KR20160120659A - 선박용 엔진 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

선박용 엔진 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20160120659A
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

보조시스템을 구비한 선박용 엔진 시스템에 있어서, 운전조작의 부담을 줄인다. 엔진 시스템에 있어서, 보조시스템은 주과급기와 병렬로 배치되어 소기 가스를 승압하는 부과급기, 순연료에 물을 첨가하는 물 에멀전 유닛, 및 배기 가스를 소기 가스 안에 받아들여서 해당 배기 가스를 엔진 본체에 재순환시키는 EGR유닛 중 하나 이상을 포함하고, 제어장치는 부과급기의 운전 또는 정지, 순연료에 첨가하는 물의 비율, 및 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율 중 하나 이상을 포함하는 보조시스템 운전조건을 운전모드마다 미리 저장해두며, 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 충족하도록 보조시스템에 제어신호를 전송하여 보조시스템을 설정하도록 구성되어 있다.

Description

선박용 엔진 시스템 및 그 제어 방법{ENGINE SYSTEM FOR SHIP AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 선박용 엔진 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
선박용 엔진 시스템에는 엔진 본체를 보조하는 보조시스템을 구비한 것이 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 보조시스템으로는 주과급기와 병렬로 배치되어 엔진이 저부하일 때 정지시킴으로써 연비(燃費)를 향상시키는 부과급기, 순연료에 물을 첨가하여 NOx 배출량을 줄이는 물 에멀전 유닛, 배기 가스를 엔진 본체에 재순환시켜 NOx 배출량을 줄이는 EGR유닛 등이 포함된다.
일본특허출원공개 소60-166716호 공보
그런데 선박용 엔진 시스템은 운항 해역 등에 따라, 요구되는 환경성능 및 연비성능이 다르다. 따라서 운항 중에 있어서도 보조시스템의 설정을 변경하고 또한, 이 변경에 따라 엔진 본체의 설정도 변경한다. 다만, 이러한 운전조작은 운전자에게 부담이 크다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 보조시스템을 구비한 선박용 엔진 시스템에 있어서, 운전조작의 부담을 줄이는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 선박용 엔진 시스템은, 연료분사밸브 및 배기밸브를 갖는 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 가스를 승압하는 주과급기와, 상기 엔진 본체의 운전을 보조하는 보조시스템과, 미리 정해진 복수의 운전모드 중 어느 하나를 선택하는 모드선택장치와, 상기 엔진 본체 및 상기 보조시스템을 제어하는 제어장치를 구비하며, 상기 보조시스템은 상기 주과급기와 병렬로 배치되어 소기 가스를 승압하는 부과급기, 순연료에 물을 첨가하는 물 에멀전 유닛, 및 배기 가스를 소기 가스 내에 받아들여서 해당 배기 가스를 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR유닛 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제어장치는 상기 부과급기의 운전 또는 정지, 순연료에 첨가하는 물의 비율, 및 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율 중 하나 이상을 포함하는 보조시스템 운전조건을 운전모드마다 미리 저장해두고 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 충족하도록 상기 보조시스템에 제어신호를 전송하여 상기 보조시스템을 설정하도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 따르면, 선택된 운전모드에 따라 보조시스템이 자동으로 설정되기 때문에 운전조작의 부담을 줄일 수 있다.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어장치는 상기 연료분사밸브의 연료분사패턴 및 연료분사타이밍, 및 상기 배기밸브의 개폐패턴 및 개폐타이밍을 포함한 엔진 운전조건을 운전모드마다 미리 저장해두고, 선택된 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건을 충족하도록 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여 상기 엔진 본체를 설정하도록 구성되어 있고, 상기 엔진 본체의 설정은 상기 보조시스템의 설정 후에 수행되도록 해도 좋다.
보조시스템의 설정은 엔진 본체의 설정보다 시간이 걸리지만 상기 구성에 따르면 엔진 본체의 설정은 보조시스템의 설정 후에 수행되기 때문에 보조시스템의 설정에 따라 적절하게 엔진 본체의 제어를 수행할 수 있다.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어장치는 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 상기 보조시스템이 충족하고 있지 않은 것으로 판단했을 때 상기 복수의 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건 중에서 통내최고압력이 가장 작아지는 엔진 운전조건을 선택하고, 선택된 엔진 운전조건을 충족하도록 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여 상기 엔진 본체를 설정하도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 보조시스템의 동작이 비정상인 경우에 있어서, 통내최고압력을 억제하는 제어를 수행하게 되기 때문에 엔진 본체의 손상을 방지할 수 있다.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어장치는 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 상기 보조시스템이 충족하고 있지 않은 것으로 판단했을 때, 상기 복수의 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건 중에서 통내최고압력이 가장 작아지는 엔진 운전조건을 선택하고, 선택된 엔진 운전조건을 충족하도록 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여도 상기 엔진 본체의 회전수가 소정의 엔진위험회전수 이상으로 되고, 상기 주과급기의 회전수가 소정의 주과급기위험회전수 이상으로 되고, 상기 부과급기의 회전수가 소정의 부과급기 위험 회전수 이상으로 되거나 통내최고압력이 소정의 위험압력 이상으로 되는 것으로 예상되거나 감지되었을 때에는 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여 상기 엔진 본체를 감속 또는 정지시키도록 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 보조시스템의 동작이 비정상인 경우에 있어서, 통내최고압력을 억제해도 엔진 본체가 손상될 우려가 있을 때에는 엔진 본체를 감속 또는 정지하게 되기 때문에 이 경우에도 엔진 본체의 손상을 방지할 수 있다.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 복수의 운전모드에는 연비(燃費)성능우선의 연비(燃費)모드와, 환경성능우선의 환경모드가 포함되어 있으며, 상기 연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 선박 운항시 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율이 0이고, 상기 환경모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 선박 운항시 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율이 0보다 큰 소정의 값이어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 엔진 시스템은 연비성능을 우선하는 경우와 환경성능을 우선하는 경우 중 어느 하나에도 대응할 수 있다.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 연비모드에는 제1연비모드와 제2연비모드가 포함되어 있으며, 상기 제1연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 부과급기가 정지이고, 상기 제2연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 부과급기가 운전이어도 좋다.
이러한 구성에 따르면, 엔진의 저부하에 있어서 연비성능에 더욱 중점을 두는 경우와, 엔진을 고부하로 운전하는 것도 고려하는 경우의 2가지로 연비모드가 나뉘어져 있기 때문에 운전모드의 선택지를 확대할 수 있다.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 복수의 운전모드에는 안전모드가 더 포함되어 있으며, 상기 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 부과급기가 운전, 순연료에 첨가하는 물의 비율이 0, 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율이 0이어도 좋다.
보조시스템의 동작이 비정상인 경우에 있어서, 안전모드에 대응하는 엔진 운전조건을 선택하면, 통내최고압력을 작게 할 수 있는 때가 많다. 따라서 상기 구성에 따르면, 보조시스템의 동작이 비정상인 경우에 있어서, 엔진 운전조건의 선택지가 확대되어 엔진 시스템의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 제어 방법은, 연료분사밸브 및 배기밸브를 갖는 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 가스를 승압하는 주과급기와, 상기 엔진 본체의 운전을 보조하는 보조시스템과, 미리 정해진 복수의 운전모드 중 어느 하나를 선택하는 모드선택장치를 구비하며, 상기 보조시스템은 상기 주과급기와 병렬로 배치되어 소기 가스를 승압하는 부과급기, 순연료에 물을 첨가하는 물 에멀전 유닛, 및 배기 가스를 소기 가스 내에 받아들여서 해당 배기 가스를 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR유닛 중 하나 이상을 포함하는 선박용 엔진 시스템의 제어 방법이며, 상기 부과급기의 운전 또는 정지, 순연료에 첨가하는 물의 비율, 및 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율의 조건 중 하나 이상을 포함하는 보조시스템 운전조건을 운전모드마다 미리 저장하고, 선택된 운전모드에 대한 보조시스템 운전조건을 충족하도록 상기 보조시스템에 제어신호를 전송하여 상기 보조시스템을 설정한다.
본원 발명에 따른 엔진 시스템에 따르면, 운전 조작의 부담을 줄일 수 있다.
도 1은 엔진 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 제어계 구성의 블록도이다.
도 3은 보조시스템 제어부에 의한 제어 플로우차트이다.
도 4는 각 운전모드의 보조시스템 운전조건 및 엔진 운전조건을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동동한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
＜엔진 시스템의 전체 구성＞
먼저, 엔진 시스템(100)의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은 엔진 시스템(100)의 개략 구성도이다. 도 1에 있어서, 굵게 그린 파선은 배기 가스의 흐름을 나타내고 있으며, 굵게 그린 실선은 소기 가스의 흐름을 나타내고 있다. 엔진 시스템(100)은 엔진 본체(10), 주과급기(20), 부과급기(30), 물 에멀전 유닛(40), EGR유닛(50), 모드선택장치(60), 및 제어장치(70)를 구비하고 있다. 부과급기(30), 물 에멀전 유닛(40), 및 EGR유닛(50)은 엔진 본체(10)의 운전을 보조하는 보조유닛에 해당한다. 이하, 각 구성 요소에 대해 차례로 설명한다.
본 실시예의 엔진 본체(10)는 선박의 추진용 주기(主機)이며, 대형의 2스트로크 디젤 엔진이다. 엔진 본체(10)는 4스트로크 엔진이어도 좋으며 가스 엔진이나 가솔린 엔진이어도 좋다. 4스트로크 엔진이면 "소기"는 "급기"로 읽을 수 있다. 엔진 본체(10)는 복수의 기통(11)(도 1에서는 한 개만 도시)을 갖고 있다. 각 기통(11)에는 하측 부분에 소기구(12)가 형성되고 상측 부분에는 배기구(13)가 형성되어 있다.
각 기통(11)에는 피스톤(14), 연료분사밸브(15), 및 배기밸브(16)가 설치되어 있다. 피스톤(14)은 소기구(12)를 가로지르도록 기통(11) 안을 슬라이딩하고, 하단 부분이 도시되지 않은 크랭크축에 연결되어 있다. 연료분사밸브(15)는 기통(11)의 상측 부분에 위치하고 있으며, 연료공급장치(17)로부터 연료를 공급받는다. 연료공급장치(17)는 연료분사밸브(15)의 연료분사패턴 및 연료분사타이밍을 변경할 수 있다. 배기밸브(16)는 배기구(13)를 개폐하는 밸브이며, 배기밸브 구동장치(18)에 의해 구동된다. 배기밸브 구동장치(18)는 배기밸브(16)의 개폐패턴 및 개폐타이밍을 변경할 수 있다.
주과급기(20)는 후술하는 운전모드에 상관없이 항상 운전하는 과급기이다. 주과급기(20)의 주터빈(21)은 엔진 본체(10)에서 배출된 배기 가스를 배기관(26) 및 주배기배관(24)을 통해 공급받고, 공급받은 배기 가스의 에너지에 의해 회전한다. 주터빈(21)과 주컴프레서(22)는 연결샤프트(23)에 의해 연결되어 있으며, 주터빈(21)의 회전에 따라 주컴프레서(22)도 회전한다. 주컴프레서(22)가 회전하면, 외부로부터 받아들인 공기(외기)가 승압되고, 승압된 외기는 소기 가스로서 주소기배관(25) 및 소기관(27)을 통해 엔진 본체(10)에 공급된다.
부과급기(30)는 후술하는 운전모드에 따라 운전 또는 정지하는 과급기이다. 부과급기(30)는 엔진 본체(10)에 대해 주과급기(20)와 병렬로 배치되어 있다. 또한, 부과급기(30)는 주과급기(20)와 같은 사양(용량)이어도 좋고 다른 사양이어도 좋다. 부과급기(30)의 부터빈(31)은 엔진 본체(10)에서 배출된 배기 가스를 배기관(26), 주배기배관(24), 및 주배기배관(24)에서 분기된 부배기배관(34)을 통해 공급받고, 공급받은 배기 가스의 에너지에 의해 회전한다. 부터빈(31)과 부컴프레서(32)는 연결샤프트(33)에 의해 연결되어 있으며, 부터빈(31)의 회전에 따라 부컴프레서(32)도 회전한다. 부컴프레서(32)가 회전하면, 외부로부터 받아들인 공기(외기)가 승압되고, 승압된 외기는 소기 가스로서 부소기배관(35), 주소기배관(25), 및 소기관(27)을 통해 엔진 본체(10)에 공급된다.
부과급기(30)의 운전 및 정지는 부배기배관(34)에 설치된 부터빈 입구밸브(36)를 개폐함으로써 이루어진다. 부터빈 입구밸브(36)를 닫으면 부터빈(31)으로 향하는 배기 가스의 흐름이 차단되고 부과급기(30)는 정지한다. 이때, 주컴프레서(22)에서 승압한 공기가 부컴프레서(32)에 역류하지 않도록 부소기배관(35)에 설치된 부컴프레서 출구밸브(37)를 닫는다. 부소기배관(35)의 부컴프레서 출구밸브(37)보다 상류 측의 부분에는 방풍배관(38)이 연결되어 있으며, 이 방풍배관(38)에 방풍밸브(39)가 설치되어 있다. 부컴프레서(32)의 배압이 상승하는 경우 방풍밸브(39)를 개방하여 방풍배관(38)을 통해 부컴프레서(32)에서 승압한 공기를 외부로 방출함으로써 부컴프레서(32)의 서지를 회피할 수 있다.
물 에멀전 유닛(40)은 순연료에 물을 첨가하여 물에멀전연료를 생성하는 유닛이다. 물 에멀전 유닛(40)은 혼합용기(41)를 갖고 있으며, 혼합용기(41)에는 순연료탱크(42)로부터 순연료배관(43)을 통해 순연료가 공급되는 동시에 물탱크(44)로부터 물배관(45)을 통해 물이 공급된다. 혼합용기(41)에 공급된 순연료와 물은 믹서 등으로 혼합되고 이에 따라 물에멀전연료가 생성된다. 순연료배관(43) 및 물배관(45)에는 각각 순연료공급펌프(46) 및 주수(注水)펌프(47)가 설치되어 있으며, 주수펌프(47)의 회전수를 변경함으로써 물첨가율(순연료에 대한 물의 질량 비율)을 조절할 수 있다. 물 에멀전 유닛(40)에서 생성된 물에멀전연료는 연료공급장치(17) 및 연료분사밸브(15)를 통해 기통(11) 안으로 공급된다. 순연료에 물을 첨가함으로써 기통(11) 내의 연료 습도가 낮아져서 NOx의 발생을 억제할 수 있다.
EGR유닛(50)은 배기 가스를 소기 가스 안으로 받아들여서 해당 배기 가스를 엔진 본체(10)에 재순환시키는 유닛이다. 본 실시예에서는 주배기배관(24)과 주소기배관(25)을 연결하는 EGR배관(51)에 EGR유닛(50)의 각 기기가 설치되어 있다. EGR유닛(50)은 주배기배관(24)에서 추출한 배기 가스(이하, "EGR가스"라고 한다)를 세정하는 스크러버(52), EGR가스를 냉각하는 냉각장치(53), EGR가스를 승압하여 주소기배관(25)에 공급하는 EGR블로워(54)를 구비하고 있다. 또한, EGR유닛(50)은 스크러버(52)의 상류에 EGR입구밸브(55)가 설치되어 있는 동시에 EGR블로워(54)의 하류에 EGR출구밸브(56)가 설치되어 있다.
EGR유닛(50)에서는 EGR블로워(54)의 회전수를 조절함으로써 EGR가스의 유량, 나아가서는 소기 가스에 차지하는 EGR가스(배기 가스)의 비율인 EGR율을 변경할 수 있다. 다만, EGR율은 EGR입구밸브(55) 및 EGR출구밸브(56)를 개폐함으로써 변경해도 좋다. 주소기배관(25)에 공급된 EGR가스는 주과급기(20)에서 승압된 새로운 가스(新氣)와 혼합되어 소기 가스로서 엔진 본체(10)(각 기통(11))에 공급된다. 이로써 각 기통(11)에 공급되는 소기 가스의 산소농도가 낮아져서 엔진 본체(10)에서 배출되는 NOx의 배출량을 줄일 수 있다.
모드선택장치(60)는 미리 정해진 복수의 운전모드 중에서 한 개의 운전모드를 선택하는 장치이다. 본 실시예에서는 환경모드, 제1연비(燃費) 모드, 제2연비모드, 및 안전모드인 4개의 운전모드가 미리 정해져 있으며(도 4 참조), 모드선택장치(60)는 이것들 중에서 목적에 따라 운전모드를 선택한다. 또한, 환경모드는 환경성능(NOx 배출량의 감소) 우선의 모드이고, 제1연비모드는 저부하에서만 사용할 수 있는 연비성능우선의 모드이고, 제2연비모드는 제1연비모드 정도는 아니지만 연비성능에 중점을 둔 모드이고, 안전모드는 안전우선(환경성능을 고려하지 않음)의 모드이다. 일반적인 운항에서는 환경모드, 제1연비모드, 및 제2연비모드 중 어느 하나가 선택된다.
본 실시예의 모드선택장치(60)는 도시되지 않은 입력부(입력인터페이스)를 갖고 있으며, 해당 입력부를 통해 운전자가 운전모드를 선택할 수 있도록 구성되어 있다. 다만, 이것과 함께 또는 이것 대신에 모드선택장치(60)는 자동으로 운전모드를 선택하도록 구성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 모드선택장치(60)는 운항 해역에서의 현재위치를 취득하여 현재위치에 따라 자동으로 운전모드를 선택(변경)하도록 구성되어 있어도 좋다.
제어장치(70)는 엔진 시스템(100) 전체를 제어하는 장치이다. 본 실시예의 제어장치(70)는 주로 보조시스템을 제어하는 보조시스템제어부(71)와, 주로 엔진 본체(10)를 제어하는 엔진본체제어부(72)를 갖고 있다. 본 실시예에서는 보조시스템제어부(71)와 엔진본체제어부(72)는 각각 다른 기기로 구성되어 있다. 다만, 이러한 제어부가 하나의 기기로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 이러한 제어부뿐만 아니라 모드선택장치도 포함해 하나의 기기로 하여도 좋다. 보조시스템제어부(71) 및 엔진본체제어부(72)는 모두 시피유(CPU), 롬(ROM), 램(RAM) 등으로 구성되어 있다.
<제어계의 구성>
다음으로, 엔진 시스템(100)의 제어계의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 엔진 시스템(100)의 제어계의 블록도이다. 전술한 바와 같이, 제어장치(70)는 보조시스템제어부(71)와 엔진본체제어부(72)를 갖고 있다.
보조시스템제어부(71)는 모드선택장치(60)와 전기적으로 연결되어 있다. 제어장치(70)는 모드선택장치(60)로부터 전송받은 신호에 따라 운전모드를 취득하고, 그 운전모드에 따라 다양한 연산을 수행한다. 또한, 보조시스템제어부(71)는 주수펌프(47), EGR블로워(54), 부터빈입구밸브(36), 부컴프레서출구밸브(37), 방풍밸브(39)와 전기적으로 연결되어 있다. 그리고 보조시스템제어부(71)는 앞서 언급한 각 기기에 제어신호를 전송하여 보조시스템의 설정을 수행하는 동시에 이러한 기기로부터 동작신호를 취득하여 보조시스템이 올바르게 설정되어 있는지 여부(정상적으로 동작하고 있는지 여부)의 확인을 수행한다. 또한, 보조시스템제어부(71)는 엔진본체제어부(72)와 전기적으로 연결되어 있으며 엔진본체제어부(72)에 후술하는 엔진 운전조건(엔진파라미터)의 신호를 전송한다.
엔진본체제어부(72)는 연료공급장치(17) 및 배기밸브구동장치(18)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 보조시스템제어부(71)로부터 입력된 엔진 운전조건의 신호에 따라 연료공급장치(17) 및 배기밸브구동장치(18)에 제어신호를 전송하고 이로써 엔진 본체(10)를 설정한다.
＜보조시스템제어부에 의한 제어＞
다음으로, 보조시스템제어부(71)에 의한 제어에 대해 설명한다. 도 3은 보조시스템제어부(71)에 의한 제어의 플로우차트이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어가 시작되면, 보조시스템제어부(71)는 모드선택장치(60)로부터 운전모드를 취득한다(단계(S1)).
이어서, 보조시스템제어부(71)는 취득된 운전모드에 따라 보조시스템 운전조건을 결정한다(단계(S2)). 보조시스템 운전조건에는 부과급기(30)의 운전 또는 정지, 순연료에 첨가하는 물의 비율(물첨가율), 및 소기 가스에 차지하는 배기 가스의 비율(EGR율)이 포함된다. 보조시스템 운전조건은 운전모드마다 미리 정해져 있으며, 보조시스템제어부(71)는 각 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 저장하고 있다.
도 4는 각 운전모드의 보조시스템 운전조건의 일례를 나타내고 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 환경모드에 대응하는 보조시스템 운전조건은 부과급기(30)가 정지, 물첨가율이 X1％, EGR율이 선박 운항시(엔진부하 15％ 이상）Y1％이고, 비운항시(엔진부하 15％ 미만) 0％이다. 제1연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건은 부과급기(30)가 정지, 물첨가율이 X2％, EGR율이 0％이다. 제2연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건은 부과급기(30)가 운전, 물첨가율이 X3％, EGR율이 0％이다. 안전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 부과급기(30)가 운전, 물첨가율이 0％, EGR율이 0％이다.
이어서, 보조시스템제어부(71)는 단계(S2)에서 결정된 보조시스템 운전조건을 충족하도록 보조시스템(주수펌프(47), EGR블로워(54), 부터빈입구밸브(36), 부컴프레서출구밸브(37), 및 방풍밸브(39))에 제어신호를 전송하여 보조시스템을 설정한다(단계(S3)).
이어서, 보조시스템제어부(71)는 단계(S3)에서 결정된 보조시스템 운전조건을 보조시스템이 충족하고 있는지 여부를 판단한다(단계(S4)). 본 실시예에서는 보조시스템제어부(71)는 주수펌프(47), EGR블로워(54), 부터빈입구밸브(36), 부컴프레서출구밸브(37), 및 방풍밸브(39)로부터 동작신호를 전송받고, 전송받은 동작신호에 따라 보조시스템이 보조시스템 운전조건을 충족하고 있는지 여부를 판단한다. 다만, 각 보조시스템에 운전상황을 감시하는 센서를 별도로 설치하고 보조시스템제어부(71)는 해당 센서로부터 전송받는 신호에 따라 보조시스템이 보조시스템 운전조건을 충족하고 있는지 여부를 판단해도 좋다.
보조시스템이 보조시스템 운전조건을 충족하고 있는 것으로 판단했을 경우(단계(S4)에서 예), 요컨대 보조시스템이 정상적으로 작동하고 있는 것으로 판단했을 경우, 단계(S5)로 나아간다. 한편, 보조시스템이 보조시스템 운전조건을 충족하고 있지 않은 것으로 판단했을 경우(단계(S4)에서 아니오), 요컨대 보조시스템이 정상적으로 작동하고 있지 않은 것(비정상)으로 판단했을 경우, 단계(S6)로 나아간다.
여기서, 연료분사밸브(15)의 연료분사패턴 및 연료분사타이밍(예를 들면, 이단분사나 스텝분사 등), 및 배기밸브(16)의 개폐패턴 및 개폐타이밍(예를 들면, 동작 속도의 변경이나 스텝 모양으로 동작시키는 등)을 포함한 엔진 운전조건은 운전모드마다 미리 정해져 있다. 여기서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 환경모드, 제1연비모드, 제2연비모드, 및 안전모드에 대응하는 엔진 운전조건을 각각 조건A, 조건B, 조건C, 조건D로 한다. 엔진 운전조건은 엔진부하에 따라 변동하여도 좋고 엔진부하에 상관없이 일정해도 좋다.
보조시스템이 정상적으로 작동하고 있는 것으로 판단하고 단계(S5)로 나아갔을 경우 보조시스템제어부(71)는 단계(S1)에서 취득된 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건의 신호를 엔진본체제어부(72)에 전송한다. 예를 들면, 보조시스템제어부(71)가 단계(S1)에서 환경모드를 취득했을 경우 보조시스템이 정상적으로 작동하고 있는 것이면 환경모드에 대응하는 엔진 운전조건인 조건A의 신호를 엔진본체제어부(72)에 전송한다.
한편, 보조시스템이 정상적으로 작동하고 있지 않은 것으로 판정하고 단계(S6)로 나아갔을 경우 보조시스템제어부(71)는 그때의 보조시스템 작동상황에 있어서, 각 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건(조건A, 조건B, 조건C, 조건D) 중에서 가장 안전한 엔진 운전조건을 선택하고, 선택된 엔진 운전조건의 신호를 엔진본체제어부(72)에 전송한다.
여기서, 가장 안전한 엔진 운전조건으로는 엔진 본체(10)의 통내최고압력(이른바 P-MAX)이 가장 작아지는 조건을 들 수 있다. 예를 들면, 모든 보조시스템 운전조건의 조합(부과급기(30)의 운전 또는 정지, 물첨가율, 및 EGR율의 모든 조합)에 대해 각 엔진 운전조건(조건A, 조건B, 조건C, 조건D)에서 엔진 본체(10)를 운전했을 때의 통내 최대 압력을 시뮬레이션으로 계산하고, 모든 조합에 대해 통내 최대 압력이 가장 작은 엔진 운전조건을 가장 안전한 운전조건으로서 미리 저장해둔다. 이로써 보조시스템의 작동상황에 따라 안전한 엔진 운전조건을 신속하게 선택할 수 있다. 또한, 가장 안전한 엔진 운전조건은 엔진부하에 따라 (예를 들면, 저부하 영역, 중부하 영역, 고부하 영역으로 나누어서) 변경해도 좋다.
다만, 시뮬레이션 결과, 가장 안전한 엔진 운전조건에서 엔진 본체(10)를 설정하여도 엔진 본체(10)의 회전수가 소정의 엔진위험회전수 이상으로 되고, 주과급기(20)의 회전수가 소정의 주과급기위험회전수 이상으로 되고, 부과급기(30)의 회전수가 소정의 부과급기 위험 회전수 이상으로 되거나, 통내최고압력이 소정의 위험압력 이상으로 되는 것으로 예상되거나 감지되었을 때에는 엔진 본체(10)가 손상될 우려가 있다. 따라서 보조시스템제어부(71)는 엔진본체제어부(72)에 엔진 본체(10)의 감속 또는 정지의 제어신호를 전송하여 엔진 본체(10)를 감속 또는 정지시킨다.
이와 같이 보조시스템제어부(71)는 단계(S5) 또는 단계(S6)에 있어서, 보조시스템이 보조시스템 운전조건을 중족하고 있는지 여부(보조시스템이 정상적으로 작동하고 있는지 여부)에 따라 엔진 운전조건 또는 엔진 본체 감속(또는 정지)의 신호를 선택하여 엔진본체제어부(72)에 전송한다. 이상에 따라 보조시스템제어부(71)에 의한 제어는 종료된다.
＜엔진본체제어부에 의한 제어＞
다음으로, 엔진본체제어부(72)에 의한 제어에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 연료분사밸브(15)의 연료분사패턴 및 연료분사타이밍, 및 배기밸브(16)의 개폐패턴 및 개폐타이밍을 포함한 엔진 운전조건은 운전모드마다 미리 정해져 있다. 엔진본체제어부(72)는 각 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건(조건A, 조건B, 조건C, 조건D)을 저장하고 있다.
엔진본체제어부(72)는 보조시스템제어부(71)로부터 운전모드의 신호를 전송받으면(전술한 단계(S5,S6) 참조), 저장되어 있는 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건(연료분사패턴, 연료분사타이밍, 개폐패턴, 및 개폐타이밍)을 충족하도록 엔진 본체(10)(연료공급장치(17) 및 배기밸브 구동장치(18))에 제어신호를 전송하여 엔진 본체(10)를 설정한다. 또한, 엔진본체제어부(72)는 보조시스템제어부(71)로부터 엔진 감속 또는 정지의 신호를 전송받으면(전술한 단계(S6) 참조), 엔진 본체(10)(연료공급장치(17) 및 배기밸브 구동장치(18))에 제어신호를 전송하여 엔진 본체(10)를 감속 또는 정지시킨다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 보조시스템의 작동이 비정상인 경우에는 반드시 모드선택장치(60)에서 선택한 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건을 충족하도록 설정이 이루어지는 것이 아니라 엔진 본체(10)가 손상되지 않는 안전한 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건을 충족하도록 설정이 이루어진다. 또한, 본 실시예에서는 운전모드에 안전모드가 포함되어 있다. 안전모드에 대응하는 엔진 운전조건(조건D)은 통내최고압력을 비교적 작게 억제할 수 있다. 따라서 안전모드를 운전모드에 포함함으로써 엔진 본체의 감속 또는 정지를 회피하여 엔진 본체의 운전을 유지하기 쉽다.
이상이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 설명이다. 앞서 기술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)에 의하면, 선택된 운전모드에 따라 보조시스템이 자동으로 설정되기 때문에 운전조작의 부담을 줄일 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 보조시스템의 작동이 비정상인 경우에는 엔진 본체(10)가 손상되지 않도록 엔진 본체(10)가 설정되기 때문에 선박이 정지하는 등의 오동작을 회피하기 쉽다.
10: 엔진 본체
15: 연료분사밸브
16: 배기밸브
20: 주과급기
30: 부과급기
40: 물 에멀전 유닛
50: EGR유닛
60: 모드선택장치
70: 제어장치
100: 엔진 시스템

Claims (8)

  1. 연료분사밸브 및 배기밸브를 갖는 엔진 본체와,
    상기 엔진 본체에 공급하는 소기 가스를 승압하는 주과급기와,
    상기 엔진 본체의 운전을 보조하는 보조시스템과,
    미리 정해진 복수의 운전모드 중 어느 하나를 선택하는 모드선택장치와,
    상기 엔진 본체 및 상기 보조시스템을 제어하는 제어장치를 구비하며,
    상기 보조시스템은 상기 주과급기와 병렬로 배치되어 소기 가스를 승압하는 부과급기, 순연료에 물을 첨가하는 물 에멀전 유닛, 및 배기 가스를 소기 가스 내에 받아들여 상기 배기 가스를 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR유닛 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 제어장치는 상기 부과급기의 운전 또는 정지, 순연료에 첨가하는 물의 비율, 및 소기 가스에서 차지하는 배기 가스의 비율 중 하나 이상을 포함하는 보조시스템 운전조건을 운전모드마다 미리 저장해두고, 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 충족하도록 상기 보조시스템에 제어신호를 전송하여 상기 보조시스템을 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 연료분사밸브의 연료분사패턴 및 연료분사타이밍과 상기 배기밸브의 개폐패턴 및 개폐타이밍을 포함하는 엔진 운전조건을 운전모드마다 미리 저장해두고, 선택된 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건을 충족하도록 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여 상기 엔진 본체를 설정하도록 구성되어 있고,
    상기 엔진 본체의 설정은 상기 보조시스템의 설정 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어장치는 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 상기 보조시스템이 충족하고 있지 않은 것으로 판단했을 때, 상기 복수의 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건 중에서 통내최고압력이 가장 작아지는 엔진 운전조건을 선택하고, 선택된 엔진 운전조건을 충족하도록 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여 상기 엔진 본체를 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어장치는 선택된 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건을 상기 보조시스템이 충족하고 있지 않은 것으로 판단했을 때, 상기 복수의 운전모드에 대응하는 엔진 운전조건 중에서 통내최고압력이 가장 작아지는 엔진 운전조건을 선택하고, 선택된 엔진 운전조건을 충족하도록 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여도 상기 엔진 본체의 회전수가 소정의 엔진위험회전수 이상으로 되고, 상기 주과급기의 회전수가 소정의 주과급기위험회전수 이상으로 되고, 상기 부과급기의 회전수가 소정의 부과급기위험회전수 이상이 되거나 통내최고압력이 소정의 위험압력 이상으로 되는 것으로 예상되거나 검출되었을 때에는, 상기 엔진 본체에 제어신호를 전송하여 상기 엔진 본체를 감속 또는 정지시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 운전모드에는 연비성능우선의 연비모드와, 환경성능우선의 환경모드가 포함되어 있으며,
    상기 연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 선박 운항시 소기 가스에서 차지하는 배기 가스의 비율이 0 이고,
    상기 환경모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 선박 운항시 소기 가스에서 차지하는 배기 가스의 비율이 0 보다 큰 소정의 값인 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연비모드에는 제1연비모드와 제2연비모드가 포함되어 있으며,
    상기 제1연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 부과급기가 정지이고,
    상기 제2연비모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는 부과급기가 운전인 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 운전모드에는 안전모드가 더 포함되어 있으며,
    상기 운전모드에 대응하는 보조시스템 운전조건에서는, 부과급기가 운전, 순연료에 첨가하는 물의 비율이 0, 소기 가스에서 차지하는 배기 가스의 비율이 0 인 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  8. 연료분사밸브 및 배기밸브를 갖는 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에 공급하는 소기 가스를 승압하는 주과급기와, 상기 엔진 본체의 운전을 보조하는 보조시스템과, 미리 정해진 복수의 운전모드 중 어느 하나를 선택하는 모드선택장치를 구비하며, 상기 보조시스템은 상기 주과급기와 병렬로 배치되어 소기 가스를 승압하는 부과급기, 순연료에 물을 첨가하는 물 에멀전 유닛, 및 배기 가스를 소기 가스 내에 받아들여서 상기 배기 가스를 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR유닛 중 하나 이상을 포함하는 선박용 엔진 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 부과급기의 운전 또는 정지, 순연료에 첨가하는 물의 비율, 및 소기 가스에서 차지하는 배기 가스의 비율의 조건 중 하나 이상을 포함하는 보조시스템 운전조건을 운전모드마다 미리 저장하고, 선택된 운전모드에 대한 보조시스템 운전조건을 충족하도록 상기 보조시스템에 제어신호를 전송하여 상기 보조시스템을 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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