JP2002266646A - ターボクーリングシステム - Google Patents
ターボクーリングシステムInfo
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ターボクーリングシステムを備えたエンジン
において、排気ターボ過給機における高圧力比化を過給
機効率を低下させることなく可能として、シリンダ内の
空気過剰率の低下を伴うことなく、ターボクーリングシ
ステムからエンジンに供給される給気の温度状態を外部
への放熱温度レベル以下に低下せしめることにより、Ｎ
Ｏｘの発生を抑制でき、燃料消費率の低減及びシリンダ
７内熱負荷の低減をも実現し得るターボクーリングシス
テムを提供する。 【解決手段】 エンジンから排気管を経て供給される排
気ガスにより駆動される排気ターボ過給機の第１のコン
プレッサで加圧された空気を冷却後ターボクーリング過
給機の第２のコンプレッサで加圧し冷却して膨張タービ
ンにて膨張仕事をなさしめ、該加圧空気を降温させてエ
ンジンに供給するようにしたターボクーリングシステム
において、前記排気管の前記排気ターボ過給機入口より
も上流部位に、排気ガス中に蒸気を噴出せしめる蒸気流
量制御装置付きの蒸気供給装置を設けたことを特徴とす
る。
において、排気ターボ過給機における高圧力比化を過給
機効率を低下させることなく可能として、シリンダ内の
空気過剰率の低下を伴うことなく、ターボクーリングシ
ステムからエンジンに供給される給気の温度状態を外部
への放熱温度レベル以下に低下せしめることにより、Ｎ
Ｏｘの発生を抑制でき、燃料消費率の低減及びシリンダ
７内熱負荷の低減をも実現し得るターボクーリングシス
テムを提供する。 【解決手段】 エンジンから排気管を経て供給される排
気ガスにより駆動される排気ターボ過給機の第１のコン
プレッサで加圧された空気を冷却後ターボクーリング過
給機の第２のコンプレッサで加圧し冷却して膨張タービ
ンにて膨張仕事をなさしめ、該加圧空気を降温させてエ
ンジンに供給するようにしたターボクーリングシステム
において、前記排気管の前記排気ターボ過給機入口より
も上流部位に、排気ガス中に蒸気を噴出せしめる蒸気流
量制御装置付きの蒸気供給装置を設けたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デイーゼルエンジ
ンの給気装置等に適用され、排気ターボ過給機の第１の
コンプレッサで加圧された後冷却された空気をターボク
ーリング過給機の第２のコンプレッサで加圧し、該ター
ボクーリング過給機の膨張タービンにおいて前記加圧空
気により膨張仕事をなさしめて降温させ、この低温空気
をエンジンに供給するようにしたターボクーリングシス
テムに関する。
ンの給気装置等に適用され、排気ターボ過給機の第１の
コンプレッサで加圧された後冷却された空気をターボク
ーリング過給機の第２のコンプレッサで加圧し、該ター
ボクーリング過給機の膨張タービンにおいて前記加圧空
気により膨張仕事をなさしめて降温させ、この低温空気
をエンジンに供給するようにしたターボクーリングシス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】デイーゼル機関においては、ＮＯｘ（窒
素酸化物）低減のための有効な手段の１つとして、ター
ボクーリングシステムが提案されている。かかるターボ
クーリングシステムとして本件出願人らによって提供さ
れているものの１例を図７に示す。図において１００は
エンジン、７は該エンジンのシリンダ、５は給気室、６
は排気集合管である。１は排気ターボ過給機で、エンジ
ン１００の前記排気集合管６から排気管８を経て導入さ
れる排気ガスにより駆動されるタービン１ａ及び該ター
ビン１ａに同軸駆動されるコンプレッサ１ｂにより構成
される。
素酸化物）低減のための有効な手段の１つとして、ター
ボクーリングシステムが提案されている。かかるターボ
クーリングシステムとして本件出願人らによって提供さ
れているものの１例を図７に示す。図において１００は
エンジン、７は該エンジンのシリンダ、５は給気室、６
は排気集合管である。１は排気ターボ過給機で、エンジ
ン１００の前記排気集合管６から排気管８を経て導入さ
れる排気ガスにより駆動されるタービン１ａ及び該ター
ビン１ａに同軸駆動されるコンプレッサ１ｂにより構成
される。
【０００３】９は前記排気ターボ過給機１のコンプレッ
サ１ｂ空気出口と後述するターボクーリング過給機２の
コンプレッサ２ｂ空気入口とを接続する空気管、３は該
空気管９の管路に設けられて前記排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂからの加圧空気を冷却する第１の空気
冷却器である。２はターボクーリング過給機で、膨張タ
ービン２ａと該膨張タービン２ａに回転軸１８により同
軸に連結されて駆動されるコンプレッサ２ｂとにより構
成される。４は前記ターボクーリング過給機２のコンプ
レッサ２ｂ空気出口に空気管９ａを介して接続され該コ
ンプレッサ２ｂからの加圧空気を冷却する第２の空気冷
却器で、該空気冷却器４の空気出口は空気管９ｂを介し
て前記膨張タービン２ａの空気入口に接続されている。
１０は前記膨張タービン２ａの空気出口と前記エンジン
１００の給気室５とを接続する給気管である。
サ１ｂ空気出口と後述するターボクーリング過給機２の
コンプレッサ２ｂ空気入口とを接続する空気管、３は該
空気管９の管路に設けられて前記排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂからの加圧空気を冷却する第１の空気
冷却器である。２はターボクーリング過給機で、膨張タ
ービン２ａと該膨張タービン２ａに回転軸１８により同
軸に連結されて駆動されるコンプレッサ２ｂとにより構
成される。４は前記ターボクーリング過給機２のコンプ
レッサ２ｂ空気出口に空気管９ａを介して接続され該コ
ンプレッサ２ｂからの加圧空気を冷却する第２の空気冷
却器で、該空気冷却器４の空気出口は空気管９ｂを介し
て前記膨張タービン２ａの空気入口に接続されている。
１０は前記膨張タービン２ａの空気出口と前記エンジン
１００の給気室５とを接続する給気管である。
【０００４】かかるターボクーリングシステムにおい
て、図７の系統図及び図６の線図（図６においてＡ１は
空気温度、Ｂ１は空気圧力）に示すように、前記排気タ
ーボ過給機１のタービン１ａはエンジン１００の前記排
気集合管６から排気管８を経て導入される排気ガスによ
り駆動され、該タービン１ａに同軸駆動されるコンプレ
ッサ１ｂは大気からの空気（圧力Ｐａ、温度Ｔａ）を所
定の圧力比で以って加圧し昇圧させる（圧力Ｐｃ１、温
度Ｔｃ１）。該コンプレッサ１ｂにて加圧、昇温された
加圧空気は第１の空気冷却器３において冷却、降温され
（圧力Ｐｃ１０、温度Ｔｃ１０）、空気管９を通ってタ
ーボクーリング過給機２のコンプレッサ２ｂに導入され
る。該コンプレッサ２ｂにおいては前記加圧空気を所定
の圧力比で以って加圧し昇圧させて（圧力Ｐｃ２、温度
Ｔｃ２）、第２の空気冷却器４に送る。
て、図７の系統図及び図６の線図（図６においてＡ１は
空気温度、Ｂ１は空気圧力）に示すように、前記排気タ
ーボ過給機１のタービン１ａはエンジン１００の前記排
気集合管６から排気管８を経て導入される排気ガスによ
り駆動され、該タービン１ａに同軸駆動されるコンプレ
ッサ１ｂは大気からの空気（圧力Ｐａ、温度Ｔａ）を所
定の圧力比で以って加圧し昇圧させる（圧力Ｐｃ１、温
度Ｔｃ１）。該コンプレッサ１ｂにて加圧、昇温された
加圧空気は第１の空気冷却器３において冷却、降温され
（圧力Ｐｃ１０、温度Ｔｃ１０）、空気管９を通ってタ
ーボクーリング過給機２のコンプレッサ２ｂに導入され
る。該コンプレッサ２ｂにおいては前記加圧空気を所定
の圧力比で以って加圧し昇圧させて（圧力Ｐｃ２、温度
Ｔｃ２）、第２の空気冷却器４に送る。
【０００５】そして該第２の空気冷却器４において冷
却、降温された加圧空気（圧力Ｐｃ３、温度Ｔｃ３）は
空気管９ｂを介して前記膨張タービン２ａに供給され
る。該膨張タービン２ａに導入された加圧空気はここで
膨張して降圧、降温され（給気圧力Ｐｓ、給気温度Ｔ
ｓ）、この低温加圧空気は給気管１０を通ってエンジン
１００の給気室５に送られ燃焼に供される。一方、前記
のような膨張タービン２ａでの加圧空気の膨張仕事によ
り、該膨張タービン２ａと同軸のコンプレッサ２ｂに駆
動力が供給される。
却、降温された加圧空気（圧力Ｐｃ３、温度Ｔｃ３）は
空気管９ｂを介して前記膨張タービン２ａに供給され
る。該膨張タービン２ａに導入された加圧空気はここで
膨張して降圧、降温され（給気圧力Ｐｓ、給気温度Ｔ
ｓ）、この低温加圧空気は給気管１０を通ってエンジン
１００の給気室５に送られ燃焼に供される。一方、前記
のような膨張タービン２ａでの加圧空気の膨張仕事によ
り、該膨張タービン２ａと同軸のコンプレッサ２ｂに駆
動力が供給される。
【０００６】以上の動作によって、エンジン１００には
ターボクーリング過給機２の膨張タービン２ａ出口から
の低温加圧空気が供給されることとなり、該エンジン１
００の給気温度が外部への放熱温度レベル以下に低下せ
しめられ、これによってエンジン１００のシリンダ７内
におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制される。ま
た、併せて給気温度の低下による給気量（空気重量流
量）の増加により燃料消費率が低減されるとともに、給
気温度の低下によってシリンダ７内の熱負荷が低減され
エンジン１００の耐久性が向上する。
ターボクーリング過給機２の膨張タービン２ａ出口から
の低温加圧空気が供給されることとなり、該エンジン１
００の給気温度が外部への放熱温度レベル以下に低下せ
しめられ、これによってエンジン１００のシリンダ７内
におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制される。ま
た、併せて給気温度の低下による給気量（空気重量流
量）の増加により燃料消費率が低減されるとともに、給
気温度の低下によってシリンダ７内の熱負荷が低減され
エンジン１００の耐久性が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図７に示されるターボ
クーリングシステムにおいては、排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂ及びターボクーリング過給機２のコン
プレッサ２ｂにて構成される２段のコンプレッサにおい
て所定の圧力比で以って加圧し昇圧させた空気を、膨張
タービン２ａにて膨張させることにより、エンジン１０
０への給気の温度を外部への放熱温度レベル以下に低下
せしめている。このため、ターボクーリング過給機２へ
の入力仕事として排気ターボ過給機１のコンプレッサ１
ｂにおいて、図５に示すように、エンジン１００への給
気の温度を外部への放熱温度レベル以下に低下せしめる
に要する基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０が
得られるような高圧の空気を得ることを要する。
クーリングシステムにおいては、排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂ及びターボクーリング過給機２のコン
プレッサ２ｂにて構成される２段のコンプレッサにおい
て所定の圧力比で以って加圧し昇圧させた空気を、膨張
タービン２ａにて膨張させることにより、エンジン１０
０への給気の温度を外部への放熱温度レベル以下に低下
せしめている。このため、ターボクーリング過給機２へ
の入力仕事として排気ターボ過給機１のコンプレッサ１
ｂにおいて、図５に示すように、エンジン１００への給
気の温度を外部への放熱温度レベル以下に低下せしめる
に要する基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０が
得られるような高圧の空気を得ることを要する。
【０００８】図６には、図７に示される従来のターボク
ーリングシステムにおける各段のコンプレッサ及び空気
冷却器における空気圧力及び温度の１例を示している。
図においてＡ１は空気温度、Ｂ１は空気圧力である。図
５に明らかなように、エンジン１００の給気圧力Ｐｓ及
び給気温度Ｔｓを、前記のように、外部への放熱温度レ
ベル以下に低下せしめて、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生
の抑制、燃料消費率の低減、シリンダ７内熱負荷の低減
等において所要の効果を得るための基準給気圧力Ｐｓ０
及び基準給気温度Ｔｓ０とするには、排気ターボ過給機
１のコンプレッサ１ｂにおいて圧力比が４以上という高
圧力比を必要とする。
ーリングシステムにおける各段のコンプレッサ及び空気
冷却器における空気圧力及び温度の１例を示している。
図においてＡ１は空気温度、Ｂ１は空気圧力である。図
５に明らかなように、エンジン１００の給気圧力Ｐｓ及
び給気温度Ｔｓを、前記のように、外部への放熱温度レ
ベル以下に低下せしめて、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生
の抑制、燃料消費率の低減、シリンダ７内熱負荷の低減
等において所要の効果を得るための基準給気圧力Ｐｓ０
及び基準給気温度Ｔｓ０とするには、排気ターボ過給機
１のコンプレッサ１ｂにおいて圧力比が４以上という高
圧力比を必要とする。
【０００９】しかしながら、かかる従来のターボクーリ
ングシステムにおいては、エンジン１００の排気ガスに
より駆動される排気ターボ過給機１のコンプレッサ１ｂ
では、前記圧力比が４以上という高圧力比をエンジン１
００からの排気ガスエネルギーにより得るのは困難であ
ることから、かかる従来技術においては前記排気ターボ
過給機１のコンプレッサ１ｂにおいて前記のような十分
に高い圧力比が得られず、図６に示すように、エンジン
１００への給気圧力が、前記基準給気圧力Ｐｓ０よりも
小さいＰｓ１の給気圧力しか得られず、エンジンシリン
ダ７内の空気過剰率の低下が避けられない事態となって
いる。これにより、かかる従来技術にあっては、空気過
剰率の不足による燃焼の悪化や燃料消費率の増加、排気
煙の悪化を引き起こし、さらにはターボクーリングシス
テム本来の目的であるＮＯｘ（窒素酸化物）の発生の抑
制も実現困難となる。等の問題点を有している。
ングシステムにおいては、エンジン１００の排気ガスに
より駆動される排気ターボ過給機１のコンプレッサ１ｂ
では、前記圧力比が４以上という高圧力比をエンジン１
００からの排気ガスエネルギーにより得るのは困難であ
ることから、かかる従来技術においては前記排気ターボ
過給機１のコンプレッサ１ｂにおいて前記のような十分
に高い圧力比が得られず、図６に示すように、エンジン
１００への給気圧力が、前記基準給気圧力Ｐｓ０よりも
小さいＰｓ１の給気圧力しか得られず、エンジンシリン
ダ７内の空気過剰率の低下が避けられない事態となって
いる。これにより、かかる従来技術にあっては、空気過
剰率の不足による燃焼の悪化や燃料消費率の増加、排気
煙の悪化を引き起こし、さらにはターボクーリングシス
テム本来の目的であるＮＯｘ（窒素酸化物）の発生の抑
制も実現困難となる。等の問題点を有している。
【００１０】本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、
ターボクーリングシステムを備えたエンジンにおいて、
排気ターボ過給機における高圧力比化を過給機効率を低
下させることなく可能として、エンジンシリンダ内の空
気過剰率の低下を伴うことなく、ターボクーリングシス
テムからエンジンに供給される給気の温度状態を外部へ
の放熱温度レベル以下に低下せしめることにより、ＮＯ
ｘ（窒素酸化物）の発生を抑制でき、燃料消費率の低減
及びシリンダ７内熱負荷の低減をも実現し得るターボク
ーリングシステムを提供することを目的とする。
ターボクーリングシステムを備えたエンジンにおいて、
排気ターボ過給機における高圧力比化を過給機効率を低
下させることなく可能として、エンジンシリンダ内の空
気過剰率の低下を伴うことなく、ターボクーリングシス
テムからエンジンに供給される給気の温度状態を外部へ
の放熱温度レベル以下に低下せしめることにより、ＮＯ
ｘ（窒素酸化物）の発生を抑制でき、燃料消費率の低減
及びシリンダ７内熱負荷の低減をも実現し得るターボク
ーリングシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明として、エンジンから
排気管を経て供給される排気ガスにより駆動されるター
ビン及び該タービンと同軸にて駆動される第１のコンプ
レッサを備えた排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給
機で加圧した後冷却された空気を加圧する第２のコンプ
レッサ及び該加圧空気により膨張仕事をなさしめて該加
圧空気を降温させるとともに前記第２のコンプレッサを
駆動する膨張タービンを備えたターボクーリング過給機
とを有し、前記ターボクーリング過給機の膨張タービン
から送出される低温空気を前記エンジンに供給するよう
にしたターボクーリングシステムにおいて、前記排気管
の前記排気ターボ過給機入口よりも上流部位に、排気ガ
ス中に蒸気を噴出せしめる蒸気供給装置を設けてなるこ
とを特徴とするターボクーリングシステムを提案する。
決するため、請求項１記載の発明として、エンジンから
排気管を経て供給される排気ガスにより駆動されるター
ビン及び該タービンと同軸にて駆動される第１のコンプ
レッサを備えた排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給
機で加圧した後冷却された空気を加圧する第２のコンプ
レッサ及び該加圧空気により膨張仕事をなさしめて該加
圧空気を降温させるとともに前記第２のコンプレッサを
駆動する膨張タービンを備えたターボクーリング過給機
とを有し、前記ターボクーリング過給機の膨張タービン
から送出される低温空気を前記エンジンに供給するよう
にしたターボクーリングシステムにおいて、前記排気管
の前記排気ターボ過給機入口よりも上流部位に、排気ガ
ス中に蒸気を噴出せしめる蒸気供給装置を設けてなるこ
とを特徴とするターボクーリングシステムを提案する。
【００１２】請求項２記載の発明は、前記蒸気供給装置
の具体的構成に係り、請求項１において、前記蒸気供給
装置は、前記排気管内に開口し蒸気源から送給される蒸
気を排気ガス中に噴出する蒸気管と、該蒸気管に設けら
れて前記蒸気の流量及び圧力の何れか一方または双方を
調整する蒸気流量制御装置とを備えてなる。
の具体的構成に係り、請求項１において、前記蒸気供給
装置は、前記排気管内に開口し蒸気源から送給される蒸
気を排気ガス中に噴出する蒸気管と、該蒸気管に設けら
れて前記蒸気の流量及び圧力の何れか一方または双方を
調整する蒸気流量制御装置とを備えてなる。
【００１３】請求項３記載の発明は前記蒸気供給装置の
蒸気流量または圧力の制御手段に係り、請求項２におい
て、エンジンの給気圧力を検出する給気圧力検出器と、
エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン出力状態を
検出するエンジン出力状態検出器と、該エンジン出力状
態検出器からのエンジン出力状態検出値に対応する基準
給気圧力を設定する基準給気圧力設定手段及び前記給気
圧力検出器からの給気圧力検出値と前記基準給気圧力と
を比較して給気圧力偏差を算出する給気圧力比較手段及
び前記給気圧力偏差に基づき前記蒸気流量制御装置にお
ける蒸気流量または蒸気圧力を算出する蒸気状態算出手
段を有して前記蒸気状態算出手段にて算出された蒸気流
量または蒸気圧力の制御信号を前記蒸気流量制御装置に
出力するコントローラとを備えてなることを特徴とす
る。
蒸気流量または圧力の制御手段に係り、請求項２におい
て、エンジンの給気圧力を検出する給気圧力検出器と、
エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン出力状態を
検出するエンジン出力状態検出器と、該エンジン出力状
態検出器からのエンジン出力状態検出値に対応する基準
給気圧力を設定する基準給気圧力設定手段及び前記給気
圧力検出器からの給気圧力検出値と前記基準給気圧力と
を比較して給気圧力偏差を算出する給気圧力比較手段及
び前記給気圧力偏差に基づき前記蒸気流量制御装置にお
ける蒸気流量または蒸気圧力を算出する蒸気状態算出手
段を有して前記蒸気状態算出手段にて算出された蒸気流
量または蒸気圧力の制御信号を前記蒸気流量制御装置に
出力するコントローラとを備えてなることを特徴とす
る。
【００１４】請求項４記載の発明は、エンジンから排気
管を経て供給される排気ガスにより駆動されるタービン
及び該タービンと同軸にて駆動される第１のコンプレッ
サを備えた排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給機で
加圧した後冷却された空気を加圧する第２のコンプレッ
サ及び該加圧空気により膨張仕事をなさしめて該加圧空
気を降温させるとともに前記第２のコンプレッサを駆動
する膨張タービンを備えたターボクーリング過給機とを
有し、前記ターボクーリング過給機の膨張タービンから
送出される低温空気を前記エンジンに供給するようにし
たターボクーリングシステムにおいて、前記排気管の前
記排気ターボ過給機入口よりも上流部位に、排気ガス中
に水を霧化して噴出せしめる水噴射装置を設けてなるこ
とを特徴とする。
管を経て供給される排気ガスにより駆動されるタービン
及び該タービンと同軸にて駆動される第１のコンプレッ
サを備えた排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給機で
加圧した後冷却された空気を加圧する第２のコンプレッ
サ及び該加圧空気により膨張仕事をなさしめて該加圧空
気を降温させるとともに前記第２のコンプレッサを駆動
する膨張タービンを備えたターボクーリング過給機とを
有し、前記ターボクーリング過給機の膨張タービンから
送出される低温空気を前記エンジンに供給するようにし
たターボクーリングシステムにおいて、前記排気管の前
記排気ターボ過給機入口よりも上流部位に、排気ガス中
に水を霧化して噴出せしめる水噴射装置を設けてなるこ
とを特徴とする。
【００１５】請求項５記載の発明は前記水噴射装置の水
噴射量または水噴射圧力の制御手段に係り、請求項４に
おいて、エンジンの給気圧力を検出する給気圧力検出器
と、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン出力状
態を検出するエンジン出力状態検出器と、該エンジン出
力状態検出器からのエンジン出力状態検出値に対応する
基準給気圧力を設定する基準給気圧力設定手段及び前記
給気圧力検出器からの給気圧力検出値と前記基準給気圧
力とを比較して給気圧力偏差を算出する給気圧力比較手
段及び前記給気圧力偏差に基づき前記水噴射装置におけ
る水噴射量または水噴射圧力を算出する水噴射状態算出
手段を有して前記水噴射状態算出手段にて算出された水
噴射量または水噴射圧力の制御信号を前記水噴射装置に
出力するコントローラとを備えてなることを特徴とす
る。
噴射量または水噴射圧力の制御手段に係り、請求項４に
おいて、エンジンの給気圧力を検出する給気圧力検出器
と、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン出力状
態を検出するエンジン出力状態検出器と、該エンジン出
力状態検出器からのエンジン出力状態検出値に対応する
基準給気圧力を設定する基準給気圧力設定手段及び前記
給気圧力検出器からの給気圧力検出値と前記基準給気圧
力とを比較して給気圧力偏差を算出する給気圧力比較手
段及び前記給気圧力偏差に基づき前記水噴射装置におけ
る水噴射量または水噴射圧力を算出する水噴射状態算出
手段を有して前記水噴射状態算出手段にて算出された水
噴射量または水噴射圧力の制御信号を前記水噴射装置に
出力するコントローラとを備えてなることを特徴とす
る。
【００１６】請求項１ないし３記載の発明によれば、排
気管の排気ターボ過給機入口よりも上流部位に、排気ガ
ス中に蒸気を噴出せしめる蒸気供給装置を設け、請求項
２のように、前記蒸気供給装置を、前記排気管内に開口
し蒸気源から送給される蒸気を排気ガス中に噴出する蒸
気管及び該蒸気管に設けられて蒸気流量及び蒸気圧力の
何れか一方または双方を調整する蒸気流量制御装置によ
り構成して、前記蒸気供給装置により排気管内を通流す
る排気ガス中に高圧蒸気を噴出せしめているため、排気
ターボ過給機のタービンへの排気ガスの圧力及び流量が
増大して排気エネルギーが増大せしめられ、該排気ター
ボ過給機のコンプレッサ駆動動力が増大して該コンプレ
ッサにおける圧力比を所要の高圧力比にすることができ
る。
気管の排気ターボ過給機入口よりも上流部位に、排気ガ
ス中に蒸気を噴出せしめる蒸気供給装置を設け、請求項
２のように、前記蒸気供給装置を、前記排気管内に開口
し蒸気源から送給される蒸気を排気ガス中に噴出する蒸
気管及び該蒸気管に設けられて蒸気流量及び蒸気圧力の
何れか一方または双方を調整する蒸気流量制御装置によ
り構成して、前記蒸気供給装置により排気管内を通流す
る排気ガス中に高圧蒸気を噴出せしめているため、排気
ターボ過給機のタービンへの排気ガスの圧力及び流量が
増大して排気エネルギーが増大せしめられ、該排気ター
ボ過給機のコンプレッサ駆動動力が増大して該コンプレ
ッサにおける圧力比を所要の高圧力比にすることができ
る。
【００１７】従って、ターボクーリング過給機のコンプ
レッサににおける圧力比が従来技術と同一レベルであっ
ても、前記ターボクーリング過給機の膨張タービン入口
の空気圧力が上昇し、エンジンの給気温度を外部への放
熱温度レベル以下に低下せしめて、所要の給気圧力、即
ちＮＯｘ（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料消費率の低
減、シリンダ７内熱負荷の低減等において所要の効果を
得るための基準給気圧力及び基準給気温度を得ることが
できる。これにより、十分な量のエンジンシリンダ内へ
の給気量が維持され、シリンダ内での空気過剰率の低下
を伴うことなく、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制で
きるとともに、燃料消費率の低減及びシリンダ７内熱負
荷の低減をも実現可能となる。
レッサににおける圧力比が従来技術と同一レベルであっ
ても、前記ターボクーリング過給機の膨張タービン入口
の空気圧力が上昇し、エンジンの給気温度を外部への放
熱温度レベル以下に低下せしめて、所要の給気圧力、即
ちＮＯｘ（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料消費率の低
減、シリンダ７内熱負荷の低減等において所要の効果を
得るための基準給気圧力及び基準給気温度を得ることが
できる。これにより、十分な量のエンジンシリンダ内へ
の給気量が維持され、シリンダ内での空気過剰率の低下
を伴うことなく、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制で
きるとともに、燃料消費率の低減及びシリンダ７内熱負
荷の低減をも実現可能となる。
【００１８】また、請求項４ないし５記載の発明によっ
ても、水噴射装置から排気ガス中に水を霧化して噴出せ
しめることにより、前記発明と同様に、排気ターボ過給
機のコンプレッサ圧力比を、外部への放熱温度レベル以
下に給気温度を低下せしめ得る給気圧力及び給気温度、
即ち基準給気圧力及び基準給気温度を保持できる高圧力
比とすることができる。
ても、水噴射装置から排気ガス中に水を霧化して噴出せ
しめることにより、前記発明と同様に、排気ターボ過給
機のコンプレッサ圧力比を、外部への放熱温度レベル以
下に給気温度を低下せしめ得る給気圧力及び給気温度、
即ち基準給気圧力及び基準給気温度を保持できる高圧力
比とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】図１は本発明の第１実施例に係るターボク
ーリングシステムの系統図、図２は前記実施例における
蒸気供給装置の要部断面図である。図３は第２実施例を
示す図２対応図である。図４は前記第１実施例における
制御ブロック図である。図５は本発明における給気圧
力、温度線図、図６は従来技術における給気圧力、温度
線図である。
ーリングシステムの系統図、図２は前記実施例における
蒸気供給装置の要部断面図である。図３は第２実施例を
示す図２対応図である。図４は前記第１実施例における
制御ブロック図である。図５は本発明における給気圧
力、温度線図、図６は従来技術における給気圧力、温度
線図である。
【００２１】第１実施例を示す図１において、１００は
エンジン、７は該エンジンのシリンダ（この例では６シ
リンダを示す）、５は給気室、０５は該給気室５と各シ
リンダ７とを接続する給気管、６は排気集合管、０６は
各シリンダ７と前記排気集合管６とを接続する排気出口
管である。１は排気ターボ過給機で、エンジン１００の
前記排気集合管６から排気管８を経て導入される排気ガ
スにより駆動されるタービン１ａ及び該タービン１ａに
回転軸１ｃを介して同軸駆動されるコンプレッサ１ｂに
より構成される。
エンジン、７は該エンジンのシリンダ（この例では６シ
リンダを示す）、５は給気室、０５は該給気室５と各シ
リンダ７とを接続する給気管、６は排気集合管、０６は
各シリンダ７と前記排気集合管６とを接続する排気出口
管である。１は排気ターボ過給機で、エンジン１００の
前記排気集合管６から排気管８を経て導入される排気ガ
スにより駆動されるタービン１ａ及び該タービン１ａに
回転軸１ｃを介して同軸駆動されるコンプレッサ１ｂに
より構成される。
【００２２】９は前記排気ターボ過給機１のコンプレッ
サ１ｂ空気出口と後述するターボクーリング過給機２の
コンプレッサ２ｂ空気入口とを接続する空気管、３は該
空気管９の管路に設けられて前記排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂから送出された加圧空気を冷却する第
１の空気冷却器である。２はターボクーリング過給機
で、後述する第２の空気冷却器からの加圧空気による膨
張仕事を行う膨張タービン２ａと該膨張タービン２ａに
回転軸１８を介して同軸駆動されるコンプレッサ２ｂと
により構成される。４は前記ターボクーリング過給機２
のコンプレッサ２ｂ空気出口に空気管９ａを介して接続
され該コンプレッサ２ｂからの加圧空気を冷却する第２
の空気冷却器で、該空気冷却器４の空気出口は空気管９
ｂを介して前記膨張タービン２ａの空気入口に接続され
ている。１０は前記膨張タービン２ａの空気出口と前記
エンジン１００の給気室５とを接続する給気管である。
サ１ｂ空気出口と後述するターボクーリング過給機２の
コンプレッサ２ｂ空気入口とを接続する空気管、３は該
空気管９の管路に設けられて前記排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂから送出された加圧空気を冷却する第
１の空気冷却器である。２はターボクーリング過給機
で、後述する第２の空気冷却器からの加圧空気による膨
張仕事を行う膨張タービン２ａと該膨張タービン２ａに
回転軸１８を介して同軸駆動されるコンプレッサ２ｂと
により構成される。４は前記ターボクーリング過給機２
のコンプレッサ２ｂ空気出口に空気管９ａを介して接続
され該コンプレッサ２ｂからの加圧空気を冷却する第２
の空気冷却器で、該空気冷却器４の空気出口は空気管９
ｂを介して前記膨張タービン２ａの空気入口に接続され
ている。１０は前記膨張タービン２ａの空気出口と前記
エンジン１００の給気室５とを接続する給気管である。
【００２３】以上の構成は図７に示される従来技術と同
様である。本発明は排気ターボ過給機への排気エネルギ
ー増大手段に係るものである。即ち第１実施例を示す図
１及び図２において、３０は排気ガス中に蒸気を噴出せ
しめる蒸気供給装置で、前記排気管８の前記排気ターボ
過給機１入口よりも上流部位に設けられている。３１は
前記蒸気供給装置３０に接続されて該蒸気供給装置３０
に高圧の蒸気を供給する蒸気源である。該蒸気源３１と
しては、蒸気プラントにおける廃熱回収ボイラから抽出
された蒸気、蒸気タービンの抽気段から抽気された蒸気
等が好適であるが、これらに限られることなく広範囲の
蒸気供給手段が用いられる。
様である。本発明は排気ターボ過給機への排気エネルギ
ー増大手段に係るものである。即ち第１実施例を示す図
１及び図２において、３０は排気ガス中に蒸気を噴出せ
しめる蒸気供給装置で、前記排気管８の前記排気ターボ
過給機１入口よりも上流部位に設けられている。３１は
前記蒸気供給装置３０に接続されて該蒸気供給装置３０
に高圧の蒸気を供給する蒸気源である。該蒸気源３１と
しては、蒸気プラントにおける廃熱回収ボイラから抽出
された蒸気、蒸気タービンの抽気段から抽気された蒸気
等が好適であるが、これらに限られることなく広範囲の
蒸気供給手段が用いられる。
【００２４】前記蒸気供給装置３０は、図２に示すよう
に、前記排気管８内に開口し前記蒸気源３１から送給さ
れる蒸気３５を該排気管８内を通流する排気ガス中に蒸
気供給口３４から噴出する蒸気管３２、及び該蒸気管３
２に設けられて前記蒸気３５の流量及び圧力を調整する
蒸気流量、圧力制御弁３３とを備えている。そして、該
蒸気流量、圧力制御弁３３は、前記排気管８内に供給さ
れる蒸気の流量及び圧力の双方を調整する機能を備え、
後述するコントローラ２０からの蒸気流量及び蒸気圧力
の制御信号ｕが入力され、該制御信号ｕに基づき弁の開
度を調整して流量調整を行うとともに、蒸気圧力調整用
スプリングのセット圧を変えて蒸気圧力調整を行うよう
になっている。尚、蒸気流量、圧力制御弁３３の、弁の
開度を調整する機構及びスプリングのセット圧を変える
機構自体は周知であるので、詳細な説明は省略する。
に、前記排気管８内に開口し前記蒸気源３１から送給さ
れる蒸気３５を該排気管８内を通流する排気ガス中に蒸
気供給口３４から噴出する蒸気管３２、及び該蒸気管３
２に設けられて前記蒸気３５の流量及び圧力を調整する
蒸気流量、圧力制御弁３３とを備えている。そして、該
蒸気流量、圧力制御弁３３は、前記排気管８内に供給さ
れる蒸気の流量及び圧力の双方を調整する機能を備え、
後述するコントローラ２０からの蒸気流量及び蒸気圧力
の制御信号ｕが入力され、該制御信号ｕに基づき弁の開
度を調整して流量調整を行うとともに、蒸気圧力調整用
スプリングのセット圧を変えて蒸気圧力調整を行うよう
になっている。尚、蒸気流量、圧力制御弁３３の、弁の
開度を調整する機構及びスプリングのセット圧を変える
機構自体は周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００２５】次に、図１、２、４及び５を参照して、か
かる構成からなるターボクーリングシステムの動作につ
き説明する。図５はかかるターボクーリングシステムの
空気圧力、温度線図で、Ｂ２は本発明における圧力、Ａ
２は温度、Ｂ１は図６に示す従来技術ベースの圧力、Ａ
１は温度である。図１及び図５において、前記排気ター
ボ過給機１のタービン１ａはエンジン１００の前記排気
集合管６から排気管８を経て導入される排気ガスにより
駆動され、該タービン１ａに同軸駆動されるコンプレッ
サ１ｂは大気からの空気（圧力Ｐａ、温度Ｔａ）を所定
の圧力比で以って加圧し昇圧させる。前記排気管８内を
通流する排気ガス中には、前記蒸気源３１から供給され
た高圧の蒸気３５が前記蒸気供給装置３０の蒸気管３２
を通して噴出せしめられる。これにより、排気ターボ過
給機１のタービン１ａへの排気ガスの圧力及び流量が増
大せしめられて排気エネルギーが増大せしめられ、該タ
ービン１ａと同軸のコンプレッサ１ｂの駆動動力が増大
する。前記蒸気管３２を通して噴出せしめられる高圧蒸
気３５の流量及び圧力は、前記蒸気流量、圧力制御弁３
３により後述する手段にて調整される。
かる構成からなるターボクーリングシステムの動作につ
き説明する。図５はかかるターボクーリングシステムの
空気圧力、温度線図で、Ｂ２は本発明における圧力、Ａ
２は温度、Ｂ１は図６に示す従来技術ベースの圧力、Ａ
１は温度である。図１及び図５において、前記排気ター
ボ過給機１のタービン１ａはエンジン１００の前記排気
集合管６から排気管８を経て導入される排気ガスにより
駆動され、該タービン１ａに同軸駆動されるコンプレッ
サ１ｂは大気からの空気（圧力Ｐａ、温度Ｔａ）を所定
の圧力比で以って加圧し昇圧させる。前記排気管８内を
通流する排気ガス中には、前記蒸気源３１から供給され
た高圧の蒸気３５が前記蒸気供給装置３０の蒸気管３２
を通して噴出せしめられる。これにより、排気ターボ過
給機１のタービン１ａへの排気ガスの圧力及び流量が増
大せしめられて排気エネルギーが増大せしめられ、該タ
ービン１ａと同軸のコンプレッサ１ｂの駆動動力が増大
する。前記蒸気管３２を通して噴出せしめられる高圧蒸
気３５の流量及び圧力は、前記蒸気流量、圧力制御弁３
３により後述する手段にて調整される。
【００２６】かかる高圧蒸気３５の噴出により、排気エ
ネルギーが増大せしめられた排気ガスは、排気ターボ過
給機１のタービン１ａに供給されて該タービン１ａを駆
動し、該タービン１ａと同軸のコンプレッサ１ｂが高圧
力比で以って大気からの空気（圧力Ｐａ、温度Ｔａ）を
加圧し昇圧させる（圧力Ｐｃ１、温度Ｔｃ１）。該コン
プレッサ１ｂにて加圧、昇温された加圧空気（圧力Ｐｃ
１、温度Ｔｃ１）は第１の空気冷却器３において冷却、
降温され（圧力Ｐｃ１０、温度Ｔｃ１０）、空気管９を
通ってターボクーリング過給機２のコンプレッサ２ｂに
導入される。該コンプレッサ２ｂにおいては前記加圧空
気を所定の圧力比で以って加圧し昇圧させて（圧力Ｐｃ
２、温度Ｔｃ２）第２の空気冷却器４に送る。
ネルギーが増大せしめられた排気ガスは、排気ターボ過
給機１のタービン１ａに供給されて該タービン１ａを駆
動し、該タービン１ａと同軸のコンプレッサ１ｂが高圧
力比で以って大気からの空気（圧力Ｐａ、温度Ｔａ）を
加圧し昇圧させる（圧力Ｐｃ１、温度Ｔｃ１）。該コン
プレッサ１ｂにて加圧、昇温された加圧空気（圧力Ｐｃ
１、温度Ｔｃ１）は第１の空気冷却器３において冷却、
降温され（圧力Ｐｃ１０、温度Ｔｃ１０）、空気管９を
通ってターボクーリング過給機２のコンプレッサ２ｂに
導入される。該コンプレッサ２ｂにおいては前記加圧空
気を所定の圧力比で以って加圧し昇圧させて（圧力Ｐｃ
２、温度Ｔｃ２）第２の空気冷却器４に送る。
【００２７】そして該第２の空気冷却器４において冷
却、降温された加圧空気（圧力Ｐｃ３、温度Ｔｃ３）は
空気管９ｂを介して前記膨張タービン２ａに供給され
る。該膨張タービン２ａに導入された加圧空気はここで
膨張して降圧、降温され（給気圧力Ｐｓ、給気温度Ｔ
ｓ）、この低温加圧空気（給気）は給気管１０を通って
エンジン１００の給気室５に送られ燃焼に供される。一
方、前記のような膨張タービン２ａでの加圧空気の膨張
仕事により、該膨張タービン２ａと同軸のコンプレッサ
２ｂに駆動力が供給される。以上の動作によって、エン
ジン１００にはターボクーリング過給機２の膨張タービ
ン２ａ出口からの低温加圧空気が供給されることとな
る。
却、降温された加圧空気（圧力Ｐｃ３、温度Ｔｃ３）は
空気管９ｂを介して前記膨張タービン２ａに供給され
る。該膨張タービン２ａに導入された加圧空気はここで
膨張して降圧、降温され（給気圧力Ｐｓ、給気温度Ｔ
ｓ）、この低温加圧空気（給気）は給気管１０を通って
エンジン１００の給気室５に送られ燃焼に供される。一
方、前記のような膨張タービン２ａでの加圧空気の膨張
仕事により、該膨張タービン２ａと同軸のコンプレッサ
２ｂに駆動力が供給される。以上の動作によって、エン
ジン１００にはターボクーリング過給機２の膨張タービ
ン２ａ出口からの低温加圧空気が供給されることとな
る。
【００２８】ここで、エンジン１００の給気温度Ｔｓを
外部への放熱温度レベル以下に低下せしめて、ＮＯｘ
（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料消費率の低減、シリ
ンダ７内熱負荷の低減等において所要の効果を得るため
の給気圧力即ち基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔ
ｓ０とするには、前述のように、排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂにおける圧力比ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａを４
以上の高圧力比にすることを要するが、図７に示される
従来のターボクーリングシステムでは前記排気ターボ過
給機１のコンプレッサ１ｂにおいて前記のような圧力比
ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａが４以上の高圧力比は得られず、前記
基準給気圧力Ｐｓ０に達しないＰｓ１の基準給気圧力し
か得られない。
外部への放熱温度レベル以下に低下せしめて、ＮＯｘ
（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料消費率の低減、シリ
ンダ７内熱負荷の低減等において所要の効果を得るため
の給気圧力即ち基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔ
ｓ０とするには、前述のように、排気ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂにおける圧力比ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａを４
以上の高圧力比にすることを要するが、図７に示される
従来のターボクーリングシステムでは前記排気ターボ過
給機１のコンプレッサ１ｂにおいて前記のような圧力比
ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａが４以上の高圧力比は得られず、前記
基準給気圧力Ｐｓ０に達しないＰｓ１の基準給気圧力し
か得られない。
【００２９】然るに、本発明においては、前記蒸気供給
装置３０により、排気管８内を通流する排気ガス中に高
圧の蒸気３５を噴出せしめているため、次に示すよう
に、排気ターボ過給機１のタービン１ａへの排気ガスの
圧力及び流量が増大して排気エネルギーが増大せしめら
れ、該タービン１ａと同軸のコンプレッサ１ｂの駆動動
力が増大し、前記排気ターボ過給機１のコンプレッサ１
ｂにける圧力比ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａを４以上の高圧力比に
することができる。
装置３０により、排気管８内を通流する排気ガス中に高
圧の蒸気３５を噴出せしめているため、次に示すよう
に、排気ターボ過給機１のタービン１ａへの排気ガスの
圧力及び流量が増大して排気エネルギーが増大せしめら
れ、該タービン１ａと同軸のコンプレッサ１ｂの駆動動
力が増大し、前記排気ターボ過給機１のコンプレッサ１
ｂにける圧力比ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａを４以上の高圧力比に
することができる。
【００３０】即ち、前記排気ターボ過給機１における仕
事量つまり排気エネルギーＷは、 Ｗ＝ｋ（Ｑ×Ｔｅ×Ｐｅ） （１） 但し、Ｑ＝排気ガス流量 Ｔｅ＝排気ガス温度 Ｐｅ＝排気ガス圧力 ｋ＝比例定数 従って、前記蒸気供給装置３０により排気ターボ過給機
１に流入する排気ガスに高圧の蒸気３５を供給すること
によって、排気ガス圧力Ｐｅが増大するとともに排気ガ
ス流量Ｑも増大し、これにより排気ターボ過給機１のタ
ービン１ａに流入する排気ガスの排気エネルギーＷが増
大する。
事量つまり排気エネルギーＷは、 Ｗ＝ｋ（Ｑ×Ｔｅ×Ｐｅ） （１） 但し、Ｑ＝排気ガス流量 Ｔｅ＝排気ガス温度 Ｐｅ＝排気ガス圧力 ｋ＝比例定数 従って、前記蒸気供給装置３０により排気ターボ過給機
１に流入する排気ガスに高圧の蒸気３５を供給すること
によって、排気ガス圧力Ｐｅが増大するとともに排気ガ
ス流量Ｑも増大し、これにより排気ターボ過給機１のタ
ービン１ａに流入する排気ガスの排気エネルギーＷが増
大する。
【００３１】これによって該排気ターボ過給機１のコン
プレッサ１ｂにおける圧力比ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａを所要の
ｅ＝４程度まで増大することができ、図５のＢ２線に示
すように、ターボクーリング過給機２のコンプレッサ２
ｂにおける圧力比ｅ＝Ｐｃ２／Ｐｃ１０が従来技術と同
一レベルであっても、前記膨張タービン２ａ入口の空気
圧力Ｐｃ３が上昇し、エンジン１００の給気温度Ｔｓを
外部への放熱温度レベル以下に低下せしめて、所要の給
気圧力、即ちＮＯｘ（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料
消費率の低減、シリンダ７内熱負荷の低減等において所
要の効果を得るための基準給気圧力Ｐｓ０を得ることが
できる。
プレッサ１ｂにおける圧力比ｅ＝Ｐｃ１／Ｐａを所要の
ｅ＝４程度まで増大することができ、図５のＢ２線に示
すように、ターボクーリング過給機２のコンプレッサ２
ｂにおける圧力比ｅ＝Ｐｃ２／Ｐｃ１０が従来技術と同
一レベルであっても、前記膨張タービン２ａ入口の空気
圧力Ｐｃ３が上昇し、エンジン１００の給気温度Ｔｓを
外部への放熱温度レベル以下に低下せしめて、所要の給
気圧力、即ちＮＯｘ（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料
消費率の低減、シリンダ７内熱負荷の低減等において所
要の効果を得るための基準給気圧力Ｐｓ０を得ることが
できる。
【００３２】次に、前記蒸気供給装置３０の蒸気流量、
圧力制御弁３３の蒸気流量及び圧力制御手段について図
４により説明する。図４において、２１は給気圧力検出
器で前記給気管１０あるいは給気室５に取り付けられて
給気圧力Ｐｓを検出する。２２はエンジン１００のクラ
ンク軸回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出器、２
３はエンジン１００の出力Ｌｅ（あるいは燃料調整ラッ
クの変位）を検出するエンジン出力検出器である。
圧力制御弁３３の蒸気流量及び圧力制御手段について図
４により説明する。図４において、２１は給気圧力検出
器で前記給気管１０あるいは給気室５に取り付けられて
給気圧力Ｐｓを検出する。２２はエンジン１００のクラ
ンク軸回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出器、２
３はエンジン１００の出力Ｌｅ（あるいは燃料調整ラッ
クの変位）を検出するエンジン出力検出器である。
【００３３】前記エンジン回転数検出器２２からのクラ
ンク軸回転数Ｎｅの検出信号及びエンジン出力検出器２
３からのエンジン出力Ｌｅの検出信号はコントローラ２
０の基準給気圧力設定部２５に入力される。該基準給気
圧力設定部２５においては、前記エンジン１００のクラ
ンク軸回転数Ｎｅ検出値及びエンジン出力検出値Ｌｅに
適応する給気圧力、即ち基準給気圧力Ｐｓ０を予め設定
された設定テーブルから選出、あるいは前記クランク軸
回転数Ｎｅ検出値及びエンジン出力検出値Ｌｅに基づき
算出して給気圧力比較器２４に入力する。
ンク軸回転数Ｎｅの検出信号及びエンジン出力検出器２
３からのエンジン出力Ｌｅの検出信号はコントローラ２
０の基準給気圧力設定部２５に入力される。該基準給気
圧力設定部２５においては、前記エンジン１００のクラ
ンク軸回転数Ｎｅ検出値及びエンジン出力検出値Ｌｅに
適応する給気圧力、即ち基準給気圧力Ｐｓ０を予め設定
された設定テーブルから選出、あるいは前記クランク軸
回転数Ｎｅ検出値及びエンジン出力検出値Ｌｅに基づき
算出して給気圧力比較器２４に入力する。
【００３４】前記給気圧力比較器２４には前記給気圧力
検出器２１で検出された給気圧力の検出値Ｐｓが入力さ
れており、該給気圧力比較器２４においては該給気圧力
の検出値Ｐｓと前記基準給気圧力Ｐｓ０とを比較してそ
の偏差ΔＰｓを算出して蒸気流量、圧力算出部２６に入
力する。該蒸気流量、圧力算出部２６においては、給気
圧力偏差ΔＰｓに基づき、前記蒸気流量、圧力制御弁３
３の蒸気流量制御量つまり弁の開度及び蒸気圧力制御量
つまり蒸気圧力調整用スプリングのセット圧が、前記基
準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０を保持できる
蒸気流量制御量及び蒸気圧力制御量になるような制御量
ｕを算出して前記蒸気流量、圧力制御弁３３に入力す
る。
検出器２１で検出された給気圧力の検出値Ｐｓが入力さ
れており、該給気圧力比較器２４においては該給気圧力
の検出値Ｐｓと前記基準給気圧力Ｐｓ０とを比較してそ
の偏差ΔＰｓを算出して蒸気流量、圧力算出部２６に入
力する。該蒸気流量、圧力算出部２６においては、給気
圧力偏差ΔＰｓに基づき、前記蒸気流量、圧力制御弁３
３の蒸気流量制御量つまり弁の開度及び蒸気圧力制御量
つまり蒸気圧力調整用スプリングのセット圧が、前記基
準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０を保持できる
蒸気流量制御量及び蒸気圧力制御量になるような制御量
ｕを算出して前記蒸気流量、圧力制御弁３３に入力す
る。
【００３５】該蒸気流量、圧力制御弁３３においては、
弁の開度及び蒸気圧力調整用スプリングのセット圧を前
記制御量ｕになるように調整する。これにより、前記蒸
気供給装置３０により、排気管８内を通流する排気ガス
中に噴出される高圧蒸気３５の流量及び圧力を、エンジ
ン１００の給気圧力Ｐｓ及び給気温度Ｔｓが前記基準給
気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０になるような値に
制御することができる。
弁の開度及び蒸気圧力調整用スプリングのセット圧を前
記制御量ｕになるように調整する。これにより、前記蒸
気供給装置３０により、排気管８内を通流する排気ガス
中に噴出される高圧蒸気３５の流量及び圧力を、エンジ
ン１００の給気圧力Ｐｓ及び給気温度Ｔｓが前記基準給
気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０になるような値に
制御することができる。
【００３６】かかる実施例によれば、、前記蒸気供給装
置３０により、排気管８内を通流する排気ガス中に高圧
蒸気３５を噴出せしめているため、排気ターボ過給機１
のタービン１ａへの排気ガスの圧力及び流量が増大して
排気エネルギーが増大せしめられ、排気ターボ過給機１
のコンプレッサ１ｂ駆動動力が増大して該コンプレッサ
１ｂにける圧力比を所要の高圧力比にすることができ
る。従って、ターボクーリング過給機２のコンプレッサ
２ｂにおける圧力比が従来技術と同一レベルであって
も、前記膨張タービン２ａ入口の空気圧力Ｐｃ３が上昇
し、エンジン１００の給気温度Ｔｓを外部への放熱温度
レベル以下に低下せしめて、所要の給気圧力、即ちＮＯ
ｘ（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料消費率の低減、シ
リンダ７内熱負荷の低減等において所要の効果をなすた
めの基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０を得る
ことができる。これにより、十分な量のエンジンシリン
ダ内への給気量が維持され、シリンダ内での空気過剰率
の低下を伴うことなく、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を
抑制できるとともに、燃料消費率の低減及びシリンダ７
内熱負荷の低減をも実現可能となる。
置３０により、排気管８内を通流する排気ガス中に高圧
蒸気３５を噴出せしめているため、排気ターボ過給機１
のタービン１ａへの排気ガスの圧力及び流量が増大して
排気エネルギーが増大せしめられ、排気ターボ過給機１
のコンプレッサ１ｂ駆動動力が増大して該コンプレッサ
１ｂにける圧力比を所要の高圧力比にすることができ
る。従って、ターボクーリング過給機２のコンプレッサ
２ｂにおける圧力比が従来技術と同一レベルであって
も、前記膨張タービン２ａ入口の空気圧力Ｐｃ３が上昇
し、エンジン１００の給気温度Ｔｓを外部への放熱温度
レベル以下に低下せしめて、所要の給気圧力、即ちＮＯ
ｘ（窒素酸化物）の発生の抑制、燃料消費率の低減、シ
リンダ７内熱負荷の低減等において所要の効果をなすた
めの基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度Ｔｓ０を得る
ことができる。これにより、十分な量のエンジンシリン
ダ内への給気量が維持され、シリンダ内での空気過剰率
の低下を伴うことなく、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を
抑制できるとともに、燃料消費率の低減及びシリンダ７
内熱負荷の低減をも実現可能となる。
【００３７】尚、前記蒸気流量、圧力制御弁３３は、前
記排気管８内に供給される蒸気流量または蒸気圧力の何
れか一方を調整する機能を備えるようにして、コントロ
ーラ２０からの制御信号ｕも、蒸気流量または蒸気圧力
の何れか一方を制御する制御信号としてもよい。
記排気管８内に供給される蒸気流量または蒸気圧力の何
れか一方を調整する機能を備えるようにして、コントロ
ーラ２０からの制御信号ｕも、蒸気流量または蒸気圧力
の何れか一方を制御する制御信号としてもよい。
【００３８】図３に示す本発明の第２実施例において
は、前記排気管８の前記排気ターボ過給機１入口よりも
上流部位に、該排気管８内を通流する排気ガス中に水４
４を霧化して噴出せしめる水噴射装置４０を設けてい
る。図において、４２は水供給源（図示省略）からの水
４４が供給される水供給管、４２はこの水４４を加圧し
前記排気ガス中に霧化して噴出せしめる水噴射弁、４３
は該水噴射弁４２からの水噴射量または水噴射圧力を調
整する水流量、圧力制御弁である。この場合も、前記第
１実施例と同様に、前記水噴射装置４０から排気ガス中
に水４４を霧化して噴出せしめることにより、排気ター
ボ過給機１のコンプレッサ圧力比を、外部への放熱温度
レベル以下に給気温度Ｔｓを低下せしめ得る給気圧力及
び給気温度、即ち基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度
Ｔｓ０を保持できる高圧力比とすることができる。
は、前記排気管８の前記排気ターボ過給機１入口よりも
上流部位に、該排気管８内を通流する排気ガス中に水４
４を霧化して噴出せしめる水噴射装置４０を設けてい
る。図において、４２は水供給源（図示省略）からの水
４４が供給される水供給管、４２はこの水４４を加圧し
前記排気ガス中に霧化して噴出せしめる水噴射弁、４３
は該水噴射弁４２からの水噴射量または水噴射圧力を調
整する水流量、圧力制御弁である。この場合も、前記第
１実施例と同様に、前記水噴射装置４０から排気ガス中
に水４４を霧化して噴出せしめることにより、排気ター
ボ過給機１のコンプレッサ圧力比を、外部への放熱温度
レベル以下に給気温度Ｔｓを低下せしめ得る給気圧力及
び給気温度、即ち基準給気圧力Ｐｓ０及び基準給気温度
Ｔｓ０を保持できる高圧力比とすることができる。
【００３９】かかる第２実施例における制御システム
は、図４において、コントローラ２０の蒸気流量、圧力
算出部２６を、給気圧力比較器２４からの給気圧力偏差
に基づき前記水噴射装置４０における水噴射量または水
噴射圧力を算出する水噴射流量、圧力算出部とし、該水
噴射流量、圧力算出部にて算出された水噴射量または水
噴射圧力の制御信号を前記水流量、圧力制御弁４３に出
力するように置き換えればよい。
は、図４において、コントローラ２０の蒸気流量、圧力
算出部２６を、給気圧力比較器２４からの給気圧力偏差
に基づき前記水噴射装置４０における水噴射量または水
噴射圧力を算出する水噴射流量、圧力算出部とし、該水
噴射流量、圧力算出部にて算出された水噴射量または水
噴射圧力の制御信号を前記水流量、圧力制御弁４３に出
力するように置き換えればよい。
【００４０】
【発明の効果】以上記載のごとく請求項１ないし３記載
の発明によれば、排気管の排気ターボ過給機入口よりも
上流部位に、排気ガス中に蒸気を噴出せしめる蒸気供給
装置を設け、請求項２のように、前記蒸気供給装置を構
成する蒸気流量制御装置により、蒸気流量及び蒸気圧力
の何れか一方または双方を調整するようにして、前記蒸
気供給装置により排気管内を通流する排気ガス中に高圧
蒸気を蒸気流量及び蒸気圧力を調整しつつ噴出せしめて
いるため、排気ターボ過給機のタービンへの排気ガスの
排気エネルギーが増大せしめられ、該排気ターボ過給機
のコンプレッサ駆動動力が増大して該コンプレッサにお
ける圧力比を、過給機効率を低下させることなく所要の
高圧力比に上昇せしめることができる。
の発明によれば、排気管の排気ターボ過給機入口よりも
上流部位に、排気ガス中に蒸気を噴出せしめる蒸気供給
装置を設け、請求項２のように、前記蒸気供給装置を構
成する蒸気流量制御装置により、蒸気流量及び蒸気圧力
の何れか一方または双方を調整するようにして、前記蒸
気供給装置により排気管内を通流する排気ガス中に高圧
蒸気を蒸気流量及び蒸気圧力を調整しつつ噴出せしめて
いるため、排気ターボ過給機のタービンへの排気ガスの
排気エネルギーが増大せしめられ、該排気ターボ過給機
のコンプレッサ駆動動力が増大して該コンプレッサにお
ける圧力比を、過給機効率を低下させることなく所要の
高圧力比に上昇せしめることができる。
【００４１】従って、前記ターボクーリング過給機の膨
張タービン入口の空気圧力が上昇し、該ターボクーリン
グ過給機の機能を従来のものよりも上げることなく、か
つ各過給機の過給機効率を低下させることなくエンジン
の給気温度を外部への放熱温度レベル以下に低下せしめ
て、所要の給気圧力、即ちＮＯｘ（窒素酸化物）の発生
の抑制、燃料消費率の低減、シリンダ７内熱負荷の低減
等において所要の効果を得るための基準給気圧力及び基
準給気温度を得ることができる。これにより、十分な量
のエンジンシリンダ内への給気量が維持され、シリンダ
内での空気過剰率の低下を伴うことなく、ＮＯｘ（窒素
酸化物）の発生を抑制できるとともに、燃料消費率の低
減及びシリンダ７内熱負荷の低減をも実現可能となる。
張タービン入口の空気圧力が上昇し、該ターボクーリン
グ過給機の機能を従来のものよりも上げることなく、か
つ各過給機の過給機効率を低下させることなくエンジン
の給気温度を外部への放熱温度レベル以下に低下せしめ
て、所要の給気圧力、即ちＮＯｘ（窒素酸化物）の発生
の抑制、燃料消費率の低減、シリンダ７内熱負荷の低減
等において所要の効果を得るための基準給気圧力及び基
準給気温度を得ることができる。これにより、十分な量
のエンジンシリンダ内への給気量が維持され、シリンダ
内での空気過剰率の低下を伴うことなく、ＮＯｘ（窒素
酸化物）の発生を抑制できるとともに、燃料消費率の低
減及びシリンダ７内熱負荷の低減をも実現可能となる。
【００４２】また、請求項４ないし５の発明によって
も、水噴射装置から排気ガス中に水を霧化して噴出せし
めることにより、前記発明と同様に、排気ターボ過給機
のコンプレッサ圧力比を、外部への放熱温度レベル以下
に給気温度を低下せしめ得る給気圧力及び給気温度、即
ち基準給気圧力及び基準給気温度を保持できる高圧力比
とすることができる。
も、水噴射装置から排気ガス中に水を霧化して噴出せし
めることにより、前記発明と同様に、排気ターボ過給機
のコンプレッサ圧力比を、外部への放熱温度レベル以下
に給気温度を低下せしめ得る給気圧力及び給気温度、即
ち基準給気圧力及び基準給気温度を保持できる高圧力比
とすることができる。
【図１】 本発明の第１実施例に係るターボクーリング
システムの系統図である。
システムの系統図である。
【図２】 前記第１実施例における蒸気供給装置の要部
断面図である。
断面図である。
【図３】 第２実施例を示す図２対応図である。
【図４】 前記第１実施例における制御ブロック図であ
る。
る。
【図５】 本発明における給気圧力、温度線図である。
【図６】 従来技術における給気圧力、温度線図であ
る。
る。
【図７】 従来技術を示す図１対応図である。
１ 排気ターボ過給機 １ａ タービン １ｂ コンプレッサ ２ ターボクーリング過給機 ２ａ 膨張タービン ２ｂ コンプレッサ ３ 第１の空気冷却器 ４ 第２の空気冷却器 ５ 給気室 ０５ 給気管 ６ 排気集合管 ７ シリンダ ８ 排気管 ９ 空気管 １０ 給気管 １８ 回転軸 ２０ コントローラ ２１ 給気圧力検出器 ２２ エンジン回転数検出器 ２３ エンジン出力検出器 ２４ 給気圧力比較器 ２５ 基準給気圧力設定部 ２６ 蒸気流量、圧力算出部 ３０ 蒸気供給装置 ３１ 蒸気源 ３２ 蒸気管 ３３ 蒸気流量、圧力制御弁 ３４ 蒸気供給口 ３５ 蒸気 ４０ 水噴射装置 ４１ 水供給管 ４２ 水噴射弁 ４３ 水流量、圧力制御弁 ４４ 水 １００ エンジン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｃ 1/02 Ｆ０２Ｃ 1/02 Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｄ (72)発明者 沼田 明 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工 業株式会社汎用機・特車事業本部内 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA16 EA23 FA35 FA37 GA02 GB24 HA00 HA13 JA02 JA24 JA39 JA43 3G031 AA11 AA17 AB07 AC01 DA31 FA03 FA05 FA10 FA11 GA18 HA00 HA04
Claims (5)
- 【請求項１】 エンジンから排気管を経て供給される排
気ガスにより駆動されるタービン及び該タービンと同軸
にて駆動される第１のコンプレッサを備えた排気ターボ
過給機と、該排気ターボ過給機で加圧した後冷却された
空気を加圧する第２のコンプレッサ及び該加圧空気によ
り膨張仕事をなさしめて該加圧空気を降温させるととも
に前記第２のコンプレッサを駆動する膨張タービンを備
えたターボクーリング過給機とを有し、前記ターボクー
リング過給機の膨張タービンから送出される低温空気を
前記エンジンに供給するようにしたターボクーリングシ
ステムにおいて、前記排気管の前記排気ターボ過給機入
口よりも上流部位に、排気ガス中に蒸気を噴出せしめる
蒸気供給装置を設けてなることを特徴とするターボクー
リングシステム。 - 【請求項２】 前記蒸気供給装置は、前記排気管内に開
口し蒸気源から送給される蒸気を排気ガス中に噴出する
蒸気管と、該蒸気管に設けられて前記蒸気の流量及び圧
力の何れか一方または双方を調整する蒸気流量制御装置
とを備えてなることを特徴とする請求項１記載のターボ
クーリングシステム。 - 【請求項３】 エンジンの給気圧力を検出する給気圧力
検出器と、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン
出力状態を検出するエンジン出力状態検出器と、該エン
ジン出力状態検出器からのエンジン出力状態検出値に対
応する基準給気圧力を設定する基準給気圧力設定手段及
び前記給気圧力検出器からの給気圧力検出値と前記基準
給気圧力とを比較して給気圧力偏差を算出する給気圧力
比較手段及び前記給気圧力偏差に基づき前記蒸気流量制
御装置における蒸気流量または蒸気圧力を算出する蒸気
状態算出手段を有して前記蒸気状態算出手段にて算出さ
れた蒸気流量または蒸気圧力の制御信号を前記蒸気流量
制御装置に出力するコントローラとを備えてなることを
特徴とする請求項２記載のターボクーリングシステム。 - 【請求項４】 エンジンから排気管を経て供給される排
気ガスにより駆動されるタービン及び該タービンと同軸
にて駆動される第１のコンプレッサを備えた排気ターボ
過給機と、該排気ターボ過給機で加圧した後冷却された
空気を加圧する第２のコンプレッサ及び該加圧空気によ
り膨張仕事をなさしめて該加圧空気を降温させるととも
に前記第２のコンプレッサを駆動する膨張タービンを備
えたターボクーリング過給機とを有し、前記ターボクー
リング過給機の膨張タービンから送出される低温空気を
前記エンジンに供給するようにしたターボクーリングシ
ステムにおいて、前記排気管の前記排気ターボ過給機入
口よりも上流部位に、排気ガス中に水を霧化して噴出せ
しめる水噴射装置を設けてなることを特徴とするターボ
クーリングシステム。 - 【請求項５】 エンジンの給気圧力を検出する給気圧力
検出器と、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン
出力状態を検出するエンジン出力状態検出器と、該エン
ジン出力状態検出器からのエンジン出力状態検出値に対
応する基準給気圧力を設定する基準給気圧力設定手段及
び前記給気圧力検出器からの給気圧力検出値と前記基準
給気圧力とを比較して給気圧力偏差を算出する給気圧力
比較手段及び前記給気圧力偏差に基づき前記水噴射装置
における水噴射量または水噴射圧力を算出する水噴射状
態算出手段を有して前記水噴射状態算出手段にて算出さ
れた水噴射量または水噴射圧力の制御信号を前記水噴射
装置に出力するコントローラとを備えてなることを特徴
とする請求項４記載のターボクーリングシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001071044A JP3825269B2 (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | ターボクーリングシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001071044A JP3825269B2 (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | ターボクーリングシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002266646A true JP2002266646A (ja) | 2002-09-18 |
| JP3825269B2 JP3825269B2 (ja) | 2006-09-27 |
Family
ID=18928820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001071044A Expired - Fee Related JP3825269B2 (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | ターボクーリングシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3825269B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102635434A (zh) * | 2011-02-11 | 2012-08-15 | 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 | 用于使得增压的内燃机工作的方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA95093C2 (uk) | 2005-12-07 | 2011-07-11 | Нікомед Фарма Ас | Спосіб одержання кальцієвмісної сполуки |
-
2001
- 2001-03-13 JP JP2001071044A patent/JP3825269B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102635434A (zh) * | 2011-02-11 | 2012-08-15 | 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 | 用于使得增压的内燃机工作的方法 |
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| JP3825269B2 (ja) | 2006-09-27 |
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