KR101938016B1

KR101938016B1 - Engine system

Info

Publication number: KR101938016B1
Application number: KR1020130107818A
Authority: KR
Inventors: 박형근; 강민구; 갈상학; 배명직
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: KR20150029099A

Abstract

본 발명은 엔진 시스템에 관한 것으로서, 배기가스가 배출되는 배기관과 소기가스가 흡입되는 흡기관을 포함하는 엔진; 상기 흡기관에 연결되어 소기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 압축기와, 상기 배기관에 연결되어 상기 엔진으로부터 배기가스를 공급받아 구동되며 회전력을 상기 압축기로 전달하는 터빈을 포함하는 터보차저; 상기 배기관과 상기 흡기관 사이에 연결되어 소기가스를 상기 배기관으로 우회시키는 소기우회라인; 상기 흡기관 상에 마련되어, 소기가스를 가습시키는 가습장치; 상기 배기관 상에 마련되어, 배기가스의 압력을 조절하는 EGR 댐퍼; 상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되어 회수되도록 상기 흡기관에 연결되는 EGR라인; 상기 EGR라인 상에 마련되어, 배기가스(EGR가스)의 유량을 조절하는 EGR밸브; 상기 EGR라인 상에서 상기 EGR밸브의 하류에 마련되어, EGR가스는 배출시키되 소기가스의 유입은 차단하는 리드밸브; 상기 EGR라인 상에서 상기 EGR밸브와 상기 리드밸브 사이에 마련되어, EGR가스를 정화하는 정화장치(DPF, Diesel Particulate Filter); 상기 EGR라인 상에서 정화된 EGR가스를 냉각하는 EGR쿨러; 및 상기 흡기관에서 상기 EGR라인이 연결되는 지점의 하류에 마련되어 혼합된 소기가스와 EGR가스를 냉각하는 에어쿨러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 엔진 시스템은, 일정량의 배기가스와 물로 가습된 소기가스(연소공기)를 혼합하여 연소실(실린더)에 공급하여 실린더 내의 연소가스 온도를 저하시킴으로써 질소산화물을 감소시키고, 소기우회라인을 통해 소기가스를 일부 우회시켜 배기관으로 배출시킴으로써 서지발생을 방지하여 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. The present invention relates to an engine system, including an engine including an exhaust pipe through which exhaust gas is exhausted and an intake pipe through which the exhaust gas is sucked; A turbocharger connected to the intake pipe and compressing the raw gas to supply the exhaust gas to the engine; and a turbine connected to the exhaust pipe and driven by receiving exhaust gas from the engine and transmitting rotational force to the compressor; A scavenging line connected between the exhaust pipe and the intake pipe to bypass the scavenging gas to the exhaust pipe; A humidifier provided on the intake pipe for humidifying the raw gas; An EGR damper provided on the exhaust pipe to regulate the pressure of the exhaust gas; An EGR line connected to the intake pipe so as to exhaust and recover exhaust gas from the engine; An EGR valve provided on the EGR line for regulating a flow rate of exhaust gas (EGR gas); A reed valve provided downstream of the EGR valve on the EGR line for discharging the EGR gas but shutting off the flow of the desired gas; A DPF (Diesel Particulate Filter) provided between the EGR valve and the reed valve on the EGR line for purifying the EGR gas; An EGR cooler for cooling the EGR gas purified on the EGR line; And an air cooler provided downstream of a point where the EGR line is connected to the intake pipe to cool the mixed scavenge gas and the EGR gas.
The engine system according to the present invention reduces the nitrogen oxide by reducing the temperature of the combustion gas in the cylinder by supplying a predetermined amount of exhaust gas and the scavenging gas (combustion air) humidified with water to the combustion chamber (cylinder) It is possible to prevent the occurrence of surge and prevent the efficiency of the engine from deteriorating.

Description

[0001]

본 발명은 엔진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an engine system.

엔진 시스템은 연소실에 유입된 공기(소기가스)를 고온 고압으로 압축하고 보다 큰 압력의 연료를 분사 및 미립화시켜 점화시킨 후 배기가스를 방출한다. 이러한, 엔진 시스템은 연료가 연소되는 연소실을 구비하는 엔진과, 엔진과 연결되는 터보차저(Turbo Charger; 과급기)를 포함한다. The engine system compresses the air (raw gas) introduced into the combustion chamber to a high temperature and a high pressure, injects and fills a fuel with a larger pressure, and ignites the exhaust gas. The engine system includes an engine having a combustion chamber in which fuel is combusted, and a turbocharger (turbocharger) connected to the engine.

여기서, 터보차저는 연료의 효율을 상승시키기 위하여, 압축기에서 공기를 미리 압축하여 연소실로 공급하게 된다. 이와 같이, 엔진에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 주입하는 터보차저가 엔진에 연결된다.Here, in order to increase the efficiency of the fuel, the turbocharger pre-compresses the air in the compressor and supplies it to the combustion chamber. Thus, a turbocharger for compressing and injecting air using the exhaust gas pressure discharged from the engine is connected to the engine.

엔진은 엔진회전수에 따라서 공기가 항상 과잉 공급되므로 유해물질인 질소산화물이 다량으로 배출되는데, 환경문제에 대한 규제에 의해 유해물질을 제거할 필요가 있다. 따라서, 엔진의 배기가스를 다시 흡기 쪽으로 재순환시켜 연소시의 배기가스 내에 존재하는 유해물질을 저감시키기도 한다.Since the engine is always supplied with excess air in accordance with the engine speed, a large amount of nitrogen oxide, which is a harmful substance, is discharged, and it is necessary to remove harmful substances by regulation on environmental problems. Therefore, the exhaust gas of the engine is recirculated back to the intake side to reduce the harmful substances present in the exhaust gas at the time of combustion.

여기서, 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR)은 배기가스의 일부를 엔진의 소기가스(흡입공기)에 공급함으로써, 연소실 온도를 떨어뜨려 질소산화물의 생성을 억제할 수 있다. Here, exhaust gas recirculation (EGR) can suppress the generation of nitrogen oxides by reducing the temperature of the combustion chamber by supplying a part of the exhaust gas to the scavenging gas (intake air) of the engine.

또한 엔진의 흡입공기를 물로 가습시키면 흡입공기의 열용량이 증가해 연소가스의 온도 상승이 억제되어 질소산화물의 발생이 줄어드는데, 배기가스재순환 장치와 같이 사용하면 엔진의 질소산화물 배출이 더 많이 줄일 수가 있다.In addition, when the intake air of the engine is humidified by water, the heat capacity of the intake air is increased, the temperature rise of the combustion gas is suppressed and the generation of nitrogen oxides is reduced. When used together with the exhaust gas recirculation device, have.

한편, 배기가스 재순환을 구동하는 경우, 터보차저의 운전 특성이 변해 터보차저의 이상운전 상태인 서지(surge)가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 운전 범위가 넓은 터보차저를 사용하여야 하나, 이러한 터보차저의 내부 구조를 변경하거나 신규 개발하는 경우 고비용이 발생하며, 엔진의 효율이 저하되는 문제점이 있다. On the other hand, when the exhaust gas recirculation is driven, the operation characteristics of the turbo charger may change, and a surge which is an abnormal operation state of the turbocharger may occur. In order to prevent this, a turbocharger having a wide operation range should be used. However, when the internal structure of the turbocharger is changed or newly developed, high cost is incurred and the efficiency of the engine is lowered.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스를 저감시키면서 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 엔진 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide an engine system capable of reducing the efficiency of the engine while reducing the exhaust gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템은, 배기가스가 배출되는 배기관과 소기가스가 흡입되는 흡기관을 포함하는 엔진; 상기 흡기관에 연결되어 소기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 압축기와, 상기 배기관에 연결되어 상기 엔진으로부터 배기가스를 공급받아 구동되며 회전력을 상기 압축기로 전달하는 터빈을 포함하는 터보차저; 상기 배기관과 상기 흡기관 사이에 연결되어 소기가스를 상기 배기관으로 우회시키는 소기우회라인; 상기 흡기관 상에 마련되어, 소기가스를 가습시키는 가습장치; 상기 배기관 상에 마련되어 배기가스의 압력을 조절하는 EGR 댐퍼; 상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되어 회수되도록 상기 흡기관에 연결되는 EGR라인; 상기 EGR라인 상에 마련되어, 배기가스(EGR가스)의 유량을 조절하는 EGR밸브; 상기 EGR라인 상에서 상기 EGR밸브의 하류에 마련되어, EGR가스는 배출시키되 소기가스의 유입은 차단하는 리드밸브; 상기 EGR라인 상에서 상기 EGR밸브와 상기 리드밸브 사이에 마련되어, EGR가스를 정화하는 정화장치(DPF, Diesel Particulate Filter); 상기 EGR라인 상에서 정화된 EGR가스를 냉각하는 EGR쿨러; 및 상기 흡기관에서 상기 EGR라인이 연결되는 지점의 하류에 마련되어 혼합된 소기가스와 EGR가스를 냉각하는 에어쿨러를 포함하는 것을 특징으로 한다.An engine system according to an embodiment of the present invention includes: an engine including an exhaust pipe through which exhaust gas is exhausted and an intake pipe through which a purged gas is sucked; A turbocharger connected to the intake pipe and compressing the raw gas to supply the exhaust gas to the engine; and a turbine connected to the exhaust pipe and driven by receiving exhaust gas from the engine and transmitting rotational force to the compressor; A scavenging line connected between the exhaust pipe and the intake pipe to bypass the scavenging gas to the exhaust pipe; A humidifier provided on the intake pipe for humidifying the raw gas; An EGR damper provided on the exhaust pipe to adjust the pressure of the exhaust gas; An EGR line connected to the intake pipe so as to exhaust and recover exhaust gas from the engine; An EGR valve provided on the EGR line for regulating a flow rate of exhaust gas (EGR gas); A reed valve provided downstream of the EGR valve on the EGR line for discharging the EGR gas but shutting off the flow of the desired gas; A DPF (Diesel Particulate Filter) provided between the EGR valve and the reed valve on the EGR line for purifying the EGR gas; An EGR cooler for cooling the EGR gas purified on the EGR line; And an air cooler provided downstream of a point where the EGR line is connected to the intake pipe to cool the mixed scavenge gas and the EGR gas.

여기서, 상기 소기우회라인은, 상기 가습장치의 상류에 연결되는 것을 특징으로 한다.Here, the scavenging line is connected upstream of the humidifying device.

또한, 상기 EGR라인 상에, 상기 EGR밸브, 상기 정화장치, 상기 EGR쿨러, 상기 리드밸브과 상류에서 하류로 직렬로 마련되는 것을 특징으로 한다.Further, the EGR valve, the purifier, the EGR cooler, and the reed valve are provided in series on the EGR line downstream from the upstream side of the EGR valve, the purifier, the EGR cooler, and the reed valve.

또한, 상기 리드밸브는, 일단은 상기 EGR라인 상에 고정되고 타단은 자유단으로 이루어져 배기가스의 토출압에 의해 개방되는 것을 특징으로 한다.The reed valve is characterized in that one end is fixed on the EGR line and the other end is a free end and is opened by the discharge pressure of the exhaust gas.

또한, 상기 EGR댐퍼는, 상기 EGR라인과 상기 소기우회라인 사이에 설치되어 배기가스의 유로 단면적을 조절하는 것을 특징으로 한다.Further, the EGR damper is disposed between the EGR line and the scavenging bypass line, and regulates the flow passage cross-sectional area of the exhaust gas.

본 발명에 따른 엔진 시스템은, 일정량의 배기가스와 물로 가습된 소기가스(연소공기)를 혼합하여 연소실(실린더)에 공급하여 실린더 내의 연소가스 온도를 저하시킴으로써 질소산화물을 감소시키고, 소기우회라인을 통해 소기가스를 일부 우회시켜 배기관으로 배출시킴으로써 서지발생을 방지하여 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. The engine system according to the present invention reduces the nitrogen oxide by reducing the temperature of the combustion gas in the cylinder by supplying a predetermined amount of exhaust gas and the scavenging gas (combustion air) humidified with water to the combustion chamber (cylinder) It is possible to prevent the occurrence of surge and prevent the efficiency of the engine from deteriorating.

또한, 본 발명은 배기가스가 엔진으로 재공급시 리드밸브를 통해 소기가스가 역류하는 것을 방지하여 엔진을 정상구동시킬 수 있고, EGR 댐퍼를 닫아 배기관 유로 단면적을 줄이고 배기가스의 압력을 높여 더 많은 양의 EGR 가스를 흡기관에 공급할 수 있으며, 정화장치와 EGR쿨러를 이용하여 배기가스 내의 이물질을 제거하고 배기가스를 냉각시킨 후 흡기관으로 공급시킬 수 있어 환경규제에 보다 적합하게 운행할 수 있다.Further, the present invention can prevent the backflow of the purged gas through the reed valve when the exhaust gas is supplied again to the engine, thereby enabling the engine to be driven normally, and the EGR damper can be closed to reduce the exhaust gas flow path cross- It is possible to supply positive EGR gas to the intake pipe, remove foreign substances in the exhaust gas by using the purifier and the EGR cooler, cool the exhaust gas, and supply the exhaust gas to the intake pipe, .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템의 배기가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템의 소기가스의 흐름을 도시한 도면이다.1 is a view conceptually showing an engine system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the flow of exhaust gas in an engine system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a flow of a scavenging gas in an engine system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템의 배기가스의 흐름을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템의 소기가스의 흐름을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a conceptual view of an engine system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing an exhaust gas flow of an engine system according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a view showing the flow of the scavenging gas in the engine system according to one embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은 엔진(110), EGR댐퍼(113A), 터보차저(120), 소기우회라인(130), 가습장치(140), EGR라인(151), EGR밸브(152), 리드밸브(153), 정화장치(154), EGR쿨러(155) 및 에어쿨러(160)를 포함한다.
1 to 3, an engine system 100 according to the present embodiment includes an engine 110, an EGR damper 113A, a turbocharger 120, a scavenging line 130, a humidifier 140 An EGR line 151, an EGR valve 152, a reed valve 153, a purifier 154, an EGR cooler 155, and an air cooler 160.

엔진(110)은 배기가스를 배출하는 배기관(113)과 소기가스(공기 등을 포함할수 있음)가 흡입되는 흡기관(114)을 포함한다. 엔진(110)은 그 내부에 연소실을 구비하여 연소실 내부로 연료가 주입되면, 연료(소기가스 등)는 엔진(110)에서 연소되어 배출되고, 배출된 배기가스가 터빈(122)과 압축기(121)를 구동하도록 배기관(113)을 거쳐 터빈(122)으로 도입된다. The engine 110 includes an exhaust pipe 113 for exhausting the exhaust gas and an intake pipe 114 for sucking the exhaust gas (which may include air or the like). When the engine 110 is provided with a combustion chamber and fuel is injected into the combustion chamber, fuel (raw gas or the like) is burned and discharged from the engine 110, and the exhaust gas is exhausted from the turbine 122 and the compressor 121 To the turbine 122 through the exhaust pipe 113 to drive the turbine 122.

여기서, 연소실은 연료가 폭발하는 공간으로서, 엔진(110)에 구비되는 실린더(111)의 내부에 피스톤(도시하지 않음)이 왕복될 수 있도록 형성된 공간이 된다. 이러한, 실린더(111)로 소기가스를 유입시키기 위한 흡기통로가 매니폴드(112)와 연통되어 이루어질 수 있다. 피스톤은 연료의 폭발에 따라 실린더(111)의 안내로 승하강될 수 있다.Here, the combustion chamber is a space in which fuel explodes, and is a space formed so that a piston (not shown) can be reciprocated inside a cylinder 111 provided in the engine 110. The intake passage for introducing the desired gas into the cylinder 111 may be communicated with the manifold 112. The piston can be raised and lowered by the guide of the cylinder 111 according to the explosion of the fuel.

이러한, 피스톤에는 크랭크축(도시하지 않음)과 커넥팅로드(도시하지 않음)가 연결되고, 피스톤의 승하강 운동에 연동하여 동력축(도시하지 않음)이 회전될 수 있다. 여기서, 동력축은 피스톤의 직선운동을 전달받아 회전되며, 동력축은 발전기와 연결될 수 있어, 동력축으로부터 발전기가 회전력을 전달받아 전기에너지가 발생될 수 있다. 이와 달리, 동력축에는 프로펠러(도시하지 않음)가 연결되어, 동력축과 함께 프로펠러가 회전하여 선체가 전진 또는 후진될 수도 있다.
A crankshaft (not shown) and a connecting rod (not shown) are connected to the piston, and a power shaft (not shown) can be rotated in conjunction with the upward / downward movement of the piston. Here, the power shaft is rotated by receiving the linear motion of the piston, the power shaft can be connected to the generator, and electric energy can be generated by receiving the rotational force of the generator from the power shaft. Alternatively, a propeller (not shown) may be connected to the power shaft so that the propeller rotates together with the power shaft so that the hull can be moved forward or backward.

EGR댐퍼(113A)는 배기관(113)의 유로 단면적을 줄여 배기압력을 증가시켜 더 많은 EGR가스가 흡기관(114)으로 흘러가게 한다. 이러한, EGR댐퍼(113A)는 스텝 모터 등으로 구성되어 개폐를 구동하는 액추에이터를 포함할 수 있다.
The EGR damper 113A reduces the flow cross-sectional area of the exhaust pipe 113 to increase the exhaust pressure so that more EGR gas flows to the intake pipe 114. [ The EGR damper 113A may include an actuator that is constituted by a step motor or the like and drives opening and closing.

터보차저(Turbo Charger, 120)는 엔진(110)에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 소기가스를 압축해 엔진(110)으로 주입하여, 엔진(110)에서 이용되는 연료의 효율을 상승시킨다. 이를 위해, 터보차저(120)는 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급하는 것이며, 이러한, 터보차저(120)는 압축기(121), 터빈(122)을 포함한다.The turbocharger 120 compresses the raw gas using the exhaust gas pressure discharged from the engine 110 and injects the compressed gas into the engine 110 to increase the efficiency of the fuel used in the engine 110. The turbocharger 120 includes a compressor 121 and a turbine 122. The turbocharger 120 compresses the air beforehand and supplies the compressed air to the combustion chamber.

압축기(121)는 흡기관(114)에 연결되어 소기가스를 압축하여 엔진(110)으로 공급한다. 압축기(121)에는 외부로부터 소기가스가 유입되는데, 압축기(121)에 내장된 휠(도시하지 않음)의 회전에 의해서 유입된 소기가스가 압축되어 과급공기가 될 수 있다. The compressor 121 is connected to the intake pipe 114, compresses the raw gas, and supplies the compressed gas to the engine 110. The scavenging gas introduced from the outside through the rotation of a wheel (not shown) incorporated in the compressor 121 is compressed into the supercharging air.

터빈(122)은 배기관(113)에 연결되어 엔진(110)으로부터 배기가스를 공급받아 구동되며 회전력을 압축기(121)로 전달하도록 축(부호 도시하지 않음)으로 압축기(121)와 연결된다. 터빈(122)의 구동은 엔진(110)에서 연소된 배기가스가 유입되어, 배기가스가 가지는 에너지에 의해 터빈(122) 내에 자유롭게 지지된 터빈(122)의 휠(도시하지 않음)이 회전됨으로써 이루어진다. 이때, 터빈(122)에 내장된 휠의 회전 토크가 축에 의해 압축기(121)의 휠로 전달되는 것이다.The turbine 122 is connected to the compressor 121 by an axis (not shown) so as to be connected to the exhaust pipe 113 and driven by receiving exhaust gas from the engine 110 and transmitting rotational force to the compressor 121. The driving of the turbine 122 is performed by rotating the wheel (not shown) of the turbine 122, which is freely supported in the turbine 122 by the energy of the exhaust gas into which the exhausted gas is introduced from the engine 110 . At this time, the rotational torque of the wheel built in the turbine 122 is transmitted to the wheel of the compressor 121 by the shaft.

엔진(110)에서 연소된 배기가스는 터빈(122)으로 유입되거나 압축기(121)에서 압축된 소기가스와 합류하여 다시 엔진(110)으로 공급될 수 있고, 터빈(122)에서 방출되는 배기가스는 모두 외부로 유출될 수 있다. 이는 이하의 구성에 의해 이루어질 수 있다.
The exhaust gas burned in the engine 110 can be introduced into the turbine 122 or combined with the compressed gas compressed in the compressor 121 and then supplied to the engine 110. The exhaust gas discharged from the turbine 122 All can be leaked to the outside. This can be achieved by the following arrangement.

소기우회라인(130)은 소기가스의 유량을 조절하여 터보차저(120)의 이상운전 상태인 서지(surge)가 발생하는 것을 방지하는 구성으로서, 배기관(113)과 흡기관(114) 사이에 연결되어 소기가스를 배기관(113)으로 우회시킨다. 소기우회라인(130)의 일단은 흡기관(114)에서 분기되고, 타단은 배기관(113)에서 분기된 형태로 이루어질 수 있다.The scavenging bypass line 130 is connected to the exhaust pipe 113 and the intake pipe 114 to prevent a surge which is an abnormal operation state of the turbocharger 120 from occurring by regulating the flow rate of the scavenge gas. So that the waste gas is bypassed to the exhaust pipe 113. One end of the scavenging line 130 may be branched from the intake pipe 114 and the other end may be branched from the exhaust pipe 113.

즉, 압축기(121)는 서지한계(surge limit)에 의하여 제한되는데, 압축기(121)가 서지현상을 일으키면 엔진(110)에 공급되는 연소공기의 압력과 유량이 감소되어, 압축기(121)의 서지가 엔진(110)의 동작에 영향을 미칠 수 있다. 이를 방지하기 위해 소기우회라인(130)을 통해 소기가스를 배기관(113)을 통해 배출시킬 수 있다. That is, the compressor 121 is limited by the surge limit. If the compressor 121 generates a surge, the pressure and the flow rate of the combustion air supplied to the engine 110 are reduced, May affect the operation of the engine 110. In order to prevent this, the waste gas may be discharged through the exhaust pipe 113 through the scavenging line (130).

이러한, 소기우회라인(130)은 소기가스가 가습되기 이전에 소기가스를 우회시키도록, 가습장치(140)의 상류에 연결될 수 있으며, EGR밸브(152)가 열려 EGR가스가 흡기관(114)에 유입되고 소기공기가습장치(140)가 동작 시 소기우회라인(130)을 통해 소기가스가 우회될 수 있다. 소기우회라인(130)을 통해 반출되는 소기가스의 유량은 제어밸브(도시하지 않음)에 조절될 수 있다.
The scavenging line 130 may be connected upstream of the humidifier 140 so as to bypass the scavenging gas before the scavenging gas is humidified. The EGR valve 152 is opened to allow the EGR gas to flow into the intake pipe 114, And the scavenge gas can be bypassed through the scavenging line 130 when the scavenging air humidifier 140 is operated. The flow rate of the scavenging gas discharged through the scavenging line 130 can be adjusted to a control valve (not shown).

가습장치(140)는 소기가스에 물을 첨가하여 연소시 발생하는 질소산화물의 발생을 저감시키는 구성으로서, 흡기관(114) 상에 마련되어 소기가스를 가습시킨다. 예를 들어, 가습장치(140)는 분사노즐을 통해 흡기관(114) 내부로 물방울 또는 안개 형태의 습기를 분사할 수 있다. The humidification device 140 is provided on the intake pipe 114 to humidify the raw gas by adding water to the raw gas to reduce the generation of nitrogen oxides generated during combustion. For example, the humidification device 140 may spray water droplets or mist-like moisture into the intake tube 114 through the injection nozzle.

가습장치(140)에 의해 소기가스로 물을 첨가하여 연소하면, 실린더(111) 내의 온도는 저하되고 그에 의하여 질소산화물이 덜 발생될 수 있다. 한편, 가습장치(140)에 의해 공급되는 물에 의해 터빈(122)을 통과하는 배기가스의 유량이 증가되는 것은 앞서 설명한 소기우회라인(130)을 통해 감소시킬 수 있다.
When water is added to the raw gas by the humidification device 140 and burned, the temperature in the cylinder 111 is lowered and nitrogen oxides can be less generated thereby. On the other hand, the flow rate of the exhaust gas passing through the turbine 122 by the water supplied by the humidifier 140 can be reduced through the scavenging line 130 described above.

EGR라인(151)은 엔진(110)으로부터 배기가스가 배출시 일부가 회수되도록 흡기관(114)에 연결된다. 본 실시예의 EGR라인(151)은 일단이 엔진(110)에 연결되고 타단이 흡기관(114)에서 에어쿨러(160)의 상류에 연결될 수 있다.The EGR line 151 is connected to the intake pipe 114 so as to partially recover the exhaust gas from the engine 110. The EGR line 151 of the present embodiment may be connected at one end to the engine 110 and at the other end to the intake pipe 114 upstream of the air cooler 160.

흡기관(114)에서 소기가스가 압축기(121)를 경유하여 엔진(110)으로 공급될 때, 출력감소를 최소로 하면서 연소최고온도를 낮추어 질소산화물의 배출량 감소시킨다. 이는, 실린더(111)에 유입되는 소기가스에 배기가스를 혼입하면, 연소온도와 산소농도가 낮아져 질소산화물의 발생을 억제할 수 있기 때문이다.When the exhaust gas from the intake pipe 114 is supplied to the engine 110 via the compressor 121, the maximum combustion temperature is lowered while minimizing the output reduction, thereby reducing the emission amount of the nitrogen oxide. This is because, when the exhaust gas is mixed with the purged gas flowing into the cylinder 111, the combustion temperature and the oxygen concentration are lowered, and generation of nitrogen oxides can be suppressed.

이러한, EGR라인(151) 상에 EGR밸브(152), 정화장치(154), EGR쿨러(155), 리드밸브(153)가 상류에서 하류로 직렬로 마련될 수 있다.
The EGR valve 152, the purifier 154, the EGR cooler 155, and the reed valve 153 may be provided in series from the upstream side to the downstream side on the EGR line 151.

EGR밸브(152)는 EGR라인(151)을 통해 배기가스(EGR가스)가 재순환되도록 배기가스(EGR가스)의 유량을 조절하는 구성으로서, EGR라인(151) 상에 마련된다. 예를 들어, EGR밸브(152)는 스텝 모터 등으로 구성되어 개폐를 구동하는 액추에이터를 포함할 수 있다. EGR밸브(152)는 EGR라인(151)을 통해 배기가스(EGR가스)가 재순환될 경우 개방될 수 있다. 또한 EGR밸브(152)는 EGR댐퍼(113A)와 연동하여 더 넓은 범위의 EGR가스 유량을 조절할 수 있다. 여기서, EGR가스는 배기가스에 포함되는 개념으로서, 배기가스가 EGR라인(151)을 통과하는 것을 이해의 편의상 구별하기 위해 사용한 용어이다.The EGR valve 152 is provided on the EGR line 151 to regulate the flow rate of the exhaust gas (EGR gas) so that the exhaust gas (EGR gas) is recirculated through the EGR line 151. For example, the EGR valve 152 may include an actuator that is constituted by a step motor or the like and drives opening and closing. The EGR valve 152 can be opened when the exhaust gas (EGR gas) is recirculated through the EGR line 151. Further, the EGR valve 152 can control a wider range of the EGR gas flow rate in cooperation with the EGR damper 113A. Here, the EGR gas is a concept included in the exhaust gas, and is a term used for distinguishing the exhaust gas from the EGR line 151 for the sake of understanding.

리드밸브(153)는 EGR라인(151) 상에서 EGR밸브(152)의 하류에 마련되어, 배기가스(EGR가스)는 배출시키되 소기가스의 유입은 차단한다. 이러한, 리드밸브(153)는 일단은 EGR라인(151) 상에 고정되고 타단은 자유단으로 이루어져 배기가스(EGR가스)의 토출압에 의해 개방될 수 있다. The reed valve 153 is provided on the EGR line 151 downstream of the EGR valve 152 to discharge the exhaust gas (EGR gas) but shut off the flow of the raw gas. The reed valve 153 is fixed at one end on the EGR line 151 and the other end is free, and can be opened by the discharge pressure of the exhaust gas (EGR gas).

일례로, 리드밸브(153)는 유연성있는 재질로 이루어지고, 배기가스(EGR가스)가 일방향으로 흘러 엔진(110)에서 배출되는 배기가스(EGR가스)가 흡기관(114)으로 공급되도록 배기가스(EGR가스)의 토출압에 의해 일방향으로 개방된다.
For example, the reed valve 153 is made of a flexible material so that the exhaust gas (EGR gas) flows in one direction and the exhaust gas (EGR gas) discharged from the engine 110 is supplied to the intake tube 114 (EGR gas).

정화장치(154)는 엔진(110)에서 연소되어 오염된 배기가스(EGR가스) 내의 분진과 같은 이물질을 제거하여 EGR쿨러(155)의 손상을 방지할 수 있는 구성으로서, EGR라인(151) 상에서 EGR밸브(152)와 리드밸브(153) 사이에 마련된다. 예를 들어, 정화장치(154)는 배기가스 후처리장치(Diesel Particulate Filter, DPF)로 이루어질 수 있으며, 엔진(110)에서 배출되는 배기가스(EGR가스)에 포함된 매연을 필터를 통해 이물질을 제거하고, 액체를 사용해서 씻어 제거함으로써, 배기가스(EGR가스)를 정화시킨다. 이러한, 정화장치(154)는 배기가스(EGR가스) 중의 매연 제거함으로써, 에어쿨러(160)를 보호할 수 있다.
The purifier 154 is configured to remove foreign matter such as dust in the exhaust gas (EGR gas) that has been burned and contaminated in the engine 110 to prevent damage to the EGR cooler 155. On the EGR line 151, And is provided between the EGR valve 152 and the reed valve 153. For example, the purifier 154 may be a DPF (Diesel Particulate Filter), and the exhaust gas (EGR gas) discharged from the engine 110 may be exhausted through the filter And the exhaust gas (EGR gas) is purified by washing and removing by using a liquid. This purifier 154 can protect the air cooler 160 by removing soot from the exhaust gas (EGR gas).

EGR쿨러(155)는 EGR라인(151) 상에서 정화된 배기가스(EGR가스)를 냉각한다. EGR쿨러(155)는 정화장치(154)의 하류에 구비되어, 정화장치(154)를 거친 배기가스(EGR가스)를 냉각시킨다. 여기서, EGR쿨러(155)는 블로어(도시하지 않음)의 손상을 방지할 수 있도록, 배기가스(EGR가스)의 온도를 낮출 수 있다. 이러한, EGR쿨러(155)는 물을 냉매로 이용하여 배기가스(EGR가스)와 열교환이 행해져 배기가스(EGR가스)를 냉각시킬 수 있다. The EGR cooler 155 cools the exhaust gas (EGR gas) purified on the EGR line 151. The EGR cooler 155 is provided downstream of the purifier 154 to cool the exhaust gas (EGR gas) that has passed through the purifier 154. Here, the EGR cooler 155 can lower the temperature of the exhaust gas (EGR gas) so as to prevent damage to the blower (not shown). The EGR cooler 155 can heat the exhaust gas (EGR gas) by exchanging heat with exhaust gas (EGR gas) using water as a refrigerant.

여기서, EGR쿨러(155)를 경유한 배기가스(EGR가스)의 압력이 압축기(121)에서 배출되는 고압의 과급공기에 비하여 상대적으로 낮아, 블로어가 EGR쿨러(155)를 경유하는 배기가스(EGR가스)를 엔진(110)으로 강제 유입시킬 수 있다.
Here, the pressure of the exhaust gas (EGR gas) via the EGR cooler 155 is relatively low as compared with the high-pressure supercharged air discharged from the compressor 121, so that the blower blows the exhaust gas (EGR Gas) can be forced into the engine 110.

에어쿨러(160)는 소기가스를 냉각시켜 엔진(110)의 효율을 향상시키기 위한 구성으로서, 흡기관(114)에서 EGR라인(151)이 연결되는 지점의 하류에 마련되어 소기가스를 냉각한다. 에어쿨러(160)는 분진 등의 이물질 유입시 파손위험이 있으므로 정화장치(154)를 통해 이물질이 제거된 배기가스(EGR가스)가 유입되도록 할 수 있다.
The air cooler 160 is provided downstream of a point where the EGR line 151 is connected to the intake pipe 114 to cool the scavenging gas. Since the air cooler 160 may be damaged when dust or the like is introduced into the air cooler 160, the exhaust gas (EGR gas) from which foreign matter has been removed may be introduced through the purifier 154.

본 실시예는 도 2에 도시한 바와 같이, 배기가스(EGR가스)가 배기관(113)과 EGR라인(151)을 통해 외부로 배출되거나 일부가 엔진(110)으로 다시 회수되도록 흐를 수 있다. 배기가스가 배기관(113)을 통해 외부로 배출되는 경우, 터빈(122)으로 배기가스가 공급되어 배기가스가 가지는 에너지가 터빈(122)을 구동시킨 후 배출된다.2, the exhaust gas (EGR gas) can be discharged through the exhaust pipe 113 and the EGR line 151 to the outside or partially returned to the engine 110, as shown in FIG. When the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 113, the exhaust gas is supplied to the turbine 122, and the energy of the exhaust gas is discharged after driving the turbine 122.

배기가스(EGR가스)가 EGR라인(151)을 통해 엔진(110)으로 회수되는 경우, 배기가스(EGR가스)는 EGR라인(151)을 통해 흡기관(114)으로 공급되어 엔진(110)의 연소실로 유입될 수 있다. 배기가스(EGR가스)가 EGR라인(151)으로 공급되는 경우, 배기가스(EGR가스)는 EGR밸브(152), 정화장치(154), EGR쿨러(155), 리드밸브(153)를 차례로 경유할 수 있고, EGR라인(151)을 경유하면서 배기가스(EGR가스) 내의 이물질이 제거되고 배기가스(EGR가스)가 냉각될 수 있다. 그리고 나서 배기가스(EGR가스)는 흡기관(114)에서 소기가스와 합류하여 에어쿨러(160)에서 냉각되어 엔진(110)의 실린더(111)로 공급될 수 있다.
The exhaust gas (EGR gas) is supplied to the intake pipe 114 through the EGR line 151 to be supplied to the engine 110 via the EGR line 151, Can be introduced into the combustion chamber. (EGR gas) flows through the EGR valve 152, the purifier 154, the EGR cooler 155, and the reed valve 153 in this order, when the exhaust gas (EGR gas) is supplied to the EGR line 151 So that the foreign matter in the exhaust gas (EGR gas) can be removed and the exhaust gas (EGR gas) can be cooled while passing through the EGR line 151. Then, the exhaust gas (EGR gas) merges with the scavenge gas in the intake tube 114, is cooled in the air cooler 160, and can be supplied to the cylinder 111 of the engine 110.

또한, 본 실시예는 도 3에 도시한 바와 같이, 소기가스가 흡기관(114)과 소기우회라인(130)을 통해 엔진(110)으로 공급되거나, 일부 배출되게 흐를 수 있다. 3, the noble gas may be supplied to the engine 110 through the intake tube 114 and the scavenging line 130, or may be partially discharged as shown in FIG.

소기가스는 흡기관(114)을 통해 외부에서 흡입공기가 공급되어 엔진(110)의 실린더(111)로 공급되는데, 흡기관(114) 상에서 압축기(121)에 의해 소기가스가 압축된 후 공급된다. 여기서, 소기가스의 압축은 배기가스의 에너지에 의해 구동되는 터빈(122)으로부터 회전력을 전달받은 압축기(121)에 의해 이루어진다.The raw gas is supplied from the outside through the intake tube 114 to the cylinder 111 of the engine 110. The raw gas is compressed on the intake tube 114 by the compressor 121 and then supplied . Here, the compression of the scavenge gas is performed by the compressor 121 receiving the rotational force from the turbine 122 driven by the energy of the exhaust gas.

게다가, 질소산화물의 발생을 저감시키도록 EGR밸브(152)가 열리고 가습장치(140)가 동작되는 경우, 흡기관(114)에서 분기되는 소기우회라인(130)을 통해 소기가스가 배기관(113)으로 우회되어 배출될 수 있다.
In addition, when the EGR valve 152 is opened to reduce the generation of nitrogen oxides and the humidifier 140 is operated, the scavenging gas is introduced into the exhaust pipe 113 through the scavenging line 130 branched from the intake pipe 114, And can be discharged.

이와 같이 본 실시예는, 일정량의 배기가스와 물로 가습된 소기가스(연소공기)를 혼합하여 연소실(실린더)에 공급하여 실린더(111) 내의 연소가스 온도를 저하시킴으로써 질소산화물을 감소시키고, 소기우회라인(130)을 통해 소기가스를 일부 우회시켜 배기관으로 배출시킴으로써 서지발생을 방지하여 엔진(110)의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. As described above, in this embodiment, a predetermined amount of exhaust gas is mixed with a scavenging gas (combustion air) humidified with water and supplied to the combustion chamber (cylinder) to lower the temperature of the combustion gas in the cylinder 111, A part of the purge gas is bypassed through the line 130 and discharged to the exhaust pipe, thereby preventing the occurrence of surge, thereby preventing the efficiency of the engine 110 from being lowered.

100: 엔진 시스템 110: 엔진
111: 실린더 112: 매니폴드
113: 배기관 113A: EGR댐퍼
114: 흡기관 120: 터보차저
121: 압축기 122: 터빈
130: 소기우회라인 140: 가습장치
151: EGR라인 152: EGR밸브
153: 리드밸브 154: 정화장치
155: EGR쿨러 160: 에어쿨러100: engine system 110: engine
111: cylinder 112: manifold
113: Exhaust pipe 113A: EGR damper
114: intake pipe 120: turbocharger
121: compressor 122: turbine
130: scavenging line 140: humidifier
151: EGR line 152: EGR valve
153: Reed valve 154: Purification device
155: EGR cooler 160: Air cooler

Claims

An engine including an exhaust pipe through which exhaust gas is exhausted and an intake pipe through which a purge gas is sucked;
A turbocharger connected to the intake pipe and compressing the raw gas to supply the exhaust gas to the engine; and a turbine connected to the exhaust pipe and driven by receiving exhaust gas from the engine and transmitting rotational force to the compressor;
A scavenging line connected between the exhaust pipe and the intake pipe to bypass the scavenging gas to the exhaust pipe;
A humidifier provided on the intake pipe for humidifying the raw gas;
An EGR damper provided on the exhaust pipe to regulate the pressure of the exhaust gas;
An EGR line connected to the intake pipe so as to exhaust and recover exhaust gas from the engine;
An EGR valve provided on the EGR line for regulating a flow rate of exhaust gas (EGR gas);
A reed valve provided downstream of the EGR valve on the EGR line for discharging the EGR gas but shutting off the flow of the desired gas;
A DPF (Diesel Particulate Filter) provided between the EGR valve and the reed valve on the EGR line for purifying the EGR gas;
An EGR cooler for cooling the EGR gas purified on the EGR line; And
And an air cooler provided downstream of a point where the EGR line is connected to the intake pipe to cool the mixed scavenge gas and the EGR gas,
In the EGR damper,
And the exhaust passage is provided between the EGR line and the scavenging bypass line to regulate the flow passage cross-sectional area of the exhaust gas.

The method as claimed in claim 1,
And an exhaust pipe connected to an upstream side of the humidifying device.

The method according to claim 1,
Wherein the EGR valve, the purifier, the EGR cooler, and the reed valve are provided in series from the upstream side to the downstream side on the EGR line.

2. The fuel cell system according to claim 1,
Wherein one end is fixed on the EGR line and the other end is a free end and is opened by discharge pressure of the exhaust gas.

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