KR20090003072A

KR20090003072A - 가습공기 디젤 엔진

Info

Publication number: KR20090003072A
Application number: KR1020070088238A
Authority: KR
Inventors: 닐스 키엠트룹
Original assignee: 맨 디젤 필리얼 아프 맨 디젤 에스이, 티스크랜드
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-01-09
Also published as: CN101338698A; CN101338698B; JP4562098B2; KR100982225B1; JP2009013807A

Abstract

본 발명은 배기가스 구동식 가변면적 터빈(7)과 상기 가변면적 터빈(7)에 의해 구동되어 엔진 실린더들에 소기를 공급하는 컴프레셔(9)를 갖는 터보차저(6)와; 상기 컴프레셔(9)의 하류측에 위치하는 급기/소기 가습장치(12)와; 상기 배기가스를 상기 실린더들로부터 상기 가변면적 터빈(7)으로 유도하는 배기관(5);및 상기 배기관내에 설치된 제어가능한 웨이스트 게이트(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진(1)에 관한 것이다. 상기 제어장치(50)가 상기 배기가스 구동식 가변면적 터빈(7)과 제어가능한 웨이스트 게이트(19)를 제어함으로써, 특정 연료오일 소비량에 영향을 주지 않고 완전부하와 부분 부하 모두의 조건에서 산화질소(NOx) 배출레벨을 낮출 수 있다.

Description

가습공기 디젤 엔진{HUMID AIR DIESEL ENGINE}

본 발명은 소기 가습기를 갖춘 대양 화물선의 주엔진과 같이 중질 연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진에 관한 것이다.

최근 환경 관련 문제에 많은 관심이 집중되고 있으며, 바다에서의 공기 오염 형태에 관한 배출제한에 대해 국제해사기구에서 지속적인 협의가 진행되고 있다. 세계 여러 지역의 관계 당국들도 이와 유사한 조치들을 취하고 있으며, 예를 들면, 현재 협의중에 있는 EPA (US-Environmental Protection Agency: 미국 환경보호국) 규정을 들 수 있다.

배기가스중의 산화질소(NOx)는 1차 및/또는 2차 저감방법으로 저감시킬 수 있다. 1차 저감방법은 엔진연소과정에 직접 영향을 주는 방법들이다. 실제 저감 정도는 엔진 유형과 저감방법에 따라 다르나, 대략 10% 에서 50% 이상이다.

2차 저감방법은 엔진 자체의 일부를 구성하지 않는 부품들을 사용해서, 연료에 적합하게 설계된 엔진 성능을 변경하지 않고 배출 레벨을 저감시키는 방법들이다. 현재 가장 성공적인 2차 저감방법은 산화질소(NOx)를 제거하는 SCR (Selective Catalytic Reduction:선택적 촉매환원)방법이다. 이 방법에 의하면, 배기가스가 촉 매 변환기로 들어가기 전에 배기가스에 암모니아 또는 요소를 첨가함으로써 산화질소(NOx)를 95% 이상 제거할 수 있다. 2차 방법은 배출 레벨을 저감시키는 1차 방법과 관련된 본 발명의 방법과 조합하여 사용될 수 있다.

공지된 1차 방법들 중 하나로서 소기를 가습하는 방법이 있다. 이 방법에 의하면 절대 수분량이 높아지고 따라서 최대 연소온도가 낮아짐으로써 배기가스 중의 산화질소(NOx) 레벨이 감소된다. 소기 가습방법의 단점은 터보차저의 적절한 완전부하 매칭을 적용하는 경우에 부분 부하에서 소기 압력이 너무 낮다는 것이다. 소기 압력이 낮을수록 압축이 낮아지고 결과적으로 부분 부하에서 연료효율이 떨어진다. 또한, 높은 수분량으로 인해 배기가스 스트림 중의 에너지가 과잉되고, 수용가능한 배기가스 온도 레벨이 얻어지는 경우, 상기 과잉 에너지가 상기 터보차저 터빈을 바이패스 하게 된다. 통상적으로, 상기 과잉 에너지는 웨이스트 게이트(바이패스)를 통해 제거되며, 상기 과잉 에너지가 파워터빈 등의 장치에서 회수되지 않게 되면, 가습공기 모터의 에너지 효율이 비가습 공기 모터에 비해서도 더 저하되게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 관점에서, 본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하거나 또는 적어도 저감시킬 수 있는 소기 가습기능을 갖춘 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진을 제공하는 데 있다. 특히 본 발명의 목적은 특정 연료 소비에 있어서 최소 위반(penalty)의 낮은 산화질소(NOx) 배출레벨을 제공할 수 있는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진은, 배기가스 구동식 가변면적 터빈과 상기 가변면적 터빈에 의해 구동되어 엔진 실린더들에 소기를 공급하는 컴프레셔를 갖는 터보차저와, 상기 컴프레셔의 하류측에 위치하는 소기 가습장치와, 상기 배기가스를 상기 실린더들로부터 상기 가변면적 터빈으로 유도하는 배기관 및, 상기 배기관내에 설치된 제어가능한 웨이스트 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

가습장치와 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈 터보차저를 하나의 대형 2-스트로크 디젤 엔진 내에 결합함으로써, 특정 연료소비량에 대한 부정적 영향없이 산화질소(NOx) 배출레벨을 실질적으로 낮출 수 있다.

상기 엔진은 상기 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈과 결합되는 제어장치를 포함할 수 있으며, 상기 제어장치는 상기 가변면적 터빈의 면적과 상기 웨이스트 게이트의 개방을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 제어장치는 상기 가변면적 터빈과 제어가능한 웨이스트 게이트가 소정의 소기압력 대 엔진부하 곡선을 따르도록 제어할 수 있다.

상기 제어장치는 1차 수단으로서 상기 가변면적 터빈이 상기 소정 곡선을 따르도록 제어할 수 있고, 상기 1차 수단이 상기 소정 곡선을 따르기에 부족한 경우에만 2차 수단으로서 상기 웨이스트 게이트를 개방하도록 제어할 수 있다.

상기 제어장치는 산화질소(NOx) 배출량 또는 그의 가중평균치가 주어진 임계치 이하로 유지되면서 상기 엔진의 특정 연료 소비량을 최소화하도록 상기 가변면적 터빈과 제어가능한 웨이스트 게이트를 제어할 수 있다.

상기 제어장치는 상기 가습장치와 결합될 수 있고, 상기 제어장치는 산화질소(NOx) 배출량이 주어진 임계치 이하로 유지되도록 소기 중의 절대 수분함량을 제어할 수 있다.

상기 제어가능한 웨이스트 게이트는 파워 터빈과 같은 전력 소비 장치에 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가습공기 대용량 터보차지 중질 연료로 동작되는 디젤 엔진의 특정 연료소비량 저감 방법을 제공하는 데 있다. 이러한 본 발명의 목적은 낮은 엔진 부하조건 또는 중간의 엔진 부하 조건에서 터빈면적을 감소시킴으로써 부분 부하에서 소기 압력을 증가시키고, 중간 내지 높은 엔진 부하 조건에서만 일부 배기가스를 상기 터보차저 터빈 주위로 바이패스시키는 것에 의해 달성된다.

본 발명에 의한 대용량 2-스트로크 디젤 엔진의 다른 목적, 특징, 이점 및 특성들 은 상세한 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.

본 발명의 대용량 2-스트로크 디젤 엔진의 이점은 낮은 연료소비량을 유지하면서도 산화질소(NOx) 배출량을 낮출 수 있다는 점이다.

본 명세서의 청구범위에서 사용되는 용어 "포함"의 의미는 다른 구성요소나 단계를 배제하는 것을 의미하는 것이 아니다. 또한, 용어 "하나"의 의미는 복수인 경우를 배제하는 것이 아니다.

청구범위 중의 참조부호는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 범위 내에서 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있다.

이하 설명에서 본 발명의 양호한 실시예들에 의거하여 본 발명을 설명한다.

제1도는 흡기 및 배기 시스템을 갖는 크로스헤드 타입의 대용량 터보차지 2-스트로크 디젤 엔진(1)을 나타낸 도면이다. 상기 엔진(1)은 급기 수납부(2)와 배기가스 수납부(3)를 구비하고 있다. 상기 연소실들에 속하는 배기 밸브들은 도면부호 (4)로 표시되어 있다. 상기 엔진(1)은 예를들어 대양 화물선의 주엔진 또는 파워스 테이션의 발전기를 작동시키는 고정엔진으로 사용될 수 있다. 상기 엔진의 총출력은 예를들어 5,000 ~ 110,000 kW 의 범위일 수 있다. 상기 엔진(1)은 중질 연료오일로 동작되며 따라서 가열식 중질 연료오일 탱크 및 가열식 중질연료 오일 튜빙(도시안됨)을 구비한 중질 연료오일 시스템을 구비하고 있다. 연료 주입시스템의 상기 가열식 요소들은 중질 연료오일의 점성이 주위 온도에서 극대여서 엔진이 정지하는 동안에도 가열된다. 또한, 상기 중질 연료오일 시스템(도시안됨)은 엔지정지중에 상기 중질 연료오일을 상기 중질 연료오일 시스템의 구성요소들을 통해 흐르도록 유지하는 재순환 시스템을 구비하고 있다. 상기 재순환 시스템은, 엔진정지중에 자체 가열수단을 갖지 않는 상기 중질 연료오일 시스템의 구성요소들을 따뜻하게 유지하며, 상기 중질 연료오일 시스템의 탈기를 촉진시킨다.

상기 급기는 상기 급기 수납부(2)로부터 개별 실린더들의 소기 포트(도시안됨)로 공급된다. 배기밸브(4)가 열리면, 배기가스가 제1 배기관을 통해 배기 수납부(3)로 유입되고 제1 배기관(5)을 통과하여 터보차저(6)의 가변면적 터빈(7)에 도달하며, 상기 가변면적 터빈(7)으로부터 제2 배기관(20)으로 흐른다. 축(8)을 통해서, 상기 가변면적 터빈(7)이 공기주입구(10)를 통해 공급받는 컴프레셔(9)를 구동한다. 상기 컴프레셔(9)는 가압된 급기를 상기 급기 수납부(2)까지 연결된 급기도관(11)으로 공급한다.

상기 도관(11) 내의 흡입공기는 가습장치(12)를 통과하게 되고, 상기 가습장치(12)는 상기 급기/소기를 가습시킴으로써 상기 컴프레셔의 온도가 대략 200 ℃가 되며, 소기의 온도를 36 ~ 80℃의 레벨로 저하시킨다. 상기 가습장치(12)는 본 실 시예에서 대량의 물이 분사되고 증발되는 스크러버이다. 상기 분사되는 물은, 상기 엔진(1)의 (수)냉각 시스템으로부터 발생된 폐열로 바닷물 (상기 엔진이 대양 화물선에 설치된 경우) 또는 강물 (상기 엔진이 강 근처 고정 파워 플랜트에 설치된 경우)을 가열하여 데워진 온수인 것이 좋다. 선택적으로, 예열되지 않은 물을 사용할 수도 있다. 결과적으로 얻어지는 절대 수분 레벨은 온수를 상기 가습장치(12)에 공급한 경우보다 다소 낮아지게 된다.

상기 가습장치는, 그의 출구에서 나오는 공기의 상대습도가 실질상 100%이고 온도가 대략 70℃가 되도록 동작하는 스크러버(12)인 것이 바람직하다. 상기 급기/소기의 절대습도는 종래 엔진의 인터쿨러에서 나오는 소기보다 약 5배 더 높다. 그러므로, 상기 소기와 배기가스 중에 함유된 에너지의 양은 종래 엔진(비가습 공기 엔진)에서 보다 상당히 높다. 따라서, 높은 부하 레벨에서는, 배기가스로부터 더 많은 에너지를 추출할 수 있다. 상기 소기 중의 높은 절대 수분함량으로 인해 연소온도가 저 피크의 평균적 온도가 되며, 이에 따라 연소중 산화질소(NOx) 발생이 저감된다.

가습된 공기는 전기모터(17)에 의해서 구동되는 보조 송풍기(16)를 통과하게 되며, 상기 보조 송풍기(16)는 저 부하 또는 부분 부하 상태의 급기 흐름을 상기 급기 수납부(2) 측으로 가압시킨다. 더 높은 부하에서는, 상기 터보차저 컴프레셔(9)가 충분한 양의 압축된 소기를 공급하고 그러면 상기 보조 송풍기(16)는 역류방지밸브(15)를 통해 바이패스된다.

상기 제어가능한 웨이스트 게이트(19)는 상기 터빈(7)의 상류측의 배기관(5) 내에 배치된다. 이 제어가능한 웨이스트 게이트를 통해서 배기가스의 일부분(약 10%)이 상기 가변면적 터빈(7)을 바이패스하게 된다.

상기 제어가능한 웨이스트 게이트(19)와 가변면적 터빈(7)은 제어장치(50)에 결합된다. 상기 제어장치(50)는 상기 제어가능한 웨이스트 게이트(19)와 가변면적 터빈(7)의 동작을 제어하며, 실제 엔진 부하 등의 엔진동작 조건들에 관한 정보를 수신한다. 상기 제어장치는 소기의 온도, 압력 및 습도와 배기가스의 온도와 압력, 냉각수 압력, 엔진속도 등과 같은 다양한 다른 엔진 파라미터들을 수신할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제어장치(50)는 또한 상기 가습장치(12)에 결합되며, 상기 가습장치(12)에 투입되는 물의 양과 온도를 제어함으로써 상기 가습장치의 동작을 제어한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 가변면적 터보차저와 웨이스트 게이트를 갖추지 않은 종래의 가습공기 대용량 2-스트로크 디젤 엔진("비제어"곡선)은, 종래의 비가습 공기 대용량 2-스트로크 디젤 엔진("기준"곡선)에 비해서 부분 부하에서 소기 압력이 상대적으로 낮다. 상기 소기 압력이 상대적으로 낮은 가습공기 대용량 2-스트로크 디젤 엔진은 압축이 상대적으로 낮고 최대 실린더압력이 상대적으로 낮으며, 따라서 부분 부하에서 특정 연료소비량이 높아진다.

제3도는 제어가능한 웨이스트 게이트를 사용하여 부분 부하에서 소기 압력에 미치는 영향을 나타낸 것이다("웨이스트 게이트"곡선). 50%의 부분 부하에서, 제어가능한 웨이스트 게이트를 갖춘 가습공기 모터는 종래의 비가습 공기 모터와 거의 동일한 소기 압력을 달성하며, 상기 "비제어" 가습공기 모터보다 상당히 개선되었 음을 나타낸다.

제4도는 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈을 조합하여 사용하여 부분 부하에서 소기 압력에 미치는 영향을 나타낸 것이다("웨이스트 게이트 + 가변면적 터빈"곡선). 상기 두 수단을 적용함으로써, 부분 부하에서의 상기 소기 압력을 종래의 비가습 공기 모터보다 상당히 더 높일 수 있으며, 상기 수단들을 갖추지 않은 상기 가습공기 모터에 비해서도 상당히 더 개선된다.

상기 가변면적 터빈(7)과 제어가능한 웨이스트 게이트(19)는 제어장치(50)에 연결된다. 상기 제어장치는 엔진부하에 관한 정보를 수신하며, 소기 압력 대 엔진부하에 대한 하나 이상의 바람직한 변화유형 정보를 공급받는다. 그러한 곡선/변화유형의 예를들면 제4도의 상측 곡선을 들 수 있다. 제4도의 상측 곡선은 상기 제어 장치(50)에 기억된 바람직한 곡선을 나타낸다.

상기 제어장치(50)는 제4도의 상측 곡선을 따르도록 구성된다. 여기서, 상기 제어장치(50)는 상기 가변면적 터빈(7)을 제어하는 것을 1차 수단으로서 사용한다. 부분 부하에서 상기 터빈(7)의 (유효)면적을 감소시킴으로써, 그렇지 않은 경우 보다 소기 압력을 더 높게 유지할 수 있다. 엔진부하가, 소기 압력이 그 최대치에 도달하는 레벨 (본 실시예에서는 대략 75%의 엔진부하에서 도달되는 3.5 bar) 이상이 되면, 상기 제어장치가 상기 웨이스트 게이트(19)를 개방함으로써 과도한 소기 압력이 되지 않게 한다(이러한 수단은 높은 엔진부하 조건에서 최대 연소 압력을 초과하는 것을 방지하기 위해 필요하다). 결과적으로 얻어지는 최대 연소압력들이 제5도에 나타나 있다. 상기 가변면적 터빈과 제어가능한 웨이스트 게이트를 갖춘 엔 진은 다양한 레벨의 부분 부하들을 갖으며, 이들 수단들을 갖추지 않은 가습공기 모터보다 상당히 높은 최대 연소 압력을 갖으며, 이러한 것은 상기 부분 부하 레벨들에서 특정 연료소비량에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 명백히 알 수 있다.

제6도에 도시된 바와 같이, 상기 수단들은 다양한 부분 부하 레벨들에서 절대 수분함량을 증가시키게 되며, 그럼으로써, 본 실시예에서 연소압력 증가 정도에 따라 다르기는 하지만 상기 부분 부하 레벨들에서 산화질소(NOx) 배출량을 저감시킨다.

컴프레셔(9)에서 나오는 공기의 높은 배출 온도에 의해 상기 소기 중의 수분 함량이 높아진다. 도 7에 도시된 바와 같이 공기 온도가 높을수록 물을 증발시키기 위한 잠재 에너지는 커진다.

제8도는 종래 기술의 엔진들과 본 발명의 엔진들에서 다양한 조건에서의 특정 연료소비량을 나타낸 것이다. 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈을 갖추지 않은 가습공기 모터("기준"곡선)가 확실히 가장 높은 특정 연료소비량을 나타낸다. 그러나, 그러한 모터에서 사용되는 비 제어가능 웨이스트 게이트를 통해 빠져나가는 에너지를 파워 터빈 등의 전력 소비장치를 구동하는데 사용함으로써, 전체적인 특정 연료소비량을 저감시킬 수 있다.

상기 종래의 비가습 공기 모터의 특정 연료소비량은, 50% 엔진부하와 75% 엔진부하에서 웨이스트 게이트 제어를 하는 실시예와 실질적으로 동일하다. 100% 엔진부하에서, 상기 종래의 비가습 공기 모터의 특정 연료소비량은 상기 웨이스트 게이트 제어를 하는 실시예보다 약간 좋다. 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈을 모두 갖춘 실시예는 50% 엔진부하에서 특정 연료소비량이 가장 양호하고, 75% 엔진부하에서 상기 종래의 비가습 공기 모터와 동일한 특정 연료소비량을 갖는다. 100% 엔진부하에서, 상기 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈을 갖춘 엔진이 상기 종래의 비 가습 공기 모터보다 약간 나쁘다. 전체적으로, 상기 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈을 모두 갖춘 가습공기 모터는 종래의 비가습 공기 모터와 실질상 동등한 평균 특정 연료소비량을 갖게 된다.

제9도는 종래 기술 엔진들과 본 발명 엔진들의 산화질소(NOx) 배출량을 나타낸다. 가습공기를 사용하는 모든 엔진이 종래의 비가습 공기 모터보다 산화질소(NOx) 배출량이 실질상 낮다는 것을 상기 그래프로부터 명백히 알 수 있다.

상기 제어가능한 웨이스트 게이트와 가변면적 터빈을 모두 갖춘 가습공기 모터는 본질적으로 종래의 비가습 공기 모터와 실질상 동일한 특정 연료소비량을 갖는다. 즉, 특정 연료소비량을 손상하지 않고 산화질소(NOx) 배출량을 실질적으로 저감시킬 수 있다.

상기 그래프들에서의 산출은 특정 연료 모델들을 기초로 한 것들이나, 그 결과들은 임의의 다른 대형 2-스트로크 디젤 엔진에 적용될 수 있다.

제10도는 본 발명에 의한 엔진의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 상기 엔진은 웨이스트 게이트(9)의 출구가 파워 터빈(31)에 연결된 것 외에는 본질적으로 제1도의 엔진과 동일하다. 상기 웨이스트 게이트(19)를 통해서 빠져나가는 에너지는 상기 파워 터빈(31) 내에서 비교적 효율적으로 회복되며 따라서 상기의 예들에서 나타난 것들보다 더 높은 전체 연료효율을 얻을 수 있다. 가변면적 터빈(도시안됨)을 갖춘 파워 터빈을 사용하면, 이 파워터빈이 제어가능한 웨이스트 게이트처럼 작용하기 때문에 그 결과가 더 좋게 나오게 된다(상기 가변면적 터빈은 폐쇄된 웨이스트 게이트에 대응하는 면적을 통과하는 유량이 제로 유량이 되게 할 수 없으며, 가변면적 터빈 파워 터빈은 40 ~ 50% 폐쇄된 웨이스트 게이트에 대응하는 레벨로 제어될 수 있다).

상기 파워 터빈(31)은 발전기(32)를 구동한다. 따라서 상기 배기가스 스트림 중의 과잉 에너지는 전력, 즉, 전기에너지로 변환된다. 본 실시예에서 전체 특정 연료소비량은 제1도의 실시예의 경우보다 낮다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어장치(50)는 1차 수단으로서 상기 가변면적 터빈(7)이 소정의 소기 압력 곡선을 따르도록 제어하며, 상기 1차 수단이 상기 소정 곡선을 따르는 것이 불충분한 경우에만 상기 제어장치(50)는 2차 수단으로서 상기 웨이스트 게이트(19)를 개방하도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어장치(50)는 산화질소(NOx) 배출량 또는 그의 가중평균치가 주어진 임계치 이하로 유지되면서 상기 엔진의 특정 연료소비량을 최소화하도록 상기 가변면적 터빈(7)과 제어가능한 웨이스트 게이트(19)를 제어하도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서(도시안됨), 상기 제어장치(50)는 상기 가습장치(12)와 결합되며, 산화질소(NOx) 배출량이 주어진 임계치 이하로 유지되도록 소기 중의 절대 수분함량을 제어하도록 구성된다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 내연기관 엔진의 흡기 및 배기 시스템을 나타낸 도면;

제2도는 2개의 종래 기술 엔진의 소기압력 대 엔진부하를 나타내는 그래프;

제3도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명의 하나의 엔진의 소기압력 대 엔진부하를 나타내는 그래프;

제4도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명의 2개의 엔진의 소기압력 대 엔진부하를 나타내는 그래프;

제5도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명에 의해 변형된 2개의 엔진의 최대 연소압력 대 엔진부하를 나타낸 그래프;

제6도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명에 의해 변형된 2개의 엔진의 소기중 절대 수분함량 대 엔진부하를 나타낸 그래프;

제7도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명에 의해 변형된 2개의 엔진의 컴프레셔 출구온도 대 엔진부하를 나타낸 그래프;

제8도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명에 의해 변형된 2개의 엔진의 특정 연료의 상대소비량 대 엔진부하를 나타낸 그래프;

제9도는 2개의 종래 기술 엔진과 본 발명에 의해 변형된 2개의 엔진의 특정 산화질소(NOx)의 상대배출량 대 엔진부하를 나타낸 그래프;

제10도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 내연기관 엔진의 흡기 및 배기 시스템을 나타낸 도면.

Claims

배기가스 구동식 가변면적 터빈(7)과 상기 가변면적 터빈(7)에 의해 구동되어 엔진 실린더들에 급기를 공급하는 컴프레셔(9)를 갖는 터보차저(6)와;

상기 컴프레셔(9)의 하류측에 위치하는 급기 가습장치(12)와;

상기 배기가스를 상기 실린더들로부터 상기 가변면적 터빈(7)으로 유도하는 배기관(5); 및

상기 배기관 내에 설치된 제어가능한 웨이스트 게이트(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제1항에 있어서, 상기 제어가능한 웨이스트 게이트(19)와 가변면적 터빈(7)과 결합되는 제어장치(50)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어장치(50)는 상기 가변면적 터빈(7)의 면적과 상기 웨이스트 게이트(19)의 개방을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제2항에 있어서, 상기 제어장치(50)는, 상기 가변면적 터빈(7)과 제어가능한 웨이스트 게이트(19)가, 소정의 급기 압력 대 엔진부하 곡선을 따르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치(50)는 1차 수단으 로서 상기 가변면적 터빈(7)이 상기 소정 곡선을 따르도록 제어할 수 있고, 상기 1차 수단이 상기 소정 곡선을 따르기에 부족한 경우에만 2차 수단으로서 상기 웨이스트 게이트(19)를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치(50)는 산화질소(NOx) 배출량 또는 그의 가중평균치가 주어진 임계치 이하로 유지되면서 상기 엔진(1)의 특정 연료소비량을 최소화하도록 상기 가변면적 터빈(7)과 제어가능한 웨이스트 게이트(19)를 제어하는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치(50)는 상기 가습장치(12)와 결합되고, 상기 제어장치(12)는 산화질소(NOx) 배출량이 주어진 임계치 이하로 유지되도록 급기 중의 절대 수분함량을 제어하는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제어가능한 웨이스트 게이트(19)는 전력 소비 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
제7항에 있어서,상기 전력 소비 장치는 파워 터빈(31)인 것을 특징으로 하는 중질연료로 동작되는 대용량 디젤 엔진.
낮은 엔진 부하 또는 중간 엔진 부하 조건에서 터빈면적을 감소시킴으로써 부분 부하에서 급기 압력을 증가시키고;

중간 내지 높은 엔진 부하 조건에서만 일부 배기가스를 상기 터보차저 터빈주위로 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 가습공기 대용량 터보차지 중질연료로 동작되는 디젤 엔진의 특정 연료 오일 소비량 저감방법.