JP2011149327A5 - エンジン排気エネルギー回収装置、これを備える船舶およびこれを備える発電プラント、ならびにエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置およびこの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーを動力として回収するエンジン排気エネルギー回収装置、これを備える船舶およびこれを備える発電プラント、ならびにエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置およびこの制御方法に関する。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、エンジンの様々な負荷や回転数に対してエンジンの燃料消費率を所定値以下にすることが可能とされ、エンジンから排出される排気ガスの有効利用が可能とされるエンジン排気エネルギー回収装置、これを備える船舶およびこれを備える発電プラント、ならびにエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置およびこの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置、これを備える船舶およびこれを備える発電プラント、ならびにエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置およびこの制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、エンジンから排出される排気ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部が駆動されることによって外気をエンジンに圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部が駆動されることによって発電する一方で供給された電力によって前記タービン部を駆動する発電・電動機部と、を有するハイブリッド過給機と、該ハイブリッド過給機に供給される排気ガスを迂回させるバイパス流路と、該バイパス流路に設けられて、前記ハイブリッド過給機へ導かれる排気ガスの流量を制御する排気ガスバイパス制御弁と、前記エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンの掃気圧力を検出する掃気圧力検出手段と、前記エンジン負荷検出手段および前記エンジン回転数検出手段によって検出される負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標掃気圧力を算出するデータベースを有する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記目標掃気圧力になるように前記排気ガスバイパス制御弁を制御することを特徴とする。

Claims (25)

1. エンジンから排出される排気ガスによって駆動されるタービン部と、
   該タービン部が駆動されることによって外気を前記エンジンに圧送するコンプレッサ部と、
   前記タービン部の駆動により電力を生成する発電機と、を有するハイブリッド過給機と、
   前記エンジンの負荷、回転数、および掃気圧力を検出する検出手段と、
   前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標掃気圧力を算出し、前記目標掃気圧力になるように前記タービン部へ供給する排気ガスの流量を決定する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置。
2. 前記タービン部に供給される排気ガスを迂回させるバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられて、前記ハイブリッド過給機へ導かれる排気ガスの流量を制御する排気ガスバイパス制御弁と、を備え、
   前記算出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標掃気圧力を算出し、前記目標掃気圧力になるように前記排気ガスバイパス制御弁の開度を決定することを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気エネルギー回収装置。
3. 前記制御装置は、前記排気ガスバイパス制御弁の開度を検出する排気ガスバイパス制御弁開度検出手段からの信号に基づいて、前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる前記排気ガスバイパス制御弁の目標開度を算出し、前記排気ガスバイパス制御弁を前記目標開度になるようにフィードバック制御する請求項２に記載のエンジン排気エネルギー回収装置。
4. 前記制御装置は、前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標燃料噴射タイミングを算出し、前記燃料噴射タイミングを決定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置。
5. 前記制御装置は、前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標排気弁閉タイミングを算出し、前記排気弁閉タイミングを決定する請求項４に記載のエンジン排気エネルギー回収装置。
6. 前記制御装置は、シリンダ内圧力検出手段によって検出されるシリンダ内圧力からシリンダ内圧縮圧力Ｐcompおよびシリンダ内最高圧力Ｐmaxを算出し、前記検出された負荷および回転数に対して前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOおよび目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOを算出し、前記シリンダ内最高圧力Ｐmaxが前記目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOになるようにし、かつ、前記シリンダ内圧縮圧力Ｐcompが前記目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOになるように前記燃料噴射タイミングおよび前記排気弁閉タイミングを決定する請求項５に記載のエンジン排気エネルギー回収装置。
7. 前記エンジンは、さらに作動油蓄圧器または燃料蓄圧器を備え、
   前記制御装置には、前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標作動油蓄圧圧力または目標燃料蓄圧圧力を算出し、前記作動油蓄圧圧力または前記燃料蓄圧圧力を決定する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置。
8. エンジンから排出される排気ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部が駆動されることによって外気を前記エンジンに圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部の駆動により電力を生成する発電機と、を有するハイブリッド過給機と、
   前記エンジンの負荷、回転数、掃気圧力、およびシリンダ内圧力を検出する検出手段と、
   該検出された負荷と回転数とから前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOおよび目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOを算出し、前記目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOになるように排気弁閉タイミングを決定し、前記目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOになるように燃料噴射タイミングを決定する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置を備える船舶。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置を備える発電プラント。
11. エンジンから排出される排気ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部が駆動されることによって外気を前記エンジンに圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部の駆動により電力を生成する発電機部と、を有するハイブリッド過給機と、
    前記エンジンの負荷、回転数、および掃気圧力を検出する検出手段と、を備えるエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置であって、
    前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標掃気圧力を算出し、前記目標掃気圧力になるように前記タービン部へ供給する排気ガスの流量を決定するエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
12. 前記タービン部に供給される排気ガスを迂回させるバイパス流路と、
    前記バイパス流路に設けられて、前記ハイブリッド過給機へ導かれる排気ガスの流量を制御する排気ガスバイパス制御弁と、を備え、
    前記算出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標掃気圧力を算出し、前記目標掃気圧力になるように前記排気ガスパイパス制御弁の開度を決定することを特徴とする請求項１１に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
13. 前記排気ガスバイパス制御弁の開度を検出する排気ガスバイパス制御弁開度検出手段からの信号に基づいて、前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる前記排気ガスバイパス制御弁の目標開度を算出し、前記排気ガスバイパス制御弁を前記目標開度になるようにフィードバック制御する請求項１２に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
14. 前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標燃料噴射タイミングを算出し、前記燃料噴射タイミングを決定する請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
15. 前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標排気弁閉タイミングを算出し、前記排気弁閉タイミングを決定する請求項１４に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
16. シリンダ内圧力検出手段によって検出されるシリンダ内圧力からシリンダ内圧縮圧力Ｐcompおよびシリンダ内最高圧力Ｐmaxを算出し、前記検出された負荷および回転数に対して前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOおよび目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOを算出し、前記シリンダ内最高圧力Ｐmaxが前記目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOになるようにし、かつ、前記シリンダ内圧縮圧力Ｐcompが前記目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOになるように前記燃料噴射タイミングおよび前記排気弁閉タイミングを決定する請求項１５に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
17. 前記エンジンは、さらに作動油蓄圧器または燃料蓄圧器を備え、
    前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標作動油蓄圧圧力または目標燃料蓄圧圧力を算出し、前記作動油蓄圧圧力または前記燃料蓄圧圧力を決定する請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
18. エンジンから排出される排気ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部が駆動されることによって外気を前記エンジンに圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部の駆動により電力を生成する発電機と、を有するハイブリッド過給機と、
    前記エンジンの負荷、回転数、掃気圧力、およびシリンダ内圧力を検出する検出手段と、を備えるエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置であって、
    前記検出された負荷と回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOおよび目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOを算出し、前記目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOになるように排気弁閉タイミングを決定し、前記目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOになるように燃料噴射タイミングを決定するエンジン排気エネルギー回収装置の制御装置。
19. エンジンから排出される排気ガスによってタービン部を駆動する工程と、
    該タービン部の駆動によりコンプレッサ部を駆動し外気を前記エンジンに圧送する工程と、
    前記タービン部の駆動によって電力を生成する工程と、
    前記エンジンの負荷、回転数、および掃気圧力を検出する工程と、
    前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標掃気圧力を算出し、前記タービン部へ供給する排気ガスの流量を決定する工程と、
    を有することを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。
20. さらに排気ガスが前記タービン部を迂回するバイパス流路を有するエンジン排気エネルギー回収装置において、
    前記バイパス流路に設けられた排気ガスバイパス制御弁により前記タービン部へ導かれる排気ガスの流量を制御する工程と、
    を有するエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法であって、
    前記排気ガスバイパス制御弁の開度を検出する工程と、
    前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる前記排気ガスバイパス制御弁の目標開度を算出する工程と、
    前記排気ガスバイパス制御弁を前記目標開度になるようにフィードバック制御する工程と、
    を更に含む請求項１９に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。
21. 前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標燃料噴射タイミングを算出し、前記燃料噴射タイミングを決定する工程を有することを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。
22. 前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標排気弁閉タイミングを算出し、前記排気弁閉タイミングを決定する工程を有することを特徴とする請求項２１に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。
23. シリンダ内圧力を検出する工程と、
    前記検出されるシリンダ内圧力からシリンダ内圧縮圧力Ｐcompおよびシリンダ内最高圧力Ｐmaxを算出する工程と、
    前記検出された負荷および回転数に対して前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOおよび目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOを算出する工程と、
    前記シリンダ内最高圧力Ｐmaxが前記目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOになるようにし、かつ、前記シリンダ内圧縮圧力Ｐcompが前記目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOになるように前記燃料噴射タイミングおよび前記排気弁閉タイミングを決定する工程と、
    を更に含む請求項２２に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。
24. さらに作動油蓄圧器または燃料蓄圧器を備えたエンジンにおけるエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法において、
    前記検出された負荷および回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標作動油蓄圧圧力または目標燃料蓄圧圧力を算出し、前記作動油蓄圧圧力または前記燃料蓄圧圧力を決定する工程を有することを特徴とする請求項１９から請求項２３のいずれか１項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。
25. エンジンから排出される排気ガスによってタービン部を駆動する工程と、
    該タービン部の駆動によりコンプレッサ部を駆動し外気を前記エンジンに圧送する工程と、
    前記タービン部の駆動により電力を生成する工程と、
    前記エンジンの負荷、回転数、掃気圧力、およびシリンダ内圧力を検出する工程と、
    前記検出された負荷と回転数から前記エンジンの燃料消費率が所定値以下となる目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOおよび目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOを算出し、前記目標シリンダ内圧縮圧力ＰcompOになるように排気弁閉タイミングを決定し、前記目標シリンダ内最高圧力ＰmaxOになるように燃料噴射タイミングを決定する工程と、
    を含むエンジン排気エネルギー回収装置の制御方法。