KR20100067030A - 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관 - Google Patents

일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관 Download PDF

Info

Publication number
KR20100067030A
KR20100067030A KR1020090075181A KR20090075181A KR20100067030A KR 20100067030 A KR20100067030 A KR 20100067030A KR 1020090075181 A KR1020090075181 A KR 1020090075181A KR 20090075181 A KR20090075181 A KR 20090075181A KR 20100067030 A KR20100067030 A KR 20100067030A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
line
engine
Prior art date
Application number
KR1020090075181A
Other languages
English (en)
Inventor
토마스 세이들
게오르그 틴쉬만
Original Assignee
만 디젤 에스이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 만 디젤 에스이 filed Critical 만 디젤 에스이
Publication of KR20100067030A publication Critical patent/KR20100067030A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F02M25/0222—Water recovery or storage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/028—Adding water into the charge intakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/36—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for adding fluids other than exhaust gas to the recirculation passage; with reformers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F02M26/10—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine having means to increase the pressure difference between the exhaust and intake system, e.g. venturis, variable geometry turbines, check valves using pressure pulsations or throttles in the air intake or exhaust system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

내연기관(10)은 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기(22, 26)를 구비하고, 상기 배기 가스 터보 과급기들은 각각 배기 가스 라인(32) 내의 배기 가스 터빈(34, 36) 및 흡입관(18) 내의 압축기(20, 24)를 포함한다. 질소 산화물의 방출을 줄이기 위해, 배기 가스 재순환 라인(40)이 제공되고, 상기 배기 가스 재순환 라인(40)은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 상기 배기 가스 터빈(36) 상류에서 상기 배기 가스 라인(32)으로부터 분기되며, 상기 2개의 배기 가스 터보 과급기들(22, 26)의 상기 압축기들(20, 24) 사이에서 상기 흡입관(18) 내로 통하고, 상기 배기 가스 재순환 라인(40)을 통해 상기 흡입관(18) 내로 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치(29, 44)가 제공된다. 상기 시스템은 특히 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진에 바람직하게 사용될 수 있다.
Figure P1020090075181
터보 과급기, 배기 가스 라인, 흡입관, 배기 가스 터빈, 압축기, 배기 가스 재순환 라인.

Description

일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH TWO EXHAUST GAS TURBOCHARGER CONNECTED IN SERIES}
본 발명은 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 배기 가스 재순환식 내연기관에 관한 것이다.
냉각된 배기 가스 재순환(AGR)은 질소 산화물 방출량을 줄이기 위한 매우 효과적인 방법이다. 이 방법은 선행 기술(예컨대 DE 10 2004 009 794 A1 참고)에 따른 자동차의 모든 디젤 엔진에 사용되며, 예컨대 레일 로드 등의 대형 고속 엔진에도 점점 더 많이 사용된다. 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진도 냉각된 AGR로 작동될 수 있다. 이 경우, 약 10%의 배기 가스 재순환율은 약 35% 내지 40%의 질소 산화물 방출량을 감소시킨다.
고속 자동차 엔진에서, AGR은 주행 사이클 중 주로 낮은 출력에서 사용되고, 내연기관 실린더 후방의 배기압이 내연기관 실린더 전방의 급기압보다 큰, 네거티브 기압 차로 동작한다. 대형 디젤 엔진의 경우, 작동 사이클 중 높은 출력은 심하게 가중된다. 그러나, 높은 출력에서 AGR은 중유 엔진에 요구되는 낮은 부품 온도 및 내연기관에서의 포지티브 기압 차에 의해 어려워진다.
또한, 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진에서는 중유 연소시 잔류물이 생기며, 상기 잔류물은 압축된 급기 흐름 내로 배기 가스 흐름의 재순환 후에 급기를 안내하는 부품 상에 침착될 수 있다는 문제가 있다. 이러한 이유 때문에, 예컨대 DE 10 2006 048 269 A1은, 냉각된 배기 가스 흐름이 AGR을 통해 직접 내연기관의 실린더 내로 재순환되는 내연기관을 제시한다.
배기 가스 재순환에 의해, 내연기관의 실린더들 내로의 연소용 산소 공급이 감소하고, 이는 질소 산화물 방출량을 감소시킨다. 급기 중의 산소 농도가 약 22.5% 일 때(참고로, 공기이 산소 농도는 약 23.2%임) 질소 산화물 방출량은 약 30% 까지 감소할 수 있다.
질소 산화물 방출량을 감소시키는 결정적인 요인들 중 하나는 연소 온도의 감소이다. 이는, 상기 냉각된 배기 가스 재순환과 더불어, 예컨대 EP 1 386 069 B1에 설명된 바와 같이, 급기의 습윤에 의해서도 이루어질 수 있다. 상기 HAM(Humid Air Motor)법에 의해, 디젤 엔진의 급기가 습윤되고 연료가 내연기관 내에서 축축한 공기 중에서 연소한다. 이로 인해, 질소 산화물 방출량은 통상의 급기에 비해 이론적으로 약 50% 이상 감소할 수 있지만, 축축한 급기는 대형 디젤 엔진의 출력에 부정적 영향을 준다.
본 발명의 과제는 질소 산화물 방출량이 감소된, 2단 과급식 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1의 특징을 가진 내연기관에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명의 내연기관은 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비하며, 상기 배기 가스 터보 과급기는 각각 배기 가스 라인 내의 배기 가스 터빈 및 흡입관 내의 압축기를 포함한다. 또한, 배기 가스 재순환 라인이 제공되고, 상기 배기 가스 재순환 라인은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기의 배기 가스 터빈 상류에서 배기 가스 라인으로부터 분기되며, 2개의 배기 가스 터보 과급기의 압축기들 사이에서 흡입관 내로 통하고, 배기 가스 재순환 라인을 통해 흡입관 내로 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 2단 과급식 내연 기관에서는, 배기 가스 재순환 라인, 및 상기 배기 가스 재순환 라인을 통해 흡입관 내로 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치가 제공된다. 이러한 구성에 의해, 내연 기관의 실린더들 내의 연소 온도가 2가지 조치에 의해 떨어진다.
한편으로는 흡입관 내로 재순환되는 냉각된 배기 가스 흐름으로 인한 산소 공급의 감소에 의해 그리고 다른 한편으로는 재순환되는 배기 가스 흐름의 습윤으 로 인한 연소 공기의 습윤에 의해, 연소 온도가 떨어진다. 이로 인해 현저히 떨어진 연소 온도의 결과로, 질소 산화물 방출량이 훨씬 감소될 수 있다.
또한, 배기 가스 재순환 라인이 배기 가스 터보 과급기의 2개의 압축기들 사이에서 흡입관 내로 통하므로, 급기는 재순환된 배기 가스 흐름과 함께 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기의 압축기 내에서 재차 압축된다. 이로 인해, 매우 양호한 과급 시스템 효율을 가진 대형 디젤 엔진에서도 내연기관의 큰 포지티브 기압 차가 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치는 배기 가스 스크러버를 포함하고, 상기 배기 가스 스크러버는 배기 가스 재순환 라인 내에 배치된다. 배기 가스 스크러버는 재순환된 배기 가스 흐름으로부터 거의 전체의 황 산화물 및 금속 산화물, 그리고 연소된 윤활유 및 연료로 이루어진 재의 대부분을 빼낸다. 따라서, 재순환된 배기 가스에 의한 흡입관에서의 부식 위험 및 오염 경향이 감소할 수 있다. 배기 가스 스크러버는 동시에 재순환된 배기 가스 흐름의 냉각을 위해 제공되므로, 배기 가스 재순환 라인 내의 통상적으로 오염에 민감한 AGR-냉각기가 생략될 수 있다. 또한, 배기 가스 스크러버는 재순환된 배기 가스 흐름의 습윤을 일으키고, 이는 내연기관의 질소 산화물 방출에 긍정적으로 작용한다.
대안으로서 또는 추가로, 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치는 습윤 장치를 포함하고, 상기 습윤 장치는 흡입관 내에 배치된다. 이 경우, 배기 가스 재순환 라인은 바람직하게는 상기 습윤 장치 내로 통한다. 또한, 상기 습윤 장치는 예컨대 HAM(Humid Air Motor)법 또는 SAM(Scavenging Air Moistening)법에 따른 습윤 장치이다. 습윤 장치는 재순환된 배기 가스 흐름을 포함하는 급기의 습윤과 더불어 상기 2가지 흐름의 냉각 및 재순환되는 배기 가스로부터 황 산화물의 제거 작용을 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기의 배기 가스 터빈은 가변 횡단면을 가진 고압 터빈으로서 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 터보 과급기-바이패스 라인이 제공되고, 상기 터보 과급기-바이패스 라인은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기의 배기 가스 터빈 상류에서 배기 가스 라인으로부터 분기되고, 상기 2개의 배기 가스 터보 과급기의 배기 가스 터빈들 사이에서 배기 가스 라인 내로 통한다.
본 발명은 특히 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진에 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명에 의해, 질소 산화물 방출량이 감소된, 2단 과급식 내연기관이 제공된다.
본 발명의 상기 특징 및 다른 특징과 장점은 첨부한 도면을 참고로 하는 하기의 바람직한 실시예 설명에 제시된다.
도 1을 참고로, 본 발명에 따른 2단 과급식 내연기관의 제1 실시예가 상세히 설명된다.
내연기관(10), 특히 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진은 공지된 방식으로, 연료의 연소를 위한 다수의 실린더를 가진 실린더 열(12), 연소 공기를 공급하기 위한, 실린더 열(12)의 입구측 상의 급기 매니폴드(14), 및 연소시 생긴 배기 가스를 배출하기 위한, 실린더 열(16)의 출구측 상의 배기 가스 매니폴드(16)를 포함한다.
급기 매니폴드(14)로 연장하는 내연기관(10)의 흡입관(18)에는, 2단 과급의 저압단을 형성하는, 엔진으로부터 먼 배기 가스 터보 과급기(22)의 제1 압축기(20)가 주변 공기의 흡입 및 압축을 위해 배치되며, 2단 과급의 고압단을 형성하는, 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 제2 압축기(24)가 급기의 추가 압축을 위해 배치된다. 제1 압축기(20)의 하류에 제1 급기 냉각기(28)가 흡입관(18) 내에 배치되며, 제2 압축기(24)의 하류에 제2 급기 냉각기(30)가 흡입관(18) 내에 배치된다.
배기 가스는 내연기관(10)의 배기 가스 매니폴드(16)로부터 배기 가스 관(32)을 통해, 필터, 촉매 컨버터 등을 구비한 배기 가스 후처리 시스템(도시되지 않음)에 공급된다. 배기 가스 관(32)에는 엔진으로부터 먼 배기 가스 터보 과급기(22)의 제1 배기 가스 터빈(저압 터빈; 34) 및 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 제2 배기 가스 터빈(고압 터빈; 36)이 배치된다. 배기 가스 흐름은 먼저 고압 터빈(36) 내에서 작용함으로써, 공지된 방식으로 이것에 연결된 압축기(24)를 구동시킨다. 배기 가스 흐름은 또한 저압 터빈(34) 내에서 작용함으로써, 내연기관(10)의 흡입관(18) 내에서 상기 저압 터빈에 연결된 제1 압축기(20)를 구동시킨다.
엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 고압 터빈(36)은 바람직하게는 가변 횡단면(VTA-Variable Turbine Area)으로 형성된다. 대안으로서 또는 추가로 터보 과급기-바이패스 라인(38)에 가변 제어 가능한 바이패스 밸브(39)가 제공된다. 상기 바이패스 라인(38)은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 배기 가스 터빈(36) 상류에서 배기 가스 라인(32)으로부터 분기되고, 2개의 배기 가스 터빈들(34, 36) 사이에서 다시 배기 가스 라인(32) 내로 통한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 또한 배기 가스 재순환 라인(40)이 제공된다. 상기 배기 가스 재순환 라인(40)은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 제2 배기 가스 터빈(36) 상류에서 배기 가스 라인(32)으로부터 분기되고(도 1의 점 B), 2개의 배기 가스 터보 과급기(22, 26)의 압축기들(20, 24) 사이에서, 바람직하게는 제1 급기 냉각기(28) 하류에서, 흡입관(18) 내로 통한다(도 1에서 점 A).
배기 가스 재순환 라인(40) 내에는 흡입관(18) 내로의 배기 가스 재순환율을 제어하기 위한 AGR-밸브(42) 및 소위 배기 가스 스크러버(44)가 배치된다. AGR-밸브(42)는 선택적으로 배기 가스 재순환 라인(40) 내의 배기 가스 스크러버(44) 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
배기 가스 스크러버(44) 내에서, 예컨대 연료 황으로부터 나온 거의 모든 산 성분이 배기 가스 흐름으로부터 빼내진다. 입자의 대부분도 배기 가스 스크러버(44) 내에서 배기 가스로부터 빼내진다. 동시에 배기 가스가 냉각되고 습윤된 후에, 흡입관(18) 내의 급기와 혼합된다. 배기 가스 재순환 및 배기 가스 재순환 라인(40) 내의 배기 가스 스크러버(44)에 의해, 상기 2단 과급식 내연기관(10)의 질소 산화물 방출이 현저히 감소할 수 있다.
배기 가스 라인(32)의 지점(B)에서, 즉 배기 가스 재순환 라인(40)의 분기에서 배기 가스 압력은 흡입관(18)의 지점(A)에서의 급기 압력보다 크다. 이에 반해, 고압단(26)의 압축기(24) 하류의 흡입관(18)의 지점(C)에서의 급기압은 지점(A)에서의 배기 가스 압력보다 크기 때문에, 내연기관(10)을 통해 포지티브 기압 차가 설정되거나 또는 유지될 수 있고, 이는 특히 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진에서 바람직하다.
엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 제2 압축기(24)는 바람직하게는 적합한 코팅 기술에 의해 배기 가스 함유 급기에 맞게 조정된다. 마찬가지로, 제2 급기 냉각기(30)는 배기 가스 함유 급기를 효과적으로 냉각할 수 있고 동시에 긴 작동 지속 시간을 보장하기에 적합하게 최적화된다.
도 2와 관련해서, 본 발명에 따른 2단 과급식 내연기관의 제 2 실시예가 상세히 설명된다. 여기서는 상기 제1 실시예에서와 동일한 또는 유사한 부분 및 부품은 동일한 도면 번호로 표시된다.
제2 실시예의 내연기관은 엔진으로부터 먼 또는 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기들(22, 26)의 압축기들(20, 24) 하류의 2개의 급기 냉각기들(28, 30)이 각각 흡입관(18) 내의 습윤 장치(29, 31)로 대체된다는 점에서, 도 1에 도시된 내연기관과는 다르다. 상기 습윤 장치들(29, 31)은, 급기를 냉각시키고 습윤시키며, 내연기관(10)의 실린더들(12) 내의 연소 온도를 낮춤으로써 질소 산화물 방출량을 줄이기 위해, 바람직하게는 HAM(Humid Air Motor)법 또는 SAM(Scavenging Air Moistening)법에 따라 작동하는 습윤 장치이다. 습윤 장치들(29, 31)은 제1 실시예의 급기 냉각기(28, 30) 및 배기 가스 스크러버(44)의 과제를 수행한다.
상기 실시예의 변형예에서, 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 압축기(24) 하류의 제2 습윤 장치(31) 대신에, 도 1의 제1 실시예에서와 같은 통상의 급기 냉각기(30)가 배치될 수 있다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 이 실시예에서도 고압 터빈(36)의 상류에서 배기 가스 라인(32)으로부터 분기한 배기 가스 재순환 라인(40)은 직접 제1 습윤 장치(29) 내로 통하므로, 배기 가스 재순환 라인(40)을 통해 재순환되는 배기 가스 흐름도 냉각되고 습윤된다.
습윤 장치(29)에 추가해서, 이 실시예에서도 선택적으로 도 2에 도시된 바와 같이 배기 가스 스크러버(44)가 배기 가스 재순환 라인(40) 내에 배치될 수 있다. 상기 배기 가스 스크러버(44)는 도 1의 상기 실시예에 비해 작은 치수로 설계될 수 있다.
이 실시예의 나머지 부품, 특징 및 장점은 도 1의 제1 실시예의 것에 상응하므로, 그에 대한 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내연기관의 개략도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내연기관의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 내연기관
12 : 실린더 열
14 : 급기 매니폴드
16 : 배기 가스 매니폴드
18 : 흡입관
20 : 제1 압축기
22, 26 : 배기 가스 터보 과급기
24 : 제2 압축기
28 : 제1 급기 냉각기
29 : 제1 습윤 장치
30 : 제2 급기 냉각기
31 : 제2 습윤 장치
32 : 배기 가스 라인
34, 36 : 배기 가스 터빈
38 : 바이패스 라인
39 : 바이패스 밸브
40 : 배기 가스 재순환 라인(AGR)
42 : AGR-밸브
44 : 배기 가스 스크러버

Claims (8)

  1. 각각 배기 가스 라인(32) 내의 배기 가스 터빈(34, 36) 및 흡입관(18) 내의 압축기(20, 24)를 포함하는, 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기(22, 26)를 구비한 내연기관에 있어서,
    배기 가스 재순환 라인(40)이 제공되고, 상기 배기 가스 재순환 라인(40)은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 배기 가스 터빈(36) 상류에서 배기 가스 라인(32)으로부터 분기되며, 상기 2개의 배기 가스 터보 과급기(22, 26)의 압축기들(20, 24) 사이에서 상기 흡입관(18) 내로 통하고,
    상기 배기 가스 재순환 라인(40)을 통해 흡입관(18) 내로 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치(29, 44)가 제공되는 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치(29, 44)는 배기 가스 재순환 라인(40) 내에 배치된 배기 가스 스크러버(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재순환되는 배기 가스 흐름을 냉각 및 습윤시키기 위한 장치(29, 44)는 흡입관(18) 내에 배치된 습윤 장치(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 라인(40)은 상기 습윤 장치(29) 내로 통하는 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 습윤 장치(29)는 HAM법 또는 SAM법에 따른 습윤 장치인 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 배기 가스 터빈(36)은 가변 횡단면을 가진 고압 터빈으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 터보 과급기-바이패스 라인(38)이 제공되고, 상기 터보 과급기-바이패스 라인은 엔진에 가까운 배기 가스 터보 과급기(26)의 배기 가스 터빈(36) 상류에서 배기 가스 라인(32)으로부터 분기되고, 상기 2개의 배기 가스 터보 과급기(22, 26)의 배기 가스 터빈들(34, 36) 사이에서 상기 배기 가스 라인(32) 내로 통하는 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연 기관(10)은 중유로 작동되는 대형 디젤 엔진인 것을 특징으로 하는 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관.
KR1020090075181A 2008-12-10 2009-08-14 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관 KR20100067030A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008061399.1 2008-12-10
DE102008061399A DE102008061399A1 (de) 2008-12-10 2008-12-10 Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100067030A true KR20100067030A (ko) 2010-06-18

Family

ID=41263502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090075181A KR20100067030A (ko) 2008-12-10 2009-08-14 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2010138892A (ko)
KR (1) KR20100067030A (ko)
CN (1) CN101749148A (ko)
DE (1) DE102008061399A1 (ko)
FI (1) FI123593B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI124087B (fi) * 2010-05-12 2014-03-14 Wärtsilä Finland Oy Järjestely ja menetelmä pakokaasun takaisinkierrätykseen ja turboahtamiseen
JP5701016B2 (ja) * 2010-11-09 2015-04-15 三菱重工業株式会社 エンジン排気ガス浄化装置
JP2012136957A (ja) * 2010-12-24 2012-07-19 Isuzu Motors Ltd 内燃機関、及びそのｅｇｒ方法
DE102012209286A1 (de) 2012-06-01 2013-12-05 Man Diesel & Turbo Se Brennkraftmaschine mit Abgasaufladung und Abgasrückführung
CN104074636B (zh) * 2013-12-23 2016-05-04 哈尔滨工程大学 具有加湿效果的柴油机egr系统
DE102014111835B4 (de) 2014-08-19 2017-08-31 Gardner Denver Deutschland Gmbh Kompressoreinheit und Verfahren zu deren Betrieb
DE102018123871A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Mehrstufig aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitseinspritzung in den Frischgasstrang zwischen zwei Verdichtern
CN110118142A (zh) * 2019-05-05 2019-08-13 天津大学 一种基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统
AT522176B1 (de) * 2019-07-23 2020-09-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
SE2251081A1 (en) * 2022-09-19 2024-03-20 Cetech Ab An exhaust recirculation device for a 4-stroke compression ignition engine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK170218B1 (da) * 1993-06-04 1995-06-26 Man B & W Diesel Gmbh Stor trykladet dieselmotor
JP2002332919A (ja) * 2001-02-26 2002-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス再循環システム
FI114112B (fi) 2001-03-14 2004-08-13 Marioff Corp Oy Menetelmä polttomoottorin pakokaasujen puhdistamiseksi ja laitteisto kostean ilman syöttämiseksi polttomoottoriin
DE102004009794A1 (de) 2004-02-28 2005-09-22 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern
JP4692202B2 (ja) * 2005-10-06 2011-06-01 いすゞ自動車株式会社 ２段過給式エンジンのｅｇｒシステム
DE102006048269B4 (de) 2006-10-12 2012-10-04 Man Diesel & Turbo Se Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung sowie Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
FI20096087A (fi) 2010-06-11
DE102008061399A1 (de) 2010-06-17
CN101749148A (zh) 2010-06-23
FI20096087A0 (fi) 2009-10-22
FI123593B (fi) 2013-07-31
JP2010138892A (ja) 2010-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20100067030A (ko) 일렬로 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관
US8104456B2 (en) Method and arrangement for exhaust-gas recirculation in an internal combustion engine
US7490462B2 (en) Turbocharged exhaust gas recirculation system
EP0869275B1 (en) Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine
JP4792997B2 (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP4588047B2 (ja) 二次空気吹込み装置を備えた内燃機関
KR101607654B1 (ko) 크로스헤드 및 배기가스 재순환 기능을 구비한 대형 저속 터보차지 2-행정 내연 기관 및 이의 작동 방법
US10138849B2 (en) Exhaust gas recirculation apparatus and control method therefor
US20120144825A1 (en) Device for supporting a supercharging device
KR20080095843A (ko) 압축기로 들어가는 저압 ｅｇｒ 응축물의 혼합 유닛
CN102062002A (zh) 内燃机中压缩机和增压空气冷却器保护的设备和方法
US8495876B2 (en) Two-stage supercharging system with exhaust gas purification device for internal-combustion engine and method for controlling same
CN111757976B (zh) 具有涡轮机旁路的低压egr系统
US20150083096A1 (en) Turbocharger turbine booster
EP2569524B1 (en) Arrangement and method for exhaust gas recirculation and turbocharging
EP1186767A2 (en) Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine
JP2007092618A (ja) 過給機付き内燃機関
KR101683495B1 (ko) 터보차저를 갖는 엔진 시스템
US20080209894A1 (en) Method For Regeneration Of An Exhaust Aftertreatment System
US20090282816A1 (en) Fresh Air Bypass to Cool Down Hot Exhaust in DPF Regeneration Mode at Low Vehicle Speed and Idle
CN105863792A (zh) 具有外源点火内燃发动机的能增压的内燃机及其运行方法
KR20110019116A (ko) 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템
KR20170128714A (ko) 배기가스 재순환 시스템
WO2013010923A1 (en) Exhaust gas recirculation for an i.c. engine
JP2002174110A (ja) ディーゼルエンジン

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application