KR102480585B1 - 디젤엔진 - Google Patents

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제이에프이 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

암모니아의 연소율을 높여서 미연 암모니아를 감소시켜 CO2 삭감을 도모한다. 연소실과, 상기 연소실 내에 발화원이 되는 연료유와 가스 상태의 암모니아를 투입하는 연료투입수단을 가지며, 상기 연료투입수단에 의해 상기 연소실 내에서 암모니아 예혼합기를 형성하여 혼합 연소시키는 디젤엔진으로, 상기 연소실 내에서 상기 연소실의 중심부보다 상기 연소실의 내측 측벽면 측 가까이 위치에 암모니아 농도가 짙어지는 암모니아 예혼합기를 형성하도록 제어하는 제어수단을 가지는 동시에, 상기 제어수단은 연료에만 의존하는 운전시의 공기 과잉률보다 낮은 공기 과잉률이 되도록 조정한다.

Description

디젤엔진
본 발명은 디젤엔진에 관한 것으로, 특히 중유(重油)나 경유(輕油) 등의 연료유를 주연료로 하는 선박용 디젤엔진에 사용하기에 적합한, 종래에 연료로 사용되지 않았던, 탄소(C)를 포함하지 않는 카본 프리(carbon-free)인 암모니아(NH3)를 연소시켜 온실효과가스인 이산화탄소(CO2) 삭감에 특히 유효한 디젤엔진에 관한 것이다.
암모니아는 연소시킨 경우 카본(탄화물)이 발생하지 않으며, CO2의 발생을 수반하지 않기 때문에 내연기관, 특히 디젤엔진에서의 연소가 시도되어 왔다. 그러나, 암모니아는 착화온도가 예를 들어 중유의 250~380℃에 비해 651℃로 높아 난연성이기 때문에, 연소율이 나빠서 투입 암모니아의 20% 이상이 미연분으로 배출되는 것이 현실이었다.
이를 해결하기 위해, 암모니아의 일부를 촉매 등을 이용하여 개질, 수소로 하고, 이를 암모니아와 동시에 연소실에 투입하여 연소성이 뛰어난 수소를 착화원으로 하여 암모니아 연소 효율을 높이려는 시도가 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는 고온 수소 리치(rich) 암모니아와 연소용 공기를 연소시키기 위해 수소 리치 암모니아의 원료로서 요소수를 공급하고, 요소수에서 고온의 암모니아를 생성함과 동시에, 암모니아의 일부를 수소와 질소에 첨가하여 고온의 수소 리치 가스를 생성함으로써 카본 프리 동력장치를 구성하고 있다. 즉, 요소수에서 고온의 암모니아를 생성함과 동시에, 암모니아의 일부를 수소와 질소에 첨가하여 고온의 수소 리치 가스를 생성하는 수소 리치 암모니아 생성 리액터에 관한 것이다.
또, 특허문헌 2에서는 암모니아를 개질하여 수소를 포함한 개질가스를 생성하고, 암모니아에 더하여 개질가스를 암모니아 연소 내연기관의 연소실 내에 공급하도록 하고 있다.
일본 등록특허 제5315493호 공보 일본 등록특허 제5310945호 공보
본 발명의 목적은 비교적 간단한 구성으로 암모니아의 연소율을 높여 CO2 발생을 줄이는 디젤엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 형태에 의하면, 연소실과, 상기 연소실 내에 점화원이 되는 연료유와 가스 상태의 암모니아를 투입하는 연료투입수단을 가지며, 상기 연료투입수단에 의해 상기 연소실 내에서 암모니아 예혼합기(premixed gas)를 형성하여 혼합 연소시키는 디젤엔진으로, 상기 연소실 내에서 상기 연소실의 중심부보다 상기 연소실의 내측 측벽면 측의 위치에 암모니아 농도가 진해지게 되는 암모니아 예혼합기를 형성하도록 제어하는 제어수단을 가지는 것이다.
이로 인해, 특수한 촉매를 이용한 수소로의 개질장치 등을 구비하여 암모니아를 수소 등과 혼합 연소시킬 필요가 없어, 간단한 구성으로 암모니아의 연소율을 높여 CO2 발생을 저감하는 디젤엔진을 제공할 수 있다.
바람직하게는 제 2 형태로서, 상기 제어수단은 연료유만으로 인한 운전시의 공기 과잉률보다 낮은 공기 과잉률이 되도록 조정해도 된다.
또 바람직하게는 제 3 형태로서, 상기 제 1 또는 제 2 형태에서 상기 연소실에는 실린더 헤드를 가지며, 상기 실린더 헤드에는 암모니아 공급경로를 설치함과 동시에, 상기 연소실 중심부보다 상기 연소실의 내측 측벽면 측의 복수 개소에 암모니아 분사구멍을 구비하여 기화된 암모니아를 급기 행정으로 연소실 내에 투입하도록 제어해도 된다.
또 바람직하게는 제 4 형태로서, 상기 제 1 내지 제 3 형태 중 어느 하나에 있어서 암모니아 투입량을 조정하는 가스밸브와, 연료유 공급량을 조정하는 연료분사밸브를 구비하고, 상기 제어수단은 상기 가스밸브 및 상기 연료분사밸브 중 적어도 어느 한쪽을 제어해도 된다.
또 바람직하게는 제 5 형태로서, 상기 제 1 내지 제 4 형태 중 어느 하나에 있어서 암모니아 투입량은 열량비로 연료유 공급량의 15% 이상 25% 이하가 되도록 조정해도 된다.
또 바람직하게는 제 6 형태로서, 상기 제 1 내지 제 5 형태 중 어느 하나에 있어서 상기 연소실 내의 평균농도에 대한 상기 연소실 내측 측벽면에서의 암모니아 농도의 편차를 70% 이상으로 해도 된다.
또 바람직하게는 제 7 형태로서, 상기 제 2 형태에 있어서 상기 공기 과잉률은 연료유에만 의지하는 운전시의 공기 과잉률에 대해 0.5~1.0 높이도록 조정해도 된다.
또 바람직하게는 제 8 형태로서, 상기 제 2 또는 제 7 형태에 있어서 상기 공기 과잉률 조정은 과급기의 배기 바이패스에 설치된 조정수단에 의한 공기량의 조정으로 실시하도록 해도 된다.
도 1은 발명자들이 실험에 이용한 디젤엔진의 실린더 헤드 주변의 대략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 발명자들의 실험에 의한 공기 과잉률 변경에 따른 연소온도분포의 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 공기 과잉률 λ=2.0, 1.7에서의 온도분포와 실린더내부압력을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 4는 공기 과잉률 변경에 따른 실린더내부압력 및 열발생률을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 5는 암모니아의 층상도를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 6은 암모니아의 층상도에 의한 실린더내부압력, 열발생률을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명 실시형태의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명 실시형태에 있어 암모니아 공급계통을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명 실시형태에 있어 암모니아 분사구멍의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명 실시형태에 있어 암모니아 분사 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명 실시형태에 있어 체크밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명 실시형태에 있어 체크밸브의 포핏의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명 실시형태에 있어 연소실 내의 층상도 분포(層狀度分布)의 예를 나타내는 도면이다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 실시형태 및 실시예에 기재한 내용에 의해 한정되는 것은 아니다. 또 이하에 기재한 실시형태 및 실시예에서의 구성 요건에는 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한 이하에 기재한 실시형태 및 실시예에서 개시한 구성 요소는 적절히 조합해도 되며 적절히 선택해서 이용해도 된다.
발명자들은 도 1에 나타내는 것과 같이 기계식 연료분사장치를 구비한 디젤엔진에 있어서 암모니아를 가스밸브인 암모니아 분사밸브(26)로부터 급기관(20)에 분무하여 엔진 급기(給氣)와 혼합시켜 암모니아-공기 예혼합기(간단히 예혼합기라고도 칭한다)를 만들어, 연료분사밸브(24)로부터 분사된 주연료인 중유나 경유 등의 연료유를 점화원으로 하여 혼합 연소시키는 방법을 해석적인 접근으로 검토했다.
도 1에서 부호 10은 실린더, 12는 피스톤, 14는 실린더 헤드, 16은 급기밸브, 18은 배기밸브, 22는 배기관이다.
구체적으로는 실제 기기 베이스(보어 지름×스트로크=400mm×500mm, 4스트로크)의 연소실을 모델화하여 연소 시뮬레이션을 실시했다. 급기관(20)에 가스 상태로 암모니아를 20%의 열량비로 공급하고 연료분사밸브(24)로부터의 주연료유(중유 또는 경유) 분사에 의해 암모니아 예혼합기의 연소를 실시하는 것으로 했다. 예혼합기 암모니아의 농도 분포, 주연료유 분사 압력, 분사 패턴, 공기 과잉률을 파라미터로 하여 배기가스 특성, 효율, 미연(未燃) 암모니아의 영향도를 조사했다. 조사 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112021097276312-pct00001
암모니아가 공급되지 않고 중유 100% 운전(case 1)으로 된 경우와 동등한 공기 과잉률 λ= 3.2에서, 암모니아 NH3를 열량비로 20% 투입한 경우(case 4), 미연 암모니아는 37%와 약 60%의 연소율에 그쳤다. 여기서 λ=2.5로 과농(過濃) 측으로 조정한 경우(case 5)에서 계산을 실시하여 미연 암모니아 27%와 약 10% 연소율이 개선되는 것을 확인했다. 이는 연소온도가 고온화됨에 따라 도 2에 나타내는 바와 같이 암모니아 예혼합기의 연소범위가 넓어진 데 따른 것으로 생각된다. 이로 인해 공기 과잉률(λ)을 저감시켜 미연 암모니아 양의 감소율 및 제성능(諸性能)의 변화를 파악하기 위해 λ=3.2(case 4), λ=2.5(case 5), λ=2.0(case 5-1), λ=1.7(case 5-2)에서 계산을 실시했다. 계산 조건으로는 예혼합기를 균일 농도로 하고 주연료유 분사 시기는 9.5deg BTDC에 고정했다.
또 고온의 연소온도로는 그 디젤엔진의 사양이나 환경온도 등에 따라서도 변동하는데, 암모니아의 착화온도보다 충분히 높아, 연소율이 오르는 온도, 하나의 기준으로서 예를 들어 1500K 정도의 연소온도를 목표로 하는 것이다.
결과로, case 5-1에서 λ=2.0과 리치(rich:연료 과농) 측으로 조정함으로써 미연 암모니아가 21%로 감소하는 것을 알 수 있었다. 또 효율, NOx는 모두 λ=2.0~3.2의 범위에서는 큰 변화는 나타나지 않았다.
그러나, case 5-2에서 λ=1.7까지 리치 측으로 조정한 경우, 공기량 부족 및 압축압력의 저하로 인해 급격한 연소 지연이 발생하여 연소최고압력은 2.5MPa 저하되어, 그에 따라 효율은 7% 악화되었다. 단, 연소온도는 고온을 유지하여 미연 암모니아는 22%와 λ=2.0으로 거의 동등해졌다. 또, 연소최고온도는 λ=2.0(case 5-1)보다 70℃ 높고 장시간 유지되므로, NOx값이 400ppm 정도 높아져 있다. 또한, 효율 저하만큼, 미연 암모니아량은 동등하지만, CO2의 삭감률도 15% 정도 악화되고 있다. 이로부터 20% 암모니아 혼합 연소에서는 λ=2.0 전후가 최적이라는 결과를 얻을 수 있었다.
공기 과잉률(λ) 변경에 의한 연소온도분포의 변화를 도 2에, λ=2.0(case 5-1), λ=1.7(case 5-2)에서의 온도분포와 실린더내부압력 비교를 가로축에 엔진의 크랭크 각도 deg, 세로축에 실린더내부압력을 취한 도 3에, 공기 과잉률(λ) 변경에 의한 실린더내부압력 비교를 도 4에 나타낸다.
다음으로 연료 분사 시기의 영향을 조사했다.
동일 연료 분사 시기에 있어서 공기 과잉률(λ)을 변경한 경우, λ을 내림에 따라 압축압력이 저하되므로, 주연료 분사 시기를 동일하게 한 경우, 연소최고압력도 저하하는 경향이 된다. 효율을 유지하고 연소온도를 유지하기 위해 λ에 맞춘 (공기량 혹은 급기압력) 연료 분사 시기로 조정할 필요가 있다. λ=2.5, 분사 시기 17.5deg BTDC와 λ=2.0, 분사 시기 19.5deg BTDC를 비교했다. 연소최고압력은 1MP 정도 차이는 있지만, 통상 디젤과 동등값이며, 후자 조정의 경우 열발생률보다 양호한 연소를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그에 따라 미연 암모니아도 11.5%로 반감되었다. 이로부터 연료 분사 시기를 각 연소 조건에 맞춰 조정하고, 연소최고압력을 기본 사양 디젤과 동등하게 유지하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
다음으로 암모니아 층상도의 영향에 대해서 조사했다.
주연료유 분사에 의한 연소에 있어서, 실린더 내벽면(이하, 단순히 벽면이라고도 칭함) 근방에서 연소온도가 상승하므로, 난연성인 암모니아-공기 예혼합기에서 벽면 부근에서의 암모니아 농도를 상승시키는 것이 미연 암모니아 감소에 유효하지 않을까 추정했다. 그래서, 그 유효성을 검증하기 위해 표 2에 나타내는 바와 같이 실린더 연소실 중심부와 벽면부의 농도차(층상도라 칭함)를 ±20%(case 8-1), ±70%(직선농도 경사: case 8-4) 및 ±80%(연소실 탑/정상 희박: case 8-5)의 3가지 경우에 있어서 연료 계산을 실시하였다. 또, 계산에서 λ=2.0, 연료 분사 시기 19.5, BTDC는 공통으로 했다.
Figure 112021097276312-pct00002
층상도 ±20%의 case 8-1에서는 미연 암모니아는 11.5%로 균일혼합기와 비교하여 감소는 거의 보이지 않았으나, 층상도 ±70%까지 올린 경우(case 8-4)는 미연 암모니아 6.2%로 대폭적인 개선효과를 얻을 수 있었다. 또, 층상도 ±80%의 case 8-5에서는 미연 암모니아량은 ±70% 조건의 case 8-4와 거의 동등했으나, 연소효율이 약간 양호해져 효율에서 1.7% 포인트 향상되었다. 기타 배기가스 성분에서는 case 8-4, case 8-5 모두 아산화질소(N2O)를 115ppm, 입자상 물질(PM)은 0.005g/KWh로 특히 PM의 대폭적인 저감을 나타냈다.
λ=2.0에서의 암모니아 층상도에 의한 실린더내부압력, 열발생률을 가로축을 엔진 크랭크 각도 deg로 해서 도 6과 비교하여 나타낸다.
암모니아-공기 예혼합기의 생성은 균일 예혼합기를 얻으려면 도 1에 나타낸 실린더 헤드(14) 앞의 급기관(20)에 가스밸브인 암모니아 분사밸브(26)를 장비하여 암모니아를 공급하고, 그에 의해 급기관(20) 내에서 혼합을 실시하여 보다 균일한 상태로 급기밸브(16)를 통해 실린더(10)에 공급하는 방법을 취할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 예혼합기 생성방법에서는 설령 노즐이 장착된 가스밸브에서 와류(swirl)를 형성해도 예혼합기의 불균일도(층상도) 형성은 20% 전후가 한도이며, 연소실 고온부에서 연소시켜야 할 암모니아의 양이 불충분해서 미연 암모니아가 10~20% 정도 남아 있었다.
본 발명은 연료유를 주체로 하는 디젤엔진에 암모니아를 가스밸브에 의해 공기와 동시에 유량제어하여 공급하고, 연료유 연소의 주연소(主燃燒)가 실시되어 연소온도가 높아지는 실린더 내벽면에서 암모니아 농도를 농후(過濃)로 하여 연소효율을 향상시킨다.
암모니아의 층상도(농도 차이의 정도, 편차)는 디젤 주연소 영역의 고온부에서 70% 이상으로 극단적인 편차를 가진다. 이는 통상의 예혼합기 생성과 같이 연소실 앞에 가스 믹서를 설치하거나 또는 도 1에 나타낸 바와 같이 각 실린더 급기관(20) 근방에서의 암모니아 투입으로는 성립시킬 수 없다.
그래서, 본 실시형태는 암모니아 연소 디젤엔진에 있어서 도 7에 나타낸 바와 같이 실린더 헤드(14)에 암모니아 공급 경로(암모니아 라인이라고 칭함)(40)를 설치하여 연소실 중심부보다 연소실의 내측 측벽면 측 가까이에 복수 개소(본 실시형태에서는 도 8 및 도 9에 예시하는 2개소)에 형성된 암모니아 분사구멍(52)에서 기화된 암모니아를 급기 행정에서 투입하여 종래 방식으로는 할 수 없었던 70% 이상의 층상도를 실현하고 있다.
또한, 여기서 말하는 암모니아 분사구멍이 복수 개소 형성되는 위치로는 연소실 중심에서부터 연소실의 내측 측벽면까지의 거리를 100%로 했을 때, 70%~90%의 거리범위 내에 위치하는 것이 바람직하다.
또한 아울러, 연소온도를 고온으로 하기 위해 공기 과잉률을 종래값보다 △λ=0.5~1.0 과농으로 한다.
상기 암모니아 라인(40)은 암모니아 탱크(42), 가스차단밸브(44), 가스압력조절밸브(46), 가스밸브(48), 파이프(49), 체크밸브(50), 커넥터(51), 암모니아 분사구멍(52)을 포함하여 구성되어 있다.
도면에서 30은 연료유 탱크(32), 연료공급펌프(34), 전자밸브(36)를 포함하는 연료유 라인이다. 또, 60은 흡기라인(62), 배기 터빈(64A)에 의해 회전되는 흡기 터빈(64B)을 구비한 과급기(64), 배기라인(66), 그 도중의 배기 터빈(64A)의 전후를 연결하는 바이패스 라인(67)에 설치된 배기 바이패스 밸브(68)를 포함하는 급기 및 배기계이다.
상기 전자밸브(36)는 연료유 분사 제어장치(38)에 의해 제어되고, 상기 가스밸브(48)는 암모니아가스 밸브 제어장치(54)에 의해 제어되며, 상기 연료유 분사 제어장치(38), 상기 암모니아가스 밸브 제어장치(54) 및 상기 배기 바이패스 밸브(68)는 통괄제어장치(70)에 의해 제어된다.
여기서, 상기 연료유 분사 제어장치(38), 상기 암모니아가스 밸브 제어장치 (54), 상기 배기 바이패스 밸브(68), 상기 통괄제어장치(70)에 의해 제어수단이 구성된다.
암모니아는, 암모니아 탱크(42)에 액상으로 저장되지만, 기화되어 가스 상태로 공급된다. 가스압력조절밸브(46)로 가스압이 조정되고, 가스밸브(48)에서 규정된 열량비(20% 전후)로 유량 조정되어, 도 10에 예시되는 소정의 급기 타이밍에 엔진으로 공급된다. 가스밸브(48)는 각 실린더(10)에 설치되고, 해당 가스밸브(48)에 의해 제어되는 암모니아는 도 8에 나타낸 파이프(49)에서 분배되어 커넥터(51)를 통해 복수의 분사구멍(52)에 보내진다. 상기 커넥터(51) 부분에는 연소시에 연소가스가 역류하지 않도록 체크밸브(50)가 설치되어 있다.
상기 체크밸브(50)는 도 11에 상세하게 나타낸 바와 같이, 2개의 포핏(Poppet, 50A, 50B)을 갖는 더블 포핏의 체크밸브로 되어 있다. 여기서 더블 포핏으로 하고 있는 것은 장기간 사용에 있어서 밀봉부(sealing portion)에 마모가 생겨, 가스 누출이 발생할 가능성이 있기 때문에 이를 방지하기 위해서이다.
도 12 (A)에 포핏(50A)의 예를 나타내는 바와 같이, 각 포핏(50A, 50B)(도 11 참조)의 측면에는 구멍(50C)이 열려 있으며, 도 12 (B)에 나타낸 NH3 투입시, 도 12 (C)에 나타낸 역류방지시와 같이, 포핏(50A, 50B)이 도면의 좌우로 움직여서 NH3의 역류를 방지한다. 즉, 도 12 (B)에 나타낸 NH3 투입시에는 NH3 압력에 눌려서 포핏(50A, 50B)이 스토퍼(50D)에 닿을 때까지 도면의 오른쪽 방향으로 움직이므로, 시트부(50E)와의 틈을 통과하여 NH3가 오른쪽 방향으로 흐른다. 한편, 도 12 (C)에 나타낸 역류방지시에는 통내 압력에 의해 포핏(50A, 50B)은 왼쪽 방향으로 밀려 시트부(50E)에 밀착하여 밀봉된다.
본 실시형태에서는 더블 포핏의 체크밸브를 이용하고 있으므로 가스 누설의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 체크밸브의 종류는 이에 한정되지 않는다.
이상과 같이 하여, 암모니아 분사구멍(52)에서 급기 행정으로 투입된 암모니아는 벽면에서 층상도 70% 이상이 되는 것이 가능해진다. 또한, 암모니아 분사구멍(52)의 수는 2개에 한정되지 않으며, 예를 들어 도 9에 파선으로 나타낸 것을 포함하여 4개, 또는 6개 등으로 할 수 있다.
디젤 주연료는 연료유 분사 제어장치(38)에 의해 규정된 열량비(80% 전후)로 유량 조정되어, 연료분사밸브(24)를 통해 규정된 타이밍에 분사된다.
공기 과잉률(λ)은 과급기(64)의 배기 터빈(64A) 측에 설치된 배기 바이패스 밸브(68)에 의해 배기 통과량을 조정하여 규정 값으로 조정한다. 즉, 공기 공급량을 줄여 공기 과잉률(λ)을 과농(過濃, 농후)으로 하려면 배기 바이패스 밸브(68)의 개도량을 닫히는 경향으로 하여 흡기 터빈(64B)의 회전수를 내려서 공기량을 줄인다.
예혼합기의 층상도는 도 13에 예시하는 바와 같이 암모니아-공기 예혼합기 농도 평균값보다 중심부 -70% 전후, 벽면부 +70% 전후가 되도록 한다.
연소온도는 벽면부에서 고온이 되어, 이 부근에 암모니아를 집중시킴으로써 암모니아 연소율이 올라간다.
또한, 상기 실시형태에서는 기계식 연료분사장치를 이용했으나, 전자분사식 커먼레일 연료분사장치를 이용하는 것도 가능하다. 암모니아 라인이나 흡배기계의 구성도 실시형태에 한정되지 않는다.
또, 상기 실시형태에서는 본 발명이 선박용 디젤엔진에 이용되었으나, 본 발명의 적용 대상은 이에 한정되지 않으며, 경유를 연료로 하는 디젤엔진이나, 디젤엔진과 같은 압축 착화(壓縮着火)와, 가솔린엔진과 같은 점화 착화를 조합한 엔진에도 동일하게 적용할 수 있다.
암모니아를 수송하는 암모니아 탱커의 엔진으로서 이용하는데 특히 유효하지만, 적용 대상은 이에 한정되지 않는다.
10…실린더
12…피스톤
14…실린더 헤드
16…급기밸브
18…배기밸브
20…급기관
22…배기관
24…연료분사밸브
30…연료유 라인
32…연료유 탱크
34…연료공급펌프
36…전자밸브
38…연료유 분사 제어장치
40…암모니아 라인
42…암모니아 탱크
44…가스차단밸브
46…가스압력조절밸브
48…가스밸브
50…체크밸브
52…암모니아 분사구멍
54…암모니아가스 밸브 제어장치
60…흡배기계
62…흡기라인
64…과급기
66…배기라인
68…배기 바이패스 밸브
70…통괄제어장치

Claims (8)

  1. 실린더 헤드 안의 연소실과, 상기 연소실 내에 점화원이 되는 연료유와 가스 상태의 암모니아를 투입하는 연료투입수단을 가지며, 상기 연소실 내에서 암모니아 예혼합기를 형성하여 혼합 연소시키는 디젤엔진으로,
    상기 연소실 내에서 상기 연소실의 중심부보다 상기 연소실의 내측 측벽면 측으로 가까운 위치에 암모니아 농도가 짙어지는 암모니아 예혼합기를 형성하도록 제어하는 제어수단을 구비함과 동시에,
    상기 실린더 헤드에는 암모니아 공급경로를 설치하고, 또한 상기 연소실 중심부보다 상기 연소실의 내측 측벽면 측으로 가까운 위치에 복수 개소에 암모니아 분사구멍을 형성하며, 기화된 암모니아를 급기 행정으로 상기 암모니아 분사구멍들을 통해 연소실 내에 투입하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 연료유와 암모니아를 투입한 운전시의 공기 과잉률이, 상기 연료유에만 의지하는 운전시의 공기 과잉률보다는 낮게 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    암모니아의 투입량을 조정하는 가스밸브와, 연료유의 공급량을 조정하는 연료분사밸브를 구비하고, 상기 제어수단은 상기 가스밸브 및 상기 연료분사밸브 중 적어도 어느 한쪽을 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    암모니아의 투입량은 열량비로 연료유 공급량의 15% 이상 25% 이하가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 내의 평균농도에 대한 상기 연소실의 내측 측벽면에서의 암모니아 농도의 편차를 70% 이상으로 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 공기 과잉률은 연료유에만 의지하는 운전시의 공기 과잉률에 대해 0.5~1.0 높이도록 조정하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 공기 과잉률의 조정은 과급기의 배기 바이패스에 설치된 조정수단에 의한 공기량의 조정에 의해 실시하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
  8. 삭제
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