KR101861754B1 - Engine system and ship - Google Patents
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Abstract
엔진 시스템(100)은 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양이 감소했을 때, 가변 노즐(32)의 개구 면적을 줄임으로써 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 과급기(20)에 공급되는 배기가스의 양의 비율을 증가시키는 동시에 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양이 증가했을 때, 가변 노즐(32)의 개구 면적을 증가시킴으로써 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 과급기(20)에 공급되는 배기가스의 양의 비율을 줄인다. The engine system 100 reduces the opening area of the variable nozzle 32 when the amount of the exhaust gas discharged from the engine body 10 is reduced so that the amount of exhaust gas discharged from the engine body 10 When the amount of the exhaust gas discharged from the engine body 10 is increased and the opening area of the variable nozzle 32 is increased, the amount of exhaust gas supplied to the engine body 10 is increased, The ratio of the amount of exhaust gas to be supplied to the supercharger 20 to the amount of exhaust gas to be supplied to the supercharger 20 is reduced.
Description
본 발명은 폐열 에너지를 효율적으로 회수하는 엔진 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an engine system for efficiently recovering waste heat energy.
배기가스의 에너지에 의해 구동되는 과급기와 파워 터빈 모두를 구비하는 엔진 시스템(예를 들어, 특허문헌1 참조)에서는 과급기 측으로 필요한 양의 배기가스를 우선적으로 공급하고, 나머지 배기가스를 파워 터빈 측으로 공급한다는 제어가 수행된다. In an engine system (for example, see Patent Document 1) having both a supercharger and a power turbine driven by the energy of exhaust gas, a necessary amount of exhaust gas is preferentially supplied to the turbocharger and the remaining exhaust gas is supplied to the power turbine Control is performed.
또한, 과급기와 파워 터빈 모두를 구비하는 엔진 시스템에서는 파워 터빈 측으로 공급하는 배기가스의 유로에 개폐 밸브를 설치하고, 운전 조건에 따라 그 개폐 밸브를 닫아서 파워 터빈 측으로 배기가스가 흐르지 않도록 제어하는 경우가 있다. Further, in an engine system having both a supercharger and a power turbine, there is a case where an open / close valve is provided in a flow path of exhaust gas to be supplied to the power turbine side and the exhaust gas is controlled to flow to the power turbine side by closing the open / have.
상기 과급기 측으로 배기가스를 우선적으로 공급하는 것과 같은 제어가 수행된다. 엔진 시스템에서는 엔진 본체에서 배출되는 배기가스의 양의 변동으로 인하여 가장 영향을 받는 것은 파워 터빈이며, 파워 터빈의 설정이 문제가 된다. 예를 들어, 파워 터빈은 엔진 본체가 일반적인 운전 때에 고효율이 되도록 설정되는 것이 합리적이지만, 이 경우, 일반적인 운전 때보다 많은 배기가스가 공급되면, 파워 터빈 회전수가 허용값을 초과하지 않도록 배기가스의 일부를 버리게 된다. 이러한 운용은 폐열 에너지를 충분히 회수할 수 있다고는 말할 수 없다. 또한, 당연히 엔진 시스템에는 시스템의 단순화가 요구되고 있다. Control is performed such that the exhaust gas is preferentially supplied to the supercharger side. In the engine system, the power turbine is most influenced by the fluctuation of the amount of the exhaust gas discharged from the engine body, and the setting of the power turbine becomes a problem. For example, it is reasonable that the power turbine is set to be highly efficient at the time of normal operation of the engine main body. However, in this case, when exhaust gas is supplied more than in the normal operation, . It can not be said that this operation can sufficiently recover the waste heat energy. Naturally, the engine system is required to simplify the system.
또한, 파워 터빈 측으로 배기가스가 흐르지 않도록 하는 제어에 대해서는 상기 개폐 밸브를 닫아서 배기가스가 파워 터빈에 흐르지 않도록 하여도, 파워 터빈이 엔진 본체에 연결되어 있는 경우에는 파워 터빈은 엔진 본체에 의해 구동된다. 이때, 파워 터빈은 송풍기처럼 작동하여 기체를 이송하려고 하지만, 상기 개폐 밸브가 닫혀 있음으로써 기체가 흐르지 않게 되어 버린다. 따라서 파워 터빈을 구동하는데 큰 힘이 필요하게 되어 엔진 본체에 큰 부하가 되어 버린다. Also, with respect to the control for preventing exhaust gas from flowing to the power turbine side, the power turbine is driven by the engine body when the power turbine is connected to the engine main body, even if the open / close valve is closed so that the exhaust gas does not flow into the power turbine . At this time, the power turbine operates as a blower and tries to transfer the gas, but the gas does not flow because the opening / closing valve is closed. Therefore, a large force is required to drive the power turbine, which results in a large load on the engine body.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 폐열 에너지를 효율적으로 회수할 수 있으며, 또한 시스템의 단순화를 도모할 수 있는 엔진 시스템을 제공함을 목적으로 하고 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an engine system capable of efficiently recovering waste heat energy and simplifying the system.
또한, 본 발명은 파워 터빈이 배기가스에 의해 구동되지 않을 때에, 엔진 본체에 과도한 부하를 생기는 것을 억제함을 목표로 하고 있다. Further, the present invention aims to suppress an excessive load on the engine body when the power turbine is not driven by the exhaust gas.
본 발명의 일 예에 따른 엔진 시스템은 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스에 의해 구동되는 과급기와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스에 의해 구동되는 파워 터빈과, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스를 상기 과급기에 인도하는 과급기 입구 배관과, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스를 상기 파워 터빈에 인도하는 파워 터빈 입구 배관을 구비하며, 상기 파워 터빈은 입구 측에 설치된 가변 노즐을 갖고, 상기 엔진 본체에서 배출되는 배기가스의 양이 감소했을 때, 상기 가변 노즐의 개구 면적을 줄임으로써 상기 엔진 본체에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 상기 과급기에 공급되는 배기가스의 양의 비율을 증가시키는 동시에 상기 엔진 본체에서 배출되는 배기가스의 양이 증가했을 때, 상기 가변 노즐의 개구 면적을 증가시킴으로써 상기 엔진 본체에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 상기 과급기에 공급되는 배기가스의 양의 비율을 줄이는 배기가스 유량 제어를 수행하도록 구성되어 있다. An engine system according to an embodiment of the present invention includes an engine body, a supercharger driven by exhaust gas discharged from the engine body, a power turbine driven by exhaust gas discharged from the engine body, And a power turbine inlet pipe for guiding the exhaust gas discharged from the engine body to the power turbine, wherein the power turbine has a variable nozzle installed at the inlet side, When the amount of exhaust gas discharged from the engine body is reduced, an opening area of the variable nozzle is reduced to increase the ratio of the amount of exhaust gas to be supplied to the supercharger to the amount of exhaust gas discharged from the engine body At the same time, when the amount of exhaust gas discharged from the engine body increases, the opening area of the variable nozzle is increased By Kim is configured to perform the exhaust gas flow rate control to reduce the amount ratio of the exhaust gas supplied to the turbocharger of the amount of exhaust gas discharged from the engine body.
일반적으로, 가변 노즐은 그 개구 면적을 변화시킴으로써 배기가스량에 따라 터빈(상기 구성에서는 파워 터빈)의 효율을 향상시키기 위해 사용된다. 상기 구성에 따르면, 이 가변 노즐의 개구 면적의 변화에 따라 과급기에 공급하는 배기가스의 양도 동시에 조절하고 있다. 요컨대, 상기 구성에 따르면, 배기가스량에 따라 폐열 에너지를 효율적으로 회수하는 제어와, 과급기에 적절한 양의 배기가스를 공급하는 제어 중 양쪽 모두의 제어를 가변 노즐에 의해 수행할 수 있다. 따라서 상기 엔진 시스템에 따르면, 폐열 에너지를 효율적으로 회수할 수 있고, 또한 시스템의 단순화를 도모할 수 있다. Generally, the variable nozzle is used to improve the efficiency of the turbine (power turbine in the above configuration) according to the amount of exhaust gas by changing the opening area thereof. According to the above configuration, the amount of the exhaust gas to be supplied to the supercharger is adjusted simultaneously with the change in the opening area of the variable nozzle. That is, according to the above configuration, both of the control for efficiently recovering the waste heat energy according to the amount of exhaust gas and the control for supplying exhaust gas suitable for the turbocharger can be performed by the variable nozzles. Therefore, according to the engine system, the waste heat energy can be efficiently recovered and the system can be simplified.
상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 파워 터빈 입구 배관은 상기 과급기 입구 배관에서 분기되어 있으며, 상기 과급기 입구 배관 내의 배기가스의 일부를 상기 파워 터빈에 인도하도록 구성되어 있어도 좋다. In the engine system, the power turbine inlet pipe may be branched from the supercharger inlet pipe, and may be configured to lead a part of the exhaust gas in the supercharger inlet pipe to the power turbine.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 엔진 본체는 상기 과급기로 승압한 새로운 공기를 수용하는 소기관을 가지고 있으며, 상기 배기가스 유량 제어는 상기 소기관 내의 압력이 소정의 하한값보다 작을 때에는 상기 가변 노즐의 개도를 줄이는 동시에 상기 소기관 내의 압력이 소정의 상한값보다 클 때에는 상기 가변 노즐의 개도를 증가시킴으로써 수행되어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 소기관 내의 압력에 따라 가변 노즐이 개폐되기 때문에, 더욱 확실하고 쉽게 과급기에 적정한 양의 배기가스를 공급할 수 있다. Further, in the engine system, the engine main body has a scavenging tube for receiving fresh air boosted by the turbocharger, and the exhaust gas flow rate control is performed such that when the pressure in the scavenging pipe is smaller than a predetermined lower limit value, And increasing the opening of the variable nozzle when the pressure in the scavenging pipe is greater than a predetermined upper limit value. According to such a configuration, since the variable nozzle is opened and closed in accordance with the pressure in the scavenging pipe, it is possible to supply an appropriate amount of exhaust gas to the supercharger more reliably and easily.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 소정의 하한값 및 상기 소정의 상한값은 상기 엔진 본체의 부하가 커짐에 따라 커지도록 설정되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 엔진 부하에 따라 소기관 내의 압력의 상한값 및 하한값을 적절하게 설정할 수 있다. In the engine system, the predetermined lower limit value and the predetermined upper limit value may be set to increase as the load of the engine body increases. According to this configuration, the upper limit value and the lower limit value of the pressure in the scavenge can be appropriately set in accordance with the engine load.
또한, 본 발명의 다른 예에 따른 엔진 시스템은 엔진 본체와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스에 의해 구동되는 과급기와, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스에 의해 구동되며, 상기 엔진 본체의 크랭크 축에 연결되어 있는 파워 터빈과, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스를 상기 과급기에 인도하는 과급기 입구 배관과, 상기 엔진 본체에서 배출된 배기가스를 상기 파워 터빈에 인도하는 파워 터빈 입구 배관과, 상기 파워 터빈 입구 배관에 설치되어 상기 엔진 본체의 운전 조건에 따라 개폐하는 개폐 밸브와, 상기 파워 터빈 입구 배관 중 상기 개폐 밸브보다 하류 측의 부분에 연결되어 상기 파워 터빈 입구 배관으로부터 기체를 추출하는 추기 배관과, 상기 추기 배관에 설치된 추기 밸브를 구비하며, 상기 엔진 본체가 정회전이고 또한 상기 엔진 본체의 부하가 소정의 절환 부하보다 큰 제1 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 여는 동시에 상기 추기 밸브를 닫고, 상기 엔진 본체가 역회전일 때 또는 상기 엔진 본체의 부하가 상기 소정의 절환 부하보다 작은 제2 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 닫거나 상기 제1 조건에서의 상기 개폐 밸브의 개도보다 작은 소개도로 하는 동시에 상기 추기 밸브를 열도록 구성되어 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an engine system including an engine body, a turbocharger driven by exhaust gas discharged from the engine body, and a crankshaft driven by exhaust gas discharged from the engine body, A power turbine inlet pipe for guiding the exhaust gas discharged from the engine body to the power turbine, a power turbine inlet pipe for guiding the exhaust gas discharged from the engine body to the power turbine, An opening / closing valve installed in a turbine inlet pipe for opening and closing according to an operation condition of the engine main body; a supplementary pipe connected to a portion downstream of the opening / closing valve of the power turbine inlet pipe for extracting gas from the power turbine inlet pipe; And an extracting valve provided in the extracting pipe, wherein the engine body is before forward rotation, Closing valve is closed while the engine body is rotating in the reverse direction or when the load of the engine body is lower than the predetermined switching load Closing valve is closed or the introduction opening is smaller than the opening degree of the opening / closing valve under the first condition, and at the same time, the extraction valve is opened.
이러한 구성에 따르면, 파워 터빈이 배기가스에 의해 구동되지 않을 때에, 파워 터빈이 엔진 본체의 크랭크 축에 의해 구동되었다고 해도 파워 터빈을 통과한 기체는 추기 배관에서 추기되기 때문에 파워 터빈을 구동하는 엔진 본체에 과도한 부하가 생기는 것을 억제할 수 있다. According to this configuration, even when the power turbine is driven by the crankshaft of the engine body when the power turbine is not driven by the exhaust gas, since the gas passing through the power turbine is added to the additional piping, It is possible to suppress an excessive load from being generated.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 파워 터빈 입구 배관은 상기 과급기 입구 배관에서 분기되어 있으며, 상기 과급기 입구 배관 내의 배기가스의 일부를 상기 파워 터빈에 인도하도록 구성되어 있어도 좋다. Further, in the engine system, the power turbine inlet pipe may be branched from the supercharger inlet pipe, and may be configured to lead a part of the exhaust gas in the supercharger inlet pipe to the power turbine.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 엔진 본체의 부하가 상승하고 있을 때의 상기 절환 부하인 상승 절환 부하는 상기 엔진 본체의 부하가 하강하고 있을 때의 상기 절환 부하인 하강 절환 부하보다 크게 설정되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 엔진 본체의 부하가 상승할 때와 하강할 때의 서로 다른 특성을 고려한 다음에 엔진 시스템을 운용할 수 있다. 따라서 더욱 적절한 엔진 시스템의 운용이 가능해진다. In the engine system, even if the upward switching load, which is the switching load when the load of the engine body is rising, is set to be larger than the falling switching load, which is the switching load when the load of the engine body is falling good. According to this configuration, the engine system can be operated after taking into consideration different characteristics when the load of the engine body rises and falls. This makes it possible to operate the engine system more appropriately.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 엔진 본체의 부하가 상승하여 상기 상승 절환 부하보다 커졌을 때, 상기 추기 밸브를 닫은 후에 상기 개폐 밸브를 열도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 추기 밸브를 닫는 것과 동시에 개폐 밸브를 여는 것이 아니라, 추기 밸브를 닫은 후에 개폐 밸브를 열기 때문에, 일시적이라도 저항이 작은 유로가 형성되는 경우는 없으며, 과급기에 배기가스를 안정적으로 공급할 수 있다. Further, in the engine system, when the load of the engine body rises and becomes larger than the upward switching load, the on-off valve may be opened after the extraction valve is closed. According to such a configuration, since the opening / closing valve is opened after the closing valve is closed instead of opening the opening / closing valve at the same time as the closing valve is closed, there is no case in which a passage with a small resistance is formed even temporarily, and the exhaust gas is stably supplied to the turbocharger .
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 엔진 본체의 부하가 하강하여 상기 하강 절환 부하보다 작아졌을 때, 상기 개폐 밸브를 닫은 후에 상기 추기 밸브를 열도록 구성되어 있어도 좋다. 이 경우에도, 일시적이라 도 저항이 작은 유로가 형성되는 경우는 없으며, 과급기에 배기가스를 안정적으로 공급할 수 있다. Further, in the engine system, when the load of the engine body is lowered to be smaller than the lower switching load, the engine may be configured to open the extraction valve after closing the opening / closing valve. Even in this case, there is no case in which a flow path with a small resistance is formed even temporarily, and the exhaust gas can be stably supplied to the supercharger.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 파워 터빈을 통과한 배기가스를 배출하는 파워 터빈 출구 배관을 더 구비하며, 상기 추기 배관은 상기 파워 터빈 출구 배관에 연결되어 있고, 상기 파워 터빈 입구 배관에서 추출한 기체를 상기 파워 터빈 출구 배관에 배출해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 파워 터빈이 배기가스에 의해 구동되지 않을 때에, 파워 터빈이 엔진 본체의 크랭크 축에 의해 구동되었다고 해도 파워 터빈을 통과한 기체는 추기 배관을 포함한 순환 유로를 순환하게 되기 때문에, 엔진 본체에 과도한 부하가 생기는 것을 억제할 수 있다. The engine system may further include a power turbine outlet pipe for discharging the exhaust gas passing through the power turbine, wherein the extract pipe is connected to the power turbine outlet pipe, and the gas extracted from the power turbine inlet pipe May be discharged to the power turbine outlet pipe. According to such a configuration, even when the power turbine is driven by the crankshaft of the engine body when the power turbine is not driven by the exhaust gas, the gas passing through the power turbine is circulated through the circulating flow path including the addition pipe, The occurrence of an excessive load on the main body can be suppressed.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 파워 터빈 출구 배관 중 상기 추기 배관이 연결되는 부분과 상기 파워 터빈 사이에 연결되어 있으며, 외기를 상기 파워 터빈 출구 배관에 받아들일 수 있는 공기 취입 배관과, 그 공기 취입 배관에 설치된 공기 취입 밸브를 더 구비하며, 상기 제1 조건일 때 상기 공기 취입 밸브를 닫고, 상기 제2 조건일 때 상기 공기 취입 밸브를 열도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 상기 순환 유로 내의 기체가 바뀌기 때문에, 해당 순환 유로 내의 기체 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제할 수 있다. The engine system may further include an air inlet pipe connected between a portion of the power turbine outlet pipe to which the extracting pipe is connected and the power turbine and capable of receiving outside air into the power turbine outlet pipe, And an air intake valve provided in the intake pipe, wherein the air intake valve is closed when the first condition is satisfied, and the air intake valve is opened when the second condition is satisfied. According to such a configuration, since the gas in the circulating flow path is changed, the temperature of the gas in the circulating flow path can be prevented from rising excessively.
또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 과급기를 통과한 배기가스를 배출하는 과급기 출구 배관을 더 구비하며, 상기 추기 배관은 상기 과급기 출구 배관에 연결되어 있으며, 상기 파워 터빈 입구 배관에서 추출한 기체를 상기 과급기 출구 배관에 배출해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 애초에 상기와 같은 순환 유로가 형성되지 않기 때문에, 순환 유로 내의 기체 온도가 지나치게 상승하는 경우는 없다. The engine system further includes a supercharger outlet pipe for exhausting the exhaust gas passing through the supercharger, wherein the supercharging pipe is connected to the supercharger outlet pipe, and the gas extracted from the power turbine inlet pipe is introduced into the supercharger It may be discharged to an outlet pipe. According to such a configuration, since the circulating flow path as described above is not formed in the beginning, the temperature of the gas in the circulating flow path does not rise excessively.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 선박은 상기 중 어느 하나의 엔진 시스템을 구비하고 있다. Further, a ship according to an example of the present invention includes any one of the engine systems described above.
이상과 같이, 상기 일 예에 따른 엔진 시스템에 따르면, 폐열 에너지를 효율적으로 회수할 수 있고, 또한 시스템의 단순화를 도모할 수 있다. As described above, according to the engine system of the above example, the waste heat energy can be efficiently recovered and the system can be simplified.
또한, 다른 예에 따른 엔진 시스템에 따르면, 파워 터빈이 배기가스에 의해 구동되지 않을 때에, 엔진 본체에 과도한 부하가 생기는 것을 억제할 수 있다. Further, according to the engine system according to another example, when the power turbine is not driven by the exhaust gas, it is possible to suppress the occurrence of an excessive load on the engine body.
도 1은 제1 실시예에 따른 엔진 시스템의 전체도이다.
도 2는 상기 엔진 시스템의 제어계 블록도이다.
도 3은 상기 엔진 시스템의 제어 내용을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 적정한 소기압의 범위를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 엔진 시스템의 전체도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 엔진 시스템의 전체도이다. 1 is an overall view of an engine system according to a first embodiment.
2 is a control system block diagram of the engine system.
3 is a flowchart showing control contents of the engine system.
Fig. 4 is a graph showing the appropriate range of the atmospheric pressure.
5 is an overall view of the engine system according to the second embodiment.
6 is an overall view of the engine system according to the third embodiment.
이하, 실시예에 따른 엔진 시스템에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. Hereinafter, an engine system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and redundant explanations are omitted.
(제1 실시예) (Embodiment 1)
<엔진 시스템의 전체 구성>≪ Overall configuration of engine system >
먼저, 제1 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 전체도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 선박(101)을 항해시키기 위한 이른바 주기(主幾)이며, 엔진 본체(10)와, 과급기(20)와, 파워 터빈(30)과, 각종 배관(41~45)과, 각종 밸브(51,52)를 구비하고 있다. 이하, 이것들에 대해 순차적으로 설명한다. First, the entire configuration of the
엔진 본체(10)는 엔진 시스템(100)의 중심이 되는 장치이다. 본 실시예의 엔진 본체(10)는 이른바 저속 디젤 엔진이다. 엔진 본체(10)는 선단부에 프로펠러(102)가 장착된 프로펠러 축(103)을 회전시키기 위한 것이며, 선박(101)이 전진하는 방향으로 추진력을 발생하는 정회전과, 선박(101)이 후진하는 방향으로 추진력을 발생하는 역회전을 행할 수 있다. 프로펠러 축(103)은 크랭크 축(11)에 연결되어 있으며, 크랭크 축(11)은 복수의 피스톤(12)에 연결되어 있다. 각 피스톤(12)은 실린더(13) 내에서의 연료 폭발에 따라 왕복 운동하고, 각 피스톤(12)의 왕복 운동에 의해 크랭크 축(11)은 회전한다. 또한, 엔진 본체(10)에는 크랭크 축(11)의 회전수, 즉 엔진 본체(10)의 회전수를 측정하는 엔진 회전계(14)가 설치되어 있다. The
또한, 엔진 본체(10)는 각 실린더(13)의 상류 측에 공통의 소기관(15)과, 각 실린더(13)의 하류 측에 공통의 배기관(16)을 구비하고 있다. 소기관(15)은 과급기(20)에서 압축된 공기를 일단 모아서 각 실린더(13)에 공급한다. 소기관(15)에는 소기관(15) 내의 압력(이하, "소기압"이라고 칭함)을 측정하는 소기압계(17)가 설치되어 있다. 배기관(16)은 실린더(13)에서 배출된 배기가스를 일단 모아서 과급기(20) 및 파워 터빈(30)에 공급한다. 엔진 본체(10)는 소기관(15) 및 배기관(16)을 구비함으로써 각 실린더(13)의 연소 사이클에 따라 발생하는 맥동을 억제할 수 있다. 또한, 엔진 본체(10)의 부하(이하, "엔진 부하"라고 칭함)가 커지면, 그에 따라 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양도 증가하게 된다. The engine
과급기(20)는 외부로부터 받아들인 공기를 압축하여 엔진 본체(10)에 공급하는 장치이다. 과급기(20)는 터빈부(21)와 컴프레서부(22)를 갖고 있다. 엔진 본체(10)(배기관(16))에서 배출된 배기가스는 터빈부(21)에 공급된다. 터빈부(21)는 배기관(16)으로부터 공급받은 배기가스의 에너지를 이용하여 회전한다. 터빈부(21)를 통과한 배기가스는 과급기 출구 배관(46)을 통해 연도에 인도된다. 컴프레서부(22)는 연결 축(23)을 통해 터빈부(21)와 연결되어 있다. 따라서 터빈부(21)가 회전함에 따라 컴프레서부(22)도 회전한다. 컴프레서부(22)는 외부로부터 받아들인 공기를 압축하여 소기관(15)에 공급한다. 또한, 엔진 부하가 작은 때에는 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양은 과급기(20)가 필요로 하는 양보다 적지만, 엔진 부하가 커짐에 따라 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양은 과급기(20)가 필요로 하는 양을 초과하여 점차 증가해나간다. The
파워 터빈(30)은 배기가스의 에너지를 이용하여 엔진 본체(10)를 조력하는 장치이다. 파워 터빈(30)은 터빈부(31)와 가변 노즐(32)을 가지고 있다. 파워 터빈(30)에 배기가스가 공급되면, 터빈부(31)는 공급받은 배기가스의 에너지에 의해 회전한다. 터빈부(31)는 엔진 본체(10)의 크랭크 축(11)에 감속기(33)를 통해 연결되어 있으며, 터빈부(21)의 회전 동력이 감속기(33)를 통해 크랭크 축(11)에 전달된다. 또한, 배기가스에 의해 회전할 때 파워 터빈(30)의 회전 방향은 일정하며, 엔진 본체(10)가 정회전하는 경우에만 엔진 본체(10)를 조력할 수 있다. The
가변 노즐(32)은 파워 터빈(30)의 입구 측에 설치되어 있으며, 고리 모양으로 배치된 복수의 가동 베인에 의해 주로 구성되어 있다. 이 가동 베인의 각도를 변경함으로써 가변 노즐(32)의 개구 면적(개도)을 조절할 수 있다. 가변 노즐(32)은 개도를 조절함으로써 터빈부(21)에 대한 유입 속도를 변경하여 파워 터빈(30)을 효율적으로 운용할 수 있다. 요컨대, 파워 터빈(30)에 공급되는 배기가스의 유량이 큰 경우에는 가변 노즐(32)의 개도를 증가시키고 파워 터빈(30)에 공급되는 배기가스의 유량이 작은 경우에는 가변 노즐(32)의 개도를 감소시킨다. 한편, 가변 노즐(32)은 개구 면적이 바뀌는 것이기 때문에 "스로틀"로서도 기능한다. 본 실시예에 있어서, 가변 노즐(32)의 스로틀로서의 기능은 매우 중요하다. 즉, 본 실시예에서는 가변 노즐(32)의 개도를 조절함으로써 단지 파워 터빈(30)(터빈부(31))을 효율적으로 회전시킬 뿐만 아니라 과급기(20)에 공급되는 배기가스의 양(엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 과급기(20)에 공급되는 배기가스의 양의 비율)을 제어하고 있다(배기가스 유량 제어).The
본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 과급기 입구 배관(41), 파워 터빈 입구 배관(42), 파워 터빈 출구 배관(43), 추기 배관(44) 및 엔진 입구 배관(45)을 구비하고 있다. 이 중에서, 과급기 입구 배관(41)은 배기관(16)과 과급기(20)의 터빈부(21)를 연결하고 있으며, 엔진 본체(10)에서 배출된 배기가스를 과급기(20)에 인도하는 배관이다. 또한, 파워 터빈 입구 배관(42)은 과급기 입구 배관(41)에서 분기하여 파워 터빈(30)으로 연장되어 있으며, 과급기 입구 배관(41) 내의 배기가스의 일부를 파워 터빈(30)에 인도하는 배관이다. 또한, 파워 터빈 출구 배관(43)은 파워 터빈(30)의 하류 측에 배치되어 있으며, 파워 터빈(30)을 통과한 배기가스를 연도에 인도하는 배관이다. 또한, 추기 배관(44)은 파워 터빈 입구 배관(42) 중 후술하는 개폐 밸브(51)보다 하류 측의 부분과 파워 터빈 출구 배관(43)을 연결하는 배관이다. 또한, 엔진 입구 배관(45)은 과급기(20)의 컴프레서부(22)와 소기관(15)을 연결하고 있으며, 과급기(20)에서 압축한 공기를 소기관(15)에 인도하는 배관이다. The
개폐 밸브(51)는 파워 터빈 입구 배관(42)에 설치된 밸브이다. 개폐 밸브(51)는 엔진 본체(10)가 역회전할 때(선박(101)이 후진할 때) 및 엔진 부하가 작을 때 닫힌다. 엔진 본체(10)가 역회전하고 있을 때에는 파워 터빈(30)과 엔진 본체(10)(크랭크 축(11))는 서로 저항이 되는 방향으로 회전하기 때문에, 개폐 밸브(51)를 닫고 파워 터빈(30)으로의 배기가스 흐름을 중지하여 파워 터빈(30)이 구동하지 않도록 하고 있다. 또한, 엔진 부하가 작은 때에는 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양이 적기 때문에 모든 배기가스를 과급기(20)에 공급하지 않으면, 엔진 본체(10)의 연소실 부재의 온도가 상승한다. 따라서 엔진 부하가 작은 때에는 개폐 밸브(51)를 닫음으로써 엔진 본체(10)에서 배출된 배기가스를 모두 과급기(20)에 공급하고 있다. 또한, 본 실시예의 개폐 밸브(51)는 "열림"과 "닫힘"의 두 가지 상태를 유지할 수 있는 밸브이면 충분하지만, 개도를 조절할 수 있는 밸브 이어도 좋다. The on-off
추기 밸브(52)는 추기 배관(44)에 설치된 밸브이다. 전술한 개폐 밸브(51)를 닫았을 때 파워 터빈(30)은 배기가스에 의해 구동되는 경우는 없지만, 파워 터빈(30)과 크랭크 축(11)은 연결되어 있기 때문에, 엔진 본체(10)가 회전하고 있는 동안에는 파워 터빈(30)은 크랭크 축(11)(엔진 본체(10))에 의해 구동된다. 이때, 파워 터빈(30)은 송풍기와 같은 작용을 한다. 본 실시예에서는 개폐 밸브(51)를 닫았을 때에는 추기 밸브(52)를 개방함으로써 파워 터빈(30)을 통과한 기체가 순환하는 순환 유로를 형성하고 있다(순환 유로 형성 제어). 요컨대, 개폐 밸브(51)가 닫혔을 때에 추기 밸브(52)를 개방함으로써, 엔진 본체(10)가 정회전하는 경우 및 역회전하는 경우 모두, 기체는 파워 터빈 출구 배관(43), 파워 터빈(30), 파워 터빈 입구 배관(42), 추기 배관(44), 파워 터빈 출구 배관(43)의 순서로 흐르며, 도 1에서 말하면 반시계 방향의 순환 유로가 형성된다. The
만일 추기 배관(44) 및 추기 밸브(52)가 없고, 개폐 밸브(51)를 닫았을 때에 순환 유로가 형성되지 않을 경우에는 다음과 같은 문제가 생긴다. 엔진 본체(10)가 정회전하는 경우 및 역회전하는 경우 중 어느 하나이라도, 파워 터빈(30)은 파워 터빈 출구 배관(43) 내의 기체를 파워 터빈 입구 배관(42)으로 보내려고 한다. 하지만, 개폐 밸브(51)가 닫혀 있을 경우에는 파워 터빈 입구 배관(42) 내의 압력이 점차 높아져 파워 터빈(30)의 전후 차압이 커지는 결과, 파워 터빈(30)을 구동하는 것이 엔진 본체(10)에 큰 부하가 된다. 따라서 본 실시예에서는 개폐 밸브(51)를 닫았을 때에 순환 유로를 형성하여 상기 문제를 회피하고 있다. 또한, 본 실시예의 경우, 추기 밸브(52)는 "열림"과 "닫힘"의 두 가지 상태를 유지할 수 있는 밸브이면 충분하지만, 개도를 조절할 수 있는 밸브이어도 좋다. If there is no
이어, 엔진 시스템(100)의 설정에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 개폐 밸브(51)가 열려 있을 때에 있어서는 과급기(20)에 대한 배기가스 공급량은 가변 노즐(32)의 개도에 따라 조절된다. 여기서, 과급기(20)에 적정한 양의 배기가스를 공급하기 위한 가변 노즐(32)의 개도를 "적정량 공급 개도"라고 부르기로 한다. 또한, 이때 소정 양의 배기가스가 파워 터빈(30)에 공급되는데, 그 배기가스의 양이 파워 터빈(30)으로 흘렀을 때에 가장 효율적으로 파워 터빈(30)이 회전할 수 있는 가변 노즐(32)의 개도를 "최고 효율 개도"라고 부르기로 한다. 그렇다면, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 이런 "적정량 공급 개도"와 "최고 효율 개도"가, 어떤 엔진 부하에 있어서도 거의 일치하도록(예를 들어, 오차가 5% 이내로 되도록) 설정되어 있다. 요컨대, 어떤 엔진 부하에 있어서도 가변 노즐(32)의 개도를 조절하여 과급기(20)에 적절한 양의 배기가스를 공급하면, 필연적으로 파워 터빈(30)이 효율적으로 회전하도록 엔진 시스템(100)이 설정되어 있다. 또한, 이 설정은 파워 터빈(30)의 터빈부(31)의 터빈 날개와 가변 노즐(32)의 조합을 바꾸거나 과급기(20)의 터빈 노즐, 터빈 날개, 컴프레서 휠, 컴프레서 디퓨저 등의 주요 항목을 변경함으로써 행할 수 있다. Next, the setting of the
<제어계의 구성> <Configuration of control system>
다음으로, 엔진 시스템(100) 중 제어계의 구성에 대해 설명한다. 엔진 시스템(100)은 엔진 시스템(100) 전체를 제어하는 제어 장치(60)를 구비하고 있다. 제어 장치(60)는 시피유(CPU), 롬(ROM), 램(RAM) 등으로 구성되어 있다. 도 2는 엔진 시스템(100)의 제어계의 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(60)는 선박(101)을 조작하는 운전 조작반(104), 엔진 본체(10)의 회전수를 측정하는 엔진 회전계(14), 실린더(13) 안으로의 연료 투입량을 측정하는 연료 투입량 지시계(18) 및 소기압을 측정하는 소기압계(17)와 전기적으로 연결되어 있다. 제어 장치(60)는 이러한 각 기기로부터의 입력 신호에 따라 엔진 본체(10)의 회전 방향, 엔진 회전수, 연료 투입량, 소기압과 같은 다양한 정보를 취득한다. Next, the configuration of the control system in the
또한, 제어 장치(60)는 상기 각 기기로부터의 입력 신호에 따라 다양한 연산 등을 수행하여 엔진 시스템(100)의 각부를 제어한다. 본 실시예에서는 제어 장치(60)는 개폐 밸브(51), 추기 밸브(52) 및 가변 노즐(32)과 전기적으로 연결되어 있으며, 각 입력 신호에 따라 수행한 연산 등의 결과에 따라 개폐 밸브(51), 추기 밸브(52) 및 가변 노즐(32)에 제어 신호를 전송한다. In addition, the
또한, 제어 장치(60)는 기능적인 구성으로서, 밸브 제어부(61)와 가변 노즐 제어부(62)를 가지고 있다. 이 중에서 밸브 제어부(61)는 개폐 밸브(51) 및 추기 밸브(52)의 개폐를 제어하는 부분이며, 후술하는 순환 유로 형성 제어를 수행한다. 한편, 가변 노즐 제어부(62)는 가변 노즐(32)의 개도를 결정하는 부분이며, 후술하는 배기가스 유량 제어를 수행한다. 이하, 제어 장치(60)에 의해 수행되는 순환 유로 형성 제어 및 배기가스 유량 제어에 대해 순차적으로 설명한다. In addition, the
<순환 유로 형성 제어> ≪ Circulation flow forming control &
먼저, 도 3을 참조하여 순환 유로 형성 제어에 대해 설명한다. 도 3은 엔진 시스템(100)의 제어 내용을 나타내는 플로우차트이다. 엔진 시스템(100)이 운전되는 동안, 제어 장치(60)는 도 3의 단계(S1~S16)의 사이클을 반복한다. 도 3에서 단계(S1~S10)가, 순환 유로 형성 제어에 관한 부분이다. 순환 유로 형성 제어는 이미 개요를 설명한 바와 같이, 개폐 밸브(51)를 닫았을 때에 추기 밸브(52)를 개방함으로써 파워 터빈(30)을 통과한 기체의 순환 유로를 형성하는 제어이다. First, circulating flow path formation control will be described with reference to FIG. Fig. 3 is a flowchart showing the control contents of the
먼저, 제어 장치(60)는 각종 정보를 취득한다(단계(S1)). 구체적으로는 제어 장치(60)는 각 기기로부터의 입력 신호에 따라 엔진 본체의 회전 방향, 엔진 회전수, 연료 투입량, 소기압을 취득한다. First, the
이어, 제어 장치(60)는 엔진 본체(10)가 정회전인지 여부를 판정한다(단계(S2)). 엔진 본체(10)가 정회전인 경우(단계(S2)에서 예(YES)), 단계(S3)로 진행하고, 엔진 본체(10)가 역회전인 경우(단계(S2)에서 아니오(NO)), 단계(S4)로 진행된다. 이 중 단계(S4)에서는 개폐 밸브(51)를 닫음과 동시에 추기 밸브(52)를 열고, 그 다음에 단계(S1)로 되돌아간다. 이와 같이, 엔진 본체(10)가 역회전인 때에 개폐 밸브(51)를 닫는 것은 파워 터빈(30)과 크랭크 축(11)이 서로 동력을 상쇄하는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 개폐 밸브(51)를 닫았을 때에 추기 밸브(52)를 여는 것은 상술한 바와 같이, 파워 터빈(30)을 통과한 기체가 순환하는 순환 유로를 형성하여 엔진 부하를 경감하기 위함이다. Next, the
단계(S3)에서는 현재 상황에 있어서, 개폐 밸브(51)가 닫혀 있고, 또한 추기 밸브(52)가 열려 있는지 여부를 판정한다. 요컨대, 단계(S3)에서는 하나 앞의 사이클에서 개폐 밸브(51) 및 추기 밸브(52)의 개폐가 어떻게 결정되었는지를 판정(확인)하고 있다. 또한, 적어도 단계(S3)의 판정시에 있어서는 개폐 밸브(51)가 열려있을 때는 반드시 추기 밸브(52)는 닫혀 있고, 개폐 밸브(51)가 닫혀 있을 때에는 반드시 추기 밸브(52)는 열려 있다. 제어 장치(60)는 개폐 밸브(51)가 닫혀 있고, 또한 추기 밸브(52)가 열려 있다고 판정했을 경우(단계(S3)에서 예(YES)), 단계(S5)로 진행한다. 또한, 개폐 밸브(51)가 열려 있고, 또한 추기 밸브(52)가 닫혀 있다고 판정했을 경우(단계(S3)에서 아니오(NO))에는 단계(S6)로 진행한다. In step S3, it is determined whether or not the on-off
단계(S5)에서는 엔진 본체(10)의 회전수와 연료 투입량에 따라 엔진 부하를 산출하여 그 엔진 부하가 상승 절환 부하 이상인지 여부를 판정한다. 단계(S3)에 있어서 개폐 밸브(51)가 닫혀 있다고 판단한 결과 단계(S5)로 진행한 것이기 때문에, 적어도 하나 앞의 사이클에서는 개폐 밸브(51)를 닫는 제어가 이루어졌다고 할 수 있다. 개폐 밸브(51)를 닫았다는 것은 엔진 부하가 작고 파워 터빈(30)에 배기가스를 공급할 수 없었기 때문이다. 그래서 단계(S5)에서는 엔진 부하가 파워 터빈(30)에 배기가스를 공급할 수 없을 정도로 작은 상태인지 또는 파워 터빈(30)에 배기가스를 공급할 수 있을 정도까지 상승해 있는지를 판정하고 있다. 즉, 단계(S5)에 있어서의 "상승 절환 부하"는 엔진 부하가 상승하여 배기가스를 파워 터빈(30)에 공급할 수 있게 될 때의 엔진 부하이며, 본 실시예에서는 예를 들어 50% 부하(엔진 본체(10)의 최대 부하를 100%로 했을 때 50%의 부하)로 설정되어 있다. In step S5, the engine load is calculated in accordance with the number of revolutions of the
단계(S5)에 있어서, 엔진 부하가 상승 절환 부하 이상일 때에는(단계(S5)에서 예(YES)), 배기가스를 파워 터빈(30)에 공급할 수 있게 되었을 때이기 때문에, 개폐 밸브(51)를 열고 추기 밸브(52)를 닫는다(단계(S7)). 다만, 본 실시예에서는 개폐 밸브(51)를 닫는 것과 및 추기 밸브(52)를 여는 것을 동시에 실시하는 것이 아니라 추기 밸브(52)를 닫은 후에 일정 시간을 두고 나서 개폐 밸브(51)를 연다. 만일 개폐 밸브(51)를 여는 것과 동시에 추기 밸브(52)를 닫으면, 개폐 밸브(51)와 추기 밸브(52) 모두가 열린 상태가 일시적으로 발생하여 파워 터빈 입구 배관(42) 내의 기체가 파워 터빈(30)을 경유하지 않고 추기 배관(44)을 통해서 파워 터빈 출구 배관(43)으로 빠져나가는 바이패스 유로가 형성된다. 이 유로는 저항이 적기 때문에, 많은 배기가스가 이 유로에 흘러드는 결과 과급기 입구 배관(41)을 통과하는 배기가스의 양이 감소한다. 이로써 과급기(20)로부터 공급받는 공기의 압력이 변동하여 엔진 본체(10)가 불안정해질 우려가 있다. 반면에, 본 실시예에서는 추기 밸브(52)를 닫은 후에 개폐 밸브(51)를 개방함으로써 과급기(20)에 흐르는 배기가스의 양이 단번에 감소하는 것을 억제하고 있다. 단계(S7)를 거친 후에는 단계(S11)로 진행한다. When the engine load is equal to or greater than the increase switching load (YES in step S5), it is possible to supply the exhaust gas to the
단계(S5)에 있어서, 엔진 부하가 상승 절환 부하보다 작은 때에는(단계(S5)에서 아니오(NO)), 계속하여 배기가스를 파워 터빈(30)에 공급할 수 없는 상태이기 때문에, 개폐 밸브(51)가 닫히고 추기 밸브(52)가 열려 있는 상태를 유지한다(단계(S8)). 단계(S8)를 거친 후에는 단계(S1)로 되돌아간다. When the engine load is smaller than the upward switching load (NO in step S5), the exhaust gas can not be continuously supplied to the
단계(S6)에서는 단계(S1)에서 취득한 엔진 회전수와 연료 투입량에 따라 엔진 부하를 산출하고, 그 엔진 부하가 하강 절환 부하 이상인지 여부를 판정한다. 단계(S3)에 있어서 개폐 밸브(51)가 열려 있다고 판단한 결과 단계(S6)로 진행한 것이기 때문에 적어도 하나 앞의 사이클에서는 개폐 밸브(51)를 여는 제어가 수행되었다고 할 수 있다. 개폐 밸브(51)를 개방한 것은 엔진 부하가 크고, 파워 터빈(30)에 배기가스를 공급할 수 있었기 때문이다. 이를 근거로 단계(S6)에서는 엔진 부하가 파워 터빈(30)에 배기가스를 공급할 수 있을 정도로 큰 상태를 유지하고 있는지, 또는 파워 터빈(30)에 배기가스를 공급할 수 없어질 정도까지 감소했는지를 판정하고 있다. 즉, 단계(S6)에 있어서의 "하강 절환 부하"는 엔진 부하가 하강하여 배기가스를 파워 터빈(30)에 공급할 수 없게 되었을 때의 엔진 부하이며, 본 실시예에서는 예를 들어 45% 부하(엔진 본체의 최대 부하를 100%로 했을 때 45%의 부하)로 설정되어 있다. 또한, 하강 절환 부하와 상승 절환 부하의 값이 다른 것은 이른바 히스테리시스에 기인하기 때문이다. In step S6, the engine load is calculated in accordance with the engine speed and the fuel input amount acquired in step S1, and it is determined whether or not the engine load is equal to or less than the fall switching load. Since it is determined in step S3 that the open /
단계(S6)에 있어서, 엔진 부하가 하강 절환 부하 이상일 때는(단계(S6)에서 예(YES)), 계속하여 배기가스를 엔진 본체(10)에 공급할 수 있는 상태를 유지하고 있는 것이기 때문에, 개폐 밸브(51)가 열리고 추기 밸브(52)가 닫혀 있는 상태를 유지한다(단계(S9)). 단계(S9)를 거친 후에는 단계(S11)로 진행한다. When the engine load is equal to or greater than the lower switching load (YES in step S6), the state where the exhaust gas can be continuously supplied to the
단계(S6)에 있어서, 엔진 부하가 하강 절환 부하보다 작을 때는(단계(S6)에서 예(YES)), 배기가스를 파워 터빈(30)에 공급할 수 없게 되었을 때이기 때문에, 개폐 밸브(51)를 닫고 추기 밸브(52)를 연다(단계(S10)). 다만, 본 실시예에서는 개폐 밸브(51)를 닫는 것과 추기 밸브(52)를 여는 것을 동시에 실시하는 것이 아니라 개폐 밸브(51)를 닫은 후에 일정 시간을 두고 나서 추기 밸브(52)를 연다. 이와 같이, 개폐 밸브(51)를 닫은 후에 추기 밸브(52)를 여는 것은 단계(S7)의 부분에서 설명한 이유와 같으며, 과급기(20)에 흐르는 배기가스의 양이 단번에 감소하는 것을 억제하기 위함이다. 단계(S10)를 거친 후에는 단계(S1)로 되돌아간다. When the engine load is smaller than the lower switching load (YES in step S6), the exhaust gas can not be supplied to the
<배기가스 유량 제어> ≪ Exhaust gas flow rate control &
이어서, 배기가스 유량 제어에 대해 설명한다. 도 3의 단계(S11~S16)가, 배기가스 유량 제어에 대한 부분이다. 배기가스 유량 조절 제어는 파워 터빈(30)에 설치된 가변 노즐(32)의 개도를 조절함으로써 과급기(20)에 적절한 양의 배기가스를 공급하는 동시에 파워 터빈(30)을 효율적으로 운용하는 제어이다. 배기가스 유량 제어는 단계(S7) 또는 단계(S9)를 거친 후에 수행된다. 즉, 배기가스 유량 제어는 개폐 밸브(51)가 열려 있는 상태일 때에만 수행된다. 또한, 과급기(20)에 적절한 배기가스를 공급할 수 있는지 여부는 소기압에 의해 판단할 수 있다. 즉, 소기압이 소정의 값보다 높을 때에는 과급기(20)에 공급하는 배기가스의 양이 과잉이며, 소기압이 소정의 값보다 낮을 때에는 과급기(20)에 공급하는 배기가스의 양이 부족하다고 판단할 수 있다. Next, the exhaust gas flow rate control will be described. Steps S11 to S16 in Fig. 3 are parts for exhaust gas flow rate control. The exhaust gas flow rate control is a control for efficiently operating the
먼저, 제어 장치(60)는 적정한 소기압의 범위를 설정한다(단계(S11)). 여기서, 도 4는 소기압의 범위를 나타내는 그래프이다. 도 4의 가로축은 엔진 부하이며, 세로축은 소기압이다. 도면의 2개의 직선 중, 위의 직선이 상한 소기압을 나타내고 있으며, 아래의 선이 하한 소기압을 나타내고 있다. 이 2개의 직선 사이에 있는 부분이 적정한 소기압의 범위이다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 바와 같이, 엔진 부하가 L1이었을 때에는 하한 소기압은 PL가 되고, 상한 소기압은 PH가 된다. 하한 소기압 및 상한 소기압은 엔진 부하에 따라 다르며, 엔진 부하가 커짐에 따라 크게 설정된다. 실제의 단계(S11)에서는 도 4의 직선을 나타내는 수식을 이용하여 적정한 소기압의 범위를 산출한다. First, the
이어, 제어 장치(60)는 단계(S1)에서 취득한 실제의 소기압이 적정 범위 내에 있는지 여부를 판정한다(단계(S12)). 즉, 실제의 소기압이 단계(S11)에서 설정한 하한 소기압보다 크고, 또한 상한 소기압보다 작은지 여부를 판정한다. 소기압이 적정 범위 내에 있으면(단계(S12)에서 예(YES)), 가변 노즐(32)의 개도를 유지하고(단계(S13)), 단계(S1)로 되돌아간다. 가변 노즐(32)의 개도를 변경하지 않아도 과급기(20)에는 적정한 양의 배기가스가 공급되고 있기 때문이다. 또한, 상술한 바와 같이, 가변 노즐(32)의 개도를 조절하여 과급기(20)에 적절한 양의 배기가스가 공급되고 있을 때에는 필연적으로 파워 터빈(30)이 효율적으로 구동된다. Subsequently, the
한편, 소기압이 적정 범위 내에 없으면(단계(S12에서 아니오(NO)), 실제의 소기압이 적정 범위보다 큰지 여부를 판정한다(단계(S14)). 즉, 실제의 소기압이 상한 소기압보다 큰지 여부를 판정한다. 소기압이 적정 범위보다 큰 경우(단계(S14)에서 예(YES)), 가변 노즐(32)의 개도를 증가시키고(단계(S15), 단계(S1)로 되돌아간다. 이 경우, 과급기(20)에는 필요 이상의 배기가스가 흐르고 있는 것이기 때문에, 가변 노즐(32)의 개도를 증가시켜 과급기(20) 측으로 흐르는 배기가스의 양을 줄이는 제어를 수행한다. 요컨대, 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 과급기(20)에 공급되는 배기가스의 양의 비율을 감소시킨다. 또한, 이렇게 제어하면, 과급기(20)에 적절한 양의 배기가스를 공급하게 되기 때문에, 필연적으로 파워 터빈(30)도 효율적으로 구동된다. On the other hand, if the small pressure is not within the proper range (NO in step S12), it is determined whether or not the actual small pressure is greater than the proper range (step S14) (YES in step S14), the opening degree of the
단계(S14)에서 실제의 소기압이 적정 범위보다 크지 않다고 판정했을 경우(단계(S14)에서 아니오(NO)), 가변 노즐(32)의 개도를 감소시키고(단계(S16)), 단계(S1)로 되돌아간다. 이 경우, 실제의 소기압이 적정 범위보다 크지 않는 것이기 때문에, 실제의 소기압은 적정 범위보다 작게(하한 소기압보다 작게) 된다. 그러면, 과급기(20)에는 배기가스의 양이 부족한 것이기 때문에, 가변 노즐(32)의 개도를 줄여 과급기(20) 측으로 흐르는 배기가스의 양을 증가시키는 제어를 수행한다. 요컨대, 엔진 본체(10)에서 배출되는 배기가스의 양에 대한 과급기(20)에 공급되는 배기가스의 양의 비율을 증가시킨다. 또한, 이렇게 제어하면, 과급기(20)에 적절한 양의 배기가스를 공급하게 되기 때문에, 필연적으로 파워 터빈(30)도 효율적으로 구동된다. If it is determined in step S14 that the actual small pressure is not larger than the proper range (NO in step S14), the opening degree of the
이상과 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 추기 배관(44)과 추기 밸브(52)를 갖추고 있으며, 개폐 밸브(51)가 닫혔을 때에 추기 밸브(52)를 열어서 파워 터빈(30)을 통과하는 기체의 순환 흐름 길을 형성하도록 구성되어 있다. 따라서 개폐 밸브(51)가 닫혔을 때에, 파워 터빈(30)이 크랭크 축(11)에 의해 구동되었다고 해도 파워 터빈(30)의 전후 차압이 너무 커지지 않고, 엔진 본체(10)에 과도한 부하가 생기는 것을 억제할 수 있다. As described above, the
또한, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 파워 터빈(30)이 가진 가변 노즐(32)에 의해 파워 터빈(30)의 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 과급기(20)에 공급하는 배기가스의 양을 조절할 수 있다. 따라서 엔진 시스템(100) 전체의 제어 및 구성의 단순화를 도모할 수 있다. The
(제1 실시예의 변형예) (Modification of First Embodiment)
이상에서는 엔진 본체(10)가 정회전이고 또한 엔진 본체(10)의 부하가 소정의 절환 부하보다 큰(이하, "제1 조건"이라고 칭함) 때 개폐 밸브(51)를 열고, 엔진 본체(10)가 역회전인 때 또는 엔진 본체(10)의 부하가 절환 부하보다 작은 (이하, "제2 조건"이라고 칭함) 때 개폐 밸브(51)를 닫는(완전히 닫는) 경우에 대해 설명하였다. 다만, 제2 조건의 때에는 개폐 밸브(51)를 닫는 것이 아니라 소개도로 해도 좋다. 즉, 도 3의 플로우차트의 단계(S3,S8)의 "개폐 밸브가 닫힘"을 "개폐 밸브가 소개도"로 바꿔 읽고, 단계(S4,S8,S10)의"개폐 밸브를 닫음"을 "개폐 밸브를 소개도로 하고"로 바꿔 읽은 제어를 수행해도 좋다. The open /
여기서 말하는 "소개도"는 제1 조건 때에 있어서 개폐 밸브(51)의 개도보다 작은 개도이며, 제1 소개도와 제2 소개도가 포함된다. 제1 소개도는 개폐 밸브(51)를 통과한 배기가스가, 파워 터빈(30)에 의해 이송되는 상태와 파워 터빈(30)을 구동하는 상태의 경계에 있을 때 개폐 밸브(51)의 개도이다. 또한, 제2 소개도는 제1 소개도보다 작고, 순환 유로에 약간 배기가스가 유입되는 상태일 때 개폐 밸브(51)의 개도이다. Here, the "introduction figure" is an opening degree smaller than the opening degree of the opening / closing
전술한 바와 같이, 개폐 밸브(51)를 닫고 추기 밸브(52)를 열면, 파워 터빈(30)을 통과한 기체는 순환 유로를 통해서 다시 파워 터빈(30)을 통과하지만, 경우에 따라서는 순환 유로 내의 기체 온도가 파워 터빈(30)으로부터 에너지를 받아서 지나치게 상승할 우려가 있다. 한편, 제2 조건의 때에, 개폐 밸브(51)를 제1 소개도 또는 이에 가까운 개도로 하면, 순환 유로 내의 기체가 파워 터빈(30)으로부터 받는 에너지는 감소하여 순환 유로 내의 기체 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 조건의 때에, 개폐 밸브(51)를 제2 소개도로 했을 때에는 배기가스가 약간 순환 유로에 흘러들어 순환 유로의 기체가 바뀌기 때문에 순환 유로 내의 기체 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제할 수 있다. As described above, when the on-off
(제2 실시예) (Second Embodiment)
다음으로, 도 5를 참조하여 제2 실시예에 대해 설명한다. 도 5는 제2 실시예에 따른 엔진 시스템(200)의 전체도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(200)은 공기 취입 배관(47), 공기 취입 밸브(53), 파워 터빈 출구 밸브(54)를 갖추고 있는 점에서, 제1 실시예에 따른 엔진 시스템(100)과 구성이 다르다. 그 이외의 점은 제1 실시예에 따른 엔진 시스템(100)과 기본적으로 동일한 구성이다. Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 5 is an overall view of the
공기 취입 배관(47)은 파워 터빈 출구 배관(43) 중, 추기 배관(44)이 연결되어 있는 부분과 파워 터빈(30) 사이에 연결되어 있으며, 외기를 파워 터빈 출구 배관(43)에 받아들일 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 공기 취입 밸브(53)는 공기 취입 배관(47)에 설치되어 있으며, 그 개폐는 제어 장치(60)에 의해 제어된다. 또한, 파워 터빈 출구 밸브(54)는 파워 터빈 출구 배관(43) 중, 추기 배관(44)이 연결되어 있는 부분과 공기 취입 배관(47)이 연결되는 부분 사이에 형성되어 있으며, 그 개폐는 제어 장치(60)에 의해 제어된다. The
그리고 본 실시예의 순환 유로 형성 제어에서는 개폐 밸브(51)를 열고 추기 밸브(52)를 닫았을 때(제1 조건의 때) 공기 취입 밸브(53)를 닫는 동시에 개폐 밸브(51)를 닫고 추기 밸브(52)를 열었을 때(제2 조건의 때) 공기 취입 밸브(53)를 열도록 구성되어 있다. In the circulating path forming control of the present embodiment, when the opening
본 실시예에 따른 엔진 시스템(200)은 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 개폐 밸브(51)가 닫히고 추기 밸브(52)가 열림으로써 기체가 파워 터빈(30)을 통과하는 순환 유로를 순환하는 경우에도 외기가 공기 취입 배관(47)을 통해 파워 터빈 출구 배관(43)에 받아들여지기 때문에, 순환 유로의 기체(공기 및 배기가스)가 바뀌어 순환 유로의 기체 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제할 수 있다. Since the
또한, 파워 터빈 출구 밸브(54)는 개폐 밸브(51)를 열고 추기 밸브(52)를 닫았을 때(제1 조건의 때)에는 열리고, 개폐 밸브(51)를 닫고 추기 밸브(52)를 열었을 때(제2 조건의 때)에는 닫힌다. 이와 같이 제어함으로써 공기 취입 배관(47)을 통해 파워 터빈 출구 배관(43)에 외기를 받아들일 때, 이에 따라 연도로부터 배기가스가 받아들여져 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로써 순환 유로 내의 기체 온도가 지나치게 상승하는 것을 더욱 억제할 수 있다. The power
(제3 실시예) (Third Embodiment)
다음으로, 도 6을 참조하여 제3 실시예에 대해 설명한다. 도 6은 제3 실시예에 따른 엔진 시스템(300)의 전체도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(300)은 추기 배관(44) 및 파워 터빈 출구 배관(43)의 연결 위치가, 제1 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 경우와 다르다. 그 이외의 점은 제1 실시예에 따른 엔진 시스템(100)과 기본적으로 동일한 구성이다. Next, the third embodiment will be described with reference to Fig. 6 is an overall view of an
본 실시예에서는 파워 터빈 출구 배관(43)은 과급기 출구 배관(46)에 연결되어 있다. 따라서 파워 터빈(30)을 통과한 배기가스는 파워 터빈 출구 배관(43) 및 과급기 출구 배관(46)을 통하여 연도에 인도된다. 또한, 추기 배관(44)은 파워 터빈 입구 배관(42) 중 개폐 밸브(51)보다 하류 측의 부분과, 과급기 출구 배관(46) 중 파워 터빈 출구 배관이 연결되어 있는 부분보다 하류 측의 부분을 연결하고 있다. In this embodiment, the power
본 실시예에 따른 엔진 시스템(300)은 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 개폐 밸브(51)가 닫히고 추기 밸브(52)를 열었을 때, 제1 실시예와 같은 순환 유로는 형성되지 않고 파워 터빈 입구 배관(42)에서 추출된 가스는 과급기 출구 배관(46)으로 배출된다. 따라서 파워 터빈(30)을 통과한 기체가 다시 파워 터빈(30)을 통과하는 경우는 없으며, 파워 터빈(30)의 에너지에 의해 기체 온도가 서서히 상승하여 지나친 상승이 되는 경우는 없다. When the on-off
이상, 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명했지만, 구체적인 구성은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다. Although the embodiment has been described with reference to the drawings, the specific structure is not limited to these embodiments, and design changes and the like that do not depart from the gist of the present invention are included in the present invention.
또한, 엔진 시스템의 일부 부품이 손상되는 등으로 과급기와 파워 터빈이 위험 회전수에 도달하거나 소기압이 위험 소기압에 도달하는 것과 같은 비정상적인 경우에는 이상으로 설명한 엔진 시스템의 동작이 수행되지 않는 경우도 있다. 하지만, 정상시에 있어서 본 발명에 따른 제어가 수행되는 것이면, 그 엔진 시스템은 본 발명에 포함되는 것은 말할 것도 없다. In addition, in the case of abnormality such as the damage of some parts of the engine system, such as when the turbocharger and the power turbine reach dangerous revolutions or the atmospheric pressure reaches the dangerous atmosphere pressure, the operation of the engine system have. However, it is needless to say that the engine system is included in the present invention as long as the control according to the present invention is performed at a normal time.
실시예에 따른 엔진 시스템은 파워 터빈이 감속기를 통해 크랭크 축에 항상 연결되어 있지만, 예를 들어, 감속기와 크랭크 축 사이에 클러치를 설치하여 파워 터빈과 크랭크 축의 연결을 해제할 수 있도록 구성되어 있었다고 해도 파워 터빈과 크랭크 축이 연결된 상태라면 개폐 밸브가 닫혔을 때에는 동일하게 엔진 본체에 과도한 부하가 걸린다는 문제가 발생한다. In the engine system according to the embodiment, although the power turbine is always connected to the crankshaft through the speed reducer, for example, even if the clutch is installed between the reducer and the crankshaft so that the connection between the power turbine and the crankshaft can be released When the power turbine and the crankshaft are connected, there arises a problem that an excessive load is applied to the engine body when the opening / closing valve is closed.
또한, 이상에서는 파워 터빈 입구 배관이, 과급기 입구 배관에서 분기하고 있는 경우에 대해 설명했지만, 파워 터빈 입구 배관과 과급기 입구 배관은 독립적으로 형성되어 있으며, 각각이 배기관에서 과급기로 또는 배기관에서 파워 터빈으로 배기가스를 이송하도록 구성되어 있어도 좋다. The power turbine inlet pipe and the supercharger inlet pipe are separately formed and each is connected to the exhaust pipe to the supercharger or from the exhaust pipe to the power turbine, although the power turbine inlet pipe is branched at the supercharger inlet pipe Or may be configured to transport the exhaust gas.
또한, 상기 실시예에서는 엔진 시스템이 선박에 탑재되어 있는 경우에 대해 설명했지만, 발전 설비에 사용되는 엔진 시스템이어도 본 발명의 구성을 구비한 것이면 당연히 본 발명에 포함된다. Further, in the above embodiment, the case where the engine system is mounted on a ship has been described. However, an engine system used in a power generation facility is naturally included in the present invention as long as it has the configuration of the present invention.
본 발명의 일 예에 따른 엔진 시스템은 폐열 에너지를 효율적으로 회수할 수 있고, 또한 시스템의 단순화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 예에 따른 엔진 시스템은 파워 터빈이 배기가스에 의해 구동되지 않을 때에, 엔진 본체에 과도한 부하가 생기는 것을 억제할 수 있다. 따라서 본 발명의 엔진 시스템은 엔진 시스템의 기술 분야에서 유익하다. The engine system according to an example of the present invention can efficiently recover the waste heat energy and can simplify the system. Further, the engine system according to another example of the present invention can suppress an excessive load on the engine body when the power turbine is not driven by the exhaust gas. Thus, the engine system of the present invention is beneficial in the technical field of engine systems.
10: 엔진 본체 11: 크랭크 축
15: 소기관 20: 과급기
30: 파워 터빈 32: 가변 노즐
41: 과급기 입구 배관 42: 파워 터빈 입구 배관
43: 파워 터빈 출구 배관 44: 추기 배관
47: 공기 취입 배관 51: 개폐 밸브
52: 추기 밸브 53: 공기 취입 밸브
100,200,300: 엔진 시스템 101: 선박10: engine body 11: crankshaft
15: Scavenger 20: Supercharger
30: power turbine 32: variable nozzle
41: supercharger inlet piping 42: power turbine inlet piping
43: Power turbine outlet piping 44: Extraction piping
47: air inlet pipe 51: opening / closing valve
52: extraction valve 53: air intake valve
100, 200, 300: engine system 101: ship
Claims (13)
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되는 과급기와,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되며, 상기 엔진 본체의 크랭크 축에 연결되어 있는 파워 터빈과,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스를 상기 과급기에 인도하는 과급기 입구 배관과,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스를 상기 파워 터빈에 인도하는 파워 터빈 입구 배관과,
상기 파워 터빈 입구 배관에 설치된, 상기 엔진 본체의 운전 조건에 따라 개폐하는 개폐 밸브와,
상기 파워 터빈 입구 배관 중 상기 개폐 밸브보다 하류 측의 부분에 연결되며, 상기 파워 터빈 입구 배관 내의 기체를 추출하는 추기 배관과,
상기 추기 배관에 설치된 추기 밸브를 구비하며,
상기 엔진 본체가 정회전이고, 상기 엔진 본체의 부하가 소정의 절환 부하보다 큰 제1 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 여는 동시에 상기 추기 밸브를 닫고,
상기 엔진 본체가 역회전일 때 또는 상기 엔진 본체의 부하가 상기 소정의 절환 부하보다 작은 제2 조건일 때, 상기 제1 조건에서의 상기 개폐 밸브의 개도보다 작은 소개도로 하는 동시에 상기 추기 밸브를 열도록 구성되어 있고,
상기 소개도에는, 제1 소개도와 제2 소개도가 포함되고,
상기 제1 소개도는, 상기 개폐 밸브를 통과한 배기가스가 상기 파워 터빈에 의해 이송되는 상태와 상기 파워 터빈을 구동하는 상태의 경계에 있을 때 상기 개폐 밸브의 개도이고,
상기 제2 소개도는, 상기 제1 소개도보다 작고, 상기 개폐 밸브보다 상기 파워 터빈 측에 배기 가스가 유입하는 상태일 때 상기 개폐 밸브의 개도인 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
An engine body,
A supercharger driven by an exhaust gas discharged from the engine body,
A power turbine driven by an exhaust gas discharged from the engine body and connected to a crankshaft of the engine body,
A supercharger inlet pipe for guiding the exhaust gas discharged from the engine body to the supercharger,
A power turbine inlet pipe for leading the exhaust gas discharged from the engine body to the power turbine,
An on-off valve provided on the power turbine inlet pipe for opening and closing in accordance with an operation condition of the engine body;
A supplementary pipe connected to a portion of the power turbine inlet pipe downstream of the open / close valve, for extracting gas in the power turbine inlet pipe;
And a bleed valve provided in the bleed pipe,
Closing valve is closed while the engine body is rotating forward and the load of the engine body is a first condition that is greater than a predetermined switching load,
Closing valve in the first condition when the engine body is in the reverse rotation or in a second condition in which the load of the engine body is smaller than the predetermined switching load, Respectively,
The introductory diagram includes a first introductory diagram and a second introductory diagram,
The first introduction view is an opening degree of the on-off valve when the exhaust gas passing through the on-off valve is in a boundary between a state where the exhaust gas is conveyed by the power turbine and a state in which the power turbine is driven,
Wherein the second introduction degree is an opening degree of the opening / closing valve when the first introduction degree is smaller than the first introduction degree and the exhaust gas flows into the power turbine side than the opening / closing valve.
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되는 과급기와,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되며, 상기 엔진 본체의 크랭크 축에 연결되어 있는 파워 터빈과,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스를 상기 과급기에 인도하는 과급기 입구 배관과,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스를 상기 파워 터빈에 인도하는 파워 터빈 입구 배관과,
상기 파워 터빈 입구 배관에 설치된, 상기 엔진 본체의 운전 조건에 따라 개폐하는 개폐 밸브와,
상기 파워 터빈 입구 배관 중 상기 개폐 밸브보다 하류 측의 부분에 연결되어 상기 파워 터빈 입구 배관 내의 기체를 추출하는 추기 배관과,
상기 추기 배관에 설치된 추기 밸브를 구비하며,
상기 엔진 본체가 정회전이고, 상기 엔진 본체의 부하가 소정의 절환 부하보다 큰 제1 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 여는 동시에 상기 추기 밸브를 닫고,
상기 엔진 본체가 역회전일 때 또는 상기 엔진 본체의 부하가 상기 소정의 절환 부하보다 작은 제2 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 닫거나 상기 제1 조건에서의 상기 개폐 밸브의 개도보다 작은 소개도로 하는 동시에 상기 추기 밸브를 열도록 구성되어 있고,
상기 파워 터빈을 통과한 배기가스를 배출하는 파워 터빈 출구 배관을 더 구비하고,
상기 추기 배관은, 상기 파워 터빈 출구 배관에 연결되어 있고, 상기 파워 터빈 입구 배관으로부터 추출한 기체를 상기 파워 터빈 출구 배관에 배출하고,
상기 파워 터빈 출구 배관은, 상기 추기 배관이 연결되는 부분과 상기 파워 터빈 사이에 연결되어 있고, 외기를 상기 파워 터빈 출구 배관에 받아들일 수 있는 공기 취입 배관과, 그 공기 취입 배관에 설치된 공기 취입 밸브를 더 구비하고,
상기 제1 조건일 때 상기 공기 취입 밸브를 닫고, 상기 제2 조건일 때 상기 공기 취입 밸브를 열도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
An engine body,
A supercharger driven by an exhaust gas discharged from the engine body,
A power turbine driven by an exhaust gas discharged from the engine body and connected to a crankshaft of the engine body,
A supercharger inlet pipe for guiding the exhaust gas discharged from the engine body to the supercharger,
A power turbine inlet pipe for leading the exhaust gas discharged from the engine body to the power turbine,
An on-off valve provided on the power turbine inlet pipe for opening and closing in accordance with an operation condition of the engine body;
A supplementary pipe connected to a portion of the power turbine inlet pipe downstream of the opening / closing valve to extract gas in the power turbine inlet pipe;
And a bleed valve provided in the bleed pipe,
Closing valve is closed while the engine body is rotating forward and the load of the engine body is a first condition that is greater than a predetermined switching load,
Closing valve or an introduction which is smaller than the opening degree of the opening / closing valve under the first condition when the engine body is in the reverse rotation or in a second condition in which the load of the engine body is smaller than the predetermined switching load And is configured to open the extraction valve,
Further comprising a power turbine outlet pipe for exhausting exhaust gas passing through the power turbine,
Wherein the additional piping is connected to the power turbine outlet pipe and discharges the gas extracted from the power turbine inlet pipe to the power turbine outlet pipe,
Wherein the power turbine outlet pipe is connected between a portion to which the extracting pipe is connected and the power turbine and includes an air inlet pipe capable of receiving outside air into the power turbine outlet pipe and an air inlet valve Further comprising:
The air intake valve is closed when the first condition is satisfied and the air intake valve is opened when the second condition is satisfied.
상기 파워 터빈 입구 배관은, 상기 과급기 입구 배관으로부터 분기되어 있으며, 상기 과급기 입구 배관 내의 배기가스의 일부를 상기 파워 터빈에 인도하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the power turbine inlet pipe is branched from the supercharger inlet pipe and is configured to lead a part of the exhaust gas in the supercharger inlet pipe to the power turbine.
상기 엔진 본체의 부하가 상승하고 있을 때의 상기 절환 부하인 상승 절환 부하는, 상기 엔진 본체의 부하가 하강하고 있을 때의 상기 절환 부하인 하강 절환 부하보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the upward switching load, which is the switching load when the load of the engine body is rising, is set to be larger than the downward switching load which is the switching load when the load of the engine body is falling.
상기 엔진 본체의 부하가 상승하여 상기 상승 절환 부하보다 커졌을 때, 상기 추기 밸브를 닫은 후에 상기 개폐 밸브를 열도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
5. The method of claim 4,
And opens the on / off valve after closing the extraction valve when the load of the engine body rises and becomes larger than the upward switching load.
상기 엔진 본체의 부하가 하강하여 상기 하강 절환 부하보다 작아졌을 때, 상기 개폐 밸브를 닫은 후에 상기 추기 밸브를 열도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
5. The method of claim 4,
And when the load of the engine body is lowered to become smaller than the lower switching load, the engine is opened after closing the opening / closing valve.
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되는 과급기와,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되며, 상기 엔진 본체의 크랭크 축에 연결되어 있는 파워 터빈과,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스를 상기 과급기에 인도하는 과급기 입구 배관과,
상기 엔진 본체로부터 배출된 배기가스를 상기 파워 터빈에 인도하는 파워 터빈 입구 배관과,
상기 파워 터빈 입구 배관에 설치되어 상기 엔진 본체의 운전 조건에 따라 개폐하는 개폐 밸브와,
상기 파워 터빈 입구 배관 중 상기 개폐 밸브보다 하류 측의 부분에 연결되며 상기 파워 터빈 입구 배관 내의 기체를 추출하는 추기 배관과,
상기 추기 배관에 설치된 추기 밸브를 구비하며,
상기 엔진 본체가 정회전이고, 상기 엔진 본체의 부하가 소정의 절환 부하보다 큰 제1 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 여는 동시에 상기 추기 밸브를 닫고,
상기 엔진 본체가 역회전이거나 상기 엔진 본체의 부하가 상기 소정의 절환 부하보다 작은 제2 조건일 때, 상기 개폐 밸브를 닫거나 상기 제1 조건에서의 상기 개폐 밸브의 개도보다 작은 소개도로 하는 동시에 상기 추기 밸브를 열도록 구성되어 있고,
상기 과급기를 통과한 배기가스를 배출하는 과급기 출구 배관과, 상기 파워 터빈을 통과한 배기가스를 배출하는 파워 터빈 출구 배관을 구비하고,
상기 추기 배관은, 상기 과급기 출구 배관에 연결되어 있고, 상기 파워 터빈 입구 배관으로부터 추출한 기체를 상기 과급기 출구 배관으로 배출하고,
상기 파워 터빈 출구 배관은 상기 과급기 출구 배관에 연결되어 있으며,
상기 추기 배관은 상기 과급기 출구 배관의 상기 파워 터빈 출구 배관이 연결되어 있는 부분보다 하류 측의 부분에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
An engine body,
A supercharger driven by an exhaust gas discharged from the engine body,
A power turbine driven by an exhaust gas discharged from the engine body and connected to a crankshaft of the engine body,
A supercharger inlet pipe for guiding the exhaust gas discharged from the engine body to the supercharger,
A power turbine inlet pipe for leading the exhaust gas discharged from the engine body to the power turbine,
An on-off valve installed on the power turbine inlet pipe for opening and closing according to an operation condition of the engine main body,
A supplementary pipe connected to a portion of the power turbine inlet pipe downstream of the opening / closing valve to extract gas in the power turbine inlet pipe;
And a bleed valve provided in the bleed pipe,
Closing valve is closed while the engine body is rotating forward and the load of the engine body is a first condition that is greater than a predetermined switching load,
Closing valve when the engine body is in the reverse rotation or the load of the engine body is smaller than the predetermined switching load, the opening degree of the opening / closing valve is smaller than the opening degree of the opening / closing valve under the first condition, And configured to open the valve,
A supercharger outlet pipe for exhausting the exhaust gas passing through the turbocharger and a power turbine outlet pipe for exhausting exhaust gas passing through the power turbine,
Wherein the additional pipe is connected to the supercharger outlet pipe and discharges the gas extracted from the power turbine inlet pipe to the supercharger outlet pipe,
The power turbine outlet pipe is connected to the supercharger outlet pipe,
Wherein the additional piping is connected to a portion on the downstream side of a portion of the supercharger outlet piping where the power turbine outlet piping is connected.
A ship characterized by comprising the engine system according to any one of claims 1 to 7.
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