KR20120017778A - 디젤 엔진의 매연 감소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형 선박용 디젤 엔진은 물론, 특히, 중,대형 선박용 디젤 엔진에서의 매연감소 효과를 증대시키도록 한 디젤 엔진의 매연감소장치가 개시된다.
본 발명은 연소실의 일측과 연결되는 공기냉각장치와; 상기 공기 냉각장치와 연결되는 흡기 컴프레서와, 연소실의 타측과 연결되는 배기매니폴드와 연결되면서 상기 흡기 컴프레서와 회전축으로 연결되는 배기터빈으로 이루어진 터보차저로 구성되는 터보 시스템과; 상기 터보차저의 흡기 컴프레서와 압축공기 공급라인으로 연결되는 공기 압축탱크와; 상기 압축공기 공급라인상에 설치되는 전자 제어밸브와; 상기 공기 냉각장치와 연소실을 연결하는 연소공기 공급라인과 연결되면서 배기터빈과 연결되는 소기 공급관과; 상기 소기 공급관상에 설치되는 흡기공기 플랫밸브와; 상기 흡기공기 플랫밸브와 연결되는 전자 제어밸브와; 조정핸들을 포함하면서 상기 압축공기 공급라인상에 설치되는 전자 제어밸브와 흡기공기 플랫밸브와 연결되는 전자 제어밸브를 작동시키도록 제어부와 접속되는 스위치를 구비하는 클러치부로 이루어지고, 상기 클러치부에는 조정핸들에 구비된 제트 가속버튼에 의해 동작되어 압축공기 공급라인상에 설치된 전자 제어밸브를 개방시키는 제트가속 스위치를 더 포함한다.

Description

디젤 엔진의 매연 감소장치{Smoke Reduction Apparatus of Diesel Engine}
본 발명은 디젤 엔진의 매연 감소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형 선박용 디젤 엔진은 물론, 특히, 중,대형 선박용 디젤 엔진에서의 매연감소 효과를 증대시키도록 한 것이다.
일반적으로, 디젤 엔진은 압축 착화기관으로서, 공기를 압축하여 고온화시킨 다음 연료를 분사하여 자발화시켜 운전하는 것이고, 연료는 고속기관에서는 경유를 사용하고, 저속기관에서는 중유를 사용하며, 압축비가 커서 열효율이 높다.
또한, 고정익(翼) 추진기를 장착하는 중소형 선박용 4행정 디젤 엔진은 엔진의 회전속도를 감속시키고 엔진의 동력을 차단하는 클러치가 부착되어 있고, 상기와 같은 클러치는 선박의 이,접안 또는 운항 중의 선박의 조정 시(정지, 전진, 후진)에 작동되며, 상기와 같이 클러치가 작동되면 추진기의 급속부하 상승으로 인하여 엔진의 연료량은 증가하는데 반하여, 연소공기가 감소하게 되어 희박 연소가 이루어짐으로써, 엔진 배기 출구 측으로 매연이 발생하게 된다는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 매연을 감소시키기 위한 장치로서, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 제트 공기시스템을 이용한 매연 감소장치(1)가 실용화되어 선박용 4행정 디젤 엔진에 적용되고 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 선박용 4행정 디젤 엔진(2)의 연소실(30)에는 터보차저 시스템(20)이 장착되어 있다.
상기 터보차저 시스템(20)은 상기 연소실(30)의 일측과 연결되는 공기 냉각장치(200)와, 상기 공기 냉각장치(200)와 연결되면서 임펠러를 가지는 흡기 컴프레서(202a) 및 이 흡기 컴프레서(202a)와 연결되는 배기터빈(202b)으로 이루어진 터보차저(202)로 구성되고, 상기 터보차저(202)의 배기터빈(202b)과 일측이 연결되고 타측은 연소실(30)의 타측과 연결되는 배기 매니폴드(201)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 터보차저(202)는 흡기 컴프레서(202a)와 배기터빈(202b)간에 연결된 회전축(202d)이 구비되고, 이 회전축(202d)상에 터보차저 베어링(202c)이 결합되어 있다.
그리고, 종래의 매연 감소장치(1)는, 상기 터보차저(202)의 흡기 컴프레서(202a)와 압축공기 공급라인(10)을 통해 연결되는 공기 압축탱크(11)와, 제어부(40)와 접속되어 제어부(40)의 신호를 전달받아 동작되도록 상기 압축공기 공급라인(10) 상에 설치되는 전자 제어밸브(12)와, 상기 공기 냉각장치(200)와 연소실(30)을 연결하는 연소공기 공급라인(300)과 일측 끝단이 연결되며 타측 끝단은 배기터빈(202b)과 연결되는 소기 공급관(13)과, 상기 소기 공급관(13) 상에 설치되면서 연소공기 공급라인(300)과 연통되게 연결되는 흡기공기 플랫밸브(14)와, 상기 흡기공기 플랫밸브(14) 및 제어부(40)와 신호라인(42)을 통해 접속되는 전자 제어밸브(15)로 구성된다.
또한, 디젤 엔진(2)에는 엔진의 회전속도를 감속시키고, 엔진의 동력을 차단하는 클러치부(400)가 설치되는데, 이 클러치부(400)는 선박의 이,접안 또는 운항중의 선박의 조정시(정지, 전진, 후진)에 작동되며, 전진 및 후진 동작시 각각 작동되는 스위치(410)(420)와, 조작을 위한 조정핸들(430)로 이루어진다.
상기 스위치(410)(420)는 리미트 스위치이고, 제어부(40)와 접속되어 있다.
이러한 종래의 매연 감소장치(1)는, 선박의 조정 시 클러치부(400)가 작동되어 제어부(40)로부터 클러치 입력신호가 발생되면, 신호라인(41)을 통해 압축공기 공급라인(10)상에 설치된 전자 제어밸브(12)에 클러치 입력신호가 입력되어 전자 제어밸브(12)가 개방된다.
상기와 같이 압축공기 공급라인(10)상에 설치된 전자 제어밸브(12)가 개방되면 공기 압축탱크(11) 내의 압축공기가 압축공기 공급라인(10)을 통해 터보차저(202)의 흡기 컴프레서(202a)로 유입된다.
상기와 같이 압축공기 공급라인(10)을 통해 터보차저(202)의 흡기 컴프레서(202a)로 유입된 압축공기는 흡기 컴프레서(202a)의 회전력을 더욱 상승시켜 공기 냉각장치(200)를 거쳐 연소실(30) 내부로 유입되는 연소공기의 양을 증가시킴으로써 연소를 개선시켜 매연감소 기능을 달성하게 된다.
이와 동시에, 선박의 조정 시에 클러치부(400)가 작동되어 제어부(40)로부터 발생되는 클러치 입력신호는 신호라인(42)을 통해 흡기공기 플랫밸브(14)와 연결된 전자 제어밸브(15)에도 입력되어 상기 전자 제어밸브(15)를 작동시킨다.
상기와 같이 전자 제어밸브(15)가 작동되면, 상기 전자 제어밸브(15)와 연결된 흡기공기 플랫밸브(14)가 개방되어 연소공기 공급라인(300) 내부의 소기공기 압력을 소기 공급관(13)을 통해 배기터빈(202b)으로 유입시키는 배압 효과로 배기터빈(202b)의 회전속도를 증가시키게 된다.
상기와 같이 배기터빈(202b)의 회전속도가 증가됨으로써 증가된 배기터빈(202b)의 회전력이 회전축(202d)을 통해 흡기 컴프레서(202a)로 전달되어 공기 압축탱크(11)에서부터 압축공기 공급라인(10)을 통해 흡기 컴프레서(202a)로 유입되는 압축공기와 함께 상기 흡기 컴프레서(202a)의 회전속도를 더욱 증가시켜 보다 높은 압력으로 많은 양의 소기 공기를 연소공기 공급라인(300)을 통해 연소실(30) 내부로 유입시킬 수 있도록 하여 매연 발생량을 대폭 저감시킬 수 있도록 한다.
또한, 상술한 바와 같이 종래의 매연 감소장치(1)는, 선박의 조정 시에 클러치부(400)가 작동되어 제어부(40)로부터 클러치 입력신호가 발생되면, 공기 압축탱크(11) 내의 압축공기가 흡기 컴프레서(202a)로 공급됨과 동시에, 연소공기 공급라인(300) 내의 소기공기 압력을 소기 공급관(13)을 통해 배기터빈(202b)으로 유입시켜 배압효과가 발생됨으로써, 터보차저(202) 내부의 공기 충격을 완화시켜 터보차저 베어링(202c)과 배기터빈(202b) 및 흡기 컴프레서(202a)의 블레이드의 파손을 방지할 수 있도록 하여 터보차저(202)의 운전 및 정비성을 개선시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
그러나, 종래의 매연 감소장치는 클러치부(400)의 조작에 따라 반응하는 전자 제어밸브의 개방이 신속하게 이루어지지 않기때문에, 추진 부하가 작은 중,소형 선박용 디젤 엔진에 효과적이었지만, 추진 부하가 큰 중,대형 선박 및 선형계수가 큰 장방형 선박의 디젤 엔진에 있어서는 매연 감소효과가 저감되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 압축공기가 신속하게 공급되도록 하여 소형은 물론,특히, 중,대형 선박용 디젤 엔진에서 발생하는 매연을 현저하게 감소시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명이 과제 해결수단은, 연소실의 일측과 연결되는 공기냉각장치와; 상기 공기 냉각장치와 연결되는 흡기 컴프레서와, 연소실의 타측과 연결되는 배기매니폴드와 연결되면서 상기 흡기 컴프레서와 회전축으로 연결되는 배기터빈으로 이루어진 터보차저로 구성되는 터보 시스템과; 상기 터보차저의 흡기 컴프레서와 압축공기 공급라인으로 연결되는 공기 압축탱크와; 상기 압축공기 공급라인상에 설치되는 전자 제어밸브와; 상기 공기 냉각장치와 연소실을 연결하는 연소공기 공급라인과 연결되면서 배기터빈과 연결되는 소기 공급관과; 상기 소기 공급관상에 설치되는 흡기공기 플랫밸브와; 상기 흡기공기 플랫밸브와 연결되는 전자 제어밸브와; 조정핸들을 포함하면서 상기 압축공기 공급라인상에 설치되는 전자 제어밸브와 흡기공기 플랫밸브와 연결되는 전자 제어밸브를 작동시키도록 제어부와 접속되는 스위치를 구비하는 클러치부로 이루어지고, 상기 클러치부에는 조정핸들에 구비된 제트 가속버튼에 의해 동작되어 압축공기 공급라인상에 설치된 전자 제어밸브를 개방시키는 제트가속 스위치를 더 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 디젤 엔진의 매연 감소장치로서, 필요에 따라 공기 압축탱크내의 압축공기를 신속하게 터보차저 안으로 공급하여 연소율을 높여서 매연발생시간을 최대한 감소될 수 있는 효과가 있고, 중,대형 선박용 디젤 엔진에 특히 유용한 것이다.
도 1은 종래의 디젤 엔진의 매연 감소장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디젤 엔진의 매연 감소장치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 매연 감소장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 매연 감소장치(1)는 종래와 마찬가지로, 상기 터보차저 시스템(20)은 상기 연소실(30)의 일측과 연결되는 공기 냉각장치(200)와, 상기 공기 냉각장치(200)와 연결되는 흡기 컴프레서(202a)와, 이 흡기 컴프레서(202a)와 연결되는 배기터빈(202b)으로 이루어진 터보차저(202)로 구성되고, 상기 터보차저(202)의 배기터빈(202b)과 일측이 연결되고 타측은 연소실(30)의 타측과 연결되는 배기 매니폴드(201)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 터보차저(202)는 흡기 컴프레서(202a)와 배기터빈(202b)간에 연결된 회전축(202d)이 구비되고, 이 회전축(202d)상에 터보차저 베어링(202c)이 결합되어 있다.
그리고, 종래의 매연 감소장치(1)는, 상기 터보차저(202)의 흡기 컴프레서(202a)와 압축공기 공급라인(10)을 통해 연결되는 공기 압축탱크(11)와, 제어부(40)와 연결되도록 신호라인(41)을 통해 상기 압축공기 공급라인(10) 상에 설치되는 전자 제어밸브(12)와, 상기 공기 냉각장치(200)와 연소실(30)을 연결하는 연소공기 공급라인(300)과 일측 끝단이 연결되며 타측 끝단은 배기터빈(202b)과 연결되는 소기 공급관(13)과, 상기 소기 공급관(13) 상에 설치되는 흡기공기 플랫밸브(14)와, 상기 흡기공기 플랫밸브(14) 및 제어부(40)와 신호라인(42)을 통해 접속되는 전자 제어밸브(15)로 구성된다.
또한, 디젤 엔진(2)에는 엔진의 회전속도를 감속시키고, 엔진의 동력을 차단하는 클러치부(400)가 설치되는데, 이 클러치부(400)는 선박의 이,접안 또는 운항중의 선박의 조정시(정지, 전진, 후진)에 작동되며, 전진 및 후진 동작시, 각각 작동되는 스위치(410)(420)와, 조작을 위한 조정핸들(430)로 이루어진다.
상기 스위치(410)(420)는 리미트 스위치를 사용하고, 제어부(40)와 접속되어 있다.
여기서, 본 발명은 상기 클러치부(400)에는 제트가속 스위치(440)가 더 포함되어 구성된다. 본 실시 예에 있어서, 상기 제트가속 스위치(440)는 리미트 스위치를 사용한다.
상기 제트가속 스위치(440)는 조정핸들(430)의 제트가속버튼(431)의 조작에의해 작동이 이루어지며, 압축공기 공급라인(10)상에 구비된 전자제어밸브(12)와 신호라인(441)을 통해 접속되어 전자제어밸브(12)를 개폐시키도록 한다.
기본적으로, 클러치부(400)의 조정핸들(430)을 전,후진시킴에 따라 스위치(410)(420)가 각각 작동하여 전기적 신호를 제어부(40)에 인가하면, 전자 제어밸브(12)가 개방되어 공기 압축탱크(11)로부터 압축공기를 터보차저(202)의 흡기 컴프레서(202a)에 공급하여 소기 압력을 증가시킨다.
이와 동시에, 제어부(40)의 신호라인(42)을 통해 전자 제어밸브(15)를 작동시켜서 흡기공기 플랫밸브(14)의 개방으로, 소기 공급관(13)을 통해 공기 냉각장치(200)를 거쳐서 연소공기 공급라인(300)을 통과하여 연소실(30)로 유입되는 공기의 일부를 터보차저(202)의 배기터빈(202b)으로 공급하여 가속시킴으로써, 상승된 소기압을 연소실(30)에 다시 공급할 수 있게되어 연소상태를 개선할 수 있다. 그에따라 매연감소가 이루어질 수 있는 것이다.
그러나, 상기 클러치부(400)의 조정핸들(430)을 전,후진 조작하여 스위치(410)(420)를 작동시켜서 매연 감소효과를 발휘할 수 있으나, 이 경우는 추진 부하가 작은 중,소형 선박용 디젤 엔진에 효과적이지만, 추진 부하가 큰 중,대형 선박 및 선형계수가 큰 장방형 선박의 디젤 엔진에 있어서는 매연 감소효과가 저감된다.
따라서, 추진 부하가 큰 중,대형 선박 및 선형계수가 큰 장방형 선박의 디젤 엔진인 경우에는, 클러치부(400)에 구비된 제트가속 스위치(440)를 작동시켜서 엔진의 매연발생을 감소시킬 수 있다.
구체적으로 설명하면, 선박의 전,후진 조작전에 선박의 입,출항 조건과 항해 부하조건에 따라 조정핸들(30)에 형성된 제트가속 버튼(431)을 누르면, 제트가속 스위치(440)가 작동하여 그 전기적 신호가 신호라인(441)을 통해 전자 제어밸브(12)를 신속하게 개방시키고, 그에 따라 공기 압축탱크(11)의 공기가 터보차저(202)의 흡기 컴프레서(202a)로 공급되어 회전시키므로, 연소실(30)의 소기 압력을 매우 신속하게 증가시켜서 후속 부하 운전시의 공연비 조절이 가능하여 매연감소가 이루어진다.
다시 말해서, 본 발명은 제트가속 버튼(431)을 선택적으로 조작하여 엔진 연소에 필요한 소기공기 압력을 연소실(30)에 공급하므로, 종래에 클러치부(400)의 조작에 의한 매연발생 감소시 문제점인 매연발생시간을 대폭 단축시킬 수 있어, 매연발생시간의 단축에 따른 매연 감소효과를 달성할 수 있는 것이다.
본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.
1 : 매연감소장치
2 : 디젤 엔진
10 : 압축공기 공급라인
11 : 공기 압축탱크
12 : 전자 제어밸브
13 : 소기 공급관
14 : 흡기공기 플랫밸브
15 : 전자 제어밸브
20 : 터보차저 시스템
30 : 연소실
40 : 제어부
41,42 : 신호라인
200 : 공기냉각장치
201 : 배기 매니폴드
202 : 터보차저
202a : 흡기 컴프레서
202b : 배기 터빈
202c : 터보차저 베어링
202d : 회전축
300 : 연소공기 공급라인
400 : 클러치부
410,420 : 스위치
430 : 조정핸들
431 : 제트가속 버튼
440 : 제트가속 스위치
441 : 신호라인

Claims (1)

  1. 연소실의 일측과 연결되는 공기냉각장치와;
    상기 공기 냉각장치와 연결되는 흡기 컴프레서와, 연소실의 타측과 연결되는 배기매니폴드와 연결되면서 상기 흡기 컴프레서와 회전축으로 연결되는 배기터빈으로 이루어진 터보차저로 구성되는 터보 시스템과;
    상기 터보차저의 흡기 컴프레서와 압축공기 공급라인으로 연결되는 공기 압축탱크와;
    상기 압축공기 공급라인상에 설치되는 전자 제어밸브와;
    상기 공기 냉각장치와 연소실을 연결하는 연소공기 공급라인과 연결되면서 배기터빈과 연결되는 소기 공급관과;
    상기 소기 공급관상에 설치되는 흡기공기 플랫밸브와;
    상기 흡기공기 플랫밸브와 연결되는 전자 제어밸브와;
    조정핸들을 포함하면서 상기 압축공기 공급라인상에 설치되는 전자 제어밸브와 흡기공기 플랫밸브와 연결되는 전자 제어밸브를 작동시키도록 제어부와 접속되는 스위치를 구비하는 클러치부로 이루어지고,
    상기 클러치부에는 조정핸들에 구비된 제트 가속버튼에 의해 동작되어 압축공기 공급라인상에 설치된 전자 제어밸브를 개방시키는 제트가속 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 매연감소장치.
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