KR20170049915A

KR20170049915A - 엔진 시스템

Info

Publication number: KR20170049915A
Application number: KR1020150150827A
Authority: KR
Inventors: 신승환
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-11
Also published as: KR102230516B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템은, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 경유하는 배기라인; 상기 엔진으로 유입되는 흡기가 경유하며, 흡기의 온도를 저하시키는 공용쿨러와 흡기로부터 습기를 제거하는 공용습기제거장치가 설치되는 흡기라인; 및 상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되어 회수되도록 상기 배기라인에서 상기 흡기라인까지 연결되며, EGR밸브가 설치되는 EGR라인을 포함하되, 상기 EGR라인을 경유하는 배기가스가 상기 공용쿨러를 통해 온도가 저하되도록 상기 흡기라인 상에서 상기 공용쿨러의 상류에 합류되는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 시스템{Engine system}

본 발명은 엔진 시스템에 관한 것이다.

엔진 시스템은 연소실에 유입된 공기(과급공기)를 고온 고압으로 압축하고 보다 큰 압력의 연료를 분사 및 미립화시켜 점화시킨 후 배기가스를 방출한다. 이러한, 엔진 시스템은 연료가 연소되는 연소실을 구비하는 엔진과, 엔진과 연결되는 터보차저(Turbo Charger; 과급기)를 포함한다.

여기서, 터보차저는 연료의 효율을 상승시키기 위하여, 압축기에서 공기를 미리 압축하여 연소실로 공급하게 된다. 이와 같이, 엔진에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 주입하는 과급기(Turbo Charger)가 엔진에 연결된다.

엔진은 고온에서 공기와 연료의 연소가 일어나게 되므로 유해물질인 질소산화물이 다량으로 배출되는데, 환경문제에 대한 규제에 의해 유해물질을 제거할 필요가 있다. 따라서, 엔진의 배기가스를 다시 흡기 쪽으로 재순환시켜 연소시의 배기가스 내에 존재하는 유해물질을 저감시키기도 한다.

여기서, 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR)은 배기가스의 일부를 엔진의 과급공기에 공급함으로써, 연소실 최고 온도를 떨어뜨려 질소산화물의 생성을 억제할 수 있다. 이하에서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 3은 종래의 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 엔진 시스템(2)은 엔진(10), 터보차저(20)를 포함하며, 배기가스 재순환을 위해 엔진(10)에 연결되는 배기라인(10A)에서 EGR라인(50A)이 분기되어 흡기라인(10B)으로 합류된다.

이때, 흡기라인(10B) 상에는 터보차저(20)의 압축기(22)뿐만 아니라, 쿨러(31), 습기제거장치(41)가 마련되고, EGR라인(50A)에는 EGR밸브(51), EGR쿨러(52), 습기제거장치(53), EGR블로어(54)가 마련되어, 장비가 과도하게 증가하여 설비 증가가 우려되고, 장비 증가로 인한 공간 확보 부족이 우려되어 이를 개선할 필요가 있다.

여기서, 설명하지 않은 부호 10C는 바이패스 밸브이며, 21은 터빈이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시스템을 컴팩트화시키고 장비 절감으로 설비증가를 방지할 수 있는 엔진 시스템을 제공하기 위한 것이다.

구체적으로, 상기 EGR라인 상에서 상기 EGR밸브의 하류에 마련되며 배기가스를 상기 엔진으로 강제 유입시키는 EGR블로어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 EGR라인을 경유하는 배기가스가 상기 공용습기제거장치를 통해 습기가 제거되도록 상기 흡기라인 상에서 상기 공용습기제거장치의 상류에 합류되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 공용쿨러는 상기 공용습기제거장치의 상류에 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 엔진 시스템은, 시스템의 구성을 간소화하여 단순화시킴으로써 설비 증가를 방지하여 산업 경쟁력을 향상시킬 수 있고, 시스템 간소화로 인하여 설비 및 유지보수를 절감할 수 있어 초기 투자비 및 유지보수비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(1)은 엔진(10), 터보차저(20), 공용쿨러(30), 공용습기제거장치(40) EGR라인(50A), EGR블로어(54)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 엔진(10), 터보차저(20) 등은 종래의 엔진 시스템(2)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

엔진(10)은 배기가스를 배출하는 배기라인(10A)과 과급공기가 흡입되는 흡기라인(10B)을 포함한다. 엔진(10)은 그 내부에 연소실을 구비하여 연소실 내부로 연료가 주입되면, 연료(과급공기 등)는 엔진(10)에서 연소되어 배출되고, 배출된 배기가스가 터빈(21)과 압축기(22)를 구동하도록 배기라인(10A)을 거쳐 터빈(21)으로 도입된다.

여기서, 연소실은 연료가 폭발하는 공간으로서, 엔진(10)에 구비되는 실린더(도시하지 않음)의 내부에 피스톤(도시하지 않음)이 왕복될 수 있도록 형성된 공간이 된다. 이러한, 실린더로 과급공기를 유입시키기 위한 흡기통로가 매니폴드(도시하지 않음)와 연통되어 이루어질 수 있다. 피스톤은 연료의 폭발에 따라 실린더의 안내로 승하강될 수 있다.

이러한, 피스톤에는 크랭크축(도시하지 않음)과 커넥팅로드(도시하지 않음)가 연결되고, 피스톤의 승하강 운동에 연동하여 동력축(도시하지 않음)이 회전될 수 있다. 여기서, 동력축은 피스톤의 직선운동을 전달받아 회전되며, 동력축은 발전기와 연결될 수 있어, 동력축으로부터 발전기가 회전력을 전달받아 전기에너지가 발생될 수 있다. 이와 달리, 동력축에는 프로펠러(도시하지 않음)가 연결되어, 동력축과 함께 프로펠러가 회전하여 선체가 전진 또는 후진될 수도 있다.

여기서, 엔진(10)에서 연소된 배기가스는 터빈(21)으로 유입되거나 압축기(22)에서 압축된 과급공기와 합류하여 다시 엔진(10)으로 공급될 수 있고, 터빈(21)에서 방출되는 배기가스는 모두 외부로 유출될 수 있다. 이는 이하의 구성에 의해 이루어질 수 있다.

터보차저(20)(Turbo Charger)는 엔진(10)에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 엔진(10)으로 주입하여, 엔진(10)에서 이용되는 연료의 효율을 상승시킨다. 이를 위해, 터보차저(20)는 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급하는 것이며, 이러한, 터보차저(20)는 터빈(21)와 압축기(22)을 포함한다.

터빈(21)은 배기라인(10A)에 연결되어 엔진(10)으로부터 배기가스를 공급받아 구동되며 회전력을 압축기(22)로 전달하도록 축(부호 도시하지 않음)으로 압축기(22)와 연결된다. 터빈(21)의 구동은 엔진(10)에서 연소된 배기가스가 유입되어, 배기가스가 가지는 에너지에 의해 터빈(21) 내에 자유롭게 지지된 터빈(21)의 휠(도시하지 않음)이 회전됨으로써 이루어진다. 이때, 터빈(21)에 내장된 휠의 회전 토크가 축에 의해 압축기(22)의 휠로 전달되는 것이다.

압축기(22)는 흡기라인(10B)에 연결되어 공기를 압축하여 엔진(10)으로 공급한다. 압축기(22)에는 외부로부터 공기가 유입되는데, 압축기(22)에 내장된 휠(도시하지 않음)의 회전에 의해서 유입된 공기가 압축되어 과급공기가 될 수 있다.

이러한, 터보차저(20)로부터 배출된 과급공기가 흡기라인(10B)을 경유하여 엔진(10)으로 유입되는데, 흡기의 온도를 저하시키는 공용쿨러(30)와 흡기로부터 습기를 제거하는 공용습기제거장치(40)가 흡기라인(10B) 상에 설치되어, 터보차저(20)에서 배출된 과급공기는 공용쿨러(30)에 의해 엔진(10)에서 요구하는 온도로 낮아지고, 불필요한 습기가 제거될 수 있다.

여기서, 공용쿨러(30)는 터보차저(20)로부터 배출된 과급공기뿐만 아니라 EGR라인(50A)을 경유하는 배기가스를 냉각할 수 있는데, 공용쿨러(30)는 물을 냉매로 이용하여 배기가스와 열교환이 행해져 배기가스를 냉각시킬 수 있고, 공용습기제거장치(40)는 공지된 습기제거장치에 갈음하여 구체적인 설명은 생략한다.

한편, EGR라인(50A)을 경유하는 배기가스 또한 온도 저하 및 습기제거가 요구되며, 설비의 증가를 방지하고 컴팩트한 시스템 구현을 위해, EGR라인(50A)을 경유하는 배기가스는 공용쿨러(30)와 공용습기제거장치(40)를 통해 온도가 저하되며 습기가 제거될 수 있다.

이를 위해 EGR라인(50A)은 흡기라인(10B) 상에서 공용쿨러(30) 및 공용습기제거장치(40)의 상류에 합류되어, 터빈(21)에서 배출되는 과급공기와 EGR라인(50A)에서 배출되는 배기가스가 공용쿨러(30) 및 공용습기제거장치(40)를 경유하여 엔진(10)으로 유입될 수 있다.

여기서, EGR라인(50A)은 엔진(10)으로부터 배기가스가 배출되어 일부 회수되도록 배기라인(10A)에서 흡기라인(10B)까지 연결되는 것으로, 본 실시예의 EGR라인(50A)은 일단이 배기라인(10A) 상에서 바이패스라인(10C)의 상류에 마련되고, 타단이 흡기라인(10B) 상에서 바이패스라인(10C)의 하류에 마련될 수 있다. 이에 따라, 과급공기는 EGR라인(50A)이 합류되기 이전에 흡기라인(10B)으로부터 바이패스라인(10C)으로 유입될 수 있다.

EGR라인(50A)을 통해 배기가스가 압축기(22)를 경유하여 엔진(10)으로 공급되는 과급공기와 합류됨으로써, 출력 감소없이 연소최고온도를 낮추어 질소산화물의 배출량 감소시킨다. 이는, 실린더에 유입되는 과급공기에 배기가스를 혼입하면, 연소최고온도와 산소농도가 낮아져 질소산화물의 발생을 억제할 수 있기 때문이다.

이러한, EGR라인(50A) 상에 EGR밸브(51)가 마련될 수 있다. EGR밸브(51)는 EGR라인(50A)을 통해 배기가스가 재순환되도록 배기가스의 유량을 조절하는 구성으로서, EGR밸브(51)는 EGR라인(50A)을 통해 배기가스가 재순환될 경우 개방될 수 있다.

EGR라인(50A) 상에서 EGR밸브(51)의 하류에는 프리 스크러버(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있는데, 프리 스크러버는 하류에 메인 스크러버(도시하지 않음)를 별도로 마련할 수도 있다. 여기서, 프리 스크러버와 메인 스크러버 각각은 청수를 사용하여 배기의 황(sulfur)에 의해 청수가 산성으로 바뀌며, 산성으로 바뀐 청수는 버퍼탱크로 옮겨져서 NaOH에 의해 중화될 수 있다.

한편, 프리 스크러버는 EGR블로어(54)의 상류에 마련될 수 있어, 프리 스크러버가 공급하는 청수 또는 해수에 의해 흡기의 온도가 저하되어 EGR블로어(54)를 보호할 수도 있다.

EGR블로어(54)는 EGR라인(50A) 상에서 EGR밸브(51)의 하류에 마련되며 배기가스를 엔진(10)으로 강제 유입시킬 수 있다. 이는 EGR밸브(51)를 경유한 배기가스의 압력이 압축기(22)에서 배출되는 고압의 과급공기에 비하여 상대적으로 낮기 때문에, EGR블로어(54)가 EGR밸브(51)를 경유하는 배기가스를 엔진(10)으로 강제 유입시키기 위해서 구비된다.

또한, 설명되지 않은 바이패스라인(10C)은 엔진(10)으로 공급되는 과급공기가 분기되도록 흡기라인(10B)에서 배기라인(10A)까지 연결될 수 있는데, 바이패스라인(10C)은 과급공기의 유량을 조절하여 터보차저(20)의 효율 감소를 최소화 하는데 사용될 수 있다.

한편, 본 실시예의 엔진 시스템(1)은 흡기라인(10B) 상에 마련되는 공용쿨러(30)와 공용습기제거장치(40)를 통해 EGR라인(50A)을 경유하는 배기가스의 온도를 저하시키고 습기를 제거하는 것으로 설명하였으나, 이와 달리, 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진 시스템(1)은 EGR라인(50A)을 경유하는 배기가스가 EGR라인(50A) 상의 보조 쿨러(52)를 통해 온도가 저하된 이후 흡기라인(10B) 상에 마련되는 공용습기제거장치(40)를 통해 습기가 제거될 수도 있다. 여기서 보조 쿨러(52)는 EGR블로어(54)로 공급되는 흡기의 온도를 저하시켜 EGR블로어(54)를 보호할 수 있다.

즉, 흡기라인(10B)과 EGR라인(50A) 각각에 쿨러(52, 31)가 개별로 마련되어 배기가스와 과급공기는 개별로 온도가 저하된 후 흡기라인(10B) 상의 공용습기제거장치(40)를 통해 습기가 제거될 수도 있다. 여기서, EGR쿨러(52)는 공용쿨러(31)와 동일 또는 유사하게 물을 통해 배기가스의 온도를 저하시킬 수 있다.

이때, 흡기라인(10B)은 EGR라인(50A) 상에서 공용쿨러(31)와 공용습기제거장치(40) 각각의 상류에 마련되도록, 공용쿨러(31)의 상류에 합류될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 시스템의 구성을 간소화하여 단순화시킴으로써 설비 증가를 방지하여 산업 경쟁력을 향상시킬 수 있고, 시스템 간소화로 인하여 설비 및 유지보수를 절감할 수 있어 초기 투자비 및 유지보수비용을 절감할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 엔진 시스템 2: 종래의 엔진 시스템
10: 엔진 10A: 배기관
10B: 흡기관 10C: 바이패스라인
20: 터보차저 21: 터빈
22: 압축기 30: 공용쿨러
31: 종래의 쿨러 40: 공용습기제거장치
41: 종래의 습기제거장치 50A: EGR라인
51: EGR밸브 52: EGR쿨러
53: 종래의 습기제거장치 54: EGR블로어

Claims

엔진으로부터 배출되는 배기가스가 경유하는 배기라인;
상기 엔진으로 유입되는 흡기가 경유하며, 흡기의 온도를 저하시키는 공용쿨러와 흡기로부터 습기를 제거하는 공용습기제거장치가 설치되는 흡기라인; 및
상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되어 회수되도록 상기 배기라인에서 상기 흡기라인까지 연결되며, EGR밸브가 설치되는 EGR라인을 포함하되,
상기 EGR라인을 경유하는 배기가스가 상기 공용쿨러를 통해 온도가 저하되도록 상기 흡기라인 상에서 상기 공용쿨러의 상류에 합류되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 EGR라인 상에서 상기 EGR밸브의 하류에 마련되며 배기가스를 상기 엔진으로 강제 유입시키는 EGR블로어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 EGR라인을 경유하는 배기가스가 상기 공용습기제거장치를 통해 습기가 제거되도록 상기 흡기라인 상에서 상기 공용습기제거장치의 상류에 합류되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
제3항에 있어서,
상기 공용쿨러는 상기 공용습기제거장치의 상류에 마련되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.