KR20210136055A - 이중 유동 배기 가스 재순환 시스템을 갖는 해양 모터 - Google Patents

이중 유동 배기 가스 재순환 시스템을 갖는 해양 모터 Download PDF

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KR20210136055A
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리차드 콘웰
아눕 셀바라지
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콕스 파워트레인 엘티디
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Abstract

내연 기관(100)을 갖는 해양 모터(2)가 제공되고, 내연 기관은, 적어도 하나의 실린더를 갖는 엔진 블록(110), 공기 흡입구(120), 적어도 하나의 실린더로부터의 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 도관(130), 및 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환시키도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템(140)을 갖는다. 배기 가스 재순환 시스템(140)은 제1 전체 전도도를 갖는 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기(151)를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로(141)를 포함하고, 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기(152)를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로(145)를 포함한다. 배기 가스 재순환 시스템(140)은 또한 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 선택적으로 변경하여 배기 가스 냉각의 양이 변경되게 하도록 구성된 유동 제어 수단(143, 147)을 포함한다.

Description

이중 유동 배기 가스 재순환 시스템을 갖는 해양 모터
본 발명은 배기 도관으로부터 내연 기관의 공기 흡입구로 배기 가스 유동의 일부를 재순환하도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템을 구비한 내연 기관을 갖는 해양 모터에 관한 것이다. 본 출원은 해양 모터에 관한 것이지만, 교시 내용은 또한 임의의 다른 내연 기관에도 적용될 수 있다.
현재, 선외 엔진 시장은 가솔린 엔진이 지배하고 있다. 가솔린 엔진은 통상적으로 디젤 엔진보다 가볍다. 그러나, 군 조작자로부터 슈퍼 요트 소유자에 이르기까지 다양한 사용자는, 디젤 연료의 안전성 개선 및 그 낮은 휘발성 때문에, 그리고 모선과의 연료 호환성을 허용하기 위해 디젤 선외 모터를 선호하기 시작했다. 더욱이, 디젤은 해양 용례에 보다 쉽게 액세스 가능한 기반 시설을 갖춘 보다 경제적인 연료 공급원이다.
현재 배출물 표준을 충족하기 위해, 자동차 용례용 최신 디젤 엔진은 통상적으로 직접 실린더 분사 및 터보차저와 같은 정교한 충전 시스템을 사용하여, 자연 흡기식 디젤 엔진에 비해 출력과 효율성을 개선시킨다. 직접 분사를 사용하면, 가압 연료가 연소실로 직접 분사된다. 이를 통해 보다 완전한 연소를 달성할 수 있어 엔진 경제성과 배출물 제어가 더 양호해진다. 터보차저는 일반적 흡기식 디젤 엔진에 비교하여 더 높은 출력, 더 낮은 배출물 수준, 및 개선된 효율성을 생성하는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 터보차저 엔진에서, 가압된 흡입 공기가 흡기 매니폴드로 도입되어 추가 양의 공기를 연소실로 강제함으로써 효율성과 출력을 개선시킨다.
자동차 용례를 위한 최신 디젤 엔진은 또한 통상적으로 질소 산화물(NOx)의 가스 배출을 감소시키기 위해 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation)(EGR)을 채용한다. NOx 가스는 특히 높은 실린더 온도와 압력에 의해 연소 동안 질소와 산소의 반응으로부터 생성된다. NOx 가스의 생성을 억제하기 위해, EGR 시스템은 배기 가스의 일부를 엔진의 공기 흡입구로 다시 재지향시켜 실린더에 공급되는 산소의 양을 감소시킨다. 재지향된 배기 가스는 연소에 대해 불활성이며 연소 열의 흡수제로서 작용한다. 따라서, EGR을 사용하면 실린더의 피크 온도와 압력이 감소됨으로써 NOx 배출물을 감소시킬 수 있다. 배기 가스는 주변 공기보다 훨씬 뜨겁기 때문에, 충전 효율 및 따라서 성능을 달리 감소시킬 수 있는 고온 배기 가스를 포함하여 흡기 충전 온도가 과도하게 증가되지 않는 것을 보장하도록 조치를 취해야 한다. 자동차 EGR 시스템에서, 냉각수 회로에 연결된 열 교환기 형태의 EGR 냉각기는 통상적으로 공기 흡입구로 전달되기 전에 재순환된 배기 가스를 냉각하는 데 사용된다. 이러한 접근법은 자동차 용례에 잘 작동하지만, 해양 용례에 적절한 효과적인 EGR 시스템을 제공하기에 어려울 수 있다. 이는 주로 자동차 엔진과 해양 엔진 사이의 통상적인 듀티 사이클의 차이 때문이며, 이에 따라 해양 엔진의 EGR 시스템은 적어도 부분적으로는 현재 배출물 규제로 인해 광범위한 엔진 속도 및 부하 조건에서 작동해야 한다. 또한, 해양 엔진에 대한 배기 가스 재순환 유동 요건은, 특히 엔진이 정격 출력에서 또는 그 근방에서 작동할 때 상대적으로 작은 엔진 속도 범위에 걸쳐 크게 상이할 수 있다.
본 발명은 종래 기술과 관련된 하나 이상의 문제를 극복하거나 완화하는 개선된 해양 모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 내연 기관을 갖는 해양 모터가 제공되고, 내연 기관은: 엔진 블록; 적어도 하나의 실린더; 적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구; 적어도 하나의 실린더로부터의 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 도관; 및 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환시키도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템을 포함하고, 배기 가스 재순환 시스템은: 재순환된 배기 가스를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로; 재순환된 배기 가스를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로; 및 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 지향되는 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 선택적으로 변경하도록 구성된 유동 제어 수단을 포함한다. 예를 들어, 배기 가스의 양에 따라 냉각이 요구된다.
기존 EGR 시스템의 경우, 모든 EGR 조건에 대해 적절하게 구성하거나 "크기 설정"되어야 하는 단일 열 교환기 또는 "EGR 냉각기"가 제공된다. 그러나, 해양 용례에서, EGR 시스템은 적어도 부분적으로는 현재 배출물 규제로 인해 광범위한 엔진 속도 및 부하 조건에서 작동해야 한다. 이는, 엔진이 정격 출력으로 작동될 때 다량의 재순환된 배기 가스(예를 들어, 배기 가스 유동의 18%)를 충분히 냉각하기에 충분한 열 방출 용량을 갖는 냉각기가 엔진이 더 낮은 출력으로 작동될 때 더 적은 양의 재순환된 배기 가스(예를 들어, 배기 가스 유동의 5%)를 오버 냉각하기 때문에, 문제가 될 수 있다. 반대로, 엔진이 정격 출력 미만으로 작동될 때 재순환된 배기 가스를 오버 냉각하지 않도록 크기 설정된 냉각기는 엔진이 그 정격 출력으로 작동될 때 재순환된 배기 가스를 충분히 냉각할 수 없다. 이는 쉘 및 튜브 또는 플레이트 및 핀 유형 열 교환기의 효율이 이들을 통과하는 배기 가스 유량이 증가함에 따라 감소한다는 사실에 의해 악화될 수 있다. 재순환된 배기 가스가 과냉각되면, 배기 가스로부터 부식성 응축물이 형성되어 열 교환기 및 기타 구성요소가 오염될 수 있다. 이는 엔진 내구성과 성능을 손상시킬 수 있다. 재순환된 배기 가스가 냉각 부족되면(under-cooled), 흡기 충전 온도가 상승한다. 이는 충전 효율과 엔진 성능을 감소시킬 수 있고 실린더의 피크 압력과 NOx 배출물을 증가시킬 수 있다. 엔진이 하나 이상의 터보차저를 채용하는 경우, 재순환된 배기 가스의 냉각 부족은 터보차저에 대한 과도한 부스트 압력 요건을 초래할 수도 있다.
청구된 배열의 경우, 배기 가스 재순환 시스템은 엔진이 상이한 작동 조건 하에서 작동될 때 다양한 레벨의 재순환된 배기 가스 냉각을 제공할 수 있다. 다시 말해서, 2개의 서로 다른 EGR 회로를 선택적으로 사용하면 EGR 시스템에 의해 제공되는 냉각이 상이한 양의 열 방출이 요구되는 상이한 엔진 작동 조건에 맞게 조절될 수 있게 된다. 이는 제1 및 제2 EGR 냉각기를 적절하게 크기 설정하고 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 중 하나 또는 둘 모두를 통해 재순환된 배기 가스의 유동을 선택적으로 제한함으로써 낮은 EGR 유량에서의 과냉각 및 높은 EGR 유량에서의 냉각 부족을 피할 수 있음을 의미한다.
제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 80% 미만일 수 있다. 바람직하게는, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 60% 미만이다. 보다 바람직하게는, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 50% 미만이다. 가장 바람직하게는, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 약 1/3이다.
적어도 하나의 제1 EGR 냉각기는 제1 배기 가스 재순환 회로를 따라 이격된 복수의 개별 제1 EGR 냉각기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기는 단일의 제1 EGR 냉각기이다. 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기는 제2 배기 가스 재순환 회로를 따라 이격된 복수의 개별 제2 EGR 냉각기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기는 단일 제2 EGR 냉각기이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "전체 전도도"는 단위 온도차당 열 전달율 "Q"의 관점에서 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기 및 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기의 효율성을 지칭한다. 단일 EGR 냉각기를 갖는 배기 가스 재순환 회로의 경우, 이는 일반적으로 U·A의 곱과 같고, 여기서 "U"는 열 교환기의 전체 열 전달 계수이고 "A"는 그 유효 열 전달 면적이다. 복수의 열 교환기를 갖는 배기 가스 재순환 회로의 경우, 전체 전도도는 일반적으로 각각의 열 교환기의 U·A의 개별 곱의 합, 예를 들어 U1·A1 + U2·A2와 동일하다.
내연 기관은 적어도 하나의 터보차저를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 가스 재순환 회로는 각각 적어도 하나의 터보차저의 상류 위치에서 배기 도관으로부터 연장될 수 있다.
유동 제어 수단은 임의의 적절한 메커니즘을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유동 제어 수단은 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 중 하나 또는 둘 모두를 통해 재순환된 배기 가스의 유동을 선택적으로 제한하도록 구성된 적어도 하나의 제어 밸브를 포함한다. 적어도 하나의 제어 밸브는 제1 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 유동을 선택적으로 제한하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 제어 밸브는 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제2 유동을 선택적으로 제한하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 제어 밸브는 제1 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 유동 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제2 유동을 선택적으로 제한하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 제어 밸브는 바람직하게는 적어도 하나의 비례 밸브를 포함한다. 다른 예에서, 유동 제어 수단은 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 중 하나 또는 둘 모두를 통해 재순환된 배기 가스의 유동을 방지하기 위해 선택적으로 폐쇄될 수 있는 하나 이상의 플랩을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 제어 밸브는 바람직하게는 제1 배기 가스 재순환 회로의 유로를 선택적으로 제한하도록 구성된 제1 제어 밸브 및 제2 배기 가스 재순환 회로의 유로를 선택적으로 제한하도록 구성된 제2 제어 밸브를 포함한다. 이는 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 유동이 독립적으로 변경되게 한다. 제1 및 제2 제어 밸브는 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 따라 임의의 적절한 위치에 위치 설정될 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 제어 밸브는 적어도 하나의 제1 및 제2 EGR 냉각기의 상류, 즉, 각각의 배기 가스 재순환 회로의 "고온측"에 위치된다. 다른 예에서, 적어도 하나의 제어 밸브는 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 각각의 유로를 선택적으로 제한하고 및/또는 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 사이의 배기 가스의 유동을 선택적으로 지향시키도록 구성된 단일 제어 밸브를 포함할 수 있다.
내연 기관은 엔진 속도 측정 및/또는 엔진 부하 측정을 생성하기 위한 적어도 하나의 센서를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 유동 제어 수단은 바람직하게는 엔진 속도 측정 및/또는 엔진 부하 측정에 기초하여 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 요구되는 총 유량을 결정하고 요구되는 총 유량에 기초하여 적어도 하나의 제어 밸브를 작동하도록 구성된 제어기를 포함한다. 예를 들어, 제어기는 엔진 속도 측정, 또는 엔진 부하 측정, 또는 엔진 속도 측정과 엔진 부하 측정 둘 모두에 기초하여 재순환된 배기 가스의 요구되는 유량을 계산하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 적어도 하나의 제어 밸브는 원격 유닛에 의해 제공되는 제어 신호로부터 작동되거나 또는 엔진 속도 및 엔진 부하에 대한 재순환된 배기 가스의 요구되는 총 유량에 관한 데이터를 함유하는 룩업 테이블과 같은 미리 정의된 작동 조건 세트에 따라 자동으로 작동될 수 있다.
제어기는 바람직하게는, 요구되는 총 유량이 제1 임계값 미만일 때, 제1 배기 가스 재순환 회로가 적어도 부분적으로 개방되고 제2 배기 가스 재순환 회로가 실질적으로 폐쇄되며, 요구되는 총 유량이 제2 임계값 이상일 때, 제1 배기 가스 재순환 회로 및 제2 배기 가스 재순환 회로 둘 모두가 적어도 부분적으로 개방되도록 적어도 하나의 제어 밸브를 작동시키도록 구성된다. 이러한 예에서, EGR 시스템은 제1 임계값 미만의 저유량 저냉각 모드 및 제2 임계값 초과의 고유량 고냉각 모드로 작동한다. 적어도 하나의 제어 밸브가 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 개방하는 정도는 재순환된 배기 가스의 요구되는 총 유량에 따라 좌우될 것이다.
제1 임계값은 제2 임계값과 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 임계값은 제2 임계값 미만일 수 있다.
제어기는, 요구되는 총 유량이 제1 임계값 이상이고 제2 임계값 미만일 때, 제1 배기 가스 재순환 회로가 실질적으로 폐쇄되고 제2 배기 가스 재순환 회로가 적어도 부분적으로 개방되며, 요구되는 총 유량이 제2 임계값 이상일 때, 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 둘 모두가 적어도 부분적으로 개방되도록 적어도 하나의 제어 밸브를 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 예에서, EGR 시스템은 제1 임계값 미만의 저냉각 모드, 제1 임계값과 제2 임계값 사이의 중간 냉각 모드, 및 제2 임계값 초과의 고냉각 모드에서 작동한다.
제어기는, 엔진 속도 측정 및/또는 엔진 부하 측정에 기초하여, 제1 배기 가스 재순환 회로를 통한 재순환된 배기 가스의 제1 요구 유량 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통한 재순환된 배기 가스의 제2 요구 유량을 결정하고, 제1 및 제2 요구 유량에 기초하여 적어도 하나의 제어 밸브를 작동시키도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 EGR 냉각기는 내연 기관의 냉각 회로의 일부를 형성하고, 냉각 회로는 적어도 하나의 실린더를 냉각하기 위해 엔진 블록 내에 복수의 냉각수 채널을 갖는다. 이 배열의 경우, 별개의 EGR 냉각 회로를 제공할 필요가 없다. 이는 EGR 시스템의 중량과 카울에서 EGR 시스템이 점유하는 공간을 감소시킬 수 있다.
냉각 회로는 적어도 하나의 제1 및 제2 EGR 냉각기가 엔진 블록 내의 복수의 냉각수 채널의 하류에 있도록 구성될 수 있다. 이러한 배열에서, 냉각수는 재순환된 배기 가스를 냉각시키기 위해 냉각 회로를 따라 적어도 하나의 제1 및 제2 EGR 냉각기로 이동하기 전에 먼저 적어도 하나의 실린더를 냉각시킨다. 적어도 하나의 제1 및 제2 EGR 냉각기는 엔진 블록 내의 복수의 냉각수 채널 중 하나 이상과 평행하게 배열될 수 있다. 적어도 하나의 제1 및 제2 EGR 냉각기는 엔진 블록 내의 복수의 냉각수 채널 중 하나 이상의 상류 및 엔진 블록 내의 복수의 냉각수 채널 중 하나 이상의 하류에 있을 수 있다.
냉각 회로는 EGR 시스템의 적어도 하나의 제1 및 제2 EGR 냉각기가 엔진 블록 내의 복수의 냉각수 채널의 상류에 있도록 구성될 수 있다. 이러한 배열에서, 냉각수는 적어도 하나의 실린더를 냉각시키기 위해 엔진 블록 내의 복수의 냉각수 채널을 따라 이동하기 전에 배기 가스를 냉각시키도록 먼저 EGR 냉각기로 진입한다. 이는 배기 가스의 특히 효과적인 냉각을 제공할 수 있다.
엔진 블록은 단일 실린더를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 엔진 블록은 복수의 실린더를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "엔진 블록"이라는 용어는 엔진의 적어도 하나의 실린더가 제공되는 중실 구조를 지칭한다. 이 용어는 실린더 블록과 실린더 헤드 및 크랭크케이스의 조합을 지칭하거나 실린더 블록만을 지칭할 수 있다. 엔진 블록은 단일 엔진 블록 캐스팅으로 형성될 수 있다. 엔진 블록은, 예를 들어 볼트를 사용하여 함께 연결된 복수의 개별 엔진 블록 캐스팅으로 형성될 수 있다.
엔진 블록은 단일 실린더 뱅크를 포함할 수 있다.
엔진 블록은 제1 실린더 뱅크 및 제2 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 실린더 뱅크는 V 구성으로 배열될 수 있다. 엔진 블록은 3개의 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 3개의 실린더 뱅크는 넓은 화살표 구성으로 배열될 수 있다. 엔진 블록은 4개의 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 4개의 실린더 뱅크는 W 또는 이중 V 구성으로 배열될 수 있다.
엔진 블록이 제1 실린더 뱅크 및 제2 실린더 뱅크를 포함하는 경우, 제1 배기 가스 재순환 회로는 제1 실린더 뱅크의 제1 배기 도관에 연결되고 배기 가스의 유동의 일부를 제1 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 재순환시키도록 구성될 수 있으며, 제2 배기 가스 재순환 회로는 제2 실린더 뱅크의 제2 배기 도관에 연결되고 배기 가스의 유동의 일부를 제2 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 재순환시키도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 배기 가스 재순환 회로는 제1 실린더 뱅크와 관련되고 제2 배기 가스 재순환 회로는 제2 실린더 뱅크와 관련된다.
내연 기관은 임의의 적절한 배향으로 배열될 수 있다. 바람직하게는, 내연 기관은 수직축 내연 기관이다. 이러한 엔진에서, 내연 기관은 엔진에 수직으로 장착된 크랭크샤프트를 포함한다.
내연 기관은 가솔린 엔진일 수 있다.
바람직하게는, 내연 기관은 디젤 엔진이다. 내연 기관은 터보차지 디젤 엔진일 수 있다.
해양 모터는 선내 모터일 수 있다. 바람직하게는, 해양 모터는 해양 선외 모터이다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 제1 양태의 해양 모터를 포함하는 해양 선박이 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 내연 기관이 제공되고, 내연 기관은: 엔진 블록, 적어도 하나의 실린더, 적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구, 적어도 하나의 실린더로부터의 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 도관, 및 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환시키도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템을 포함하고, 배기 가스 재순환 시스템은: 재순환된 배기 가스의 제1 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로, 재순환된 배기 가스의 제2 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로, 및 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 선택적으로 변경하도록 구성된 유동 제어 수단을 포함한다. 예를 들어, 배기 가스의 양에 따라 냉각이 요구된다.
또한, 내연 기관용 배기 가스 재순환 시스템이 개시되며, 내연 기관은, 엔진 블록, 적어도 하나의 실린더, 적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구, 및 적어도 하나의 실린더로부터의 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 도관을 갖고, 배기 가스 재순환 시스템은 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환시키도록 구성되며, 배기 가스 재순환 시스템은: 재순환된 배기 가스의 제1 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로; 재순환된 배기 가스의 제2 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로; 및 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 선택적으로 변경하도록 구성된 유동 제어 수단을 포함한다. 예를 들어, 배기 가스의 양에 따라 냉각이 요구된다.
본 출원의 범위 내에서, 선행 단락, 청구범위 및/또는 아래의 설명 및 도면에 기재된 다양한 양태, 실시예, 예 및 변형예, 특히 그 개별 피처는 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취할 수 있음이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시예 및/또는 임의의 실시예의 피처는 이러한 피처가 양립할 수 없는 한 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 제1 양태의 해양 모터의 피처는 본 발명의 제2 양태의 해양 선박 및/또는 본 발명의 제3 양태의 내연 기관에 동일하게 적용될 수 있다. 출원인은, 해당 방식으로 원래 청구되지는 않았지만 임의의 다른 청구항의 임의의 피처에 종속하고 및/또는 임의의 피처를 통합하도록 임의의 원래 출원된 청구항을 보정할 권리를 비롯하여, 임의의 원래 출원된 청구항을 변경하거나 이에 따라 임의의 새로운 청구항을 출원할 권리를 보유한다.
본 발명의 추가 피처 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 이하에서 추가로 설명될 것이다:
도 1은 해양 선외 모터가 제공된 경량 해양 선박의 개략적인 측면도이고;
도 2a는 틸팅된 위치에 있는 해양 선외 모터의 개략도를 도시하며;
도 2b 내지 도 2d는 해양 선외 모터의 다양한 트리밍 위치 및 수역 내 해양 선박의 대응하는 배향을 도시하고;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 해양 선외 모터의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 4는 도 3의 해양 모터의 내연 기관으로 및 내연 기관으로부터의 흡입 공기 및 배기 가스의 유동의 개략도를 도시하고;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 해양 모터의 내연 기관으로 및 내연 기관으로부터의 흡입 공기 및 배기 가스의 유동의 개략도를 도시한다.
먼저 도 1을 참조하면, 해양 선외 모터(2)를 갖는 해양 선박(1)의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 해양 선박(1)은 텐더 또는 스쿠버 다이빙 보트와 같은 해양 선외 모터와 함께 사용하기에 적절한 임의의 종류의 선박일 수 있다. 도 1에 도시된 해양 선외 모터(2)는 선박(1)의 선미에 부착된다. 해양 선외 모터(2)는 일반적으로 해양 선박(1)의 선체 내에 수용되는 연료 탱크(3)에 연결된다. 저장조 또는 탱크(3)로부터의 연료는 연료 라인(4)을 통해 해양 선외 모터(2)에 제공된다. 연료 라인(4)은 연료 탱크(3)와 해양 선외 모터(2) 사이에 배열된 하나 이상의 필터, 저압 펌프 및 분리기 탱크(물이 해양 선외 모터(2)로 진입하는 것을 방지하기 위한)의 집합적인 배열을 나타낼 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 해양 선외 모터(2)는 일반적으로 3개의 섹션, 즉 상부 섹션(21), 중간 섹션(22), 및 하부 섹션(23)으로 분할된다. 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)은 흔히 집합적으로 다리 섹션으로 공지되어 있으며, 다리는 배기 시스템을 수용한다. 프로펠러(8)는 해양 선외 모터(2)의 기어박스로도 공지된 하부 섹션(23)의 프로펠러 샤프트 상에 회전 가능하게 배열된다. 물론, 작동 중에, 프로펠러(8)는 적어도 부분적으로 물에 잠기고 해양 선박(1)을 추진하기 위해 다양한 회전 속도로 작동될 수 있다.
통상적으로, 해양 선외 모터(2)는 피봇 핀에 의해 해양 선박(1)의 선미에 피봇식으로 연결된다. 피봇 핀을 중심으로 한 피봇 움직임은 조작자가 당업계에 공지된 방식으로 수평축을 중심으로 해양 선외 모터(2)를 틸팅시키고 트리밍할 수 있게 한다. 또한, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 해양 선외 모터(2)는 또한 해양 선박(1)을 조향하기 위해 대체로 직립축을 중심으로 피봇할 수 있도록 해양 선박(1)의 선미에 피봇식으로 장착된다.
틸팅은 전체 해양 선외 모터(2)가 물 밖으로 완전히 상승될 수 있을 만큼 충분히 해양 선외 모터(2)를 상승시키는 움직임이다. 해양 선외 모터(2)의 틸팅은 해양 선외 모터(2)가 턴오프된 상태 또는 중립 상태에서 수행될 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 해양 선외 모터(2)는 얕은 물에서 작동이 가능하도록 틸팅 범위에서 해양 선외 모터(2)의 제한된 작동을 허용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 해양 엔진 조립체는 실질적으로 수직 방향의 다리의 길이방향 축으로 주로 작동된다. 이와 같이, 해양 선외 모터(2)의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 해양 선외 모터(2)의 엔진의 크랭크샤프트는 일반적으로 해양 선외 모터(2)의 정상 작동 동안 수직 배향으로 배향되지만, 또한 특정 작동 조건 하에서, 특히 얕은 물의 선박에서 작동될 때 수직이 아닌 방향으로 배향될 수도 있다. 엔진 조립체의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 배향된 해양 선외 모터(2)의 크랭크샤프트는 또한 수직 크랭크샤프트 배열이라고 명명될 수 있다. 엔진 조립체의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 직교하게 배향된 해양 선외 모터(2)의 크랭크샤프트는 또한 수평 크랭크샤프트 배열이라고 명명될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제대로 작동하기 위해서는, 해양 선외 모터(2)의 하부 섹션(23)이 물 속으로 연장되어야 한다. 그러나, 매우 얕은 물에서, 또는 트레일러에서 선박을 진수할 때, 해양 선외 모터(2)의 하부 섹션(23)은 하향 틸팅된 위치에 있는 경우 해저 또는 보트 경사부에서 드래그될 수 있다. 해양 선외 모터(2)를 도 2a에 도시된 위치와 같이 상향 틸팅된 위치로 틸팅하면 하부 섹션(23) 및 프로펠러(8)에 대한 그러한 손상이 방지된다.
대조적으로, 트리밍은 도 2b 내지 도 2d의 3가지 예에 도시된 바와 같이 완전한 하향 위치로부터 몇 도 상향 위치로 더 작은 범위에 걸쳐 해양 선외 모터(2)를 이동시키는 메커니즘이다. 트리밍은 해양 선박(1)의 연료 효율성, 가속 및 고속 작동의 최상의 조합을 제공하는 방향으로 프로펠러(8)의 추력을 유도하는 데 도움이 된다.
선박(1)이 평면에 있을 때(즉, 선박(1)의 중량이 정수적 양력이 아닌 유체역학적 양력에 의해 주로 지지되는 경우), 보우-업(bow-up) 구성은 더 적은 드래그, 더 큰 안정성 및 효율성을 초래한다. 이는 일반적으로, 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이 보트 또는 해양 선박(1)의 용골 라인이 약 3도 내지 5도인 경우이다.
너무 많은 트리밍 아웃은 도 2c에 도시된 위치와 같이 선박(1)의 선수를 물에서 너무 높게 만든다. 이 구성에서는, 선박(1)의 선체가 물을 밀어내고 그 결과 더 많은 공기 드래그가 발생하기 때문에 성능과 경제성이 감소된다. 과도한 트리밍 아웃은 또한 프로펠러가 환기되도록 하여, 성능을 더욱 감소시킬 수 있다. 더욱 더 심각한 경우에는, 선박(1)이 물에서 뛰어다닐 수 있으며, 이로 인해 조작자와 승객이 배 밖으로 던져질 수 있다.
트리밍 인은 선박(1)의 선수가 내려가게 하고, 이는 서 있는 출발에서 가속하는 데 도움이 된다. 도 2d에 도시된 너무 많은 트리밍 인은 선박(1)이 물을 헤치고 "달려가게" 하여, 연비를 감소시키고 속도를 증가시키기 어렵게 만든다. 고속에서, 트리밍 인으로 인해 선박(1)이 불안정해질 수도 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선외 모터(2)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 선외 모터(2)는 앞서 설명한 틸팅 및 트리밍 작동을 수행하기 위한 틸트 및 트림 메커니즘(10)을 포함한다. 이 실시예에서, 틸트 및 트림 메커니즘(10)은 전기 제어 시스템을 통해 선외 모터(2)를 틸팅 및 트리밍하도록 작동될 수 있는 유압 액추에이터(11)를 포함한다. 대안적으로, 조작자가 유압 액추에이터를 사용하는 대신 손으로 선외 모터(2)를 피봇시키는 수동 틸트 및 트림 메커니즘을 제공하는 것도 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 선외 모터(2)는 일반적으로 3개의 섹션으로 분할된다. 파워헤드로도 공지된 상부 섹션(21)은 해양 선박(1)에 동력을 공급하기 위한 내연 기관(100)을 포함한다. 엔진(100) 주위에는 카울링(25)이 배치된다. 상부 섹션(21) 또는 파워헤드에 인접하고 아래로 연장되는 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)이 제공된다. 하부 섹션(23)은 중간 섹션(22)에 인접하여 그 아래로 연장하고, 중간 섹션(22)은 상부 섹션(21)을 하부 섹션(23)에 연결한다. 중간 섹션(22)은 연소 엔진(100)과 프로펠러 샤프트(29) 사이에서 연장되고 플로팅 커넥터(33)(예를 들어, 스플라인 연결)를 통해 연소 엔진의 크랭크샤프트(31)에 연결되는 구동 샤프트(27)를 수용한다. 구동 샤프트(27)의 하부 단부에는 구동 샤프트(27)의 회전 에너지를 수평 방향으로 프로펠러(8)에 공급하는 기어 박스/트랜스미션이 제공된다. 보다 상세하게, 구동 샤프트(27)의 하단 단부는 프로펠러(8)의 프로펠러 샤프트(29)에 회전식으로 연결되는 한 쌍의 베벨 기어(37, 39)에 연결된 베벨 기어(35)를 포함할 수 있다. 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)은 내연 기관(100)의 배기 가스 출구(170)로부터 그리고 선외 모터(2) 밖으로 배기 가스를 수송하기 위한 배기 가스 유로를 획정하는 배기 시스템을 형성한다.
도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 내연 기관(100)은 엔진 블록(110), 엔진 블록의 실린더에 공기의 유동을 전달하기 위한 흡기 매니폴드(120), 및 실린더로부터 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 매니폴드(130)를 포함한다. 엔진(100)은 배기 매니폴드(130)로부터 흡기 매니폴드(120)로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환하도록 구성된 배기 가스 재순환(EGR) 시스템(140)을 더 포함한다. EGR 시스템은 도 4를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이 재순환된 배기 가스를 냉각하기 위한 한 쌍의 열 교환기(151, 152) 또는 "EGR 냉각기"를 포함한다. 내연 기관(100)은 과급되고 따라서 배기 매니폴드(130) 및 흡기 매니폴드(120)에 연결된 터보차저(160)를 더 포함한다. 사용시, 배기 가스는 엔진 블록(110)의 각각의 실린더로부터 배출되고 배기 매니폴드(130)에 의해 엔진 블록(110)으로부터 멀어지게 지향된다. 배기 가스 재순환이 필요한 경우, 배기 가스의 일부가 열 교환기(151, 152) 중 하나 또는 둘 모두로 전환된다. 나머지 배기 가스는 배기 매니폴드(130)로부터 터보차저(160)의 터빈 하우징(161)으로 전달되고, 여기서 이들 배기 가스는 엔진 배기 출구(170)를 통해 터보차저(160) 및 엔진(100)을 빠져나가기 전에 터빈을 통해 지향된다. 회전하는 터빈에 의해 구동되는 터보차저의 압축기 하우징(164)은 공기 흡입구(171)를 통해 주변 공기를 흡인하고 가압된 흡입 공기의 유동을 흡기 매니폴드(120)로 전달한다. 엔진(100)은 또한 엔진 블록에서 움직이는 구성요소를 윤활하기 위한 엔진 윤활 유체 회로, 및 터보차저 윤활 시스템(도 3에 도시되지 않음)을 포함한다.
도 4는 해양 모터의 제1 실시예에 따른 내연 기관(100)으로 및 내연 기관으로부터의 공기 유동의 개략도를 도시한다. 이 제1 실시예의 경우, 내연 기관(100)은 EGR 시스템(140) 및 터보차저(160)가 연결되는 단일 실린더 뱅크를 포함하는 엔진 블록(110)을 갖는다. 엔진 블록의 외부에는, 배기 가스를 엔진 블록(110)으로부터 EGR 시스템(140) 및 터보차저(160)로 지향시키도록 배기 덕트 배열이 제공된다. 배기 덕트 배열은 배기 매니폴드(130)가 터보차저(160)에 연결되게 하는 배기 매니폴드 덕트(131)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 터빈 하우징(161)과 압축기 하우징(164)은 압축기 휠이 터빈 휠의 회전에 의해 구동되게 하는 공통 샤프트(162)에 의해 연결된다. 터빈 하우징(161)은 그 입구측이 배기 매니폴드 덕트(131)에 연결되고 출구측이 터보차저 배기 덕트(163)에 연결된다. 압축기 하우징(164)은 그 입구측이 공기 입구 덕트(165)에 연결되고 출구측이 충전 덕트(166)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 충전 덕트(166)는 압축기 하우징(164)과 흡입 도관(121)에 의해 흡기 매니폴드(120)에 연결된 충전 공기 냉각기(167) 사이에서 연장된다. 엔진 블록(110) 내의 실린더에서 연소 후, 배기 가스는 배기 매니폴드(130)로 나아가고 배기 매니폴드 덕트(131)를 통해 터보차저(160)의 터빈 하우징(161)으로 전달된다. 배기 가스는 터보차저 배기 덕트(163)를 통해 터빈 하우징(161) 밖으로 유동하기 전에 압축기를 구동하도록 터빈을 회전시킨다.
EGR 시스템(140)은 제1 EGR 고온 배기 덕트(142), 제1 제어 밸브(143), 제1 EGR 냉각기(151) 및 제1 EGR 냉각 배기 덕트(144)를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로(141)를 포함한다. 제1 EGR 고온 배기 덕트(142)는 터보차저(160) 상류의 위치에서 배기 매니폴드 덕트(131)로부터 분기되어 제1 EGR 냉각기(151)의 상류 단부까지 연장된다. EGR 시스템(140)은 또한 제2 EGR 고온 배기 덕트(146), 제2 제어 밸브(147), 제2 EGR 냉각기(152) 및 제2 EGR 냉각 배기 덕트(148)를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로(145)를 포함한다. 제2 EGR 고온 배기 덕트(146)는 터보차저(160) 상류의 위치에서 배기 매니폴드 덕트(131)로부터 분기되어 제2 EGR 냉각기(152)의 상류 단부까지 연장된다. 제1 및 제2 EGR 냉각 배기 덕트(144, 148) 각각은 그 각각의 EGR 냉각기(151, 152)의 하류 단부로부터 EGR 혼합기(153)까지 연장된다. EGR 혼합기(153)는 EGR 혼합기(153)로부터 흡기 도관(121)으로 연장되는 혼합 EGR 배기 덕트(154)를 통해 흡기 매니폴드(120)에 연결된다.
제1 및 제2 열 교환기는, 열 접촉하지만 냉각수와 배기 가스 사이의 유체 접촉을 방지하는 하나 이상의 냉각수 채널 및 하나 이상의 배기 가스 채널을 각각 포함한다. 사용하는 동안, 통상적으로 해양 모터가 사용되는 수역으로부터 흡인된 물인 냉각수 유체는, 냉각수 채널로 그리고 각각의 열 교환기를 통해 펌핑되어 열 교환기의 배기 가스 채널을 통해 유동하는 임의의 배기 가스를 냉각한다. EGR 냉각기는 자체 냉각수 회로 또는 회로들에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 EGR 냉각기(151, 152)는 내연 기관의 냉각 회로(도시되지 않음)의 일부를 형성하고, 냉각 회로는 적어도 하나의 실린더를 냉각하기 위해 엔진 블록 내에 복수의 냉각수 채널(도시되지 않음)을 갖는다. 예를 들어, 제1 및 제2 EGR 냉각기(151, 152)는, 냉각수가 엔진 블록 내의 냉각수 채널을 통과하기 전에 먼저 EGR 냉각기를 통과하도록 엔진 블록의 상류에 있을 수 있다.
제1 열 교환기(151)는 제1 배기 가스 순환 회로(141)를 따라 유동하는 배기 가스로부터 열을 흡인하는 제1 열 교환기(151)의 능력을 정의하는 제1 전체 전도도를 갖는다. 유사하게, 제2 열 교환기(152)는 제2 배기 가스 순환 회로(145)를 따라 유동하는 배기 가스로부터 열을 흡인하는 제2 열 교환기(152)의 능력을 정의하는 제2 전체 전도도를 갖는다. 도 4에 제1 및 제2 열 교환기의 상대적인 크기에 의해 예시된 바와 같이, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도보다 작다. 실질적인 측면에서, 이는 제2 열 교환기(152)가 주어진 배기 유량 및 온도에 대해 제1 열 교환기(151)보다 배기 가스의 유동으로부터 더 많은 열을 흡인할 수 있음을 의미한다. 이러한 방식으로, 제2 배기 가스 순환 회로는 높은 열 방출("높은 HR") 회로로 고려될 수 있고 제1 배기 가스 순환 회로는 낮은 열 방출("낮은 HR") 회로로 고려될 수 있다. 예를 들어, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 80% 미만, 제2 전체 전도도의 60% 미만, 또는 제2 전체 전도도의 50% 미만일 수 있다. 이 예에서, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 약 33%이다.
제1 제어 밸브(143)와 제2 제어 밸브(147)는 제1 및 제2 EGR 고온 배기 덕트(142, 146)를 선택적으로 제한하여 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로(141, 145) 각각을 통해 재순환된 배기 가스의 유동을 선택적으로 제한함으로써, 배기 매니폴드 덕트(131)로부터 EGR 냉각기(151, 152)로 전환되는 고온 배기 가스의 양을 조절한다. 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147)는 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 요구되는 총 유량을 결정하고 요구되는 총 유량에 기초하여 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147)를 작동시키도록 구성된 제어기(도시되지 않음)에 연결된다. 특히, 제어기는, 요구되는 총 유량이 제1 임계값 미만일 때, 제1 제어 밸브(143)가 적어도 부분적으로 개방되고 제2 제어 밸브(147)가 실질적으로 폐쇄되며, 요구되는 총 유량이 제2 임계값 이상일 때, 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147) 둘 모두가 적어도 부분적으로 개방되도록 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147)를 작동시키도록 구성된다. 실질적인 측면에서, 이는 요구되는 총 유량이 제1 임계값 미만일 때 제2(높은 HR) 배기 가스 재순환 회로가 폐쇄되지만 요구되는 총 유량이 제2 임계값 초과일 때 두 회로가 모두 개방됨을 의미한다. 제어기는 또한 요구되는 총 유량이 제1 임계값과 제2 임계값 사이에 있을 때, 제2 제어 밸브(147)가 적어도 부분적으로 개방되고 제1 제어 밸브(143)가 실질적으로 폐쇄되도록 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 임계값과 제2 임계값 사이에서, 제2(높은 HR) 배기 가스 재순환 회로는 개방되고 제1(낮은 HR) 회로는 폐쇄된다. 이러한 배열의 경우, EGR 시스템은 제1 임계값(예를 들어, 5% EGR의 EPA T3 전체 부하) 미만의 낮은 EGR 유동 조건 하의 낮은 냉각 모드, 제1 임계값과 제2 임계값 사이의 중간 냉각 모드, 제2 임계값을 초과하는 높은 EGR 유동 조건(예를 들어, 18% EGR의 IMO T3 정격 출력)하의 높은 냉각 모드에서 작동한다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147) 및 제어기는 함께 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 조절하는 유동 제어 수단으로서 작용함으로써 재순환된 배기 가스의 양과 EGR 냉각이 일어나는 정도를 조절한다.
이해할 수 있는 바와 같이, EGR 시스템은 또한 배기 가스 재순환이 거의 또는 전혀 요구되지 않을 때 제1 및 제2 제어 밸브(143, 147) 모두가 실질적으로 폐쇄되는 냉각 없음 모드에서 작동될 수 있다.
도 5는 해양 모터의 제2 실시예에 따른 내연 기관(200)으로 및 내연 기관으로부터의 공기 유동의 개략도를 도시한다. 제2 실시예는 도 4와 관련하여 앞서 설명된 제1 실시예와 유사한 구조 및 작동을 가지며 유사한 참조 번호는 유사한 피처를 나타내는 데 사용된다. 이 실시예에서, 엔진 블록(210)은 V 구성으로 배열된 제1 및 제2 실린더 뱅크(211, 212)를 포함하고, 각각은 복수의 실린더 및 엔진 블록 내에 연소실을 형성하는 이동 가능한 피스톤을 수용한다. 각각의 실린더 뱅크는 자체 흡기 매니폴드(220), 배기 매니폴드(230), 및 터보차저(260)를 갖는다. 임의의 다른 양의 실린더가 V자형 실린더 뱅크에 채용될 수 있음을 이해할 것이다. 인라인 배열과 같은 임의의 다른 배열이 대안적으로 이용될 수 있다는 것도 이해될 것이다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 배기 가스 순환 회로(241, 245) 각각은 2개의 실린더 뱅크(211, 212) 중 하나에 연결되어 제1 및 제2 열 교환기(251, 252)가 각각의 실린더 뱅크에 대한 전용 냉각기로서 작용한다.
배기 덕트 배열은 제1 실린더 뱅크(211)의 제1 배기 매니폴드(230)가 제1 터보차저(260)에 연결되게 하는 제1 배기 매니폴드 덕트(231), 및 제2 실린더 뱅크(212)의 제2 배기 매니폴드(230)가 제2 터보차저(260)에 연결되게 하는 제2 배기 매니폴드 덕트(231)를 포함한다. 제1 터보차저의 압축기 하우징(264)은 그 입구측이 제1 공기 입구 덕트(265)에 연결되고 출구측이 제1 충전 덕트(266)에 연결된다. 유사하게, 제2 터보차저(260)의 압축기 하우징(264)은 그 입구측이 제2 공기 입구 덕트(265)에 연결되고 출구측이 제2 충전 덕트(266)에 연결된다. 각각의 경우에, 충전 덕트(266)는 압축기 하우징(264)과 흡기 도관(221)에 의해 각각의 실린더 뱅크의 흡기 매니폴드(220)에 연결된 충전 공기 냉각기(267) 사이에서 연장된다.
제1 실시예의 EGR 시스템과 마찬가지로, 제2 실시예의 EGR 시스템(240)은 제1 전체 전도도를 갖는 제1 EGR 냉각기(251)를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로(241)를 포함하고, 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 제2 EGR 냉각기(252)를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로(245)를 포함한다. 제1 배기 가스 재순환 회로(241)는 제1 실린더 뱅크(211)로부터의 제1 배기 매니폴드 덕트(231)와 EGR 혼합기(253) 사이에서 연장되고, 제2 배기 가스 재순환 회로(245)는 제2 실린더 뱅크(212)로부터의 제2 배기 매니폴드 덕트(231)와 EGR 혼합기(253) 사이에서 연장된다. EGR 혼합기(253)의 하류에서, EGR 가스의 혼합 유동은 충전 공기 냉각기(267)로부터의 충전 공기와 결합되고 각각의 실린더 뱅크의 흡기 매니폴드(220)로 공급된다.
청구된 배열의 경우, 배기 가스 재순환 시스템은 엔진이 상이한 작동 조건 하에서 작동될 때 다양한 레벨의 재순환된 배기 가스 냉각을 제공할 수 있다. 다시 말해서, 2개의 서로 다른 EGR 회로를 선택적으로 사용하면 EGR 시스템에 의해 제공되는 냉각이 상이한 양의 열 방출이 요구되는 상이한 엔진 작동 조건에 맞게 조절될 수 있게 된다. 이는 제1 및 제2 열 교환기를 적절하게 크기 설정하고 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 중 하나 또는 둘 모두를 통해 재순환된 배기 가스의 유동을 필요에 따라 선택적으로 제한함으로써 낮은 EGR 유량에서의 과냉각 및 높은 EGR 유량에서의 냉각 부족을 피할 수 있음을 의미한다.
본 발명이 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 앞서 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경 또는 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
예를 들어, 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 각각이 단일 EGR 냉각기를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실제로 하나 또는 두 회로는 함께 해당 회로의 전체 전도도에 기여하는 임의의 수의 EGR 냉각기를 가질 수 있다. 예로서, 제2 배기 가스 재순환 회로에 대해 직렬로 또는 병렬로 2개의 EGR 냉각기를 사용하고 제1 배기 가스 재순환 회로에 대해 단일 EGR 냉각기만을 사용함으로써 더 큰 제2 전도도가 달성될 수 있다. EGR 냉각기는 서로 동일한 구성을 가질 수 있으며, 이것도 제1 회로의 단일 EGR 냉각기와 동일한 구성일 수 있다.

Claims (19)

  1. 내연 기관을 갖는 해양 모터이며, 내연 기관은:
    엔진 블록;
    적어도 하나의 실린더;
    적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구;
    적어도 하나의 실린더로부터의 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 도관; 및
    배기 도관으로부터 공기 흡입구로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환시키도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템을 포함하고, 배기 가스 재순환 시스템은:
    재순환된 배기 가스의 제1 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로;
    재순환된 배기 가스의 제2 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로; 및
    제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 선택적으로 변경하도록 구성된 유동 제어 수단을 포함하는, 해양 모터.
  2. 제1항에 있어서, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 80% 미만인, 해양 모터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 60% 미만인, 해양 모터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전체 전도도는 제2 전체 전도도의 50% 미만인, 해양 모터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관은 적어도 하나의 터보차저를 더 포함하고, 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로는 각각 적어도 하나의 터보차저의 상류 위치에서 배기 도관으로부터 연장되는, 해양 모터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 제어 수단은 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 중 하나 또는 둘 모두를 통해 재순환된 배기 가스의 유동을 선택적으로 제한하도록 구성된 적어도 하나의 제어 밸브를 포함하는, 해양 모터.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 제어 밸브는 제1 배기 가스 재순환 회로의 유로를 선택적으로 제한하도록 구성된 제1 제어 밸브 및 제2 배기 가스 재순환 회로의 유로를 선택적으로 제한하도록 구성된 제2 제어 밸브를 포함하는, 해양 모터.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 내연 기관은 엔진 속도 측정 및/또는 엔진 부하 측정을 생성하기 위한 적어도 하나의 센서를 더 포함하고, 유동 제어 수단은 엔진 속도 측정 및/또는 엔진 부하 측정에 기초하여 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 요구되는 총 유량을 결정하고 요구되는 총 유량에 기초하여 적어도 하나의 제어 밸브를 작동하도록 구성된 제어기를 포함하는, 해양 모터.
  9. 제8항에 있어서, 제어기는 적어도 하나의 제어 밸브를 작동시켜, 요구되는 총 유량이 제1 임계값 미만일 때, 제1 배기 가스 재순환 회로를 적어도 부분적으로 개방하고 제2 배기 가스 재순환 회로를 실질적으로 폐쇄하며, 요구되는 총 유량이 제2 임계값 이상일 때, 제1 배기 가스 재순환 회로와 제2 배기 가스 재순환 둘 모두를 적어도 부분적으로 개방하도록 구성되는, 해양 모터.
  10. 제9항에 있어서, 제어기는 적어도 하나의 제어 밸브를 작동시켜, 요구되는 총 유량이 제1 임계값 이상이고 제2 임계값 미만일 때, 제1 배기 가스 재순환 회로를 실질적으로 폐쇄하고 제2 배기 가스 재순환 회로를 적어도 부분적으로 개방하고, 요구되는 총 유량이 제2 임계값 이상일 때, 제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로 둘 모두를 적어도 부분적으로 개방하도록 구성되는, 해양 모터.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기는, 엔진 속도 측정 및/또는 엔진 부하 측정에 기초하여 제1 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 요구 유량 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제2 요구 유량을 결정하고, 제1 및 제2 요구 유량에 기초하여 적어도 하나의 제어 밸브를 작동시키도록 구성되는, 해양 모터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기 및 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기는 내연 기관의 냉각 회로의 일부를 형성하고, 냉각 회로는 적어도 하나의 실린더를 냉각하기 위해 엔진 블록 내에 복수의 냉각수 채널을 갖는, 해양 모터.
  13. 제12항에 있어서, 냉각 회로는 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기 및 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기가 복수의 냉각수 채널의 상류에 있도록 구성되는, 해양 모터.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진 블록은 제1 실린더 뱅크 및 제2 실린더 뱅크를 포함하는, 해양 모터.
  15. 제14항에 있어서, 제1 배기 가스 재순환 회로는 제1 실린더 뱅크의 제1 배기 도관에 연결되고 배기 가스의 유동의 일부를 제1 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 재순환시키도록 구성되며, 제2 배기 가스 재순환 회로는 제2 실린더 뱅크의 제2 배기 도관에 연결되고 배기 가스의 유동의 일부를 제2 배기 도관으로부터 공기 흡입구로 재순환시키도록 구성되는, 해양 모터.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관은 터보차지 디젤 엔진인, 해양 모터.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 해양 모터는 해양 선외 모터인, 해양 모터.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 해양 모터를 포함하는 해양 선박.
  19. 내연 기관이며,
    엔진 블록;
    적어도 하나의 실린더;
    적어도 하나의 실린더에 공기의 유동을 전달하도록 구성된 공기 흡입구;
    적어도 하나의 실린더로부터의 배기 가스의 유동을 지향하도록 구성된 배기 도관; 및
    배기 도관으로부터 공기 흡입구로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환시키도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템을 포함하고, 배기 가스 재순환 시스템은:
    재순환된 배기 가스의 제1 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제1 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도를 갖는 제1 배기 가스 재순환 회로;
    재순환된 배기 가스의 제2 유동을 냉각시키기 위한 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기를 포함하고 제1 전체 전도도보다 큰 제2 전체 전도도를 갖는 제2 배기 가스 재순환 회로; 및
    제1 및 제2 배기 가스 재순환 회로를 통해 재순환된 배기 가스의 제1 및 제2 유동의 상대적 비율을 선택적으로 변경하도록 구성된 유동 제어 수단을 포함하는, 내연 기관.
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