KR20140040107A - 2스트로크 엔진 및 4스트로크 엔진 - Google Patents

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KR20140040107A
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마사히사 후쿠야마
겐지 이시구로
나오히로 무라타
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히다치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

2스트로크 엔진(1)의 연소실(20)로부터 배출된 배기는 과급기(5)의 터빈(51)으로 반송된다. 터빈(51) 통과 후의 배기의 일부는, 배기 재순환부(83)에 의하여 ＥＧＲ가스로서 인출된다. ＥＧＲ가스는, 암모니아 분출부(86)로부터 분출되는 액상 암모니아의 기화열에 의하여 냉각된 후에 흡기로(82) 내의 흡기로 환류되어, 컴프레서(52)에 의하여 가압되어 연소실(20)에 소기로서 공급된다. 이와 같이 배기 재순환이 이루어짐으로써 2스트로크 엔진(1)으로부터 외기에 대한 질소 산화물의 배출량을 감소시킬 수 있다. 또한 재순환용 유로(84) 내의 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출함으로써 ＥＧＲ가스를 흡기로 환류시킬 때에 필요하게 되는 ＥＧＲ가스의 냉각을 용이하게 할 수 있다.

Description

2스트로크 엔진 및 4스트로크 엔진{TWO-STROKE ENGINE AND FOUR-STROKE ENGINE}
본 발명은 배기 재순환부(排氣 再循環部)를 구비하는 엔진에 관한 것이다.
최근에 자동차용의 4스트로크 엔진(four-stroke engine)에 있어서, 배기계(排氣系)로 배출된 배기의 일부(이하, 「ＥＧＲ가스」라고 한다)를 흡기계(吸氣系)로 환류시킴으로써, 배기 중의 질소 산화물(ＮＯＸ)의 양을 감소시키는 배기 재순환(ＥＧＲ : Exhaust Gas Recirculation)장치가 이용되고 있다. 배기 재순환 장치를 구비하는 엔진에서는, ＥＧＲ가스에 포함되는 유황(S)성분이 흡기계에 있어서 수증기와 반응함으로써 흡기가 산성(酸性)이 되어 흡기계의 금속부품이 부식될 우려가 있다. 일본국 공개특허 특개2009-85011호 공보(특허문헌1)에서는, 배기계에 설치된 촉매장치를 통과한 후의 배기의 일부가 ＥＧＲ가스로서 흡기계로 환류(環流)된다. ＥＧＲ가스에는, 촉매장치에서 질소 산화물이 환원됨으로써 생성된 암모니아(ＮＨ3)가스가 포함되기 때문에, 산성의 흡기를 중화하여 흡기계에 있어서의 금속부품의 부식이 억제된다.
그런데 특허문헌1의 장치에서는, ＥＧＲ가스를 흡기계로 환류시키기 위하여 고온의 ＥＧＲ가스를 냉각할 필요가 있다. 따라서 흡기관과 배기관을 연결하여 ＥＧＲ가스를 흡기계로 재순환시키는 배기가스 환류통로에, ＥＧＲ가스를 냉각하는 ＥＧＲ쿨러를 설치한다. 그러나 엔진룸에는 엔진의 구성품을 포함하는 다양한 기기가 배치되기 때문에 ＥＧＲ쿨러는 소형화되는 것이 바람직하다.
일본국 공개특허공보 특개2009-85011호 공보
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 배기 재순환에 의하여 질소 산화물의 배출량을 감소시킴과 아울러, ＥＧＲ가스를 환류시킬 때에 필요하게 되는 냉각을 용이하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 있어서 하나의 바람직한 2스트로크 엔진은, 실린더와, 상기 실린더 내에 설치되는 피스톤과, 흡기를 가압하여 소기(掃氣)를 생성하는 과급기(過給器)와, 상기 실린더에 형성되고 상기 실린더 및 상기 피스톤의 상면에 의하여 둘러싸이는 공간인 연소실(燃燒室) 내에 상기 과급기로부터의 상기 소기를 공급하는 소기포트(掃氣port)와, 상기 실린더에 형성되고 상기 연소실 내의 가스를 상기 연소실 외부로 배출하는 배기포트(排氣port)와, 상기 연소실로부터 배출된 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출하여 상기 흡기 또는 상기 소기로 환류시키는 배기재순환부(排氣再循環部)와, 상기 배기 재순환부 내의 상기 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출하는 분출부(噴出部)를 구비한다. 이에 따라 배기 재순환에 의하여 질소 산화물의 배출량을 감소시킴과 아울러, ＥＧＲ가스를 환류시킬 때에 필요하게 되는 냉각을 용이하게 할 수 있다.
또한 상기 과급기가, 상기 연소실로부터 배출된 배기에 의하여 회전하는 터빈(turbine)과, 상기 터빈의 회전을 동력으로 하여 상기 흡기를 가압하는 컴프레서(compressor)를 구비하고, 상기 배기 재순환부가, 상기 터빈을 통과한 후의 배기의 일부를 상기 ＥＧＲ가스로서 인출하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 2스트로크 엔진에서는, 상기 ＥＧＲ가스가 냉매에 의한 냉각 없이 상기 흡기 또는 상기 소기로 환류된다.
또한 2스트로크 엔진에서는, 상기 연소실에 연료를 공급하는 연료공급부를 더 구비하고, 상기 연료가 액상 암모니아를 포함하는 것이 바람직하다.
더 바람직하게는, 2스트로크 엔진은 선박용의 엔진으로서, 상기 연소실로부터 배출된 배기가 스크러버(scrubber)에 의한 유황분 제거 없이 외기(外氣)로 환류된다.
본 발명에 있어서 하나의 바람직한 4스트로크 엔진은, 실린더와, 상기 실린더 내에 설치되는 피스톤과, 흡기를 가압하여 급기를 생성하는 과급기와, 상기 실린더에 형성되고 흡입행정에 있어서 상기 실린더 및 상기 피스톤의 상면에 의하여 둘러싸이는 공간인 연소실 내에 상기 과급기로부터의 상기 급기를 공급하는 급기포트(給氣port)와, 상기 실린더에 형성되고 상기 연소실 내의 가스가 연소하는 폭발행정 후의 배기행정에 있어서 상기 연소실 내의 가스를 상기 연소실 외부로 배출하는 배기포트와, 상기 연소실로부터 배출된 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출하여 상기 흡기 또는 상기 급기로 환류시키는 배기 재순환부와, 상기 배기 재순환부 내의 상기 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출하는 분출부(噴出部)를 구비한다. 이에 따라 배기 재순환에 의하여 질소 산화물의 배출량을 감소시킴과 아울러, ＥＧＲ가스를 환류시킬 때에 필요하게 되는 냉각을 용이하게 할 수 있다.
상기의 목적, 다른 목적, 특징, 태양 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 이루어지는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 명확하게 된다.
[도1] 제1실시형태에 관한 2스트로크 엔진의 구성을 나타내는 도면이다.
[도2] 2스트로크 엔진의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
[도3] 제2실시형태에 관한 4스트로크 엔진의 구성을 나타내는 도면이다.
도1은, 본 발명의 제1실시형태에 관한 2스트로크 엔진(two-stroke engine)(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 2스트로크 엔진(1)은 선박용의 내연기관으로서, 암모니아(ＮＨ3)를 연료로 한다. 2스트로크 엔진(1)은, 실린더(cylinder)(2) 및 실린더(2) 내에 설치되는 피스톤(piston)(3)을 구비하고, 피스톤(3)은 도1에서 상하방향으로 이동 가능하다. 또한 도1의 상하방향은 반드시 중력방향에 한정되는 것은 아니다.
실린더(2)는, 원통모양의 실린더 라이너(cylinder liner)(21) 및 실린더 라이너(21)의 상부에 부착되는 실린더 커버(cylinder cover)(22)를 구비한다. 피스톤(3)은, 실린더 라이너(21)에 삽입된 두꺼운 원판모양의 피스톤 크라운(piston crown)(31) 및 일단(一端)이 피스톤 크라운(31)의 하면에 접속되는 피스톤 로드(piston rod)(32)를 구비한다. 피스톤 로드(32)의 타단(他端)은, 도면에 나타내는 것을 생략한 크랭크 기구에 접속된다.
2스트로크 엔진(1)에서는, 실린더 라이너(21), 실린더 커버(22), 배기밸브(25)(후술) 및 피스톤 크라운(31)의 상면(즉 피스톤(3)의 상면)에 의하여 둘러싸이는 공간이 암모니아 가스 및 공기를 연소하기 위한 연소실(20)이다. 실린더 커버(22)에는 연소실(20)에 연료를 공급하는 연료공급부(61)가 설치된다. 본 실시형태에서는 연료로서 액상 암모니아가 사용된다. 액상 암모니아는 액상 암모니아 탱크(62)로부터 연료공급부(61)로 공급되어, 연료공급부(61)에 의하여 연소실(20) 내로 분출된다.
실린더 라이너(21)의 하단부 근방에는 다수의 관통구멍이 원주형상으로 배열하여 형성되고, 이들 관통구멍의 집합이 연소실(20) 내로 후술하는 소기(掃氣)를 공급하는 소기포트(掃氣port)(23)이다. 소기포트(23)의 주위에는 소기실(掃氣室)(231)이 설치되어 있고, 소기포트(23)는 소기실(231)을 통하여 소기관(掃氣管)(41)과 통한다.
실린더 커버(22)에는, 연소실(20) 내의 가스를 연소실(20) 외부로 배출하는 배기포트(排氣port)(24)가 형성되고, 배기포트(24)에는 배기포트(24)를 개폐하는 배기밸브(25)가 설치된다. 배기포트(24)를 통하여 연소실(20)로부터 배출된 가스(이하, 「배기」라고 한다)는, 제1배기로(第1排氣路)(241)를 통하여 배기관(42)으로 인도된다. 실제의 2스트로크 엔진(1)에서는 복수의 실린더(2)가 병설되어 있고, 복수의 실린더(2)가 1개의 소기관(41) 및 1개의 배기관(42)에 접속된다.
2스트로크 엔진(1)은, 터보차저(turbocharger)인 과급기(5) 및 해수(海水) 등의 냉매에 의하여 과급기(5)로부터의 공기를 냉각하는 공기 냉각기(43)를 더 구비한다. 과급기(5)는 터빈(51) 및 컴프레서(52)를 구비하고, 터빈(51)은 제2배기로(811)를 통하여 배기관(42)으로부터 반송된 배기에 의하여 회전한다. 컴프레서(52)는, 터빈(51)에서 발생하는 회전력을 이용하여(즉 터빈(51)의 회전을 동력으로 하여) 2스트로크 엔진(1)의 외부로부터 흡기로(82)를 통하여 받아들인 흡기(공기)를 가압하여 압축한다. 가압된 공기(이하, 「소기」라고 한다)는, 공기 냉각기(43)에 의하여 냉각된 후에 소기관(41) 내로 공급된다. 이와 같이 과급기(5)에서는, 배기를 이용하여 흡기를 가압하여 소기가 생성된다.
터빈(51)의 회전에 이용된 배기는 제3배기로(812)를 통과하고, 질소 산화물(ＮＯＸ)을 환원하기 위한 환원촉매(7)를 통하여 2스트로크 엔진(1)의 외부로 배출된다. 상기한 바와 같이, 2스트로크 엔진(1)의 연료는 암모니아이며, 유황분은 연료에 포함되어 있지 않다. 이 때문에 배기는, 스크러버에 의한 유황분 제거 없이 외기로 환류된다(즉 배출된다). 이에 따라 2스트로크 엔진(1)을 구비하는 선박의 구조를 간소화 할 수 있다.
2스트로크 엔진(1)은, 연소실(20)로부터 배출된 배기의 일부를 ＥＧＲ가스(즉 재순환용 배기)로서 인출하는 배기 재순환부(83)를 더 구비한다. 배기 재순환부(83)는, 터빈(51)과 환원촉매(7) 사이에서 제3배기로(812)로부터 분기되어 흡기로(82)에 접속되는 재순환용 유로(再循環用 流路)(84) 및 재순환용 유로(84)에 설치되는 재순환 밸브(85)를 구비한다. 재순환용 유로(84)에 의하여 터빈(51)을 통과한 후의 배기의 일부가 ＥＧＲ가스로서 인출되어, 흡기로(82) 내의 흡기로 환류된다. 또한 재순환 밸브(85)가 제어됨으로써, 재순환용 유로(84)로부터 흡기로(82) 내의 흡기로 환류되는 ＥＧＲ가스의 양이 조정된다.
2스트로크 엔진(1)은, 재순환용 유로(84) 내의 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출하는 분출부(86)(이하, 「암모니아 분출부(86)」 라고 한다)를 구비하고, 암모니아 분출부(86)는 액상 암모니아 탱크(62)에 접속된다. 재순환용 유로(84) 내로 분출된 액상 암모니아는 즉시 기화하여, 액상 암모니아의 기화열(증발잠열(蒸發潛熱))에 의하여 재순환용 유로(84) 내의 고온의 ＥＧＲ가스가 냉각된다. 이에 따라 흡기에 대한 ＥＧＲ가스의 환류가 용이하게 이루어진다. 컴프레서(52)에서는, ＥＧＲ가스 및 냉각용의 암모니아를 포함하는 흡기가 가압되어 소기가 생성된다. 소기는, 상기한 바와 같이 공기 냉각기(43)에 의하여 냉각된 후에, 소기관(41), 소기실(231) 및 소기포트(23)를 통하여 연소실(20)로 공급된다.
다음에 2스트로크 엔진(1)의 동작에 대하여 설명한다. 2스트로크 엔진(1)에서는, 도1에 있어서 2점쇄선으로 나타내는 피스톤(3)의 위치가 상사점(上死點)이며, 실선으로 나타내는 피스톤(3)의 위치가 하사점(下死點)이다. 피스톤(3)이 상사점 근방에 위치하는 때에는, 도1에 있어서 2점쇄선으로 나타나 있는 바와 같이 배기밸브(25)가 상승해서 배기포트(24)가 닫혀 있어 연소실(20) 내의 소기가 압축된다.
그리고 연료공급부(61)로부터 연소실(20) 내로 액상 암모니아가 분출되어, 기화한 암모니아가 자연적으로 착화(着火)하여 연소실(20) 내의 가스(즉 암모니아 가스 및 소기)의 연소(폭발)가 발생한다. 이에 따라 피스톤(3)을 밀어내려 하사점을 향하여 이동한다. 또, 연소실(20) 내의 가스는 반드시 자연적으로 착화할 필요는 없고, 점화 플러그 등을 사용하여 연소실(20) 내의 가스의 착화가 이루어져도 좋다.
연소실(20) 내의 가스의 연소 후에, 피스톤(3)이 하사점에 도달하기 전에 배기밸브(25)가 하강하여 배기포트(24)가 열린다. 이에 따라 연소실(20) 내의 연소가 끝난 가스의 배출이 시작된다. 연소실(20)로부터 배출된 가스(즉 배기)는, 상기한 바와 같이 제1배기로(241), 배기관(42) 및 제2배기로(811)를 통하여 과급기(5)의 터빈(51)으로 반송된다. 터빈(51) 통과 후의 배기의 일부는, 배기 재순환부(83)에 의하여 ＥＧＲ가스로서 인출되어, 암모니아 분출부(86)로부터 분출되는 액상 암모니아에 의하여 냉각된 후에 흡기로(82) 내의 흡기로 환류된다. 또한 ＥＧＲ가스가 인출된 후의 배기는, 환원촉매(7)를 통과하여 2스트로크 엔진(1)의 외부로 배출된다. 또, 2스트로크 엔진(1)에서는, 크랭크 기구의 크랭크 샤프트에 접속된 캠기구에 의하여 배기밸브(25)의 상승 및 하강(배기포트(24)의 개폐)이 이루어진다.
피스톤(3)이 하사점 근방까지 이동하고 피스톤 크라운(31)의 상면이 소기포트(23)의 하방에 위치하면, 연소실(20)과 소기실(231)이 통하여(즉 소기포트(23)가 열려), 소기실(231) 내의 소기가 연소실(20) 내로 공급되기 시작된다. 피스톤(3)은 하사점을 통과한 후에 상승으로 바뀌어, 피스톤 크라운(31)의 상면이 소기포트(23)의 상방에 도달함으로써 소기포트(23)가 닫히고, 연소실(20) 내에 대한 소기의 공급이 정지된다. 계속하여 배기포트(24)가 배기밸브(25)에 의하여 닫혀 연소실(20)이 밀폐된다.
피스톤(3)은 더 상승하여 연소실(20) 내의 소기가 압축되어, 피스톤(3)이 상사점 근방에 도달하면, 연료공급부(61)로부터 연소실(20) 내로 액상 암모니아가 분출되어 연소실(20) 내에서 연소가 발생한다. 2스트로크 엔진(1)에서는 상기 동작이 반복된다.
2스트로크 엔진(1)에서는, 상기한 바와 같이 연소실(20) 내의 소기에는, ＥＧＲ가스로서 흡기로 환류된 배기의 일부가 포함되어 있다. 이와 같이 배기 재순환이 이루어짐으로써 연소실(20) 내에 있어서의 연소온도가 저하되어 질소 산화물의 생성이 억제된다. 그 결과, 2스트로크 엔진(1)으로부터 외기로 배출되는 질소 산화물의 배출량을 감소시킬 수 있다.
또한 재순환용 유로(84) 내의 ＥＧＲ가스를 향하여 암모니아 분출부(86)로부터 액상 암모니아를 분출함으로써, ＥＧＲ가스를 흡기로 환류시킬 때에 필요하게 되는 ＥＧＲ가스의 냉각을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라 재순환용 유로(84)에, ＥＧＲ가스를 냉각하기 위한 ＥＧＲ쿨러를 설치하지 않고 ＥＧＲ가스를 흡기로 환류시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, ＥＧＲ가스를 냉매(즉 ＥＧＲ가스의 온도를 내리기 위한 열매개체)에 의한 냉각 없이 흡기로 환류시킬 수 있다. 그 결과 2스트로크 엔진(1)의 배기 재순환에 관한 구조를 간소화 할 수 있고, 엔진룸에 있어서의 기기배치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
2스트로크 엔진(1)에서는 배기 재순환부(83)가 터빈(51)을 통과한 후의 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출함으로써, 터빈(51) 통과 전의 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출하는 경우와 비교하여, 연소실(20)로부터의 배기의 온도 및 압력을 터빈(51)의 회전에 효율적으로 이용할 수 있다. 또한 ＥＧＲ가스의 냉각이 연료와 동일한 액상 암모니아에 의하여 이루어지기 때문에, 배기 재순환 및 연료공급에 관한 배관이나 저장탱크 등의 구조의 일부를 공통화 할 수 있다. 그 결과 2스트로크 엔진(1)의 구조를 간소화 할 수 있다. 또한 ＥＧＲ가스의 냉각에 이용된 암모니아는 소기의 일부로서 연소실(20)로 공급된다. 이 때문에 연료공급부(61)로부터 연소실(20)에 대한 액상 암모니아의 공급량을 감소시킬 수도 있다.
도2는, 2스트로크 엔진의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다. 도2의 2스트로크 엔진(1a)은, 배기 재순환부(83a)가 ＥＧＲ가스를 소기로 환류시키는 점을 제외하고, 도1에 나타내는 2스트로크 엔진(1)과 같아서 동일한 구성에 동일한 부호를 붙인다.
배기 재순환부(83a)에서는 재순환용 유로(84)가 터빈(51)과 환원촉매(7) 사이에서 제3배기로(812)로부터 분기되어 소기관(41)에 접속된다. 2스트로크 엔진(1a)에서는, 도1에 나타내는 2스트로크 엔진(1)과 마찬가지로 액상 암모니아 탱크(62)로부터 암모니아 분출부(86)로 공급된 액상 암모니아가, 재순환용 유로(84) 내의 ＥＧＲ가스를 향하여 분출되어 기화한다. 이에 따라 고온의 ＥＧＲ가스를 용이하게 냉각할 수 있어, ＥＧＲ가스를 소기관(41) 내의 소기로 용이하게 환류시킬 수 있다. 그리고 당해 소기가 연소실(20)로 공급됨으로써, 연소실(20) 내에 있어서의 연소온도가 저하하여 질소 산화물의 생성이 억제된다. 그 결과 2스트로크 엔진(1a)으로부터 외기에 대한 질소 산화물의 배출량을 감소시킬 수 있다.
2스트로크 엔진(1a)에서는 소기에 대한 ＥＧＲ가스의 환류를 보다 용이하게 하기 위하여 재순환용 유로(84)에 ＥＧＲ가스를 가압하는 컴프레서 등의 기구가 형성되어도 좋다. 또한 재순환용 유로(84)는, 소기관(41)이 아니라, 컴프레서(52)와 공기 냉각기(43)를 접속하는 제1소기로(87) 또는 공기 냉각기(43)와 소기관(41)을 접속하는 제2소기로(88)에 접속되어도 좋다. 이 경우에 ＥＧＲ가스는 제1소기로(87) 또는 제2소기로(88) 내의 소기로 환류된다.
다음에 본 발명의 제2실시형태에 관한 4스트로크 엔진에 대하여 설명한다. 도3은, 제2실시형태에 관한 4스트로크 엔진(1b)의 구성을 나타내는 도면이다. 4스트로크 엔진(1b)은, 실린더(2b), 실린더(2b) 내에 설치되는 피스톤(3b), 실린더(2b)에 형성되는 급기포트(23b) 및 배기포트(24b), 흡기를 가압하여 급기를 생성하는 과급기(5b), 실린더(2b) 내에 연료를 공급하는 연료공급부(6lb), ＥＧＲ가스를 흡기로 환류시키는 배기 재순환부(83b) 및 배기 재순환부(83b) 내의 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출하는 암모니아 분출부(86b)를 구비한다. 연료공급부(6lb)는 액상 암모니아 탱크(62b)에 접속되어, 연료인 액상 암모니아를, 실린더(2b) 및 피스톤(3b)의 상면에 의하여 둘러싸이는 공간인 연소실(20b) 내를 향하여 분출한다. 암모니아 분출부(86b)도 액상 암모니아 탱크(62b)에 접속된다.
4스트로크 엔진(1b)에서는 피스톤(3b)이 상사점으로부터 하사점으로 이동하는 흡입행정에 있어서, 급기포트(23b)에 설치되는 밸브를 엶으로써 연소실(20b) 내에 과급기(5b)로부터의 급기가 공급된다. 계속하여 급기포트(23b)를 폐쇄상태로 하고, 피스톤(3b)이 하사점으로부터 상사점으로 이동함으로써 연소실(20b) 내의 급기를 압축하는 압축행정이 이루어진다.
그리고 피스톤(3b)이 상사점 근방에 위치할 때에, 연료공급부(6lb)로부터 연소실(20b) 내로 액상 암모니아가 분출되어, 연소실(20b) 내의 가스의 연소(폭발)가 이루어진다. 연소실(20b) 내의 가스의 연소에 의하여 피스톤(3b)이 상사점으로부터 하사점으로 이동하는 폭발행정의 뒤에, 피스톤(3b)이 하사점으로부터 상사점으로 이동하는 배기행정이 이루어진다. 배기행정에서는 배기포트(24b)에 설치되는 밸브를 엶으로써 연소실(20b) 내의 가스가 연소실(20b)의 외부로 배출된다.
연소실(20b)로부터 배출된 배기는 과급기(5b)의 터빈(5lb)으로 반송된다. 터빈(5lb)을 통과한 후의 배기의 일부는, 배기 재순환부(83b)에 의하여 ＥＧＲ가스로서 인출되어, 재순환용 유로(84b) 내에 있어서 암모니아 분출부(86b)로부터 분출되는 액상 암모니아에 의하여 냉각된 후에, 흡기로(82b)내의 흡기로 환류된다. 또한 ＥＧＲ가스가 인출된 후의 배기는, 환원촉매(7b)를 통과하여 4스트로크 엔진(1b)의 외부로 배출된다.
4스트로크 엔진(1b)에서는 ＥＧＲ가스가 환류된 흡기가, 과급기(5b)의 컴프레서(52b)에 의하여 가압됨으로써 급기가 생성되고, 당해 급기가 상기한 흡입공정에 있어서 연소실(20b)로 공급된다. 이와 같이 배기 재순환이 이루어짐으로써 연소실(20b) 내에 있어서의 연소온도가 저하되어 질소 산화물의 생성이 억제된다. 그 결과, 4스트로크 엔진(1b)으로부터 외기로 배출되는 질소 산화물의 배출량을 감소시킬 수 있다.
또한 재순환용 유로(84b) 내의 ＥＧＲ가스를 향하여 암모니아 분출부(86b)로부터 액상 암모니아를 분출함으로써, ＥＧＲ가스를 흡기로 환류시킬 때에 필요하게 되는 ＥＧＲ가스의 냉각을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라 ＥＧＲ가스를 냉매에 의한 냉각 없이 흡기로 환류시킬 수 있다. 그 결과 4스트로크 엔진(1b)의 배기 재순환에 관한 구조를 간소화 할 수 있어, 엔진룸에 있어서의 기기배치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
4스트로크 엔진(1b)에서는 배기 재순환부(83b)가, 터빈(5lb)을 통과한 후의 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출함으로써, 터빈(5lb) 통과 전의 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출하는 경우와 비교하여, 연소실(20b)로부터의 배기의 온도 및 압력을 터빈(5lb)의 회전에 효율적으로 이용할 수 있다. 또한 ＥＧＲ가스의 냉각이, 연료와 동일한 액상 암모니아에 의하여 이루어지기 때문에, 배기 재순환 및 연료공급에 관한 배관이나 저장탱크 등의 구조의 일부를 공통화 할 수 있다. 그 결과 4스트로크 엔진(1b)의 구조를 간소화 할 수 있다. 또한 ＥＧＲ가스의 냉각에 이용된 암모니아는, 급기의 일부로서 연소실(20b)로 공급된다. 이 때문에 연료공급부(6lb)로부터 연소실(20b)에 대한 액상 암모니아의 공급량을 감소시킬 수도 있다.
4스트로크 엔진(1b)에서는 배기 재순환부(83b)가, 컴프레서(52b)와 연소실(20b)을 접속하는 급기로(87b)에 접속됨으로써, ＥＧＲ가스가 급기로 환류되더라도 좋다. 이 경우에도, 상기한 바와 마찬가지로 배기 재순환에 의하여 질소 산화물의 배출량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 암모니아 분출부(86b)에 의하여 ＥＧＲ가스의 냉각을 용이하게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니라 다양한 변경이 가능하다.
예를 들면 2스트로크 엔진(1)에서는, 연료공급부(61)로부터 액상 암모니아만이 공급되는 것이 아니라, 액상 암모니아에 석유연료 등이 혼합된 것이 연료로서 공급되더라도 좋다. 이 경우에도, 연료공급부(61)로부터 공급되는 연료에 포함되는 액상 암모니아를 이용하여 ＥＧＲ가스의 냉각이 이루어짐으로써, 배기 재순환 및 연료공급에 관한 배관이나 저장탱크 등의 구조의 일부를 공통화 할 수 있다. 그 결과 2스트로크 엔진(1)의 구조를 간소화 할 수 있다. 또한 ＥＧＲ가스의 냉각에 이용된 암모니아는, 소기의 일부로서 연소실(20)로 공급되기 때문에, 연소실(20)에 대한 연료의 공급량을 감소시킬 수도 있다. 2스트로크 엔진(1a) 및 4스트로크 엔진(1b)에 있어서도 동일하다. 또한 상기 실시형태에 관한 엔진에서는, 암모니아를 포함하지 않은 연료(예를 들면 수소가스나 경유)가 연료공급부로부터 연소실로 공급되더라도 좋다.
2스트로크 엔진(1, 1a)에서는 재순환용 유로(84) 내의 ＥＧＲ가스의 냉각이 더 필요한 경우에는, 냉매에 의하여 ＥＧＲ가스를 냉각하는 ＥＧＲ쿨러가 재순환용 유로(84)에 설치되어도 좋다. 당해 ＥＧＲ쿨러는, 암모니아 분출부(86)로부터의 액상 암모니아에 의한 ＥＧＲ가스의 냉각이 이루어지지 않는 경우와 비교하여 소형화된다. 4스트로크 엔진(1b)에 있어서도 동일하다.
상기 실시형태에 관한 엔진에서는, 환원촉매를 통과한 후의 배기의 일부가 ＥＧＲ가스로서 인출되어도 좋다. 또한 과급기의 터빈을 통과하기 전의 배기의 일부가 ＥＧＲ가스로서 인출되어도 좋고, 터빈 통과 전의 배기 및 터빈 통과 후의 배기의 쌍방의 일부가 ＥＧＲ가스로서 인출되어도 좋다. 과급기는, 연소실로부터의 배기를 이용하여 흡기를 가압하는 것 이외에, 크랭크 샤프트로부터 얻어지는 동력에 의하여 흡기를 가압하는 것 등이더라도 좋다.
상기 실시형태에 있어서의 2스트로크 엔진 및 4스트로크 엔진은, 선박 이외에 자동차나 발전용의 원동기 등 다양한 용도에 사용되어도 좋다.
상기 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절하게 조합시켜도 좋다.
발명을 상세하게 설명하였지만, 상기한 설명은 예시적이며 한정적인 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 다수의 변형이나 태양이 가능하다고 할 수 있다.
1, 1a : 2스트로크 엔진
1b : 4스트로크 엔진
2, 2b : 실린더
3, 3b : 피스톤
5, 5b : 과급기
20, 20b : 연소실
23 : 소기포트
23b : 급기포트
24, 24b : 배기포트
51, 5lb : 터빈
52, 52b : 컴프레서
61, 6lb : 연료공급부
83, 83a, 83b : 배기 재순환부
86, 86b : 암모니아 분출부

Claims (6)

  1. 2스트로크 엔진(two-stroke engine)으로서,
    실린더(cylinder)와,
    상기 실린더 내에 설치되는 피스톤(piston)과,
    흡기(吸氣)를 가압하여 소기(掃氣)를 생성하는 과급기(過給器)와,
    상기 실린더에 형성되고, 상기 실린더 및 상기 피스톤의 상면에 의하여 둘러싸이는 공간인 연소실(燃燒室) 내에 상기 과급기로부터의 상기 소기를 공급하는 소기포트(掃氣port)와,
    상기 실린더에 형성되고, 상기 연소실 내의 가스를 상기 연소실 외부로 배출하는 배기포트(掃氣port)와,
    상기 연소실로부터 배출된 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출하여 상기 흡기 또는 상기 소기로 환류시키는 배기 재순환부(排氣再循環部)와,
    상기 배기 재순환부 내의 상기 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출하는 분출부(噴出部)를
    구비하는 2스트로크 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과급기가,
    상기 연소실로부터 배출된 배기에 의하여 회전하는 터빈(turbine)과,
    상기 터빈의 회전을 동력으로 하여 상기 흡기를 가압하는 컴프레서(compressor)를
    구비하고,
    상기 배기 재순환부가, 상기 터빈을 통과한 후의 배기의 일부를 상기 ＥＧＲ가스로서 인출하는 2스트로크 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 ＥＧＲ가스가, 냉매에 의한 냉각 없이 상기 흡기 또는 상기 소기로 환류되는 2스트로크 엔진.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 연소실에 연료를 공급하는 연료공급부(燃料供給部)를 더 구비하고,
    상기 연료가 액상 암모니아를 포함하는 2스트로크 엔진.
  5. 제4항에 있어서,
    선박용의 엔진으로서, 상기 연소실로부터 배출된 배기가, 스크러버(scrubber)에 의한 유황분 제거 없이 외기(外氣)로 환류되는 2스트로크 엔진.
  6. 4스트로크 엔진(four-stroke engine)으로서,
    실린더와,
    상기 실린더 내에 설치되는 피스톤과,
    흡기를 가압하여 급기를 생성하는 과급기와,
    상기 실린더에 형성되고, 흡입행정에 있어서, 상기 실린더 및 상기 피스톤의 상면에 의하여 둘러싸이는 공간인 연소실 내에 상기 과급기로부터의 상기 급기를 공급하는 급기포트와,
    상기 실린더에 형성되고, 상기 연소실 내의 가스가 연소하는 폭발행정 후의 배기행정에 있어서, 상기 연소실 내의 가스를 상기 연소실 외부로 배출하는 배기포트와,
    상기 연소실로부터 배출된 배기의 일부를 ＥＧＲ가스로서 인출하여 상기 흡기 또는 상기 급기로 환류시키는 배기 재순환부와,
    상기 배기 재순환부 내의 상기 ＥＧＲ가스를 향하여 액상 암모니아를 분출하는 분출부를,
    구비하는 4스트로크 엔진.
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