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技術 内燃機関の負荷変動時の過給補助装置

出願人 株式会社三井E&Sホールディングス
発明者 高橋元幸大田和徳坂入信之
出願日 2012年2月6日 (7年5ヶ月経過) 出願番号 2012-023223
公開日 2013年8月19日 (5年11ヶ月経過) 公開番号 2013-160150
状態 特許登録済
技術分野 過給機
主要キーワード 油圧流量 空回り状態 配電装置 固定容量型ポンプ 給気流量 固定容量型油圧ポンプ 電磁式開閉弁 無負荷運転状態
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図面 (7)

課題

内燃機関の急激な負荷変動時にも過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図る。

解決手段

内燃機関(1)の排気ガスにより回転駆動されて給気を過給する過給機(5)と、過給機の回転軸に連結される第1の油圧ポンプ(10)と、内燃機関のクランク軸(2)に連結される第2の油圧ポンプ(11)と、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路(20)と、油圧回路に配設されて第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧流量調整を行なう油圧流量調整手段(12,13)と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラ(15)とを備え、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時にその負荷変動に応じて第1の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように上記油圧流量調整手段を制御する。

概要

背景

従来、ディーゼルエンジンガスエンジンなどの内燃機関では、過給機ターボチャージャ)により、エンジン排気ガスによってそのタービン回転駆動し、タービンにより回転される圧縮機によって給気密度を高めて、エンジンの出力向上を図っている。

しかしながら、このように過給機を取り付けて、排気エネルギの有効利用を図ったとしても、エンジンの高負荷時などには排気エネルギが余剰となり、この余剰排気エネルギを無駄なく利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも強く要請されている。

このエンジンの余剰排気エネルギを有効利用するものとして、例えば、過給機の圧縮機側クラッチを介して発電機を連結し、この発電機を過給機によって回転駆動させて発電を行なうものがある(例えば、特許文献1及び2参照)。この場合には、エンジンの余剰排気エネルギを直接電気エネルギに変換し、それを船内設備等に利用している。

しかしながら、このように過給機に発電機を連結して電気エネルギとして利用するだけでは、船内消費電力が少ない場合などには、エンジンの排気エネルギを充分に利用しているとは言えず、エンジンの余剰排気エネルギをすべて有効利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも急務になっている。

このエンジンの余剰排気エネルギをほぼすべて有効利用するものとして、内燃機関の過給機に変速機を介して油圧ポンプを連結し、過給機によって油圧ポンプを回転駆動させて、油圧より余剰排気エネルギを回収するシステムが開示されている(例えば、特許文献3及び4参照)。

特に、特許文献3には、内燃機関のクランク軸に油圧ポンプを連結し、この油圧ポンプと過給機に連結された油圧ポンプとを油路より接続し、内燃機関の低負荷時に、クランク軸に連結した油圧ポンプが発生した油圧により過給機側の油圧ポンプを油圧モータとして作動させて回転駆動し、過給機の過給能力を高める発明が記載されている。

概要

内燃機関の急激な負荷変動時にも過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とをる。 内燃機関(1)の排気ガスにより回転駆動されて給気を過給する過給機(5)と、過給機の回転軸に連結される第1の油圧ポンプ(10)と、内燃機関のクランク軸(2)に連結される第2の油圧ポンプ(11)と、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路(20)と、油圧回路に配設されて第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段(12,13)と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラ(15)とを備え、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時にその負荷変動に応じて第1の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように上記油圧流量調整手段を制御する。

目的

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、内燃機関の所定負荷運転時における急激な負荷変動に対しても過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図ることができる、内燃機関の負荷変動時の過給補助装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関(1)の排気ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の給気過給する過給機(5)と、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第1の油圧ポンプ(10)と、前記内燃機関のクランク軸(2)に連結されて前記クランク軸と共に回転する第2の油圧ポンプ(11)と、前記第1の油圧ポンプと前記第2の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路(20)と、前記油圧回路に配設されて前記第1の油圧ポンプと前記第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧流量調整を行なう油圧流量調整手段(12,13)と、前記油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラ(15)とを備えた内燃機関の負荷変動時過給補助装置において、前記コントローラは、前記内燃機関の所定負荷運転時に前記内燃機関の負荷変動に応じて前記第1の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて前記過給機の過給能力を高めるように前記油圧流量調整手段を制御することを特徴とする内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

請求項2

前記第1の油圧ポンプ(10)と前記第2の油圧ポンプ(11)は、固定容量型の油圧ポンプからなり、前記油圧流量調整手段は、前記油圧回路に配設されて前記第1の油圧ポンプと前記第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう可変容量型の第3の油圧ポンプ(12)と前記第3の油圧ポンプを回転駆動させる駆動源(13)とからなることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

請求項3

前記コントローラ(15)は、前記内燃機関(1)の燃料噴射量を制御すると共に、前記燃料噴射量に基づいて前記油圧流量調整手段(12,13)を制御して前記第1の油圧ポンプ(10)の回転駆動力を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

請求項4

前記コントローラ(15)は、前記内燃機関(1)の負荷変動時に前記過給機(5)の過給圧を前記第1の油圧ポンプ(10)の回転駆動力を高めて一定圧(ΔP)だけ高めるように前記油圧流量調整手段(12,13)を制御することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

請求項5

前記コントローラ(15)は、前記内燃機関(1)の負荷変動の最大負荷時に少なくとも前記過給機(5)の給気流量が前記内燃機関の必要空気量を上回るように前記油圧流量調整手段(12,13)を制御して前記第1の油圧ポンプ(10)の回転駆動力を高めて前記過給機の過給能力を高めることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

請求項6

前記コントローラ(15)は、前記一定圧(ΔP)を前記内燃機関の前記各所定負荷に応じて変化させることを特徴とする請求項4又は5に記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

技術分野

0001

本発明は、過給機を備えた内燃機関負荷変動時における過給補助するための過給補助装置に関する。

背景技術

0002

従来、ディーゼルエンジンガスエンジンなどの内燃機関では、過給機(ターボチャージャ)により、エンジン排気ガスによってそのタービン回転駆動し、タービンにより回転される圧縮機によって給気密度を高めて、エンジンの出力向上を図っている。

0003

しかしながら、このように過給機を取り付けて、排気エネルギの有効利用を図ったとしても、エンジンの高負荷時などには排気エネルギが余剰となり、この余剰排気エネルギを無駄なく利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも強く要請されている。

0004

このエンジンの余剰排気エネルギを有効利用するものとして、例えば、過給機の圧縮機側クラッチを介して発電機を連結し、この発電機を過給機によって回転駆動させて発電を行なうものがある(例えば、特許文献1及び2参照)。この場合には、エンジンの余剰排気エネルギを直接電気エネルギに変換し、それを船内設備等に利用している。

0005

しかしながら、このように過給機に発電機を連結して電気エネルギとして利用するだけでは、船内消費電力が少ない場合などには、エンジンの排気エネルギを充分に利用しているとは言えず、エンジンの余剰排気エネルギをすべて有効利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも急務になっている。

0006

このエンジンの余剰排気エネルギをほぼすべて有効利用するものとして、内燃機関の過給機に変速機を介して油圧ポンプを連結し、過給機によって油圧ポンプを回転駆動させて、油圧より余剰排気エネルギを回収するシステムが開示されている(例えば、特許文献3及び4参照)。

0007

特に、特許文献3には、内燃機関のクランク軸に油圧ポンプを連結し、この油圧ポンプと過給機に連結された油圧ポンプとを油路より接続し、内燃機関の低負荷時に、クランク軸に連結した油圧ポンプが発生した油圧により過給機側の油圧ポンプを油圧モータとして作動させて回転駆動し、過給機の過給能力を高める発明が記載されている。

先行技術

0008

実開昭61−200423号公報(第1−2図)
特開2004−346803号公報(第1図)
特開2006−242051号公報(第1図)
特開2008−111384号公報(第1図)

発明が解決しようとする課題

0009

ここで、上述の特許文献3に記載された、内燃機関のクランク軸にさらに油圧ポンプを連結し、この油圧ポンプと過給機に連結された油圧ポンプとを油路より接続し、内燃機関の低負荷時に、クランク軸に連結した油圧ポンプが発生した油圧により過給機側の油圧ポンプを油圧モータとして作動させて回転駆動し、過給機の過給能力を高める発明においては、2つの油圧ポンプによってこの2つの油圧ポンプ間の油圧流量を制御し、それにより過給機側の油圧ポンプの回転数制御を行なうために、クランク軸側又は過給機側の油圧ポンプの少なくとも一方を可変容量型ポンプとする必要がある。

0010

しかしながら、この可変容量型油圧ポンプは、油圧を発生させるためのポンプ本体以外に、油圧の吐出量を変化させるための可変機構部が一体に組み込まれている。したがって、可変容量型油圧ポンプは、固定容量型ポンプと比べてその大きさが極めて大きくなり、また重量も極めて重くなる。例えば、その重量が固定容量型ポンプの2.5倍になる場合もある。

0011

特に、上述の特許文献3に記載された発明においては、一方の油圧ポンプは内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、他方の油圧ポンプは内燃機関の過給機に変速機を介して機械的に連結されているから、どちらの油圧ポンプを可変容量型油圧ポンプにするにしても、多数の補機類などが錯綜する内燃機関の周りにおいてその配置が極めて困難になり、かつ上記のように総重量が極めて重くなるという問題がある。また、油圧ポンプを可変容量型とする場合、その可変機構部も吐出量に見合った大きさとなり、油圧ポンプは極めて高価なものとなる。

0012

この一方、上記の問題とは別に、例えば、船舶に搭載される舶用エンジンにおいては、例えば所定負荷運転時に、悪天候の際に推進プロペラスクリュ)が海面上と海面下とを上下動する現象が起こることがある。この場合、推進プロペラが海面下にあるときは、エンジンには通常の負荷がかかっている。

0013

しかし、推進プロペラが海面上に現れたときは、推進プロペラが空回り状態となり、エンジンの負荷が急激に低下する。また、推進プロペラがこのように一旦海面上に現れた後に、再び海面下に入るときには、エンジンに対して一時的ではあるが通常運転時よりも過大な負荷がかかる。

0014

これに対して、このエンジンの排気ガスにより回転駆動されて給気加圧する過給機は、所定負荷運転時に排気ガスだけで回転駆動されている場合には、エンジンの急激な負荷の変動に対して過給遅れを生じるという問題がある。この結果、過給機は、エンジンの負荷の変動に対して最適に過給することができず、燃費の悪化を招く。

0015

図6において、実線aは、所定負荷運転時におけるエンジンの負荷変動を示し、一点鎖線bは、エンジンの必要空気量を示し、破線cは、排気ガスにより回転駆動される過給機の給気流量を示している。図6から明らかなように、過給機の給気流量はエンジンの負荷の変動に対して一定の遅れを生じ、特にエンジンの負荷が一旦低下して再び上昇するときには、一時的ではあるが過給機の給気流量はエンジンの必要空気量を下回り、空気不足が生じていることが分かる。また、エンジンは、このような空気不足時に燃料完全燃焼させることができず、未燃のまま排出される排気ガスにより環境を著しく悪化させるという問題を発生させる。

0016

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、内燃機関の所定負荷運転時における急激な負荷変動に対しても過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図ることができる、内燃機関の負荷変動時の過給補助装置を提供することを課題とする。

0017

併せて、内燃機関周りにおいて油圧ポンプの配置が極めて容易になり、しかも大幅な重量軽減を図ることができ、さらに装置の製造コスト低減を図ることができる内燃機関の負荷変動時の過給補助装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0018

上述の課題を解決するために、本発明の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置は、内燃機関の排気ガスにより回転駆動されて内燃機関の給気を過給する過給機と、過給機の回転軸に連結されて過給機と共に回転する第1の油圧ポンプと、内燃機関のクランク軸に連結されてクランク軸と共に回転する第2の油圧ポンプと、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路と、油圧回路に配設されて第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラとを備えた内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時に内燃機関の負荷変動に応じて第1の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように油圧流量調整手段を制御することにある。

0019

このように、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、コントローラが、内燃機関の所定負荷運転時に内燃機関の負荷変動に応じて、第1の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように油圧流量調整手段を制御するから、内燃機関の所定負荷運転時の急激な負荷変動に対しても過給機により最適な過給ができ、これにより常に内燃機関へ必要空気量に応じた空気量の過給を行うことができ、よって燃費向上が図れると共に、完全燃焼によって環境性能の向上を図ることができる。

0020

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプは、固定容量型の油圧ポンプからなり、上記油圧流量調整手段は、油圧回路に配設されて第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう可変容量型の第3の油圧ポンプと、第3の油圧ポンプを回転駆動させる駆動源とからなることが望ましい。

0021

このように、過給機の回転軸に連結された第1の油圧ポンプと、内燃機関のクランク軸に連結された第2の油圧ポンプとを固定容量型とすることにより、第1の油圧ポンプ及び第2の油圧ポンプを小型化することができ、内燃機関周りにおいて油圧ポンプの配置が極めて容易になり、しかも大幅な重量軽減が図れる。第1の油圧ポンプ及び第2の油圧ポンプを固定容量型としたことにより、第1の油圧ポンプ及び第2の油圧ポンプが安価なものとなり、装置の製造コスト低減を図ることができる。

0022

また、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整は、第1の油圧ポンプ及び第2の油圧ポンプとは別の、可変容量型からなる第3の油圧ポンプにより行なわれる。この第3の油圧ポンプの役割は、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整であるから、小型の可変容量型油圧ポンプでよい。したがって、コスト的にも極めて有利になる。

0023

さらに、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとは油路、つまり油圧配管のみにより接続されているから、第3の油圧ポンプについては配置の自由度が極めて高く、内燃機関周りにおいて補機類などの取りまわしが容易になる。

0024

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記コントローラは、内燃機関の燃料噴射量を制御すると共に、この燃料噴射量に基づいて油圧流量調整手段を制御して第1の油圧ポンプの回転駆動力を変化させることが望ましい。

0025

このように、コントローラが、内燃機関の燃料噴射量を制御するものであるから、コントローラは、内燃機関の負荷変動を燃料噴射量から正確に検出することができる。また、コントローラは、その燃料噴射量に基づいて油圧流量調整手段を制御して第1の油圧ポンプの回転駆動力を変化させるから、常に変化する内燃機関の負荷変動に応じて、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を最適に行なうことができる。

0026

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、コントローラは、内燃機関の負荷変動時に過給機の過給圧を油圧ポンプの回転駆動力を高めて一定圧だけ高めるように、油圧流量調整手段を制御することが望ましい。

0027

このように、コントローラが、内燃機関の負荷変動時に第1の油圧ポンプの回転駆動力を高めて過給機の過給圧を一定圧だけ高めるように、油圧流量調整手段を制御することにより、第1の油圧ポンプ(このときは油圧モータとして作動する)の回転駆動力と、内燃機関の排気ガスによる回転駆動力とが調和よく共働して、過給機の過給能力を負荷変動に対応した過給圧に高めることができる。特に、負荷変動の大きさに拘わらず過給圧を一定圧だけ高める制御により、急激な負荷変動に対して確実な過給を行うことができるようになる。

0028

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記コントローラは、内燃機関の負荷変動の最大負荷時に、少なくとも過給機の給気流量が内燃機関の必要空気量を上回るように油圧流量調整手段を制御して、第1の油圧ポンプの回転駆動力を高めて過給機の過給能力を高めることが望ましい。

0029

このように、コントローラが、内燃機関の負荷変動の最大負荷時に、少なくとも過給機の給気流量が内燃機関の必要空気量を上回るように油圧流量調整手段を制御して、第1の油圧ポンプの回転駆動力を高めて過給機の過給能力を高めることにより、ほぼすべての負荷変動域において、過給機の給気流量が内燃機関の必要空気量を上回るようになる。

0030

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記コントローラは、上記一定圧を内燃機関の各所定負荷に応じて変化させることが望ましい。このように、コントローラが、上記一定圧を内燃機関の各所定負荷に応じて変化させることにより、各負荷に応じて最適な過給を行なうことができるようになる。

発明の効果

0031

本発明の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置は、内燃機関の排気ガスにより回転駆動されて内燃機関の給気を過給する過給機と、過給機の回転軸に連結されて過給機と共に回転する第1の油圧ポンプと、内燃機関のクランク軸に連結されてクランク軸と共に回転する第2の油圧ポンプと、第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路と、油圧回路に配設されて第1の油圧ポンプと第2の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラとを備えた内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時に内燃機関の負荷変動に応じて第1の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように油圧流量調整手段を制御する。

0032

したがって、内燃機関の所定負荷運転時の急激な負荷変動に対して過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図ることができる、という優れた効果を奏する。

図面の簡単な説明

0033

本発明の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置の一例を示すブロック図である。
図1のエンジンの通常運転時の油圧回路の流れを示す回路図である。
図1のエンジンの逆転時の油圧回路の流れを示す回路図である。
図1のエンジンに負荷変動がない時の時間経過に対するエンジン負荷、エンジンの必要空気量、過給機の過給流量を示すグラフである。
図1のエンジンの急激な負荷変動時の時間経過に対するエンジン負荷、エンジンの必要空気量、過給機の過給流量を示すグラフである。
従来の内燃機関における、急激な負荷変動時の時間経過に対するエンジン負荷、エンジンの必要空気量、過給機の過給流量を示すグラフである。

実施例

0034

本発明に係る内燃機関の過給機余剰動力回収装置を実施するための形態を、図1ないし図5を参照して詳細に説明する。

0035

図1の符号1は、一例としての、船舶に搭載される推進用2サイクルディーゼルエンジン(内燃機関)を示し、このエンジン1は、その排気ガスにより回転駆動されて給気をエンジン1へ過給する過給機5を備えている。過給機5は圧縮機6とタービン7とを有し、圧縮機6とタービン7は回転軸8で連結されている。エンジン1の排気ガスによりタービン7が回転駆動され、タービン7によって圧縮機6が回転する。これによりエンジンの給気密度が高められ、エンジン出力が向上する。

0036

なお、過給機5は、必ずしもその段数単段のものに限定されるものではない。また、エンジン1は舶用エンジンに限定されず、また、形式も2サイクルディーゼルエンジンに限定されるものではなく、4サイクルディーゼルエンジンや、天然ガス都市ガス等を燃料とするガスエンジン、他のすべての形式の内燃機関が含まれる。

0037

図1に示すように、過給機5の回転軸8に変速機9が連結され、変速機9に固定容量型の油圧ポンプ(第1の油圧ポンプ)10が連結されている。エンジン1のクランク軸2に変速機3が連結され、変速機3に固定容量型の油圧ポンプ(第2の油圧ポンプ)11が連結されている。勿論、変速機3を設けずに油圧ポンプ11をエンジン1のクランク軸2に直結することもできる。

0038

上述の2つの油圧ポンプ10,11は、油圧回路20の中に組み込まれる。油圧ポンプ10の出力側と油圧ポンプ11は油路21により、油圧ポンプ10の入力側と油圧ポンプ11は油路22によりそれぞれ接続されている。

0039

2つの油路21,22の間に、小型の可変容量型の油圧ポンプ(第3の油圧ポンプ)12が油路23,24により接続されている。油路23は油圧ポンプ12と油路21とを接続し、油路24は油圧ポンプ12と油路22とを接続する。このように、油圧ポンプ12は、油圧ポンプ10と油圧ポンプ11とにそれぞれ並列に接続されている。

0040

これらの油圧ポンプ10,11,12は、ポンプ軸より回転駆動されればそれぞれ油圧ポンプとして作動し、油圧により回転駆動されればそれぞれ油圧モータとして作動するもので、名称の簡略化のため本発明では単に油圧ポンプとしている。

0041

可変容量型の油圧ポンプ12には、電動モータ(駆動源)13が連結される。電動モータ13は油圧ポンプ12を電動モータとして回転駆動するほか、油圧ポンプ12により回転駆動されて発電機として作動するもので、名称の簡略化のため本発明では単に電動モータとしている。

0042

電動モータ13は、船舶の中央配電装置14と電気的に接続されて、後述のように、電動モータ13がモータとして作動するときは中央配電装置14から電力を得ると共に、電動モータ13が発電機として作動するときは、過給機5の余剰動力を船舶の電力として利用することができる。

0043

本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、油圧ポンプ(第3の油圧ポンプ)12と電動モータ(駆動源)13とにより、油圧流量調整手段が構成される。なお、この油圧流量調整手段は、必ずしも油圧ポンプ12と電動モータ13とにより構成する必要はなく、例えば、油圧ポンフ10,11の双方又は一方を可変容量型とすることにより構成することもできる。

0044

また、駆動源は、必ずしも電動モータ13により構成する必要はなく、例えば、可変容量型の油圧ポンプ12がこのエンジン1のクランク軸2により回転駆動されるもの、あるいは図示しない発電用補助エンジンなどの、上記エンジン1とは別のエンジンにより回転駆動されるものなどもある。上述の油圧ポンプ12の容量可変部の可変機構としては、例えば、斜板式や斜軸式など様々なものがある。

0045

エンジン1の燃料噴射量を制御するコントローラ15が配設され、コントローラ15は、油圧ポンプ12の可変機構部と電気的に接続されてこれを制御し、油圧ポンプ12の容量を変化させる。

0046

図2に示すように、2つの油路21,22の間に、かつ、油圧ポンプ11と12とそれぞれ並列に、油圧操作切替弁25、上述のコントローラ15に制御される比例電磁式安全弁26、安全弁27、上述のコントローラ15に制御される電磁式開閉弁28、対向するように相互に直列に接続された2つの逆止弁29,30が、油圧ポンプ12の側からこの順に接続されている。

0047

上述の油圧ポンプ12には冷却ポンプ35が連結され、この冷却ポンプ35は、油圧ポンプ12又は油圧ポンプ12に連結されている電動モータ13により回転駆動される。冷却ポンプ35は、フィルタ36を介して2つの逆止弁29,30の間に接続される。

0048

また、2つの逆止弁29,30とタンク34との間には、油路37を介して冷却ポンプ用安全弁32及び熱交換器33が配設される。油圧操作式切替弁25の出口は、安全弁31、油路37、熱交換器33を介してタンク34に接続されている。

0049

次に、本発明の内燃機関の過給機余剰動力回収装置の作動について説明する。まず、エンジン1の負荷が、低負荷から高負荷へ徐々に上昇する通常運転時の作動について説明する。

0050

図2に示すように、エンジン1の通常運転時において、図1に示すコントローラ15は、上述の電磁式開閉弁28を閉弁させている。したがって、油圧回路20においては、2つの油圧ポンプ11,12と、2つの油路21,22とによる一方向の油圧の循環路が形成されている。

0051

ところで、エンジン1の低負荷運転時には、エンジン1の排気ガス量不足して、過給機5だけではエンジン1の負荷に対して充分な過給を行なうことができない。このため、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、エンジン1のクランク軸2に連結された油圧ポンプ11が発生させた油圧により、過給機5に連結された油圧ポンプ10を回転駆動して、過給機5に対して回転力加勢を行わせる。これにより、過給機5は排気ガスだけによる回転力からさらに増速され、エンジン1に対してより多くの過給を行なうことができる。

0052

このため、図1に示したエンジン1の燃料噴射量を制御するコントローラ15が、可変容量型の油圧ポンプ12の容量を変化させて、電動モータ13により油圧ポンプ12を回転駆動させて、過給機5に対して必要な回転力の加勢を行わせる。このとき、電動モータ13に対しては、図1に示した船舶の中央配電装置14から電力が供給される。

0053

図2の油圧回路20において、冷却ポンプ35は、電動モータ13により回転駆動されて、タンク34内の作動油を吸い上げて、冷却された作動油をフィルタ36、2つの逆止弁29,30を介して油路21,22へ供給する。2つの逆止弁29,30から供給された作動油の油圧が過大のときは、潤滑油は冷却ポンプ用安全弁32、熱交換器33を介して再びタンク34に戻される。

0054

比例電磁式安全弁26と安全弁27は、油路21,22の一方の圧力が高まったときに開弁し、回路全体過負荷を防止する。また、油圧操作式切替弁25と安全弁31は、作動油を油路37、熱交換器33を介して冷却した後に、タンク34へ戻す。

0055

また、エンジン1の高負荷運転時には、エンジン1の排気ガスが過給機5に必要とされる排気ガス量に対して余剰となる。このとき、図1に示したコントローラ15は、可変容量型の油圧ポンプ12の容量を変化させて、過給機5の回転力で油圧ポンプ10が吐出した余剰油圧により、油圧ポンプ12を回転駆動させる。油圧ポンプ12は電動モータ13を回転駆動して、発生した電力を図1に示す船舶の中央配電装置14へ供給する。これにより、過給機5の余剰動力を船舶用電力として回収することができる。

0056

次に、船舶のクラッシュアスターン時、つまりエンジン1が逆回転した時の、本内燃機関の過給機余剰動力回収装置の作動について説明する。

0057

図3に示すように、エンジン1の逆回転時において、図1に示すコントローラ15は、電磁式開閉弁28を開弁させる。したがって、油圧回路20においては、油圧ポンプ10と電磁式開閉弁28との間を循環する油圧回路と、油圧ポンプ11と電磁式開閉弁28との間を循環する油圧回路とが形成される。この場合、油圧ポンプ10と電磁式開閉弁28との間を循環する油圧回路において、油圧ポンプ11は無負荷運転状態となる一方、油圧ポンプ10は油圧ポンプ11の作動から切り離される。

0058

ここで、エンジン1の排気ガスが過給機5に必要とされる排気ガスエネルギに対して余剰となるときは、コントローラ15は、可変容量型の油圧ポンプ12の容量を変化させて、過給機5の回転力で油圧ポンプ11が吐出した余剰油圧により油圧ポンプ12を回転駆動させる。油圧ポンプ12は電動モータ13を回転駆動して、発生させた電力を図1に示す船舶の中央配電装置14へ供給する。

0059

図4において、実線aは、所定負荷運転時におけるエンジンの負荷変動を示し、一点鎖線bは、エンジンの必要空気量を示し、破線cは、排気ガスによる過給機の給気流量を示している。上述のように、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、低負荷から高負荷までの所定負荷運転時に、急激な負荷変動がない限り、コントローラ15が油圧ポンプ12の容量を変化させて、排気ガスによる過給機の給気流量がエンジンの必要空気量を常に上回るように制御している。

0060

次に、エンジン1の所定負荷運転時に、悪天候などにより推進プロペラが海面上と海面下とを上下動した場合など、エンジン1に急激な負荷変動が生じた場合の作動について説明する。

0061

すなわち、推進プロペラが海面下にあるときは、エンジンには通常の負荷がかかっている。しかし、推進プロペラが海面上に現れると、推進プロペラが空回り状態となり、エンジンの負荷が急激に低下する。また、推進プロペラがこのように一旦海面上に現れた後に、再び海面下に入るときには、エンジンに対して一時的ではあるが通常の運転時よりも過大な負荷がかかる。

0062

図5において、実線aは、所定負荷運転時におけるエンジン1の負荷変動を示し、一点鎖線bは、エンジン1の必要空気量を示し、一点鎖線cは、排気ガスのみによる過給機5の給気流量を示し、破線dは、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置の作動による過給機5の給気流量を示す。

0063

図5に示すように、エンジン1の急激な負荷変動時にエンジン1の排気ガスによる過給機5の過給能力は、その負荷変動に対して一定の遅れを伴いながら変動する。このとき、コントローラ15は、過給機5の過給圧が排気ガスのみによる運転時(図5二点鎖線c参照)に比して一定圧(ΔP)だけ高まるように、可変容量型の油圧ポンプ12の容量を変化させて油圧ポンプ10の回転駆動力を高め、エンジン1への給気流量を高める(図5の破線d参照)。つまり、負荷変動の大きさに拘わらず過給機5の過給圧を一定圧だけ高める制御により、急激な負荷変動に対しても確実な過給を行なうことができる。

0064

また、コントローラ15には、エンジン1の各所定負荷に対してそれぞれ最適な一定圧(ΔP)が予め設定されている。したがって、コントローラ15は、過給機5の過給圧に関する上記一定圧(ΔP)を、エンジン1の各負荷に応じて最適に変化させることができる。

0065

さらに、コントローラ15は、エンジン1の負荷変動の最大負荷時に、少なくとも過給機5の給気流量がエンジン1の必要空気量を上回るように、油圧ポンプ10の回転駆動力を高めて過給機5の過給能力を高める。すなわち、上記一定圧(ΔP)は、このように設定されている。したがって、各負荷運転時に急激な負荷変動が発生した場合にも、エンジン1のほぼすべての負荷変動域において、過給機5の給気流量がエンジン1の必要空気量を上回るようになる。

0066

このとき、油圧ポンプ12は、図1に示す船舶の中央配電装置14から電力の供給を受けた電動モータ13により回転駆動される。したがって、油圧ポンプ10(このときは油圧モータとして作動する)の回転駆動力と、エンジン1の排気ガスによる回転駆動力とが調和よく共働して、過給機5の過給能力を高める。

0067

このように、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、コントローラ15が、エンジン1の所定負荷運転時に、エンジン1の負荷変動に応じて油圧ポンプ10の回転駆動力を上昇させて過給機5の過給能力を高めるように油圧ポンプ12を制御するから、エンジン1の所定負荷運転時の急激な負荷変動に対しても、過給機5により最適な過給ができ、これにより常に内燃機関へ必要空気量に応じた空気量の過給を行うことができ、よって燃費向上が図れると共に、完全燃焼によって環境性能の向上を図ることができる。

0068

また、油圧ポンプ10,11は、ともに固定容量型の油圧ポンプであるから小型化することができ、エンジン1周りにおいて油圧ポンプの配置が極めて容易になり、しかも大幅な重量軽減が図れる。さらに、油圧ポンプ10,11を固定容量型としたことにより、油圧ポンプ10,11が安価なものとなり、装置の製造コスト低減を図ることができる。

0069

2つの固定容量型油圧ポンプ10,11の間の相互の油圧の流量調整は、油圧ポンプ10,11とは別の、可変容量型からなる油圧ポンプ12により行なわれる。油圧ポンプ12の役割は、油圧ポンプ10,11の間の相互の油圧の流量調整であるから、小型の可変容量型油圧ポンプでよい。したがって、コスト的にも極めて有利になる。

0070

さらに、可変容量型の油圧ポンプ12と固定容量型の油圧ポンプ10,11は油路、つまり油圧配管のみにより接続されているから、油圧ポンプ12については配置の自由度が極めて高く、エンジン1周りにおいて補機類などの取りまわしが容易になる。

0071

コントローラ15は、エンジン1の燃料噴射量を制御するものであるから、エンジン1の負荷変動を燃料噴射量から正確に検出することができ、エンジン1の燃料噴射システムと油圧ポンプ12の制御システムの統合を図ることができる。また、コントローラ15は、この燃料噴射量に基づいて油圧ポンプ12の容量を制御して油圧ポンプ10の回転駆動力を変化させるから、このコントローラ15は、常に変化するエンジン1の負荷変動に対して、油圧ポンプ10,11の間の相互の油圧の流量調整を最適に行なうことができる。

0072

油圧ポンプ12の回転軸に連結されて油圧ポンプ12と共に回転する電動モータ13を備えたから、油圧ポンプ12により油路の油圧の流量を増加させる必要があるときは、この電動モータ13により油圧ポンプ12を回転駆動させて油圧の流量を増加させることができ、また、油圧の流量を減少させる必要があるときは、この電動モータ13を発電機として作動させて、過給機5の余剰動力を電力として回収することができる。

0073

なお、上述の内燃機関の過給機余剰動力回収装置は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

0074

本発明の内燃機関の過給機余剰動力回収装置は、過給機を有する内燃機関であれば必ずしも上述の船舶に搭載される推進用の2サイクルディーゼルエンジンに限定して利用されるものではなく、あらゆる種類の内燃機関に、そしてあらゆる形式の内燃機関にも広く利用することができる。

0075

1エンジン
2クランク軸
3変速機
5過給機
6圧縮機
7タービン
8回転軸
9 変速機
10油圧ポンプ(第1の油圧ポンプ)
11 油圧ポンプ(第2の油圧ポンプ)
12 油圧ポンプ(第3の油圧ポンプ,油圧流量調整手段)
13電動モータ(駆動源,油圧流量調整手段)
14 中央配電装置
15コントローラ
20油圧回路
21,22,23,24油路
25切替弁
26,27安全弁
28開閉弁
29,30逆止弁
31 安全弁
32 安全弁
33熱交換器
34タンク
35冷却用油圧ポンプ
36フィルタ
37 油路
a エンジンの負荷変動
b エンジンの必要空気量
c排気ガスのみによる給気流量
d過給補助装置の作動による給気流量

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