 연속 용량(C)을 초과하는 것을 방지하기 위해 0보다 큰 EGR 비율이 필요한 경우를 제외하고 0으로 선택된 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 감소 배출 모드의 적어도 두 가지 모드에서 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진(1).
  7. 정의된 최대 연속 정격을 갖고 크로스헤드(1)를 구비한 대형 저속 다기통 터보차지 내연 기관 엔진의 운전 방법에 있어서, 상기 엔진은
    배기 가스 시스템(44), 소기 시스템(42), 상기 소기 시스템(42) 내의 컴프레서(7)를 구비한 터보차저(6), 및 상기 배기 가스 시스템(44) 내의 터빈(8),
    상기 배기 가스 시스템(44) 및 소기 시스템(42)에 연결된 EGR 시스템, 및 제어기(50)를 포함하여 구성되고,
    상기 배기 가스 시스템(44)은 배기 가스 질량 유량비를 처리하도록 지정된 최대 연속 용량(C)을 갖고, 상기 지정된 최대 연속 용량(C)은 상기 최대 연속 정격에서 실린더에서 직접 나오는 총 배기 가스 질량 유량비보다 작도록 구성되며,
    상기 방법은,
    EGR 시스템으로 진입하는 EGR 질량 유량비와 터빈(8)을 향해 배기 가스 시스템(44) 내에서 유동하는 배기 가스 질량 유량비 사이에서, 상기 EGR 질량 유량비와 배기 가스의 상기 총 질량 유량비의 선택된 EGR 비율에 따라 실린더(4)에서 나오는 배기 가스의 총 질량 유량비를 분배하는 단계;
    EGR 비율을 0 내지 소정의 최대 비율의 범위에서 선택하는 단계; 및
    실린더에서 나오는 실제 총 배기 가스 질량 유량비가 배기 가스 시스템(44)의 상기 지정된 최대 용량(C)을 초과하는 경우, 상기 선택된 EGR 비율에 관계없이 초과 질량 유량비를 EGR 시스템에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    최대 연속 정격의 백분율로 정의된 엔진 부하에 따른 실린더로부터의 질량 유량비에 대한 정보가 저장된 룩업 테이블을 이용하여 실린더(4)에서 나오는 실제 질량 유량비를 결정하는 단계;
    실린더(4)에서 나오는 상기 실제 질량 유량비와 상기 지정된 용량(C) 간의 차이를 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과 상기 실제 질량 유량비가 상기 지정된 용량(C)보다 작거나 같은 경우, 0 내지 소정의 최대 비율 사이의 범위에서 선택된 원하는 EGR 비율을 적용하고,
    상기 실제 질량 유량비가 상기 지정된 용량(C)보다 큰 경우, 배기 가스 시스템(44)을 통해 터보차저(6)의 터빈(8)으로 유동하는 질량 유량비가 상기 지정된 용량(C)을 초과하지 않는 것을 보장할 수 있을 만큼 높은 EGR 비율을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    초과 질량 유량비가 없는 저 배출 요건을 충족하기 위해 필요한 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 저 배출 모드, 및
    배기 가스 시스템을 통해 터보차저(6)의 터빈(8)으로 유동하는 질량 유량비가 상기 지정된 최대 연속 용량(C)을 초과하는 것을 방지하기 위해 필요한 가장 낮은 EGR 비율에서 엔진이 엔진 부하에 따라 작동하는 감소 배출 모드의 적어도 두 가지 모드 중 하나의 모드에서 상기 엔진(1)을 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 운전 모드는 운전자에 의해 수동으로 선택되거나 상기 제어기의 전자 장치에 의해 자동으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 엔진의 지리적 위치에 대한 정보를 근거로 운전 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    배기 가스 시스템을 통해 터보차저(6)의 터빈(8)으로 유동하는 배기 가스의 질량 유량비가 상기 지정된 최대 연속 용량(C)을 초과하지 않는 경우, 가능한 가장 낮은 EGR 비율을 하나의 운전 모드에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    최대 연속 정격의 백분율로 정의된 엔진 부하에 따른 실린더로부터의 질량 유량비에 대한 정보가 저장된 룩업 테이블을 이용하여 실린더(4)에서 나오는 실제 질량 유량비를 결정하는 단계;
    실린더(4)에서 나오는 상기 실제 질량 유량비와 상기 지정된 용량(C) 간의 차이를 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과, 상기 실제 질량 유량비가 상기 지정된 용량보다 작거나 같은 경우 0의 EGR 비율을 적용하고, 상기 실제 질량 유량비가 상기 지정된 용량보다 큰 경우 실제 질량 유량비에서 지정된 용량을 뺀 차이를 실제 질량 유량비로 나눈 값과 같은 EGR 비율을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    모든 엔진 부하에서 고정된 EGR 비율로 작동시키는 것을 포함하는 상기 엔진을 다른 모드에서 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    실제 엔진 부하에 따라 조절된 EGR 비율로 작동시키는 것을 포함하는 상기 엔진(1)을 다른 모드에서 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    전용 배출 통제 해역(ECA) 내에서 저 배출 모드(LEM)로 항해시 EGR 비율을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 기존 엔진 상의 엔진 부품을 설치, 개조, 교환 또는 개장(retrofitting) 하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 엔진(1)의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    새롭게 대응하여 정의된 최대 연속 정격으로 실린더에서 나오는 총 배기 가스 질량 유량비가 더 크게 되도록 엔진 부품을 교환하는 것을 특징으로 하는 엔진(1)의 제조방법.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK178174B1 (en) * 2013-10-29 2015-07-20 Man Diesel & Turbo Deutschland A large slow running turbocharged two-stroke internal combustion engine with crossheads and exhaust gas recirculation and method for operating thereof
DK178072B1 (en) * 2014-01-06 2015-04-27 Man Diesel & Turbo Deutschland A method of operating an internal combustion engine
EP3081790A1 (en) 2015-02-20 2016-10-19 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Dual-fuel marine combustion engine with exhaust gas recirculation for suppressing pre-ignition
JP5908636B1 (ja) * 2015-04-08 2016-04-26 川崎重工業株式会社 船舶用のエンジンシステム及びその制御方法
JP6595851B2 (ja) * 2015-09-02 2019-10-23 川崎重工業株式会社 エンジンシステム
EP3141734A1 (de) * 2015-09-08 2017-03-15 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Abgasrezirkulierungssystem für eine verbrennungsmaschine, verbrennungsmaschine, verfahren zum überwachen des abgasrezirkulierungsprozesses einer verbrennungsmaschine, verfahren zum nachrüsten eines abgasrezirkulierungssystems sowie kit zum nachrüsten eines verbrennungsmotors
JP6109983B1 (ja) * 2016-03-04 2017-04-05 三菱重工業株式会社 Ｅｇｒシステム
DK179313B1 (en) * 2016-12-21 2018-04-30 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland Large turbocharged two-stroke compression-igniting engine with exhaust gas recirculation
WO2019115825A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Eaton Intelligent Power Limited Egr pump and supercharger for two stroke engine
US11421611B2 (en) 2018-06-29 2022-08-23 Volvo Truck Corporation Internal combustion engine
JP7178159B2 (ja) * 2019-02-21 2022-11-25 ジャパンマリンユナイテッド株式会社 エネルギー回収装置の制御方法
EP4257812A1 (en) * 2022-04-05 2023-10-11 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Internal combustion engine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010105620A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE DIESEL ENGINE WITH EXHAUST- OR COMBUSTION GAS RECIRCULATION AND METHOD FOR REDUCING NOx AND SOOT EMISSIONS
JP4709923B2 (ja) * 2006-04-12 2011-06-29 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド エネルギー回収構成を備える大型ターボ過給型ディーゼル機関

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0586988A (ja) * 1991-09-26 1993-04-06 Mazda Motor Corp エンジンの排気ガス還流装置
JPH11132113A (ja) * 1997-10-30 1999-05-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気再循環装置付き内燃機関
US6301887B1 (en) * 2000-05-26 2001-10-16 Engelhard Corporation Low pressure EGR system for diesel engines
EP2292913B1 (en) * 2005-12-20 2015-11-11 BorgWarner Inc. Controlling exhaust gas recirculation in a turbocharged engine system
CN101970845B (zh) * 2008-02-08 2013-12-18 卡明斯公司 废气再循环的装置、系统和方法
JP5444996B2 (ja) * 2009-09-25 2014-03-19 いすゞ自動車株式会社 内燃機関及びその制御方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4709923B2 (ja) * 2006-04-12 2011-06-29 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド エネルギー回収構成を備える大型ターボ過給型ディーゼル機関
WO2010105620A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE DIESEL ENGINE WITH EXHAUST- OR COMBUSTION GAS RECIRCULATION AND METHOD FOR REDUCING NOx AND SOOT EMISSIONS

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