KR101697218B1 - 엔진 시스템 - Google Patents

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다이 하시모토
나오타카 야마조에
타카히로 나카지마
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이쿠오 우에무라
카츠히로 요시자와
마사노리 히가시다
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

엔진 시스템은 메인 과급기 및 보조 과급기가 운전된 상태에서 메인 과급기를 운전시킨 채 보조 터빈 입구 밸브 및 보조 컴프레서 출구 밸브를 닫고 보조 과급기를 정지시켜 과급기의 운전 대수를 줄일 때, 보조 과급기 회전수에 따라 소정의 서지 마진을 갖는 정지시 기준 압력을 결정하고, 보조 컴프레서의 출구 압력이 정지시 기준 압력보다 높을 때 방풍 밸브를 개방하고, 보조 컴프레서의 출구 압력이 정지시 기준 압력보다 낮을 때 방풍 밸브를 폐쇄한다.

Description

엔진 시스템{ENGINE SYSTEM}
본 발명은 복수 대의 과급기를 구비하여 운전 상황에 따라 과급기의 운전 대수를 바꿀 수 있는 엔진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 과급기를 구비한 엔진 시스템에서는 엔진 본체가 고부하일 때에 효율적인 운전을 할 수 있도록 과급기가 선정된다. 다만, 연비 등의 관점에서 엔진 본체를 중부하 및 저부하에서 운전하는 경우가 많은 엔진 시스템에서는 메인 과급기와 보조 과급기 2대의 과급기를 구비한 경우도 있다. 이러한 엔진 시스템에서는 엔진 본체를 고부하에서 운전하는 경우에는 메인 과급기와 보조 과급기를 모두 운전시키고, 엔진 본체를 중부하 및 저부하에서 운전하는 경우에는 메인 과급기만을 운전시킨다. 이러한 구성으로 하면, 엔진 본체를 고부하에서 운전하는 경우뿐만 아니라, 중부하 및 저부하에서 운전하는 경우에도 효율적인 운전이 가능하다.
또한, 배기가스를 엔진 본체에 재순환시키는 EGR 유닛을 구비한 엔진 시스템의 경우는 EGR 운전시에는 일반적인 운전시보다 과급기에 공급하는 배기가스의 양이 감소하기 때문에 EGR율과 엔진 부하에 따라 과급기의 운전 대수를 바꾸면 과급기의 서지(surge)를 방지하면서 효율적인 운전이 가능하다.
엔진의 운전을 계속하면서 과급기의 운전 대수를 줄이기 위해서는 메인 과급기를 운전시킨 채 보조 과급기를 정지시켜야한다. 이 경우 메인 과급기에서 승압된 외기가 보조 과급기로 역류해버리기는 때문에 과급기의 운전 대수를 바꾸는 엔진 시스템에서는 보조 과급기의 컴프레서 출구 측에 밸브가 설치되어 있다. 이 밸브를 닫으면 역류를 방지할 수 있다. 다만, 이 역류방지용 밸브를 닫은 채 보조 과급기의 운전이 계속되면 보조 과급기의 컴프레서 배압이 높아지기 때문에 서지가 발생해버린다. 그래서 이러한 엔진 시스템에서는 보조 과급기의 컴프레서와 역류방지용 밸브 사이의 공기를 외부로 유도하는 방풍(放風) 배관과, 이 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브를 구비하고 있다. 그리고 역류방지용 밸브를 닫기 전부터 방풍 밸브를 개방함으로써 서지 발생을 방지하고 있다(특허문헌1 내지 특허문헌3 참조).
한편, 특허문헌2에서는 보조 배기 터빈 과급기의 컴프레서부의 출구 압력이 급기 매니폴드의 압력 이상일 때 열림 상태가 되는 체크 밸브를 구비한 선박용 디젤 기관이 개시되어 있다. 특허문헌2에 기재된 발명에서는 역류현상을 방지할 수는 있지만, 서지가 발생할 수 있는 조건인지 여부의 판단은 실시하고 있지 않다. 또한, 특허문헌3에 기재된 발명은 특허문헌2에 기재된 발명에서 체크 밸브를 제어 밸브로 대체 한 것이다. 이 제어 밸브는 컴프레서부의 출구 압력과 급기 매니폴드의 압력의 차압이 소정 값 이하가 되었을 때 열림 상태가 된다. 특허문헌3에 기재된 발명에서도 서지가 발생할 수 있는 조건인지 여부의 판단은 실시하고 있지 않다. 모두 배관 내 밸브 전후의 차압이라는 보조 배기 터빈 과급기의 서지 발생 장소와는 다른 장소의 배관 내 상태 수와의 인과관계로부터 간접적으로 제어를 하고 있기 때문에 제어에 한계가 있다.
일본 특개소 60-166716호 공보 일본 특개 2009-167799호 공보 일본 특개 2011-47393호 공보
이와 같이, 종래의 엔진 시스템에서는, 서지를 확실하게 방지하기 위해, 조기에 방풍 밸브를 개방하고 그 후에 역류방지용 밸브를 닫고 있다. 따라서 엔진 본체에 공급해줄 수 있는 공기까지 외부로 배출해버리고 그 결과 엔진 본체에 공급하는 소기가스의 압력(소기 압력)이 감소하여 엔진 본체를 효율적으로 운전할 수가 없다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 과급기의 운전 대수를 변경할 때, 과급기에 서지가 발생하는 것을 방지하면서 엔진 본체의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있는 엔진 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 예에 따른 엔진 시스템은, 엔진 본체와, 메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와, 상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와, 상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와, 상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와, 상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과, 상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와, 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치는, 상기 메인 과급기 및 상기 보조 과급기가 정지된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 닫아 상기 보조 과급기를 정지시켜 과급기의 운전 대수를 줄일 때, 보조 과급기 회전수에 기초하여 소정의 서지 마진을 갖는 정지시 기준 압력을 결정하고, 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 정지시 기준 압력보다 높을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 정지시 기준 압력보다 낮을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 감소시키도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 따르면, 방풍 밸브는 보조 컴프레서 출구 압력이 정지시 기준 압력보다 낮을 때에는 폐쇄된다. 즉, 서지가 발생할 가능성이 작은 때에는 방풍 밸브를 닫고 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 엔진 본체에 공급한다. 이에 따라 보조 컴프레서에서 승압된 공기가 쓸데없이 외부로 방출되는 것이 억제되어 엔진 본체의 소기 압력의 감소를 억제할 수 있다. 그 결과, 과급기의 운전 대수를 줄일 때 엔진 본체의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시킬 때, 상기 보조 컴프레서 출구 압력과 상기 정지시 기준 압력의 차이가 작을수록 상기 방풍 밸브의 개도 증가량을 줄이도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 보조 컴프레서의 동작점이 서지 영역 근처에 없는 경우에는 방풍 밸브의 개도 증가량은 줄어든다. 즉, 보조 컴프레서 서지가 발생할 가능성이 크지 않은 경우에는 보조 컴프레서에서 승압된 외기는 그다지 외부로 방출되지 않는다. 이에 따라 더욱더 보조 컴프레서에 서지가 발생하는 것을 억제하면서 소기 압력을 높여 엔진 본체를 효율적으로 운전할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 엔진 시스템은, 엔진 본체와, 메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와, 상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와, 상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와, 상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와, 상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과, 상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와, 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치는, 상기 메인 과급기가 운전되고 상기 보조 과급기가 운전된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 열어 상기 보조 과급기를 운전시켜 과급기의 운전 대수를 늘릴 때, 보조 과급기 회전수에 기초하여 소정의 서지 마진을 갖는 운전시 기준 압력을 결정하고, 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 운전시 기준 압력보다 높을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 운전시 기준 압력보다 낮을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 감소시키도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 보조 컴프레서의 출구 압력이 운전시 기준 압력보다 낮을 때에는 방풍 밸브의 개도가 감소한다. 즉, 서지가 발생할 가능성이 작은 때에는 방풍 밸브의 개도를 줄여 보조 컴프레서에서 승압된 공기를 엔진 본체에 많이 공급한다. 이에 따라 보조 컴프레서에서 승압된 공기가 쓸데없이 외부로 방출되는 것이 억제되어 엔진 본체의 소기 압력의 감소를 억제할 수 있다. 그 결과, 과급기의 운전 대수를 늘릴 때 엔진 본체의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시킬 때, 상기 보조 컴프레서 출구 압력과 상기 운전시 기준 압력의 차이가 작을수록 상기 방풍 밸브의 개도 증가량을 줄이도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 보조 컴프레서의 동작점이 서지 영역 근처에 없는 경우에는 방풍 밸브의 개도 증가량은 적어진다. 즉, 보조 컴프레서 서지가 발생할 가능성이 크지 않은 경우에는 보조 컴프레서에서 승압된 외기는 그다지 외부로 방출되지 않는다. 이에 따라 더욱더 보조 컴프레서에 서지가 발생하는 것을 억제하면서 소기 압력을 높여 엔진 본체를 효율적으로 운전할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 과급기의 운전 대수를 늘릴 때, 상기 보조 터빈 입구 밸브를 개방하기 시작한 후 보조 과급기 회전수가 소정의 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 개방을 시작하고, 상기 전환 회전수는 엔진 부하에 따라 결정하도록 구성되어 있어도 좋다. 전환 회전수는 보조 컴프레서의 출구 압력과 소기 압력을 비교하여 결정하는 것이 아니라, 보조 컴프레서 출구 밸브를 열기 직전부터 전환 완료 후까지 보조 컴프레서의 동작 곡선(보조 컴프레서 유량과 보조 컴프레서 출구 압력의 관계)을 예측하고 보조 컴프레서가 서지를 발생하지 않도록 고려하여 결정된다.
이러한 구성에 따르면, 과급기의 운전 대수를 늘릴 때 보조 과급기 회전수가 전환 회전수에 도달할 때까지 보조 컴프레서 출구 밸브를 닫아 두기 때문에 메인 컴프레서에서 승압된 외기를 보조 컴프레서로 역류하지 않고 소기로서 엔진 본체에 공급할 수 있다. 따라서 엔진 본체를 효율적으로 운전할 수 있다. 또한, 전환 회전수는 엔진 부하에 따라 결정되기 때문에 서지를 방지하면서 엔진 본체의 보다 효율적인 운전이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 예에 따른 엔진 시스템은, 엔진 본체와, 메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와, 상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와, 상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와, 상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와, 상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과, 상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와, 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치는, 상기 메인 과급기가 운전되고 상기 보조 과급기가 정지된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 열어 상기 보조 과급기를 운전시켜 과급기의 운전 대수를 늘릴 때, 상기 방풍 밸브를 소정의 개도로 개방한 상태에서 상기 보조 터빈 입구 밸브의 개방을 시작한 후, 보조 과급기 회전수가 소정의 제1 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 방풍 밸브의 폐쇄를 시작하고, 보조 과급기 회전수가 상기 제1 전환 회전수보다 큰 제2 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 개방을 시작하도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 따르면, 방풍 밸브가 어느 정도 닫힌 상태에서 보조 컴프레서 출구 밸브가 열리기 시작하기 때문에 보조 컴프레서에서 승압된 외기가 방풍 밸브를 통해 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 메인 컴프레서에서 승압된 외기가 보조 컴프레서로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 엔진 본체의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 엔진 부하에 기초하여 소정의 서지 마진을 가지는 상기 보조 컴프레서의 제1 전환 동작점(보조 컴프레서 유량과 보조 컴프레서 출구 압력)을 결정하고, 상기 제1 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선(보조 과급기의 각 회전수에서의 보조 컴프레서 유량과 보조 컴프레서 출구 압력의 관계)의 보조 과급기 회전수를 상기 제1 전환 회전수로 하도록 구성되어 있어도 좋다. 제1 전환 회전수는 보조 컴프레서의 출구 압력과 소기 압력을 비교하여 결정하는 것이 아니라 엔진 부하에 따라 방풍 밸브를 닫기 시작하기 직전에서 보조 컴프레서 출구 밸브를 열기 시작하기 직전까지 보조 컴프레서의 동작 곡선을 예측하고 보조 컴프레서가 서지를 발생하지 않도록 고려하여 결정된다.
이러한 구성에 따르면, 엔진 부하에 따라 제1 전환 동작점을 결정하고, 또한 이 제1 전환 동작점을 이용하여 제1 전환 회전수를 결정하게 된다. 따라서 보조 컴프레서 출구 압력 등의 압력을 측정하지 않고 방풍 밸브의 개폐를 제어할 수 있다. 따라서 다른 조건에 따라서는 보조 컴프레서 출구 압력 등의 압력을 측정하는 압력계가 불필요하다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 엔진 부하에 기초하여 소정의 서지 마진을 가지는 상기 보조 컴프레서의 제2 전환 동작점을 결정하고, 상기 제2 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제2 전환 회전수로 하도록 구성되어 있어도 좋다. 제2 전환 회전수는 보조 컴프레서의 출구 압력과 소기 압력을 비교하여 결정하는 것이 아니라, 엔진 부하에 따라 보조 컴프레서 출구 밸브를 열기 시작하기 직전부터 열기 종료할 때(전환 완료)까지 보조 컴프레서 동작 곡선을 예측하고 보조 컴프레서가 서지를 발생하지 않도록 고려하여 결정된다.
이러한 구성에 따르면, 엔진 부하에 따라 제2 전환 동작점을 결정하고, 또한 이 제2 전환 동작점을 이용하여 제2 전환 회전수를 결정하게 된다. 따라서 보조 컴프레서 출구 압력 등의 압력을 측정하지 않고 보조 컴프레서 출구 밸브를 개방하기 시작하는 타이밍을 결정할 수 있다. 따라서 다른 조건에 따라서는 보조 컴프레서 출구 압력 등의 압력을 측정하는 압력계가 불필요하다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 과급기의 운전 대수를 늘릴 때 메인 컴프레서 출구 압력을 취득하고, 보조 과급기 회전수가 상기 제2 전환 회전수 이상이고 취득된 메인 컴프레서 출구 압력이 상기 제2 전환 동작점에서의 보조 컴프레서 출구 압력보다 작을 때 보조 컴프레서 출구 밸브를 열기 시작하도록 구성되어 있어도 좋다.
엔진 부하에 따라 보조 컴프레서 출구 밸브를 개방하는 타이밍을 결정하는 경우, 엔진 부하가 급격하게 변동하는 상황에서는 메인 컴프레서 출구 압력이 예상된 압력보다 높은 경우가 있으며, 그때 메인 컴프레서 출구 밸브를 개방하면 메인 컴프레서에서 승압된 외기가 보조 컴프레서로 역류할 우려가 있다. 반면, 상기한 구성에서는 실제의 메인 컴프레서 출구 압력을 취득하여 역류가 발생할 우려가 있는 경우에는 보조 컴프레서 출구 밸브를 개방하지 않기 때문에 보조 컴프레서에 역류가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 취득된 메인 컴프레서 출구 압력과 동일한 값을 제2 전환 압력으로 하고, 해당 제2 전환 압력에서 서지가 발생하는 보조 컴프레서 유량에 소정 유량을 더한 값을 제2 전환 유량으로 하고, 상기 제2 전환 압력이면서 상기 제2 전환 유량인 동작점을 제2 전환 동작점으로 하고, 상기 제2 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제2 전환 회전수로 하도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 제2 전환 회전수는 엔진 부하를 사용하지 않고 메인 컴프레서 출구 압력에 따라 결정되기 때문에 엔진 부하가 급격하게 변동하는 상황에서 보조 과급기의 대수를 증가하더라도 보조 컴프레서에 역류가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 취득된 메인 컴프레서 출구 압력에 기초하여 엔진 부하를 추정하고, 추정된 엔진 부하에 기초하여 소정의 서지 마진을 가지는 상기 보조 컴프레서의 제1 전환 동작점을 결정하고, 상기 제1 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제1 전환 회전수로 하도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 메인 컴프레서 출구 압력에 따라 제1 전환 회전수를 결정할 수 있기 때문에 제2 전환 회전수뿐만 아니라 제1 전환 회전수를 결정할 때에도 엔진 부하를 직접 취득할 필요가 없다. 즉, 운전 대수 증가 제어에 있어서 엔진 부하의 취득을 생략할 수 있기 때문에 운전 대수 감소 제어에 있어서도 엔진 부하의 취득을 생략할 수 있는 경우에는 엔진 시스템을 단순화할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 방풍 밸브를 닫을 때, 상기 보조 과급기 회전수와 상기 제1 전환 회전수의 차이가 작을수록 상기 방풍 밸브의 개도 감소량을 줄이도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 보조 컴프레서에 서지가 발생할 가능성이 작은 경우에는 신속하게 방풍 밸브를 닫을 수 있기 때문에 엔진 본체의 효율 감소를 더욱 억제할 수 있다.
이상과 같이, 상기 엔진 시스템에 따르면, 과급기에 서지가 발생하는 것을 방지하면서 과급기의 운전 대수를 변경할 때 엔진 본체의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 엔진 시스템 전체의 개략 구성도이다.
도 2는 엔진 시스템의 제어계의 블록도이다.
도 3은 과급기 운전 대수 감소 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 4는 과급기 운전 대수 감소 제어시에 있어서 각 밸브의 개도(開度)의 타임차트이다.
도 5는 서지 라인과 정지시 기준 압력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 보조 컴프레서 출구 압력 및 소기 압력의 타임차트이다.
도 7은 제1 실시예의 과급기 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 8은 제1 실시예의 과급기 운전 대수 증가 제어시에 있어서 각 밸브의 개도의 타임차트이다.
도 9는 엔진 부하와 전환 회전수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 1의 변형예에 따른 엔진 시스템의 전체 개략도이다.
도 11은 제2 실시예의 과급기 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 12는 제2 실시예의 과급기 운전 대수 증가 제어시에 있어서 각 밸브의 개도 및 보조 과급기의 회전수의 타임차트이다.
도 13은 엔진 부하와 제1 전환 압력 및 제2 전환 압력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 14는 엔진 부하와 제1 전환 유량 및 제2 전환 유량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는 제2 실시예의 제1 전환 회전수 및 제2 전환 회전수를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 16은 제3 실시예에 따른 엔진 시스템 전체의 개략 구성도이다.
도 17은 제3 실시예의 과급기 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 18은 제4 실시예의 과급기 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 19는 메인 컴프레서 출구 압력과 엔진 부하의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 20은 제4 실시예의 제2 전환 회전수를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 21은 도 1의 다른 변형예에 따른 엔진 시스템의 전체 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
(제1 실시예)
먼저, 제1 실시예에 대해 설명한다.
<엔진 시스템의 전체 구성>
먼저, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은 엔진 시스템(100) 전체의 개략 구성도이다. 도 1에서, 굵게 도시된 파선은 배기가스의 흐름을 나타내고 있고, 굵게 도시된 실선은 소기가스의 흐름을 나타내고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진 시스템(100)은 엔진 본체(10), 메인 과급기(20), 보조 과급기(30), 보조 터빈 입구 밸브(41), 보조 컴프레서 출구 밸브(42), 및 방풍 밸브(43)를 구비하고 있다.
본 실시예의 엔진 본체(10)는 선박의 추진용 주기이며, 대형의 2스트로크 디젤 엔진이다. 엔진 본체(10)에는 엔진 본체(10)의 회전수(엔진 회전수)를 측정하는 엔진 회전계(11)(도 2 참조)가 설치되어 있다. 또한, 엔진 본체(10)는 연료 분사량을 조절하는 연료 공급 장치(12)(도 2 참조)를 가지고 있다. 또한, 엔진 본체(10)는 4스트로크 엔진이어도 좋고, 가스 엔진이나 가솔린 엔진이어도 좋다. 이하의 설명에 있어서 "소기"는 4스트로크 엔진의 경우에는 "급기"로 대체될 수 있다.
메인 과급기(20)는 엔진 본체(10)의 운전 상태에 상관없이 항상 운전되는 과급기이다. 엔진 본체(10)에서 배출된 배기가스는 메인 배기 배관(21)을 통해 메인 터빈(22)에 공급된다. 메인 터빈(22)은 공급된 배기가스의 에너지에 의해 회전한다. 메인 터빈(22)과 메인 컴프레서(23)는 연결 샤프트(24)에 의해 연결되어 있으며, 메인 터빈(22)의 회전에 따라 메인 컴프레서(23)도 회전한다. 메인 컴프레서(23)가 회전하면 외부에서 받아들인 공기(외기)가 승압되고, 승압된 외기는 소기가스로서 메인 소기 배관(25)을 통해 엔진 본체(10)에 공급된다.
보조 과급기(30)는 엔진 본체(10)의 운전 상태에 따라 운전 또는 정지하는 과급기이다. 보조 과급기(30)는 엔진 본체(10)에 대해 메인 과급기(20)와 병렬로 배치되어 있다. 또한, 보조 과급기(30)는 메인 과급기(20)와 같은 사양(용량)이어도 좋고 다른 사양이어도 좋다. 엔진 본체(10)에서 배출된 배기가스는 보조 배기 배관(31)을 통해 보조 터빈(32)에 공급된다. 보조 터빈(32)은 공급된 배기가스의 에너지에 의해 회전한다. 보조 터빈(32)과 보조 컴프레서(33)는 연결 샤프트(34)에 의해 연결되어 있으며, 보조 터빈(32)의 회전에 따라 보조 컴프레서(33)도 회전한다. 보조 컴프레서(33)가 회전하면 외부에서 받아들인 공기(외기)가 승압되고, 승압된 외기는 소기가스로서 보조 소기 배관(35) 및 메인 소기 배관(25)을 통해 엔진 본체(10)에 공급된다.
본 실시예에서는 보조 소기 배관(35)은 메인 소기 배관(25)에 연결되어 있다. 그리고 메인 소기 배관(25)의 보조 소기 배관(35)이 연결되는 부분보다 하류에는 소기가스를 냉각하는 에어 쿨러(50)가 설치되어 있다. 다만, 소기가스를 냉각하지 않는 경우 및 과급기(20,30)마다 에어 쿨러(50)를 설치하는 경우 등에는 보조 소기 배관(35)을 메인 소기 배관(25)에 연결하지 않고 엔진 본체(10)에 직접 연결하여도 좋다. 또한, 보조 과급기(30)에는 보조 과급기(30)(보조 컴프레서(33))의 회전수를 측정하는 보조 과급기 회전계(36)가 설치되어 있다. 또한, 보조 컴프레서(33)의 출구 근처에는 보조 컴프레서(33)에 의해 승압된 외기의 압력(보조 컴프레서 출구 압력)을 측정하는 보조 컴프레서 출구 압력계(37)가 설치되어 있다.
보조 터빈 입구 밸브(41)는 보조 배기 배관(31)에 설치되어 있으며, 보조 터빈(32)의 입구 측에 위치하는 밸브이다. 보조 컴프레서 출구 밸브(42)는 보조 소기 배관(35)에 설치되어 있으며, 보조 컴프레서(33)의 출구 측에 위치하는 밸브이다. 보조 소기 배관(35)의 보조 컴프레서 출구 밸브(42)보다 상류 측의 부분에는 방풍 배관(44)이 연결되어 있다. 방풍 배관(44)은 보조 컴프레서(33)에서 승압된 외기를 외부로 유도하는 배관이다. 방풍 밸브(43)는 이 방풍 배관(44)에 설치되어 있다. 앞서 언급한 밸브 중 보조 터빈 입구 밸브(41) 및 보조 컴프레서 출구 밸브(42)는 본 실시예에서는 완전 폐쇄 또는 완전 열림 중 하나로 전환되는 개폐 밸브이지만, 개도 조절을 할 수 있는 조절 밸브이어도 좋다. 이러한 밸브의 개폐 전환에는 다소 시간이 소요된다(도 4 참조). 한편, 방풍 밸브(43)는 본 실시예에서는 개도 조절이 가능한 조절 밸브이다. 다만, 방풍 밸브(43)는 개폐 밸브로서 인칭(inching) 조작(개방명령/폐쇄명령에 의한 조작)에 의해 개도를 조절해도 좋다.
<제어계의 구성>
다음으로, 엔진 시스템(100)의 제어계의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 엔진 시스템(100)의 제어계의 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진 시스템(100)은 엔진 시스템(100) 전체를 제어하는 제어 장치(60)를 구비하고 있다. 제어 장치(60)는 예를 들면 시피유(CPU), 롬(ROM), 램(RAM) 등으로 구성되어 있다.
제어 장치(60)는 엔진 회전계(11), 연료 공급 장치(12), 보조 과급기 회전계(36) 및 보조 컴프레서 출구 압력계(37)와 전기적으로 연결되어 있다. 제어 장치(60)는 이들 기기로부터 전송받는 신호에 따라 엔진 회전수, 연료 분사량, 보조 과급기 회전수 및 보조 컴프레서 출구 압력 등을 취득한다. 제어 장치(60)는 상기 각 기기로부터의 입력 신호에 따라 다양한 연산을 수행하여 엔진 시스템(100)의 각 부를 제어한다. 본 실시예에서는 제어 장치(60)는 보조 터빈 입구 밸브(41), 보조 컴프레서 출구 밸브(42) 및 방풍 밸브(43)와 전기적으로 연결되어 있으며, 각종 연산 등의 결과에 따라 이들 기기에 제어 신호를 전송한다.
<운전 대수 감소 제어>
이하, 메인 과급기(20) 및 보조 과급기(30)가 운전된 상태에서 메인 과급기(20)를 운전시킨 채 보조 과급기(30)를 정지시켜 과급기의 운전 대수를 줄이는 제어(운전 대수 감소 제어)에 대해 설명한다. 도 3은 운전 대수 감소 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 이하에서 설명하는 연산 및 제어는 제어 장치(60)에 의해 수행된다. 또한, 도 4는 보조 터빈 입구 밸브(41), 보조 컴프레서 출구 밸브(42) 및 방풍 밸브(43)의 각 개도를 나타낸 타임차트이다. 한편, 도 4는 개념적으로 나타내는 것으로, 실제 값과는 반드시 일치하지 않는다(이하에서 설명하는 다른 타임차트 및 그래프도 마찬가지).
먼저, 처리가 시작되면 제어 장치(60)는 보조 터빈 입구 밸브(41)와 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 동시에 닫는다(단계 S1). 이에 따라 보조 터빈(32)에, 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스가 공급되지 않게 되어 보조 과급기(30)의 회전수가 점차 감소해간다. 한편, 도 4에 나타낸 바와 같이, 이들 밸브가 완전 개방에서 완전 폐쇄가 되려면 약간의 시간이 소요된다. 따라서 보조 터빈 입구 밸브(41)를 닫기 시작하고 나서 보조 과급기(30)가 정지할 때까지는 다소 시간이 소요되기 때문에 보조 터빈 입구 밸브(41)로부터 조금 지연해서 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 닫기 시작하여도 메인 컴프레서(23)에서 승압된 외기가 보조 컴프레서(33)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 제어 장치(60)는 보조 과급기 회전계(36) 및 보조 컴프레서 출구 압력계(37)로부터 전송받는 신호를 읽어들이고 이러한 신호에 따라 보조 과급기 회전수 및 보조 컴프레서 출구 압력을 취득한다(단계 S2).
이어서, 제어 장치(60)는 단계 S2에서 취득된 보조 과급기 회전수에 따라 정지시 기준 압력을 결정한다(단계 S3). 여기서, 도 5는 보조 과급기(30)의 각 회전수에서의 보조 컴프레서 유량 및 보조 컴프레서 출구 압력의 관계를 나타낸 도면, 즉 각 회전수에서의 압력 곡선을 나타낸 도면(컴프레서 맵)이다. 도면의 굵은 선은 각 회전수에서 서지가 발생하는 점을 연결한 선(서지 라인)을 나타내고 있다. 도면의 파선은 서지 라인에서 소정의 간격(서지 마진)을 갖도록 미리 설정된 정지시 기준 압력 라인이다. 앞서 언급한 "정지시 기준 압력"은 이 압력 곡선과 정지시 기준 압력 라인이 교차하는 지점의 압력이다. 제어 장치(60)는 보조 과급기(30)의 회전수마다 정지시 기준 압력의 데이터를 기억하고 있다. 따라서 취득된 보조 과급기(30)의 회전수에 따라 정지시 기준 압력을 결정할 수 있다.
이어서, 제어 장치(60)는 보조 컴프레서 출구 압력이 정지시 기준 압력보다 큰지 여부를 판정한다(단계 S4). 즉, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 위험성이 있는지 여부를 판정한다. 보조 컴프레서 출구 압력이 정지 기준 압력 이하라고 판정했을 경우에는(단계 S4에서 아니오), 단계 S5로 나아간다. 즉, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 없다고 판단했을 경우에는 단계 S5로 나아간다. 한편, 보조 컴프레서 출구 압력이 정지 기준 압력보다 크다고 판단했을 경우(단계 S4에서 예), 단계 S6으로 나아간다. 즉, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 있다고 판단했을 경우에는 단계 S6으로 나아간다.
보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 없는 것으로 하고 단계 S5로 나아갔을 경우 제어 장치(60)는 방풍 밸브(43)에 제어 신호를 전송하여 방풍 밸브(43)의 개도를 감소시킨다. 한편, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 있는 것으로 하고 단계 S6으로 나아갔을 경우, 제어 장치(60)는 방풍 밸브(43)에 제어 신호를 전송하여 방풍 밸브(43)의 개도를 증가시킨다. 한편, 본 실시예에서는 보조 컴프레서 출구 압력과 정지시 기준 압력의 차이에 따라 방풍 밸브(43)의 개도 변화량을 결정한다. 즉, 보조 컴프레서 출구 압력과 정지시 기준 압력의 차이가 작을수록 방풍 밸브(43)의 개도 증감량을 줄인다.
이어, 단계 S5 또는 S6을 거친 후, 제어 장치(60)는 보조 과급기(30)가 정지했는지 여부를 판정한다(단계 S7). 즉, 보조 과급기 회전수가 제로(0)가 되었는지 여부를 판정한다. 보조 과급기(30)가 정지했다고 판정했을 경우에는(단계 S7에서 예), 처리를 종료한다. 한편, 보조 과급기(30)가 정지하고 있지 않다고 판정했을 경우에는(단계 S7에서 아니오), 단계 S2로 되돌아가서 단계 S2 ~ S7을 반복한다.
도 4 중 방풍 밸브(43)의 개도의 타임차트를 나타내는 도면(도 4의 하측 도면)에서의 실선이 본 실시예의 방풍 밸브(43)의 개도를 나타내고 있으며, 파선이 보조 터빈 입구 밸브(41) 및 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 닫기 시작하는 것과 동시에 방풍 밸브(43)가 열리기 시작했을 경우(조기 개방의 경우) 방풍 밸브(43)의 개도를 나타내고 있다. 한편, 앞서 언급한 특허문헌1 내지 특허문헌3에 기재된 것은 파선으로 표시된 것보다 더 빠른 타이밍에 방풍 밸브(43)를 열기 시작하고 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 경우는 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 없을 때에는 방풍 밸브(43)가 열리기 시작하지 않기 때문에 방풍 밸브(43)의 개방 시작 타이밍을 조기 개방의 경우에 비해 지연시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 방풍 밸브(43)는 일정한 비율로 개도가 커지는 것이 아니라, 서지가 발생할 가능성이 작은 때에는 개도를 감소시킬 수도 있다. 이에 따라 서지가 발생하지 않는 범위에서 방풍 밸브(43)의 개도를 가능한 한 줄일 수 있다.
도 6은 보조 컴프레서 출구 압력과 소기 압력의 시간 변화를 나타낸 도면이다. 도 6에서 실선은 본 실시예의 경우를 나타내고 있으며, 파선은 조기 개방의 경우를 나타내고 있다(도 4의 하측 도면 참조). 먼저, 도 6 중 보조 컴프레서 출구 압력의 시간 변화를 나타내는 도면(도 6의 상측 도면)에 주목하면, 본 실시예의 경우는 조기 개방의 경우에 비해 방풍 밸브(43)의 개방 시작이 늦기 때문에 보조 컴프레서 출구 압력이 감소하기 시작하는 것도 늦어지는 것을 알 수 있다.
계속해서, 도 6 중 소기 압력의 시간 변화를 나타내는 도면(도 6의 하측 도면)에 주목하면, 본 실시예의 경우는 조기 개방의 경우에 비해 소기 압력의 하락이 적다. 이는, 본 실시예의 경우, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)가 닫히기 시작한 후이더라도 보조 컴프레서(33)에서 승압된 외기를 소기가스로서 이용할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 과급기의 운전 대수를 줄일 때 종래와 같이 서지의 발생을 고려하여 방풍 밸브(43)를 조기에 열기 시작하는 경우에 비해 보조 과급기(30)를 정지하는 동안뿐만 아니라 정지한 후에도 소기 압력의 감소를 억제할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면 종래의 경우에 비해 엔진 본체(10)를 효율적으로 운전할 수 있다.
<운전 대수 증가 제어>
이어, 메인 과급기(20)가 운전되고 보조 과급기(30)가 정지되어 있는 상태에서 메인 과급기(20)를 운전시킨 채 보조 과급기(30)를 운전시켜 과급기의 운전 대수를 증가시키는 제어(운전 대수 증가 제어)에 대해 설명한다. 도 7은 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 이하에서 설명하는 연산 및 제어는 제어 장치(60)에 의해 수행된다. 또한, 도 8은 보조 터빈 입구 밸브(41), 보조 컴프레서 출구 밸브(42) 및 방풍 밸브(43)의 개도를 나타낸 타임차트이다.
먼저, 처리가 시작되면 제어 장치(60)는 보조 터빈 입구 밸브(41)를 개방한다(단계 S11). 이에 따라 보조 터빈(32)에 배기가스가 공급되어 보조 과급기(30)는 운전되기 시작한다. 한편, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)는 보조 터빈 입구 밸브(41)와 동시에 개방되지는 않는다. 보조 과급기(30)의 회전수가 적고 보조 컴프레서 출구 압력이 낮은 상태에서 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열어버리면 메인 컴프레서(23)에서 승압된 외기가 보조 컴프레서(33)로 역류해버리기 때문이다.
이어서, 제어 장치(60)는 엔진 회전계(11), 연료 공급 장치(12), 보조 과급기 회전계(36) 및 보조 컴프레서 출구 압력계(37)로부터 전송받는 신호를 읽어들이고 이러한 신호에 따라 엔진 부하(엔진 회전수 및 연료 분사량으로부터 추정), 보조 과급기 회전수 및 보조 컴프레서 출구 압력을 취득한다(단계 S12).
이어서, 제어 장치(60)는 전환 회전수를 결정한다(단계 S13). 여기서 말하는 "전환 회전수"라고 함은 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하기 시작할 때의 보조 과급기 회전수이다. 전환 회전수는 엔진 부하에 따라 결정한다. 구체적으로는, 제어 장치(60)는 도 9에 나타낸 그래프에 해당하는 맵 데이터를 저장하고 있으며, 취득된 엔진 부하에 따라 전환 회전수를 결정한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 엔진 부하가 커질수록 전환 회전수는 커진다.
이어서, 제어 장치(60)는 단계 S12에서 취득된 보조 과급기 회전수가 단계(S13)에서 결정한 전환 회전수 이상인지 여부를 판정한다(단계 S14). 보조 과급기 회전수가 전환 회전수 이상이라고 판정했을 때(단계 S14에서 예), 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작하고(단계 S15), 그 후에 단계 S16으로 나아간다. 한편, 보조 과급기 회전수가 전환 회전수보다 작다고 판정했을 때(단계 S14에서 아니오), 단계 S15를 거치지 않고 단계 S16으로 나아간다.
이어서, 제어 장치(60)는 단계 S12에서 취득된 보조 과급기 회전수에 따라 운전시 기준 압력을 결정한다(단계 S16). 운전시 기준 압력은 앞서 언급한 정지시 기준 압력(도 3의 단계 S3 참조)과 마찬가지로 미리 설정된 소정량의 서지 마진을 가진 압력이다. 제어 장치(60)는 보조 과급기 회전수마다 운전시 기준 압력의 데이터를 저장하고 있다. 따라서 취득된 보조 과급기 회전수에 따라 운전시 기준 압력을 결정할 수 있다. 또한, 각 보조 과급기 회전수에서 운전시 기준 압력과 정지시 기준 압력을 동일한 값으로 하여도 좋다.
이어서, 제어 장치(60)는 보조 컴프레서 출구 압력이 운전시 기준 압력보다 큰지 여부를 판정한다(단계 S17). 즉, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 위험성이 있는지 여부를 판정한다. 보조 컴프레서 출구 압력이 운전시 기준 압력 이하라고 판정했을 경우에는(단계 S17에서 아니오), 단계 S18로 나아간다. 즉, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 없다고 판단했을 경우에는 단계 S18로 나아간다. 한편, 보조 컴프레서 출구 압력이 운전시 기준 압력보다 크다고 판단했을 경우에는(단계 S17에서 예), 단계 S19로 나아간다. 즉, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 있다고 판단했을 경우에는 단계 S19로 나아간다.
보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 없는 것으로 하여 단계 S18로 나아갔을 경우 제어 장치(60)는 방풍 밸브(43)에 제어 신호를 전송하여 방풍 밸브(43)의 개도를 감소시킨다. 한편, 보조 컴프레서(33)에 서지가 발생할 가능성이 있는 것으로 하여 단계 S19로 나아갔을 경우 제어 장치(60)는 방풍 밸브(43)에 제어 신호를 전송하여 방풍 밸브(43)의 개도를 증가시킨다. 한편, 방풍 밸브(43)의 개도를 증가시킬 때, 보조 컴프레서 출구 압력과 운전시 기준 압력의 차이가 작을수록 방풍 밸브(43)의 개도 증감량을 줄인다.
이어서, 단계 S18 또는 S19를 거친 후 제어 장치(60)는 보조 컴프레서 출구 밸브(42)가 완전 개방되었는지 여부를 판정한다(단계 S20). 한편, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)가 완전 개방되었는지 여부는 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 완전 폐쇄/완전 개방확인용 리미트 스위치나 개방이 시작되고 난 후의 시간 등으로 판단할 수 있다. 보조 컴프레서 출구 밸브(42)가 완전 개방되었다고 판정했을 경우에는(단계 S20에서 예) 처리를 종료한다. 한편, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)가 완전 개방되어 있지 않다고 판정했을 경우에는(단계 S20에서 아니오), 단계 S12로 되돌아가서 단계 S12 ~ S20을 반복한다.
이상과 같이, 본 실시예의 운전 대수 증가 제어에 따르면 서지가 발생하지 않는 범위에서 가능한 한 방풍 밸브(43)의 개도(완전 폐쇄도 포함)가 작아지도록 제어된다. 따라서 보조 컴프레서(33)에서 승압된 외기는 외부로 배출되는 것이 억제되어 보조 컴프레서 출구 밸브(42)가 열리기 시작하자마자 소기가스로서 엔진 본체(10)에 공급된다. 따라서 소기 압력을 높일 수 있어 엔진 본체(10)를 효율적으로 운전할 수 있다.
또한, 본 실시예의 운전 대수 증가 제어에서는 엔진 부하 및 보조 과급기 회전수에 따라 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하는 타이밍을 결정하고 있다. 다만, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하는 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 10에 나타낸 바와 같이 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 전후 차압을 측정하는 차압계(38)를 설치하여 해당 전후 차압에 따라 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하는 타이밍을 결정하여도 좋다. 구체적으로는, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 상류 측의 압력이 하류 측의 압력보다 높아졌을 때 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하여도 좋다.
또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 에어 쿨러(50)와 엔진 본체(10) 사이에 소기 압력을 측정하는 소기 압력계(39)를 설치하여 보조 컴프레서 출구 압력과 소기 압력의 차압이 소정의 문턱 값을 초과했을 때 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하도록 하여도 좋다. 또한, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)로서, 보조 컴프레서(33)에서 승압된 외기가 엔진 본체(10)로는 흐르지만 메인 컴프레서(23)에서 승압된 외기는 보조 컴프레서(33)로 흐르지 않는 체크 밸브를 채용하여도 좋다.
(제2 실시예)
다음으로, 제2 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 운전 대수 증가 제어 방법이 제1 실시예의 경우와 다르다. 이하, 본 실시예의 운전 대수 증가 제어에 대해 설명한다.
도 11은 본 실시예의 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 또한, 도 12는 보조 터빈 입구 밸브(41), 보조 컴프레서 출구 밸브(42) 및 방풍 밸브(43)의 개도, 및 보조 과급기(30)의 회전수를 나타낸 타임차트이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 운전 대수 증가 제어의 처리가 시작되면 제어 장치(60)는 소정의 개도가 되도록 방풍 밸브(43)의 개방을 시작하고(단계 S21), 소정 시간 후에 보조 터빈 입구 밸브(41)의 개방을 시작한다(단계 S22). 보조 터빈 입구 밸브(41)의 개방을 시작함에 따라 보조 과급기(30)는 운전되기 시작한다(도 12 참조).
이어서, 제어 장치(60)는 엔진 회전계(11), 연료 공급 장치(12) 및 보조 과급기 회전계(36)로부터 전송받는 신호를 읽어들이고 이러한 신호에 따라 엔진 부하(엔진 회전수 및 연료 분사량으로부터 추정) 및 보조 과급기 회전수를 취득한다(단계 S23).
이어서, 제어 장치(60)는 제1 전환 동작점(보조 컴프레서 유량과 보조 컴프레서 출구 압력)을 결정한다(단계 S24). "제1 전환 동작점"은 소정의 서지 마진을 가진 보조 컴프레서(33)의 동작점으로서, 방풍 밸브(43)를 닫기 시작하는 시점이다. 방풍 밸브(43)의 개폐에 따라 보조 컴프레서(33)의 동작점은 크게 변화하기 때문에 방풍 밸브(43)를 닫기 시작하는 타이밍이 다르면 보조 컴프레서(33)의 동작 곡선(동작점의 궤적)도 다르다. 본 실시예에서는 보조 컴프레서(33)가 어느 동작점에 도달했을 때 방풍 밸브(43)를 닫기 시작하면 방풍 밸브(43)를 닫기 시작하기 직전부터 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하기 직전까지의 사이에 서지가 발생하지 않는, 즉 그 사이 동작 곡선이 서지 영역에 도달하지 않는다는 조건을 충족하는 동작점을 제1 전환 동작점으로 설정한다. 다만, 제1 전환 동작점은 엔진 부하에 따라 변화한다. 또한, 제1 전환 동작점에서의 보조 컴프레서 출구 압력 및 보조 컴프레서 유량을 각각 제1 전환 압력 및 제1 전환 유량으로 한다(도 15 참조). 제어 장치(60)는 도 13에 나타낸 제1 전환 압력의 그래프에 해당하는 맵 데이터를 저장하고 있으며, 이 맵 데이터와 단계 S23에서 취득된 엔진 부하에 따라 제1 전환 압력을 결정한다. 마찬가지로, 제어 장치(60)는 도 14에 나타낸 제1 전환 유량의 그래프에 해당하는 맵 데이터를 저장하고 있으며, 이 맵 데이터와 단계(S23)에서 취득된 엔진 부하에 따라 제1 전환 유량을 결정한다. 한편, 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 엔진 부하가 커질수록 제1 전환 압력 및 제1 전환 유량은 커진다.
이어서, 제어 장치(60)는 제1 전환 회전수를 결정한다(단계 S25). 본 실시예에서는 보조 컴프레서(33)의 제1 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 제1 전환 회전수로 한다. 예를 들어, 도 15에 나타낸 바와 같이 제1 전환 동작점인 점 A를 X% 회전수의 압력 곡선이 통과하는 경우에는 제1 전환 회전수를 X% 회전수로 한다. 한편, 엔진의 운전 상황 등에 따라서는 보조 과급기 회전수가 제1 전환 회전수에 도달했을 때 보조 컴프레서(33)의 동작점이 제1 전환 동작점과 다른 경우가 있다. 다만, 제1 전환 동작점은 소정의 서지 마진이 있기 때문에 실제 동작점이 제1 전환 동작점에서 다소 벗어나더라도 방풍 밸브(43)를 닫기 시작하기 직전부터 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하기 직전까지의 사이에는 보조 컴프레서(33)의 서지를 방지할 수 있다.
이어, 제어 장치(60)는 보조 과급기 회전수가 제1 전환 회전수 이상인지 여부를 판정한다(단계 S26). 보조 과급기 회전수가 제1 전환 회전수 이상이라고 판정했을 경우에는(단계 S26에서 예) 방풍 밸브(43)의 폐쇄를 시작한다(단계 S27; 도 12 참조). 한편, 보조 과급기 회전수가 제1 전환 회전수보다 작다고 판정했을 경우에는(단계 S26에서 아니오), 단계 S23으로 되돌아가서 단계 S23 ~ S26을 반복한다.
단계 S27을 거쳐 방풍 밸브(43)의 폐쇄를 시작한 후에는 제어 장치(60)는 다시 엔진 회전계(11), 연료 공급 장치(12) 및 보조 과급기 회전계(36)로부터 전송받는 신호를 읽어들이고 이러한 신호에 따라 엔진 부하 및 보조 과급기 회전수를 취득한다(단계 S28).
이어서, 제어 장치(60)는 제2 전환 동작점을 결정한다(단계 S29). "제2 전환 동작점"은 소정의 서지 마진을 가진 보조 컴프레서(33)의 동작점으로서, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하는 시점이다. 제2 전환 동작점은 제1 전환 동작점과 동일하게 결정한다. 즉, 보조 컴프레서(33)가 어느 동작점에 도달했을 때 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하면 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하기 직전부터 열기 종료하기(전환 완료)까지의 사이에 서지가 발생하지 않는, 즉 그 사이 동작 곡선이 서지 영역에 도달하지 않는다는 조건을 충족하는 동작점을 제2 전환 동작점으로 설정한다. 제2 전환 동작점도 제1 전환 동작점과 마찬가지로, 엔진 부하에 따라 변화한다. 또한, 제2 전환 동작점에서의 보조 컴프레서 출구 압력 및 보조 컴프레서 유량을 각각 제2 전환 압력 및 제2 전환 유량으로 한다(도 15 참조). 제어 장치(60)는, 도 13 및 도 14에 나타낸 제2 전환 압력의 그래프 및 제2 전환 유량에 해당하는 맵 데이터 및 엔진 부하에 따라 제2 전환 압력 및 제2 전환 유량을 결정한다. 또한, 엔진 부하가 동일한 경우 제2 전환 압력 및 제2 전환 유량은 각각 제1 전환 압력 및 제1 전환 유량보다 높은 값으로 결정된다.
이어서, 제어 장치(60)는 제2 전환 회전수를 결정한다(단계 S30). 제1 전환 회전수의 경우와 마찬가지로, 보조 컴프레서(33)의 제2 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 제2 전환 회전수로 한다. 예를 들어, 도 15에 나타낸 바와 같이 제2 전환 동작점인 점 B를 Y% 회전수의 압력 곡선이 통과하고 있는 경우에는 제2 전환 회전수를 Y% 회전수로 한다. 한편, 제2 전환 압력 및 제2 전환 유량은 각각 제1 전환 압력 및 제1 전환 유량보다 크기 때문에 제2 전환 회전수는 제1 전환 회전수보다 높아진다. 또한, 엔진의 운전 상황 등에 따라서는 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수에 도달했을 때 보조 컴프레서의 동작점이 제2 전환 동작점과 다른 경우가 있다. 다만, 제2 전환 동작점은 소정의 서지 마진이 있기 때문에 실제 동작점이 제2 전환 동작점에서 다소 벗어나더라도 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하기 직전부터 열기 종료하기까지의 사이에는 보조 컴프레서(33)의 서지를 방지할 수 있다.
이어서, 제어 장치(60)는 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수 이상인지 여부를 판정한다(단계 S31). 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수 이상이라고 판정했을 경우에는(단계 S31에서 예), 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작하고(단계 S32; 도 12 참조) 그 후에 처리를 종료한다. 한편, 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수보다 작다고 판정했을 경우에는(단계 S31에서 아니오), 단계 S28로 되돌아가서 단계 S28 ~ S31을 반복한다.
본 실시예의 운전 대수 증가 제어는 이상과 같다. 운전 대수 증가 제어를 이상과 같이 수행함으로써, 도 12에 나타낸 바와 같이, 방풍 밸브(43)가 소정의 개도로 열린 상태에서 보조 터빈 입구 밸브(41)의 개방이 시작된 후, 방풍 밸브(43)의 폐쇄가 시작되고, 그 다음에 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방이 시작된다. 즉, 방풍 밸브(43)가 어느 정도 닫힌 상태에서 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방이 시작되기 때문에 보조 컴프레서(33)에서 승압된 외기가 방풍 밸브(43)를 통해 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 보조 컴프레서(33)에서 외기가 충분히 승압되기 때문에, 메인 컴프레서(23)에서 승압된 외기가 보조 컴프레서(33)로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 엔진 본체(10)의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예의 운전 대수 증가 제어는 보조 컴프레서 출구 밸브(42) 및 방풍 밸브(43)의 개폐가 보조 과급기 회전수에 따라 제어되기 때문에, 보조 컴프레서 출구 압력의 취득을 생략할 수 있다. 따라서 예를 들어, 운전 대수 감소 제어를 타임 스케줄에 따라 수행하는 등, 운전 대수 증가 제어뿐만 아니라 운전 대수 감소 제어에서도 보조 컴프레서 출구 압력을 이용하지 않는 경우에는 도 1의 보조 컴프레서 출구 압력계(37)를 생략할 수 있다.
한편, 이상에서는 보조 과급기 회전수가 제1 전환 회전수 이상이라고 판정했을 경우에는 방풍 밸브(43)의 폐쇄를 시작하는 것을 설명했지만(단계(S26,S27)), 이 방풍 밸브(43)를 닫는 속도, 즉 방풍 밸브(43)의 개도의 감소율(변화율)은 일정하지 않아도 좋다. 예를 들어, 보조 과급기 회전수와 제1 전환 회전수의 차이가 클수록 방풍 밸브(43)를 닫는 회전수를 크게, 즉 방풍 밸브(43)의 개도의 감소량을 크게 해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 보조 컴프레서(33)의 서지가 발생할 가능성이 낮을 경우, 더욱 신속하게 방풍 밸브(43)를 닫을 수 있기 때문에 엔진 본체(10)의 효율 저하를 더욱 억제할 수 있다.
(제3 실시예)
다음으로, 제3 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는 제2 실시예에서의 운전 대수 증가 제어에 소정의 단계를 추가한 것이다. 이하, 본 실시예의 제2 실시예와 다른 부분을 중심으로 설명한다.
도 16은 본 실시예에 따른 엔진 시스템(200) 전체의 개략 구성도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(200)에서는 메인 소기 배관(25)에 메인 컴프레서 출구 압력계(40)가 설치되어 있지만, 그 외에는 도 1에 나타낸 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 엔진 시스템(100)과 동일한 구성이다. 메인 컴프레서 출구 압력계(40)는 메인 컴프레서(23)의 출구 측이며 에어 쿨러(50)의 상류에 위치하고 있다. 메인 컴프레서 출구 압력계(40)는 제어 장치(60)와 전기적으로 연결되어 있으며, 제어 장치(60)는 메인 컴프레서 출구 압력계(40)로부터 전송받는 신호에 따라 메인 컴프레서 출구 압력을 취득한다.
도 17은 본 실시예의 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이며, 제2 실시예의 도 11에 상당한다. 도 17과 도 11을 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 운전 대수 증가 제어는 제2 실시예의 운전 대수 증가 제어에 단계 S41, S42를 추가한 것이다. 제2 실시예에서는 제어 장치(60)가 단계 S29에서 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수 이상이라고 판정했을 경우, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작하고 있지만, 본 실시예에서는 단계 S31에서 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수 이상이라고 판정했을 경우 즉시 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작하지 않고 단계 S41로 나아간다.
단계 S41에서는 제어 장치(60)는 메인 컴프레서 출구 압력계(40)로부터 전송받는 신호를 읽어들이고 이 신호에 따라 메인 컴프레서 출구 압력을 취득한다.
이어서, 제어 장치(60)는 단계 S41에서 취득된 메인 컴프레서 출구 압력이 단계 S29에서 제2 전환 동작점을 결정할 때에 사용한 제2 전환 압력 이하인지 여부를 판정한다(단계 S42). 메인 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력 이하인 경우는(단계 S42에서 예), 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작하고(단계 S32), 그 후에 처리를 종료한다. 한편, 메인 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력보다 크다고 판정했을 경우에는(단계 S42에서 아니오), 단계 S28로 되돌아가서 단계 S28~S31, S41, S42를 반복한다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 보조 과급기 회전수가 제2 전환 회전수 이상일뿐만 아니라 메인 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력 이하일 때에 비로소 보조 컴프레서 출구 밸브(42) 개방을 시작한다.
여기서, 선박이 일정한 속도로 항해하는 경우이어도 바다의 상황에 따라서는 엔진 부하가 크게 변동하는 경우가 있다. 엔진 부하가 낮아졌을 때 메인 컴프레서 출구 압력은 낮아지도록 제어되지만, 엔진 부하가 낮아지고 나서 메인 컴프레서 출구 압력이 낮아질 때까지는 어느 정도의 시간이 소요된다. 따라서 엔진 부하가 낮아짐과 동시에 운전 대수 증가 제어를 수행했을 경우, 메인 컴프레서 출구 압력은 아직도 높은 상태에 있기 때문에 메인 컴프레서(23)에서 승압된 외기가 보조 컴프레서(33) 측으로 역류해버릴 우려가 있다.
반면, 본 실시예에서는 메인 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력 이하일 때에 비로소 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작한다. 원래 보조 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력이 되었을 때 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작하므로 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방이 시작되었을 때 보조 컴프레서 출구 압력은 제2 전환 압력이다. 따라서 본 실시예와 같이 메인 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력 이하이면, 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방이 시작되었을 때에는 메인 컴프레서 출구 압력은 보조 컴프레서 출구 압력보다 작게 된다. 따라서 본 실시예에 따르면, 엔진 부하가 변동하는 경우이어도 메인 컴프레서(23)에서 승압된 외기가 보조 컴프레서(33) 측으로 역류하는 일은 없다.
한편, 본 실시예에서는 메인 컴프레서 출구 압력계(40)를 이용하여 메인 컴프레서 출구 압력을 취득했지만, 예를 들어 메인 소기 배관(25)의 에어 쿨러(50)보다 하류에 소기 압력계(도 10의 부호 39 참조)를 설치하고, 그 소기 압력계가 측정한 소기 압력에 따라 메인 컴프레서 출구 압력을 취득(추정)하여도 좋다. 이 점은 후술하는 제4 실시예의 경우에도 마찬가지이다.
(제4 실시예)
다음으로, 제4 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는 제2 실시예에 있어서 제1 전환 회전수 및 제2 전환 회전수를 결정하는 방법이 다른 것이다. 이하, 본 실시예의 제1 전환 회전수 및 제2 전환 회전수의 결정 방법을 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 엔진 시스템의 전체 구성은 도 16에 나타낸 제3 실시예의 엔진 시스템(200)과 기본적으로 동일하다. 즉, 본 실시예에 따른 엔진 시스템에서는 메인 소기 배관(25)에 메인 컴프레서 출구 압력계(40)가 설치되어 있다.
도 18은 본 실시예의 운전 대수 증가 제어 방법을 나타낸 플로우차트이며, 제2 실시예의 도 11에 상당한다. 도 18과 도 11을 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 운전 대수 증가 제어는 제2 실시예의 운전 대수 증가 제어의 단계 S23, S28, S29를 단계 S51, S53, S54로 변경하고 단계 S52를 추가한 것이다.
제2 실시예에서는 단계 S22를 거친 후, 엔진 부하 및 보조 과급기 회전수를 취득하고 있었는데(도 11의 단계 S23 참조), 본 실시예에서는 메인 컴프레서 출구 압력계(40) 및 보조 과급기 회전계(36)로부터 전송받는 신호를 읽어들이고 이 신호에 따라 "메인 컴프레서 출구 압력" 및 보조 과급기 회전수를 취득한다(단계 S51). 그 후, 제어 장치(60)는 단계 S51에서 취득된 메인 컴프레서 출구 압력에 따라 엔진 부하를 추정한다(단계 S52). 구체적으로는, 제어 장치(60)는 도 19에 나타낸 그래프에 해당하는 맵 데이터를 저장하고 있으며, 이 맵 데이터와 취득된 컴프레서 출구 압력에 따라 엔진 부하를 추정한다. 한편, 도 19에 나타낸 바와 같이, 컴프레서 출구 압력이 커질수록 추정되는 엔진 부하는 커진다.
그 후에는 제2 실시예와 마찬가지로, 추정된 엔진 부하에 따라 제1 전환 동작점을 결정하고(단계 S24), 제1 전환 회전수를 결정한다(단계 S24). 한편, 단계 S52에서 추정한 엔진 부하와 실제의 엔진 부하에는 약간의 오차가 있지만, 앞서 언급한 바와 같이 제1 전환 동작점은 소정의 서지 마진이 있기 때문에 해당 오차로 인하여 실제 동작점이 제1 전환 동작점에서 다소 벗어나더라도 방풍 밸브(43)를 닫기 시작하기 직전부터 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 열기 시작하기 직전까지의 사이에는 보조 컴프레서(33)의 서지를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 단계 S27을 거친 후 단계 S51과 마찬가지로 메인 컴프레서 출구 압력 및 보조 과급기 회전수를 취득한다(단계 S53). 그 후, 제어 장치(60)는 제2 전환 동작점을 결정한다(단계 S54). 구체적으로는, 제어 장치(60)는 단계 S53에서 취득된 메인 컴프레서 출구 압력과 동일한 값을 제2 전환 압력으로 한다. 그리고 이 제2 전환 압력에 있어서 서지가 발생하는 보조 컴프레서(33)의 유량에 소정 유량(마진 유량)을 더한 값을 제2 전환 유량으로 한다. 또한, 보조 컴프레서 출구 압력이 제2 전환 압력이고 보조 컴프레서 유량이 제2 전환 유량인 동작점을 제2 전환 동작점으로 한다. 즉, 도 20에 나타낸 바와 같이, 서지 라인에서의 제2 전환 압력(메인 컴프레서 출구 압력)의 점(서지점)인 점 C를 취하고 이 점 C에서 소정의 마진 유량만큼 보조 컴프레서 유량의 증가 쪽으로 시프트한 점 D를 제2 전환 동작점으로 한다.
이어서, 도 18의 단계 S30에서 보조 컴프레서(33)의 제2 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 제2 전환 회전수로 한다. 예를 들어, 도 20에 나타낸 바와 같이 제2 전환 동작점인 점 D를 Z% 회전수의 압력 곡선이 통과하고 있는 경우에는 제2 전환 회전수를 Z% 회전수로 한다. 제2 전환 회전수를 결정한 후의 처리(단계 S31, S32)는 제2 실시예의 경우와 마찬가지이다.
한편, 상기 마진 유량의 값은 특별히 한정되지 않는다. 마진 유량은 일정하여도 좋고, 메인 컴프레서 출구 압력이 높아질수록 늘리는 등 변동시켜도 좋다. 또한, 이상에서는 서지점인 점 C에서 소정의 마진 유량만큼 보조 컴프레서 유량의 증가 쪽으로 시프트한 점 D를 제2 전환 동작점으로 했지만 상기 시프트의 방향은 보조 컴프레서 유량의 증가 방향에만 한정되지 않는다. 예를 들어, 서지점(점 C)으로부터 소정의 마진 유량만큼 보조 컴프레서 유량의 증가 쪽으로 시프트하는 동시에 소정의 마진 압력만큼 보조 컴프레서 압력의 감소 쪽으로 시프트시킨 점을 제2 전환 동작점으로 해도 좋다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 엔진 부하가 아니라 메인 컴프레서 출구 압력에 따라 제1 전환 회전수 및 제2 전환 회전수를 결정하고 보조 과급기 회전수가 이 제1 전환 회전수 이상일 때 방풍 밸브(43)의 폐쇄를 시작하고, 이 제2 전환 회전수 이상일 때 보조 컴프레서 출구 밸브(42)의 개방을 시작한다. 이와 같이 방풍 밸브(43)를 폐쇄하는 타이밍 및 보조 컴프레서 출구 밸브(42)를 개방하는 타이밍은 엔진 부하에 영향받지 않기 때문에 엔진 부하가 변동하는 상황에서 가동 대수 증가 제어를 수행하는 경우에는 효과적이다. 또한, 제1 실시예에 따른 운전 대수 감소 제어를 수행하는 등, 운전 대수 증가 제어뿐만 아니라 운전 대수 감소 제어에 있어서도 엔진 부하를 사용하지 않는 경우에는 도 2의 제어 장치(60)와 엔진 회전계(11) 및 연료 공급 장치(12)의 연결을 생략할 수 있다.
이상, 제1 실시예 내지 4 실시예에 대해 설명했다. 이상에서는 엔진 시스템(100,200)이 한 대의 메인 과급기(20)와 한 대의 보조 과급기(30)를 구비한 경우에 대해 설명했지만, 엔진 시스템(100,200)은 메인 과급기(20)를 복수 대 구비하고 있어도 좋고, 보조 과급기(30)를 복수 대 구비하고 있어도 좋다. 예를 들어, 제1 실시예라면 엔진 시스템(100)은 도 21에 나타낸 바와 같이, 한 대의 메인 과급기(20)와 두 대의 보조 과급기(30)를 구비하고 있어도 좋다.
본 발명에 따른 엔진 시스템에 따르면, 과급기에 서지가 발생하는 것을 방지하면서 과급기의 운전 대수를 변경할 때 엔진 본체의 효율이 감소하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 운전 상황에 따라 과급기의 운전 대수를 바꾸는 엔진 시스템의 기술 분야에 있어서 유익하다.
10: 엔진 본체
20: 메인 과급기
22: 메인 터빈
23: 메인 컴프레서
30: 보조 과급기
32: 보조 터빈
33: 보조 컴프레서
41: 보조 터빈 입구 밸브
42: 보조 컴프레서 출구 밸브
43: 방풍 밸브
44: 방풍 배관
60: 제어 장치
100, 200: 엔진 시스템

Claims (12)

  1. 엔진 본체와,
    메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와,
    상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와,
    상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과,
    상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와,
    제어 장치를 구비하며,
    상기 제어 장치는,
    상기 메인 과급기 및 상기 보조 과급기가 운전된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 닫아 상기 보조 과급기를 정지시켜 과급기의 운전 대수를 줄일 때,
    보조 과급기 회전수에 기초하여 소정의 서지 마진을 갖는 정지시 기준 압력을 결정하고, 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 정지시 기준 압력보다 높을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 정지시 기준 압력보다 낮을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 감소시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시킬 때, 상기 보조 컴프레서 출구 압력과 상기 정지시 기준 압력의 차이가 작을수록 상기 방풍 밸브의 개도 증가량을 줄이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  3. 엔진 본체와,
    메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와,
    상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와,
    상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과,
    상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와,
    제어 장치를 구비하며,
    상기 제어 장치는,
    상기 메인 과급기가 운전되고 상기 보조 과급기가 정지된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 열어 상기 보조 과급기를 운전시켜 과급기의 운전 대수를 늘릴 때,
    보조 과급기 회전수에 기초하여 소정의 서지 마진을 갖는 운전시 기준 압력을 결정하고, 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 운전시 기준 압력보다 높을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 보조 컴프레서 출구 압력이 상기 운전시 기준 압력보다 낮을 때 상기 방풍 밸브의 개도를 감소시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 방풍 밸브의 개도를 증가시킬 때, 상기 보조 컴프레서 출구 압력과 상기 운전시 기준 압력의 차이가 작을수록 상기 방풍 밸브의 개도 증가량을 줄이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어 장치는 과급기의 운전 대수를 늘릴 때, 상기 보조 터빈 입구 밸브를 개방하기 시작한 후 보조 과급기 회전수가 소정의 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 개방을 시작하고, 상기 전환 회전수는 엔진 부하에 따라 결정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  6. 삭제
  7. 엔진 본체와,
    메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와,
    상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와,
    상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과,
    상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와,
    제어 장치를 구비하며,
    상기 제어 장치는,
    상기 메인 과급기가 운전되고 상기 보조 과급기가 정지된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 열어 상기 보조 과급기를 운전시켜 과급기의 운전 대수를 늘릴 때,
    상기 방풍 밸브를 소정의 개도로 개방한 상태에서 상기 보조 터빈 입구 밸브의 개방을 시작한 후, 보조 과급기 회전수가 소정의 제1 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 방풍 밸브의 폐쇄를 시작하고, 보조 과급기 회전수가 상기 제1 전환 회전수보다 큰 제2 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 개방을 시작하도록 구성되어 있고,
    상기 제어 장치는 엔진 부하에 기초하여 소정의 서지 마진을 가지는 상기 보조 컴프레서의 제1 전환 동작점을 결정하고, 상기 제1 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제1 전환 회전수로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 장치는 엔진 부하에 기초하여 소정의 서지 마진을 가지는 상기 보조 컴프레서의 제2 전환 동작점을 결정하고, 상기 제2 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제2 전환 회전수로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 장치는 과급기의 운전 대수를 늘릴 때 메인 컴프레서 출구 압력을 취득하고, 보조 과급기 회전수가 상기 제2 전환 회전수 이상이고 취득된 메인 컴프레서 출구 압력이 상기 제2 전환 동작점에서의 보조 컴프레서 출구 압력보다 작을 때 보조 컴프레서 출구 밸브를 열기 시작하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  10. 엔진 본체와,
    메인 터빈 및 메인 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 메인 과급기와,
    상기 엔진 본체에 대해 상기 메인 과급기와 병렬로 배치되며, 보조 터빈 및 보조 컴프레서를 갖는 한 대 이상의 보조 과급기와,
    상기 보조 터빈의 입구 측에 설치된 보조 터빈 입구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서의 출구 측에 설치된 보조 컴프레서 출구 밸브와,
    상기 보조 컴프레서에서 승압된 외기를 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 상류로부터 외부로 유도하는 방풍 배관과,
    상기 방풍 배관에 설치된 방풍 밸브와,
    제어 장치를 구비하며,
    상기 제어 장치는,
    상기 메인 과급기가 운전되고 상기 보조 과급기가 정지된 상태에서 상기 메인 과급기를 운전시킨 채 상기 보조 터빈 입구 밸브 및 상기 보조 컴프레서 출구 밸브를 열어 상기 보조 과급기를 운전시켜 과급기의 운전 대수를 늘릴 때,
    상기 방풍 밸브를 소정의 개도로 개방한 상태에서 상기 보조 터빈 입구 밸브의 개방을 시작한 후, 보조 과급기 회전수가 소정의 제1 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 방풍 밸브의 폐쇄를 시작하고, 보조 과급기 회전수가 상기 제1 전환 회전수보다 큰 제2 전환 회전수 이상이 되었을 때 상기 보조 컴프레서 출구 밸브의 개방을 시작하도록 구성되어 있고,
    상기 제어 장치는 메인 컴프레서 출구 압력을 취득하고, 취득된 메인 컴프레서 출구 압력과 동일한 값을 제2 전환 압력으로 하고, 해당 제2 전환 압력에서 서지가 발생하는 보조 컴프레서 유량에 소정 유량을 더한 값을 제2 전환 유량으로 하고, 상기 제2 전환 압력이면서 상기 제2 전환 유량인 동작점을 제2 전환 동작점으로 하고, 상기 제2 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제2 전환 회전수로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 장치는 취득된 메인 컴프레서 출구 압력에 기초하여 엔진 부하를 추정하고, 추정된 엔진 부하에 기초하여 소정의 서지 마진을 가지는 상기 보조 컴프레서의 제1 전환 동작점을 결정하고, 상기 제1 전환 동작점을 통과하는 압력 곡선의 보조 과급기 회전수를 상기 제1 전환 회전수로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 방풍 밸브를 닫을 때, 상기 보조 과급기 회전수와 상기 제1 전환 회전수의 차이가 작을수록 상기 방풍 밸브의 개도 감소량을 줄이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
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