KR20220145268A - Large turbocharged two-stroke internal combustion engine with egr system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배기가스 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 갖춘 대형 터보차징 2행정 내연기관 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 EGR 시스템의 작동 제어에 관한 것이다.The present invention relates to a large turbocharged two-stroke internal combustion engine and method having an exhaust gas recirculation (EGR) system, and more particularly to operation control of the EGR system.
대형 터보차징 2행정 내연기관은 일반적으로 대형 선박의 추진 시스템(선박 엔진으로서) 또는 발전소의 원동기로 사용된다. 그들의 엄청난 크기, 무게 및 동력 출력으로 이 엔진은 일반 연소 엔진과 완전히 다르며, 대형 2행정 터보 차징 압축 내연기관은 그 자체가 하나의 클래스로 분류된다. 이러한 엔진의 높이는 일반적으로 중요하지 않으므로 피스톤에 가해지는 측면 하중을 피하고자 크로스헤드로 구성된다. 일반적으로 이러한 엔진은 연료유와 천연가스, 석유 가스, 메탄올 및 에탄 중 하나로 작동하도록 구성된 이중 연료 엔진이다. Large turbocharged two-stroke internal combustion engines are commonly used as propulsion systems (as marine engines) on large ships or as prime movers in power plants. Their enormous size, weight and power output make these engines completely different from regular combustion engines, and the large two-stroke turbocharged compression internal combustion engine is itself a class. The height of these engines is usually not critical, so they are constructed with a crosshead to avoid lateral loads on the pistons. Typically, these engines are dual fuel engines configured to run on either fuel oil and natural gas, petroleum gas, methanol or ethane.
선박용 디젤 엔진의 배출은 배출이 환경에 미치는 영향에 대한 인식으로 인해 제한을 받는다. 2016년에 국제해사기구(International Maritime Organization)에서 제시한 것처럼 일부 지역에서 선박용 디젤 엔진의 NOx 배출을 제한하는 Tier III 제한이 도입되었다. 이러한 배출 제한을 충족하려면 NOx 배출량을 줄이는 기술을 사용해야 한다. 이러한 기술 중 하나는 수십 년 동안 자동차 산업의 4행정 엔진에 적용된 배기가스 재순환 장치(EGR)이다.Emissions from marine diesel engines are limited by awareness of the environmental impact of emissions. In 2016, as suggested by the International Maritime Organization, Tier III limits were introduced in some regions to limit NOx emissions from marine diesel engines. Meeting these emission limits requires the use of technologies to reduce NOx emissions. One such technology is exhaust gas recirculation (EGR), which has been applied to four-stroke engines in the automotive industry for decades.
EGR의 원리는 배기가스의 일부를 엔진의 소기 매니폴드로 다시 재순환시키는 것이다. 이것은 소기 가스 내 소기 산소 수준을 감소시키고 차례로 연소 동안 NOx 가스의 형성을 감소시킨다. 유감스럽게도, 소기 가스의 산소 함량을 낮추는 것도 연소 효율에 영향을 미친다. 지나치게 낮은 소기 산소 수준에서 엔진은 바람직하지 않은 가시적인 연기를 생성한다.The principle of EGR is to recirculate a portion of the exhaust gas back to the engine's scavenging manifold. This reduces the level of scavenging oxygen in the scavenging gas and in turn reduces the formation of NOx gas during combustion. Unfortunately, lowering the oxygen content of the scavenging gas also affects the combustion efficiency. At excessively low scavenging oxygen levels, the engine produces undesirable visible smoke.
4행정 자동차 엔진에서는 배기가스 측과 흡기 측 사이에 양압 차가 있다. 즉, 양압 차이로 인해 송풍기 등이 필요 없이 배기가스가 재순환되어 흡기 측으로 유동한다. 그러나 대형 터보차징 2행정 내연기관에는 배기가스 측과 흡기 측 사이에 음압 차가 있으며, 4행정 자동차 엔진에서와 같이 흡기 측과 배기 측 사이에 간단한 도관이 설치되어 있으면 과급 공기가 배기 측으로 흐를 것이다. 따라서, 2행정 터보 차징 내연기관의 EGR 시스템은 배기가스의 일부를 과급 공기 내로 강제하기 위해 송풍기 또는 펌프가 필요하다. 즉, 대형 터보 차징 2행정 디젤 엔진에서 배기가스는 배기 시스템과 흡기 시스템 사이의 압력 차이를 극복하기 위해 송풍기에 의해 재순환된다.In a four-stroke automobile engine, there is a positive pressure difference between the exhaust gas side and the intake side. That is, the exhaust gas is recirculated and flows to the intake side without the need for a blower or the like due to the positive pressure difference. However, in a large turbocharged two-stroke internal combustion engine, there is a negative pressure difference between the exhaust gas side and the intake side, and if a simple conduit is installed between the intake side and the exhaust side as in a four-stroke automobile engine, the supercharged air will flow to the exhaust side. Thus, the EGR system of a two-stroke turbocharged internal combustion engine requires a blower or pump to force a portion of the exhaust gas into the charge air. That is, in a large turbocharged two-stroke diesel engine, the exhaust gas is recirculated by the blower to overcome the pressure difference between the exhaust system and the intake system.
따라서 대형 터보 차징 2행정 내연기관은 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 재순환될 배기가스를 강제하는 데 송풍기 또는 압축기가 필요하다. 이러한 거대한 엔진은 이 작업을 수행하기 위해 매우 큰 송풍기가 필요하고, 이러한 매우 큰 송풍기는 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 배기가스를 강제하는 작업을 수행하기 위해 대형 구동 모터가 필요하다. Thus, large turbocharged two-stroke internal combustion engines require a blower or compressor to force the exhaust gas to be recirculated from the exhaust system to the intake system. These huge engines need very large blowers to do this job, and these very large blowers need large drive motors to do the job of forcing exhaust gases from the exhaust system to the intake system.
NOx와 그을음(soot) 모두에 대해 배출 요구 사항을 충족하려면, 산소 농도가 너무 낮으면 그을음 형성이 허용 한계를 초과하고 산소 농도가 너무 높으면 NOx 배출이 허용 한계를 초과하기 때문에 소기 가스 리시버(receiver) 내 산소 농도를 정확하게 제어할 필요가 있다.To meet emission requirements for both NOx and soot, a scavenging gas receiver is required because soot formation will exceed acceptable limits if the oxygen concentration is too low and NOx emissions will exceed acceptable limits if the oxygen concentration is too high. I need to control my oxygen concentration accurately.
EGR이 갖춰진 알려진 대형 터보 차징 2행정 내연기관은 제어 가능한 가변 속도 EGR 송풍기에 의존하여 EGR 흐름을 조절하여 산소 농도 설정점(setpoint)에 도달한다.Known large turbocharged two-stroke internal combustion engines equipped with EGR rely on a controllable variable speed EGR blower to regulate EGR flow to reach an oxygen concentration setpoint.
본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 단류(uniflow) 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a large turbocharged two-stroke internal combustion engine of the uniflow type which overcomes or at least reduces the above-mentioned problems.
전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다. The above and other objects are achieved by the features of the independent claims. Further implementation forms are apparent upon examination of the dependent claims, the detailed description and the drawings.
제1 양태에 따르면, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관이 제공되고, 엔진은, 그 하단에 소기 포트가 있고 그 상단에 배기 밸브가 있는 복수의 실린더, 소기 가스가 실린더 내로 도입되는 흡기 시스템으로서, 소기 포트를 통해 실린더에 연결된 소기 가스 리시버를 포함하는 흡기 시스템, 실린더에서 생성된 배기가스가 배기 되는 배기 시스템으로서, 배기 밸브를 통해 실린더에 연결된 배기가스 리시버를 포함하고, 배기 시스템에 터빈을 갖는 적어도 하나의 터보차저가 흡기 시스템에서 압축기를 구동하는 배기 시스템, 실린더에 연료를 전달하기 위한 연료 시스템, 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 배기가스 유동을 전달하기 위한 EGR 시스템으로서, EGR 송풍기 및 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브를 포함하는 EGR 시스템, 상기 EGR 송풍기를 구동하기 위해 상기 EGR 송풍기에 결합된 AC 전기 구동 모터로서, 상기 AC 전기 구동 모터는 전기 스위치에 의해 AC 그리드에 직접 결합되고, 상기 전기 구동 모터는 AC 주파수에 의해 결정된 일정한 속도로 작동하도록 구성된 AC 전기 구동 모터, 소기 가스 리시버 내의 산소 농도를 나타내는 신호를 제공하는 센서 및 신호를 수신하고 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브에 결합되는 컨트롤러로서, 컨트롤러는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하기 위한 주요 수단으로 신호의 함수로서 전자적으로 조절 가능한 EGR 스로틀링 밸브의 위치를 조정함으로써 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. According to a first aspect, there is provided a single flow type large turbocharged two-stroke internal combustion engine, the engine comprising: a plurality of cylinders having a scavenging port at a lower end thereof and an exhaust valve at an upper end thereof, and an intake system in which scavenging gas is introduced into the cylinder As an intake system comprising a scavenging gas receiver connected to a cylinder through a scavenging port, an exhaust system through which exhaust gas generated in the cylinder is exhausted, comprising an exhaust gas receiver connected to the cylinder through an exhaust valve, and a turbine to the exhaust system An exhaust system having at least one turbocharger having at least one turbocharger driving a compressor in an intake system, a fuel system for delivering fuel to cylinders, an EGR system for delivering exhaust gas flow from the exhaust system to an intake system, comprising: an EGR blower and electronically regulated An EGR system comprising an EGR throttling valve capable of, an AC electric drive motor coupled to the EGR blower for driving the EGR blower, the AC electric drive motor coupled directly to the AC grid by an electrical switch, the electrical drive wherein the motor comprises an AC electric drive motor configured to operate at a constant speed determined by the AC frequency, a sensor providing a signal indicative of oxygen concentration in the scavenging gas receiver, and a controller receiving the signal and coupled to an electronically adjustable EGR throttling valve; The controller comprises a controller configured to regulate the flow of exhaust gas through the EGR system by adjusting the position of an electronically adjustable EGR throttling valve as a function of a signal as a primary means for regulating the flow of exhaust gas through the EGR system. do.
그리드에 직접 연결된 AC 전기 구동 모터에 의해 직접 구동되고 EGR 송풍기의 속도를 변경하지 않고 1차 수단으로 전기적으로 조정가능한 EGR 밸브의 위치를 조정하여 EGR 유동을 조절하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 EGR 송풍기를 갖춘 대형 터보 차징 2행정 내연기관을 제공함으로써, EGR 송풍기가 고가의 장비 없이 가변 기계 또는 전기 구동 및/또는 AC 전기 구동 모터에 전력을 공급하는 가변 주파수 전기 구동과 같은 가변 속도 EGR 송풍기(예: AC 전기 구동 모터와 EGR 송풍기 사이의 가변 속도 기계 변속기)가 가변 속도 EGR 송풍기가 되는 것을 가능하게 할 수 있다. 결과적으로 이 엔진은 덜 복잡하고 더 안정적이며 저렴하다.An EGR blower driven directly by an AC electric drive motor connected directly to the grid and comprising a controller configured to regulate EGR flow by adjusting the position of an electrically adjustable EGR valve by primary means without changing the speed of the EGR blower. By providing a large turbocharged two-stroke internal combustion engine, variable speed EGR blowers (e.g. AC electric), such as variable frequency electric drives, where EGR blowers power a variable mechanical or electric drive and/or AC electric drive motor without expensive equipment. a variable speed mechanical transmission between the drive motor and the EGR blower) may be enabled to be a variable speed EGR blower. As a result, these engines are less complex, more reliable and cheaper.
부하 의존 소기 산소 농도 설정점은 미리 정의되어 있다. 실제 산소 농도는 전기적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브를 조정하여 이 측정의 피드백 및/또는 피드포워드 제어에 의해 측정 또는 추정되고 설정점에 도달한다. The load dependent scavenging oxygen concentration set point is predefined. The actual oxygen concentration is measured or estimated by means of feedback and/or feedforward control of this measurement by adjusting the electrically adjustable EGR throttling valve and reaching a set point.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 컨트롤러는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 감소시키기 위해 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브를 폐쇄 방향으로 이동시키고 EGR 시스템을 통한 배기가스의 흐름을 증가시키기 위해 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브를 개방 방향으로 이동시키도록 구성된다. In a possible implementation form of the first aspect, the controller moves the electronically adjustable EGR throttling valve in a closing direction to decrease the flow of exhaust gas through the EGR system and electronically to increase the flow of exhaust gas through the EGR system. configured to move the adjustable EGR throttling valve in an open direction.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 컨트롤러는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하기 위한 1차 또는 2차 조치로서 압축기의 흡기 시스템 하류 및 터빈의 배기 시스템 상류에 연결하는 바이패스 도관에 배치되는 전자 제어 실린더 바이패스 스로틀링 밸브 또는 오리피스의 개방도를 조정하여 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하도록 구성된다. In a possible implementation form of the first aspect, the controller is disposed in a bypass conduit connecting to the intake system downstream of the compressor and upstream of the exhaust system of the turbine as a primary or secondary measure for regulating the flow of exhaust gas through the EGR system. The electronically controlled cylinder bypass throttling valve or orifice is configured to adjust an opening degree to regulate the flow of exhaust gas through the EGR system.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 컨트롤러는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 증가시키기 위해 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브 또는 오리피스를 폐쇄 방향으로 이동시키고 EGR 시스템을 통한 배기가스 유동을 감소시키기 위해 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브 또는 오리피스를 개방 방향으로 이동시키도록 구성된다. In a possible implementation form of the first aspect, the controller moves the electronically controlled cylinder bypass throttling valve or orifice in the closing direction to increase the flow of exhaust gas through the EGR system and decrease the exhaust gas flow through the EGR system. configured to move an electronically controlled cylinder bypass throttling valve or orifice in an open direction to
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 컨트롤러는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 제어하여 소기 가스 리시버 내의 산소 농도를 산소 농도 설정점에 가깝게 유지하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the controller is configured to control the flow of exhaust gas through the EGR system to keep the oxygen concentration in the scavenging gas receiver close to the oxygen concentration set point.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 컨트롤러는 피드백/피드포워드 제어에서 제1 센서의 신호를 사용하여 소기 가스 리시버 내의 산소 농도를 소기 산소 농도 설정점에 가깝게 유지하도록 구성되며, 소기 산소 농도 설정점은 바람직하게는 엔진 부하에 맞추어 조정된다. In a possible implementation form of the first aspect, the controller is configured to maintain an oxygen concentration in the scavenging gas receiver close to a scavenging oxygen concentration setpoint using the signal from the first sensor in the feedback/feedforward control, wherein the scavenging oxygen concentration setpoint is It is preferably adapted to the engine load.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, AC 전기 구동 모터는 비동기식 전기 모터이다. In a possible implementation form of the first aspect, the AC electric drive motor is an asynchronous electric motor.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, AC 전기 구동 모터는 동기식 전기 모터이다. In a possible implementation form of the first aspect, the AC electric drive motor is a synchronous electric motor.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, AC 전기 구동 모터는 EGR 송풍기의 구동축에 직접 결합된다.In a possible implementation form of the first aspect, the AC electric drive motor is coupled directly to the drive shaft of the EGR blower.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브는 EGR 송풍기의 하류에 배치된다.In a possible implementation form of the first aspect, an electronically adjustable EGR throttling valve is arranged downstream of the EGR blower.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브는 EGR 송풍기의 하류에 배치된다.In a possible implementation form of the first aspect, an electronically adjustable EGR throttling valve is arranged downstream of the EGR blower.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 EGR 송풍기의 하류에서 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브 및 EGR 송풍기의 상류에서 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브를 포함한다.In a possible implementation form of the first aspect, the engine comprises an electronically adjustable EGR throttling valve downstream of the EGR blower and an electronically adjustable EGR throttling valve upstream of the EGR blower.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, AC 전기 구동 모터는 주파수 및/또는 전압을 변화시키기 위한 장비를 포함하지 않고 AC 그리드에 결합된다.In a possible implementation form of the first aspect, the AC electric drive motor is coupled to the AC grid without including equipment for changing the frequency and/or voltage.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, EGR 송풍기 레이아웃은 소기 리시버에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, EGR 송풍기의 고정 속도에 의해 커버되는, 미리 정의된 배기가스 바이패스 밸브 및 실린더 바이패스 밸브 위치에서 최저 압력비 및 체적 유량을 갖는 작동점에 따르며, 컨트롤러는 제어된 배기가스 바이패스 밸브를 개방함으로써 다른 모든 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로서 EGR 유동을 제어하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the EGR blower layout is required to achieve the relevant oxygen setpoint in the scavenging air receiver, and is covered by the fixed speed of the EGR blower, a predefined exhaust gas bypass valve and a cylinder bypass valve. In accordance with the operating point with the lowest pressure ratio and volumetric flow rate at the position, the controller is configured to control the EGR flow as a function of the oxygen setpoint for all other operating points by opening the controlled exhaust gas bypass valve.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, EGR 송풍기 레이아웃은 보조 송풍기가 정상적으로 작동하는 범위에서 소기 리시버에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 상기 EGR 송풍기의 고정 속도에 의해 커버되는, 보조 송풍기 또는 송풍기들이 꺼진 상태에서 최저 압력비 및 체적 유량을 갖는 작동점에 따르며, 컨트롤러는 하나 이상 상기 보조 송풍기의 스위치를 끄고/끄거나 상기 보조 송풍기 또는 송풍기들의 유동을 스로틀링함으로써 이 작동점 및 다른 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로서 상기 EGR 유동을 제어하도록 구성된다.In a possible implementation form of the first aspect, the EGR blower layout is an auxiliary blower or blower, covered by the fixed speed of the EGR blower, which is required to achieve the relevant oxygen setpoint in the scavenging air receiver to the extent that the auxiliary blower is normally operating. In the off state, the operating point with the lowest pressure ratio and volumetric flow rate is followed, and the controller controls this and other operating points for this and other operating points by switching off and/or throttling the flow of one or more of the auxiliary blowers. and control the EGR flow as a function of an oxygen set point.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 하기 실시예로부터 명백해질 것이다.These and other aspects of the present invention will become apparent from the following examples.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, EGR 송풍기가 고가의 장비 없이 가변 기계 또는 전기 구동 및/또는 AC 전기 구동 모터에 전력을 공급하는 가변 주파수 전기 구동과 같은 가변 속도 EGR 송풍기가 가변 속도 EGR 송풍기가 되는 것을 가능하게 하여 엔진이 덜 복잡하고 더 안정적이며 저렴하다는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, a variable speed EGR blower such as a variable frequency electric drive in which the EGR blower supplies power to a variable mechanical or electric drive and/or an AC electric drive motor without expensive equipment is a variable speed EGR blower. It has the advantage of making the engine less complex, more reliable and cheaper.
본 개시의 다음과 같은 상세한 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 대형 2행정 내연기관의 상승 정면도이다.
도 2는 도 1 대형 2행정 내연기관의 상승 측면도이다.
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 내연기관의 개략도이다.
도 4는 EGR 시스템을 갖춘 대형 2행정 내연기관 실시예의 개략도이다.
도 5는 EGR 시스템을 갖춘 다른 대형 2행정 내연기관 실시예의 개략도이다.
도 6은 EGR 시스템을 갖춘 또 다른 대형 2행정 내연기관 실시예의 개략도이다. In the following detailed part of the present disclosure, the present invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.
1 is an elevated front view of a large two-stroke internal combustion engine according to an exemplary embodiment;
Fig. 2 is an elevated side view of the large two-stroke internal combustion engine of Fig. 1;
3 is a schematic diagram of a large two-stroke internal combustion engine according to FIG. 1 ;
4 is a schematic diagram of an embodiment of a large two-stroke internal combustion engine equipped with an EGR system;
5 is a schematic diagram of another embodiment of a large two-stroke internal combustion engine equipped with an EGR system;
6 is a schematic diagram of another embodiment of a large two-stroke internal combustion engine equipped with an EGR system;
도 1, 도 2 및 도 3은 크랭크샤프트(8)와 크로스헤드(9)가 갖춰진 대형 저속 터보 차징 2행정 압축 점화 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진의 개략도를 도시한다. 이 예시적인 실시예에서, 엔진은 여섯 개의 실린더(1)를 열을 지어 갖춘다. 대형 저속 터보 차징 2행정 디젤 엔진은 통상적으로 엔진 프레임(11)에 의해 지지가 되는 실린더 프레임(23)에 의해 지지가 되며, 열을 지어 4개 내지 14개의 실린더(1)를 갖는다. 이 엔진은 예컨대, 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동하는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 이 엔진의 총 출력은 예컨대, 1,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다.1 , 2 and 3 show a large low speed turbocharged two-stroke compression ignition engine equipped with a
이 엔진은, 이 예시적인 실시예에서, 각 실린더 라이너(1) 하부 영역에 소기 포트(18) 및 실린더 라이너(1) 상단에 중앙 배기 밸브(4)가 갖춰진 2행정 단류 유형의 압축 점화 엔진이다. 그러나 이 엔진은 압축 점화될 필요가 없고 대신에 스파크 점화될 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 본 실시예에서, 엔진의 압축 압력은 압축 점화를 위해 적당히 높을 것이지만, 엔진이 더 낮은 압축 압력으로 작동하고 스파크 또는 유사한 수단에 의해 점화될 수 있음을 이해한다. This engine, in this exemplary embodiment, is a compression ignition engine of the two-stroke single flow type equipped with a scavenging
엔진의 흡기 시스템은 소기 리시버(2)를 포함한다. 상기 소기는 소기 리시버(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(18)로 통과한다. 실린더 라이너(1) 내에서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이를 왕복하는 피스톤(10)은 소기를 압축한다. 실린더 커버(22)에 배치된 연료 밸브들(55)을 통해 연료가 분사된다. 이어 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다. The intake system of the engine comprises a scavenging air receiver (2). The scavenging air passes from the scavenging
배기 밸브(4)는 실린더 커버(22)의 중앙에 배치되고 복수의 연료 밸브(55)는 중앙 배기 밸브(4) 주위에 분포된다(사용되는 각 연료 유형에 대해 실린더당 2개 또는 3개의 연료 밸브(55)가 바람직함). 배기 밸브(4)는 컨트롤러(50)에 의해 제어되는 전자유압식 배기 밸브 작동 시스템(미도시)에 의해 작동된다. 컨트롤러(50)는 일 실시예에서, 하나 이상의 마이크로프로세서, 메모리, 및 이러한 제어 유닛의 동작에 필요한 다른 하드웨어를 포함하는 전자 컴퓨터와 같은 전자 제어 유닛이다. 컨트롤러(50)는 엔진(100)의 작동에 영향을 미치는 각종 센서 및 각종 장치에 연결된다. 컨트롤러(50)와 이들 센서 및 장치 사이의 연결은 단순성을 위해 도면에 도시되지 않은 신호 라인 또는 무선 연결의 형태일 수 있다. 컨트롤러(50)는 다양한 제어 유닛의 조합에 의해 형성될 수 있거나 단일 제어 유닛일 수 있다. The exhaust valve 4 is disposed in the center of the
연료 밸브(55)는 연료 공급 시스템의 일부이다. 엔진이 이중 또는 다중 연료 엔진인 경우 다중 연료 시스템이 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(50)는 또한 연료 밸브(55)의 작동을 제어하도록 구성된다.The
배기 밸브(4)가 열리면 배기가스는 실린더(1)와 결합된 배기 덕트를 포함하는 배기 시스템을 통해 배기가스 리시버(3) 내로 유동하고, 계속해서 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저 시스템(5)의 터빈(8)(터보 차징 시스템(5)은 하나 이상의 터보차저를 포함할 수 있음)으로 유동하고, 이로부터 배기가스는 이코노마이저(20)를 거쳐 출구(21)로 그리고 대기 중으로 제2 배출 도관을 통해 유동한다. When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows into the
샤프트를 통해 터보 차징 시스템(5)의 터빈(8)은 공기 입구(12)를 통해 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 이 압축기(7)는 소기 리시버(2)에 이르는 소기 도관(13)에 가압된 소기를 전달한다. 이 소기 도관(13) 내 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(14)를 통과한다.Via a shaft, the
터보차저(5)의 압축기(7)가 소기 리시버(2)에 충분한 압력을 전달하지 않으면, 즉 엔진의 낮은 부하 조건 또는 부분 부하 조건에서는, 냉각된 소기는 소기 유동을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 거쳐 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서, 터보차저 압축기(7)는 충분히 가압된 소기를 전달한 다음, 정지된 보조 송풍기(16)가 역류 방지 밸브(15)를 거쳐 통과된다. If the
소기 가스는 흡기 시스템을 통해 실린더(1) 내로 도입되며, 흡기 시스템은 소기 포트(18)를 통해 실린더(1)에 연결된 소기 가스 리시버(2)를 포함한다. Scavenging gas is introduced into the
실린더에서 생성된 배기가스는 배기 시스템을 통해 배기 되며, 배기 시스템은 배기 밸브(4)를 통해 실린더(1)에 연결된 배기가스 리시버(3)를 포함한다.The exhaust gas generated in the cylinder is exhausted through an exhaust system, which includes an
도 4의 실시예를 참조하면, 엔진은 배기 시스템으로부터 터보차저(5)의 터빈(8) 상류의 위치에서 터보차저(5) 압축기(7)의 하류 위치의 흡기 시스템까지 연장되는 배기가스 재순환 경로(60)를 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한다. 따라서 재순환되어야 하는 배기가스는 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 유동할 수 있다. 이 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 참조 번호로 표시한다.4 , the engine has an exhaust gas recirculation path extending from the exhaust system from a location upstream of the
배기가스 재순환 시스템은 재순환된 배기가스를 처리하도록 구성된 배기가스 재순환 유닛(61)을 포함한다. 재순환되어 사용될 배기가스는 일반적으로 엔진(100)의 손상을 방지하기 위해 흡기 시스템에 들어가기 전에 정화해야 한다. 여기에서, 배기가스 재순환 유닛(61)은 전형적으로 수성 습식 스크러버를 포함할 것이고, 물의 유입과 유출은 도 4에서 수평 화살로 예시된다. 워터 미스트 캐치(water mist catch)(63)는 습식 스크러버에서 사용되는 물을 제거한다. 이에 따라 배기가스 재순환 유닛(61)에는 비교적 깨끗한 물이 공급되고, 배기가스 재순환 유닛(61)에서는 비교적 오염된 물이 제거된다.The exhaust gas recirculation system includes an exhaust
EGR 송풍기(29)는 재순환된 배기가스를 배기 시스템으로부터 흡기 시스템으로 강제하기 위해 제공된다. EGR 송풍기(29)는 대형 2행정 내연기관의 배기 시스템의 압력이 일반적으로 흡기 시스템의 충전 압력보다 낮으므로 필요하다.An
EGR 송풍기(29)는 AC 전기 구동 모터(33)에 의해 구동된다. AC 전기 구동 모터(33)는 실시예에서 상기 EGR 송풍기(29)를 구동하기 위해 EGR 송풍기(29)에 직접 결합된다. AC 전기 구동 모터(33)는 전기 스위치(35)에 의해 AC 그리드(예: 대형 2행정 내연기관(100)이 설치된 선박의 AC 전력망 또는 대형 2행정 내연기관(100)이 설치된 건물 또는 기타 시설의 AC 전력망)에 직접 연결된다. The
AC 전기 구동 모터(33)는 전력망의 AC 전력으로 전력을 공급받을 때 AC 주파수에 의해 결정되는 일정한 속도로 작동하도록 구성된다. EGR 송풍기(29)는 AC 전기 구동 모터(33)에 직접 기계적으로 결합되기 때문에, EGR 송풍기(29)도 소정의 일정한 속도로 작동하도록 구성된다.The AC
일 실시예에서, AC 전기 구동 모터(33)의 구동축은 EGR 송풍기(29)의 구동축에 직접 결합된다. AC 전기 구동 모터(33)는 소정의 일정한 속도로, 즉 일정한 주파수를 갖는 전력(AC)이 공급될 때 작동하도록 구성된다.In one embodiment, the drive shaft of the AC
AC 전기 구동 모터(33)의 회전 속도는 AC 전기 구동 모터(33)에 전달되는 AC 전력의 주파수에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 그리드의 AC 전력은 일정한 주파수를 가지므로 AC 전기 구동 모터(33)의 작동 속도는 일정하다. The rotational speed of the AC
일 실시예에서, AC 전기 구동 모터(33)는 정상 상태에서 출력 샤프트의 회전이 공급된 전류의 AC 사이클의 정수보다 약간 작은 비동기식 모터이다.In one embodiment, the AC
일 실시예에서, AC 전기 구동 모터(33)는 정상 상태에서 샤프트의 회전이 공급 전류의 주파수와 동기화되는 동기식 모터이다. 회전 주기는 AC 사이클의 정수와 정확히 같다.In one embodiment, the AC
따라서, 가변 기계식 또는 전기식 가변 드라이브, 예컨대 AC 전기 구동 모터(33)와 EGR 송풍기(29) 사이의 가변 속도 기계식 변속기 및/또는 AC 전기 구동 모터(33)용 전력 공급 시스템의 가변 주파수 드라이브(VFD)가 없다. 그리드에서 AC 전기 구동 모터(33)로 공급되는 전류의 주파수 및/또는 전압을 변경하기 위한 장비가 필요하지 않다.Thus, a variable mechanical or electrically variable drive, such as a variable speed mechanical transmission between the AC
일 실시예에서, AC 전기 구동 모터(33)용 AC 전력은 발전기가 그리드에 전력을 공급하는 엔진(100)에 의해 구동되는 발전기에 의해 생성된다. 다른 실시예에서, AC 전력은 그리드(도시되지 않음)에 전력을 공급하는 보조 엔진, 즉 발전기 세트에 의해 생성된다. 다른 실시예에서, AC 전력은 그리드에 연결된 다른 공급원에 의해 제공된다.In one embodiment, the AC power for the AC
도 4의 실시예에서, EGR 송풍기(29)는 EGR 유닛(61)의 하류로 도시되어 있지만, EGR 송풍기(29)는 EGR 유닛(61)의 상류에도 위치할 수 있음을 이해해야 한다.In the embodiment of FIG. 4 , the
전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)는 EGR 송풍기(29)의 하류에 있는 EGR 경로(60)에 배치된다. 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)는 바람직하게는 밸브를 열기 위해 전동되고 컨트롤러(50)에 연결되어 컨트롤러가 명령 신호를 통해 EGR 스로틀링 밸브(32)의 위치를 제어할 수 있도록 함으로써 EGR 조절 밸브(32)는 EGR 경로(60)를 통해 재순환된 배기가스의 유동에 적용되는 스로틀링의 정도를 제어하도록 지시한다. 따라서, 컨트롤러(50)는 제어 신호를 통해 EGR 스로틀링 밸브(32)의 스로틀링 효과를 증가 또는 감소시킬 수 있다. An electronically adjustable
컨트롤러(50)는 각종 센서와 연결되어 엔진(100)의 작동 상태를 알려준다(예: 엔진 부하, 엔진 속도, 주변 온도, 소기 압력 등). 컨트롤러(50)는 센서(27)로부터 신호를 수신하며, 이는 소기 가스 리시버(2)의 산소 농도를 나타내는 신호를 제공한다. The
컨트롤러(50)는 EGR 시스템을 통해 배기가스의 유동을 조절하기 위한 주요 수단인 신호의 기능으로서 전자적으로 조절 가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)의 위치를 조정함으로써 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하도록 구성된다.The
컨트롤러(50)는 바람직하게는 주어진 산소 농도 설정점에 가깝게 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 농도를 유지하기 위한 목적으로 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서 산소 농도 설정점은 엔진 부하 또는 온도, 습도, 소기 리시버의 소기 압력, 실린더 압력 및 평균 유효 압력과 같은 기타 작동 조건 및 엔진이 작동하는 지리적 위치에 적용되는 배출 요구 사항의 함수이다.The
컨트롤러(50)는 선택적으로 피드포워드 제어와 결합된 피드백 제어에서 센서(27)의 신호를 사용하여 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 농도를 소기 산소 농도 설정점에 가깝게 유지하도록 구성된다. The
컨트롤러(50)는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 방향(스로틀링 증가)으로 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)를 이동시키고 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 증가시키기 위해 개방 방향(스로틀링 감소)으로 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)를 이동시키도록 구성될 수 있다. The
일 실시예에서, 엔진(100)은 압축기(7) 하류의 흡기 시스템과 터빈(8) 상류의 배기 시스템에 연결되는 실린더 바이패스(47)를 포함한다. 실린더 바이패스 도관(47)은 전자적으로 조정가능한 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 및/또는 전자적으로 조정가능한 오리피스(49)를 포함한다. 컨트롤러(50)는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하기 위한 주요 수단으로서 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)의 개방도를 조정함으로써 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하도록 구성될 수 있고, 특히 EGR 변동을 줄여 손실을 스로틀링한다. In one embodiment,
컨트롤러(50)는 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 증가시키기 위해 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 폐쇄 방향으로 이동시키고 EGR 시스템을 통한 배기가스 유동을 감소시키기 위해 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 개방 방향으로 이동시키도록 구성된다.The
이 실시예의 가능한 구현에서, 엔진은 컨트롤러(50)에 의해 제어되는 전자적으로 조정가능한 배기가스 바이패스 스로틀링 밸브(41)를 포함하는 배기 바이패스를 포함한다. In a possible implementation of this embodiment, the engine comprises an exhaust bypass comprising an electronically adjustable exhaust gas
엔진(100) 및 컨트롤러(50)는 다음 시나리오에 따라 EGR 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
- EGR 송풍기 레이아웃은, 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 미리 정의된 작동 속도에서 EGR 송풍기(29)에 의해 커버되는, 개방된 전자 조절식 EGR 스로틀링 밸브(32)에서 압력비 및 체적 유량이 최고인 작동점에 따른다. EGR 유동은 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)를 닫고 EGR 유로(60)에서 정확한 유동을 달성하기 위해 정확한 압력비에서 EGR 송풍기(29)를 작동시켜 다른 모든 엔진 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로 컨트롤러(50)에 의해 제어된다. - the EGR blower layout is an open electronically adjustable
이 시나리오에서 컨트롤러(50)는 다음 최적화 전략으로 작동하도록 구성된다. 전자 제어식 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 엔진 성능에 따라 허용 가능한 범위까지 개방하여 최고 압력비 및 체적 유량에서 작동점을 줄임으로써 EGR 변동을 줄여 스로틀 손실을 줄인다.In this scenario the
- EGR 송풍기 레이아웃은, 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 미리 정의된 작동 속도에서 EGR 송풍기(29)로 커버되는, 개방된 전자 조절식 EGR 스로틀링 밸브(32)에서 압력비 및 체적 유량이 최저인 작동점에 따르고, 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)는 폐쇄된다. EGR 유동은 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(49) 또는 오리피스(32)를 열고 EGR 유로(60)에서 정확한 유동을 달성하기 위해 정확한 압력비에서 EGR 송풍기(29)를 작동시켜 다른 모든 엔진 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로 컨트롤러(50)에 의해 제어된다. 이 시나리오에서 컨트롤러(50)는 다음 최적화 전략으로 작동하도록 구성된다. - the EGR blower layout is an open electronically adjustable EGR throttling valve (32), which is required to achieve the relevant oxygen setpoint in the scavenging air receiver (2) and is covered with the EGR blower (29) at a predefined operating speed In accordance with the operating point where the pressure ratio and volumetric flow rate are lowest, the electronically controlled cylinder
전자 제어 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 엔진 성능에 따라 허용 가능한 범위까지 열어 산소 수준을 제어하고 실린더 바이패스의 허용 가능 범위를 초과하는 경우 EGR 스로틀링 밸브(32)를 사용한다.Control the oxygen level by opening the electronically controlled cylinder bypass throttling valve (42) or orifice (49) to an acceptable range depending on engine performance, and closing the EGR throttling valve (32) when the allowable range of cylinder bypass is exceeded. use.
도 5는 도 4의 실시예와 유사한 엔진의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 참조 번호로 표시한다. 그러나 이 실시예에서, EGR 유로(60)에서 EGR 유동을 스로틀링하기 위한 밸브는 EGR 송풍기(29)의 상류에 배치되고, 센서(27)는 소기 리시버(2)의 상류에 배치되지만, 재순환된 배기가스가 터빈(7)에서 나오는 공기와 혼합되는 흡기 시스템 위치의 하류에 배치된다. Fig. 5 shows another embodiment of an engine similar to the embodiment of Fig. 4; In this embodiment, structures and features that are the same as or similar to the corresponding structures and features previously described or shown herein are, for simplicity, denoted by the same reference numerals as previously used. However, in this embodiment, the valve for throttling the EGR flow in the
이 실시예에서, 엔진(100) 및 컨트롤러(50)는 다음 시나리오에 따라 EGR 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.In this embodiment,
- EGR 송풍기 레이아웃은, 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 미리 정의된 작동 속도에서 EGR 송풍기(29)에 의해 커버되는, 개방된 전자 조절식 EGR 스로틀링 밸브(43)에서 압력비 및 체적 유량이 최고인 작동점에 따른다. EGR 유동은 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(43)를 닫고 EGR 유동 경로(60)에서 정확한 유동을 달성하기 위해 정확한 압력비에서 EGR 송풍기(29)를 작동시켜 다른 모든 엔진 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로서 컨트롤러(50)에 의해 제어된다. - the EGR blower layout is an open electronically adjustable
이 시나리오에서 컨트롤러(50)는 다음 최적화 전략으로 작동하도록 구성된다. 전자 제어식 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 엔진 성능에 따라 허용 가능한 범위까지 열어 최고 압력비 및 체적 유량에서 작동점을 줄임으로써 EGR 변동을 줄여 스로틀 손실을 줄인다.In this scenario the
일 실시예에서, EGR 송풍기 레이아웃은 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 상기 EGR 송풍기(29)의 고정 속도에 의해 커버되는, 미리 정의된 배기가스 바이패스 밸브(41) 및 실린더 바이패스 밸브(42) 위치에서 최저 압력비 및 체적 유량을 갖는 작동점에 따른다. 컨트롤러(50)는 제어된 배기가스 바이패스 밸브(41)를 개방하고 이에 의해 EGR의 정확한 유동을 달성하기 위해 정확한 압력비에서 EGR 송풍기(29)를 가동함으로써 다른 모든 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로서 EGR 유동을 제어하도록 구성된다. EGR 유로(60)에는 비상시 EGR 유로(60)를 폐쇄하기 위한 역류 방지 밸브(미도시)가 마련된다. 컨트롤러(50)는 엔진 성능의 함수로서 실린더 바이패스 밸브(42)를 개방하고 IMO NOx 사이클 허용 가능 한계 내에서 적용 가능한 EGR 변동을 감소시키기 위한 다른 조치를 전개하도록 구성된다.In one embodiment, the EGR blower layout is a predefined exhaust
일 실시예에서, EGR 송풍기 레이아웃은 상기 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 상기 EGR 송풍기(29)의 고정 속도에 의해 커버되는, 보조 송풍기 또는 송풍기들(16)이 꺼진 상태에서 최저 압력비 및 체적 유량을 갖는 작동점에 따른다. 컨트롤러(50)는 보조 송풍기(들)(16)의 스위치를 끄고 보조 송풍기(16)의 유동을 스로틀링하여 EGR 송풍기(29)를 EGR 유로에서 정확한 유동을 달성하기 위한 정확한 압력비에 가깝게 가동시킴으로써 다른 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로 제어되는 EGR 유동을 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(50)는 EGR 송풍기(29)를 정확한 압력비로, 특히 소기 압력을 유지하기 위해 가동할 필요가 없는 보조 송풍기(16)가 없는 부하 범위에서 EGR 송풍기(29)를 정확하게 가동하기 위한 추가 제어 수단을 전개하도록 구성된다.In one embodiment, the EGR blower layout is required to achieve the relevant oxygen setpoint in the scavenging
일 실시예에서, (미도시) 엔진(100)은 EGR 송풍기(29)의 하류에서 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32) 및 EGR 송풍기의 상류에서 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(43)를 포함한다.In one embodiment, (not shown)
도 6은 도 4의 실시예와 유사한 엔진의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 참조 번호로 표시한다. 그러나 이 실시예에서, 재순환될 배기가스는 터보 차징 시스템(5)의 터빈(8)의 저압 측으로부터 취해지고, 재순환된 배기가스는 터보 차징 시스템(5) 압축기(7) 저압 측의 흡기 시스템에 추가된다. 따라서, 이 실시예는 터보 차징 시스템(5)의 저압 측에서 배기가스 재순환으로 작동하는 반면, 도 4 및 도 5의 실시예는 터보 차징 시스템(5)의 고압 측에서 배기가스 재순환으로 작동한다. Fig. 6 shows another embodiment of an engine similar to the embodiment of Fig. 4; In this embodiment, structures and features that are the same as or similar to the corresponding structures and features previously described or shown herein are, for simplicity, denoted by the same reference numerals as previously used. However, in this embodiment, the exhaust gas to be recirculated is taken from the low pressure side of the
다양한 방법과 엔진이 본원의 다양한 실시예와 관련하여 설명되었다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형은 도면, 개시 및 첨부한 청구 범위의 연구로 청구된 발명을 실시할 때 당업자가 이해하고 수행할 수 있다. 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "하나” 또는 “한”은 복수를 배제하지 않는다. 단일 컨트롤러, 프로세서 또는 다른 유닛은 청구 범위에 인용된 여러 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 조치가 단순히 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 사실로 측정된 이들 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구 범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석하지 않아야 한다.Various methods and engines have been described in connection with various embodiments herein. However, other modifications to the disclosed embodiments may be understood and effected by those skilled in the art when practicing the claimed invention upon study of the drawings, the disclosure and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude pluralities. A single controller, processor or other unit may refer to multiple units recited in the claims. It does not indicate that these combinations cannot be used to advantage, as measured by the mere fact that certain measures are recited in different dependent claims. Reference signs used in the claims are intended to limit the scope. should not be interpreted.
1: 실린더
2: 소기가스 리시버
3: 배기가스 리시버
4: 배기밸브
5: 터보차저
7: 압축기
8: 터빈
18: 소기 포트
29: EGR 송풍기
33: AC 전기 구동 모터
50: 컨트롤러1: Cylinder
2: Small gas receiver
3: exhaust gas receiver
4: exhaust valve
5: Turbocharger
7: Compressor
8: turbine
18: scavenging port
29: EGR blower
33: AC electric drive motor
50: controller
Claims (14)
그 하단에 소기 포트(18)가 있고 그 상단에 배기 밸브(4)가 있는 복수의 실린더(1),
소기 가스가 상기 실린더(1) 내로 도입되는 흡기 시스템으로서, 상기 소기 포트(18)를 통해 상기 실린더(1)에 연결된 소기 가스 리시버(2)를 포함하는 상기 흡기 시스템,
상기 실린더에서 생성된 배기가스가 배기되는 배기 시스템으로서, 상기 배기 밸브(4)를 통해 상기 실린더(1)에 연결된 배기가스 리시버(3)를 포함하는 상기 배기 시스템,
상기 흡기 시스템의 압축기(7)를 구동하는 배기 시스템의 터빈(8)을 갖는 적어도 하나의 터보차저(5),
상기 실린더(1)에 연료를 전달하기 위한 연료 시스템,
상기 배기 시스템으로부터 상기 흡기 시스템으로 배기가스의 유동을 전달하기 위한 EGR 시스템으로서, EGR 송풍기(29) 및 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32, 43)를 포함하는 EGR 시스템,
상기 EGR 송풍기(29)를 구동하기 위한 상기 EGR 송풍기(29)에 결합된 AC 전기 구동 모터(33)로서, 상기 AC 전기 구동 모터(33)는 전기 스위치(35)에 의해 AC 그리드에 직접 결합되고, 상기 AC 주파수에 의해 결정된 소정의 일정한 속도로 작동하도록 구성되는 AC 전기 구동 모터(33),
상기 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 농도를 나타내는 신호를 제공하는 센서(27), 그리고
상기 신호를 수신하고 상기 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)에 연결되는 컨트롤러(50)를 포함하며,
상기 컨트롤러(50)는 상기 EGR 시스템을 통해 배기가스의 유동을 조절하기 위한 주요 수단인 상기 신호의 함수로서 상기 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32, 43)의 위치를 조정함으로써 상기 EGR 시스템을 통해 배기가스의 유동을 조절하도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100). In a uniflow type large turbocharged two-stroke internal combustion engine 100,
a plurality of cylinders (1) having a scavenging port (18) at its lower end and an exhaust valve (4) at its upper end,
an intake system through which scavenging gas is introduced into the cylinder (1), the intake system comprising a scavenging gas receiver (2) connected to the cylinder (1) through the scavenging port (18);
an exhaust system from which exhaust gas generated in the cylinder is exhausted, the exhaust system comprising an exhaust gas receiver (3) connected to the cylinder (1) through the exhaust valve (4);
at least one turbocharger (5) with a turbine (8) of the exhaust system for driving the compressor (7) of the intake system;
a fuel system for delivering fuel to the cylinder (1);
an EGR system for delivering a flow of exhaust gas from the exhaust system to the intake system, the EGR system comprising an EGR blower (29) and an electronically adjustable EGR throttling valve (32,43);
an AC electric drive motor (33) coupled to the EGR blower (29) for driving the EGR blower (29), wherein the AC electric drive motor (33) is directly coupled to the AC grid by an electrical switch (35) and , an AC electric drive motor 33 configured to operate at a predetermined constant speed determined by the AC frequency;
a sensor (27) for providing a signal indicative of an oxygen concentration in said scavenging gas receiver (2), and
a controller (50) receiving said signal and coupled to said electronically adjustable EGR throttling valve (32);
The controller 50 controls the EGR system by adjusting the position of the electronically adjustable EGR throttling valves 32 , 43 as a function of the signal which is the primary means for regulating the flow of exhaust gas through the EGR system. A large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100) of a single flow type, configured to regulate the flow of exhaust gas through the engine (100).
상기 컨트롤러(50)는 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 감소시키기 위해 상기 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32, 43)를 폐쇄 방향으로 이동시키고 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 증가시키기 위해 상기 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32, 43)를 개방 방향으로 이동시키도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).According to claim 1,
The controller 50 moves the electronically adjustable EGR throttling valves 32 , 43 in a closed direction to decrease the flow of exhaust gas through the EGR system and increase the flow of exhaust gas through the EGR system. and move the electronically adjustable EGR throttling valves (32, 43) in an open direction to
상기 컨트롤러(50)는 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하기 위한 1차 또는 2차 수단으로서 상기 압축기(7) 하류의 흡기 시스템 및 상기 터빈(8) 상류의 배기 시스템에 연결되는 바이패스 도관(47)에 배치되는, 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)의 개방도를 조정함으로써 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 조절하도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).3. The method of claim 1 or 2,
The controller 50 is a bypass connected to an intake system downstream of the compressor 7 and an exhaust system upstream of the turbine 8 as a primary or secondary means for regulating the flow of exhaust gas through the EGR system. of the single flow type, configured to regulate the flow of exhaust gas through the EGR system by adjusting the degree of opening of an electronically controlled cylinder bypass throttling valve (42) or orifice (49) disposed in a conduit (47) A large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100).
상기 컨트롤러(50)는 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 증가시키기 위해 상기 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 폐쇄 방향으로 이동시키고 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 감소시키기 위해 상기 전자적으로 제어되는 실린더 바이패스 스로틀링 밸브(42) 또는 오리피스(49)를 개방 방향으로 이동시키도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100). 4. The method of claim 3,
The controller 50 moves the electronically controlled cylinder bypass throttling valve 42 or orifice 49 in a closed direction to increase the flow of exhaust gas through the EGR system and exhaust through the EGR system. A large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100) of a single flow type, configured to move the electronically controlled cylinder bypass throttling valve (42) or orifice (49) in an open direction to reduce the flow of gas.
상기 컨트롤러(50)는 상기 소기 가스 리시버(2) 내 산소 농도를 산소 농도 설정점에 가깝게 유지하기 위해 상기 EGR 시스템을 통한 배기가스의 유동을 제어하고, 상기 소기 산소 농도 설정점은 바람직하게는 엔진 부하에 맞추어 조정되도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The controller (50) controls the flow of exhaust gas through the EGR system to maintain the oxygen concentration in the scavenging gas receiver (2) close to an oxygen concentration setpoint, the scavenging oxygen concentration setpoint being preferably an engine A large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100) of a single flow type, configured to be adapted to a load.
상기 컨트롤러는 피드백 및/또는 피드포워드 제어에서 상기 제1 센서(27)의 신호를 사용하여 상기 소기 가스 리시버(2) 내 산소 농도를 소기 산소 농도 설정점에 가깝게 유지하도록 구성되며, 상기 소기 산소 농도 설정점은 바람직하게는 엔진 부하에 맞추어 조정되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).6. The method according to any one of claims 1 to 5,
the controller is configured to maintain the oxygen concentration in the scavenging gas receiver (2) close to a scavenging oxygen concentration set point using the signal from the first sensor (27) in feedback and/or feedforward control, the scavenging oxygen concentration A large turbocharged two-stroke internal combustion engine 100 of single flow type, the setpoint preferably being adjusted to the engine load.
상기 AC 전기 구동 모터(33)는 동기식 전기 구동 모터 또는 비동기식 전기 구동 모터인, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100). 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The AC electric drive motor (33) is a single flow type large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100), which is a synchronous electric drive motor or an asynchronous electric drive motor.
상기 AC 전기 구동 모터(33)의 구동축은 상기 EGR 송풍기(29)의 구동축에 직접 결합되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).8. The method of claim 7,
A single flow type large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100), wherein the drive shaft of the AC electric drive motor (33) is directly coupled to the drive shaft of the EGR blower (29).
상기 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)는 상기 EGR 송풍기(29)의 하류에 배치되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).9. The method according to any one of claims 1 to 8,
and the electronically adjustable EGR throttling valve (32) is disposed downstream of the EGR blower (29).
상기 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(43)는 상기 EGR 송풍기(29)의 상류에 배치되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).9. The method according to any one of claims 1 to 8,
and the electronically adjustable EGR throttling valve (43) is disposed upstream of the EGR blower (29).
상기 EGR 송풍기(29)의 하류에 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(32)와 상기 EGR 송풍기(29)의 상류에 전자적으로 조정가능한 EGR 스로틀링 밸브(43)를 포함하는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Large turbo of single flow type, comprising an electronically adjustable EGR throttling valve (32) downstream of the EGR blower (29) and an electronically adjustable EGR throttling valve (43) upstream of the EGR blower (29) A charging two-stroke internal combustion engine (100).
상기 AC 전기 구동 모터(33)는 주파수 및/또는 전압을 변화시키기 위한 장비를 포함하지 않고 상기 AC 그리드에 결합되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).12. The method according to any one of claims 1 to 11,
and the AC electric drive motor (33) is coupled to the AC grid without equipment for changing frequency and/or voltage.
상기 EGR 송풍기 레이아웃은 상기 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 상기 EGR 송풍기(29)의 고정 속도에 의해 커버되는, 미리 정의된 배기가스 바이패스 밸브(41) 및 실린더 바이패스 밸브(42) 위치에서 최저 압력비 및 체적 유량을 갖는 작동점에 따르며, 상기 컨트롤러(50)는 상기 제어된 배기가스 바이패스 밸브(41)를 개방함으로써 다른 모든 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로서 상기 EGR 유동을 제어하도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The EGR blower layout is a predefined exhaust gas bypass valve (41) and cylinder required to achieve the relevant oxygen setpoint in the scavenging air receiver (2) and covered by the fixed speed of the EGR blower (29). In accordance with the operating point having the lowest pressure ratio and volumetric flow rate at the bypass valve 42 position, the controller 50 opens the controlled exhaust gas bypass valve 41, thereby reducing the oxygen setpoint for all other operating points. A large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100) of a single flow type, configured to control the EGR flow as a function.
상기 EGR 송풍기 레이아웃은 보조 송풍기가 정상적으로 작동하는 범위에서 상기 소기 리시버(2)에서 관련 산소 설정점을 달성하는 데 요구되고, 상기 EGR 송풍기(29)의 고정 속도에 의해 커버되는, 보조 송풍기 또는 송풍기들(16)이 꺼진 상태에서 최저 압력비 및 체적 유량을 갖는 작동점에 따르며, 상기 컨트롤러(50)는 하나 이상 상기 보조 송풍기(16)의 스위치를 끄고/끄거나 상기 보조 송풍기 또는 송풍기들(16)의 유동을 스로틀링함으로써 이 작동점 및 다른 작동점에 대한 산소 설정점의 함수로서 상기 EGR 유동을 제어하도록 구성되는, 단류 타입의 대형 터보 차징 2행정 내연기관(100).
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The EGR blower layout is required to achieve the relevant oxygen set point in the scavenging air receiver (2) to the extent in which the auxiliary blower normally operates, and is covered by the fixed speed of the EGR blower (29). In accordance with the operating point with the lowest pressure ratio and volumetric flow rate with 16 turned off, the controller 50 switches off and/or off one or more of the auxiliary blowers 16 of the auxiliary blower or blowers 16. A large turbocharged two-stroke internal combustion engine (100) of a single flow type, configured to control the EGR flow as a function of an oxygen setpoint for this and other operating points by throttling the flow.
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