KR102061733B1 - 엔진 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템은 소기 유로에 설치된 신기를 냉각하는 에어 쿨러와, EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와, EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러와, 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도가 당해 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도보다 낮고, 동시에 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도보다 낮은 비 응결 상태를 유지하도록, 에어 쿨러, EGR 가스 쿨러 또는 그 양방을 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

엔진 시스템 및 제어 방법
본 발명은 엔진 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
배기 가스를 엔진에 재순환시키는 배기 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 기술은 NOx 배출 저감의 효과가 커서, 저(低) 환경 부하 엔진에 널리 적용되고 있다. 이러한 EGR은 선박용 대형 디젤 엔진에서도 효과적이다. 그러나, 중유를 연료로 하는 선박용 대형 디젤 엔진은 배기 가스에 많은 SOx가 포함되기 때문에, 배기 가스를 재순환시킬 때, 그 배기 가스(EGR 가스)를 스크러버(scrubber)에 의해 세정하는 것이 일반적이다(특허 문헌 1 참조).
일본 특허공개 특개 2011-157959호 공보
EGR 가스의 세정은 세정액을 이용하여 이루어기 때문에, 스크러버를 통과한 EGR 가스는 포화 상태가 된다. 따라서, EGR 가스가 신기(新氣)와 합류하여 접촉하면 온도가 저하하고 응결되어 응축수가 발생할 수가 있다. 또한, 스크러버에 의한 세정에 의해서는 EGR 가스로부터 완전히 SOx를 제거하는 것이 어려워 EGR 가스에는 SOx가 약간 포함된다. 이러한 EGR 가스에 포함된 SOx가 상기 응축수에 용해하면 소기(掃氣) 유로 내에 황산 미스트(mist)가 발생한다. 그리고, 황산 미스트가 엔진에 유입되는 경우에는 엔진의 부식이 진행되기 쉽고, 또한 실린더 라이너의 이상 마찰이 발생하는 문제가 생긴다.
여기서, 소기 유로에 워터 미스트 캐처(water mist catcher)를 설치하고, 워터 미스트 캐처에 의해 황산 미스트를 포집할 수도 있지만, 황산 미스트 중에서 극 미소 입경의 것은 워터 미스트 캐처에서 포집할 수가 없으므로, 엔진에 유입된다. 또한, 신기와 혼합되지 않은 EGR 가스가 워터 미스트 캐처보다 하류에서 소기 가스에 접촉하고 응결하여 응축수가 발생하는 경우도 있다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, EGR 가스의 응축에 의한 응축수의 발생을 억제할 수 있는 엔진 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 시스템은 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 배기 유로와, 신기에 EGR 가스를 혼합한 소기 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 유로와, 상기 배기 유로에서 추출한 배기 가스를 EGR 가스로서 상기 소기 유로에 공급하는 EGR 유로와, 상기 소기 유로에 설치된 신기를 냉각하는 에어 쿨러(air cooler)와, 상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와, 상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러와, 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도가 해당 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도보다 낮고, 동시에 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도보다 낮은 비 응결 상태를 유지하도록, 상기 에어 쿨러, 상기 EGR 가스 쿨러 또는 그 양방을 제어하는 제어부를 구비한다.
이러한 구성에 의하면, 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도가 해당 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도보다 낮고, 동시에 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도보다 낮도록 제어가 이루어지기 때문에, 소기 유로에 공급되는 EGR 가스가 신기 또는 소기 가스와 접촉할 때, EGR 가스가 응축하여 응축수가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 비 응결 상태를 유지하는 동시에, EGR 가스와 합류하는 신기의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제1 상한 값을 초과하지 않도록 하고, 또한 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제2 상한 값을 초과하지 않도록 상기 에어 쿨러, 상기 EGR 가스쿨러 또는 그 양방을 제어하여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, EGR 가스와 합류하는 신기의 온도와 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제1 상한 값을 초과하지 않도록 하고, 또한 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도와 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제2 상한 값을 초과하지 않도록 제어가 이루어지기 때문에, EGR 가스를 과도하게 냉각하는 것을 방지하여 EGR 가스를 냉각하기 위한 에너지의 불필요한 소비를 줄일 수 있고, 또한 신기의 온도의 과도한 상승을 막아 연비의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 EGR 가스 쿨러의 제어만으로 상기 비 응결 상태를 유지할 수 있는 경우에는 상기 EGR 가스 쿨러만을 제어하고, 상기 EGR 가스 쿨러의 제어만으로 상기 비 응결 상태를 유지할 수 없는 경우에는 상기 EGR 가스 쿨러 및 상기 에어 쿨러 양방을 제어하여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, EGR 가스 쿨러의 제어만으로 비 응결 상태를 유지할 수 경우에는 EGR 가스 쿨러만을 제어하도록 하고, 가능한 에어 쿨러의 제어를 피하여, 신기의 온도 상승을 방지하여 엔진 본체의 연비의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 엔진 시스템은 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 배기 유로와, 신기에 EGR 가스를 혼합한 소기 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 유로와, 상기 배기 유로에서 추출한 배기 가스를 EGR 가스로서 상기 소기 유로에 공급하는 EGR 유로와, 상기 소기 유로에 설치된 신기를 냉각하는 에어 쿨러와, 상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와, 상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러와, EGR 가스와 합류하는 신기의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제1 하한 값 이하가 되었을 때, 또는 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제2 하한 값 이하가 되었을 때 소정의 경보 신호를 발생하는 제어부를 구비한다.
이러한 구성에 의하면, EGR 가스가 신기 또는 소기 가스와 접촉하여 응축할 우려가 있는 경우, 제어부가 경보 신호를 발신하게 된다. 그러면 경보에 의해 EGR 가스가 응결될 우려가 있다는 것을 알고 작업자는 에어 쿨러, EGR 가스 쿨러 또는 그 양방 예를 들면 수동 밸브에 의해 냉각수의 유량을 제어하여 EGR 가스의 응축에 의한 응축수의 발생을 사전에 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법은 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 배기 유로와, 신기에 EGR 가스를 혼합한 소기 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 유로와, 상기 배기 유로에서 추출한 배기 가스를 EGR 가스로 상기 소기 유로에 공급하는 EGR 유로와, 상기 소기 유로에 설치된 신기를 냉각하는 에어 쿨러와, 상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와, 상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법으로서, 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도가 해당 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도보다 낮고, 동시에 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도보다 낮은 비 응결 상태를 유지 하도록, 상기 에어 쿨러, 상기 EGR 가스 쿨러 또는 그 양방을 제어한다.
이상과 같이, 상기 엔진 시스템에 따르면, EGR 가스의 응축에 의한 응축수의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 엔진 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 엔진 시스템의 제어계의 블록도이다.
도 3은 엔진 시스템의 제어부에 의한 제어의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하에서는, 전체 도면을 통해서 동일 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
<엔진 시스템의 전체 구성>
먼저, 일 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은 엔진 시스템 (100)의 전체 구성도이다. 도 1에서 굵게 그린 점선은 배기 가스 또는 EGR 가스의 흐름을 나타내고, 굵게 그린 실선은 소기 가스 또는 신기 가스의 흐름을 도시하고 있다.
본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 선박용 엔진 시스템이고, 엔진 본체(10)와, 배기 유로(20)와, 소기 유로(30)와, EGR 유닛(40)과, 제어부(50)를 구비하고 있다. 이하, 이러한 각 구성 요소에 대해 차례로 설명한다.
본 실시예의 엔진 본체(10)는 소위 2 스트로크 디젤 엔진이다. 엔진 본체(10)에는 소기관(11)을 통해 소기 유로(30)로부터 소기 가스가 공급된다. 소기관(11)은 일시적으로 소기 가스를 수용하도록 구성되어 있으며, 소기관(11)에는 소기 가스의 온도(Ts)를 측정하는 소기 가스 온도 센서(12) 및 소기 가스의 압력(Ps)을 측정하는 소기 가스 압력 센서(13)가 설치되어 있다. 또한, 엔진 본체(10)에서 배출된 배기 가스는 배기관(14)에 임시로 보관되고, 배기관(14)으로부터 배기 유로(20)로 배출된다.
배기 유로(20)는 엔진 본체(10)로부터 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 유로이다. 배기 유로(20) 상에는 과급기(21)의 터빈(22)이 설치되어 있고, 배기 가스의 에너지에 의해 터빈(22)이 회전한다. 터빈(22)은 연결축(23)을 통해 소기 유로(30) 상에 설치된 압축기(24)에 연결되어 있다. 따라서, 터빈(22)이 회전하면 그에 따라 압축기(24)도 회전한다. 압축기(24)가 회전함으로써 외부에서 유입된 신기가 압축된다.
소기 유로(30)는 엔진 본체(10)에 소기 가스를 공급하는 유로이다. 소기 유로(30)에는 과급기(21)에 의해 압축된 신기를 냉각하기 위한 에어 쿨러(31)가 설치되어 있는 동시에, 에어 쿨러(31)의 하류에는 에어 쿨러(31)의 출구에서 신기의 온도(Ta)를 측정하는 에어 온도 센서(32)가 설치되어 있다. 에어 쿨러(31) 내에는 냉각수가 흐르고 있고, 그 냉각수의 유량과 온도를 제어함으로써 에어 쿨러(31)의 출구에서 신기의 온도(Ta)를 조정할 수 있다.
에어 쿨러(31)를 통과한 신기는 소기 유로(30)의 합류점(33)에서 EGR 유닛(40)을 통과한 EGR 가스와 합류하고, 신기와 EGR 가스가 혼합되어 소기 가스가 생성된다. 또한, 소기 유로(30)의 합류점(33)에는 합류점(33)에서의 EGR 가스의 압력(Pe)을 측정하는 합류점 압력 센서(34)가 설치되어 있다. 또한, 소기 유로(30)의 합류점(33)보다 하류 측에는 소기 유로(30)를 통과하는 물방울(水液)을 포집하는 워터 미스트 캐처(35)가 설치되어 있다. 다만, 전술한 바와 같이 극 미소 직경의 물방울은 워터 미스트 캐처(35)로 포집할 수 없는 경우도 있다.
EGR 유닛(40)은 배기 유로(20)에서 배기 가스의 일부를 추출하고, 배기 가스를 EGR 가스로서 소기 유로(30)에 공급하는 장치이다. EGR 유닛(40)은 배기 유로(20)의 터빈(22)의 위치보다 상류 측인 부분과 소기 유로(30)의 압축기(24) 및 에어 쿨러(31)의 위치보다 하류 측인 부분을 연결하는 EGR 유로(41)를 구비한다. EGR 유로(51)에는 상류 측에서부터 순서대로 세정액을 이용하여 EGR 가스를 세정하는 스크러버(42), 스크러버(42)로 세정한 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러(43), EGR 가스 쿨러(43)에서 발생한 응축수를 포집하는 EGR 워터 미스트 캐처(44), EGR 가스를 승압하는 한편 소기 유로(30)에 공급하는 EGR 가스의 유량을 조정하는 EGR 송풍기(55)가 설치되어 있다.
나아가, EGR 워터 미스트 캐처(44)의 하류에는 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 온도(Tg) 및 압력(Pg)을 각각 측정하는 EGR 가스 온도 센서(46) 및 EGR 가스 압력 센서(47)가 설치되어 있다. 또한, EGR 가스 쿨러(43) 내에는 냉각수가 흐르고 있고, 이 냉각수의 유량과 온도를 제어함으로써 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서 EGR 가스의 온도를 조정할 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이, 스크러버(52)는 세정액을 이용하여 EGR 가스로부터 SOx 및 분진을 제거하지만, EGR 가스에 포함된 SOx를 완전히 제거하는 것은 사실상 불가능하다. 따라서, 소기 유로(30)에 공급되는 EGR 가스에는 약간의 SOx가 포함되어 있으며, 이 SOx가 소기 유로(30)의 물방울에 용해되면 황산 미스트가 발생한다.
제어부(50)는 엔진 시스템(100)을 제어하는 부분이고, CPU, ROM, RAM 등으로 구성되어 있다. 도 2는 엔진 시스템(100)의 제어계의 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 소기 가스 온도 센서(12), 소기 가스 압력 센서(13), 에어 온도 센서(32), 합류점 압력 센서(34), EGR 가스 온도 센서(46) 및 EGR 가스 압력 센서(47)와 전기적으로 연결되어 있다. 제어부(50)는 이들 기기로부터 송신되는 측정 신호에 기초하여, 각각의 소기 가스의 온도(Ts), 소기 가스의 압력(Ps), 에어 쿨러(31) 출구에서의 신기의 온도 (이하, 「신기 온도」라고 한다)(Ta), 합류점(33)에서의 EGR 가스의 압력(Pe), EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 온도(Tg) 및 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 압력(Pg)의 각종 측정 값을 취득할 수 있다.
또한, 제어부(50)는 취득한 각종의 측정 값에 기초하여 다양한 연산을 수행하고, 엔진 시스템(100) 전체를 제어한다. 본 실시예에 따르면, 제어부(50)는 에어 쿨러(31) 및 EGR 가스 쿨러(43)와 전기적으로 연결되어 있고, 다양한 연산 등의 결과에 기초하여 이러한 장치에 제어 신호를 보내고, 신기의 온도 및 EGR 가스의 온도를 조정한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 EGR 가스가 신기 또는 소기 가스에 접촉하여 냉각되고, 그 결과 응결하여 응축수가 발생하지 않도록 제어한다. 보다 구체적인 제어 내용에 대해서는 후술한다.
<제어 내용>
다음으로, 제어부(50)에 의한 제어 내용에 대해 설명한다. 도 3은 제어부(50)에 의한 제어 흐름을 나타낸 순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어가 시작되면 먼저 제어부(50)는 각종 센서로부터 측정 신호를 수신하고, 이 측정 신호에 기초하여 각종의 측정 값을 취득한다(단계 S1).
이어서, 제어부(50)는 단계 S1에서 취득한 각종 측정 값에 따라 합류점(33)에서의 EGR 가스의 이슬점 온도(이하, 간단히 「이슬점 온도」라고 한다)(Te)를 산출한다. 이슬점 온도(Te)[℃]는 하기 식(1)에서 산출할 수 있다. 여기서, 이하의 수식에서는 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스가 포화 수증기(습도 100% RH)라고 가정하고 있다.
Figure 112018097478378-pct00001
상기 식(1)에서 y는 합류점(33)에서 EGR 가스의 수증기 분압(P1)[Pa]을 이용하여 하기 식(2)로 표현된다.
Figure 112018097478378-pct00002
또한, 식(2)의 합류점(33)의 EGR 가스의 수증기 분압(P1)은 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 절대 습도(η0)[kg/kg]과 합류점(33)의 EGR 가스의 압력(Pe)[Pa]을 이용하여 하기 식(3)으로 산출할 수 있다. 이 중, 합류점(33)에서의 EGR 가스의 압력(Pe)은 단계 S1에서 취득한 값을 사용할 수 있다. 또한, 합류점(33)에서의 EGR 가스의 압력(Pe)은 소기 가스의 압력(Ps)의 값을 사용하여도 좋다.
Figure 112018097478378-pct00003
또한, EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 절대 습도(η0)는 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 수증기 압력(P0)[Pa]과 압력(Pg)[Pa]를 이용하여 하기 식(4)으로 산출할 수 있다. 이 중, EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 압력(Pg)은 단계 S1에서 취득한 값을 이용할 수 있다.
Figure 112018097478378-pct00004
또한, EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 수증기 압력(P0)은 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 온도(Tg)[℃]를 이용하여 하기 식(5)(Tetens의 식)으로 산출할 수 있다. EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 온도(Tg)는 단계 S1에서 취득한 값을 이용할 수 있다.
Figure 112018097478378-pct00005
이상과 같이, 단계 S1에서 취득한 각종 측정 값과 상기 식(1) 내지 식(5)를 이용하면, 이슬점 온도(Te)를 산출할 수 있다. 그러나, 이슬점 온도(Te)는 상기 이외의 방법으로 산출하여도 좋다. 예를 들어, 이슬점 온도(Te)는 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 온도(Tg)보다 예를 들어 약 2 ℃ 높은 것이 경험상 판명되었다면, EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스 온도(Tg)에 2 ℃를 더한 값을 이슬점 온도(Te)로 하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서는, 이슬점 온도(Te)의 계산에 있어서 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 출구에서의 EGR 가스의 온도(Tg) 및 압력(Pg)을 이용하고 있지만, 이것 대신에 예를 들어 EGR 워터 미스트 캐처(44)의 입구에서의 EGR 가스의 온도와 압력을 이용해도 좋다.
이어서, 제어부(50)는 신기 온도(Ta)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 소정의 제1 하한 값(예: 2 ℃)보다 큰지 여부를 판정한다(단계 S3). 즉, 신기 온도(Ta)가 이슬점 온도(Te)보다도 높은지 또한, 그 차이가 제1 하한 값보다 큰지 여부를 판정한다. 신기 온도(Ta)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 제1 하한 값보다 큰 경우(단계 S3에서 YES), 단계 S5로 진행한다. 이 경우, EGR 가스가 신기와 합류하여 EGR 가스의 온도가 신기 온도(Ta)까지 떨어졌다고 하더라도, 그 온도는 EGR 가스의 이슬점 온도(Te)보다 어느 정도 높기 때문에(여유가 있기 때문에), EGR 가스가 신기와 합류하는 것에 의해 응결이 발생하지 않는다.
한편, 신기 온도(Ta)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 제1 하한 값보다 크지 않은 경우(단계 S3에서 NO), EGR 가스가 신기와 합류할 때 EGR 가스가 응축하여 응축수가 발생할 수 있다. 이 경우, 제어부(50)는 EGR 가스 쿨러(43)를 제어하여 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서의 EGR 가스의 온도를 저하시킨다(단계 S4). 이에 의하여, 이슬점 온도(Te)는 저하되고, EGR 가스가 신기와 합류하는 것에 의한 응결을 피할 수 있다.
단계 S5에서는 소기 가스의 온도(Ts)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 소정의 제2 하한 값(예를 들어, 2 ℃)보다 큰지 여부를 판정한다. 소기 가스의 온도(Ts)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 제2 하한 값보다 큰 경우(단계 S5에서 YES), EGR 가스가 소기 가스와 접촉하는 것에 의해 응결될 염려는 없다. 이 경우, 단계 S6로 진행한다. 여기서, 제1 하한 값 및 제2 하한 값은 서로 같은 값이라도 좋고, 다른 값이라도 좋다. 또한, 제1 하한 값 및 제2 하한 값은 0이라도 좋다.
한편, 소기 가스의 온도(Ts)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 소정의 하한 값보다 크지 않은 경우(단계 S5에서 NO), EGR 가스가 소기 가스와 접촉할 때에 EGR 가스가 응결될 염려가 있다. 이 경우, 제어부(50)는 EGR 가스 쿨러(43)를 제어하여 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서의 EGR 가스의 온도를 저하시킨다(단계 S4). 이에 의하여, 이슬점 온도(Te)는 저하되고, EGR 가스가 소기 가스와 접촉하는 것에 의한 응결을 피할 수 있다.
단계 S6에서는 신기 온도(Ta)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 소정의 제1 상한 값(예: 5 ℃)보다 작은지 여부를 판정한다. 즉, 이슬점 온도(Te)가 신기 온도(Ta)보다 너무 낮은지 여부를 판정한다. 신기 온도(Ta)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 제1 상한 값보다 작지 않은(큰) 경우(단계 S6에서 NO), 필요 이상으로 이슬점 온도(Te)가 낮은 것이기 때문에, 제어부(50)은 EGR 가스 쿨러(43)를 제어하여 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서 EGR 가스의 온도를 상승시킨다(단계 S7). 이에 의해서, EGR 가스 쿨러(43)에서 EGR 가스를 냉각하기 위한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
한편, 신기 온도(Ta)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 소정의 제1 상한 값보다 작은 경우(단계 S6에서 YES), 단계 S8로 진행한다. 단계 S8에서는 소기 가스의 온도(Ts)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 소정의 제2 상한 값(예를 들어 5 °C)보다 작은지 여부를 판정한다. 소기 가스의 온도(Ts)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 제2 상한 값보다 작지 않은(큰) 경우(단계 S8에서 NO), 필요 이상으로 이슬점 온도(Te)가 낮은 것이기 때문에, 제어부(50)은 EGR 가스 쿨러(43)를 제어하여 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서 EGR 가스의 온도를 상승시킨다(단계 S7). 여기서, 제1 상한 값 및 제2 상한 값은 서로 같은 값이라도 좋고, 다른 값이라도 좋다. 다만, 제1 상한 값은 제1 하한 값보다 크고, 제2 상한 값은 제2 하한 값보다 크다.
또한, 소기 가스의 온도(Ts)에서 이슬점 온도(Te)를 뺀 값이 제2 상한 값보다 작은 경우(단계 S8에서 YES), 단계 S1로 되돌아가 단계 S1 내지 S8을 반복한다. 마찬가지로, 단계 S4에서 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서의 EGR 가스의 온도를 저하시킨 경우 및 단계 S7에서 EGR 가스 쿨러(43)의 출구에서의 EGR 가스의 온도를 상승시킨 경우에도 단계 S1로 되돌아가 단계 S1 내지 S8을 반복한다.
제어부(50)는 상기 제어를 행하는 것에 의해서, EGR 가스가 신기 또는 소기 가스와 접촉해도 응결 할 염려가 없는 상태(비 응결 상태)를 유지할 수 있으며, 동시에 EGR 가스 쿨러(43)에서의 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
여기서, 상술한 제어에서는 단계 S4에서 EGR 가스 쿨러(43)만을 제어하고 있지만, EGR 가스 쿨러(43)만 제어하는 대신에 또는 EGR 가스 쿨러(43)의 제어와 함께 에어 쿨러(31)를 제어하여도 좋다. 구체적으로는, 상기 단계 S4에서 제어부(50)는 에어 쿨러(31)를 제어하고, 에어 쿨러(31)의 출구에서의 신기의 온도(신기 온도)(Ta)를 상승시키는 것에 의해서도, EGR 가스가 신기 또는 소기 가스와 접촉하여도 응결하지 않는 비 응결 상태를 유지할 수 있다.
다만, 신기 온도(Ta)를 상승시키면 엔진 본체(10)의 연비가 저하된다. 따라서, 제어부(50)는 EGR 가스 쿨러(43)의 제어만으로 (EGR 가스 쿨러(43)의 최대 냉각 능력의 범위 내에서) 비 응결 상태를 유지할 수 있는 경우에는 EGR 가스 쿨러(43)만 제어하고, EGR 가스 쿨러(43)의 제어만으로 비 응결 상태를 유지할 수 없는 경우에는 EGR 가스 쿨러(43) 및 에어 쿨러(31) 모두를 제어하도록 하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 신기 온도(Ta)를 최대한 상승시켜 않도록 제어할 수 있으므로, 엔진 본체(10)의 연비 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 EGR 유닛(40)에서는 스크러버(42)의 하류에 EGR 가스 쿨러(43)가 배치되어 있지만, 스크러버(42)의 상류에 EGR 가스 쿨러(43)를 배치하여도 좋다. 나아가, EGR 유닛(40)은 복수의 스크러버(42)를 구비하여도 좋고, 복수의 EGR 가스 쿨러(43)를 구비하여도 좋다. 예를 들어, EGR 가스 쿨러(43)의 상류에 1단의 스크러버(42)(프리 스크러버)를 설치하고, EGR 가스 쿨러(43)의 하류에 2단의 스크러버(42)(메인 스크러버)를 설치하여도 좋다. 이러한 구성에 의하더라도, EGR 가스의 온도(Tg) 및 압력(Pg)을 측정할 수 있다면, 전술한 제어와 동일한 제어를 실시할 수 있다.
한편, 상기의 실시예에서는 제어부(50)가 에어 쿨러(31), EGR 가스 쿨러(43), 또는 그 둘 모두를 제어하는 경우에 대해 설명하였지만, 이러한 제어는 작업자가 수행하여도 좋다. 즉, 제어부(50)는 EGR 가스가 응결될 가능성이 있을 때에 작업자에게 경고하고, 작업자가 에어 쿨러(31), EGR 가스 쿨러(43), 또는 그 둘 모두를 제어하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 제어부(50)는 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도와 소기 유로(30)에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제1 하한 값 이하가 되었을 때, 또는, 엔진 본체(10)에 공급되는 소기 가스의 온도와 소기 유로(30)에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제2 하한 값 이하가 되었을 때, 스피커나 디스플레이 등의 경보 장치에 경보 신호를 발신하여도 좋다. 즉, 도 3의 스텝 S3 및 S5에서 NO의 경우, 제어부(50)는 단계 S4에서 소정의 경보 신호를 발신하여도 좋다. 이 경우에도, 작업자에 의한 밸브 등의 제어(조작)에 의해 EGR 가스의 응축에 의한 응축수의 발생을 사전에 방지할 수 있다.
10: 엔진 본체
20: 배기 유로
30: 소기 유로
31: 에어 쿨러
35: 워터 미스트 캐처
41: EGR 유로
42: 스크러버
43: EGR 가스 쿨러
50: 제어부
100: 엔진 시스템

Claims (5)

  1. 엔진 본체와,
    상기 엔진 본체에서 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 배기 유로와,
    신기에 EGR 가스를 혼합한 소기 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 유로와,
    상기 배기 유로에서 추출한 배기 가스를 EGR 가스로서 상기 소기 유로에 공급하는 EGR 유로와,
    상기 소기 유로에 설치되어 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스보다 낮은 온도까지 신기를 냉각하는 에어 쿨러와,
    상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와,
    상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러와,
    상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도가 해당 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도보다 낮고, 동시에 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도보다 낮은 비 응결 상태를 유지 하도록, 상기 에어 쿨러, 상기 EGR 가스 쿨러 또는 그 양방을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 비 응결 상태를 유지하는 동시에, EGR 가스와 합류하는 신기의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제1 상한 값을 초과하지 않도록 하고, 또한 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제2 상한 값을 초과하지 않도록 상기 에어 쿨러, 상기 EGR 가스 쿨러 또는 그 양방을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 EGR 가스 쿨러의 제어만으로 상기 비 응결 상태를 유지할 수 있는 경우에는 상기 EGR 가스 쿨러만을 제어하고, 상기 EGR 가스 쿨러의 제어만으로 상기 비 응결 상태를 유지할 수 없는 경우에는 상기 EGR 가스 쿨러 및 상기 에어 쿨러 양방을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  4. 엔진 본체와,
    상기 엔진 본체에서 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 배기 유로와,
    신기에 EGR 가스를 혼합한 소기 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 유로와,
    상기 배기 유로에서 추출한 배기 가스를 EGR 가스로서 상기 소기 유로에 공급하는 EGR 유로와,
    상기 소기 유로에 설치된 신기를 냉각하는 에어 쿨러와,
    상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와,
    상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러와,
    EGR 가스와 합류하는 신기의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제1 하한 값 이하가 되었을 때, 또는 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도와 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도의 차이가 소정의 제2 하한 값 이하가 되었을 때 소정의 경보 신호를 발신하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  5. 엔진 본체와,
    상기 엔진 본체에서 배출된 배기 가스를 외부로 방출하는 배기 유로와,
    신기에 EGR 가스를 혼합한 소기 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 유로와,
    상기 배기 유로에서 추출한 배기 가스를 EGR 가스로 상기 소기 유로에 공급하는 EGR 유로와,
    상기 소기 유로에 설치되어 상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스보다 낮은 온도까지 신기를 냉각하는 에어 쿨러와,
    상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 세정액으로 세정하는 스크러버와,
    상기 EGR 유로에 설치된 EGR 가스를 냉각하는 EGR 가스 쿨러를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 소기 유로에 공급되는 EGR 가스의 이슬점 온도가 해당 EGR 가스와 합류하는 신기의 온도보다 낮고, 동시에 상기 엔진 본체에 공급되는 소기 가스의 온도보다 낮은 비 응결 상태를 유지 하도록, 상기 에어 쿨러, 상기 EGR 가스 쿨러 또는 그 양방을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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