JP2008184922A - タービン保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高地での使用時にあってもエンジンの出力を確保しつつタービン回転数の過剰な上昇を確実に回避し得るようにしたタービン保護装置を提供する。
【解決手段】高地でのターボチャージャ２付きディーゼルエンジン１（エンジン）の使用時におけるタービン回転数の過剰な上昇を回避するためのタービン保護装置に関し、排気側から排気ガス８の一部を抜き出して吸気側へ戻す再循環パイプ１１と、該再循環パイプ１１の途中に装備されて排気ガス流量を調整する制御バルブ１２と、大気圧を検出する気圧センサ１５（高度判定手段）と、該気圧センサ１５が検出した大気圧に応じてタービン回転数を許容値以下に抑え得る開度で前記制御バルブ１２を開操作する制御装置１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービン保護装置に関するものである。

従来より、油圧ショベル等の建設機械には、ターボチャージャ付きのディーゼルエンジンを備えたものがあるが、この種のターボチャージャ付きのディーゼルエンジンを備えた建設機械にあっては、その作業現場が高地である場合に、タービン回転数の過剰な上昇によるターボチャージャの破損を防止し得るよう配慮する必要があった。

即ち、油圧ショベル等の建設機械では、比較的高い回転数を保ちながら定格運転で油圧ポンプを連続的に駆動し、この油圧ポンプより得られる油圧で土木作業を行うようにしている。ターボチャージャは、高度が上がり気圧が低下すると、空気密度が低下することにより、タービン回転数が許容値（破損に到らない回転数）を超えて過剰に上昇してしまう虞れがあった。

このため、高地でのディーゼルエンジン性能は、出力を大幅に下げてタービン回転を抑制していた。

尚、ターボチャージャ付きエンジンに関連した先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
特開２００５−２９９６１８号公報

しかしながら、前述した如く、高地でのエンジン出力低減では、その出力低下に伴う作業能率の低下が避けられないという問題があった。例えば、油圧ショベル等の建設機械の場合、高地での土木作業の能率が下がって工期が延びる等の不具合を招く虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、高地での使用時にあってもエンジンの出力を確保しつつタービン回転数の過剰な上昇を確実に回避し得るようにすることを目的とする。

本発明は、高地でのターボチャージャ付きエンジンの使用時におけるタービン回転数の過剰な上昇を回避するためのタービン保護装置であって、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ戻す再循環パイプと、該再循環パイプの途中に装備されて排気ガス流量を調整する制御バルブと、現在の高度を判定する高度判定手段と、該高度判定手段の判定に応じてタービン回転数を許容値以下に抑え得る開度で前記制御バルブを開操作する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。

而して、高度判定手段により現在の高度が判定され、その判定に応じて制御装置により制御バルブが適切な開度で開操作される結果、再循環パイプを通して排気側から排気ガスの一部が吸気側へ戻され、ターボチャージャのタービンへ流入する排気ガスの流量が減少し、これによりターボチャージャを回転させる慣性力が低下してタービン回転数が許容値以下に抑えられることになる。

また、本発明においては、高度判定手段が大気圧を検出する気圧センサで構成されていることが好ましく、このようにすれば、大気圧に基づいて現在の高度を精度良く判定することが可能となる。

上記した本発明のタービン保護装置によれば、高地でのターボチャージャ付きエンジンの使用に際して、エンジン出力を大幅に下げる措置を採らなくても、排気ガスの一部を再循環させてターボチャージャのタービンへ流入する排気ガスの流量を減少させることでタービン回転数を許容値以下に抑えることができるので、高地での使用時にあってもエンジンの出力を確保しつつタービン回転数の過剰な上昇を確実に回避することができ、各種作業能率を維持することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１はターボチャージャ２を備えたディーゼルエンジンを示し、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４をインタークーラ６へと送って冷却し、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４を導いてディーゼルエンジン１の各気筒に分配するようにしてある。

また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介し車外へ排出するようにしてある。

そして、排気マニホールド９における各気筒の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７の入口付近との間が再循環パイプ１１により接続されており、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管５に導き得るようにしてある。

ここで、前記再循環パイプ１１には、該再循環パイプ１１を適宜な開度で絞り込んで排気ガス流量を調整する制御バルブ１２と、再循環される排気ガス８を冷却するための再循環ガスクーラ１３とが装備されている。

例えば、前記再循環ガスクーラ１３は、排気ガス８を複数本のチューブに分配して流しながら、該各チューブを包囲しているシェルの内部に冷却水を給排し、該冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度を低下し得るようにしたシェルアンドチューブ型の熱交換器である。

即ち、ディーゼルエンジン１に再循環する排気ガス８を再循環パイプ１１の途中で冷却すると、ディーゼルエンジン１の各気筒への充填効率が良くなり、ディーゼルエンジン１の出力をあまり低下させずに排気ガス８を再循環することが可能となる。

また、前記制御バルブ１２は、制御装置１４からの制御信号１２ａにより開度を制御されるようになっており、この制御装置１４に内蔵された気圧センサ１５（高度判定手段）により計測される大気圧に基づき現在の高度を判定し且つその判定に応じてタービン回転数を許容値以下に抑え得る開度が制御信号１２ａとして前記制御バルブ１２に出力されるようになっている。

ここで、前記気圧センサ１５により計測される大気圧は、そのまま高度判定の代用値として制御に利用することが可能である。例えば、大気圧と制御バルブ１２の開度との二次元制御マップを制御装置１４に組み込んでおき、この二次元制御マップに照らして大気圧に対応する制御バルブ１２の開度を決定するようにすれば良い。

尚、タービン回転数を許容値以下に抑え得る開度とは、ディーゼルエンジン１の出力を利用した作業で想定される最大出力時でもタービン回転数が許容値を超えなくて済むような開度のことを指しており、その用途を考慮した予備実験等により求めることが可能である。

而して、このようにタービン保護装置を構成すれば、気圧センサ１５により現在の大気圧が検出され、その大気圧から判定される高度（或いは大気圧をそのまま高度の代用値として利用）に応じて制御装置１４により制御バルブ１２が開操作される結果、再循環パイプ１１を通して排気マニホールド９（排気側）から排気ガス８の一部が吸気マニホールド７（吸気側）へ戻され、ターボチャージャ２のタービン２ｂへ流入する排気ガス８の流量が減少し、これによりターボチャージャ２を回転させる慣性力が低下してタービン回転数が許容値以下に抑えられることになる。

従って、上記形態例によれば、高地でのターボチャージャ２付きディーゼルエンジン１の使用に際して、エンジン出力を大幅に下げる措置を採らなくても、排気ガス８の一部を再循環させてターボチャージャ２のタービン２ｂへ流入する排気ガス８の流量を減少させることでタービン回転数を許容値以下に抑えることができるので、高地での使用時にあってもディーゼルエンジン１の出力を確保しつつタービン回転数の過剰な上昇を確実に回避することができ、ディーゼルエンジンの出力を利用した各種作業の能率を維持することができる。

例えば、高地で使用される油圧ショベル等の建設機械に適用した場合、ディーゼルエンジン１の各気筒への燃料投入量を低減して出力を下げるという従来対策で生じていたような土木作業の能率低下を招かなくて済むので、高地での土木作業で工期が延びたり、作業ができないといった不具合を未然に回避することができる。

尚、油圧ショベル等の建設機械では、比較的高い回転数を保ちながら定格運転を行って油圧ポンプを連続的に駆動し、この油圧ポンプにより得られる油圧で土木作業を行うようにしているため、その作業中における過給圧が比較的高く、空気密度の低い高地で排気ガス８を再循環しても燃焼不良による黒煙発生が起こり難いという利点があり、本発明のタービン保護装置を採用するのに最適であると言える。

また、本形態例においては、高地でのターボチャージャ２付きディーゼルエンジン１の使用時に、タービン回転数を許容値以下に抑え得るように排気ガス８の一部を排気側から吸気側へ再循環させているが、低地での使用に際しては、制御バルブ１２を開操作してＮＯxの発生を低減する目的で排気ガス８を再循環させるようにしても良い。

即ち、排気側から排気ガス８の一部を抜き出して吸気側へと戻すと、その吸気側に戻された排気ガス８によりディーゼルエンジン１内での燃料の燃焼が抑制されて燃焼温度が下がり、これによりＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減することができるので、低地ではＮＯxを低減する目的で排気ガス８の再循環を行う排気浄化装置として流用することが可能である。

尚、本発明のタービン保護装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、高度判定手段は必ずしも気圧センサで構成されたものでなくても良く、例えば、ＧＰＳと連携して地図情報から現在位置の高度を割り出すようにしたものであっても良いこと、また、エンジンはディーゼルエンジンに限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
２ ターボチャージャ
２ｂ タービン
４ 吸気
７ 吸気マニホールド
８ 排気ガス
９ 排気マニホールド
１１ 再循環パイプ
１２ 制御バルブ
１２ａ 制御信号
１４ 制御装置
１５ 気圧センサ（高度判定手段）

Claims (2)

1. 高地でのターボチャージャ付きエンジンの使用時におけるタービン回転数の過剰な上昇を回避するためのタービン保護装置であって、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ戻す再循環パイプと、該再循環パイプの途中に装備されて排気ガス流量を調整する制御バルブと、現在の高度を判定する高度判定手段と、該高度判定手段の判定に応じてタービン回転数を許容値以下に抑え得る開度で前記制御バルブを開操作する制御装置とを備えたことを特徴とするタービン保護装置。
2. 高度判定手段が大気圧を検出する気圧センサで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタービン保護装置。

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