JP2021032250A - 排ガス再循環ブロワ及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、排ガス再循環ブロワ及び内燃機関に関する。【解決手段】内燃機関の排ガス再循環ブロワ（８）は、駆動部（９）は、油圧モータとして構成されており、ブロワハウジング（１３）と、ブロワシャフト（１１）と、ブロワシャフト（１１）に接続されたブロワ羽根車（１２）と、ブロワシャフト（１１）及びブロワ羽根車（１２）のための駆動部（９）とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、排ガス再循環ブロワ及び内燃機関に関する。

排ガス再循環を有する内燃機関は、当業者によく知られている。このような内燃機関においては、内燃機関から流出する排ガスを、内燃機関の排ガス分岐部から取り出し、ＥＧＲブロワとも呼ばれる、排ガス再循環のいわゆる排ガス再循環ブロワを通じて、内燃機関の給気装置の方向に誘導し、排ガスを、内燃機関のシリンダに供給されるべき給気と混合することが知られている。

排ガス再循環ブロワ又はＥＧＲブロワは、典型的には、ターボ圧縮機として構成されており、排ガスを、所定の圧力に圧縮する。内燃機関の排ガス再循環の排ガス再循環ブロワは、ブロワハウジングを有するステータと、ブロワシャフト及びブロワ羽根車を有するロータとを含んでいる。この際、典型的には、電動機が、ブロワシャフトの駆動と、ブロワシャフトを介して、排ガス再循環ブロワのブロワ羽根車の駆動とを行う。

電動機を用いたブロワシャフトの駆動は、高周波電動機と、電動機を動作させるための周波数変換器とを必要とする。周波数変換器は、別個の配電盤内に格納されており、周波数変換器は、周囲温度が高い場合、冷却を必要とする。これによって、場所及び冷却の著しい必要性が生じる。周波数変換器に関する許容限界温度が超過される場合には、電動機の出力と、従って、排ガス再循環ブロワの出力とを減少させなければならない。

加えて、場合によっては、複雑な対策を講じて、ＥＭＣシールドを供給することが必要である。これら全てのことが、排ガス再循環ブロワのブロワシャフトの駆動に際する電動機の使用を問題のあるものにしている。

上述の必要性から出発して、本発明の課題は、新しい排ガス再循環ブロワと、当該排ガス再循環ブロワを備えた内燃機関とを創出することにある。

本課題は、請求項１に記載の排ガス再循環ブロワによって解決される。本発明によると、駆動部は、油圧モータとして構成されている。本発明では、ブロワシャフト、従って排ガス再循環ブロワのブロワ羽根車に関する駆動部として、ハイドロモータとも呼ばれる油圧モータを用いることが提案されている。これによって、電動機に対して、多くの利点が実現され得る。例えば、周波数変換器も、周波数変換器の冷却も、ＥＭＣシールドも不要である。油圧モータ又はハイドロモータを、排ガス再循環ブロワのブロワシャフトに関する駆動部として用いることによって、排ガス再循環ブロワの、より小型で、頑丈で、単純な構造が供給され得る。さらに、負荷挙動、加速挙動及び効率を上昇させることが可能である。

有利なさらなる発展形態によると、油圧モータは、平歯車段を介して、ブロワシャフトに間接的に連結されている。代替的に、油圧モータは、ブロワシャフトに直接連結されている。油圧モータの、平歯車段を介した、ブロワシャフトへの連結は、特に、高速の、従って、比較的高い回転速度で回転する排ガス再循環ブロワにおいて好ましい。低速の、又は、比較的低い回転速度で回転する排ガス再循環ブロワの場合、油圧モータをブロワシャフトに直接連結すると有利である。

油圧モータが、平歯車段を介して、ブロワシャフトに間接的に連結されている場合、平歯車段の互いに噛み合う歯車が、歯を螺旋状に捩じられてつけられていると、特に有利である。この場合、軸力の一部が、すでに油圧モータの軸受によって受容され得るので、ブロワシャフトの領域では、スラスト軸受１つのみで十分であり、当該スラスト軸受は、特に好ましくは、ブロワシャフトのラジアル軸受を備えた上で、さらに小型化を進めるために、組み合わされたスラスト−ラジアル軸受として構成されていてよい。

排ガス再循環ブロワを備えた内燃機関は、請求項７に規定されている。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の例示的態様を、図面を用いて詳細に記載するが、これに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。

排ガス再循環及び排ガス再循環ブロワを備えた内燃機関のブロック図である。 本発明に係る排ガス再循環ブロワの第１の態様を示す図である。 本発明に係る排ガス再循環ブロワの第２の態様を示す図である。 本発明に係る排ガス再循環ブロワの第３の態様を示す図である。

本発明は、内燃機関の排ガス再循環の排ガス再循環ブロワに関する。

このような排ガス再循環ブロワは、排ガスの輸送及び圧縮に用いられ、当該排ガスは、内燃機関の排ガス分岐部から取り出され、排ガス再循環ブロワを用いて、内燃機関の給気装置の方向に輸送される。本発明は、さらに、排ガス再循環を有する内燃機関に関する。

図１は、複数のシリンダ２を有する内燃機関１のブロック図である。内燃機関１の動作中に、排ガスが生じ、当該排ガスは、内燃機関１のシリンダ２から流出し、内燃機関１の排ガスターボチャージャ３のタービン４の方向に誘導される。内燃機関１のシリンダ２から流出した排ガスは、排ガスターボチャージャ３のタービン４を通るように誘導され、タービン４内で膨張し、この際に得られたエネルギーは、内燃機関１のシリンダ２に供給されるべき給気を、排ガスターボチャージャ３の圧縮機５内で圧縮するために用いられる。

図１の内燃機関１は、排ガス再循環６を有している。排ガス再循環６は、排ガス再循環冷却器７と、排ガス再循環ブロワ８とを含んでいる。排ガス再循環冷却器７は、図１において、タービン４の上流で、高圧下で、タービン４につながる排ガス分岐部から取り出される排ガスの冷却に用いられる。排ガス再循環ブロワ８は、排ガス再循環冷却器７を通るように誘導された排ガスを、内燃機関の給気装置の方向に輸送するために用いられ、これによって、排ガス再循環の排ガスは、圧縮された給気と、圧縮機５の下流において混合される。

内燃機関１は、特に、重油又はガスが燃焼される内燃機関、例えば船舶用内燃機関である。

このような内燃機関は、シリンダ２内での燃料の燃焼に関して、シリンダに燃料及び給気を供給し、さらに排ガスをシリンダ２から排出するために、各シリンダ２の領域に、図示されていないガス交換弁及び燃焼弁を有している。

本発明によると、排ガス再循環ブロワ８は、駆動部として油圧モータ９を含んでいる。油圧モータ９は、図１で詳細には示されていない排ガス再循環ブロワ８のロータのブロワシャフトの駆動に用いられ、ブロワシャフトは、ブロワシャフトを通じて駆動されるブロワ羽根車を支持している。排ガス再循環ブロワ８の詳細は、さらに下記において、図２から図４の例示的態様を用いて記載される。

排ガス再循環ブロワ８の油圧モータ９は、ハイドロモータとも称されており、このような油圧モータは、油圧エネルギーを力学的仕事に変換する。油圧モータ９に油圧エネルギーを供給するために、油圧モータ９は、内燃機関の油圧系統１０に連結されており、当該油圧系統１０は、特に２サイクル内燃機関において、内燃機関１のシリンダ２のガス交換弁及び／又は燃料弁の油圧作動のために用いられる。従って、油圧モータ９は、油圧モータ９に、油圧系統１０を通じて油圧エネルギーを供給するために、容易に、内燃機関１の既存の油圧系統１０に接続され得る。

図２は、排ガス再循環ブロワ８の第１の例示的態様を、油圧モータ９と共に示しており、油圧モータ９は、排ガス再循環ブロワ８のロータのブロワシャフト１１の駆動に用いられ、当該ブロワシャフト１１上には、ブロワ羽根車１２が配置されており、ブロワ羽根車１２は、排ガス再循環６を通るように誘導される排ガスの圧縮に用いられる。従って、ブロワシャフト１１とブロワ羽根車１２とは、排ガス再循環ブロワ８のロータの構成要素であり、排ガス再循環ブロワ８は、ロータの他に、ブロワハウジング１３を有するステータも含んでいる。

図２に示された例示的態様において、油圧モータ９は、ギアを供給する平歯車段１４を介して、ブロワシャフト１１に間接的に連結されている。この際、図２において、互いに噛み合う平歯車段１４の歯車１５、１６は、真っすぐに歯をつけられている。歯車１５は、ブロワシャフト１１に載置されており、歯車１６は、駆動部又は油圧モータ９のシャフト１９に載置されている。真っすぐに歯をつけられた、互いに噛み合う平歯車段１４の歯車１５、１６を有する図２の例示的態様において、ブロワシャフト１１は、ブロワハウジング１３内に、好ましくは、２つのスラスト軸受及び１つのラジアル軸受を通じて取り付けられている。この際、力の方向それぞれに関して、すなわちスラスト方向に関しても、逆スラスト方向に関しても、スラスト軸受が存在しており、当該スラスト軸受は、図２において、組み合わされた、二重に作用するスラスト軸受１７によって供給されている。いわゆるカンチレバー式にブロワシャフト１１を取り付けるためには、１つのラジアル軸受１８のみで十分である。しかしながら、２つのラジアル軸受が存在していてもよい。設置空間の理由から、両方のスラスト軸受は、共通の、二重に作用するスラスト軸受１７によって供給されている。２つの別個のスラスト軸受を用いることも可能である。スラスト軸受及びラジアル軸受は、好ましくは油圧式軸受である。

図３は、図２の例示的態様を変更した態様を示しており、当該態様においては、平歯車段１４の互いに噛み合う歯車１５、１６は、歯を螺旋状に捩じられてつけられている。この際、逆スラスト方向における軸力は、すでに油圧モータ９によって受容され得る。この場合、ブロワシャフト１１の領域において、１つのみのスラスト軸受と１つのみのラジアル軸受とを設ければ十分であり、これらの軸受は、好ましくは、特に小型な構造を供給するために、組み合わされたスラスト−ラジアル軸受２０として構成されている。しかしながら、スラスト軸受とラジアル軸受とを、独立したアセンブリとして構成することも可能である。好ましくは、油圧式軸受が再び用いられる。図３には、組み合わされたスラスト−ラジアル軸受２０に加えて、ブロワシャフト１１に関するさらなるラジアル軸受２１が示されている。

ブロワシャフト１１の取り付けと、油圧モータ９のシャフト１９の取り付けとは、好ましくは共に、ブロワハウジング１３内で行われ、ブロワハウジング１３は、軸受ハウジングとして機能する。これは、一方において小型な構造を供給するために好ましい。

図４は、排ガス再循環ブロワ８の態様を示しており、当該態様においては、油圧モータ９が、ブロワシャフト１１に直接連結されている。図２及び図３の態様が、特に高速又は速く回転する排ガス再循環ブロワに適している一方で、図４の実施形態は、低速又は比較的遅く回転する排ガス再循環ブロワ８に適している。

油圧モータ９が直接連結されているブロワシャフト１１の取り付けは、スラスト軸受２２、２３及びラジアル軸受２４、２５を通じて、好ましくは油圧式の態様で行われる。軸受は、ラジアル軸受とスラスト軸受とを組み合わせて構成してもよい。

上述したように、本発明に係る排ガス再循環ブロワ８は、好ましくは、重油又はガスによって動作する、例えば２サイクル大型内燃機関、特に２サイクル船舶用内燃機関等の内燃機関において用いられる。

１ 内燃機関
２ シリンダ
３ 排ガスターボチャージャ
４ タービン
５ 圧縮機
６ 排ガス再循環
７ 排ガス再循環冷却器
８ 排ガス再循環ブロワ
９ 駆動部／油圧モータ
１０ 油圧系統
１１ ブロワシャフト
１２ ブロワ羽根車
１３ ブロワハウジング
１４ 平歯車段
１５ 歯車
１６ 歯車
１７ スラスト軸受
１８ ラジアル軸受
１９ シャフト
２０ スラスト−ラジアル軸受
２１ ラジアル軸受
２２ スラスト軸受
２３ スラスト軸受
２４ ラジアル軸受
２５ ラジアル軸受

Claims (8)

1. ブロワハウジング（１３）と、
   ブロワシャフト（１１）及び前記ブロワシャフト（１１）に接続されているブロワ羽根車（１２）と、
   前記ブロワシャフト（１１）及び前記ブロワ羽根車（１２）に関する駆動部（９）と、
   を有する内燃機関の排ガス再循環ブロワ（８）において、
   前記駆動部（９）が油圧モータとして構成されていることを特徴とする排ガス再循環ブロワ。
2. 前記ブロワシャフト（１１）が、前記ブロワハウジング（１３）内に取り付けられており、つまり、少なくとも１つの、好ましくは油圧式のスラスト軸受と、少なくとも１つの、好ましくは油圧式のラジアル軸受とを通じて取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス再循環ブロワ。
3. 前記油圧モータ（９）が、平歯車段（１４）を介して、前記ブロワシャフト（１１）に間接的に連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排ガス再循環ブロワ。
4. 前記平歯車段（１４）の互いに噛み合う歯車（１５、１６）が、真っすぐに歯をつけられていること、及び、前記ブロワシャフト（１１）が、前記ブロワハウジング（１３）内で、二重に作用するスラスト軸受（１７）と少なくとも１つのラジアル軸受（１８）とを通じて取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載の排ガス再循環ブロワ。
5. 前記平歯車段（１４）の互いに噛み合う歯車（１５、１６）が、歯を螺旋状に捩じられてつけられていること、及び、前記ブロワシャフト（１１）が、前記ブロワハウジング（１３）内で、少なくとも組み合わされたスラスト−ラジアル軸受（２０）を通じて取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載の排ガス再循環ブロワ。
6. 前記油圧モータ（９）が、前記ブロワシャフト（１１）に直接連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排ガス再循環ブロワ。
7. 内燃機関（１）、特に、船舶用内燃機関のような、重油又はガスで動作する大型内燃機関であって、
   複数のシリンダ（２）であって、ガス交換弁及び／又は燃料弁が、内燃機関の油圧系統（１０）によって作動可能である複数のシリンダ（２）と、
   タービン（４）及び圧縮機（５）を有する排ガスターボチャージャ（３）であって、前記タービン（４）内では、前記シリンダ（２）から流出した排ガスが膨張可能であり、この際に得られるエネルギーは、前記圧縮機（５）内で、前記シリンダ（２）に供給されるべき給気の圧縮のために利用可能である排ガスターボチャージャ（３）と、
   排ガス再循環ブロワ（８）を有する排ガス再循環（６）と、を有する内燃機関において、
   前記排ガス再循環ブロワ（８）は、請求項１〜６のいずれか一項に従って構成されており、油圧モータ（９）は、内燃機関の油圧系統（１０）に連結されていることを特徴とする内燃機関。
8. 重油又はガスで動作する２サイクル大型内燃機関であることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関。

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