JP3875067B2 - Diesel engine with turbocharger - Google Patents

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    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Description

【0001】
【発明の属する技術の分野】
【0002】
この発明は過給機付きのディーゼル機関に関する。さらに詳しくは、とくに水中作業船の主機関として使用される過給機付きのディーゼル機関に関するものである。
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
【0003】
一般に水中作業船の主機関としてディーゼル機関が採用されている。この水中作業船は船体が水中に没した状態で使用されるものであるから、ディーゼル機関の吸気管は水中から水面上の空中へ突出されている。一方、排気管は船体から水中に延設され、その出口は水中に没している。したがって、排気管の出口から水が進入する傾向にあるため、この水の進入を防ぐ必要がある。従来では排気管に進入しようとする水を排気の流れの勢いによってはき出して進入を防止している。具体的には、排気管の途中に水の逆流を防止するための絞り(以下、「排気出口絞り」という。)を設けて排気ガスの流速を増加せしめるという対策が講じられている。
【0004】
また、一般に主機関には機械駆動式過給機が装備されている。これは、ディーゼル機関の小型軽量化および高効率化を図るためであると共に、ディーゼル機関の低負荷時、たとえば無負荷定格回転時においても排気管からの水の進入を防止するために十分な排気容量を確保して排気流速を十分なものとするためである。ここで、機械式過給機とはディーゼル機関の出力軸から動力を得て駆動されるものである。したがって、ディーゼル機関の高効率化に加えて排気流速を増加させるためにもこの機械式過給機の機能を十分に用いようとすれば、それだけ機械式過給機の出力を増大する必要がある。その結果ディーゼル機関が発生する動力の多くが過給機の駆動に消費され、ディーゼル機関の有効出力が低下することになる。
【0005】
一方、低負荷時に過給機の出力を増加させずに排気出口絞り部の排気流速を増大させるには絞りの内径(絞り径)を小さくすることが考えられる。しかし、絞り径を小さくすればディーゼル機関の負荷が大きくなった場合には当然に排気ガスの温度が上昇し、排気ガスの体積流量も増大する。すなわち、エンジンが一定の回転数で運転されているときには原則として排気ガスの重量流量は一定であるが、排気ガスの温度が上昇すれば熱膨張によってその体積流量は増大する。したがって排気出口絞りの径を小さくした構造では、負荷が大きくなったときには必要以上に排気流速が大きくなり、背圧も非常に大きくなる。このため、ディーゼル機関の吸入空気量が相対的に不足して排気ガスの温度がさらに上昇して通常運転時よりも高くなる。その結果、ディーゼル機関の負担が増大し、その結果ディーゼル機関の出力の上限を著しく小さく設定しなければならなくなり、効率が低下する。
【0006】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、出力効率の低下を回避しつつ排気管内への水の進入(排気出口絞りを通る水の逆流)を効果的に防止することができる過給機付きディーゼル機関を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願発明者は、遠心ブロワ型機械式過給機によって加圧された空気の一部を運転中(燃焼中)のディーゼル機関のシリンダには供給せずに排気管へバイパスすればこの過給機の吐出側の圧力が低下すること、および、これにより過給機の駆動力を増加せずに吐出流量を増加することができることに着目した。すなわち、遠心ブロワの入り口圧力に対する出口圧力の比(圧力比)が小さいほど吐出量が増大する。一方、過給機にとってはディーゼル機関が過給機の吐出側の「絞り」として把握される。したがって、過給機によって吐出された空気の一部を運転中のディーゼル機関を経由せずに排気管に送給する構成とすることは、つまり、過給機の吐出側の「絞り」の内径(相当絞り径)を大きくすることと等価である。
【0008】
この結果、過給機からの空気の一部をディーゼル機関の燃焼中のシリンダをバイパスして排気管へ送ることにより、過給機の吐出側の圧力が低下して過給機の吐出流量が増加する。
【0009】
そこで、本願に係る過給機付きディーゼル機関は、
水中作業船に適用される、遠心ブロワ型機械式過給機によって空気が過給されるV型4サイクルディーゼル機関であって、
一方のシリンダ列のバルブタイミングを、4サイクルと吸気行程および排気行程のみを繰り返す非燃焼のサイクルとに切り替える切り替え装置と、
この非燃焼サイクル時には当該一方のシリンダ列への燃料噴射停止させる制御装置と、
上記一方のシリンダ列の排気ポートおよび他方のシリンダ列の排気ポートがともに接続された、水中へ排気するための排気管とを備えており、
非燃焼サイクル時の上記一方のシリンダ列から排出される空気と、他方のシリンダ列からの排気ガスとがまとめて上記排気管から排出されるように構成されてなるものである。
【0010】
この構成によれば、ディーゼル機関の一方のシリンダ列のバルブタイミングを吸気行程および排気行程のみを繰り返す非燃焼サイクルに切り替えることができる。そして、この非燃焼サイクルに切り替えられたシリンダ列には燃料を噴射しないようにする。こうすれば、遠心ブロワ型機械式過給機によって加圧された空気の一部を、ディーゼル機関の運転されていない非燃焼サイクルのシリンダ列、すなわち、内部で燃焼していないシリンダ列を通して(バイパスして)排気管に送ることになる。非燃焼サイクルのシリンダ列では運転中の4サイクルのシリンダ列に比べて単位時間当たり2倍の排気量となり、ディーゼル機関全体では1.5倍の排気量となる。過給機にとっての吐出側の相当絞り径はその分大きくなって過給機の吐出側圧力も低くなる。つまり過給機の上記圧力比が小さくなり、後述するブロワ特性から排気出口絞りを通過する排気流速が増大する。その結果、実際の排気出口絞り径を小さくする必要なく排気流速を増大することができる。
【0011】
このことは、ディーゼル機関の負荷が小さいとき、たとえば無負荷定格回転時であって排気ガス温度が低いために排気管内に十分な体積流量が生じないとき、ひいては十分な排気流速を生じさせることができないときであっても、過給機から燃焼していない非燃焼サイクルのシリンダ列に空気を送ることによって排気管内流速を大きくし、水の進入を防止することが可能となる。
【0012】
また、非燃焼サイクルのシリンダ列は単なるバイパス経路ではなく、ピストンによる強制的な空気圧送機能、いわばポンピング機能を備えている。したがって、たとえば水面の波浪などの影響によって排気管の出口の位置の水頭が大きくなったとしても、この深度圧力の変動に拘わらず大きい排気流速を得ることが可能である。
【0013】
そして、ディーゼル機関の負荷が一定の閾値以上であるときに上記一方のシリンダ列のバルブタイミングが非燃焼サイクルから4サイクルに切り替えられるように構成されてなるディーゼル機関が好ましい。
【0014】
このようにすれば、ディーゼル機関の負荷が一定の閾値未満の場合、すなわち、負荷が小さくディーゼル機関への過給の必要性が低い場合、一方のシリンダ列のバルブタイミングを非燃焼サイクルとしておくことにより、加圧された空気をこの非燃焼サイクルシリンダ列へ送給して上記十分な排気流速を確保することができるからである。したがって、実際の排気出口絞り径を小さくする必要がない。そして、ディーゼル機関の負荷が増大し、一定の閾値以上となったときにはこの非燃焼サイクルシリンダ列を4サイクルに切り替えるようにしている。もともと実際の排気出口絞り径を小さくしていないので、負荷運転時に排気ガスの体積流量が増大しても排気温度が必要以上に上昇することがない。
【0015】
また、ィーゼル機関の負荷を検出する負荷センサをさらに備え上記制御装置が、負荷センサにより検出された負荷に基づいて上記切り替え装置を駆動するように構成されてなるディーゼル機関が好ましい。
【0016】
これによれば、負荷センサによりディーゼル機関の負荷を監視しながら上記サイクルの切り替えを行うことができるからである。したがって、ディーゼル機関の負荷が小さく、燃焼のための過給の必要性が低く、ディーゼル機関の排気温度が低い場合には一方のシリンダ列を非燃焼サイクルに切り替えて過給機からの空気を燃焼中の4サイクルシリンダ列をバイパスして排気管へ送給することができる。これにより、上述したように排気出口絞りを通過する空気の流速を十分大きくして排気管への水の進入を防止することができる。また、上記排気管に固定絞りを配設するのが好ましい。
【0017】
また、上記切り替え装置が、上記一方のシリンダ列の吸気弁および排気弁を開閉するためのカム機構から構成されており、
該カム機構が、4サイクルタイミング用のカムと非燃焼サイクルタイミング用のカムとこれらのカムが直列に固設されたカムシャフトとを有しており、
上記制御装置がカムシャフトをその軸方向に移動させることによって4サイクルタイミング用のカムと非燃焼サイクルタイミング用のカムとを切り替えるように構成されてなるディーゼル機関が好ましい。
【0018】
この構成によれば、所要時にカムシャフトをその軸方向に移動させることで一方のシリンダ列のサイクルを切り替えることができるので、きわめて容易且つ迅速な切り替えが可能となるからである。
【発明の実施の形態】
【0019】
以下、本発明の過給機付きディーゼル機関の一実施形態について説明する。
【0020】
図1は本発明の一実施形態に係るディーゼル機関(以下、単に「エンジン」という。)1が搭載された水中作業船2の構造を模式的に示したものである。エンジン1はV型4サイクルエンジンであり、各シリンダの吸気バルブおよび排気バルブはカムによって開閉されるものである。両バルブともにそれぞれ直接カムによって開閉するようにしたものでもよく、また、カムによりロッカーアームを介して両バルブを開閉するものでもよい。
【0021】
この水中作業船2はたとえば港湾内の底部を一定深度以下で航行しながら清掃等するために使用され、水中に没するタイプのものである。エンジン1は空気を用いる内燃機関であるため、空気は船体3から空中へ突出された空気導入管12を通して吸引し、排気ガスは排気管14を通して排気出口金物5から水中に放出される。このように排気ガスを水中に放出するので排気管14への水の進入を防ぐ必要がある。このため、この排気管14には後述するように固定絞り(排気出口絞り)24が配設されている。ここで、排気管14の排気出口絞り24より上流部分を上流排気管部14aと呼び、排気出口絞り24より下流部分を下流排気管部14bと呼ぶとすると、排気出口絞り24によって上流排気管部14aへの水の進入を防止しようというである。
【0022】
本実施形態の特徴とするところはエンジン1の給気機構にある。すなわち、必要に応じて給気の一部を運転中のシリンダをバイパスして排気管に送るのである。具体的には、V型二列のシリンダ列のうち一方のシリンダ列には燃料を噴射せず、他方のシリンダ列に対してのみ燃料を噴射して燃焼させる。そして、燃焼用空気として取り入れた大気(空気)の一部を、燃焼中のシリンダ列に供給し、残りの空気を燃焼させていないシリンダ列をバイパス経路として排気管14へ送るようにしている。こうすることにより、エンジン1に大きな負担をかけることなく排気出口絞り24内の排気流速を増大させて水の進入を防止すると共に、エンジン出力の上限を高くすることができるようになっている点である。以下、詳しく説明する。
【0023】
水中作業船2は、船体3と、船体3の内部に搭載されたエンジン1と、エンジン1によって駆動される発電機7と、発電機7で発生した電気によって駆動される推進装置8およびその他機能部品(図示せず)とを備えている。この機能部品としては水中作業船2の作業内容により種々のものが採用される。したがって、エンジン1の負荷は推進装置8や他の機能部品を駆動するために必要な電力(発電機7の電気的出力)の大小によって決定することができる。
【0024】
図2にはエンジン1およびその給気機構の配置がブロック線図で示されている。エンジン1は、エンジン本体11と、空気導入管12と、吸気管13と、排気管14とを備えている。エンジン本体11には出力軸15に連結された機械駆動式過給機(以下、単に「過給機」という。)16が配設されている。この過給機16は、上記出力軸15に連結された入力軸17と、この入力軸17に連結されたギアトレイン18および駆動軸19と、駆動軸19に連結された遠心式ブロワ20を備えている。このブロワ20は吸気管13の途中に介装されており、空気導入管12側の空気を所定の過給圧まで加圧して吸気管13のエンジン1側へ送るようにされている。ここで、遠心ブロワ型機械式の過給機16を用いるのは、後述のとおり、過給機16の吐出側圧力を低下させることによってその吐出量を増大することができるからである。
【0025】
空気導入管12は船体12から水面上に突出させるものであり、たとえばステンレス鋼管等により形成することができる。給気管13は空気導入管12とエンジン本体11の吸気ポート21とを連結している。また、吸気管13の途中(前記吸気ポート21の上流側)には冷却装置22が配置されている。この冷却装置22はいわゆるインタークーラであり、過給されて高温となった吸気管13内の空気を冷却して吸気ポート21へ送るためのものである。なお、この冷却装置22は水冷式であり、冷却用の水は図示しないポンプによって船体外部から吸入するようになっている。
【0026】
排気管14は、たとえばステンレス鋼管等により構成することができ、エンジン本体11の排気ポート23に接続される。排気管14の出口は排気出口金物に接続されて船体3外へ突出している。前述のとおり、上流排気管部14aの下流側には排気出口絞り24が配設されている。この排気出口絞り24によって排気の流速を効果的に上昇させるようになっている。
【0027】
つぎに、エンジン本体11は前述のとおり2列のシリンダ列25a、25bが相互にV字をなして形成されたV型エンジンであり、原則として4サイクルで作動する。しかし、一方のシリンダ列25aのみはそのバルブタイミングが4サイクルと非燃焼のサイクル(後述するように吸気行程および排気行程のみを繰り返すサイクル)とに切り替えられるように構成されており、非燃焼サイクル作動時には燃料の噴射が停止させられるように構成されている。そして、この一方のシリンダ列25aのバルブタイミングの切り替えを行う切り替え装置26と、一方のシリンダ列25aのバルブタイミングの切り替えおよび燃料噴射の停止をエンジン1の負荷に対応させて制御するための制御装置27と、エンジン1の負荷を監視する負荷センサ28とが配設されている。負荷センサ28は上記発電機7の出力を監視するものであり、この出力が一定値以上となったときに負荷が大きいことを示す負荷信号S1を出力する。この負荷信号S1は制御装置27に入力される。制御装置27はこの負荷信号S1に基づいて切り替え装置26を作動させて一方のシリンダ列25aのバルブタイミングを非燃焼サイクルから4サイクルに切り替える。
【0028】
図3は上記切り替え装置26の一例を示す。切り替え装置26は一方のシリンダ列25aのロッカーアーム29を押圧操作するカム30、31と、複数個の当該カムが配設されたカムシャフト32と、このカムシャフト32をその軸方向に往復動させるための図示しない移動装置とを有している。なお、この移動装置は既知のものを採用することができるので、その構成の説明は省略する。カムシャフト32には、一本のシリンダに対して、非燃焼サイクル作動のためのプロファイルを有する吸気バルブ33a用のカム30aおよび排気バルブ33b用のカム30bの対と、4サイクル作動のためのプロファイルを有する吸気バルブ33a用のカム31aおよび排気バルブ33b用のカム31bの対とが直列に配設されている。平面図である図3(a)には非燃焼サイクルの状態が実線で示されており、カムシャフト32が図中の下方に変位した4サイクルの状態が二点鎖線で示されている。なお、図3(a)では吸気バルブ用のカム30a、31a同士が近接して配設され、排気バルブ用のカム30b、31b同士が近接して配置されているが、本発明ではこの構成に限定されない。たとえば、非燃焼サイクル用のカム対30a、30bを相互に近接して配設し、この対と離れて4サイクル用のカム対31a、31bを近接させて配設してもよい。
【0029】
図4は両シリンダ列25a、25bのピストン行程をそのバルブタイミングについて示すグラフである。図中の上段に示す一方のシリンダ列25aについては、エンジン1が定格回転数での無負荷運転およびこれに近い低負荷運転のとき(図中Lの範囲)は燃料噴射ぜずに非燃焼サイクルで作動しており、圧縮行程および爆発行程はない。負荷が増加して所定値を超えると(図中Hの範囲)負荷センサ28からの信号S1に基づき切り替え装置26によって4サイクルに切り替えられる。4サイクルに切り替えられると同時に所定の4サイクルのタイミングで燃料噴射が開始され、一方のシリンダ列25aも原動機として動力を発生させる。負荷信号S1が出力されていない状態では切り替え装置26は常時非燃焼サイクル作動のバルブタイミングとしている。他方のシリンダ列25bは常時4サイクルのバルブタイミングで燃焼している。
【0030】
こうすれば図中Lの範囲では、過給機16によって加圧された空気の一部は他方の4サイクル作動シリンダ列25bで燃焼に寄与し、残りは燃焼しない一方の非燃焼サイクル作動シリンダ列25aに送られることになる。したがって、燃焼中の4サイクル作動シリンダ列25bにとってみれば、一方の非燃焼サイクル作動シリンダ列25aは過給機16からの圧縮空気の一部が通過するバイパス経路となる。非燃焼サイクル作動シリンダ列25aでは4サイクル作動シリンダ列25bに比べると単位時間当たり二倍の回数の吸気行程・排気行程が生じる。したがって、一方のシリンダ列25aでは燃焼中の他方のシリンダ列25bに比べて単位時間当たり2倍の排気量となる。エンジン全体では両シリンダ列が4サイクル作動しているときに比べて1.5倍の排気量となる。その結果、過給機16にとっての吐出側の相当絞り径はその分大きくなって過給機の吐出側圧力も低くなる。また、非燃焼サイクル作動シリンダ列25aは単なるバイパス経路ではなく、ピストンによる強制的な空気圧送機能を備えたバイパス経路ということができる。これらの点については以下に説明する。
【0031】
図5は本実施形態に係る過給機16の遠心ブロワ20の特性を示す図(ブロワ特性図)である。縦軸は圧力比(ブロワの吸入側圧力P1と吐出側圧力P2との比、P2/P1)であり、横軸はブロワからの標準状態における空気の体積流量QVを示している。実線Kはブロワ20のサージングラインを示しており、この実線Kよりも左側ではサージングが発生して実用することはできない。また、各実線L1〜L4は、ブロワ20の回転数(エンジン1の回転数と等価)を一定として吐出側の圧力P2を変化させた場合、結果的に圧力比P2/P1を変化させた場合の圧力と体積流量との関係を示すものである。とくに、実線L2はエンジン1の定格回転数における空気の状態変化を示すものである。同図に示すように、過給機16によって加圧された空気は吐出側の絞りが大きくなる(抵抗が小さくなる)と圧力が低下し、体積流量が増大する特性を有している。
【0032】
ここで、過給機16によって加圧された空気がエンジン1を経て排気管14に至る経路について注目すると、この経路においてエンジン1が一番目の「絞り」で、排気出口絞り24が二番目の「絞り」として把握される。また、エンジン1の絞り相当径は排気出口絞り24の径よりはるかに小さくされているため、過給機16によって加圧された空気の一部を一方の非燃焼サイクルシリンダ列25aを通して排気管14に送給することは、上記流路の「エンジン相当絞り」を大きくすること、すなわち絞りの径を大きくすることと等価である。したがって、前述したように過給機16から排気管14に至る経路において全体として絞り径が大きくなったことにより、過給機16の吐出側圧力P2が低下して圧力比P2/P1が低下することになる。
【0033】
これを図5を参照して説明する。図5においてA点は、両シリンダ列がともに4サイクル作動しているときに過給機16から吐出された空気をこの両シリンダ列に送給した場合の作動点を示し、B点は過給機16から吐出された空気の一部を非燃焼サイクル作動シリンダ列25aを通して排気管14に送給した場合の作動点を示している。作動点がA点からB点へ移動すること、すなわち圧力比P2/P1が低下することにより、上記ブロワ特性から排気管14内の体積流量が増大する。
【0034】
したがって、本実施形態では、エンジン1の負荷が小さいとき(たとえば無負荷定格回転時)であって、排気温度が低く排気出口絞り24内に十分な排気流速を生じさせることができない場合であっても、上記加圧された空気を非燃焼サイクル作動シリンダ列25aを通して排気管14へ送給することにより、排気出口絞り24を通過する排気流速を大きくして上流排気管部14aへの水の進入を防止することができる。
【0035】
また、前述したとおり、非燃焼サイクル作動シリンダ列25aは単なるバイパス経路ではなく、ピストンによる強制的な空気圧送機能を備えている。換言すれば、水の逆流に対してエンジンが逆止弁としての機能を果たしている。したがって、たとえば水面の波浪などの影響によって下流排気管部14bの出口の位置の水頭が大きくなったとしても、この深度圧力の変動に拘わらず大きい排気流速を得ることが可能である。
【0036】
以上説明したごとく、本実施形態では、過給機16からの圧縮空気の一部を非燃焼サイクル作動シリンダ列25aを通して排気管14へバイパスすることにより、定格回転数での無負荷運転時においても排気出口絞り24内の排気流速を十分確保することができる。したがって、排気出口絞り24の内径を小さくしなくても水の進入を防ぐことができる。必要に応じて排気出口絞り24の内径を大きくすることも可能である。これにより、両シリンダ列25a、25bともに4サイクルで燃焼させる負荷運転時において、エンジン1の排気温が高温となり、その結果排気ガスの体積流量が増大した場合であっても、上流排気管部14a内に発生する背圧が著しく大きくなることを避けることができる。その結果、エンジン1の出力の上限を大きく設定することができると共に効率も向上させることができる。
【0037】
一般的にエンジン1は起動時から負荷の大小にかかわらず定格回転数で運転(最高回転数で運転)するのが好ましい。定格回転数における高負荷運転では排気ガスの温度が上昇することによって体積流量が増大するため、排気出口絞り24の内径を小さくした場合には上流排気管部14a内の背圧が非常に大きくなり、エンジン1の負担が大きくなる。しかし、本実施形態では、排気出口絞り24の内径を小さくする必要がないから(大きくすることもできるから)、常時高負荷運転を行ってもエンジン1に大きな負担をかける背圧が発生することはない。
【0038】
以上の構成を有する水中作業船2は次のような作用効果を奏する。
【0039】
まず、一般にはエンジンの低負荷時においてはエンジン1を定格回転に維持していても排気温度が低いために排気ガスの体積流量が小さく、排気管14内の流速、すなわち排気出口絞り24内の流速が低い。しかし、本実施形態ではかかる低負荷時においては一方のシリンダ列25aが非燃焼サイクル作動をしているから、過給機16からの圧縮空気の一部を当該シリンダ列25aを通して排気管14内へ送給して排気出口絞り24内の排気流速を大きくすることができる。また、本実施形態では、負荷が一定の閾値を超えたときに、これを負荷センサ28で検出し、制御装置27によって当該シリンダ列25aへの燃料噴射を開始し、切り替え装置26が4サイクル作動に切り替える。これにより、高負荷運転時には最大出力を発生させることができる。
【発明の効果】
【0040】
本発明によれば、遠心ブロワ型機械式過給機によって加圧された空気の一部を非燃焼サイクル作動を行うシリンダ列を通して排気管へバイパスすることができる。これにより、無負荷定格回転における排気管内での排気流速を増加させることができる。かかるディーゼル機関を、たとえば排気を水中に排出する水中作業船等の主機関として採用した場合であっても、排気管への水の進入を効果的に防止することができる。また、水面の波浪などの影響によって排気管14の出口の位置の水頭が大きくなったとしても、この深度圧力の変動に拘わらず上記シリンダ列のピストン作用によって大きい排気流速を得ることが可能である。
【0041】
また、上記作用によって排気流速を増大することができるため排気出口絞りの内径を小さくする必要がない。したがって、過給機からの圧縮空気をすべて燃焼に供する高負荷運転時において、ディーゼル機関の排気温が高温となって排気の体積流量が増大した場合であっても、排気管内に発生する背圧が著しく大きくなることを避けることができ、ディーゼル機関の出力の上限を大きくすることができると共に効率も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】 本発明の一実施形態に係るディーゼル機関が搭載された水中作業船の構造を模式的に示す図である。
【図2】 図1のディーゼル機関およびその給気機構を示すブロック線図である。
【図3】 図3(a)は図1のディーゼル機関における切り替え装置の一例を示す要部平面図であり、図3(b)はその正面図である。
【図4】 図1のディーゼル機関のピストン行程の一例を示すグラフである。
【図5】 図1のディーゼル機関における過給機のブロワの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【0049】
1 エンジン
2 水中作業船
3 船体
5 排気出口金物
7 発電機
8 推進装置
11 エンジン本体
12 空気導入管
13 吸気管
14 排気管
14a 上流排気管部
14b 下流排気管部
15 出力軸
16 過給機
17 入力軸
18 ギアトレイン
19 駆動軸
20 遠心式ブロワ
21 吸気ポート
22 冷却装置
23 排気ポート
24 排気出口絞り
25a、25b シリンダ列
26 切り替え装置
27 制御装置
28 負荷センサ
29 ロッカーアーム
30a (非燃焼サイクル作動の)吸気バルブ用カム
30b (非燃焼サイクル作動の)排気吸気バルブ用カム
31a (4サイクル作動の)吸気バルブ用カム
31b (4サイクル作動の)排気バルブ用カム
32 カムシャフト
33a 吸気バルブ
33b 排気バルブ
[0001]
[Field of the Invention]
[0002]
  The present invention relates to a diesel engine with a supercharger. More particularly, the present invention relates to a diesel engine with a supercharger used as a main engine of an underwater work boat.
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
[0003]
  Generally, a diesel engine is adopted as a main engine of an underwater work boat. Since this underwater work boat is used in a state where the hull is submerged in water, the intake pipe of the diesel engine protrudes from the water into the air above the water surface. On the other hand, the exhaust pipe extends underwater from the hull, and its outlet is submerged in water. Therefore, since water tends to enter from the outlet of the exhaust pipe, it is necessary to prevent this water from entering. Conventionally, water entering the exhaust pipe is ejected by the momentum of the exhaust flow to prevent entry. Specifically, a measure is taken to increase the flow rate of exhaust gas by providing a throttle (hereinafter referred to as “exhaust outlet throttle”) for preventing the backflow of water in the middle of the exhaust pipe.
[0004]
  In general, the main engine is equipped with a mechanically driven supercharger. This is to reduce the size and weight of the diesel engine and to increase the efficiency, and to exhaust the water sufficiently to prevent water from entering the exhaust pipe even when the diesel engine is under low load, for example, at no-load rated speed. This is to ensure the capacity and to make the exhaust flow velocity sufficient. Here, the mechanical supercharger is driven by obtaining power from the output shaft of a diesel engine. Therefore, in order to increase the exhaust flow rate in addition to increasing the efficiency of the diesel engine, if the function of this mechanical supercharger is sufficiently used, it is necessary to increase the output of the mechanical supercharger accordingly. . As a result, much of the power generated by the diesel engine is consumed to drive the supercharger, and the effective output of the diesel engine is reduced.
[0005]
  On the other hand, it is conceivable to reduce the inner diameter (throttle diameter) of the throttle in order to increase the exhaust flow velocity at the exhaust outlet throttle without increasing the output of the supercharger at low load. However, if the throttle diameter is reduced, the exhaust gas temperature naturally rises and the volumetric flow rate of the exhaust gas increases when the load on the diesel engine increases. That is, when the engine is operated at a constant rotational speed, the weight flow rate of the exhaust gas is basically constant, but when the temperature of the exhaust gas rises, its volume flow rate increases due to thermal expansion. Therefore, in the structure in which the diameter of the exhaust outlet throttle is reduced, the exhaust flow velocity becomes larger than necessary when the load increases, and the back pressure also becomes very large. For this reason, the intake air amount of the diesel engine is relatively insufficient, and the temperature of the exhaust gas further rises and becomes higher than that during normal operation. As a result, the burden on the diesel engine increases, and as a result, the upper limit of the output of the diesel engine has to be set extremely small, resulting in a reduction in efficiency.
[0006]
  The present invention has been made to solve such a problem, and can effectively prevent water from entering the exhaust pipe (back flow of water through the exhaust outlet throttle) while avoiding a decrease in output efficiency. The object is to provide a turbocharged diesel engine.
[Means for Solving the Problems]
[0007]
  If this inventor bypasses to the exhaust pipe without supplying a part of the air pressurized by the centrifugal blower type mechanical supercharger to the cylinder of the operating (combusting) diesel engine, the supercharger The discharge side pressure was reduced, and the discharge flow rate could be increased without increasing the driving force of the supercharger. That is, the discharge amount increases as the ratio of the outlet pressure to the inlet pressure of the centrifugal blower (pressure ratio) decreases. On the other hand, for the supercharger, the diesel engine is grasped as a “throttle” on the discharge side of the supercharger. Therefore, a configuration in which a part of the air discharged by the turbocharger is supplied to the exhaust pipe without going through the operating diesel engine, that is, the inner diameter of the “throttle” on the discharge side of the turbocharger. This is equivalent to increasing (equivalent aperture diameter).
[0008]
  As a result, a part of the air from the supercharger is sent to the exhaust pipe bypassing the burning cylinder of the diesel engine, so that the pressure on the discharge side of the supercharger is reduced and the discharge flow rate of the supercharger is reduced. To increase.
[0009]
  Therefore, the turbocharged diesel engine according to the present application is
Applied to underwater work boat,A V-type four-cycle diesel engine in which air is supercharged by a centrifugal blower type mechanical supercharger,
  Valve timing for one cylinder rowThe4 cyclesNon-combustion that repeats only the intake and exhaust strokesSwitch to cycleA switching device;
  This non-burningFuel injection into one of the cylinder rows during a cycleTheStopA control device,
  An exhaust pipe for exhausting into the water, wherein the exhaust port of the one cylinder row and the exhaust port of the other cylinder row are connected together;
  The air discharged from the one cylinder row and the exhaust gas from the other cylinder row during the non-combustion cycle are collectively discharged from the exhaust pipe.It is comprised so that it may be performed.
[0010]
  According to this configuration, the valve timing of one cylinder row of the diesel engine is adjusted.Non-combustion that repeats only the intake and exhaust strokesYou can switch to a cycle. And thisNon-combustionFuel is not injected into the cylinder row switched to the cycle. In this way, a part of the air pressurized by the centrifugal blower type mechanical supercharger is not operated in the diesel engineNon-combustionIt will be sent to the exhaust pipe through (bypassing) the cylinder row of the cycle, i.e., the cylinder row not burning inside.Non-combustionThe cycle cylinder row has twice the displacement per unit time as compared to the four-cycle cylinder row in operation, and the entire diesel engine has 1.5 times the displacement. The equivalent throttle diameter on the discharge side for the supercharger increases correspondingly, and the discharge side pressure of the supercharger also decreases. That is, the pressure ratio of the supercharger decreases, and the exhaust flow velocity passing through the exhaust outlet throttle increases from the blower characteristics described later. As a result, the exhaust flow velocity can be increased without having to reduce the actual exhaust outlet throttle diameter.
[0011]
  This means that when the load of the diesel engine is small, for example, when there is no rated load rotation and the exhaust gas temperature is low, a sufficient volume flow rate does not occur in the exhaust pipe, and thus a sufficient exhaust flow velocity is generated. Even when not possible, the turbocharger is not burningNon-combustionBy sending air to the cylinder row of the cycle, it is possible to increase the flow velocity in the exhaust pipe and prevent water from entering.
[0012]
  Also,Non-combustionThe cylinder row of the cycle is not a mere bypass path, but has a forced pneumatic feeding function by a piston, that is, a pumping function. Therefore, even if the water head at the position of the outlet of the exhaust pipe becomes larger due to the influence of, for example, waves on the water surface, it is possible to obtain a large exhaust flow velocity regardless of this variation in depth pressure.
[0013]
  When the load of the diesel engine is equal to or greater than a certain threshold, the valve timing of the one cylinder row isNon-combustionA diesel engine configured to be switched from four cycles to four cycles is preferable.
[0014]
  In this way, when the load of the diesel engine is less than a certain threshold, that is, when the load is small and the need for supercharging the diesel engine is low, the valve timing of one cylinder row is set.Non-combustionCycle the pressurized airNon-combustionThis is because the exhaust gas can be fed to the cycle cylinder row to ensure the sufficient exhaust flow velocity. Therefore, it is not necessary to reduce the actual exhaust outlet throttle diameter. When the load on the diesel engine increases and exceeds a certain threshold, thisNon-combustionThe cycle cylinder row is switched to 4 cycles. Since the actual exhaust outlet throttle diameter is not originally reduced, the exhaust temperature does not rise more than necessary even if the volume flow rate of the exhaust gas increases during load operation.
[0015]
  Also,DeLoad sensor for detecting the load on a diesel engineFurther equipped,The control device isThe switching device is driven based on the load detected by the load sensor.Configured asA diesel engine is preferable.
[0016]
  This is because the cycle can be switched while monitoring the load of the diesel engine by the load sensor. Therefore, if the load on the diesel engine is small, the need for supercharging for combustion is low, and the exhaust temperature of the diesel engine is low, one cylinder row should be installed.Non-combustionBy switching to the cycle, the air from the supercharger can be supplied to the exhaust pipe bypassing the four-cycle cylinder row during combustion. As a result, as described above, the flow rate of the air passing through the exhaust outlet throttle can be sufficiently increased to prevent water from entering the exhaust pipe.Further, it is preferable to provide a fixed throttle in the exhaust pipe.
[0017]
  Further, the switching device comprises a cam mechanism for opening and closing the intake valve and the exhaust valve of the one cylinder row,
  The cam mechanism includes a cam for four cycle timing andNon-combustionA cam for cycle timing and a camshaft in which these cams are fixed in series;
  The above control device moves the camshaft in the axial direction thereof, therebyNon-combustionA diesel engine configured to switch between the cam for cycle timing is preferable.
[0018]
  According to this configuration, the cycle of one cylinder row can be switched by moving the camshaft in the axial direction when necessary, so that extremely easy and quick switching is possible.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0019]
  Hereinafter, an embodiment of a diesel engine with a supercharger according to the present invention will be described.
[0020]
  FIG. 1 schematically shows the structure of an underwater work boat 2 equipped with a diesel engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 according to an embodiment of the present invention. The engine 1 is a V-type four-cycle engine, and the intake valve and exhaust valve of each cylinder are opened and closed by cams. Both valves may be opened and closed directly by a cam, or both valves may be opened and closed by a cam via a rocker arm.
[0021]
  This underwater work boat 2 is used, for example, to clean the bottom of the harbor while navigating at a certain depth or less, and is of a type that is submerged in water. Since the engine 1 is an internal combustion engine using air, the air is sucked through the air introduction pipe 12 projecting from the hull 3 into the air, and the exhaust gas is discharged from the exhaust outlet hardware 5 into the water through the exhaust pipe 14. As described above, the exhaust gas is discharged into the water, so that it is necessary to prevent water from entering the exhaust pipe 14. Therefore, a fixed throttle (exhaust outlet throttle) 24 is disposed in the exhaust pipe 14 as will be described later. Here, if the upstream part of the exhaust pipe 14 from the exhaust outlet throttle 24 is called an upstream exhaust pipe part 14 a and the downstream part of the exhaust outlet throttle 24 is called a downstream exhaust pipe part 14 b, the upstream exhaust pipe part is defined by the exhaust outlet throttle 24. It is intended to prevent water from entering 14a.
[0022]
  A feature of this embodiment is an air supply mechanism of the engine 1. That is, if necessary, a part of the supply air is sent to the exhaust pipe, bypassing the operating cylinder. Specifically, fuel is not injected into one cylinder row of the V-shaped two rows of cylinder rows, and fuel is injected and burned only into the other cylinder row. A part of the atmosphere (air) taken in as combustion air is supplied to the burning cylinder row, and the cylinder row not burning the remaining air is sent to the exhaust pipe 14 as a bypass path. By doing so, it is possible to increase the exhaust flow velocity in the exhaust outlet throttle 24 without imposing a heavy burden on the engine 1 to prevent water from entering and to increase the upper limit of the engine output. It is. This will be described in detail below.
[0023]
  The underwater work boat 2 includes a hull 3, an engine 1 mounted in the hull 3, a generator 7 driven by the engine 1, a propulsion device 8 driven by electricity generated by the generator 7, and other functions. Parts (not shown). Various functional parts are employed depending on the work contents of the underwater work boat 2. Therefore, the load of the engine 1 can be determined by the magnitude of electric power (electrical output of the generator 7) necessary for driving the propulsion device 8 and other functional components.
[0024]
  FIG. 2 is a block diagram showing the arrangement of the engine 1 and its air supply mechanism. The engine 1 includes an engine body 11, an air introduction pipe 12, an intake pipe 13, and an exhaust pipe 14. The engine body 11 is provided with a mechanically driven supercharger (hereinafter simply referred to as “supercharger”) 16 connected to the output shaft 15. The supercharger 16 includes an input shaft 17 connected to the output shaft 15, a gear train 18 and a drive shaft 19 connected to the input shaft 17, and a centrifugal blower 20 connected to the drive shaft 19. ing. The blower 20 is interposed in the intake pipe 13 so that the air on the air introduction pipe 12 side is pressurized to a predetermined supercharging pressure and sent to the engine 1 side of the intake pipe 13. Here, the centrifugal blower type mechanical supercharger 16 is used because the discharge amount can be increased by lowering the discharge side pressure of the supercharger 16 as described later.
[0025]
  The air introduction pipe 12 projects from the hull 12 onto the water surface and can be formed of, for example, a stainless steel pipe. The air supply pipe 13 connects the air introduction pipe 12 and the intake port 21 of the engine body 11. A cooling device 22 is disposed in the middle of the intake pipe 13 (upstream of the intake port 21). The cooling device 22 is a so-called intercooler, which cools the air in the intake pipe 13 that has been supercharged and becomes high temperature and sends it to the intake port 21. The cooling device 22 is water-cooled, and cooling water is sucked from outside the hull by a pump (not shown).
[0026]
  The exhaust pipe 14 can be constituted by, for example, a stainless steel pipe or the like, and is connected to the exhaust port 23 of the engine body 11.Exhaust pipe 14The outlet of the exhaust outlet hardware5To the outside of the hull 3. As described above, the exhaust outlet throttle 24 is disposed on the downstream side of the upstream exhaust pipe portion 14a. The exhaust outlet throttle 24 effectively increases the exhaust flow velocity.
[0027]
  Next, the engine body 11 is a V-type engine in which the two cylinder rows 25a and 25b are formed in a V shape as described above, and in principle, operates in four cycles. However, only one cylinder row 25a has a valve timing of 4 cycles.Non-combustiblecycle(Cycles that repeat only the intake and exhaust strokes, as will be described later)And can be switched toNon-combustionThe fuel injection is stopped during the cycle operation. Then, a switching device 26 that switches the valve timing of the one cylinder row 25a, and a control device that controls the switching of the valve timing of one cylinder row 25a and the stop of fuel injection in accordance with the load of the engine 1. 27 and a load sensor 28 for monitoring the load of the engine 1 are provided. The load sensor 28 monitors the output of the generator 7 and outputs a load signal S1 indicating that the load is large when the output exceeds a certain value. The load signal S1 is input to the control device 27. The control device 27 operates the switching device 26 based on the load signal S1 to adjust the valve timing of one cylinder row 25a.Non-combustionSwitch from cycle to 4 cycles.
[0028]
  FIG. 3 shows an example of the switching device 26. The switching device 26 has cams 30 and 31 for pressing the rocker arm 29 of one cylinder row 25a, a cam shaft 32 provided with a plurality of the cams, and reciprocates the cam shaft 32 in the axial direction. And a moving device (not shown). In addition, since this moving apparatus can employ | adopt a known thing, description of the structure is abbreviate | omitted. The camshaft 32 has a single cylinder,Non-combustionCam 30a and cam 30b for exhaust valve 33b having a profile for cycle operation, cam 31a and cam for exhaust valve 33b having a profile for four cycle operation A pair of 31b is arranged in series. 3A which is a plan viewNon-combustionThe state of the cycle is indicated by a solid line, and the camshaft 32 is shown in the figure.DownThe state of 4 cycles displaced by the two-dot chain line is shown. In FIG. 3A, the intake valve cams 30a and 31a are arranged close to each other, and the exhaust valve cams 30b and 31b are arranged close to each other. It is not limited. For example,Non-combustionThe cycle cam pairs 30a and 30b may be disposed close to each other, and the four-cycle cam pairs 31a and 31b may be disposed close to each other.
[0029]
  FIG. 4 is a graph showing the piston stroke of both cylinder rows 25a and 25b with respect to their valve timing. For one cylinder row 25a shown in the upper part of the figure, when the engine 1 is in a no-load operation at the rated speed and a low-load operation close to this (range L in the figure), there is no fuel injection.Non-combustionIt operates in a cycle and there is no compression or explosion stroke. When the load increases and exceeds a predetermined value (range H in the figure), the switching device 26 switches to four cycles based on the signal S1 from the load sensor 28. At the same time as switching to four cycles, fuel injection is started at a predetermined four cycle timing, and one cylinder row 25a also generates power as a prime mover. In the state where the load signal S1 is not output, the switching device 26 is always used.Non-combustionThe valve timing for cycle operation is used. The other cylinder row 25b always burns at the valve timing of 4 cycles.
[0030]
  In this way, in the range L in the figure, part of the air pressurized by the supercharger 16 contributes to combustion in the other four-cycle operating cylinder row 25b, and the rest does not burn.Non-combustionIt is sent to the cycle operating cylinder row 25a. Therefore, for the four-cycle operating cylinder row 25b during combustion,Non-combustionThe cycle operating cylinder row 25a serves as a bypass path through which a part of the compressed air from the supercharger 16 passes.Non-combustionThe cycle operation cylinder row 25a has twice as many intake strokes / exhaust strokes per unit time as the 4-cycle operation cylinder row 25b. Therefore, the displacement of one cylinder row 25a is twice that of the other cylinder row 25b during combustion per unit time. In the entire engine, the displacement is 1.5 times that of when both cylinder rows are operating for 4 cycles. As a result, the equivalent throttle diameter on the discharge side for the supercharger 16 increases correspondingly, and the discharge side pressure of the supercharger also decreases. Also,Non-combustionThe cycle operating cylinder row 25a is not a mere bypass path, but can be said to be a bypass path having a forced pneumatic feeding function by a piston. These points will be described below.
[0031]
  FIG. 5 is a diagram (blower characteristic diagram) showing characteristics of the centrifugal blower 20 of the supercharger 16 according to the present embodiment. The vertical axis represents the pressure ratio (the ratio between the suction side pressure P1 and the discharge side pressure P2 of the blower, P2 / P1), and the horizontal axis represents the volume flow rate QV of air from the blower in the standard state. A solid line K indicates a surging line of the blower 20, and surging occurs on the left side of the solid line K, which cannot be put into practical use. In addition, the solid lines L1 to L4 are obtained when the pressure P2 on the discharge side is changed with the rotation speed of the blower 20 (equivalent to the rotation speed of the engine 1) being constant, and as a result, the pressure ratio P2 / P1 is changed. This shows the relationship between the pressure and volume flow rate. In particular, the solid line L2 indicates the change in the air state at the rated speed of the engine 1. As shown in the figure, the air pressurized by the supercharger 16 has a characteristic that when the throttle on the discharge side increases (resistance decreases), the pressure decreases and the volume flow rate increases.
[0032]
  Here, when attention is paid to the path where the air pressurized by the supercharger 16 reaches the exhaust pipe 14 through the engine 1, the engine 1 is the first “throttle” and the exhaust outlet throttle 24 is the second in this path. It is understood as “aperture”. Further, since the equivalent diameter of the throttle of the engine 1 is much smaller than the diameter of the exhaust outlet throttle 24, a part of the air pressurized by the supercharger 16 is partly non-combusted.GrilledIccleofFeeding to the exhaust pipe 14 through the cylinder row 25a is equivalent to increasing the “engine equivalent throttle” of the flow path, that is, increasing the diameter of the throttle. Therefore, as described above, as the throttle diameter increases as a whole in the path from the supercharger 16 to the exhaust pipe 14, the discharge-side pressure P2 of the supercharger 16 decreases and the pressure ratio P2 / P1 decreases. It will be.
[0033]
  This will be described with reference to FIG. In FIG. 5, point A indicates the operating point when air discharged from the supercharger 16 is supplied to both cylinder rows when both cylinder rows are operating for 4 cycles, and point B is supercharged. Non-combustion of part of the air discharged from the machine 16ofThe operating point when the exhaust pipe 14 is fed through the cycle operating cylinder row 25a is shown. As the operating point moves from point A to point B, that is, the pressure ratio P2 / P1 decreases, the volume flow rate in the exhaust pipe 14 increases due to the blower characteristics.
[0034]
  Therefore, in this embodiment, when the load of the engine 1 is small (for example, at no-load rated rotation), the exhaust temperature is low and a sufficient exhaust flow velocity cannot be generated in the exhaust outlet throttle 24. Even the above pressurized airNon-combustionBy supplying the exhaust pipe 14 through the cycle operating cylinder row 25a, the exhaust flow velocity passing through the exhaust outlet throttle 24 can be increased to prevent water from entering the upstream exhaust pipe portion 14a.
[0035]
  As mentioned above,Non-combustionThe cycle operating cylinder row 25a is not a simple bypass path but has a forced air pressure feeding function by a piston. In other words, the engine functions as a check valve against the back flow of water. Therefore, even if the head of the outlet of the downstream exhaust pipe portion 14b becomes large due to the influence of waves on the water surface, for example, it is possible to obtain a large exhaust flow velocity regardless of the variation in depth pressure.
[0036]
  As described above, in this embodiment, a part of the compressed air from the supercharger 16 is removed.Non-combustionBy bypassing to the exhaust pipe 14 through the cycle operating cylinder row 25a, a sufficient exhaust flow velocity in the exhaust outlet throttle 24 can be secured even during no-load operation at the rated rotational speed. Therefore, it is possible to prevent water from entering without reducing the inner diameter of the exhaust outlet throttle 24. It is also possible to increase the inner diameter of the exhaust outlet throttle 24 as necessary. As a result, even when the exhaust temperature of the engine 1 becomes high during load operation in which both the cylinder rows 25a and 25b are burned in four cycles, and as a result, the volume flow rate of the exhaust gas increases, the upstream exhaust pipe portion 14a. It is possible to avoid a significant increase in the back pressure generated inside. As a result, the upper limit of the output of the engine 1 can be set large and the efficiency can be improved.
[0037]
  In general, it is preferable that the engine 1 is operated at the rated rotation speed (running at the maximum rotation speed) from the start-up regardless of the load. In high load operation at the rated speed, the volume flow rate increases as the exhaust gas temperature rises. Therefore, when the inner diameter of the exhaust outlet throttle 24 is reduced, the back pressure in the upstream exhaust pipe portion 14a becomes very large. The burden on the engine 1 is increased. However, in the present embodiment, it is not necessary to reduce the inner diameter of the exhaust outlet throttle 24 (because it can be increased), so that back pressure that imposes a heavy burden on the engine 1 is generated even when the high load operation is always performed. There is no.
[0038]
  The underwater work boat 2 having the above configuration has the following operational effects.
[0039]
  First, in general, when the engine is under a low load, the exhaust gas has a low volumetric flow rate because the exhaust temperature is low even if the engine 1 is maintained at the rated speed, and the flow rate in the exhaust pipe 14, that is, the exhaust outlet throttle 24. Low flow rate. However, in this embodiment, at the time of such a low load, one cylinder row 25a isNon-combustionSince the cycle operation is performed, a part of the compressed air from the supercharger 16 can be fed into the exhaust pipe 14 through the cylinder row 25a to increase the exhaust flow velocity in the exhaust outlet throttle 24. Further, in the present embodiment, when the load exceeds a certain threshold value, this is detected by the load sensor 28, the fuel injection to the cylinder row 25a is started by the control device 27, and the switching device 26 operates for 4 cycles. Switch to. Thereby, the maximum output can be generated during high load operation.
【The invention's effect】
[0040]
  According to the present invention, a part of the air pressurized by the centrifugal blower type mechanical supercharger is removed.Non-combustionIt can be bypassed to the exhaust pipe through a cylinder row that performs cycling. Thereby, the exhaust flow velocity in the exhaust pipe at the no-load rated rotation can be increased. Even when such a diesel engine is employed as a main engine such as an underwater work boat that discharges exhaust gas into water, it is possible to effectively prevent water from entering the exhaust pipe. Even if the head of the outlet of the exhaust pipe 14 becomes larger due to the influence of waves on the water surface, it is possible to obtain a large exhaust flow velocity by the piston action of the cylinder row regardless of the fluctuation of the depth pressure. .
[0041]
  Further, since the exhaust flow velocity can be increased by the above-described action, it is not necessary to reduce the inner diameter of the exhaust outlet throttle. Therefore, the back pressure generated in the exhaust pipe even when the exhaust gas temperature of the diesel engine becomes high and the volumetric flow rate of the exhaust gas increases during high load operation where all the compressed air from the turbocharger is used for combustion. Can be avoided, the upper limit of the output of the diesel engine can be increased, and the efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
[0048]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an underwater work boat equipped with a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the diesel engine of FIG. 1 and its air supply mechanism.
FIG. 3 (a) is a plan view of a principal part showing an example of a switching device in the diesel engine of FIG. 1, and FIG. 3 (b) is a front view thereof.
4 is a graph showing an example of a piston stroke of the diesel engine of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the characteristics of a blower of a supercharger in the diesel engine of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
[0049]
        1 engine
        2 Underwater work boat
        3 hull
        5 Exhaust outlet hardware
        7 Generator
        8 Propulsion device
      11 Engine body
      12 Air introduction pipe
      13 Intake pipe
      14 Exhaust pipe
      14a Upstream exhaust pipe
      14b Downstream exhaust pipe
      15 Output shaft
      16 Supercharger
      17 Input shaft
      18 Gear train
      19 Drive shaft
      20 Centrifugal blower
      21 Intake port
      22 Cooling device
      23 Exhaust port
      24 Exhaust outlet throttle
      25a, 25b Cylinder row
      26 switching device
      27 Control device
      28 Load sensor
      29 Rocker arm
      30a (Non-combustionCycle-actuated intake valve cam
      30b (Non-combustionCycle-operated exhaust intake valve cam
      31a Cam for intake valve (4 cycle operation)
      31b Exhaust valve cam (4 cycle operation)
      32 Camshaft
      33a Intake valve
      33b Exhaust valve

Claims (5)

水中作業船に適用される、遠心ブロワ型機械式過給機によって空気が過給されるV型4サイクルディーゼル機関であって、
一方のシリンダ列のバルブタイミングを、4サイクルと吸気行程および排気行程のみを繰り返す非燃焼のサイクルとに切り替える切り替え装置と、
該非燃焼サイクル時には当該一方のシリンダ列への燃料噴射停止させる制御装置と、
上記一方のシリンダ列の排気ポートおよび他方のシリンダ列の排気ポートがともに接続された、水中へ排気するための排気管とを備えており、
非燃焼サイクル時の上記一方のシリンダ列から排出される空気と、他方のシリンダ列からの排気ガスとがまとめて上記排気管から排出されるように構成されてなる過給機付きディーゼル機関。
A V-type 4-cycle diesel engine, which is applied to an underwater work boat and is supercharged with a centrifugal blower type mechanical supercharger,
A switching device for switching the valve timing of one cylinder row to four cycles and a non-combustion cycle in which only the intake stroke and the exhaust stroke are repeated ;
A control device for stopping fuel injection to the one cylinder row during the non-combustion cycle ;
An exhaust pipe for exhausting into the water, wherein the exhaust port of the one cylinder row and the exhaust port of the other cylinder row are connected together;
A turbocharged diesel engine configured such that air discharged from one of the cylinder rows and the exhaust gas from the other cylinder row in a non-combustion cycle are collectively discharged from the exhaust pipe .
ディーゼル機関の負荷が一定の閾値以上であるときに上記一方のシリンダ列のバルブタイミングが非燃焼サイクルから4サイクルに切り替えられるように構成されてなる請求項1記載の過給機付きディーゼル機関。The diesel engine with a supercharger according to claim 1, wherein the valve timing of the one cylinder row is switched from a non-combustion cycle to four cycles when the load of the diesel engine is equal to or greater than a certain threshold value. ィーゼル機関の負荷を検出する負荷センサをさらに備えており
上記制御装置が、負荷センサにより検出された負荷に基づいて上記切り替え装置を駆動するように構成されてなる請求項1または2記載の過給機付きディーゼル機関。
Further comprising a load sensor for detecting a load of the diesel engine,
The diesel engine with a supercharger according to claim 1 or 2 , wherein the control device is configured to drive the switching device based on a load detected by a load sensor.
上記排気管に固定絞りが配設されてなる請求項1記載の過給機付きディーゼル機関。The diesel engine with a supercharger according to claim 1, wherein a fixed throttle is disposed in the exhaust pipe. 上記切り替え装置が、上記一方のシリンダ列の吸気弁および排気弁を開閉するためのカム機構から構成されており、
該カム機構が、4サイクルタイミング用のカムと非燃焼サイクルタイミング用のカムとこれらのカムが直列に固設されたカムシャフトとを有しており、
上記制御装置がカムシャフトをその軸方向に移動させることによって4サイクルタイミング用のカムと非燃焼サイクルタイミング用のカムとを切り替えるように構成されてなる請求項3記載の過給機付きディーゼル機関。
The switching device includes a cam mechanism for opening and closing the intake valve and the exhaust valve of the one cylinder row;
The cam mechanism includes a cam for four cycle timing, a cam for non-combustion cycle timing, and a cam shaft in which these cams are fixed in series.
The diesel engine with a supercharger according to claim 3, wherein the control device is configured to switch between a cam for four cycle timing and a cam for non-combustion cycle timing by moving the cam shaft in the axial direction thereof.
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