JP2009002333A - Turbo engine equipped with power turbine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo engine 9, or a large diesel engine 9, of similar or lower manufacture cost, and higher efficiency, provided with at least one turbocharger step 1, at least one power turbine 2 for using excess exhaust mass current 3 branched at the turbocharger step 1, at least one oil pump assembly 7, and an electric machine 6 mechanically coupled to the power turbine 2 through a transmission device 4, and electrically connected to a power supply part 8. <P>SOLUTION: In the turbo engine 9, the oil pump assembly 7 is mechanically coupled to the electric machine 6, and a coupling release device 5 is provided to release mechanical coupling between the power turbine 2 to the electric machine 6. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載のターボエンジン、特に大型ディーゼルエンジンに関する。   The present invention relates to a turbo engine, particularly a large diesel engine, according to the preamble of claim 1.

大型ディーゼルエンジンは、通常とりわけ例えば船舶上で主エンジンまたは補助エンジンとして用いられる大型のディーゼルエンジンである。ほとんど同じ構造のエンジンが発電所で、特に人里離れた所で、固定されて使用され、また非常用発電設備として、例えば病院、大銀行、計算センタ、原子力発電所で使用される。   Large diesel engines are usually large diesel engines which are used, inter alia, as main or auxiliary engines, for example on ships. Engines of almost the same structure are used fixedly in power plants, especially in remote locations, and are used as emergency power generation facilities, for example, in hospitals, large banks, computing centers, nuclear power plants.

大型ディーゼル機関は、ディーゼル燃料、軽油または重油で運転することができる。この呼称は、定義によれば、空気を吸入し、燃料噴射後に自動点火することを特徴とする動作プロセスに関係している。   Large diesel engines can be operated with diesel fuel, light oil or heavy oil. This designation, by definition, relates to an operating process characterized by inhaling air and auto-igniting after fuel injection.

２サイクルエンジンは、大抵は直列エンジンとして構築されるが、４サイクルエンジンは主として直列およびＶ型エンジン構成として構築される。大型の舶用ディーゼル機関は、通常５〜１４気筒直列エンジンとして構築された２サイクルエンジンであるが、比較的小型の舶用ディーゼル機関は、大抵は４サイクルエンジンである。舶用ディーゼルエンジンは、通常低回転エンジンとして設計される。回転数は、２サイクルエンジンの場合、６０〜１３０ｒｐｍの範囲である。大型ディーゼルは、１８０ｇ／ｋＷｈ未満の燃費を達成する。   Two-cycle engines are usually built as in-line engines, but four-cycle engines are built primarily as in-line and V-type engine configurations. Large marine diesel engines are typically two-cycle engines built as 5-14 cylinder in-line engines, while relatively small marine diesel engines are usually four-cycle engines. Marine diesel engines are usually designed as low speed engines. The rotational speed is in the range of 60 to 130 rpm in the case of a two-cycle engine. Large diesel achieves a fuel consumption of less than 180 g / kWh.

大型ディーゼルを運転するには、一連の特殊な追加システムが必要である。これらシステムの１つが機能停止しても、大型ディーゼルの運転も停止しなければならない。したがっていくつかの補機が冗長的に備えられている。発電設備、潤滑油ポンプ、燃料ポンプ、冷却水ポンプ、油圧ポンプなどである。   To operate large diesel, a series of special additional systems are required. If one of these systems fails, the operation of the large diesel must also be stopped. Therefore, several auxiliary machines are provided redundantly. Power generation equipment, lubricating oil pump, fuel pump, cooling water pump, hydraulic pump, etc.

大型ディーゼルエンジンは、多くの場合、電動機で駆動される別個の潤滑油ポンプを備える。この潤滑油ポンプは、運転中にエンジンのベアリングにオイルを供給する役割をもつ。エンジンが停止しているときも機械の適切な再潤滑を保証するために、この外部ポンプによってオイル圧力を正しく維持しなければならない。潤滑油ラインは、大抵はバイパスラインシステムとして実施され、ポンプが一定に吐き出す潤滑油体積流量がそのときのエンジン運転状態には不要な場合、潤滑油の余剰分がこのバイパスラインシステムを通って排出される。潤滑油ポンプは、例えばピストンポンプまたは歯車ポンプとして実施することができる。   Large diesel engines often include a separate lubricant pump driven by an electric motor. This lubricating oil pump is responsible for supplying oil to the engine bearings during operation. The oil pressure must be properly maintained by this external pump to ensure proper re-lubrication of the machine even when the engine is stopped. Lubricating oil lines are usually implemented as bypass line systems, and if the volume of lubricating oil volume that the pump pumps out is not necessary for the current engine operating conditions, excess lubricating oil is discharged through this bypass line system. Is done. The lubricating oil pump can be implemented, for example, as a piston pump or a gear pump.

大型ディーゼルエンジンは、効率および比出力を高めるためのターボ過給部を有する。ターボチャージャは、１作動行程当たりの空気量および燃料供給量を高めることにより、ピストンエンジンの出力を上げるのに用いられる。ターボチャージャは、排気流中の排気タービンからなり、この排気タービンは、吸気マニホールドにあるコンプレッサに接続されている。このタービンは、エンジンの排気流エネルギーの一部を回転に変換して、コンプレッサを駆動する。コンプレッサは、エンジンの吸気マニホールド中の圧力を上げるので、吸入行程の間、自然吸気エンジンの場合よりも大量の空気がシリンダ中に入る。これによって、より大量の酸素が、それに対応するより大量の燃料を燃焼させるために供給される。   Large diesel engines have a turbocharger to increase efficiency and specific power. The turbocharger is used to increase the output of the piston engine by increasing the air amount and fuel supply amount per operation stroke. The turbocharger consists of an exhaust turbine in the exhaust stream, which is connected to a compressor in the intake manifold. This turbine converts a portion of the engine exhaust stream energy into rotation to drive the compressor. The compressor raises the pressure in the intake manifold of the engine so that more air enters the cylinder during the intake stroke than in a naturally aspirated engine. This provides a larger amount of oxygen to burn a corresponding larger amount of fuel.

この場合しばしば、排気中にある程度の残留エネルギー（例えば過圧約３ｂａｒ）が残るが、このエネルギーは利用されずに失われる。今日利用できるターボチャージャは、効率が例えば７０％と非常に高く、かつ高回転数であるため、ターボチャージャによる過給は、特に２サイクルディーゼルエンジンの場合、完全に利用することはできない。したがってしばしば、例えばロスギャップ、不利なブレード形状などのような追加の措置が必要になり、そのため、ターボチャージャをそれぞれのディーゼルエンジンに適合させるために、ターボチャージャの効率、またはターボチャージャの回転数をわざと悪化または低下させなければならなくなる。   Often in this case, some residual energy remains in the exhaust (for example, overpressure of about 3 bar), but this energy is lost without being utilized. Since turbochargers available today have a very high efficiency of, for example, 70% and a high rotational speed, turbocharging with turbochargers cannot be fully utilized, especially in the case of two-cycle diesel engines. Therefore, additional measures such as loss gaps, unfavorable blade shapes, etc. are often required, so the turbocharger efficiency, or turbocharger speed, can be reduced in order to adapt the turbocharger to the respective diesel engine. It must be deliberately deteriorated or lowered.

また舶用ディーゼルエンジンの場合、ターボエンジンの余剰の排気エネルギーをパワータービンで捕捉し、伝動装置と発電機を介して船舶搭載電源に供給することが公知である。この構成はパワータービン(power turbine)と呼ばれる。   In the case of marine diesel engines, it is well known that surplus exhaust energy of a turbo engine is captured by a power turbine and supplied to a ship-mounted power source via a transmission and a generator. This configuration is called a power turbine.

その他に、パワータービンで捕捉した余剰の排気エネルギーを、伝動装置を介してエンジンシャフトに伝達することが公知である。しかしこの場合、パワータービンとエンジンシャフトとの間の非常に大きな回転数の差を克服しなければならず、伝動装置が大型となるため、この構成は功を奏していない。   In addition, it is known to transmit surplus exhaust energy captured by the power turbine to the engine shaft via a transmission. In this case, however, the very large difference in rotational speed between the power turbine and the engine shaft must be overcome, and the transmission becomes large, so this configuration is not successful.

上記を出発点として本発明の課題は、同じまたはより低い製造コストで、すべての補機類を含めた冒頭に挙げた種類の内燃機関の全体的効率を高めることである。   With the above as a starting point, the task of the present invention is to increase the overall efficiency of the internal combustion engine of the type mentioned at the beginning, including all accessories, at the same or lower production costs.

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。   This problem is solved by the features of claim 1.

そのために本発明は、次のようなターボエンジンを提案する。すなわち、オイルポンプアセンブリが電気機械と機械的に結合され、この電気機械がさらにパワータービンと機械的に結合される。このパワータービンは、１つのターボ段で分岐された排気流によって駆動可能である。この電気機械は電力供給部と電気的に結合されており、パワータービンと電気機械とを機械的に結合解除するための結合解除装置が設けられている。   Therefore, the present invention proposes the following turbo engine. That is, the oil pump assembly is mechanically coupled to the electric machine, which is further mechanically coupled to the power turbine. This power turbine can be driven by an exhaust flow branched in one turbo stage. The electric machine is electrically coupled to the power supply unit, and a decoupling device for mechanically decoupling the power turbine and the electric machine is provided.

この構成を用いて、排気流中に存在する、従来は利用されていなかった残留エネルギーあるいはパワータービン構成がある場合は電力供給部として機能する搭載電源に戻されていた残留エネルギーを、オイルポンプアセンブリの駆動に利用可能なエネルギーに変換することができる。この場合、電気エネルギーに変換してから機械的エネルギーに戻す際の損失は生じないですむ。さらに、従来パワータービンで使用された電動機と、オイルポンプアセンブリを駆動するための発電機の代わりに、ただ１つの電気機械が必要なだけである。   By using this configuration, the oil pump assembly can be used to convert residual energy present in the exhaust stream that has not been used before or returned to the on-board power source that functions as a power supply when there is a power turbine configuration. Can be converted into energy available for driving. In this case, there is no loss in converting to electrical energy and then returning to mechanical energy. Furthermore, only one electric machine is required instead of the electric motor conventionally used in power turbines and the generator for driving the oil pump assembly.

特に好都合なのは、本構成が、上記に説明した２サイクルディーゼルエンジン、例えば舶用ディーゼルエンジンの場合である。この場合、パワータービンを介して排気流から取り出し可能な余剰出力が、２サイクルエンジンの潤滑油ポンプアセンブリが必要とする出力にほぼ相当する。   Particularly advantageous is the case when the arrangement is a two-cycle diesel engine as described above, for example a marine diesel engine. In this case, the surplus output that can be extracted from the exhaust stream via the power turbine substantially corresponds to the output required by the lubricating oil pump assembly of the two-cycle engine.

４サイクルディーゼルエンジンの場合も、本発明を潤滑油ポンプの運転に有利に使用できる。その際特に、二段式過給部をもちながら１つのターボ段だけにパワータービンが設けられている４サイクルエンジンの場合、取り出される有効出力が、潤滑油ポンプに必要な駆動出力に相当する。しかし本発明は、潤滑油ポンプの駆動に限定されるものではない。例えば、排気弁がカムシャフトの代わりに電子的に油圧系統によって制御される、いわゆるメカトロニクス機械の場合、パワータービンから取り出される出力をアキシャルピストンポンプの駆動に使用し、それを用いて作動油に圧力をかけることができる。パワータービンの出力がそれに十分でなければ、追加的に搭載電源から電力を取ることができる。   Even in the case of a four-cycle diesel engine, the present invention can be advantageously used in the operation of a lubricating oil pump. In particular, in the case of a four-cycle engine in which a power turbine is provided in only one turbo stage while having a two-stage supercharger, the effective output that is taken out corresponds to the drive output necessary for the lubricating oil pump. However, the present invention is not limited to driving a lubricating oil pump. For example, in the case of a so-called mechatronics machine in which the exhaust valve is electronically controlled by a hydraulic system instead of a camshaft, the output extracted from the power turbine is used to drive an axial piston pump and used to pressure the hydraulic oil. Can be applied. If the power turbine output is not sufficient, additional power can be taken from the onboard power source.

結合解除装置として、切り替え可能なクラッチを設けることもできよう。パワータービンから全くまたはわずかしか出力が供給されない運転状態のとき、電気機械とパワータービンの機械的接続を解くことができ、そうすれば、パワータービンに風損が生じることがなくなり、あるいは損失出力となるものを電源システムから引き出すことがなくなって、電源システムから取る電力が、オイルポンプアセンブリの運転だけに使用されるようになる。なぜならば、エンジンが停止し、それに応じてパワータービンが駆動されないときでも、エンジンのスタンバイ潤滑を行わなければならないからである。エンジン始動時も、パワータービンで、潤滑油ポンプ運転に十分な出力が必ずしも得られるとは限らない。   A switchable clutch could be provided as a decoupling device. During operating conditions where no or little power is supplied from the power turbine, the mechanical connection between the electric machine and the power turbine can be broken, so that there is no windage damage to the power turbine, or As a result, the power drawn from the power supply system is used only for the operation of the oil pump assembly. This is because standby lubrication of the engine must be performed even when the engine is stopped and the power turbine is not driven accordingly. Even when the engine is started, the power turbine does not always provide sufficient output for the operation of the lubricating oil pump.

パワータービンの出力がオイルポンプアセンブリの運転に十分でない運転状態のときは、電気機械を介して電力供給部から電力を引き出すことができる。この場合、有利なことに電気機械は、パワータービンから取り出される出力に応じて、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機としても、あるいは電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機としても動作する。その結果余剰出力を、電気機械から電源に供給することができ、この電源は電力供給部として設けることができる。   When the output of the power turbine is in an operation state that is not sufficient for the operation of the oil pump assembly, electric power can be drawn from the power supply unit via the electric machine. In this case, the electric machine advantageously operates either as a generator that converts mechanical energy into electrical energy or as an electric motor that converts electrical energy into mechanical energy, depending on the output extracted from the power turbine. . As a result, surplus output can be supplied from an electric machine to a power source, and this power source can be provided as a power supply unit.

この場合、電源は通常、三相交流または二相交流電流を一定の周波数と電圧で、ただし必要に応じて異なる電流の大きさまたは出力で供給し、したがって同時に、電気機械の運転状態、したがってオイルポンプが受ける出力の制御に用いることができる。ある特定のタービン出力に達するまで、タービン出力はポンプアセンブリに導かれ、その際に出力が不足すれば、それを電源から引き出す。タービン出力が上昇して、必要なポンプ出力を超えると、余剰分が電源に供給される。   In this case, the power supply typically supplies three-phase or two-phase alternating current at a constant frequency and voltage, but with different current magnitudes or outputs as required, and at the same time, therefore, the operating state of the electrical machine, and therefore oil It can be used to control the output received by the pump. Until a certain turbine output is reached, the turbine output is directed to the pump assembly and if it is insufficient, it is drawn from the power source. When the turbine output increases and exceeds the required pump output, the surplus is supplied to the power source.

さらに、１つまたは複数の検出された運転変数、例えばタービンまたはエンジンの回転数、オイルの圧力および温度、または電気機械から電源への回生電流の大きさに応じて、クラッチを切断したりつないだりするように、クラッチを制御するのが有利である。   In addition, the clutch may be disengaged or engaged depending on one or more detected operating variables such as turbine or engine speed, oil pressure and temperature, or the magnitude of regenerative current from the electrical machine to the power source. In this way, it is advantageous to control the clutch.

パワータービンと結合し、それによって連続運転で生じる余剰の排気出力を利用するには、特にオイルポンプアセンブリのような連続回転するアセンブリが、たしかに効果的である。しかしオイルポンプアセンブリの代わりに別の追加アセンブリを、本発明の方法で、パワータービンと結合することも考えられよう。   A continuously rotating assembly, such as an oil pump assembly, is indeed effective for coupling with a power turbine and thereby utilizing the excess exhaust power produced in continuous operation. However, it would be conceivable to combine another additional assembly with the power turbine in the method of the present invention instead of the oil pump assembly.

さらに、例えばクラッチを手動で切るためのシステムのような安全措置、あるいは電力供給部の機能停止に応答してエンジンを停止するエンジン制御部も有利である。不要な潤滑油を排出できる潤滑油ライン中のバイパスの他に、パワータービンの故障または保守の際に排気を排出できるバイパスも、排気ライン中のパワータービンの前に設けることができる。   In addition, an engine control unit that stops the engine in response to a safety measure such as a system for manually disengaging the clutch or a power supply outage is also advantageous. In addition to a bypass in the lubricating oil line that can discharge unwanted lubricating oil, a bypass that can exhaust the exhaust in the event of a power turbine failure or maintenance can also be provided in front of the power turbine in the exhaust line.

本発明の有利な変形形態は、さらなる従属請求項の対象である。   Advantageous variants of the invention are the subject of further dependent claims.

各請求項に記載の実施形態の個々の諸特徴は、意味がある限り、任意に組み合わせることができる。この場合、上記のおよび下記でさらに説明する諸特徴を、本願に記載する組合せだけでなく、別の組合せでも、あるいはそれぞれ単独で、本発明の範囲から逸脱することなく使用できることも、自明のことである。   Individual features of the embodiments recited in each claim can be combined arbitrarily as long as they make sense. In this case, it is obvious that the features described above and further below can be used not only in the combinations described in this application, but also in other combinations or independently, without departing from the scope of the present invention. It is.

下記では模式的な図面を参照して、本発明の好ましい実施形態についてさらに詳しく説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to schematic drawings.

図１は、内燃機関９の排気ライン１０中に配置されたターボチャージャ１を示す。このターボチャージャは、内燃機関９の比出力を過給によって高めるために用いられる。パワータービン２は、排気分岐ライン３中に設置され、従来は利用されなかった排気エネルギーによって駆動される。パワータービン２の回転運動は、適切な伝動装置４による機械的結合を介してクラッチ５に伝達される。   FIG. 1 shows a turbocharger 1 arranged in an exhaust line 10 of an internal combustion engine 9. This turbocharger is used to increase the specific output of the internal combustion engine 9 by supercharging. The power turbine 2 is installed in the exhaust branch line 3 and is driven by exhaust energy that has not been conventionally used. The rotational movement of the power turbine 2 is transmitted to the clutch 5 via mechanical coupling by a suitable transmission device 4.

他面において、クラッチ５は、電気機械６と機械的に結合されている。クラッチ５が運転位置にあるとき、クラッチ５から電気機械６への機械的な力の伝達が行われる。電気機械６は、この場合さらに船舶の搭載電源８につながり、この搭載電源は、例えば複数の冗長的な発電機セットによってフェールセーフに運転され、電流を一定の周波数で、かつ任意の出力の関連出力範囲で、電気機械６に供給することができる。   In other aspects, the clutch 5 is mechanically coupled to the electric machine 6. When the clutch 5 is in the operating position, mechanical force is transmitted from the clutch 5 to the electric machine 6. The electric machine 6 is in this case further connected to the ship's onboard power supply 8, which is operated fail-safe, for example by means of a plurality of redundant generator sets, with a current at a constant frequency and any output related. In the output range, the electric machine 6 can be supplied.

電気機械６は、その出力シャフトを介して潤滑油ポンプ７と機械的に接続され、このポンプを駆動する。オイルポンプ７によって吐き出されるオイル体積流は、潤滑油ライン１１によって内燃機関９に必要な潤滑油を供給する。   The electric machine 6 is mechanically connected to the lubricating oil pump 7 via its output shaft, and drives this pump. The oil volume flow discharged by the oil pump 7 supplies the necessary lubricating oil to the internal combustion engine 9 through the lubricating oil line 11.

内燃機関９したがってパワータービン２の運転状態と、オイルポンプ７への力の伝達のいかんとによっては、電気機械６は、この場合、オイルポンプ７を駆動するためにパワータービンの機械的エネルギーを変換し、この場合は発電機として動作することができる。その際、余剰の機械的エネルギーは、電気エネルギーに変換され、電源部８に供給される。パワータービン２から来る機械的エネルギーがオイルポンプ７の需要を満たすに足りない場合、電気機械６は、同様に電動機として動作し、オイルポンプ７のエネルギー需要を満たすために、電源システム８から電気エネルギーを引き出すことができる。   Depending on the operating state of the internal combustion engine 9 and thus the power turbine 2 and the transmission of force to the oil pump 7, the electric machine 6 in this case converts the mechanical energy of the power turbine in order to drive the oil pump 7. In this case, however, it can operate as a generator. At this time, surplus mechanical energy is converted into electric energy and supplied to the power supply unit 8. If the mechanical energy coming from the power turbine 2 is insufficient to meet the demand of the oil pump 7, the electric machine 6 also operates as an electric motor and from the power system 8 to meet the energy demand of the oil pump 7. Can be pulled out.

図２は、全体システムの原理的に考えられる２つの運転状態を示す。運転状態Ｉは、クラッチ締結時における発電機としての電気機械６を示す。この場合電気機械６は、パワータービン２によって駆動される。オイルポンプ７が必要とする出力に加えて余剰の出力が生じる場合、その出力は、電源システム８に供給される。   FIG. 2 shows two possible operating states of the overall system. The driving | running state I shows the electric machine 6 as a generator at the time of clutch fastening. In this case, the electric machine 6 is driven by the power turbine 2. When a surplus output occurs in addition to the output required by the oil pump 7, the output is supplied to the power supply system 8.

状態ＩＩは、クラッチ開放時の運転状態であり、このとき電気機械６は、電動機として動作し、例えばパワータービン２が故障しているあるいはエンジン９が始動段階にあってパワータービンが全くまたはわずかしか出力を供給しないため、オイルポンプ７が必要な仕事を行うに必要なエネルギーが機械的に供給されない。電気機械６は、この場合、不足エネルギーを電源８から、したがって船舶に搭載されている発電設備から引き出す。   The state II is an operation state when the clutch is released. At this time, the electric machine 6 operates as an electric motor, for example, the power turbine 2 is out of order or the engine 9 is in the starting stage and the power turbine is not or little. Since no output is supplied, the energy required for the oil pump 7 to perform the necessary work is not mechanically supplied. In this case, the electric machine 6 draws the insufficient energy from the power supply 8 and thus from the power generation equipment mounted on the ship.

典型的なパワータービンは、例えば出力が６００〜１３００ｋＷ、熱効率が９０％である（パワータービンの熱効率η≒９０％、ターボチャージャの熱効率η≒７０％）。この場合、パワータービンは約３００００ｒｐｍで回転し、電気機械は電源のいかんによって（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）１８００ｒｐｍまたは１５００ｒｐｍで回転し、エンジンのクランクシャフトは９０ｒｐｍで回転する。伝動装置４は、それに対応する設計としなければならない。   A typical power turbine has, for example, an output of 600 to 1300 kW and a thermal efficiency of 90% (a thermal efficiency η≈90% of the power turbine and a thermal efficiency η≈70% of the turbocharger). In this case, the power turbine rotates at about 30000 rpm, the electrical machine rotates at 1800 rpm or 1500 rpm depending on the power source (50 Hz or 60 Hz), and the engine crankshaft rotates at 90 rpm. The transmission 4 must be designed accordingly.

搭載電源８としては、この場合例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで動作する電源を設けることができ、この電源は、電気機械の出力範囲内で中断することなく任意の大きさの出力を供給することができる。運転状態ＩＩでエンジン９の作動圧力が上がっても、オイルポンプは、作動圧力がそれより低いときと同じオイル体積流量を吸い込む。なぜならば電気機械６は、電源８から必要な大きさの出力を引き出すことができ、電源の周波数でサイクル動作するからである。オイルポンプ７として例えばピストンポンプまたは歯車ポンプを使用する場合、そのオイルポンプは、一定のオイル体積流量を供給する。エンジンが必要とするオイル体積流量が降下する場合には、バイパスラインをエンジン中に追加して設け、このバイパスラインを介してエンジン中の潤滑油流の一部が排出される。   In this case, for example, a power source that operates at 50 Hz or 60 Hz can be provided as the on-board power source 8, and this power source can supply an output of any magnitude without interruption within the output range of the electric machine. Even if the operating pressure of the engine 9 increases in the operating state II, the oil pump sucks the same oil volume flow rate as when the operating pressure is lower. This is because the electric machine 6 can extract an output having a necessary magnitude from the power source 8 and performs a cycle operation at the frequency of the power source. For example, when a piston pump or a gear pump is used as the oil pump 7, the oil pump supplies a constant oil volume flow rate. When the oil volume flow required by the engine drops, a bypass line is additionally provided in the engine, and a part of the lubricating oil flow in the engine is discharged through the bypass line.

当然のことながら、本発明の基本的考えを逸脱することなく、上記の変形形態とは異なるものも考えられる。   Of course, variations from the above-described variations are possible without departing from the basic idea of the invention.

したがって例えば次のようなことが考えられよう。クラッチの代わりまたはクラッチを補完するものとして、ワンウェイクラッチを設け、運転状態ＩＩではパワータービンが、電気機械から結合解除され、パワータービンが運転されているときだけ、電気機械に機械的出力が伝達されるようにする。このようにして、機械的出力だけでなく電気的出力も、オイルポンプの駆動に使用することができる、もう１つの運転状態を実現することができる。そのために、パワータービンと、電気機械と、オイルポンプアセンブリとを、遊星歯車装置を介して結合することも考えられよう。   Therefore, for example, the following may be considered. A one-way clutch is provided instead of or as a complement to the clutch, and in operating state II the power turbine is decoupled from the electric machine and the mechanical output is transmitted to the electric machine only when the power turbine is operating. So that In this way, another operating state can be realized in which not only mechanical output but also electrical output can be used to drive the oil pump. For this purpose, it is conceivable to connect the power turbine, the electric machine and the oil pump assembly via a planetary gear device.

同様に、運転状態を２つだけ有するクラッチの代わりに、運転状態Ｉから運転状態ＩＩに連続的に切り替え可能なクラッチを設けることも考えられよう。   Similarly, it is conceivable to provide a clutch that can be continuously switched from the operation state I to the operation state II instead of the clutch having only two operation states.

本発明によるターボエンジンの一実施形態のブロック図である。1 is a block diagram of an embodiment of a turbo engine according to the present invention. ターボエンジンの２つの運転状態を説明するために、エネルギーの流れを附記した、本発明によるターボエンジンの図１に示した実施形態のエネルギーフローチャートである。FIG. 2 is an energy flow chart of the embodiment shown in FIG. 1 of a turbo engine according to the present invention, with the energy flow appended to illustrate the two operating states of the turbo engine.

符号の説明Explanation of symbols

１ ターボチャージャ
２ パワータービン
３ 排気分岐ライン
４ 伝動装置
５ クラッチ
６ 電気機械
７ オイルポンプ
８ 搭載電源
９ 内燃機関
１０ 排気ライン
１１ 潤滑油ライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbocharger 2 Power turbine 3 Exhaust branch line 4 Transmission device 5 Clutch 6 Electric machine 7 Oil pump 8 Power supply 9 Internal combustion engine 10 Exhaust line 11 Lubricating oil line

Claims (15)

少なくとも１つのターボチャージャ段（１）と、
前記ターボチャージャ段（１）で分岐された余剰の排気質量流（３）を利用するための少なくとも１つのパワータービン（２）と、
少なくとも１つのオイルポンプアセンブリ（７）と、
伝動装置（４）を介して前記パワータービン（２）と機械的に結合され、電力供給部（８）に電気的に接続された電気機械（６）とを備える、ターボエンジン（９）特に大型ディーゼルエンジン（９）において、
前記オイルポンプアセンブリ（７）が前記電気機械（６）と機械的に結合されていること、ならびに前記パワータービン（２）と前記電気機械（６）とを機械的に結合解除するための結合解除装置（５）が設けられていることを特徴とする、ターボエンジン。 At least one turbocharger stage (1);
At least one power turbine (2) for utilizing the surplus exhaust mass flow (3) branched in the turbocharger stage (1);
At least one oil pump assembly (7);
Turbo engine (9), particularly large, comprising an electrical machine (6) mechanically coupled to the power turbine (2) via a transmission (4) and electrically connected to a power supply (8) In the diesel engine (9)
The oil pump assembly (7) is mechanically coupled to the electric machine (6) and decoupled for mechanically decoupling the power turbine (2) and the electric machine (6) Turbo engine, characterized in that a device (5) is provided. 前記結合解除装置（５）が、前記パワータービン（２）と前記電気機械（６）との間に設けられたクラッチ（５）であることを特徴とする、請求項１に記載のターボエンジン（９）。   The turbo engine (1) according to claim 1, characterized in that the decoupling device (5) is a clutch (5) provided between the power turbine (2) and the electric machine (6). 9). 前記オイルポンプアセンブリ（７）が、前記ターボエンジン（９）に潤滑油を供給するための１つまたは複数の潤滑油ポンプ（７）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のターボエンジン（９）。   The oil pump assembly (7) according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises one or more lubricating oil pumps (7) for supplying lubricating oil to the turbo engine (9). Turbo engine (9). 前記オイルポンプアセンブリが、エンジンの電子的に調整可能な少なくとも１つの排気弁を作動させるために当該エンジンに作動油を供給する１つまたは複数の作動油ポンプを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のターボエンジン。   The oil pump assembly comprises one or more hydraulic oil pumps that supply hydraulic oil to the engine to operate at least one electronically adjustable exhaust valve of the engine. The turbo engine according to 1 or 2. 前記オイルポンプアセンブリ（７）の駆動ラインが、前記パワータービン（２）、前記伝動装置（４）、クラッチ（５）、前記電気機械（６）、オイルポンプアセンブリ（７）を、ここに記した順序で備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボエンジン（９）。   The drive line of the oil pump assembly (7) described here is the power turbine (2), the transmission (4), the clutch (5), the electric machine (6), and the oil pump assembly (7). The turbo engine (9) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is provided in order. 前記電気機械（６）が、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機としても、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機としても機能することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボエンジン（９）。   6. The electric machine according to claim 1, wherein the electric machine functions as a generator for converting mechanical energy into electric energy and as an electric motor for converting electric energy into mechanical energy. The turbo engine (9) according to one item. 電力供給部（８）の機能停止に応答してエンジンを停止させるエンジン制御部を備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のターボエンジン（９）。   The turbo engine (9) according to any one of claims 1 to 6, further comprising an engine control unit that stops the engine in response to a function stop of the power supply unit (8). 前記電力供給部（８）が、電源システム（８）特に冗長的発電機セットによって駆動される船舶搭載電源（８）であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のターボエンジン（９）。   8. The power supply (8) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is a power supply system (8), in particular a ship-mounted power supply (8) driven by a redundant generator set. Turbo engine (9). オイルポンプ追加アセンブリの代わりに、連続運転のために設けられた別の追加アセンブリが、パワータービンと結合されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のターボエンジン。   The turbo engine according to any one of claims 1 to 8, characterized in that instead of the oil pump additional assembly, another additional assembly provided for continuous operation is combined with the power turbine. . 前記ターボエンジン（９）が、２サイクル大型ディーゼルエンジンであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のターボエンジン（９）。   The turbo engine (9) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the turbo engine (9) is a two-cycle large diesel engine. 前記ターボエンジンが、二段式ターボ過給部を有する４サイクルエンジンであり、
少なくともターボ段に、パワータービンが設けられていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のターボエンジン。 The turbo engine is a four-cycle engine having a two-stage turbocharger,
The turbo engine according to any one of claims 1 to 9, wherein a power turbine is provided at least in a turbo stage. 前記オイルポンプアセンブリが、複数のオイルポンプを備えることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のターボエンジン。   The turbo engine according to claim 1, wherein the oil pump assembly includes a plurality of oil pumps. パワータービンの運転状態を検出するセンサ、またはパワータービンの運転状態を決定するパラメータを検出するセンサと、
パワータービンがアイドル状態にあるとき、またはある特定の閾値未満の運転状態にあるとき、前記センサが生成した信号に応答して、前記パワータービンを前記電気機械から機械的に分離し、前記パワータービンが所定の境界値より上の運転状態にあるとき、前記パワータービンと前記電気機械を機械的に結合するクラッチのための制御部と、が設けられていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のターボエンジン。 A sensor for detecting the operating state of the power turbine or a sensor for detecting a parameter for determining the operating state of the power turbine
In response to a signal generated by the sensor when the power turbine is in an idle state or in an operating state below a certain threshold, the power turbine is mechanically isolated from the electric machine; A control unit for a clutch that mechanically couples the power turbine and the electric machine when the engine is in an operating state above a predetermined boundary value is provided. The turbo engine according to any one of 12 above. パワータービンと当該パワータービンに結合されたアセンブリとの機械的結合解除をいつでも手動で行えるようにするための機械的または電気的システムが存在することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のターボエンジン。   14. A mechanical or electrical system is present to allow manual mechanical uncoupling between the power turbine and the assembly coupled to the power turbine at any time. The turbo engine according to one item. 分岐された排気流をパワータービンに供給するためにパワータービンを迂回させることのできる偏向装置が設けられていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のターボエンジン（９）。   A turbo engine according to any one of the preceding claims, characterized in that a deflection device is provided that can divert the power turbine in order to supply a branched exhaust stream to the power turbine. 9).
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