CN114233468A - 船用内燃机 - Google Patents

船用内燃机 Download PDF

Info

Publication number
CN114233468A
CN114233468A CN202110985387.0A CN202110985387A CN114233468A CN 114233468 A CN114233468 A CN 114233468A CN 202110985387 A CN202110985387 A CN 202110985387A CN 114233468 A CN114233468 A CN 114233468A
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust gas
turbine
passage
egr
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110985387.0A
Other languages
English (en)
Inventor
柳润
三柳晃洋
上田哲司
伊藤和久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Engine Corp
Original Assignee
Japan Engine Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Engine Corp filed Critical Japan Engine Corp
Publication of CN114233468A publication Critical patent/CN114233468A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0077—Control of the EGR valve or actuator, e.g. duty cycle, closed loop control of position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B61/00—Adaptations of engines for driving vehicles or for driving propellers; Combinations of engines with gearing
    • F02B61/04—Adaptations of engines for driving vehicles or for driving propellers; Combinations of engines with gearing for driving propellers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/0017—Controlling intake air by simultaneous control of throttle and exhaust gas recirculation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Abstract

本发明涉及一种船用内燃机。作为船用内燃机的发动机(1)包括：主机(10)；利用供往涡轮(42)的废气来驱动压缩机(41)的废气涡轮增压器(4)；将排气通路(31)中的该涡轮下游侧的部位和吸气通路(21)中的该压缩机上游侧的部位连接起来的EGR通路(81)；打开、关闭该EGR通路的EGR阀(82)；对供往该涡轮的废气的流量进行调节的废气调节系统(9)；以及根据该EGR阀的开度控制该废气调节系统的控制器(100)。与该EGR阀处于闭阀状态的情况相比，在该EGR阀处于开阀状态的情况下，该控制器使供往该涡轮的废气的流量增加。由此，在包括废气涡轮增压器的船用内燃机中，可兼顾EGR运转和通常运转。

Description

船用内燃机
技术领域
本公开涉及一种船用内燃机。
背景技术
在专利文献1中，作为不限于船用的内燃机之一例，公开了一种包括EGR装置的带增压器的发动机。具体而言，在该专利文献1中公开了以下内容：根据增压器的吸入空气温度，求出与导致增压器破损的破损温度相对应的破损增压压力，以设定得比该破损增压压力低的最大增压压力为上限的方式限制增压器的增压压力。
根据上述专利文献1，在采用包括EGR装置的发动机的情况下，根据EGR冷却器的性能，回流到进气通路的EGR气体有可能成为高温。因此，在增压器吸入EGR气体的情况下，被该增压器吸入的空气的温度(吸入空气温度)变得过高，由此可能导致增压器破损。
针对这样的问题，上述专利文献1所公开的发动机通过根据上述吸入空气温度来限制增压器的增压压力，从而能够预防增压器破损。这里，该文献所涉及的发动机构成为：包括使空气以绕过增压器的方式流通的旁通阀来作为用于限制增压器的增压压力的机构。
专利文献1：日本公开专利公报特开2009-299537号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
作为用于应对上述问题的具体对策，例如考虑在使EGR气体回流时进行对旁通阀的开阀等，从而使流入构成增压器的转子、涡轮等的废气的流量或流速减小，由此使得增压压力不会变得过高。
此外，不限于旁通阀，也可以考虑通过使用所谓的可变喷嘴涡轮，根据是否使EGR气体回流，来对流入增压器的废气的流速进行适当地调节。
但是，上述问题是由EGR冷却器的性能引起的。因此，在例如像船用内燃机那样能够使用大型且高性能的冷却装置的情况下，通常不需要如上所述的控制。
作为用于克服以船舶为对象实施的NOx限制中特别是第三层限制(Tier3)的方法，对如上述专利文献1所公开的具有EGR装置的船用内燃机进行了研究。
在上述船用内燃机构成为还包括废气涡轮增压器的情况下，由压缩机压缩的空气的比热比由于该空气中所含有的EGR气体而降低。比热比降低导致扫气压力(增压压力)降低。扫气压力降低导致燃油经济性恶化、在废气中产生烟雾等，因而并不优选。
因此，推测出会使EGR气体回流，从而预先将燃料的喷射压力设定得较高，或者预先缩小涡轮上游的喷嘴面积(以下，将其称为“涡轮喷嘴面积”)以补偿伴随比热比降低而降低的扫气压力。
但是，作为船舶航行对象的海域并不限于受上述第三层限制管制的海域(以下称为“Tier3海域”)。也可以想到在受NOx的排出限制比该第三层限制宽松的第二层限制(Tier2)所管制的海域(以下称为“Tier2海域”)航行、或者在Tier3海域与Tier2海域之间来回航行的情况。
为了应对上述情况，可以考虑控制内燃机，使得在Tier3海域打开EGR阀而使EGR气体回流，另一方面，在Tier2海域关闭EGR阀而不使EGR气体回流。
但是，为了在使EGR气体回流的EGR运转时(适于Tier3海域的运转时)不发生与比热比相关的问题，若如上所述的那样预先将燃料的喷射压力设定得较高，则在不使EGR气体回流的通常运转时(适于Tier2海域的运转时)，就会面临NOx的排出量增加的问题。
因此，想到了如上所述的那样预先缩小涡轮喷嘴面积来代替提高燃料的喷射压力的做法，但在该情况下，在通常运转时扫气压力过度上升，缸内压力有可能超过设计上所允许的范围。
这样一来，本申请发明人便从与上述专利文献1不同的观点进行了研究，结果新发现了船用内燃机所特有的技术问题。本申请发明人经过进一步的潜心研究，最终创建出与该文献所涉及的结构性质不同的控制方式。
本公开正是为解决上述问题而完成的，其目的在于：在包括废气涡轮增压器的船用内燃机中，兼顾EGR运转和通常运转。
-用于解决技术问题的技术方案-
本公开的第一方面涉及一种船用内燃机。该船用内燃机包括二冲程式主机、进气通路和排气通路、废气涡轮增压器、EGR通路、EGR阀、废气调节系统以及控制器，所述进气通路和所述排气通路与所述主机相连，所述废气涡轮增压器具有布置在所述进气通路中的压缩机和布置在所述排气通路中的涡轮，并利用供往所述涡轮的废气驱动所述压缩机，所述EGR通路将所述排气通路中的比所述涡轮靠下游侧的部位和所述进气通路中的比所述压缩机靠上游侧的部位连接起来，所述EGR阀打开、关闭所述EGR通路，所述废气调节系统对供往所述涡轮的废气的流量或流速进行调节，所述控制器根据所述EGR阀的开度控制所述废气调节系统。
根据本公开的第一方面，与所述EGR阀处于开阀状态的情况相比，在该EGR阀处于闭阀状态的情况下，所述控制器使供往所述涡轮的废气的流量或流速减小。
这里，“废气调节系统”包括：通过使废气绕过涡轮来对废气的流量进行调节的旁路管线、通过改变涡轮上游的喷嘴面积来对废气的流速进行调节的可变喷嘴等。
根据所述第一方面，与在Tier3海域航行等执行使EGR气体回流的EGR运转的情况(EGR阀处于开阀状态的情况)相比，在Tier2海域航行等执行不使EGR气体回流的通常运转的情况(EGR阀处于闭阀状态的情况)下，所述控制器使供往涡轮的废气的流量或流速减小。
这样一来，即使为了达到适于EGR运转的扫气压力而预先缩小了涡轮喷嘴面积，通过在通常运转中使供往涡轮的废气的流量或流速减小，也能够抑制通常运转中扫气压力过度上升，从而能够使缸内压力收敛于允许范围内。
换言之，与执行通常运转的情况相比，在执行EGR运转的情况下，所述控制器会使供往涡轮的废气的流量或流速增加。
这样一来，即使为了达到适于通常运转的扫气压力而使用旁路管线等将废气的流量等设定得较低，通过在EGR运转时关闭该旁路管线等，也能够在EGR运转中维持适当的扫气压力。
根据本公开的第二方面，也可以是这样的，所述废气调节系统具有旁通路和旁通阀，所述旁通路将所述排气通路中的比所述涡轮靠上游侧的部位和比该涡轮靠下游侧的部位连接起来，所述旁通阀通过打开、关闭所述旁通路，从而对供往所述涡轮的废气的流量进行调节。
根据上述第二方面，在使旁通阀成为开阀状态时，能够相对地减少供往涡轮的废气的流量，另一方面，在使旁通阀成为闭阀状态时，能够相对地增加供往涡轮的废气的流量。通过适当地打开、关闭旁通阀，从而在从EGR运转移向通常运转时(或者，进行与其相反的转移时)，能够将扫气压力维持在适当的值。
根据本公开的第三方面，也可以是这样的，所述废气涡轮增压器构成为：在使所述EGR阀和所述旁通阀中的任一者成为开阀状态时，该废气涡轮增压器的喷出压力收敛于规定的适当范围内。
这里所说的“喷出压力”是指从废气涡轮增压器的压缩机喷出的空气的压力(增压压力)。喷出压力的大小与上述扫气压力实质上相等。这里所说的“适当范围”是指保证主机的缸内压力不超过允许范围而设定好的压力范围。
根据上述第三方面，例如通过在设计阶段缩小涡轮喷嘴面积，从而预先将废气涡轮增压器的喷出压力设定得较高。这样一来，能够推测出在使EGR阀成为开阀状态时(或者，使旁通阀成为开阀状态时)所产生的喷出压力降低，从而能够使喷出压力收敛于适当范围内。
根据本公开的第四方面，也可以是这样的，所述控制器在所述EGR阀从开阀状态变为闭阀状态时，使所述旁通阀至少暂时成为全开状态。
根据上述第四方面，通过在从EGR运转刚转移到通常运转后或转移过渡时使旁通阀成为全开状态，从而能够促进残留在主机内的EGR气体排出，并能够将其及早排出。这样一来，就能够顺利地进行从EGR运转向通常运转的转移。
根据本公开的第五方面，也可以是这样的，所述船用内燃机包括废气节流机构，该废气节流机构对通过所述涡轮的废气的流量与经由所述旁通路绕过所述涡轮的废气的流量的比率进行调节，所述废气节流机构构成为：无论所述旁通阀是否处于开阀状态，都使绕过所述涡轮的废气的流量比通过该涡轮的废气的流量少。
在旁通阀处于开阀状态时，废气就会经由旁通路绕过涡轮。但是，如果使所需以上的废气绕过涡轮，则会导致扫气压力降低，不利于维持扫气压力。
根据上述第五方面，即使旁通阀处于开阀状态，所述废气节流机构也会使绕过涡轮的废气的流量比通过该涡轮的废气的流量少。这样一来，就能够确保驱动涡轮所需的流量，进而有利于维持扫气压力。
根据本公开的第六方面，也可以是这样的，在所述旁通路上设置有使该旁通路的通路截面积变窄的节流孔，所述废气节流机构由所述节流孔构成。
上述第六方面在维持扫气压力方面是有效的。
根据本公开的第七方面，也可以是这样的，就所述船用内燃机而言，所述废气涡轮增压器包括可变喷嘴，该可变喷嘴通过改变所述涡轮的周围的通路面积，从而对供往所述涡轮的废气的流速进行调节，所述废气调节系统由所述可变喷嘴构成。
根据上述第七方面，在缩小可变喷嘴时，能够相对地增大供往涡轮的废气的流速，另一方面，在打开可变喷嘴时，能够相对地减小供往涡轮的废气的流速。通过该构成方式，在从EGR运转移向通常运转时(或者，进行与其相反的转移时)，能够将扫气压力维持在适当的值。
根据本公开的第八方面，也可以是这样的，所述废气涡轮增压器构成为：在使所述EGR阀为开阀状态且利用所述可变喷嘴缩小了所述通路面积时、或者在使所述EGR阀为闭阀状态且利用所述可变喷嘴扩大了所述通路面积时，所述废气涡轮增压器的喷出压力收敛于规定范围内。
根据上述第八方面，例如通过在设计阶段缩小涡轮喷嘴面积，从而预先将废气涡轮增压器的喷出压力设定得较高。这样一来，能够推测出在使EGR阀成为开阀状态时或在利用可变喷嘴扩大了通路面积时所产生的扫气压力降低，从而能够使扫气压力收敛于适当范围内。
-发明的效果-
如上所述，根据本公开，在包括废气涡轮增压器的船用内燃机中，能够兼顾EGR运转和通常运转。
附图说明
图1是示出船用内燃机的简要结构的系统图；
图2是示出从EGR运转切换到通常运转的切换顺序的流程图；
图3是示出从通常运转切换到EGR运转的切换顺序的流程图；
图4是示出船用内燃机的变形例的相当于图1的图。
-符号说明-
1-发动机(船用内燃机)；1’-发动机(船用内燃机的变形例)；10-主机；21-进气通路；31-排气通路；4-废气涡轮增压器；41-压缩机；42-涡轮；43-可变喷嘴(废气调节系统的变形例)；81-EGR通路；82-EGR阀；9-废气调节系统；91-旁通路；92-节流孔(废气节流机构)；93-旁通阀；100-控制器。
具体实施方式
下面，参照附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的说明仅为举例说明。
图1是示出船用内燃机(以下简称为“发动机1”)的简要结构的系统图。
发动机1为包括多个气缸11的直列多缸式柴油发动机。该发动机1构成为直流扫气式二冲程循环内燃机，并被安装在油轮、集装箱船、汽车运输船等大型船舶上。
安装于船舶上的发动机1包括用于推进该船舶的主机10。因此，主机10的输出轴通过螺旋桨轴(未图示)与船舶的螺旋桨(未图示)相连结。发动机1运转，发动机1的输出就会传递到螺旋桨，来推进船舶前进。
发动机1还构成为带涡轮增压器的发动机。即，如图1所示，本实施方式所涉及的发动机1构成为包括废气涡轮增压器4。
(1)主要结构
下面，对发动机1的主要部分进行说明。
如图1所示，发动机1包括：上述主机10、与该主机10相连的进气系统2和排气系统3、利用在排气系统3中流动的废气进行工作的废气涡轮增压器4、使废气回流的EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)系统8、对废气的流量或流速进行调节的废气调节系统9、以及控制发动机1的各部分的控制器100。
其中，主机10具有多个气缸11(在图1中仅示出四个气缸11)。主机10是二冲程式主机。在各气缸11内分别插入有活塞(未图示)，所述活塞能够做往复运动。由各气缸11的内壁、气缸盖(未图示)的顶棚面以及活塞的顶面在每个气缸11中划分出燃烧室。
主机10还包括扫气箱18和排气歧管19。扫气箱18与主机10的燃烧室连通，并构成为向该燃烧室12提供扫气用空气。排气歧管19与主机10的燃烧室连通，能够将已燃气体(废气)从该燃烧室排出。主机10经由扫气箱18与进气系统2(具体而言，后述的进气通路21)相连，另一方面，主机10经由排气歧管19与排气系统3(具体而言，后述的排气通路31)相连。
进气系统2具有与主机10相连的进气通路21。进气系统2构成为经由该进气通路21将空气送入主机10。具体而言，在本实施方式所涉及的进气通路21中，从上游侧开始依次设置有压缩机41以及空气冷却器22，所述压缩机41将从大气吸入的空气(新气)与后述的EGR气体一起压缩，所述空气冷却器22对由压缩机41压缩后的空气进行冷却。由空气冷却器22冷却了的空气经由上述扫气箱18到达燃烧室。
排气系统3具有与主机10相连的排气通路31。排气系统3构成为经由该排气通路31将废气从主机10排出。具体而言，在本实施方式所涉及的排气通路31中，从上游侧开始依次设置有向后述的旁通路91分支的第一分支部(旁通路91的上游端部与排气通路31的连接部)31a、驱动压缩机41且与压缩机41相连结的涡轮42、与旁通路91汇合的汇合部(旁通路91的下游端部与排气通路31之间的连接部)31b、以及向后述的EGR通路81分支的第二分支部(EGR通路81的上游端部与排气通路31之间的连接部)31c。从燃烧室排出的废气经由上述排气歧管19流入排气通路31，然后通过涡轮42向大气释放。
废气涡轮增压器4具有布置在进气通路21中的压缩机41、和布置在排气通路31中的涡轮42，且废气涡轮增压器4构成为利用供往涡轮42的废气驱动压缩机41。这里，压缩机41与涡轮42相连结，并且彼此同步旋转。因此，当利用通过涡轮42的废气驱动压缩机41旋转时，能够对通过该压缩机41的空气进行压缩。
EGR系统8具有EGR通路81，该EGR通路81将排气通路31中的比涡轮42靠下游侧的部位(第二分支部31c)和进气通路21中的比压缩机41靠上游侧的部位连接起来。EGR系统8构成为所谓的低压EGR系统，且EGR系统8构成为经由EGR通路81使废气循环。具体而言，在本实施方式所涉及的EGR通路81中，从循环废气(以下也称为“EGR气体”)的流动方向的上游侧开始依次设置有EGR阀82和EGR单元83。
其中，EGR阀82打开、关闭EGR通路81。该EGR阀82按照从控制器100输入的控制信号工作。
EGR单元83是将从EGR气体中除去煤烟、SOx等的洗涤器、冷却EGR气体的EGR冷却器、以及将EGR气体升压的鼓风机组合而成的。需要说明的是，在洗涤器或EGR冷却器中的压力损失少且仅通过调节EGR阀82的开度就能够使必要的EGR气体量循环的情况下，鼓风机并不是必须的。
废气调节系统9通过对供往涡轮42的废气的流量或流速进行调节，从而控制废气涡轮增压器4的增压压力(具体而言，从压缩机41喷出的空气的压力)。具体而言，本实施方式所涉及的废气调节系统9构成为对供往涡轮42的废气的流量进行调节，该废气调节系统9具有旁通路91、旁通阀93、以及废气节流机构92。需要说明的是，如下文所述，在废气调节系统9中，废气节流机构92不是必须的。
其中，旁通路91将排气通路31中的比涡轮42靠上游侧的部位(第一分支部31a)和比该涡轮42靠下游侧的部位(汇合部31b)连接起来。在该旁通路91上，从上游侧开始依次布置有废气节流机构92和旁通阀93。
旁通阀93打开、关闭旁通路91。该旁通阀93按照从控制器100输入的控制信号进工作。
废气节流机构92对通过涡轮42的废气的流量(第一流量)与经由旁通路91绕过涡轮42的废气的流量(第二流量)的比率进行调节。具体而言，无论旁通阀93是否处于开阀状态，废气节流机构92都构成为使第二流量比第一流量少。通过采用上述结构，从而能够确保驱动废气涡轮增压器4所需的最低限度的流量(第一流量)，并且能够仅使用于抑制增压压力的流量(第二流量)绕过涡轮42。
本实施方式所涉及的废气节流机构92由使旁通路91的通路截面积变窄的节流孔构成。如上所述，废气节流机构92布置在旁通路91中的旁通阀93的上游侧。
需要说明的是，废气节流机构92也可以布置在旁通阀93的下游且汇合部31b的上游。另外，废气节流机构92不是必须的。也能够让旁通阀93兼具废气节流机构92的功能，从而取代布置废气节流机构92。在该情况下，通过控制旁通阀93的开度，从而对供往涡轮42的废气的流量(具体而言，第一流量与第二流量的比率)进行调节。
需要说明的是，在使EGR气体循环时，废气涡轮增压器4的负载降低了与废气经由EGR通路81流通的流通量相应的量，从而扫气压力降低。扫气压力降低会导致引入气缸11的空气量下降，从而导致燃油经济性恶化、产生烟雾等，因此并不优选。当部分废气绕过涡轮42时(当旁通阀93打开时)也会出现类似的问题。
因此，在本实施方式中，推测出上述扫气压力降低，并在设计阶段实施调节，来缩小废气涡轮增压器4的涡轮喷嘴面积。本实施方式所涉及的废气涡轮增压器4构成为：在使EGR阀82和旁通阀93中的任一者成为开阀状态时(换言之，使EGR阀82和旁通阀93中的一者成为开阀状态，使另一者成为闭阀状态时)，该废气涡轮增压器4的排出压力收敛于规定的适当范围内。这样一来，能够推测出在使EGR阀82成为开阀状态时(或者，使旁通阀93成为开阀状态时)所产生的扫气压力降低，从而能够使扫气压力收敛于适当范围内。
控制器100至少与EGR阀82和旁通阀93电连接。控制器100根据EGR阀82的开度控制废气调节系统9。
具体而言，控制器100由处理器、易失性存储器、非易失性存储器、输入输出总线等构成，控制器100接收表示EGR阀82的开度的信号并生成控制信号，通过将该控制信号输入旁通阀93，从而控制废气调节系统9。
下面，对控制器100进行的控制中与发动机1的运转模式相关的处理加以说明。
(2)发动机的运转模式
控制器100能够通过控制发动机1的各种运转参数，从而作为发动机1的运转模式区分使用适合于第三层限制(Tier3)的EGR运转和适合于第二层限制(Tier2)的通常运转。EGR运转是与通常运转相比适于削减NOx排出量的运转模式。通常运转是与EGR运转相比空气的比热比较高的运转模式。
在EGR运转中，控制器100使EGR阀82成为开阀状态。这样一来，EGR气体在发动机1内循环。在EGR运转中，控制器100通过控制废气调节系统9，从而使供往涡轮42的废气的流量或流速相对地高于通常运转。具体而言，控制器100使旁通阀93成为闭阀状态。这样一来，可抑制废气经由旁通路91绕过涡轮42。
在通常运转中，控制器100使EGR阀82成为闭阀状态。这样一来，EGR气体停止循环。在通常运转中，控制器100通过控制废气调节系统9，从而使供往涡轮42的废气的流量或流速相对地低于EGR运转。具体而言，控制器100使旁通阀93成为开阀状态。这样一来，使得部分废气经由旁通路91绕过涡轮42。
在从EGR运转向通常运转转移时(或转移过渡时)，EGR阀82从开阀状态变为闭阀状态。此时，控制器100在向通常运转的转移刚刚结束后，或者在该转移过渡时，使旁通阀93至少暂时成为全开状态。
同样地，在从通常运转向EGR运转转移时(或转移过渡时)，EGR阀82从闭阀状态变为开阀状态。此时，控制器100在向EGR运转的转移刚刚结束后，或者在该转移过渡时，使旁通阀93成为闭阀状态。
(3)运转模式切换的具体示例
图2是示出从EGR运转切换到通常运转的切换顺序的流程图。
首先，如图2的步骤S11所示，假设船舶是在使发动机1的运转模式为EGR运转的状态(特别是，EGR运转的稳定状态)下进行航行的。
在接下来的步骤S12中，判断是否从EGR运转移向通常运转。在该判断为“是”时进入步骤S13，另一方面，在该判断为“否”时控制器100结束控制过程。
在步骤S13中，EGR阀82成为闭阀状态。这样一来，EGR气体停止循环。在接下来的步骤S14中，控制器100向旁通阀93输出控制信号，从而使该旁通阀93至少暂时成为全开状态。这样一来，供往涡轮42的废气的流量减少。虽然担心由于关闭了EGR阀82而使得扫气压力变得过大，但通过打开旁通阀93就能够消除这种忧虑。
当通过关闭EGR阀82而排出发动机1内的EGR气体时，就从步骤S14进入步骤S15。在该步骤S15中，各种运转参数(用于控制发动机1的各种致动器的参数)便从适于EGR运转的参数变为适于通常运转的参数。
最后，在步骤S15之后的步骤S16中，开始以通常运转(特别是，通常运转的稳定状态)航行，控制器100就会结束控制过程。
需要说明的是，步骤S13、步骤S14以及步骤S15也能够同时并行地实施。
图3是示出从通常运转切换到EGR运转的切换顺序的流程图。
首先，如图3的步骤S21所示，假设船舶是在使发动机1的运转模式为通常运转的状态(特别是，通常运转的稳定状态)下进行航行的。
在接下来的步骤S22中，判断是否从通常运转移向EGR运转。在该判断为“是”时进入步骤S23，另一方面，在该判断为“否”时控制器100结束控制过程。
在步骤S23中，控制器100向旁通阀93输出控制信号，从而使该旁通阀93至少暂时成为全闭状态。在接下来的步骤S24中，使EGR阀82成为开阀状态。
在步骤S23中，控制器100向旁通阀93输出控制信号，从而使该旁通阀93至少暂时成为全闭状态。这样一来，供往涡轮42的废气的流量增加。在接下来的步骤S24中，使EGR阀82成为开阀状态。这样一来，EGR气体开始循环。虽然担心由于打开了EGR阀82而使得扫气压力降低，但通过关闭旁通阀93就能够消除这种忧虑。
当通过打开EGR阀82而使得EGR气体开始循环时，从步骤S24进入步骤S25。在该步骤S25中，各种运转参数从适于通常运转的参数变为适于EGR运转的参数。
最后，在步骤S25之后的步骤S26中，开始以EGR运转(特别是，EGR运转的稳定状态)航行，控制器100就会结束控制过程。
需要说明的是，步骤S23、步骤S24以及步骤S25也能够同时并行地实施。
(4)关于维持扫气压力
如以上说明的那样，如图2的步骤S13～S14所示，与执行EGR运转的情况(EGR阀82处于开阀状态的情况)相比，在执行通常运转的情况(EGR阀82处于闭阀状态的情况)下，本实施方式所涉及的控制器100使供往涡轮42的废气的流量减少。
这样一来，即使为了达到适于EGR运转的扫气压力而预先缩小了涡轮喷嘴面积，通过在通常运转中使供往涡轮42的废气的流量减少，也能够抑制该通常运转中扫气压力过度上升，从而能够使缸内压力收敛于允许范围内。
换言之，如图3的步骤S23～S24所示，与执行通常运转的情况相比，在执行EGR运转的情况下，控制器100使供往涡轮42的废气的流量增加。
这样一来，即使为了达到适于通常运转的扫气压力而使用旁通路91将废气的流量设定得较低，通过在EGR运转时关闭该旁通路91，也能够在EGR运转中维持适当的扫气压力。
如图1所示，通过使用旁通阀93构成废气调节系统9，从而在使旁通阀93为开阀状态时，能够相对地减少供往涡轮42的废气的流量，另一方面，在使旁通阀93为闭阀状态时，能够相对地增加供往涡轮42的废气的流量。通过适当地打开、关闭旁通阀93，从而在从EGR运转移向通常运转时(或者，进行与其相反的转移时)，能够将扫气压力维持在适当的值。
如上所述，通过在设计阶段缩小涡轮喷嘴面积，从而预先将废气涡轮增压器4的喷出压力设定得较高。通过这样设定，如上所述，能够推测出在使EGR阀82成为开阀状态时、或者在使旁通阀93成为开阀状态时所产生的喷出压力降低，从而能够使喷出压力收敛于适当范围内。
如图2的步骤S14所示，通过在从EGR运转刚转移到通常运转后或转移过渡时使旁通阀93成为全开状态，从而能够促进残留在主机10内的EGR气体排出，并能够将其及早排出。这样一来，就能够顺利地进行从EGR运转向通常运转的转移。
在旁通阀93处于开阀状态时，废气就会经由旁通路91绕过涡轮42。但是，如果使所需以上的废气绕过涡轮42，则会导致扫气压力降低，不利于维持该扫气压力。
因此，通过在旁通路91上设置节流孔92，即使旁通阀93处于开阀状态，也会使绕过涡轮42的废气的流量比通过该涡轮42的废气的流量少。这样一来，就能够确保驱动涡轮42所需的流量，进而有利于维持扫气压力。
《其他实施方式》
图4是示出船用内燃机的变形例(以下，也将其称为“发动机1’”)的相当于图1的图。上述实施方式所涉及的废气调节系统9由旁通路91和打开、关闭该旁通路91的旁通阀93等构成，但本公开并不限于这样的结构。
例如，在废气涡轮增压器4构成为所谓的可变喷嘴涡轮增压器(Variable NozzleTurbo：VNT)的情况下，也可以由该可变喷嘴43构成废气调节系统9’。
具体而言，变形例所涉及的废气涡轮增压器4’包括可变喷嘴43。该可变喷嘴43由所谓的可变喷嘴环构成。可变喷嘴环包括多个喷嘴叶片，这些喷嘴叶片在涡轮42的入口周边布置成环状。在各喷嘴叶片上设置有作为各喷嘴叶片的旋转轴发挥作用的轴。在该轴上安装有杆，通过使该杆工作来改变喷嘴叶片的旋转角。由于各喷嘴叶片的旋转角变化，从而使得可变喷嘴43的喉部面积增加或者减少。这样一来，涡轮42的入口周边的通路面积就会增加或者减少。通过改变涡轮42周围的通路面积，从而能够对供往该涡轮42的废气的流速进行调节。变形例所涉及的废气调节系统9’由该可变喷嘴43构成。
变形例所涉及的废气涡轮增压器4’构成为：在使EGR阀82成为开阀状态且利用可变喷嘴43缩小了涡轮42周围的通路面积时、或者在使EGR阀82成为闭阀状态且利用可变喷嘴43扩大了涡轮42周围的通路面积时，废气涡轮增压器4’的扫气压力收敛于规定范围内。这样一来，与上述实施方式相同，能够推测出在使EGR阀82成为开阀状态时、或者在利用可变喷嘴43扩大了通路面积时所产生的扫气压力降低，从而能够使扫气压力收敛于适当范围内。
与上述实施方式相同，在EGR运转中，控制器100使EGR阀82成为开阀状态，并且通过控制废气调节系统9’，从而使供往涡轮42的废气的流速相对地低于通常运转。具体而言，控制器100使作为废气调节系统9’的可变喷嘴43工作，从而使上述通路面积扩大。
另一方面，在通常运转中，控制器100使EGR阀82成为闭阀状态，并且通过控制废气调节系统9’，从而使供往涡轮42的废气的流速相对地高于EGR运转。具体而言，控制器100使作为废气调节系统9’的可变喷嘴43工作，从而使上述通路面积缩小。
这样一来，即使为了达到适于EGR运转的扫气压力而预先缩小了涡轮喷嘴面积，通过在通常运转中使供往涡轮42的废气的流速减小，也能够抑制该通常运转中扫气压力过度上升，从而能够使缸内压力收敛于允许范围内。
同样地，即使为了达到适于通常运转的扫气压力而使用可变喷嘴43将废气的流速设定得较低，通过在EGR运转时使该可变喷嘴43工作来提高流速，也能够在EGR运转中维持适当的扫气压力。

Claims (8)

1.一种船用内燃机，其特征在于：
所述船用内燃机包括二冲程式主机、进气通路和排气通路、废气涡轮增压器、EGR通路、EGR阀、废气调节系统以及控制器，
所述进气通路和所述排气通路与所述主机相连，
所述废气涡轮增压器具有布置在所述进气通路中的压缩机和布置在所述排气通路中的涡轮，并利用供往所述涡轮的废气驱动所述压缩机，
所述EGR通路将所述排气通路中的比所述涡轮靠下游侧的部位和所述进气通路中的比所述压缩机靠上游侧的部位连接起来，
所述EGR阀打开、关闭所述EGR通路，
所述废气调节系统对供往所述涡轮的废气的流量或流速进行调节，
所述控制器根据所述EGR阀的开度控制所述废气调节系统，
与所述EGR阀处于开阀状态的情况相比，在该EGR阀处于闭阀状态的情况下，所述控制器使供往所述涡轮的废气的流量或流速减小。
2.根据权利要求1所述的船用内燃机，其特征在于：
所述废气调节系统具有旁通路和旁通阀，
所述旁通路将所述排气通路中的比所述涡轮靠上游侧的部位和比该涡轮靠下游侧的部位连接起来，
所述旁通阀通过打开、关闭所述旁通路，从而对供往所述涡轮的废气的流量进行调节。
3.根据权利要求2所述的船用内燃机，其特征在于：
所述废气涡轮增压器构成为：在使所述EGR阀和所述旁通阀中的任一者成为开阀状态时，该废气涡轮增压器的喷出压力收敛于规定的适当范围内。
4.根据权利要求2或3所述的船用内燃机，其特征在于：
所述控制器在所述EGR阀从开阀状态变为闭阀状态时，使所述旁通阀至少暂时成为全开状态。
5.根据权利要求2到4中任一项权利要求所述的船用内燃机，其特征在于：
所述船用内燃机包括废气节流机构，该废气节流机构对通过所述涡轮的废气的流量与经由所述旁通路绕过所述涡轮的废气的流量的比率进行调节，
所述废气节流机构构成为：无论所述旁通阀是否处于开阀状态，都使绕过所述涡轮的废气的流量比通过该涡轮的废气的流量少。
6.根据权利要求5所述的船用内燃机，其特征在于：
在所述旁通路上设置有使该旁通路的通路截面积变窄的节流孔，
所述废气节流机构由所述节流孔构成。
7.根据权利要求1所述的船用内燃机，其特征在于：
所述废气涡轮增压器包括可变喷嘴，该可变喷嘴通过改变所述涡轮的周围的通路面积，从而对供往所述涡轮的废气的流速进行调节，
所述废气调节系统由所述可变喷嘴构成。
8.根据权利要求7所述的船用内燃机，其特征在于：
所述废气涡轮增压器构成为：在使所述EGR阀为开阀状态且利用所述可变喷嘴缩小了所述通路面积时、或者在使所述EGR阀为闭阀状态且利用所述可变喷嘴扩大了所述通路面积时，所述废气涡轮增压器的喷出压力收敛于规定范围内。
CN202110985387.0A 2020-09-09 2021-08-25 船用内燃机 Pending CN114233468A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020151349A JP2022045648A (ja) 2020-09-09 2020-09-09 舶用内燃機関
JP2020-151349 2020-09-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114233468A true CN114233468A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80742515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110985387.0A Pending CN114233468A (zh) 2020-09-09 2021-08-25 船用内燃机

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2022045648A (zh)
KR (1) KR102531801B1 (zh)
CN (1) CN114233468A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070204596A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corporation Control device for internal combustion engine
JP2011069305A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Isuzu Motors Ltd 内燃機関及びその制御方法
CN103080493A (zh) * 2010-07-07 2013-05-01 丰田自动车株式会社 内燃机
CN103958861A (zh) * 2011-11-25 2014-07-30 日立汽车系统株式会社 内燃机的控制装置
CN104854338A (zh) * 2012-12-28 2015-08-19 三菱重工业株式会社 内燃机、船舶及内燃机的运行方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004027897A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd ターボ過給機の制御装置
JP4300364B2 (ja) * 2004-09-29 2009-07-22 日産自動車株式会社 可変過給システムの過給圧調整装置
JP5067268B2 (ja) 2008-06-11 2012-11-07 いすゞ自動車株式会社 過給機付きエンジンの過給圧制御装置
WO2014091717A1 (ja) * 2012-12-11 2014-06-19 マツダ株式会社 ターボ過給機付きエンジン
JP6127906B2 (ja) * 2013-10-23 2017-05-17 株式会社デンソー 内燃機関の制御装置
JP6314664B2 (ja) * 2014-05-30 2018-04-25 日産自動車株式会社 ガソリンエンジンの制御装置
JP2019105267A (ja) * 2017-03-16 2019-06-27 株式会社豊田中央研究所 内燃機関

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070204596A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corporation Control device for internal combustion engine
JP2011069305A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Isuzu Motors Ltd 内燃機関及びその制御方法
CN103080493A (zh) * 2010-07-07 2013-05-01 丰田自动车株式会社 内燃机
CN103958861A (zh) * 2011-11-25 2014-07-30 日立汽车系统株式会社 内燃机的控制装置
CN104854338A (zh) * 2012-12-28 2015-08-19 三菱重工业株式会社 内燃机、船舶及内燃机的运行方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220033424A (ko) 2022-03-16
KR102531801B1 (ko) 2023-05-11
JP2022045648A (ja) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5530117B2 (ja) 過給機付内燃機関の排気再循環システム
US8001953B2 (en) Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine and method for controlling the same
US8453446B2 (en) Exhaust gas control system for internal combustion engine and method for controlling the same
ES2549400T3 (es) Aparato y procedimiento para controlar la recirculación de gases de escape en un motor
JP5661658B2 (ja) 排気ガス再循環を用いた大型ターボチャージャ搭載２ストローク・ディーゼル・エンジン
US20100300088A1 (en) Method of controlling a turbocharger
GB2453211A (en) Operating a turbocharged i.c. engine having high-pressure EGR
JP2007315230A (ja) 内燃機関の排気還流装置
CN107882658B (zh) 具有冷却式排气再循环装置的增压内燃发动机
US9945327B2 (en) Method and apparatus for controlling turbine efficiency
US11111865B2 (en) Compression ignition engine with supercharger
KR20190040455A (ko) 내연기관 작동 방법, 내연기관, 및 자동차
JP2013170455A (ja) 内燃機関、その排気循環方法、及びその制御方法
US20200208567A1 (en) Intake-air temperature controlling device for engine with supercharger
JP2006299892A (ja) 過給機付き内燃機関
JP2011001877A (ja) 機械式過給装置を備えた内燃機関及びその過給方法
JP6357902B2 (ja) エンジンの排気再循環方法及び排気再循環装置
CN114233468A (zh) 船用内燃机
JP2008261294A (ja) 過給機付き内燃機関の制御装置
US20200283114A1 (en) Marine motor with a dual-flow exhaust gas recirculation system
JP3680537B2 (ja) ディーゼルエンジン
JP5983285B2 (ja) ターボ過給機付エンジン
JP3627470B2 (ja) 過給式エンジンのｅｇｒ装置
JP2004019589A (ja) 過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置
JP2006112273A (ja) 内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination