KR102439316B1

KR102439316B1 - 선박용 엔진

Info

Publication number: KR102439316B1
Application number: KR1020180003033A
Authority: KR
Inventors: 백은성; 한주석; 김기두; 유정대; 표준호
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2022-09-02
Also published as: KR20190045794A; KR20190045804A; KR20190045798A; KR102439314B1; KR20190045793A; KR20200009103A; KR102326530B1; KR20190045802A; KR102522655B1; KR102299356B1; KR102310815B1; KR20190045801A; KR20190045796A; KR102423241B1; KR20200008650A; KR102384167B1; KR102442206B1; KR20190045795A; KR102439320B1; KR20190045808A

Abstract

본 발명은 연료를 연소시키기 위한 실린더, 상기 실린더에서 연료가 연소되어 배출되는 배기가스를 저장하는 배기가스리시버, 상기 배기가스리시버로부터 배기가스를 공급받아서 공기를 압축하는 터보차져, 상기 실린더에 공기를 공급하도록 상기 터보차져로부터 압축된 공기를 공급받아 저장하는 소기리시버, 및 상기 소기리시버에 공기를 추가 공급하기 위한 추가공기공급부를 포함하고, 상기 추가공기공급부는 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 소기리시버에 공기를 추가로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진에 관한 것이다.

Description

선박용 엔진{Engine for Ship}

본 발명은 선박을 추진시키기 위한 선박용 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 엔진은 디젤엔진(Diesel Engine), 가스엔진(Gas Turbine Engine), 이중연료엔진(Dual Fuel Engine) 등 다양한 엔진을 포함한다. 특히, 이중연료엔진(Dual Fuel Engine)은 2가지 연료. 예컨대, 가스와 디젤을 병행하여 사용할 수 있는 장점으로 인해 선박에 많이 사용된다.

이러한 이중연료엔진이 설치된 선박(이하, '선박'이라 함)은 가스를 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 가스모드와 디젤을 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 디젤모드 중 하나를 이용하여 운전한다.

이중연료엔진은 실린더, 실린더에서 상하방향으로 왕복운동하는 피스톤, 실린더커버에 설치되어서 실린더에서 연소된 배기가스를 배출시키기 위한 배기밸브, 실린더에서 배출되는 배기가스를 공급받는 배기가스리시버, 실린더의 하측에 설치되어서 실린더 내부로 공기를 공급하는 소기리시버, 실린더의 상측과 하측 사이에 설치되어서 실린더 내부에 가스연료를 공급하는 가스공급부를 포함한다. 또한, 이중연료엔진은 실린더에서 배출되는 배기가스를 이용하여 실린더에 공급되는 공기의 양을 증가시켜서 엔진의 출력을 높이는 터보차져를 포함한다. 터보차져가 압축한 공기는 소기리시버로 공급되어 실린더로 공급될 수 있다.

한편, 종래 선박은 가스모드 운전 시, 소기리시버로부터 실린더 내부로 소기를 공급한 후 피스톤이 상측으로 이동하는 중간에 가스공급부가 실린더의 하측과 상측 사이에서 실린더로 가스연료를 공급하고, 피스톤이 상측으로 더 이동하여서 실린더에 공급된 소기와 가스연료를 압축 연소시켜 추진력을 발생시켰다.

그러나, 종래 기술에 따른 선박용 엔진은 가스모드에서 저부하 시, 예컨대, 항구와 같이 유해물질의 배출이 제한되는 배출제한구역(ECA)을 운항하는 경우 낮은 엔진의 부하로 인해 터보차져가 압축하는 공기량이 적어서 상대적으로 실린더에 공급되는 가스연료 대비 공기의 양이 적은 문제가 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 선박은 가스모드에서 엔진 저부하 시 노킹(Knocking)이 발생하거나 부분적으로 가스연료가 농후하여 조기점화(Pre-ignition)가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 가스모드에서 저부하 시 실린더에 공급되는 공기의 양을 증대시킬 수 있는 선박용 엔진을 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진은 연료를 연소시키기 위한 실린더; 상기 실린더에서 연료가 연소되어 배출되는 배기가스를 저장하는 배기가스리시버; 상기 배기가스리시버로부터 배기가스를 공급받아서 공기를 압축하는 터보차져; 상기 실린더에 공기를 공급하도록 상기 터보차져로부터 압축된 공기를 공급받아 저장하는 소기리시버; 및 상기 소기리시버에 공기를 추가 공급하기 위한 추가공기공급부를 포함할 수 있다. 상기 추가공기공급부는 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 소기리시버에 공기를 추가로 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 추가공기공급부는 공기를 압축하여 공급하는 압축유닛을 포함할 수 있다. 상기 압축유닛은 블로워 또는 컴프레서일 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 추가공기공급부는 상기 소기리시버가 저장한 공기의 압력보다 더 큰 압력으로 압축된 공기를 저장하는 압축공기저장유닛을 포함할 수 있다. 상기 압축공기저장유닛은 스타팅에어리시버 또는 컨트롤에어파이프일 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진에 있어서, 상기 터보차져는 상기 소기리시버에 공급되는 공기의 양을 조절하기 위해 노즐면적을 증감시키는 가변형노즐을 포함할 수 있다. 상기 가변형노즐은 상기 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 소기리시버에 공급되는 공기의 양이 증가하도록 상기 노즐면적을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 가스모드에서 저부하 시 실린더에 공급되는 공기의 양을 증대시키도록 구현됨으로써, 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition)와 같은 이상연소가 발생하는 것을 방지하여 엔진의 효율 및 엔진의 사용수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 엔진의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 터보차져를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 3은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 추가공기공급부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 4는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 압축공기저장유닛을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 5는 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 압축유닛을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 6은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가변형노즐을 설명하기 위한 도 2의 A부분의 개략적인 도면
도 7은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가변형노즐이 노즐을 닫힘상태로 전환한 경우를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 8은 본 발명에 따른 선박용 엔진에서 가변형노즐이 노즐을 열림상태로 전환한 경우를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 9는 본 발명에 따른 선박용 엔진의 개략적인 도면

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박용 엔진에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시, 실린더에 공급되는 공기의 양을 증가시킴으로써 노킹(Knocking), 조기점화(Pre-ignition) 등과 같은 이상연소가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 크게 실린더(2), 배기가스리시버(3), 터보차져(4), 소기리시버(5) 및 추가공기공급부(6)를 포함한다.

상기 가스모드 운전은 가스연료를 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시켜서 선박을 추진시키는 운전방법이다. 상기 엔진 저부하 시는 선박이 질소산화물(NOx)과 같은 유해물질의 배출이 제한되는 배출제한구역(ECA)을 항해하는 경우일 수 있다. 예컨대, 상기 배출제한구역은 항구일 수 있다.

상기 노킹(Knocking)은 실린더 내에서의 이상연소에 의해 망치로 두드리는 것과 같은 소리가 나는 현상이다. 상기 조기점화는 이상연소의 하나로 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 점화되는 현상이다. 상기 실화(Misfiring)는 가스연료 대비 공기량이 많아서 연소가 잘 일어나지 않는 현상이다.

도 1 내지 도 9를 참고하면, 실린더(2)는 연료를 연소시키기 위한 것이다. 상기 실린더(2)는 엔진블록(미도시)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 실린더(2)는 공기, 연료 등이 공급될 수 있는 연소실을 갖는다. 상기 연소실은 내부가 비어있는 원통형태로 형성될 수 있다. 상기 연소실과 상기 엔진블록 사이에는 실린더라이너(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 실린더(2)에는 피스톤이 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 피스톤은 상기 연소실의 내부에서 상하방향으로 왕복운동할 수 있다. 상기 상하방향은 중력방향과 평행한 방향일 수 있으나, 다른 방향일 수도 있다. 상기 실린더(2)에는 가스연료를 공급하기 위한 가스공급부(12, 도 9에 도시됨)가 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 연소실은 상기 가스공급부(12)로부터 가스연료를 공급받을 수 있다. 상기 가스공급부(12)는 상기 실린더(2)의 하측에 설치되는 소기공(미도시)을 통해 외부공기인 소기(掃氣)가 공급된 후에 상기 연소실에 가스연료를 공급할 수 있다. 상기 소기공은 상기 실린더(2)의 하측에서 상기 실린더(2)를 관통하여 형성된 구멍으로, 공기가 충진되어 있는 소기리시버(5)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 소기리시버(5)에 충진된 공기는 상기 소기공을 통해 상기 실린더로 공급될 수 있다. 상기 소기리시버(5)는 터보차져(4)가 상기 실린더에서 배출되는 배기가스를 이용하여 공기를 압축하여 공급함으로써, 공기를 충진할 수 있다. 상기 실린더(2)의 연소실은 피스톤이 왕복 운동함에 따라 체적이 증감될 수 있다. 예컨대, 실린더(2)는 피스톤이 상측방향으로 이동하면, 체적이 감소될 수 있다. 이 경우, 실린더(2)에 공급된 가스연료와 배기가스는 압축될 수 있다. 상기 피스톤이 하사점에서 이동하여 상사점에 도달하면, 실린더(2)의 상측에 설치된 디젤인젝터(미도시)가 디젤을 공급하여 압축된 연료를 착화시킴으로써 가스연료와 공기가 혼합된 혼합기체가 연소 및 폭발하여 피스톤을 하측방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 구동력이 발생되고, 연소실에는 배기가스가 발생될 수 있다. 상기 하사점은 실린더에서 피스톤이 이동할 수 있는 가장 낮은 위치이다. 상기 상사점은 실린더에서 피스톤이 이동할 수 있는 가장 높은 위치이다. 실린더(2)는 피스톤이 하측방향으로 이동하면, 체적이 증가될 수 있다. 피스톤이 하사점 쪽으로 이동하면, 상기 소기리시버(5)에 충진된 공기가 상기 연소실로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 연소실에서 연료의 연소에 의해 발생된 배기가스는 상기 소기리시버(5)에서 공급되는 공기에 의해 상기 연소실의 외부로 배출될 수 있다. 배기가스는 고온으로 인해 자연적으로 상기 연소실의 외부로 배출될 수도 있다. 상기 연소실에서 배출된 배기가스는 상기 실린더(2)에 결합된 배기관을 따라 배출되어서 상기 배기가스리시버(3)로 공급될 수 있다.

상기 배기가스리시버(3)는 상기 실린더(2)에서 연료가 연소되어 배출되는 배기가스를 저장하기 위한 것이다. 상기 배기가스리시버(3)는 내부가 비어 있는 직방체 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 배기가스를 저장할 수 있으면 구(球)형 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 배기가스리시버(3)는 일측이 배기관을 통해 상기 실린더(2)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더(2)의 상측에 설치된 배기밸브가 상기 배기관을 개방하면, 상기 실린더(2)에서 발생된 배기가스가 상기 배기관을 따라 상기 배기가스리시버(3)로 공급될 수 있다. 상기 실린더(2)의 배기가스는 고온 고압의 상태이므로 별도의 이송장치 없이도 상기 배기관을 따라 상기 배기가스리시버(3)로 이동될 수 있다. 상기 배기가스리시버(3)는 상기 배기밸브가 상기 배기관을 폐쇄하면, 상기 실린더(2)로부터 배기가스를 공급받을 수 없다. 상기 배기가스리시버(3)는 상기 실린더(2)로부터 고압의 배기가스가 공급되므로, 소정 압력으로 배기가스를 저장할 수 있다. 상기 배기가스리시버(3)에는 터보차져(4)가 연결될 수 있다.

상기 터보차져(4)는 상기 소기리시버(5)에 공기를 공급하기 위한 것이다. 상기 터보차져(4)는 상기 배기가스리시버(3)로부터 배기가스를 공급받아서, 배기가스의 압력으로 공기를 압축하여서 상기 소기리시버(5)에 압축공기를 공급할 수 있다. 상기 터보차져(4)는 터빈(41)과 압축기(42)를 포함할 수 있다. 상기 터빈(41)과 압축기(42)는 동력전달축으로 서로 연결되도록 구성될 수 있다.

상기 터빈(41)은 상기 압축기(42)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 터빈(41)은 호스 또는 파이프를 통해 상기 배기가스리시버(3)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 터빈(41)은 상기 배기가스리시버(3)로부터 배기가스를 공급받을 수 있다. 이 경우, 상기 배기가스는 압축된 상태일 수 있다. 상기 터빈(41)은 상기 배기가스리시버(3)로부터 배기가스를 공급받아서 상기 배기가스가 터빈날개를 지나가도록 함으로써, 상기 터빈날개를 회전시켜서 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 동력전달축은 상기 터빈날개의 회전축에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 터빈(41)은 배기가스를 이용하여 발생시킨 동력을 상기 동력전달축을 통해 상기 압축기(42)로 전달할 수 있다. 상기 터빈(41)을 거친 배기가스는 이코노마이저 또는 연돌(9, 도 9에 도시됨)로 공급되어서 재활용되거나 외부로 배출될 수 있다.

상기 압축기(42)는 상기 터빈(41)으로부터 동력을 제공받아 외부에 존재하는 공기(Air)를 압축할 수 있다. 상기 압축기(42)는 호스 또는 파이프를 통해 상기 소기리시버(5)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 압축기(42)는 압축한 공기를 상기 소기리시버(5)에 공급할 수 있다. 상기 압축기(42)가 공기를 압축하는 압축률은 상기 터빈(41)이 제공하는 동력의 크기에 비례할 수 있다. 따라서, 상기 터빈(41)은 가변형노즐(411)을 포함할 수 있다. 상기 가변형노즐(411)에 대한 설명은 소기리시버(5) 및 추가공기공급부(6)를 설명한 후에 하기로 한다.

상기 소기리시버(5)는 상기 실린더(2)에 공기를 공급하기 위한 것이다. 상기 소기리시버(5)는 상기 터보차져(4)로부터 압축된 공기를 공급받아서 저장할 수 있다. 상기 소기리시버(5)는 상기 실린더(2)의 하측에 설치된 소기공(미도시)을 통해 상기 실린더(2)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 관 또는 파이프 등을 통해 상기 실린더(2)에 연결될 수도 있다. 상기 소기리시버(5)는 상기 소기공이 개방되면, 상기 실린더(2)에 공기를 공급할 수 있다. 상기 소기리시버(5)는 상기 소기공이 폐쇄되면, 상기 실린더(2)에 공기를 공급할 수 없다. 상기 소기공은 상기 실린더(2)에서 이동하는 피스톤의 위치에 따라 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 상기 소기리시버(5)는 상기 소기공이 개방되면 상기 실린더(2)에 공기를 공급하여야 하므로 소정의 압력으로 공기를 저장할 수 있다. 예컨대, 상기 소기리시버(5)는 1바(bar)에서 8바(bar)의 압력으로 공기를 저장하고 있을 수 있다. 상기 소기리시버(5)는 상기 터보차져(4)로부터 공기를 공급받으므로 상기 터보차져(4)가 압축하는 공기의 양이 적으면, 낮은 압력으로 공기를 저장하게 된다. 반대로, 상기 소기리시버(5)는 상기 터보차져(4)가 압축하는 공기의 양이 많으면, 높은 압력으로 공기를 저장하게 된다. 상기 터보차져(4)는 배기가스를 이용하여 공기를 압축한다. 따라서, 상기 소기리시버(5)는 배기가스의 압력. 즉, 엔진의 부하에 따라 저장하는 공기의 압력이 달라질 수 있다. 예컨대, 가스모드 운전에서 엔진의 부하가 낮으면, 배기가스의 압력이 낮아지므로 터보차져(4)가 압축하는 공기량이 적어져서, 실린더(2)에 공급되는 공기량이 적어진다. 이렇게 되면, 실린더(2)에 공급되는 가스연료 대비 공기량이 적어지게 되므로 노킹(Knocking)이 발생하거나 조기점화(Pre-ignition)가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 추가공기공급부(6)를 포함할 수 있다.

상기 추가공기공급부(6)는 상기 소기리시버(6)에 공기를 추가 공급하기 위한 것이다. 상기 추가공기공급부(6)가 상기 소기리시버(6)에 추가 공급하는 공기량에 따라 상기 소기리시버(5)에 저장된 공기의 압력이 조절될 수 있다. 상기 추가공기공급부(6)는 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 소기리시버(5)에 공기를 추가로 공급할 수 있다. 상기 가스모드는 가스를 주연료로 이용하여 선박을 추진시키기 위한 추진력을 발생시키는 것이다. 상기 가스모드는 디젤을 주연료로 이용하여 선박을 추진시키는 디젤모드에 비해 엔진의 출력이 낮다. 상기 추가공기공급부(6)는 선박을 운전하는 항해사가 가스모드 운전에서 엔진 저부하 모드로 수동으로 전환하면 상기 소기리시버(5)에 추가 공기를 공급할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며 가스모드 운전에서 상기 실린더(2)에 설치된 압력센서가 측정한 압력이 저부하에 속하면 자동으로 상기 소기리시버(5)에 추가 공기를 공급할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시 상기 소기리시버(5)에 추가로 공기를 공급함으로써, 상기 실린더(2)에 공급되는 공기와 가스연료의 혼합비인 공연비를 적절한 수준으로 유지시킬 수 있다. 상기 추가공기공급부(6)는 압축유닛(61) 및 압축공기저장유닛(62)를 포함할 수 있다.

상기 압축유닛(61)는 상기 소기리시버(5)에 압축공기를 생성하여 공급하기 위한 것이다. 상기 압축유닛(61)는 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시, 외부 공기를 흡입 및 압축하여서 상기 소기리시버(5)에 공급할 수 있다. 상기 압축유닛(61)는 상기 터보차져(4)에서 압축된 압축공기를 공급받아서 추가 압축하여 상기 소기리시버(5)에 공급할 수도 있다. 상기 소기리시버(5)는 상기 압축유닛(61)로부터 추가 공기를 공급받으므로, 저장하는 공기의 압력이 높아져서 상기 실린더(2)에 공급하는 공기의 양을 증대시킬 수 있다. 예컨대, 상기 압축유닛(61)는 보조블로워(Auxiliary Blower) 및 컴프레서(Compressor) 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 압축유닛(61)는 공기를 압축하는 압축압력을 조절함으로써, 상기 소기리시버(5)에 공급되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

상기 압축공기저장유닛(62)는 상기 소기리시버(5)에 미리 압축된 압축공기를 공급하기 위한 것이다. 상기 압축공기저장유닛(62)는 호스 또는 파이프와 같은 제1관로를 통해 상기 소기리시버(5)에 연결될 수 있다. 상기 압축공기저장유닛(62)는 공기를 저장하기 위해 내부가 비어 있는 공기저장탱크일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 공기를 저장할 수 있으면 다른 것일 수도 있다. 상기 압축공기저장유닛(62)는 소정의 압력으로 압축된 공기를 저장한다. 상기 압축공기저장유닛(62)는 상기 소기리시버(5)가 저장하고 있는 공기의 압력보다 더 큰 압력으로 압축된 공기를 저장할 수 있다. 따라서, 상기 압축공기저장유닛(62)는 공기를 이송하기 위한 별도의 이송장치 없이 신속하게 상기 소기리시버(5)에 공기를 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 압축공기저장유닛(62)는 스타팅에어리시버(Starting Air Receiver)일 수 있다. 상기 스타팅에어리시버는 엔진 시동 시 사용되는 스타팅에어를 저장하는 저장탱크로, 약 30바(bar)의 압력으로 스타팅에어를 저장한다. 상기 압축공기저장유닛(62)는 컨트롤에어파이프일 수도 있다. 상기 컨트롤에어파이프는 선박에서 압축공기를 이용하는 장치들에 연결된 파이프로, 약 7바(bar)의 압력으로 컨트롤에어를 저장한다. 상기 스타팅에어 및 상기 컨트롤에어는 모두 압축공기일 수 있다. 따라서, 상기 압축공기저장유닛(62)는 상기 소기리시버(5)보다 더 큰 압력으로 공기를 저장하고 있으므로, 신속하게 소기리시버(5)에 공기를 공급할 수 있다. 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 압축공기저장유닛(62)에서 상기 소기리시버(5)로 공기를 공급하기 위해 상기 제1관로에 설치되는 개폐밸브를 포함할 수 있다. 상기 개폐밸브는 제1관로를 개방함으로써, 상기 압축공기저장유닛(62)에서 상기 소기리시버(5)로 공기를 공급할 수 있다. 상기 개폐밸브는 제1관로를 폐쇄함으로써, 상기 압축공기저장유닛(62)에서 상기 소기리시버(5)로 공급되는 공기를 차단할 수 있다. 상기 개폐밸브는 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시 상기 제1관로를 개방할 수 있다. 상기 개폐밸브는 상기 제1관로의 개도를 조절함으로써, 상기 소기리시버(5)에 공급되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시, 상기 압축유닛(61) 및 상기 압축공기저장유닛(62) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 실린더(2)에 공급되는 공기의 양을 증대시킬 수 있으므로, 노킹, 조기점화 등과 같은 이상연소가 발생하는 것을 방지할 수 있어서 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 압축유닛(61)를 이용하여 상기 소기리시버(5)에 추가 공기를 공급하는 경우, 상기 압축공기저장유닛(62)를 이용하는 경우에 비해 상기 소기리시버(5)에 공급하는 공기의 양을 더 정밀하게 제어할 수 있다. 상기 압축유닛(61)는 모터를 이용한 장치이므로, 모터 회전수를 통해 정확한 양의 공기를 압축할 수 있기 때문이다.

셋째, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 압축공기저장유닛(62)를 이용하여 상기 소기리시버(5)에 추가 공기를 공급하는 경우, 상기 압축유닛(61)를 이용하는 경우에 비해 상기 소기리시버(5)에 더 신속하게 공기를 공급할 수 있다. 상기 소기리시버(5)는 압축된 공기를 저장하고 있기 때문에 상기 개폐밸브의 개폐만으로 공기를 공급할 수 있기 때문이다.

넷째, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 엔진 시동 시에만 사용되고 방치되는 스타팅에어를 이용하여 상기 소기리시버(5)에 추가로 공기를 공급할 수 있으므로, 스타팅에어에 대한 사용 범위를 넓힐 수 있다.

도 6 내지 도8을 참고하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가변형노즐(411)을 포함할 수 있다.

상기 가변형노즐(411)은 상기 터보차져(4)에서 상기 소기리시버(5)로 공급하는 공기의 양을 조절하기 위한 것이다. 상기 가변형노즐(411)은 상기 터빈(41)에 설치될 수 있다. 상기 가변형노즐(411)은 노즐면적을 증대시키거나 감소시킬 수 있다. 상기 가변형노즐(411)은 터빈(41)에 설치된 레버(Lever)(미도시)를 올리거나 내림으로써 노즐면적을 증감시킬 수 있다. 상기 노즐면적은 상기 터빈날개의 면적일 수 있다. 예컨대, 도 7을 참고하면 상기 터빈(41)이 상기 배기가스리시버(3)로부터 동일한 압력의 배기가스를 공급받는다고 가정할 경우, 상기 가변형노즐(411)이 노즐을 열림상태에서 닫힘상태로 전환하면, 상기 배기가스에 접촉되는 터빈날개의 면적이 증가되어서 상기 압축기(42)에 전달하는 동력이 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 압축기(42)가 상기 소기리시버(5)에 공급하는 공기의 양이 증가될 수 있다. 반면, 도 8을 참고하면 상기 가변형노즐(411)이 노즐을 닫힘상태에서 열림상태로 전환하면, 상기 배기가스에 접촉되는 터빈날개의 면적이 감소되어서 상기 압축기(42)에 전달하는 동력이 작아질 수 있다. 이에 따라, 상기 압축기(42)가 상기 소기리시버(5)에 공급하는 공기의 양이 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 가변형노즐(411)을 통해 상기 소기리시버(5)에 공급하는 공기의 양을 조절할 수 있으므로 상기 실린더(2)에 공급하는 공기의 양을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증대되는 공기의 양을 조절할 수 있어서 실린더(2)에 공급하는 공기의 양을 정밀하게 제어할 수도 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시, 상기 압축유닛(61), 상기 압축공기저장유닛(62) 및 상기 가변형노즐(411) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 소기리시버(5)에 공기를 추가로 공급할 수 있으므로, 노킹, 조기점화 등과 같은 이상연소가 발생하는 것을 방지할 수 있어서 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시, 상기 추가공기공급부(6)가 상기 소기리시버(5)에 공기를 추가 공급하여서 실린더(2)에 공급하는 공기의 양을 증대시키는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 가스모드 운전에서 엔진 저부하 시 상기 실린더(2)에 공급하는 공기의 양을 증대시킬 수 있으면 상기 추가공기공급부(6)가 상기 실린더(2)에 직접 연결되도록 설치되어서 상기 소기리시버(5)가 상기 실린더(2)에 공기를 공급할 때 상기 실린더(2)에 추가 공기를 공급하도록 구현될 수도 있다.

도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 쿨러(7) 및 워터미스트캐쳐(8)를 더 포함할 수 있다.

상기 쿨러(7)는 상기 압축기(42)에서 압축된 공기를 냉각시키기 위한 것이다. 상기 워터미스트캐쳐(8)는 상기 쿨러(7)에서 냉각된 압축공기로부터 수분을 제거하기 위한 것이다. 이에 따라, 상기 소기리시버(5)에 공급되는 압축공기는 냉각 및 수분이 제거된 상태일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 상기 실린더(2)에 냉각된 공기를 공급할 수 있으므로 온도가 높은 공기를 공급하는 경우에 비해 엔진의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 실린더(2)에 수분이 제거된 공기를 공급할 수 있으므로 실화(Misfiring)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진(1)은 소기바이패스밸브(10, Scavenge Bypass Valve) 및 배기가스바이패스밸브(11, Exhaust Gas Bypass Valve)를 더 포함할 수 있다.

상기 소기바이패스밸브(10)는 가스모드에서 고부하 시 실린더(2)에 공급되는 공기의 양을 감소시키기 위한 것이다. 상기 소기바이패스밸브(10)는 상기 소기리시버(5)와 상기 이코노마이저 또는 연돌(9)을 연결하는 제1파이프에 설치될 수 있다. 상기 소기바이패스밸브(10)는 상기 제1파이프를 개방함으로써, 상기 소기리시버(5)에 저장된 공기를 상기 소기리시버(5)로부터 배출시켜서 상기 이코노마이저 또는 연돌(9)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 소기리시버(5)가 저장하는 공기의 압력이 낮아질 수 있다. 상기 소기바이패스밸브(10)는 상기 제1파이프를 폐쇄함으로써, 상기 소기리시버(5)가 저장하는 공기의 압력을 유지시킬 수 있다.

상기 배기바이패스밸브(11)는 가스모드에서 고부하 시 실린더(2)에 공급되는 공기의 양을 감소시키기 위한 것이다. 상기 배기바이패스밸브(11)는 상기 배기가스리시버(3)와 상기 이코노마이저 또는 연돌(9)을 연결하는 제2파이프에 설치될 수 있다. 상기 배기바이패스밸브(11)는 상기 제2파이프를 개방함으로써, 상기 배기가스리시버(3)에 저장된 배기가스를 상기 배기가스리시버(3)로부터 배출시켜서 상기 이코노마이저 또는 연돌(9)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 터보차져(4)에 공급되는 배기가스의 압력이 낮아짐으로써, 상기 소기리시버(5)에 공급되는 공기의 압력이 낮아질 수 있다. 상기 배기바이패스밸브(11)는 상기 제2파이프를 폐쇄함으로써, 상기 배기가스리시버(3)가 저장하는 배기가스의 압력을 유지시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 선박용 엔진
2 : 실린더 3 : 배기가스리시버
4 : 터보차져 5 : 소기리시버
6 : 추가공기공급부 61 : 압축유닛
62 : 압축공기저장유닛 411 : 가변형노즐

Claims

연료를 연소시키기 위한 실린더;
상기 실린더에서 연료가 연소되어 배출되는 배기가스를 저장하는 배기가스리시버;
상기 배기가스리시버로부터 배기가스를 공급받아서 공기를 압축하는 터보차져;
상기 실린더에 공기를 공급하도록 상기 터보차져로부터 압축된 공기를 공급받아 저장하는 소기리시버; 및
상기 소기리시버에 공기를 추가 공급하기 위한 추가공기공급부를 포함하고,
상기 추가공기공급부는 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 소기리시버에 공기를 추가로 공급하며,
상기 추가공기공급부는,
스타팅에어(Staring air)가 소정 압력으로 저장된 스타팅에어리시버를 이용하여, 상기 엔진의 저부하 시 기압축된 상기 스타팅에어를 상기 소기리시버에 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제1항에 있어서,
상기 추가공기공급부는 공기를 압축하여 공급하는 압축유닛을 포함하고,
상기 압축유닛은 블로워 또는 컴프레서인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제1항에 있어서, 상기 추가공기공급부는,
상기 실린더에 직접 연결되도록 설치되어 상기 소기리시버가 상기 실린더에 공기를 공급할 때 기압축된 상기 스타팅에어를 상기 실린더에 추가로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.
제1항에 있어서,
상기 터보차져는 상기 소기리시버에 공급되는 공기의 양을 조절하기 위해 노즐면적을 증감시키는 가변형노즐을 포함하고,
상기 가변형노즐은 상기 가스모드 운전에서 엔진의 저부하 시 상기 소기리시버에 공급되는 공기의 양이 증가하도록 상기 노즐면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진.