JP2017044071A - Exhaust device of internal combustion engine and ship equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のシリンダーを備え、過給機を有する内燃機関の排気装置、これを備えた船舶に関するものである。 The present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine having a plurality of cylinders and having a supercharger, and a ship equipped with the exhaust device.
特許文献1に記載されている過給装置は、過給機に排ガスを導入する排ガス管にタンク状の排ガスレシーバを接続し、この排ガスレシーバの内部に小径管を設けるとともに、排ガスレシーバの外部から内部にディーゼル機関の複数の排気管を導入して小径管に連通させている。排ガスレシーバの内部において小径管の下流端部は縮径されたノズルになっており、排ガス管の入口に対して間隔を空けて対向している。小径管には、複数の排気管の連通部と対向する位置に、所定の圧力で開弁する複数の逆止弁が設けられている。 The supercharging device described in Patent Document 1 connects a tank-shaped exhaust gas receiver to an exhaust gas pipe for introducing exhaust gas into a supercharger, and provides a small-diameter pipe inside the exhaust gas receiver, and from the outside of the exhaust gas receiver. A plurality of exhaust pipes of diesel engines are introduced inside to communicate with the small diameter pipe. Inside the exhaust gas receiver, the downstream end portion of the small diameter pipe is a reduced diameter nozzle, and is opposed to the inlet of the exhaust gas pipe with a gap. The small-diameter pipe is provided with a plurality of check valves that are opened at a predetermined pressure at positions facing the communicating portions of the plurality of exhaust pipes.
この過給装置において、ディーゼル機関の低負荷運転時には、排ガス圧力が低いために逆止弁が開かず、排気管から排出された排ガスは小径管のノズルから排ガス管に直接流入し、動圧過給がなされる。
ディーゼル機関の高負荷運転時には、排ガス圧力が高いために逆止弁が開き、排気管から排出された排ガスは小径管から容量の大きな排ガスレシーバ内に流れてから排ガス管に流入し、静圧過給がなされる。
In this supercharger, when the diesel engine is operated at low load, the check valve does not open because the exhaust gas pressure is low, and the exhaust gas discharged from the exhaust pipe flows directly into the exhaust pipe from the nozzle of the small-diameter pipe. Paid.
During high-load operation of a diesel engine, the check valve opens because the exhaust gas pressure is high, and the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe flows into the exhaust gas receiver with a large capacity from the small-diameter pipe and then flows into the exhaust gas pipe, causing excessive static pressure. Paid.
特許文献2に記載されている排気装置は、ディーゼル機関の近傍に設置されたタンク状の排気室の内部を可撓膜によって排気ガス室と圧力ガス室とに仕切り、ディーゼル機関から延出する複数の排気枝管を排気ガス室に接続している。排気室の圧力ガス室には圧力ガスを供給可能になっている。
The exhaust system described in
この排気装置において、ディーゼル機関の低負荷運転時には、圧力ガスを圧力ガス室内に導入して可撓膜を排気ガス室側に撓ませることにより排気ガス室の容積を小さくし、動圧エネルギーを増大させて動圧過給を行っている。
ディーゼル機関の高負荷運転時には、圧力ガス室内の圧力ガスを排出することによって可撓膜を圧力ガス室側に撓ませることにより排気ガス室の容積を大きくし、静圧エネルギーを増大させて静圧過給を行っている。
In this exhaust system, during low-load operation of a diesel engine, pressure gas is introduced into the pressure gas chamber and the flexible membrane is bent toward the exhaust gas chamber, thereby reducing the volume of the exhaust gas chamber and increasing the dynamic pressure energy. The dynamic pressure is supercharged.
During high-load operation of a diesel engine, the pressure gas chamber is discharged to increase the volume of the exhaust gas chamber by deflecting the flexible membrane toward the pressure gas chamber, thereby increasing the static pressure energy and increasing the static pressure. Supercharging.
このように、特許文献1,2に記載の排気装置(過給装置)は、いずれもディーゼル機関の低負荷運転時に動圧過給を行い、運転負荷が所定値に高まると静圧過給に切り替えるように構成されている。
これにより、低負荷運転時において排ガス圧力および排ガス量が減少しても、動圧過給を行うことにより動圧エネルギーの利用率を高めて過給機の稼働率低下を補い、吸入空気量の不足を抑制することができる。
また、高負荷運転時には静圧過給を行うことにより、各シリンダーから排出される排ガスの圧力変動を均圧化して過給効率を高めることができる。
As described above, the exhaust devices (supercharging devices) described in
As a result, even if the exhaust gas pressure and the amount of exhaust gas decrease during low-load operation, dynamic pressure supercharging increases the utilization rate of dynamic pressure energy to compensate for the decrease in the operating rate of the turbocharger, and reduces the intake air amount. The shortage can be suppressed.
Further, by performing the static pressure supercharging during the high load operation, the pressure fluctuation of the exhaust gas discharged from each cylinder can be equalized and the supercharging efficiency can be increased.
しかしながら、特許文献1の過給装置は、排ガスレシーバの内部に配設された小径管の下流端部が排ガス管の入口に対して間隔を空けて対向しているため、逆止弁が閉じる動圧過給時においても小径管が排ガスレシーバ内に連通したままの状態である。
このため、各シリンダー排気管からの動圧を完全に取り込むことができず、動圧エネルギーの利用率が低いことから、低負荷運転時における過給機の稼働率低下を解消することができない。
However, in the supercharging device of Patent Document 1, the downstream end of the small-diameter pipe disposed inside the exhaust gas receiver is opposed to the inlet of the exhaust pipe with a gap, so that the check valve closes. Even during pressure supercharging, the small diameter pipe remains in communication with the exhaust gas receiver.
For this reason, the dynamic pressure from each cylinder exhaust pipe cannot be taken in completely, and the utilization rate of the dynamic pressure energy is low, so that the reduction in the operating rate of the supercharger during low load operation cannot be solved.
また、特許文献1の過給装置は、排ガスレシーバの内部で、複数の排気管と複数の逆止弁とが対向した位置関係にあり、逆止弁の開度は排気管からのガス圧力に依存するが、ガス圧力はシリンダー内での爆発・燃焼行程毎に大きな脈動を伴うので、機関高負荷であっても、逆止弁が開くのは排気弁が開くシリンダー内での爆発行程直後のみであり、排気弁が閉じている間は逆止弁は閉じていると考えられるから、排ガスレシーバ内圧力の変動を抑える静圧過給の効果は期待できない可能性がある。 Moreover, the supercharging device of Patent Document 1 is in a positional relationship where a plurality of exhaust pipes and a plurality of check valves are opposed to each other inside the exhaust gas receiver, and the degree of opening of the check valves depends on the gas pressure from the exhaust pipes. Although depending on the gas pressure, there is a large pulsation for each explosion / combustion stroke in the cylinder, so the check valve opens only immediately after the explosion stroke in the cylinder where the exhaust valve opens even at high engine loads. Since the check valve is considered to be closed while the exhaust valve is closed, it may not be possible to expect the effect of static pressure supercharging that suppresses fluctuations in the exhaust gas receiver internal pressure.
一方、特許文献2の排気装置は、静圧室(タンク状の排気室)の内部を排気ガス室と圧力ガス室とに仕切る可撓膜が柔軟であるため、排ガスの圧力によって排気ガス室の容積が変動してしまう。このため、動圧過給時においては排ガスの速度エネルギーが排気ガス室の容積拡大によって緩衝されてしまい、十分な動圧過給効果を得ることができない。しかも、各シリンダーからの排ガスが共通の排気ガス室に流入するので排気干渉を避けられない。
On the other hand, in the exhaust device of
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、動圧過給と静圧過給とを確実に切り替え可能にし、内燃機関の低負荷運転時から高負荷運転時まで良好な過給性能を得ることのできる内燃機関の排気装置、これを備えた船舶を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and makes it possible to surely switch between dynamic pressure supercharging and static pressure supercharging, and provides good overload from low load operation to high load operation of the internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide an exhaust device for an internal combustion engine that can obtain supply performance and a ship equipped with the exhaust device.
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
即ち、本発明の第1態様に係る内燃機関の排気装置は、内燃機関の複数のシリンダーからそれぞれ延出する複数の排気管と、複数の前記排気管が集合し、その下流端が過給機のタービン入口に直結される排気集合管と、前記排気集合管の内容積よりも大きな内容積を有する静圧室と、前記排気集合管と前記静圧室とを連通させる連通部と、前記内燃機関の低負荷運転時に前記連通部を閉じ、前記内燃機関の高負荷運転時に前記連通部を開く開閉弁と、を具備する。 That is, the exhaust system for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention includes a plurality of exhaust pipes extending from a plurality of cylinders of the internal combustion engine and a plurality of the exhaust pipes, the downstream end of which is a supercharger. An exhaust collecting pipe directly connected to an inlet of the turbine, a static pressure chamber having an inner volume larger than an inner volume of the exhaust collecting pipe, a communication portion for communicating the exhaust collecting pipe and the static pressure chamber, and the internal combustion engine An on-off valve that closes the communication portion when the engine is in a low load operation and opens the communication portion when the internal combustion engine is in a high load operation.
上記構成の排気装置は次のように作用する。
内燃機関の低負荷運転時には、連通部が開閉弁により閉じられて排気集合管が静圧室に対して遮断される。このため、複数のシリンダーから排出される排ガスは、速度エネルギーを保ったまま、その全量が、過給機のタービン入口に直結された排気集合管を経て過給機に直接供給される。
これにより、排ガスの動圧エネルギーを積極的に利用して過給機の入力エネルギーを増大させ、過給機の稼働率低下を補って低負荷運転時における吸入空気量の不足を抑制し、内燃機関の運転効率を高めることができる。しかも、低負荷運転時に電動補助ブロアで静圧室の圧力を上昇させなくてもよいため、電動補助ブロアの消費電力を削減することができる。
The exhaust device having the above-described configuration operates as follows.
During low-load operation of the internal combustion engine, the communication portion is closed by the on-off valve, and the exhaust collecting pipe is shut off from the static pressure chamber. For this reason, the exhaust gas discharged from the plurality of cylinders is directly supplied to the supercharger through the exhaust collecting pipe directly connected to the turbine inlet of the supercharger while maintaining the velocity energy.
As a result, the dynamic pressure energy of the exhaust gas is positively used to increase the input energy of the turbocharger, and the shortage of intake air amount during low load operation is suppressed by compensating for the decrease in the operating rate of the turbocharger. The operating efficiency of the engine can be increased. Moreover, since it is not necessary to increase the pressure in the static pressure chamber with the electric auxiliary blower during low load operation, the power consumption of the electric auxiliary blower can be reduced.
内燃機関の高負荷運転時には、連通部が開閉弁により開かれて排気集合管が静圧室に対して開放される。このため、複数のシリンダーから排出される排ガスは、静圧室において排気脈動が均圧化され、ほぼ定常流化された状態で過給機に供給される。
これにより、静圧エネルギーを有効に利用して過給機の効率を上げ、高負荷運転時における内燃機関の運転効率を高めることができる。
During high-load operation of the internal combustion engine, the communication portion is opened by the on-off valve, and the exhaust collecting pipe is opened to the static pressure chamber. For this reason, the exhaust gas discharged from the plurality of cylinders is supplied to the supercharger in a state where the exhaust pulsation is equalized in the static pressure chamber and is almost constantly flowed.
Thereby, the efficiency of the supercharger can be increased by effectively using the static pressure energy, and the operating efficiency of the internal combustion engine during high load operation can be increased.
このように、本発明に係る排気装置によれば、内燃機関の運転負荷の大小に応じて、動圧過給と静圧過給のうち、好ましい方の過給方法を選択可能にして、内燃機関の低負荷運転時から高負荷運転時までの全運転負荷領域において効率の高い過給を行うことができる。 As described above, according to the exhaust system of the present invention, it is possible to select a preferred supercharging method among the dynamic pressure supercharging and the static pressure supercharging according to the operating load of the internal combustion engine. It is possible to perform supercharging with high efficiency in the entire operation load region from the low load operation to the high load operation of the engine.
上記構成の排気装置において、前記排気集合管を複数本設け、該排気集合管の1本あたりに、爆発順序が連続しない前記シリンダーの前記排気管が接続されるようにしてもよい。本構成によれば、1本の排気集合管に接続される複数の排気管の爆発順序が連続しないので、特に動圧過給時において、排気集合管内で排気干渉が起こることに起因する過給機の稼働率低下を防止することができる。 In the exhaust apparatus having the above-described configuration, a plurality of the exhaust collecting pipes may be provided, and the exhaust pipes of the cylinders whose explosion order is not continuous may be connected to each of the exhaust collecting pipes. According to this configuration, since the explosion order of a plurality of exhaust pipes connected to one exhaust collecting pipe is not continuous, supercharging caused by exhaust interference occurring in the exhaust collecting pipe, particularly during dynamic pressure supercharging. It is possible to prevent a reduction in the operating rate of the machine.
上記構成の排気装置において、前記排気集合管を1本のみ設け、該排気集合管に全ての前記排気管を接続してもよい。本構成によれば、過給機に通じる排気集合管が1本であることから、特に動圧過給時における過給機のタービン損失を低下させて過給効率を高めることができる。 In the exhaust system configured as described above, only one exhaust collecting pipe may be provided, and all the exhaust pipes may be connected to the exhaust collecting pipe. According to this configuration, since there is one exhaust collecting pipe leading to the supercharger, it is possible to increase the supercharging efficiency by reducing the turbine loss of the supercharger particularly during dynamic pressure supercharging.
上記構成の排気装置において、前記排気集合管と前記連通部と前記開閉弁は、前記静圧室の外部に設置することができる。これらの部材を静圧室の外部に設けることにより、開閉弁を開閉させる弁駆動軸を静圧室の外部から内部に貫通させる必要がなくなり、開閉弁周りの構成を簡素化することができる。 In the exhaust system configured as described above, the exhaust collecting pipe, the communication portion, and the on-off valve can be installed outside the static pressure chamber. By providing these members outside the static pressure chamber, there is no need to penetrate the valve drive shaft for opening and closing the on-off valve from the outside to the inside of the static pressure chamber, and the configuration around the on-off valve can be simplified.
上記構成の排気装置において、前記排気集合管と前記連通部と前記開閉弁は、前記静圧室の内部に設置することができる。こうすることにより、静圧室を内燃機関の本体に近付けることができ、内燃機関全体をコンパクト化することができる。
しかも、開閉弁が閉じて動圧過給が行われる時に、静圧室内に閉じ込められた排ガスが、静圧室内に設置された排気集合管からの伝熱によって温度を維持されるため、この排ガスが結露することを防止して硫酸腐食等の問題を抑制することができる。
In the exhaust system configured as described above, the exhaust collecting pipe, the communication portion, and the on-off valve can be installed inside the static pressure chamber. By doing so, the static pressure chamber can be brought close to the main body of the internal combustion engine, and the entire internal combustion engine can be made compact.
Moreover, when the on-off valve is closed and dynamic pressure supercharging is performed, the temperature of the exhaust gas confined in the static pressure chamber is maintained by the heat transfer from the exhaust collecting pipe installed in the static pressure chamber. Can be prevented from dew condensation, and problems such as sulfuric acid corrosion can be suppressed.
上記構成の排気装置において、前記静圧室に、前記静圧室の静圧ガスにより駆動される二次過給機を接続してもよい。これにより、排ガス量が多くなる高負荷運転時に二次過給機を作動させることで静圧室の静圧エネルギーを積極的に利用し、主過給器と共に内燃機関への過給量を増大させて高負荷運転時における内燃機関の運転効率を高めることができる。 In the exhaust apparatus configured as described above, a secondary supercharger that is driven by the static pressure gas in the static pressure chamber may be connected to the static pressure chamber. As a result, the secondary turbocharger is activated during high-load operation where the amount of exhaust gas increases, so that the static pressure energy in the static pressure chamber is actively used, and the supercharging amount to the internal combustion engine is increased together with the main supercharger. Thus, the operating efficiency of the internal combustion engine during high load operation can be increased.
本発明の第2態様に係る船舶は、内燃機関と、前記内燃機関の排ガスが導かれる前記排気装置と、前記排気装置から導かれる排ガスにより駆動される過給機と、を備えている。
これにより、内燃機関の運転負荷の大小に応じて、動圧過給と静圧過給のうち、好ましい方の過給方法を選択可能にして、内燃機関の低負荷運転時から高負荷運転時までの全運転負荷領域において効率の高い過給を行い、船舶の燃費を向上させることができる。
A ship according to a second aspect of the present invention includes an internal combustion engine, the exhaust device to which exhaust gas from the internal combustion engine is guided, and a supercharger that is driven by the exhaust gas guided from the exhaust device.
As a result, a preferred supercharging method can be selected from dynamic pressure supercharging and static pressure supercharging according to the operating load of the internal combustion engine, so that the internal combustion engine can operate from a low load operation to a high load operation. It is possible to perform supercharging with high efficiency in the entire operating load range up to and improve the fuel efficiency of the ship.
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置、これを備えた船舶によれば、動圧過給と静圧過給とを確実に切り替え可能にし、内燃機関の低負荷運転時から高負荷運転時まで良好な過給性能を得ることができる。 As described above, according to the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and a ship equipped with the exhaust device, it is possible to reliably switch between dynamic pressure supercharging and static pressure supercharging, and from the low load operation time of the internal combustion engine to a high level. Good supercharging performance can be obtained until the load operation.
以下に、本発明の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態を示す排気装置1Aの平面図であり、図2は図1のII−II線に沿う排気装置1Aの縦断面図である。
この排気装置1Aは、例えば船舶推進用の主機である舶用ディーゼルエンジン2(内燃機関)に付設されている。舶用ディーゼルエンジン2は、過給機3を備えた、例えば直列6気筒の2ストロークユニフロー機関であり、そのシリンダーブロック5には6つのシリンダー6a〜6fが形成され、各々のシリンダー6a〜6fから、それぞれ排気管7a〜7fが延出している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view of an
The
また、シリンダーブロック5の長手方向に沿って、例えば2本の排気集合管8a,8bが配設されており、その各々の下流端が過給機3のタービン入口3aに直結されている。そのうちの一方の排気集合管8aには排気管7a,7b,7cが集合し、他方の排気集合管8aには、排気管7d,7e,7fが集合している。
Further, for example, two
舶用ディーゼルエンジン2の爆発順序は、例えばシリンダー6a→6d→6b→6e→6c→6fの順となっている。このため、排気集合管8aに接続される排気管7a,7b,7cのグループと、排気集合管8bに接続される排気管7d,7e,7fのグループとでは、いずれもグループ内での爆発順序が連続することがなく、2つのグループで交互に爆発が起こるようになっている。
The explosion order of the
さらに、排気集合管8a,8bに平行して円筒タンク状の排気レシーバ10が設置され、その内部が静圧室11となっている。この静圧室11の内容積は、排気集合管8a,8bの1本あたりの内容積よりも十分に大きく設定されている。これにより、排気集合管8a,8bが静圧室11に開放された時に、各排気管7a〜7fから排出される排ガスの脈動が均圧化される。
Further, a cylindrical tank-shaped
2本の排気集合管8aと8bは、それぞれ3つの連通部12a,12b,12cと、連通部12d,12e,12fとによって静圧室11に連通している。これらの連通部12a〜12fは例えば管状であり、平面視(図1参照)で各々の連通部12a〜12fが排気管7a〜7fの位置に整合し、且つ排気管7a〜7fの延在方向に沿うように一直線上に設けられている。
The two
各連通部12a〜12fには、それぞれ開閉弁13a〜13fが設けられている。これらの開閉弁13a〜13fは例えばバタフライバルブであり、アクチュエータ14によって開閉動作する。アクチュエータ14は、各開閉弁13a〜13fに個別に設けてもよいし、1基のアクチュエータ14によって全ての開閉弁13a〜13fを連動開閉させるようにしてもよい。アクチュエータ14は制御部15から発信される作動信号Sによって制御される。
この排気装置1Aにおいて、排気集合管8a,8bと連通部12a〜12fと開閉弁13a〜13fは、いずれも静圧室11の外部に設置されている。
Open /
In the
制御部15には、舶用ディーゼルエンジン2の運転負荷データD1が入力される。制御部15は、この運転負荷データD1を基に、舶用ディーゼルエンジン2の低負荷運転時には開閉弁13a〜13fが閉じられ、高負荷運転時には開閉弁13a〜13fが開かれるようにアクチュエータ14を制御する。
The operation load data D1 of the
低負荷運転と高負荷運転との閾値としては、静圧室11の圧力が低下して電動補助ブロアが起動するよりも手前のタイミング、例えば40%程度の運転負荷を例示することができる。
運転負荷を検出させる方法としては、エンジン回転数に対する燃料噴射量や、掃気圧力等から判断させることが考えられるが、他の方法により運転負荷を検出してもよい。掃気圧力の変動で低負荷運転と高負荷運転とを切り替える場合には、概ね0.6barG程度の掃気圧力を閾値として例示することができる。
As a threshold value between the low load operation and the high load operation, a timing before the start of the electric auxiliary blower due to a decrease in the pressure of the
As a method of detecting the operating load, it is conceivable to make a determination from the fuel injection amount with respect to the engine speed, the scavenging pressure, or the like, but the operating load may be detected by other methods. When switching between low load operation and high load operation due to fluctuations in the scavenging pressure, a scavenging pressure of approximately 0.6 barG can be exemplified as the threshold value.
また、静圧室11の圧力データD2や、過給機3の過給圧力データD3等のデータを制御部15に入力し、これらのデータD2,D3を運転負荷データD1とともに参照しながらアクチュエータ14を制御するようにしてもよい。なお、開閉弁13a〜13fの開度は全開または全閉とするのみならず、運転状況に応じて開度を適宜調整するように制御してもよい。
Further, data such as pressure data D2 of the
なお、運転負荷の閾値付近において、運転負荷の変動により開閉弁13a〜13fが開閉を繰り返ことを防止するべく、運転負荷の上昇時における閾値を例えば40%とした場合には、運転負荷の下降時における閾値を例えば35%というように、運転負荷の上昇時と下降時とで閾値に差を設けるとよい。
In the vicinity of the operating load threshold, when the operating load rises to 40%, for example, to prevent the on-off
以上のように構成された排気装置1Aは次のように操作され、作用する。
舶用ディーゼルエンジン2の低負荷運転時には、制御部15がアクチュエータ14を駆動して開閉弁13a〜13fを閉じる。これにより、連通部12a〜12fが閉じられて排気集合管8a,8bが静圧室11に対して完全に遮断される。このため、複数のシリンダー6a〜6fから排出される排ガスは、速度エネルギーを保ったまま、その全量が、過給機3のタービン入口3aに直結された排気集合管8a,8bを経て過給機3に直接供給される。
The
During low load operation of the
これにより、排ガスの動圧エネルギーを積極的に利用して過給機3の入力エネルギーを増大させ、過給機3の稼働率低下を補って低負荷運転時における吸入空気量の不足を抑制し、舶用ディーゼルエンジン2の運転効率を高めることができる。しかも、低負荷運転時に図示しない電動補助ブロアで静圧室11の圧力を上昇させなくてもよいため、電動補助ブロアの消費電力を削減することができる。
As a result, the input energy of the
舶用ディーゼルエンジン2の高負荷運転時には、制御部15がアクチュエータ14を駆動して開閉弁13a〜13fを開く。これにより、連通部12a〜12fが開いて排気集合管8a,8bが静圧室11に対して開放される。このため、複数のシリンダー6a〜6fから排出される排ガスは、静圧室11において排気脈動(圧力変動)が均圧化され、ほぼ定常流化された状態で過給機3に供給される。
At the time of high load operation of the
これにより、静圧エネルギーを有効に利用して過給機3の効率を上げ、高負荷運転時における舶用ディーゼルエンジン2の運転効率を高めることができる。
Thereby, the efficiency of the
このように、本実施形態に係る排気装置1Aによれば、舶用ディーゼルエンジン2の運転負荷の大小に応じて、動圧過給と静圧過給のうち、好ましい方の過給方法を選択可能にして、舶用ディーゼルエンジン2の低負荷運転時から高負荷運転時までの全運転負荷領域において効率の高い過給を行うことができる。
As described above, according to the
また、この排気装置1Aは、2本の排気集合管8a,8bが設けられ、これらの排気集合管8a,8bの1本あたりに、爆発順序が連続しないシリンダー6a,6b,6cの排気管7a,7b,7cおよび6d,6e,6fの排気管7d,7e,7fが接続されている。
Further, the
上記構成によれば、排気集合管8aに接続される排気管7a,7b,7cのグループ内と、排気集合管8bに接続される排気管7d,7e,7fのグループ内とで、爆発順序が連続することがない。このため、特に開閉弁13a〜13fが閉じている動圧過給時において、排気集合管8a,8b内で排気干渉が起こることに起因する過給機3の稼働率低下を防止することができる。
According to the above configuration, the explosion order is within the group of
また、この排気装置1Aは、排気集合管8a,8bと、連通部12a〜12fと、開閉弁13a〜13fとが静圧室11の外部に設置されている。このため、開閉弁13a〜13fにアクチュエータ14の動力を伝達する弁駆動軸を排気レシーバ10の壁面に貫通させる必要がなく、弁駆動軸と排気レシーバ10の壁部とのシールを考慮する必要がない。したがって、開閉弁13a〜13fおよびアクチュエータ14周りの構成を簡素化することができる。しかも、弁駆動軸やアクチュエータ14に高温の排気ガスによる熱影響が及ぶことがないため、熱対策が不要であり、この点でも構造の簡素化とメンテナンス性の向上が図れる。
Further, in the
静圧過給から動圧過給に切り替えられた時(開閉弁13a〜13fが閉じた時)には、静圧室11の内部に閉じ込められた排ガスが結露して各部に硫酸腐食等が発生する虞がある。このため、静圧過給から動圧過給への切り替え後(開閉弁13a〜13fが閉じた後)に、静圧室11に残された排ガスを排出する開閉弁や換気装置等を排気レシーバ10に設けてもよい。動圧過給から静圧過給に切り替えられる時(開閉弁13a〜13fが開く時)には、この開閉弁や換気装置を閉鎖する。
When switching from static pressure supercharging to dynamic pressure supercharging (when the on-off
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態を示す排気装置1Bの平面図であり、図4は図3のIV−IV線に沿う排気装置1Bの縦断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a plan view of an
この排気装置1Bにおいては、排気集合管8a,8bと連通部12a〜12fと開閉弁13a〜13fとが静圧室11(排気レシーバ10)の内部に設置されている点において第1実施形態を示す排気装置1Aと相違し、その他の部分の構成および作用は同一である。このため、各構成部には同一の符号を付して各々の構成や作用の説明は省略する。
The
開閉弁13a〜13fを開閉させるアクチュエータ14は静圧室11(排気レシーバ10)の外部に設置されており、例えば弁駆動軸14aを介して各開閉弁13a〜13fを開閉動作させるようになっている。弁駆動軸14aが排気レシーバ10の壁面を貫通する部分には、静圧室11の圧力を漏洩させないようにシール構造が採られている。
The
この排気装置1Bのように、排気集合管8a,8bと連通部12a〜12fと開閉弁13a〜13fとを静圧室11(排気レシーバ10)の内部に設置することにより、排気レシーバ10を舶用ディーゼルエンジン2の本体(シリンダーブロック5等)に近付けることができ、舶用ディーゼルエンジン2全体をコンパクト化することができる。
Like the
また、静圧過給から動圧過給に切り替えられた時(開閉弁13a〜13fが閉じた時)には、静圧室11の内部に閉じ込められた排ガスが、静圧室11の内部に設置された排気集合管8a,8bからの伝熱によって温度を維持されるため、この排ガスが結露することを防止して硫酸腐食等の問題を抑制することができる。
Further, when switching from static pressure supercharging to dynamic pressure supercharging (when the on-off
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態を示す排気装置1Cの平面図である。
この排気装置1Cでは、舶用ディーゼルエンジン2のシリンダー6a〜6fから延出する6本の排気管7a〜7fが1本の排気集合管8cに集合しており、この排気集合管8cが過給機3のタービン入口3aに直結されている。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a plan view of an
In the
排気集合管8cに平行して円筒タンク状の排気レシーバ10が設置され、その内部が静圧室11となっている。この静圧室11の内容積は、排気集合管8cの内容積よりも十分に大きく設定されている。
A cylindrical tank-shaped
排気集合管8cは、2つの連通部12g,12hによって静圧室11に連通しており、各連通部12g,12hを開閉する開閉弁13g,13hが設けられている。連通部12g,12hと開閉弁13g,13hは1つのみ、あるいは3つ以上設けてもよい。これらの開閉弁13g,13hはアクチュエータ14によって開閉動作し、アクチュエータ14は制御部15から発信される作動信号Sによって制御される。
The
以上のように構成された排気装置1Cにおいて、舶用ディーゼルエンジン2の低負荷運転時には、制御部15がアクチュエータ14を駆動して開閉弁13g,13hを閉じる。これにより、連通部12g,12hが閉じられて排気集合管8cが静圧室11に対して完全に遮断される。このため、複数のシリンダー6a〜6fから排出される排ガスは、速度エネルギーを保ったまま、その全量が、過給機3のタービン入口3aに直結された排気集合管8cを経て過給機3に直接供給される。
In the
これにより、排ガスの動圧エネルギーを積極的に利用して過給機3の入力エネルギーを増大させ、過給機3の稼働率低下を補って低負荷運転時における吸入空気量の不足を抑制し、舶用ディーゼルエンジン2の運転効率を高めることができる。
As a result, the input energy of the
舶用ディーゼルエンジン2の高負荷運転時には、制御部15がアクチュエータ14を駆動して開閉弁13g,13hを開く。これにより、連通部12g,12hが開いて排気集合管8cが静圧室11に対して開放される。このため、複数のシリンダー6a〜6fから排出される排ガスは、静圧室11において排気脈動(圧力変動)が均圧化され、ほぼ定常流化された状態で過給機3に供給される。
At the time of high load operation of the
これにより、静圧エネルギーを有効に利用して過給機3の効率を上げ、高負荷運転時における舶用ディーゼルエンジン2の運転効率を高めることができる。
Thereby, the efficiency of the
この排気装置1Cのように、過給機3に直結された1本の排気集合管8cに全ての排気管7a〜7fを接続することにより、特に動圧過給時における過給機3のタービン損失を低下させて過給効率を高めることができる。
By connecting all the
[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態を示す排気装置1Dの平面図である。この排気装置1Dにおいては、排気集合管8cと連通部12g,12hと開閉弁13g,13hとが静圧室11(排気レシーバ10)の内部に設置されている点において第3実施形態を示す排気装置1Cと相違し、その他の部分の構成および作用は同一である。このため、各構成部には同一の符号を付して各々の構成や作用の説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a plan view of an
開閉弁13g,13hを開閉させるアクチュエータ14は静圧室11(排気レシーバ10)の外部に設置されており、例えば図示しない弁駆動軸を介して各開閉弁13g,13hを開閉動作させるようになっている。弁駆動軸が排気レシーバ10の壁面を貫通する部分には、静圧室11の圧力を漏洩させないようにシール構造が採られている。
The
この排気装置1Dのように、排気集合管8cと連通部12g,12hと開閉弁13g,13hとを静圧室11(排気レシーバ10)の内部に設置することにより、第2実施形態における排気装置1Bと同様に、排気レシーバ10を舶用ディーゼルエンジン2の本体(シリンダーブロック5等)に近付けることができ、舶用ディーゼルエンジン2全体をコンパクト化することができる。
Like this
また、第2実施形態の排気装置1Bと同じく、静圧過給から動圧過給に切り替えられた時(開閉弁13g,13hが閉じた時)には、静圧室11の内部に閉じ込められた排ガスが、静圧室11の内部に設置された排気集合管8cからの伝熱によって温度を維持されるため、この排ガスが結露することを防止して硫酸腐食等の問題を抑制することができる。
Similarly to the
[第5実施形態]
図7は、本発明の第5実施形態を示す排気装置1Eの平面図である。
この排気装置1Eは、静圧室11(排気レシーバ10)に二次過給機17が接続されている点において図3に示す第2実施形態の排気装置1Bと相違し、その他の構成は同一である。このため、各部に第2実施形態の排気装置1Bと同一の符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a plan view of an
This
このように、静圧室11に二次過給機17を設けることにより、排ガス量が多くなる高負荷運転時に二次過給機17を作動させることで静圧室11の静圧エネルギーを積極的に利用し、主過給器3と共に舶用ディーゼルエンジン2への過給量を増大させて高負荷運転時における舶用ディーゼルエンジン2の運転効率を高めることができる。
なお、前述の第1〜第4実施形態の排気装置1A〜1Dにおいても、静圧室11に二次過給機17を設けることによって同様の作用・効果を得ることができる。
In this way, by providing the
In the
以上説明したように、本実施形態に係る排気装置1A,1B,1C,1D,1E、によれば、動圧過給と静圧過給とを確実に切り替え可能にし、舶用ディーゼルエンジン2の低負荷運転時から高負荷運転時まで良好な過給性能を得ることができる。
As described above, according to the
また、排気装置1A,1B,1C,1D,1Eを備えた船舶によれば、その主機である舶用ディーゼルエンジン2の運転負荷の大小に応じて、動圧過給と静圧過給のうち、好ましい方の過給方法を選択可能にして、舶用ディーゼルエンジン2の低負荷運転時から高負荷運転時までの全運転負荷領域において効率の高い過給を行い、燃費を向上させることができる。
Moreover, according to the ship provided with
なお、本発明は上記各実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。 It should be noted that the present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and can be appropriately modified or improved within the scope not departing from the gist of the present invention. The form is also included in the scope of the right of the present invention.
例えば、上記実施形態では、舶用ディーゼルエンジンに排気装置1A〜1Eを装備した例について説明したが、舶用ディーゼルエンジンに限らず、他の用途の内燃機関にも本発明に係る排気装置を幅広く適用することができる。また、上記の各実施形態を組み合わせてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the example in which the
1A,1B,1C,1D,1E 排気装置
2 舶用ディーゼルエンジン(内燃機関)
3 過給機
3a 過給機のタービン入口
6a〜6f シリンダー
7a〜7f 排気管
8a,8b,8c 排気集合管
10 排気レシーバ
11 静圧室
12a〜12h 連通部
13a〜13h 開閉弁
14 アクチュエータ
15 制御部
17 二次過給機
1A, 1B, 1C, 1D,
DESCRIPTION OF
Claims (7)
複数の前記排気管が集合し、その下流端が過給機のタービン入口に直結される排気集合管と、
前記排気集合管の内容積よりも大きな内容積を有する静圧室と、
前記排気集合管と前記静圧室とを連通させる連通部と、
前記内燃機関の低負荷運転時に前記連通部を閉じ、前記内燃機関の高負荷運転時に前記連通部を開く開閉弁と、
を具備する内燃機関の排気装置。 A plurality of exhaust pipes respectively extending from a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
A plurality of the exhaust pipes, and an exhaust collecting pipe whose downstream end is directly connected to a turbine inlet of the turbocharger;
A static pressure chamber having an internal volume larger than the internal volume of the exhaust collecting pipe;
A communication portion for communicating the exhaust collecting pipe and the static pressure chamber;
An on-off valve that closes the communication part during low-load operation of the internal combustion engine and opens the communication part during high-load operation of the internal combustion engine;
An exhaust system for an internal combustion engine comprising:
前記内燃機関の排ガスが導かれる請求項1に記載の排気装置と、
前記排気装置から導かれる排ガスにより駆動される過給機と、
を備えた船舶。 An internal combustion engine;
The exhaust device according to claim 1, wherein exhaust gas of the internal combustion engine is guided,
A supercharger driven by exhaust gas guided from the exhaust device;
Ship equipped with.
Priority Applications (1)
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JP2015164710A JP2017044071A (en) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | Exhaust device of internal combustion engine and ship equipped with the same |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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2015
- 2015-08-24 JP JP2015164710A patent/JP2017044071A/en active Pending
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