JP2010127239A - 舶用ディーゼル機関 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン本体の機関出力にあわせて過給機の回転数を追従させることができる舶用ディーゼル機関を提供すること。
【解決手段】エンジン本体の機関出力が増加するときには、電動発電機２９を電動機として機能させ、コンプレッサ部１４を構成するコンプレッサ羽根車２４の回転数を、エンジン本体の機関出力に追従して増加させるとともに、エンジン本体の機関出力が低下するときには、電動発電機２９を発電機として機能させ、コンプレッサ部１４を構成するコンプレッサ羽根車２４の回転数を、エンジン本体の機関出力に追従して低下させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、舶用ディーゼル機関に関し、特に、排気を利用して給気を昇圧させる過給機を備えた舶用ディーゼル機関に関するものである。

排気を利用して給気を昇圧させる過給機を備えた舶用ディーゼル機関としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００２−２２７７０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された舶用ディーゼル機関では、過給機の排気タービン上流側に熱容量の大きい脱硝装置が配置されている。そのため、エンジン本体の機関出力（負荷）が増加したとしても、過給機の排気タービンに流入する（達する）排気ガスの温度は、時間的に遅れて上昇することとなり、過給機の回転数がエンジン本体の機関出力に追従せず、一時的な給気不足を招くおそれがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、エンジン本体の機関出力にあわせて過給機の回転数を追従させることができる舶用ディーゼル機関を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る舶用ディーゼル機関は、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に設けられた脱硝装置とを備えた舶用ディーゼル機関であって、前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機が電動機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加するとともに、前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機が発電機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下することとなる。

また、本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機は、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有し、かつ、前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に脱硝装置を備えた舶用ディーゼル機関に装着されるハイブリッド排気タービン過給機であって、前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機が電動機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加するとともに、前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機が発電機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下することとなる。

本発明に係る舶用ディーゼル機関または本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機によれば、エンジン本体の機関出力を増加させるときには、電動発電機が電動機として使用され、この電動発電機により、コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して（あわせて）増加されるとともに、エンジン本体の機関出力を低下させるときには、電動発電機が発電機として使用され、この電動発電機により、コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して低下されることとなる。
これにより、エンジン本体の機関出力を増減させる際、タービン部を構成するタービンに流入する（達する）排気ガスの温度に関係なく、電動発電機の回転数、すなわち、コンプレッサ羽根車の回転数を、エンジン本体の機関出力に追従させて（あわせて）増減させることができ、エンジン本体の一時的な給気不足あるいは給気過多を防止することができるとともに、機関全体の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る舶用ディーゼル機関の運転方法は、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に設けられた脱硝装置とを備えた舶用ディーゼル機関の運転方法であって、前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機を電動機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加させるとともに、前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機を発電機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下させることとなる。

本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機の運転方法は、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有し、かつ、前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に脱硝装置を備えた舶用ディーゼル機関に装着されるハイブリッド排気タービン過給機の運転方法であって、前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機を電動機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加させるとともに、前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機を発電機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下させることとなる。

本発明に係る舶用ディーゼル機関の運転方法または本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機の運転方法によれば、エンジン本体の機関出力を増加させるときには、電動発電機が電動機として使用され、この電動発電機により、コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して（あわせて）増加されるとともに、エンジン本体の機関出力を低下させるときには、電動発電機が発電機として使用され、この電動発電機により、コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して低下されることとなる。
これにより、エンジン本体の機関出力を増減させる際、タービン部を構成するタービンに流入する（達する）排気ガスの温度に関係なく、電動発電機の回転数、すなわち、コンプレッサ羽根車の回転数を、エンジン本体の機関出力に追従させて（あわせて）増減させることができ、エンジン本体の一時的な給気不足あるいは給気過多を防止することができるとともに、機関全体の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る舶用ディーゼル機関によれば、エンジン本体の機関出力にあわせて過給機の回転数を追従させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る舶用ディーゼル機関の一実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る舶用ディーゼル機関の概略構成図、図２は図１に示すハイブリッド排気タービン過給機の縦断面図、図３は図２に示すハイブリッド排気タービン過給機を消音器の側から見た一部切開斜視図、図４は本発明に係る舶用ディーゼル機関の作用効果を説明するためのグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１は、図示しないディーゼルエンジン本体（本実施形態では低速２サイクルディーゼル機関）と、脱硝装置２と、ハイブリッド排気タービン過給機３とを備えている。
ディーゼルエンジン本体（以下「エンジン本体」という。）を構成するクランク軸（図示せず）には、プロペラ軸（図示せず）を介してスクリュープロペラ（図示せず）が直接的または間接的に取り付けられている。また、エンジン本体には、シリンダライナ（図示せず）、シリンダカバー（図示せず）等からなるシリンダ部（図示せず）が設けられており、各シリンダ部内には、クランク軸と連結されたピストン（図示せず）が配置されている。さらに、各シリンダ部の排気ポート（図示せず）は、排気ガスマニホールド４と接続されており、排気ガスマニホールド４は、排気管Ｌ１を介してハイブリッド排気タービン過給機３と接続されている。

脱硝装置２は、エンジン本体とハイブリッド排気タービン過給機３とを結ぶ排気管Ｌ１の途中、すなわち、エンジン本体の下流側で、かつ、ハイブリッド排気タービン過給機３の上流側に設けられている。この脱硝装置２は、例えば、脱硝触媒を備えるとともに、還元剤供給装置（図示せず）からアンモニア等の還元剤の供給を受ける脱硝反応器（図示せず）等を備えた装置である。そして、各シリンダ部から流出した排気ガスは、脱硝装置２を通過した後、ハイブリッド排気タービン過給機３のタービン部１２で駆動源として利用されることとなる。
なお、この（触媒式）脱硝装置２は作動温度が高い（高温でないと反応しない）ため、ハイブリッド排気タービン過給機３の上流側に配置する必要がある。

図２または図３に示すように、ハイブリッド排気タービン過給機３は、排気管Ｌ１を介してエンジン本体から導かれた排気ガス（燃焼ガス）１１によって駆動されるタービン部１２と、このタービン部１２により駆動されて前記エンジン本体に外気１３を圧送するコンプレッサ部１４と、これらタービン部１２とコンプレッサ部１４との間に設けられてこれらを支持するケーシング１５とを主たる要素として構成されたものである。

ケーシング１５には、一端をタービン部１２側に突出させ、他端をコンプレッサ部１４に突出させた回転軸１６が挿通されている。この回転軸１６は、ケーシング１５に設けられた軸受１７によって、軸線回りに回転可能に支持されている。また、ケーシング１５には、潤滑油溜め（図示せず）から軸受１７まで潤滑油を供給する潤滑油供給路１８が設けられている。
一方、ケーシング１５の下端部は、回転軸１６の軸線方向においてケーシング１５を一点で支持する（回転軸１６の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部１５ａとなっており、この脚部１５ａは、床面に設置された基台（図示せず）に固定されるようになっている。すなわち、ハイブリッド排気タービン過給機３の重量は、この脚部１５ａを介して基台に伝達されるようになっている。
なお、図中の符号Ｐはパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰは、その一端部がタービン部１２の下端部に固定されているとともに、その他端部がケーシング１５の脚部１５ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰは、脚部１５ａのようにハイブリッド排気タービン過給機３の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、ハイブリッド排気タービン過給機３が基台に対して動揺（振動）しないようにすることを主たる目的とするものである。

タービン部１２は、排気管Ｌ１の出口端に接続されて排気ガス１１が供給される排気ガス通路２０と、この排気ガス通路２０内に供給された排気ガス１１の流れを受けて回転駆動されるタービン２１とを有している。
タービン２１は、タービン・ロータ２２と、タービン・ノズル２３とを備えている。タービン・ロータ２２は、回転軸１６の一端部に設けられた、円盤状のタービン・ディスク２２ａと、このタービン・ディスク２２ａの外周上に取り付けられた、翼型断面を有する複数枚のタービン・ブレード２２ｂとを備えている。
また、タービン・ノズル２３は、複数枚のノズル・ガイド・ベーン２３ａを環状に配置して構成されたものであり、タービン・ブレード２２ｂの上流側に配置されている。

排気ガス通路２０は、排気管Ｌ１の出口端に接続されてノズル・ガイド・ベーン２３ａおよびタービン・ブレード２２ｂに排気ガス１１を導く供給路２０ａと、タービン２１の半径方向外側に向かって設けられて、タービン２１を通過した排気ガス１１を排気管Ｌ２（図１参照）を介してファンネル（図示せず）に導く送出路２０ｂとを有している。

コンプレッサ部１４は、回転駆動されることで外気１３を径方向外側に送出するコンプレッサ羽根車２４と、このコンプレッサ羽根車２４の周囲を囲んでコンプレッサ羽根車２４が送出した外気１３を圧縮する渦巻き室２５とを有している。
コンプレッサ羽根車２４は、回転軸１６の他端部に取り付けられた、略円盤状のハブ２４ａと、このハブ２４ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根２４ｂとを備えている。
コンプレッサ部１４の上流側には、エンジン本体の給気系統に接続された消音器（サイレンサ）２６が隣接配置されており、この消音器２６を通過した外気１３は、流入路２７を介してコンプレッサ羽根車２４の羽根２４ｂに導かれるようになっている。また、コンプレッサ部１４の下流側に配置された給気管Ｌ３には、図示しないインタークーラやサージタンク等が接続されており、渦巻き室２５を通過した外気１３は、これらインタークーラやサージタンク等を通過した後、エンジン本体の給気マニホールド（図示せず）に供給されるようになっている。

消音器２６の中央部には、その内部に、ハブ２４ａの端面に向かって先細となるように形成された凹所２８ａを有するシェルハウジング２８が設けられているとともに、凹所２８ａ内には、（高速誘導）電動発電機２９が収容されている。シェルハウジング２８は、流入路２７内に設けられた複数枚（例えば、４枚）のサポート３０を介してコンプレッサ部１４（流入路２７を形成する半径方向外側の壁面）に固定されている。そして、シェルハウジング２８の外側表面は、流入路２７を形成する半径方向内側の壁面を構成している。

電動発電機２９は、電動機と発電機とが可逆なもの（電動機にも発電機にもなるもの）であり、その回転軸２９ａが、回転軸１６と同一回転軸線上に位置するように配置されているとともに、この回転軸２９ａは、ハブ２４ａを貫通して消音器２６の側に突出する回転軸１６の一端部先端と、カップリング３１を介して連結されている。すなわち、電動発電機２９の回転軸２９ａは、回転軸１６とともに回転するようになっている。
また、電動発電機２９は、船内（本実施形態では機関室内）に別途設置された発電機（図示せず）から電力の供給を受けて、電動機として機能するよう、船内に別途設置された発電機と電気的に接続されているとともに、電動発電機２９が発電機として発生した電力を船内電源として使用（利用）することができるよう、機関室内の配電盤等と電気的に接続されている。

そして、このように構成された電動発電機２９は、エンジン本体の機関出力（負荷）を増加させる（上げる）ときには電動機として使用され、エンジン本体の機関出力を低下させる（下げる）ときには発電機として使用される。
すなわち、図４に示すように、エンジン本体の機関出力を増加させるときには、ハイブリッド排気タービン過給機３を構成する電動発電機２９が電動機として使用され、この電動発電機２９により、コンプレッサ羽根車２４の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して（あわせて）増加されることとなる。
一方、エンジン本体の機関出力を低下させるときには、ハイブリッド排気タービン過給機３を構成する電動発電機２９が発電機として使用され、この電動発電機２９により、コンプレッサ羽根車２４の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して（あわせて）低下されることとなる。
なお、機関出力の増減は、例えば、エンジン本体の各シリンダ部に取り付けられた燃料ポンプの吐出流量に基づいて算出されるようになっている。

本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１によれば、エンジン本体の機関出力を増加させるときには、電動発電機２９が電動機として使用され、この電動発電機２９により、コンプレッサ羽根車２４の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して（あわせて）増加されるとともに、エンジン本体の機関出力を低下させるときには、電動発電機２９が発電機として使用され、この電動発電機２９により、コンプレッサ羽根車２４の回転数が、エンジン本体の機関出力に追従して低下されることとなる。
これにより、エンジン本体の機関出力を増減させる際、タービン２１に流入する（達する）排気ガス１１の温度に関係なく、ハイブリッド排気タービン過給機３を構成する電動発電機２９の回転数、すなわち、コンプレッサ羽根車２４の回転数を、エンジン本体の機関出力に追従させて（あわせて）増減させることができ、エンジン本体の一時的な給気不足あるいは給気過多を防止することができるとともに、機関全体の信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る舶用ディーゼル機関の概略構成図である。 図１に示すハイブリッド排気タービン過給機の縦断面図である。 図２に示すハイブリッド排気タービン過給機を消音器の側から見た一部切開斜視図である。 本発明に係る舶用ディーゼル機関の作用効果を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ 舶用ディーゼル機関
２ 脱硝装置
３ ハイブリッド排気タービン過給機
１１ 排気ガス
１２ タービン部
１４ コンプレッサ部
１６ 回転軸
２４ コンプレッサ羽根車
２９ 電動発電機
２９ａ 回転軸
Ｌ１ 排気管

Claims (4)

1. エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、
   前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に設けられた脱硝装置とを備えた舶用ディーゼル機関であって、
   前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機が電動機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加するとともに、
   前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機が発電機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下することを特徴とする舶用ディーゼル機関。
2. エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有し、かつ、前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に脱硝装置を備えた舶用ディーゼル機関に装着されるハイブリッド排気タービン過給機であって、
   前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機が電動機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加するとともに、
   前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機が発電機として機能し、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数が、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下することを特徴とするハイブリッド排気タービン過給機。
3. エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、
   前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に設けられた脱硝装置とを備えた舶用ディーゼル機関の運転方法であって、
   前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機を電動機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加させるとともに、
   前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機を発電機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下させることを特徴とする舶用ディーゼル機関の運転方法。
4. エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する電動発電機とを有し、かつ、前記エンジン本体と前記タービン部とを結ぶ排気管の途中に脱硝装置を備えた舶用ディーゼル機関に装着されるハイブリッド排気タービン過給機の運転方法であって、
   前記エンジン本体の機関出力が増加するときには、前記電動発電機を電動機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して増加させるとともに、
   前記エンジン本体の機関出力が低下するときには、前記電動発電機を発電機として機能させ、前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の回転数を、前記エンジン本体の機関出力に追従して低下させることを特徴とするハイブリッド排気タービン過給機の運転方法。

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