JP2017106467A - 空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むためのシステム - Google Patents

空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むためのシステム Download PDF

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Abstract

【課題】吸引空気(12)を清浄にするために中を通して案内可能な吸気フィルタ(15)と、吸気フィルタ(15)から内燃エンジン(11)のシリンダ(10)の方向でつながる空気配管(16)と、を備えた燃料燃焼のために必要とされる空気を内燃エンジン(11)のシリンダ(10)へと送り込むためのシステムを提供する。【解決手段】吸気フィルタ(15)の下流において、少なくとも1つのセンサ(18)が与えられる測定空気配管(17)が、空気配管(16)に、または、吸気フィルタ(15)の領域に結合され、少なくとも1つのセンサ(18)の助けを借りて、測定空気(19)の少なくとも1つの特性が検出可能であり、測定空気(19)が、測定空気配管(17)に沿っての圧力勾配のため、測定空気配管(17)と、延いてはセンサ(18)とを経由して専ら案内され得る。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料燃焼のために必要とされる空気を、請求項1の前提部による内燃エンジンのシリンダへと送り込むためのシステムに関する。
特には重油燃料で運転される船舶内燃エンジンである内燃エンジンの運転を正確に制御または調節できるようにするために、例えば、内燃エンジンが運転されている現在の周囲条件の認識、および/または、内燃エンジンのすぐ上流の給気条件もしくは燃焼空気条件の認識といった、内燃エンジンの特定の運転パラメータの認識は有利である。実務から、周囲条件を測定によって検出することがすでに知られており、これは、例えば、周囲空気の空気温度、空気湿度、および/または空気圧力をセンサの助けを借りて検出することであり、その場合、この目的のために、周囲空気は、現在の周囲条件を決定するために、ポンプの助けを借りて、または、送風機もしくは別の空気送達装置の助けを借りて、それぞれのセンサに能動的に送り込まれる。測定によって検出された周囲空気に関する周囲条件から、内燃エンジンのすぐ上流の給気または燃焼空気の少なくとも1つのパラメータが、例えば計算によって、算出され得る。
ポンプまたは慣習的に知られている送風機の助けを借りてセンサに周囲空気を能動的に送り込むことは、機器の観点から比較的大きな労力を必要とする。周囲空気の条件、または、燃焼空気もしくは給気の条件を、より小さい労力で決定することに対する要望がある。
ここを起点として、本発明は、空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むための新しい方式のシステムを作り出すという目的に基づくものである。
この目的は、請求項1によるシステムによって解決される。
本発明によれば、測定空気配管が、空気配管に、または、内燃エンジンの吸気フィルタの領域に、吸気フィルタの下流において結合され、測定空気配管に少なくとも1つのセンサが割り当てられ、その少なくとも1つのセンサの助けを借りて、測定空気の少なくとも1つの特性が検出可能であり、測定空気は、測定空気配管に沿っての圧力勾配に基づいて、測定空気配管と、延いてはセンサと、を経由して専ら案内され得る。
本発明は、それぞれのセンサの方向に空気を送り込むためのポンプまたは送風機を省略することを可能にしている。センサを経由して案内される、周囲空気または給気であり得る空気は、測定空気配管に沿っての圧力勾配のため、それぞれのセンサだけを経由して案内可能である。
有利なさらなる発展によれば、測定空気配管は、吸気フィルタまたは吸気フィルタの領域の下流で、空気配管に組み込まれ得る圧縮機の上流において、空気配管に連結され、そのため、空気配管に、または、吸気フィルタに連結された測定空気配管の端における負圧のため、測定空気が、測定空気配管と上記または各々のセンサとを経由して流れる。このため、適切な圧力勾配は、空気をそれぞれのセンサを経由して案内するために、測定空気配管に沿って、特に簡単な手法で調整され得る。ここで、本発明のこのさらなる発展は、周囲空気の少なくとも1つの条件を検出するのに、つまり、排気ガスターボチャージャを備える内燃エンジンの場合、まだ圧縮されていない空気の少なくとも1つの条件を検出するのに、役に立つ。
代替の有利なさらなる発展によれば、圧縮機は内燃エンジンの空気配管に組み込まれ、測定空気配管は、圧縮機の下流で、空気配管に連結され、そのため、空気配管に連結された測定空気配管の端における正圧のため、測定空気は、測定空気配管を経由して空気配管から離れる方へと上記または各々のセンサを経由して流れる。優先的には、そのため測定空気配管は、内燃エンジンのすぐ上流で、空気配管に組み込まれた給気冷却器の下流において、空気配管に連結される。本発明のこのさらなる発展であれば、すでに圧縮された給気の少なくとも1つの条件が検出され得る。特に有利なのは、測定によって、給気がどのようにシリンダに入るかの給気の少なくとも1つの条件を検出するために、内燃エンジンのすぐ上流で内燃エンジンのシリンダにつながる給気配管に測定空気配管が連結される実施形態である。
優先的には、測定空気配管に、温度センサおよび/または圧力センサおよび/または湿度センサが割り当てられる。空気温度、空気圧力、および/または空気湿度の検出は、内燃エンジンの最適な運転のために特に好ましい。
本発明の好ましいさらなる発展は、下位クレームと以下の記載とから得られる。本発明の例示の実施形態が、図面の助けを借りて、これに制限されることなくより詳細に説明される。
空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むための、本発明による第1のシステムのブロック図である。 空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むための、本発明による第2のシステムの詳細図である。 図2の詳細図である。 空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むための第3のシステムのブロック図である。 空気を内燃エンジンのシリンダへと送り込むための、本発明による第4のシステムのブロック図である。
本発明は、燃料燃焼のために必要とされる給気を、内燃エンジンのシリンダへと送り込むためのシステムに関する。
図1は、燃料燃焼のために必要とされる空気を内燃エンジン11のシリンダ10へと送り込むための、本発明による第1のシステムのブロック図を示している。図1のブロック図によれば、空気または燃焼空気12が、内燃エンジン11のシリンダ10へと送り込まれ、燃料13も同様である。シリンダ10における燃料13の燃焼の間に発生される排気ガス14が、内燃エンジンから排出される。図1に示した内燃エンジン11は、排気ガスターボチャージャのない内燃エンジンであり、したがって、吸引空気12は、吸引空気12を清浄にしてから燃料13の燃焼のためにシリンダ10へと送り込むために、優先的には、吸気フィルタ15を経由して専ら案内される。吸引され、清浄にされた空気12は、いわゆる空気配管16を経由して内燃エンジン11のシリンダ10へと送り込まれる。
図1によれば、測定空気配管17が空気配管16に結合されており、空気配管16は、吸引され、清浄にされた空気12を内燃エンジン11のシリンダ10へと送り込む。測定空気配管17に少なくとも1つのセンサが割り当てられ、その少なくとも1つのセンサの助けを借りて、測定空気19の少なくとも1つの特性が検出され得る。この場合の上記または各々のセンサ18を介して案内される測定空気19は、吸気フィルタ15を経由して案内される空気12に対応しており、各々の場合において周囲空気である。上記または各々のセンサ18を経由して案内される空気は、測定空気19と呼ばれ、圧力勾配のため、測定空気配管17に沿って測定空気配管17を経由して、延いては、センサ18を経由して、専ら案内可能である。
図1の例示の実施形態では、測定空気配管17は、吸気フィルタ15の下流で、空気配管16に直接的に連結されており、そのため、空気配管17の他方の端に対して空気配管16に連結された測定空気配管17の端20における負圧のため、測定空気19は、測定空気配管17と上記または各々のセンサ18とを経由して空気配管16の方向に流れる。
図2は、本発明の変形を示しており、測定空気配管17は、吸気フィルタ15の領域に連結されており、そのため、吸気フィルタ15に連結された測定空気配管17の端20における負圧のため、測定空気19は、測定空気配管17と上記または各々のセンサ18とを経由して流れる。
ここで、図2から明らかであるように、センサ18は測定空気配管17の反対の端21に位置決めされており、センサ18は、測定空気19を前もって清浄にするために、測定空気フィルタ22によって包囲されており、測定空気19は、測定空気配管17に沿っての圧力勾配のため、それぞれのセンサ18を経由して案内され、シリンダ10の方向に流れる。
図3によれば、この場合のセンサ18は測定空気フィルタ22に組み込まれており、センサ18と測定空気フィルタ22とのユニットが、吸気フィルタ15の筐体区域23に搭載されている。センサ18を測定空気フィルタ22と一体に吸気フィルタ15の筐体区域23に搭載することは、優先的には、吸気フィルタ15の筐体からの振動の観点において、センサ18が切り離されるような手法で具現化される。したがって、吸気フィルタ15における振動によって、センサ18も励起されて揺動または振動させられてしまうことはない。これは、例えば、振動が切り離される手法で、センサ18が測定空気フィルタ22に搭載されることで達成され得る。
さらに、センサ18は、測定空気配管17のため、エンジンや他のものの振動がセンサに作用しないように、エンジンから離して配置されてもよい。
空気を内燃エンジン11のシリンダ10へと送り込むための本発明によるシステムのさらなる例示の実施形態が、図4によって示されており、図4の例示の実施形態は、内燃エンジン11に、圧縮機25およびタービン26を備える排気ガスターボチャージャ24が割り当てられている点だけ、図1の例示の実施形態と異なっている。内燃エンジン11のシリンダ10を出て行き、排気ガスターボチャージャ24のタービン26を経由して流れる排気ガス14は、タービン26で膨張され、その過程で抽出されるエネルギーは、吸気フィルタ15を経由して清浄にされて吸引された空気12を圧縮機25において圧縮し、空気12を、空気配管16を経由して内燃エンジン11のシリンダ10へと圧縮された給気として送り込むために、排気ガスターボチャージャ24の圧縮機25を駆動するために利用される。図4の例示の実施形態では、空気配管16に、または、吸気フィルタ15に連結された測定空気配管17の端における負圧が、測定空気配管17に沿っての圧力勾配のため、上記または各々のセンサ18を経由して測定空気19を案内するために利用されてもよく、測定空気19は、空気配管16または吸気フィルタ15の方向に流れる。ここでも、それぞれのセンサ18に、測定空気19を適切に清浄するまたは濾過するために、測定空気フィルタ22が再び割り当てられる。
空気を内燃エンジン11のシリンダ10へと送り込むための本発明によるシステムのさらなる例示の実施形態が図5によって示されており、図5の例示の実施形態では、排気ガスターボチャージャ24も存在している。排気ガスターボチャージャ24、すなわち、排気ガスターボチャージャ24のタービン26および圧縮機25に加えて、図5は、圧縮機25の下流で内燃エンジン11の上流において、圧縮された給気を冷却するために、給気冷却器27を示している。図5の例示の実施形態では、空気配管16に連結されている測定空気配管17も存在しており、空気配管16は、空気または燃焼空気を内燃エンジン11のシリンダへと送り込み、図5の例示の実施形態では、測定空気配管17は、圧縮機25の下流で、つまり、給気冷却器27の下流で内燃エンジン11のシリンダ10につながる空気配管16に連結されている。
図5の変形では、圧力勾配が測定空気配管17に沿って利用されてもよいが、図5の例示の実施形態では、図1〜図4の例示の実施形態と対照的に、空気配管16に連結された測定空気配管17の端20において、反対の端21と比較して、または、反対の端21に対して、正圧が存在し、そのため、給気冷却器27の下流で、圧縮された給気が空気配管16から分岐され、測定空気19が、測定空気配管17を経由して、それぞれのセンサ18の方向に案内され、そのため、センサ18において、圧縮された給気の少なくとも1つの条件が、内燃エンジン11のすぐ上流で検出できる。
図1〜図4の例示の実施形態では、それぞれの測定空気配管17の端21において、周囲空気圧力が存在し、空気配管16に連結された測定空気配管17の反対の端20において、比較的負の圧力が存在し、したがって、測定空気19が空気配管16の方向に流れ、そのため、周囲空気の少なくとも1つの条件が、それぞれのセンサ18における測定によって検出できる。対照的に図5の例示の実施形態では、空気配管16に連結されている測定空気配管17の端20において、周囲空気圧が存在する測定空気配管17の反対の端21に対して、正圧が存在し、そのため、測定空気19が空気配管16から分岐され、内燃エンジンのシリンダ10から離れる方に流れる。図1〜図4の例示の実施形態において、測定空気配管17を経由して内燃エンジン11の方向に流れる測定空気19を清浄にするために、それぞれのセンサ18が優先的に測定空気フィルタ22に割り当てられる場合、このような測定空気フィルタは、図5の例示の実施形態では省略され得る。
すでに説明したように、測定空気配管17には少なくとも1つのセンサ18が割り当てられている。それぞれのセンサ18は、空気湿度、空気温度、および空気圧力といった量の少なくとも1つを決定するために、空気圧力センサおよび/または空気温度センサおよび/または空気湿度センサであり得る。
それぞれのセンサ18において検出された測定空気の条件は、それぞれの測定量に依存して内燃エンジンの運転を制御または調節するために使用され得る。ここで、内燃エンジン11の運転は、圧縮された給気のそれぞれの条件に依存して最適に制御または調節できるため、図5の例示の実施形態のように、内燃エンジン11のすぐ上流で空気配管16から分岐する圧縮された給気の少なくとも1つの条件が測定によって検出されるとき、特に有利である。
給気冷却器の下流に端20を配置することで、圧縮の前での配置と対照的に、内燃エンジンへと送り込まれる実際の空気湿度が決定されるという利点がある。空気湿度を決定することは、空気湿度が内燃エンジンで発生される窒素酸化物の量に直接的に影響するため、特に重要なものである。
図1〜図4の例示の実施形態は、内燃エンジンの最適な運転を可能にもし、この目的のために、圧縮および冷却された給気の条件が、空気送り込みシステムのモデルに依存して、特には、給気冷却器を備えた排気ガスターボチャージャのモデルに依存して、周囲空気において検出されたそれぞれの周囲空気条件からの計算によって決定される。
10 シリンダ
11 内燃エンジン
12 空気
13 燃料
14 排気ガス
15 吸気フィルタ
16 空気配管
17 測定空気配管
18 センサ
19 測定空気
20 端
21 端
22 測定空気フィルタ
23 筐体
24 ターボチャージャ
25 圧縮機
26 タービン
27 給気冷却器

Claims (8)

  1. 吸引空気(12)を清浄にするために中を通して前記吸引空気(12)を案内可能な吸気フィルタ(15)と、前記吸気フィルタ(15)から内燃エンジン(11)のシリンダ(10)の方向でつながる空気配管(16)と、を備えた燃料燃焼のために必要とされる空気を前記内燃エンジン(11)の前記シリンダ(10)へと送り込むためのシステムであって、
    前記吸気フィルタ(15)の下流において、少なくとも1つのセンサ(18)が割り当てられた測定空気配管(17)が、前記空気配管(16)に、または、前記吸気フィルタ(15)の領域に結合され、前記少なくとも1つのセンサ(18)の助けを借りて、測定空気(19)の少なくとも1つの特性が検出可能であり、前記測定空気(19)が、前記測定空気配管(17)に沿った圧力勾配のため、前記測定空気配管(17)と、延いては前記センサ(18)とを経由して専ら案内可能であることを特徴とする、システム。
  2. 前記測定空気配管(17)が、前記吸気フィルタ(15)のすぐ下流で、前記空気配管(16)に、または前記吸気フィルタ(15)の領域に連結され、そのため、前記空気配管(16)に、または前記吸気フィルタ(15)に連結された前記測定空気配管(17)の端(20)における負圧のため、前記測定空気(19)が、前記測定空気配管(17)と前記センサ(18) の１つまたは各々とを経由して流れることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  3. 圧縮機(25)が前記空気配管(16)に組み込まれ、前記測定空気配管(17)が、前記圧縮機(25)の上流で、前記空気配管(16)に、または前記吸気フィルタ(15)に連結され、そのため、前記空気配管(16)に、または前記吸気フィルタ(15)に連結された前記測定空気配管(17)の端(20)における負圧のため、前記測定空気が、前記測定空気配管(17)と前記センサ(18) の１つまたは各々とを経由して流れることを特徴とする、請求項1または2に記載のシステム。
  4. 前記センサ(18) の１つまたは各々に測定空気フィルタ(22)が割り当てられることを特徴とする、請求項2または3に記載のシステム。
  5. 圧縮機(25)が前記空気配管(16)に組み込まれ、前記測定空気配管(17)が、前記圧縮機(25)の下流で、前記空気配管(16)に連結され、そのため、前記空気配管(16)に連結された前記測定空気配管(17)の端(20)における正圧のため、前記測定空気が、前記測定空気配管(17)を経由して前記空気配管(16)から離れる方へと、前記センサ(18) の１つまたは各々を経由して流れることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  6. 前記測定空気配管(17)が、前記空気配管(16)に組み込まれた給気冷却器(27)の下流且つ前記シリンダ(10)の上流において、前記空気配管(16)に連結されることを特徴とする、請求項5に記載のシステム。
  7. 前記測定空気配管(17)には、温度センサおよび/または圧力センサおよび/または湿度センサが割り当てられ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システム。
  8. それぞれの前記センサ(18)が、振動の観点から、前記内燃エンジンから切り離された前記内燃エンジンの筐体構造(23)に取り付けられ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システム。
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