JP2015121230A - 内燃機関の負荷変動時の過給補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の急激な負荷変動時にも過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図る。【解決手段】 内燃機関（１）の排気ガスにより回転駆動されて給気を過給する過給機（５）と、過給機の回転軸に連結される第１の油圧ポンプ（１０）と、内燃機関のクランク軸（２）に連結される第２の油圧ポンプ（１１）と、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路（２０）と、油圧回路に配設されて第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段（１２，１３）と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラ（１５）とを備え、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時にその負荷変動に応じて第１の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように上記油圧流量調整手段を制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、過給機を備えた内燃機関の負荷変動時における過給を補助するための過給補助装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関では、過給機（ターボチャージャ）により、エンジンの排気ガスによってそのタービンを回転駆動し、タービンにより回転される圧縮機によって給気密度を高めて、エンジンの出力向上を図っている。

しかしながら、このように過給機を取り付けて、排気エネルギの有効利用を図ったとしても、エンジンの高負荷時などには排気エネルギが余剰となり、この余剰排気エネルギを無駄なく利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも強く要請されている。

このエンジンの余剰排気エネルギを有効利用するものとして、例えば、過給機の圧縮機側にクラッチを介して発電機を連結し、この発電機を過給機によって回転駆動させて発電を行なうものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。この場合には、エンジンの余剰排気エネルギを直接電気エネルギに変換し、それを船内設備等に利用している。

しかしながら、このように過給機に発電機を連結して電気エネルギとして利用するだけでは、船内消費電力が少ない場合などには、エンジンの排気エネルギを充分に利用しているとは言えず、エンジンの余剰排気エネルギをすべて有効利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも急務になっている。

このエンジンの余剰排気エネルギをほぼすべて有効利用するものとして、内燃機関の過給機に変速機を介して油圧ポンプを連結し、過給機によって油圧ポンプを回転駆動させて、油圧より余剰排気エネルギを回収するシステムが開示されている（例えば、特許文献３及び４参照）。

特に、特許文献３には、内燃機関のクランク軸に油圧ポンプを連結し、この油圧ポンプと過給機に連結された油圧ポンプとを油路より接続し、内燃機関の低負荷時に、クランク軸に連結した油圧ポンプが発生した油圧により過給機側の油圧ポンプを油圧モータとして作動させて回転駆動し、過給機の過給能力を高める発明が記載されている。

実開昭６１−２００４２３号公報（第１−２図） 特開２００４−３４６８０３号公報（第１図） 特開２００６−２４２０５１号公報（第１図） 特開２００８−１１１３８４号公報（第１図）

ここで、上述の特許文献３に記載された、内燃機関のクランク軸にさらに油圧ポンプを連結し、この油圧ポンプと過給機に連結された油圧ポンプとを油路より接続し、内燃機関の低負荷時に、クランク軸に連結した油圧ポンプが発生した油圧により過給機側の油圧ポンプを油圧モータとして作動させて回転駆動し、過給機の過給能力を高める発明においては、２つの油圧ポンプによってこの２つの油圧ポンプ間の油圧流量を制御し、それにより
過給機側の油圧ポンプの回転数制御を行なうために、クランク軸側又は過給機側の油圧ポンプの少なくとも一方を可変容量型ポンプとする必要がある。

しかしながら、この可変容量型油圧ポンプは、油圧を発生させるためのポンプ本体以外に、油圧の吐出量を変化させるための可変機構部が一体に組み込まれている。したがって、可変容量型油圧ポンプは、固定容量型ポンプと比べてその大きさが極めて大きくなり、また重量も極めて重くなる。例えば、その重量が固定容量型ポンプの２．５倍になる場合もある。

特に、上述の特許文献３に記載された発明においては、一方の油圧ポンプは内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、他方の油圧ポンプは内燃機関の過給機に変速機を介して機械的に連結されているから、どちらの油圧ポンプを可変容量型油圧ポンプにするにしても、多数の補機類などが錯綜する内燃機関の周りにおいてその配置が極めて困難になり、かつ上記のように総重量が極めて重くなるという問題がある。また、油圧ポンプを可変容量型とする場合、その可変機構部も吐出量に見合った大きさとなり、油圧ポンプは極めて高価なものとなる。

この一方、上記の問題とは別に、例えば、船舶に搭載される舶用エンジンにおいては、例えば所定負荷運転時に、悪天候の際に推進プロペラ（スクリュ）が海面上と海面下とを上下動する現象が起こることがある。この場合、推進プロペラが海面下にあるときは、エンジンには通常の負荷がかかっている。

しかし、推進プロペラが海面上に現れたときは、推進プロペラが空回り状態となり、エンジンの負荷が急激に低下する。また、推進プロペラがこのように一旦海面上に現れた後に、再び海面下に入るときには、エンジンに対して一時的ではあるが通常運転時よりも過大な負荷がかかる。

これに対して、このエンジンの排気ガスにより回転駆動されて給気を加圧する過給機は、所定負荷運転時に排気ガスだけで回転駆動されている場合には、エンジンの急激な負荷の変動に対して過給遅れを生じるという問題がある。この結果、過給機は、エンジンの負荷の変動に対して最適に過給することができず、燃費の悪化を招く。

図６において、実線ａは、所定負荷運転時におけるエンジンの負荷変動を示し、一点鎖線ｂは、エンジンの必要空気量を示し、破線ｃは、排気ガスにより回転駆動される過給機の給気流量を示している。図６から明らかなように、過給機の給気流量はエンジンの負荷の変動に対して一定の遅れを生じ、特にエンジンの負荷が一旦低下して再び上昇するときには、一時的ではあるが過給機の給気流量はエンジンの必要空気量を下回り、空気不足が生じていることが分かる。また、エンジンは、このような空気不足時に燃料を完全燃焼させることができず、未燃のまま排出される排気ガスにより環境を著しく悪化させるという問題を発生させる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、内燃機関の所定負荷運転時における急激な負荷変動に対しても過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図ることができる、内燃機関の負荷変動時の過給補助装置を提供することを課題とする。

併せて、内燃機関周りにおいて油圧ポンプの配置が極めて容易になり、しかも大幅な重量軽減を図ることができ、さらに装置の製造コスト低減を図ることができる内燃機関の負荷変動時の過給補助装置を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置は、内燃機関の排気ガスにより回転駆動されて内燃機関の給気を過給する過給機と、過給機の回転軸に連結されて過給機と共に回転する第１の油圧ポンプと、内燃機関のクランク軸に連結されてクランク軸と共に回転する第２の油圧ポンプと、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路と、油圧回路に配設されて第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラとを備えた内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時に内燃機関の負荷変動に応じて第１の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように油圧流量調整手段を制御することにある。

このように、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、コントローラが、内燃機関の所定負荷運転時に内燃機関の負荷変動に応じて、第１の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように油圧流量調整手段を制御するから、内燃機関の所定負荷運転時の急激な負荷変動に対しても過給機により最適な過給ができ、これにより常に内燃機関へ必要空気量に応じた空気量の過給を行うことができ、よって燃費向上が図れると共に、完全燃焼によって環境性能の向上を図ることができる。

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプは、固定容量型の油圧ポンプからなり、上記油圧流量調整手段は、油圧回路に配設されて第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう可変容量型の第３の油圧ポンプと、第３の油圧ポンプを回転駆動させる駆動源とからなることが望ましい。

このように、過給機の回転軸に連結された第１の油圧ポンプと、内燃機関のクランク軸に連結された第２の油圧ポンプとを固定容量型とすることにより、第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプを小型化することができ、内燃機関周りにおいて油圧ポンプの配置が極めて容易になり、しかも大幅な重量軽減が図れる。第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプを固定容量型としたことにより、第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプが安価なものとなり、装置の製造コスト低減を図ることができる。

また、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整は、第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプとは別の、可変容量型からなる第３の油圧ポンプにより行なわれる。この第３の油圧ポンプの役割は、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整であるから、小型の可変容量型油圧ポンプでよい。したがって、コスト的にも極めて有利になる。

さらに、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとは油路、つまり油圧配管のみにより接続されているから、第３の油圧ポンプについては配置の自由度が極めて高く、内燃機関周りにおいて補機類などの取りまわしが容易になる。

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記コントローラは、内燃機関の燃料噴射量を制御すると共に、この燃料噴射量に基づいて油圧流量調整手段を制御して第１の油圧ポンプの回転駆動力を変化させることが望ましい。

このように、コントローラが、内燃機関の燃料噴射量を制御するものであるから、コントローラは、内燃機関の負荷変動を燃料噴射量から正確に検出することができる。また、コントローラは、その燃料噴射量に基づいて油圧流量調整手段を制御して第１の油圧ポンプの回転駆動力を変化させるから、常に変化する内燃機関の負荷変動に応じて、第１の油
圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を最適に行なうことができる。

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、コントローラは、内燃機関の負荷変動時に過給機の過給圧を油圧ポンプの回転駆動力を高めて一定圧だけ高めるように、油圧流量調整手段を制御することが望ましい。

このように、コントローラが、内燃機関の負荷変動時に第１の油圧ポンプの回転駆動力を高めて過給機の過給圧を一定圧だけ高めるように、油圧流量調整手段を制御することにより、第１の油圧ポンプ（このときは油圧モータとして作動する）の回転駆動力と、内燃機関の排気ガスによる回転駆動力とが調和よく共働して、過給機の過給能力を負荷変動に対応した過給圧に高めることができる。特に、負荷変動の大きさに拘わらず過給圧を一定圧だけ高める制御により、急激な負荷変動に対して確実な過給を行うことができるようになる。

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記コントローラは、内燃機関の負荷変動の最大負荷時に、少なくとも過給機の給気流量が内燃機関の必要空気量を上回るように油圧流量調整手段を制御して、第１の油圧ポンプの回転駆動力を高めて過給機の過給能力を高めることが望ましい。

このように、コントローラが、内燃機関の負荷変動の最大負荷時に、少なくとも過給機の給気流量が内燃機関の必要空気量を上回るように油圧流量調整手段を制御して、第１の油圧ポンプの回転駆動力を高めて過給機の過給能力を高めることにより、ほぼすべての負荷変動域において、過給機の給気流量が内燃機関の必要空気量を上回るようになる。

上記内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、上記コントローラは、上記一定圧を内燃機関の各所定負荷に応じて変化させることが望ましい。このように、コントローラが、上記一定圧を内燃機関の各所定負荷に応じて変化させることにより、各負荷に応じて最適な過給を行なうことができるようになる。

本発明の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置は、内燃機関の排気ガスにより回転駆動されて内燃機関の給気を過給する過給機と、過給機の回転軸に連結されて過給機と共に回転する第１の油圧ポンプと、内燃機関のクランク軸に連結されてクランク軸と共に回転する第２の油圧ポンプと、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路と、油圧回路に配設されて第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段と、油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラとを備えた内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、このコントローラは、内燃機関の所定負荷運転時に内燃機関の負荷変動に応じて第１の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて過給機の過給能力を高めるように油圧流量調整手段を制御する。

したがって、内燃機関の所定負荷運転時の急激な負荷変動に対して過給機により最適な過給ができるようにし、これにより燃費向上と完全燃焼による環境性能の向上とを図ることができる、という優れた効果を奏する。

本発明の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置の一例を示すブロック図である。 図１のエンジンの通常運転時の油圧回路の流れを示す回路図である。 図１のエンジンの逆転時の油圧回路の流れを示す回路図である。 図１のエンジンに負荷変動がない時の時間経過に対するエンジン負荷、エンジンの必要空気量、過給機の過給流量を示すグラフである。 図１のエンジンの急激な負荷変動時の時間経過に対するエンジン負荷、エンジンの必要空気量、過給機の過給流量を示すグラフである。 従来の内燃機関における、急激な負荷変動時の時間経過に対するエンジン負荷、エンジンの必要空気量、過給機の過給流量を示すグラフである。

本発明に係る内燃機関の過給機余剰動力回収装置を実施するための形態を、図１ないし図５を参照して詳細に説明する。

図１の符号１は、一例としての、船舶に搭載される推進用の２サイクルディーゼルエンジン（内燃機関）を示し、このエンジン１は、その排気ガスにより回転駆動されて給気をエンジン１へ過給する過給機５を備えている。過給機５は圧縮機６とタービン７とを有し、圧縮機６とタービン７は回転軸８で連結されている。エンジン１の排気ガスによりタービン７が回転駆動され、タービン７によって圧縮機６が回転する。これによりエンジンの給気密度が高められ、エンジン出力が向上する。

なお、過給機５は、必ずしもその段数が単段のものに限定されるものではない。また、エンジン１は舶用エンジンに限定されず、また、形式も２サイクルディーゼルエンジンに限定されるものではなく、４サイクルディーゼルエンジンや、天然ガス、都市ガス等を燃料とするガスエンジン、他のすべての形式の内燃機関が含まれる。

図１に示すように、過給機５の回転軸８に変速機９が連結され、変速機９に固定容量型の油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ）１０が連結されている。エンジン１のクランク軸２に変速機３が連結され、変速機３に固定容量型の油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）１１が連結されている。勿論、変速機３を設けずに油圧ポンプ１１をエンジン１のクランク軸２に直結することもできる。

上述の２つの油圧ポンプ１０，１１は、油圧回路２０の中に組み込まれる。油圧ポンプ１０の出力側と油圧ポンプ１１は油路２１により、油圧ポンプ１０の入力側と油圧ポンプ１１は油路２２によりそれぞれ接続されている。

２つの油路２１，２２の間に、小型の可変容量型の油圧ポンプ（第３の油圧ポンプ）１２が油路２３，２４により接続されている。油路２３は油圧ポンプ１２と油路２１とを接続し、油路２４は油圧ポンプ１２と油路２２とを接続する。このように、油圧ポンプ１２は、油圧ポンプ１０と油圧ポンプ１１とにそれぞれ並列に接続されている。

これらの油圧ポンプ１０，１１，１２は、ポンプ軸より回転駆動されればそれぞれ油圧ポンプとして作動し、油圧により回転駆動されればそれぞれ油圧モータとして作動するもので、名称の簡略化のため本発明では単に油圧ポンプとしている。

可変容量型の油圧ポンプ１２には、電動モータ（駆動源）１３が連結される。電動モータ１３は油圧ポンプ１２を電動モータとして回転駆動するほか、油圧ポンプ１２により回転駆動されて発電機として作動するもので、名称の簡略化のため本発明では単に電動モータとしている。

電動モータ１３は、船舶の中央配電装置１４と電気的に接続されて、後述のように、電動モータ１３がモータとして作動するときは中央配電装置１４から電力を得ると共に、電動モータ１３が発電機として作動するときは、過給機５の余剰動力を船舶の電力として利
用することができる。

本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、油圧ポンプ（第３の油圧ポンプ）１２と電動モータ（駆動源）１３とにより、油圧流量調整手段が構成される。なお、この油圧流量調整手段は、必ずしも油圧ポンプ１２と電動モータ１３とにより構成する必要はなく、例えば、油圧ポンフ１０，１１の双方又は一方を可変容量型とすることにより構成することもできる。

また、駆動源は、必ずしも電動モータ１３により構成する必要はなく、例えば、可変容量型の油圧ポンプ１２がこのエンジン１のクランク軸２により回転駆動されるもの、あるいは図示しない発電用補助エンジンなどの、上記エンジン１とは別のエンジンにより回転駆動されるものなどもある。上述の油圧ポンプ１２の容量可変部の可変機構としては、例えば、斜板式や斜軸式など様々なものがある。

エンジン１の燃料噴射量を制御するコントローラ１５が配設され、コントローラ１５は、油圧ポンプ１２の可変機構部と電気的に接続されてこれを制御し、油圧ポンプ１２の容量を変化させる。

図２に示すように、２つの油路２１，２２の間に、かつ、油圧ポンプ１１と１２とそれぞれ並列に、油圧操作式切替弁２５、上述のコントローラ１５に制御される比例電磁式安全弁２６、安全弁２７、上述のコントローラ１５に制御される電磁式開閉弁２８、対向するように相互に直列に接続された２つの逆止弁２９，３０が、油圧ポンプ１２の側からこの順に接続されている。

上述の油圧ポンプ１２には冷却ポンプ３５が連結され、この冷却ポンプ３５は、油圧ポンプ１２又は油圧ポンプ１２に連結されている電動モータ１３により回転駆動される。冷却ポンプ３５は、フィルタ３６を介して２つの逆止弁２９，３０の間に接続される。

また、２つの逆止弁２９，３０とタンク３４との間には、油路３７を介して冷却ポンプ用安全弁３２及び熱交換器３３が配設される。油圧操作式切替弁２５の出口は、安全弁３１、油路３７、熱交換器３３を介してタンク３４に接続されている。

次に、本発明の内燃機関の過給機余剰動力回収装置の作動について説明する。まず、エンジン１の負荷が、低負荷から高負荷へ徐々に上昇する通常運転時の作動について説明する。

図２に示すように、エンジン１の通常運転時において、図１に示すコントローラ１５は、上述の電磁式開閉弁２８を閉弁させている。したがって、油圧回路２０においては、２つの油圧ポンプ１１，１２と、２つの油路２１，２２とによる一方向の油圧の循環路が形成されている。

ところで、エンジン１の低負荷運転時には、エンジン１の排気ガス量が不足して、過給機５だけではエンジン１の負荷に対して充分な過給を行なうことができない。このため、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、エンジン１のクランク軸２に連結された油圧ポンプ１１が発生させた油圧により、過給機５に連結された油圧ポンプ１０を回転駆動して、過給機５に対して回転力の加勢を行わせる。これにより、過給機５は排気ガスだけによる回転力からさらに増速され、エンジン１に対してより多くの過給を行なうことができる。

このため、図１に示したエンジン１の燃料噴射量を制御するコントローラ１５が、可変
容量型の油圧ポンプ１２の容量を変化させて、電動モータ１３により油圧ポンプ１２を回転駆動させて、過給機５に対して必要な回転力の加勢を行わせる。このとき、電動モータ１３に対しては、図１に示した船舶の中央配電装置１４から電力が供給される。

図２の油圧回路２０において、冷却ポンプ３５は、電動モータ１３により回転駆動されて、タンク３４内の作動油を吸い上げて、冷却された作動油をフィルタ３６、２つの逆止弁２９，３０を介して油路２１，２２へ供給する。２つの逆止弁２９，３０から供給された作動油の油圧が過大のときは、潤滑油は冷却ポンプ用安全弁３２、熱交換器３３を介して再びタンク３４に戻される。

比例電磁式安全弁２６と安全弁２７は、油路２１，２２の一方の圧力が高まったときに開弁し、回路全体の過負荷を防止する。また、油圧操作式切替弁２５と安全弁３１は、作動油を油路３７、熱交換器３３を介して冷却した後に、タンク３４へ戻す。

また、エンジン１の高負荷運転時には、エンジン１の排気ガスが過給機５に必要とされる排気ガス量に対して余剰となる。このとき、図１に示したコントローラ１５は、可変容量型の油圧ポンプ１２の容量を変化させて、過給機５の回転力で油圧ポンプ１０が吐出した余剰油圧により、油圧ポンプ１２を回転駆動させる。油圧ポンプ１２は電動モータ１３を回転駆動して、発生した電力を図１に示す船舶の中央配電装置１４へ供給する。これにより、過給機５の余剰動力を船舶用電力として回収することができる。

次に、船舶のクラッシュアスターン時、つまりエンジン１が逆回転した時の、本内燃機関の過給機余剰動力回収装置の作動について説明する。

図３に示すように、エンジン１の逆回転時において、図１に示すコントローラ１５は、電磁式開閉弁２８を開弁させる。したがって、油圧回路２０においては、油圧ポンプ１０と電磁式開閉弁２８との間を循環する油圧回路と、油圧ポンプ１１と電磁式開閉弁２８との間を循環する油圧回路とが形成される。この場合、油圧ポンプ１０と電磁式開閉弁２８との間を循環する油圧回路において、油圧ポンプ１１は無負荷運転状態となる一方、油圧ポンプ１０は油圧ポンプ１１の作動から切り離される。

ここで、エンジン１の排気ガスが過給機５に必要とされる排気ガスエネルギに対して余剰となるときは、コントローラ１５は、可変容量型の油圧ポンプ１２の容量を変化させて、過給機５の回転力で油圧ポンプ１１が吐出した余剰油圧により油圧ポンプ１２を回転駆動させる。油圧ポンプ１２は電動モータ１３を回転駆動して、発生させた電力を図１に示す船舶の中央配電装置１４へ供給する。

図４において、実線ａは、所定負荷運転時におけるエンジンの負荷変動を示し、一点鎖線ｂは、エンジンの必要空気量を示し、破線ｃは、排気ガスによる過給機の給気流量を示している。上述のように、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、低負荷から高負荷までの所定負荷運転時に、急激な負荷変動がない限り、コントローラ１５が油圧ポンプ１２の容量を変化させて、排気ガスによる過給機の給気流量がエンジンの必要空気量を常に上回るように制御している。

次に、エンジン１の所定負荷運転時に、悪天候などにより推進プロペラが海面上と海面下とを上下動した場合など、エンジン１に急激な負荷変動が生じた場合の作動について説明する。

すなわち、推進プロペラが海面下にあるときは、エンジンには通常の負荷がかかっている。しかし、推進プロペラが海面上に現れると、推進プロペラが空回り状態となり、エン
ジンの負荷が急激に低下する。また、推進プロペラがこのように一旦海面上に現れた後に、再び海面下に入るときには、エンジンに対して一時的ではあるが通常の運転時よりも過大な負荷がかかる。

図５において、実線ａは、所定負荷運転時におけるエンジン１の負荷変動を示し、一点鎖線ｂは、エンジン１の必要空気量を示し、二点鎖線ｃは、排気ガスのみによる過給機５の給気流量を示し、破線ｄは、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置の作動による過給機５の給気流量を示す。

図５に示すように、エンジン１の急激な負荷変動時にエンジン１の排気ガスによる過給機５の過給能力は、その負荷変動に対して一定の遅れを伴いながら変動する。このとき、コントローラ１５は、過給機５の過給圧が排気ガスのみによる運転時（図５の二点鎖線ｃ参照）に比して一定圧（ΔＰ）だけ高まるように、可変容量型の油圧ポンプ１２の容量を変化させて油圧ポンプ１０の回転駆動力を高め、エンジン１への給気流量を高める（図５の破線ｄ参照）。つまり、負荷変動の大きさに拘わらず過給機５の過給圧を一定圧だけ高める制御により、急激な負荷変動に対しても確実な過給を行なうことができる。

また、コントローラ１５には、エンジン１の各所定負荷に対してそれぞれ最適な一定圧（ΔＰ）が予め設定されている。したがって、コントローラ１５は、過給機５の過給圧に関する上記一定圧（ΔＰ）を、エンジン１の各負荷に応じて最適に変化させることができる。

さらに、コントローラ１５は、エンジン１の負荷変動の最大負荷時に、少なくとも過給機５の給気流量がエンジン１の必要空気量を上回るように、油圧ポンプ１０の回転駆動力を高めて過給機５の過給能力を高める。すなわち、上記一定圧（ΔＰ）は、このように設定されている。したがって、各負荷運転時に急激な負荷変動が発生した場合にも、エンジン１のほぼすべての負荷変動域において、過給機５の給気流量がエンジン１の必要空気量を上回るようになる。

このとき、油圧ポンプ１２は、図１に示す船舶の中央配電装置１４から電力の供給を受けた電動モータ１３により回転駆動される。したがって、油圧ポンプ１０（このときは油圧モータとして作動する）の回転駆動力と、エンジン１の排気ガスによる回転駆動力とが調和よく共働して、過給機５の過給能力を高める。

このように、本内燃機関の負荷変動時の過給補助装置においては、コントローラ１５が、エンジン１の所定負荷運転時に、エンジン１の負荷変動に応じて油圧ポンプ１０の回転駆動力を上昇させて過給機５の過給能力を高めるように油圧ポンプ１２を制御するから、エンジン１の所定負荷運転時の急激な負荷変動に対しても、過給機５により最適な過給ができ、これにより常に内燃機関へ必要空気量に応じた空気量の過給を行うことができ、よって燃費向上が図れると共に、完全燃焼によって環境性能の向上を図ることができる。

また、油圧ポンプ１０，１１は、ともに固定容量型の油圧ポンプであるから小型化することができ、エンジン１周りにおいて油圧ポンプの配置が極めて容易になり、しかも大幅な重量軽減が図れる。さらに、油圧ポンプ１０，１１を固定容量型としたことにより、油圧ポンプ１０，１１が安価なものとなり、装置の製造コスト低減を図ることができる。

２つの固定容量型油圧ポンプ１０，１１の間の相互の油圧の流量調整は、油圧ポンプ１０，１１とは別の、可変容量型からなる油圧ポンプ１２により行なわれる。油圧ポンプ１２の役割は、油圧ポンプ１０，１１の間の相互の油圧の流量調整であるから、小型の可変容量型油圧ポンプでよい。したがって、コスト的にも極めて有利になる。

さらに、可変容量型の油圧ポンプ１２と固定容量型の油圧ポンプ１０，１１は油路、つまり油圧配管のみにより接続されているから、油圧ポンプ１２については配置の自由度が極めて高く、エンジン１周りにおいて補機類などの取りまわしが容易になる。

コントローラ１５は、エンジン１の燃料噴射量を制御するものであるから、エンジン１の負荷変動を燃料噴射量から正確に検出することができ、エンジン１の燃料噴射システムと油圧ポンプ１２の制御システムの統合を図ることができる。また、コントローラ１５は、この燃料噴射量に基づいて油圧ポンプ１２の容量を制御して油圧ポンプ１０の回転駆動力を変化させるから、このコントローラ１５は、常に変化するエンジン１の負荷変動に対して、油圧ポンプ１０，１１の間の相互の油圧の流量調整を最適に行なうことができる。

油圧ポンプ１２の回転軸に連結されて油圧ポンプ１２と共に回転する電動モータ１３を備えたから、油圧ポンプ１２により油路の油圧の流量を増加させる必要があるときは、この電動モータ１３により油圧ポンプ１２を回転駆動させて油圧の流量を増加させることができ、また、油圧の流量を減少させる必要があるときは、この電動モータ１３を発電機として作動させて、過給機５の余剰動力を電力として回収することができる。

なお、上述の内燃機関の過給機余剰動力回収装置は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の内燃機関の過給機余剰動力回収装置は、過給機を有する内燃機関であれば必ずしも上述の船舶に搭載される推進用の２サイクルディーゼルエンジンに限定して利用されるものではなく、あらゆる種類の内燃機関に、そしてあらゆる形式の内燃機関にも広く利用することができる。

１ エンジン
２ クランク軸
３ 変速機
５ 過給機
６ 圧縮機
７ タービン
８ 回転軸
９ 変速機
１０ 油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ）
１１ 油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）
１２ 油圧ポンプ（第３の油圧ポンプ，油圧流量調整手段）
１３ 電動モータ（駆動源，油圧流量調整手段）
１４ 中央配電装置
１５ コントローラ
２０ 油圧回路
２１，２２，２３，２４ 油路
２５ 切替弁
２６，２７ 安全弁
２８ 開閉弁
２９，３０ 逆止弁
３１ 安全弁
３２ 安全弁
３３ 熱交換器
３４ タンク
３５ 冷却用油圧ポンプ
３６ フィルタ
３７ 油路
ａ エンジンの負荷変動
ｂ エンジンの必要空気量
ｃ 排気ガスのみによる給気流量
ｄ 過給補助装置の作動による給気流量

Claims (5)

1. 内燃機関の排気ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の給気を過給する過給機（５）と、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧ポンプ（１０）と、前記内燃機関のクランク軸（２）に連結されて前記クランク軸と共に回転する第２の油圧ポンプ（１１）と、前記第１の油圧ポンプと前記第２の油圧ポンプとを繋ぐ油圧回路（２０）と、前記油圧回路に配設されて前記第１の油圧ポンプと前記第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう油圧流量調整手段（１２，１３）と、前記油圧流量調整手段の作動を制御するコントローラ（１５）とを備えた内燃機関の負荷変動時の過給補助装置において、前記コントローラは、前記内燃機関の所定負荷運転時に前記内燃機関の負荷変動に対して前記第１の油圧ポンプの回転駆動力を上昇させて前記過給機の過給能力を高めるように前記油圧流量調整手段を制御することを特徴とする内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。
2. 前記第１の油圧ポンプ（１０）と前記第２の油圧ポンプ（１１）は、固定容量型の油圧ポンプからなり、前記油圧流量調整手段は、前記油圧回路に配設されて前記第１の油圧ポンプと前記第２の油圧ポンプとの間の相互の油圧の流量調整を行なう可変容量型の第３の油圧ポンプ（１２）と前記第３の油圧ポンプを回転駆動させる駆動源（１３）とからなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。
3. 前記コントローラ（１５）は、前記内燃機関（１）の燃料噴射量を制御すると共に、前記燃料噴射量に基づいて前記油圧流量調整手段（１２，１３）を制御して前記第１の油圧ポンプ（１０）の回転駆動力を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。
4. 前記コントローラ（１５）は、前記内燃機関（１）の負荷変動時に前記過給機（５）の過給圧を前記第１の油圧ポンプ（１０）の回転駆動力を高めて一定圧（ΔＰ）だけ高めるように前記油圧流量調整手段（１２，１３）を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。
5. 前記コントローラ（１５）は、前記一定圧（ΔＰ）を前記内燃機関の前記所定負荷に応じて変化させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の負荷変動時の過給補助装置。

Images