JP4681465B2 - Exhaust turbocharger - Google Patents
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Description
本発明は、主としてディーゼルエンジン、ガスエンジンに用いられる排気ターボ過給機に適用され、エンジンの排ガスにより駆動されるタービンの回転軸とエンジンに給気を圧送するコンプレッサの回転軸との間に変速機を介装した排気ターボ過給機、及びエンジンの排ガスにより駆動されるタービンに発電機を連結するとともに、エンジンに給気を圧送するコンプレッサを電動モータで駆動するように構成された排気ターボ過給機に関する。 The present invention is mainly applied to an exhaust turbocharger used for diesel engines and gas engines, and shifts between a rotating shaft of a turbine driven by the exhaust gas of the engine and a rotating shaft of a compressor that pumps supply air to the engine. An exhaust turbocharger configured to connect a generator to an exhaust turbocharger with an intervening machine and a turbine driven by exhaust gas of the engine and to drive a compressor that pumps supply air to the engine by an electric motor. Regarding the feeder.
排気ターボ過給機をそなえたディーゼルエンジンやガスエンジンにおいて、エンジンの必要給気量を確保するため給気圧力を調整するにあたっては、従来は、排気ターボ過給機の可変ノズル機構によるタービンノズル流路面積の調整、過給機の排気バイパス通路に設けた排気バイパス弁の開度調整、過給機の給気後流に設けたスロットル弁の開度調整、給気通路から分岐された給気放出通路に設けた給気放出弁の開度調整等によっていた。 In a diesel engine or a gas engine equipped with an exhaust turbocharger, conventionally, when adjusting the supply air pressure in order to secure the required air supply amount, the turbine nozzle flow by the variable nozzle mechanism of the exhaust turbocharger has been conventionally used. Adjustment of the road area, adjustment of the opening of the exhaust bypass valve provided in the exhaust bypass passage of the turbocharger, adjustment of the opening of the throttle valve provided in the wake of the supercharger, and supply air branched from the supply passage It was by adjusting the opening degree of the air supply discharge valve provided in the discharge passage.
また、特許文献1(特開2002−242687号公報)においては、過給機のコンプレッサ内部に遊星歯車装置からなる変速機構を内蔵し、該遊星歯車装置のリングギヤを摩擦板の着脱切換えによって、該遊星歯車装置における歯車の歯数比で決まる変速比でコンプレッサのロータの回転数を変化可能に構成している。
また、特許文献2(特開2005−127261号公報)には、エンジンの排ガスにより駆動されるタービンに発電機を連結するとともに、エンジンに給気を圧送するコンプレッサに該コンプレッサを駆動する電動モータを連結し、前記発電機の電力により前記電動モータを介して前記コンプレッサを回転駆動するように構成された排気ターボ過給機をそなえたEGRシステム(排気再循環システム)付き内燃機関が示されている。
In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-242687), a speed change mechanism including a planetary gear device is built in a compressor of a supercharger, and the ring gear of the planetary gear device is switched by attaching / detaching a friction plate. The rotational speed of the rotor of the compressor can be changed at a gear ratio determined by the gear ratio of the gears in the planetary gear device.
Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-127261) discloses an electric motor that drives a compressor connected to a turbine that is driven by the exhaust gas of the engine and that compresses supply air to the engine. An internal combustion engine with an EGR system (exhaust gas recirculation system) having an exhaust turbocharger configured to rotate and drive the compressor via the electric motor by the electric power of the generator is shown. .
エンジンの必要給気量を確保するため給気圧力を調整する手段としての、排気ターボ過給機の可変ノズル機構によるタービンノズル流路面積の調整手段、及び過給機の排気バイパス通路に設けた排気バイパス弁の開度調整手段にあっては、排気ターボ過給機のサージングを回避しつつ給気圧力を調整することは可能であるが、エンジンの運転条件変化に対する応答速度が遅いため、エンジンの急激な負荷変化には対応困難である。
また、過給機の給気後流に設けたスロットル弁の開度調整手段にあっては、エンジンの急激な負荷変化があった場合には瞬間的にスロットル弁が閉じて給気抵抗が増加するため、排気ターボ過給機のサージングが発生し易い。
また、給気通路から分岐された給気放出通路に設けた給気放出弁の開度調整手段にあっては、給気放出によって過給機効率が低下するとともに、給気放出するため、過給機前で予混合する形式のガスエンジンには採用できない。
As means for adjusting the supply air pressure in order to secure the required air supply amount of the engine, it is provided in the adjustment means for the turbine nozzle passage area by the variable nozzle mechanism of the exhaust turbo supercharger, and the exhaust bypass passage of the supercharger. In the exhaust gas bypass valve opening adjusting means, it is possible to adjust the supply air pressure while avoiding surging of the exhaust turbocharger, but the response speed to engine operating condition changes is slow. It is difficult to cope with sudden load changes.
In addition, in the throttle valve opening adjusting means provided in the wake of the turbocharger, when there is a sudden load change of the engine, the throttle valve is momentarily closed and the air supply resistance increases. Therefore, surging of the exhaust turbocharger is likely to occur.
Further, in the opening adjusting means of the air supply release valve provided in the air supply discharge passage branched from the air supply passage, the supercharger efficiency is reduced by the air supply discharge and the air supply is discharged. It cannot be used for gas engines that are premixed before the feeder.
また、特許文献1(特開2002−242687号公報)の手段にあっては、過給機のコンプレッサ内部に遊星歯車装置からなる変速機構を内蔵しているため、該遊星歯車装置における歯車の歯数比で決まる特定の変速比のみでコンプレッサの回転数を変化可能としているにとどまり、無段階にコンプレッサの回転数を変化させることはできない。
また、特許文献1(特開2005−127261号公報)の手段は、EGRシステム(排気再循環システム)付き内燃機関に適応して、電動モータによるコンプレッサの回転数の無段階制御を行うものであり、EGRシステム付き内燃機関以外のエンジンにはそのまま適用できない。
Further, in the means of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-242687), since a speed change mechanism including a planetary gear device is built in the compressor of the supercharger, the gear teeth in the planetary gear device are included. The speed of the compressor can be changed only by a specific gear ratio determined by the number ratio, and the speed of the compressor cannot be changed steplessly.
The means of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-127261) is adapted to an internal combustion engine with an EGR system (exhaust gas recirculation system) and performs stepless control of the rotation speed of the compressor by an electric motor. It cannot be applied to an engine other than an internal combustion engine with an EGR system.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、コンプレッサ回転数を過給機のサージングを伴うことなく無段階で制御することにより給気量及び給気圧力を制御可能として、エンジンの必要給気量を確保するための排気エネルギーを最小限に抑え、エンジンプラントの総合効率を向上せしめ得る排気ターボ過給機を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention makes it possible to control the air supply amount and the air supply pressure by continuously controlling the compressor rotation speed without the surging of the supercharger, thereby reducing the required air supply amount of the engine. An object of the present invention is to provide an exhaust turbocharger that can minimize exhaust energy for securing and improve the overall efficiency of an engine plant.
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排ガスにより駆動されるタービンの回転軸と前記エンジンに給気を圧送するコンプレッサの回転軸との間に変速機を介装し、前記タービンの回転数を前記変速機で所定の変速比で変速して前記コンプレッサに伝達するように構成された排気ターボ過給機において、前記変速機を変速比が無段で変化可能な無段変速機で構成するとともに、前記エンジンのエンジン出力(エンジン負荷)及びエンジン回転数により設定される前記エンジンの必要給気量と該エンジンの実際の給気量(実給気量)との給気量偏差を算出し、該給気量偏差を用いて前記コンプレッサの実際の回転数(コンプレッサ実回転数)を補正して前記コンプレッサの目標回転数を算出し、該コンプレッサの目標回転数と前記タービンの実際の回転数(タービン実回転数)とにより前記変速機の変速比を算出して該変速比によって前記変速機を運転制御する制御装置をそなえたことを特徴とする(請求項1)。 The present invention achieves such an object, and a transmission is interposed between a rotating shaft of a turbine driven by exhaust gas of an engine and a rotating shaft of a compressor that pumps supply air to the engine, and the rotation of the turbine is achieved. In the exhaust turbocharger configured to shift the number with the transmission at a predetermined transmission ratio and transmit the transmission to the compressor, the transmission is configured with a continuously variable transmission capable of changing the transmission ratio continuously. In addition, an air supply amount deviation between the required air supply amount of the engine set by the engine output (engine load) and the engine speed of the engine and the actual air supply amount (actual air supply amount) of the engine is calculated. Then, the actual rotational speed (compressor actual rotational speed) of the compressor is corrected using the air supply amount deviation to calculate the target rotational speed of the compressor, and the target rotational speed of the compressor and the torque are calculated. A control device is provided that calculates the transmission ratio of the transmission based on the actual rotational speed of the bin (actual turbine rotational speed) and controls the operation of the transmission based on the transmission ratio (Claim 1). .
かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
即ち、前記エンジンの給気圧力を検出して前記制御装置に入力する給気圧力センサと、前記エンジンの給気温度を検出して前記制御装置に入力する給気温度センサと、前記コンプレッサの回転数を検出して前記制御装置に入力するコンプレッサ回転数検出器と、前記タービンの回転数を検出して前記制御装置に入力するタービン回転数検出器とをそなえ、前記制御装置は、前記給気圧力センサからの給気圧力検出値及び前記給気温度センサからの給気温度検出値に基づき前記実給気量を算出し、前記必要給気量と該実給気量との給気量偏差を算出し、該給気量偏差を用いて前記コンプレッサ回転数検出器からのコンプレッサ回転数検出値を補正して前記コンプレッサの目標回転数を算出し、該コンプレッサの目標回転数と前記タービン回転数検出器からのタービン回転数検出値とにより前記変速機の変速比を算出するように構成される(請求項2)。
In this invention, specifically, the following configuration is preferable.
That is, an air supply pressure sensor that detects an air supply pressure of the engine and inputs it to the control device, an air supply temperature sensor that detects an air supply temperature of the engine and inputs it to the control device, and a rotation of the compressor A compressor rotation number detector that detects the number of rotations and inputs the compressor rotation number to the control device; and a turbine rotation number detector that detects the rotation number of the turbine and inputs the rotation number to the control device. The actual supply air amount is calculated based on the supply air pressure detection value from the pressure sensor and the supply air temperature detection value from the supply air temperature sensor, and an air supply amount deviation between the required air supply amount and the actual air supply amount The compressor rotation speed detection value from the compressor rotation speed detector is corrected using the air supply amount deviation to calculate the target rotation speed of the compressor, and the target rotation speed of the compressor and the turbine rotation speed are calculated. The turbine rotation speed detection value from the output unit is configured to calculate the speed ratio of the transmission (claim 2).
さらに、かかる発明において、好ましくは、前記タービン出口の排ガスが通流する排出管路に排ガス熱を回収する排ガス熱回収装置を設置する(請求項5)。
また、好ましくは、前記エンジンは、発電機を直結駆動する発電用エンジンで構成される(請求項6)。
Further, in this invention, preferably, an exhaust gas heat recovery device that recovers exhaust gas heat is installed in an exhaust pipe through which the exhaust gas at the turbine outlet flows.
Preferably, the engine is a power generation engine that directly drives a generator.
かかる発明によれば、エンジンの排ガスにより駆動されるタービンの回転軸とエンジンに給気を圧送するコンプレッサの回転軸との間に変速機を介装した排気ターボ過給機において、前記変速機を変速比が無段で変化可能な無段変速機で構成するとともに、エンジン出力(エンジン負荷)及びエンジン回転数により設定されるエンジンの必要給気量と、給気圧力検出値及び給気温度検出値に基づき得られる(請求項2)実給気量との給気量偏差を算出し、この給気量偏差に対応するコンプレッサの回転数偏差を算出し、この回転数偏差を用いてコンプレッサ回転数検出値(コンプレッサの実回転数)を補正して、コンプレッサの目標回転数を算出し、該コンプレッサの目標回転数とタービン回転数検出値とにより前記変速機の変速比を算出し、該変速比によって前記変速機を運転制御するので、タービン側の排ガス条件を所要値に保持した状態で、コンプレッサの回転数を無段階で制御することによりエンジンの給気量及び給気圧力を制御でき、過給機のサージングを回避しつつ給気量及び給気圧力を自在に制御できる。
また、タービン側の回転数を一定にしたままでコンプレッサの回転数を減速させることができ、従来の排気バイパス装置をそなえたエンジンプラントよりも応答速度が速く、エンジンプラントの応答性を改善できるとともに、排気バイパス装置のような排気バイパス弁による圧力損失が皆無となる。
また、タービン側の排気エネルギーが小さいエンジンの始動時や低負荷運転時には、変速機の変速比を変えてコンプレッサの回転数を増速することで給気圧力を上昇でき、これによってエンジンの始動性を向上できる。
According to this invention, in the exhaust turbocharger in which the transmission is interposed between the rotating shaft of the turbine driven by the exhaust gas of the engine and the rotating shaft of the compressor that pumps the supply air to the engine, the transmission is The engine is composed of a continuously variable transmission whose speed ratio can be changed continuously, and the required air supply amount, the supply air pressure detection value, and the supply air temperature detection set by the engine output (engine load) and the engine speed. (Claim 2) An air supply amount deviation from the actual air supply amount obtained based on the value is calculated, a compressor rotational speed deviation corresponding to the air supply amount deviation is calculated, and the compressor rotational speed is calculated using the rotational speed deviation. The target rotation speed of the compressor is calculated by correcting the number detection value (actual rotation speed of the compressor), and the gear ratio of the transmission is calculated from the target rotation speed of the compressor and the detection value of the turbine rotation speed. Since the transmission is controlled by the gear ratio, the engine air supply and pressure are controlled by continuously controlling the compressor speed while maintaining the exhaust gas conditions on the turbine side at the required values. The air supply amount and the air supply pressure can be freely controlled while avoiding the surging of the supercharger.
In addition, the rotation speed of the compressor can be reduced while keeping the rotation speed on the turbine side constant, and the response speed of the engine plant is faster than that of an engine plant having a conventional exhaust bypass device, and the response of the engine plant can be improved. There is no pressure loss due to the exhaust bypass valve such as the exhaust bypass device.
In addition, when starting an engine with low exhaust energy on the turbine side or during low-load operation, the supply pressure can be increased by changing the gear ratio of the transmission and increasing the rotation speed of the compressor. Can be improved.
さらにかかる発明によれば、タービンの駆動トルクつまりタービンを駆動する排気エネルギーを最小限に抑えて、コンプレッサを目標回転数で運転してエンジンの必要給気量を確保することができる。
従って、前記必要給気量を得るためのタービンでの排気温度の降下量が小さくて済む
こととなって、タービン出口の排気温度を高く保持でき、これによりタービン出口の排出管路に設置されている排ガス熱回収装置(請求項5)での回収排ガス熱量を増加することが可能となり、排ガス熱回収装置を備えたエンジンプラントの総合効率を向上できる。
Furthermore, according to this invention, the required torque of the engine can be ensured by operating the compressor at the target rotational speed while minimizing the driving torque of the turbine, that is, the exhaust energy for driving the turbine.
Therefore, the amount of decrease in the exhaust temperature at the turbine for obtaining the required air supply amount can be reduced, and the exhaust temperature at the turbine outlet can be kept high, so that it is installed in the exhaust pipe at the turbine outlet. It is possible to increase the amount of heat recovered in the exhaust gas heat recovery device (Claim 5) and improve the overall efficiency of the engine plant equipped with the exhaust gas heat recovery device.
また本発明は、エンジンの排ガスにより駆動されるタービンに発電機を連結するとともに、前記エンジンに給気を圧送するコンプレッサに該コンプレッサを駆動する電動モータを連結し、前記発電機の電力により前記電動モータを介して前記コンプレッサを回転駆動するように構成された排気ターボ過給機において、電動モータを可変速電動モータで構成するとともに、前記エンジンのエンジン出力(エンジン負荷)及びエンジン回転数により設定される前記エンジンの必要給気量と該エンジンの実際の給気量(実給気量)との給気量偏差を算出し、該給気量偏差を用いて前記コンプレッサの実際の回転数(コンプレッサ実回転数)を補正して前記コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動モータの回転数を前記コンプレッサの目標回転数に運転制御する制御装置をそなえたことを特徴とする(請求項3)。 According to the present invention, a generator is connected to a turbine driven by exhaust gas of the engine, and an electric motor that drives the compressor is connected to a compressor that pumps supply air to the engine. In the exhaust turbocharger configured to rotationally drive the compressor via a motor, the electric motor is configured by a variable speed electric motor, and is set by the engine output (engine load) of the engine and the engine speed. The air supply amount deviation between the required air supply amount of the engine and the actual air supply amount (actual air supply amount) of the engine is calculated, and the actual rotational speed (compressor of the compressor) is calculated using the air supply amount deviation. The target rotational speed of the compressor is calculated by correcting the actual rotational speed), and the rotational speed of the electric motor is calculated as the target rotational speed of the compressor. Characterized in that includes a controller that controls the operation in (claim 3).
かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
即ち、前記エンジンの給気圧力を検出して前記制御装置に入力する給気圧力センサと、前記エンジンの給気温度を検出して前記制御装置に入力する給気温度センサと、前記コンプレッサの回転数を検出して前記制御装置に入力するコンプレッサ回転数検出器とをそなえ、前記制御装置は、前記給気圧力センサからの給気圧力検出値及び前記給気温度センサからの給気温度検出値に基づき前記実給気量を算出し、前記必要給気量と該実給気量との給気量偏差を算出し、該給気量偏差を用いて前記コンプレッサ回転数検出器からのコンプレッサ回転数検出値を補正して前記コンプレッサの目標回転数を算出するように構成される(請求項4)。
In this invention, specifically, the following configuration is preferable.
That is, an air supply pressure sensor that detects an air supply pressure of the engine and inputs it to the control device, an air supply temperature sensor that detects an air supply temperature of the engine and inputs it to the control device, and a rotation of the compressor A compressor rotation speed detector that detects the number and inputs it to the control device, the control device comprising: a supply air pressure detection value from the supply air pressure sensor and a supply air temperature detection value from the supply air temperature sensor The actual air supply amount is calculated on the basis of the air supply amount, the air supply amount deviation between the required air supply amount and the actual air supply amount is calculated, and the compressor rotation speed from the compressor rotation speed detector is calculated using the air supply amount deviation. A target rotational speed of the compressor is calculated by correcting the number detection value.
さらに、かかる発明において、好ましくは、前記タービン出口の排ガスが通流する排出管路に排ガス熱を回収する排ガス熱回収装置を設置する(請求項5)。
また、好ましくは、前記エンジンは、発電機を直結駆動する発電用エンジンで構成される(請求項6)。
Further, in this invention, preferably, an exhaust gas heat recovery device that recovers exhaust gas heat is installed in an exhaust pipe through which the exhaust gas at the turbine outlet flows.
Preferably, the engine is a power generation engine that directly drives a generator.
かかる発明によれば、エンジンの排ガスにより駆動されるタービンに発電機を連結するとともに、エンジンに給気を圧送するコンプレッサを電動モータで駆動するように構成された排気ターボ過給機において、前記電動モータを可変速電動モータで構成するとともに、エンジン出力(エンジン負荷)及びエンジン回転数により設定されるエンジンの必要給気量と、給気圧力検出値及び給気温度検出値に基づき得られる(請求項4)実給気量との給気量偏差を算出し、この給気量偏差に対応するコンプレッサの回転数偏差を算出し、この回転数偏差を用いてコンプレッサ回転数検出値(コンプレッサの実回転数)を補正して、コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動モータの回転数を無段階で前記コンプレッサの目標回転数に運転制御するので、
前記コンプレッサを可変速の電動モータで駆動することにより、タービン側の排気エネルギーが小さいエンジンの始動時や低負荷運転時には、電動モータの回転数を上げてコンプレッサの回転数を増速することで給気圧力を上昇でき、これによってエンジンの始動性を向上できる。
また、タービン側の排ガス条件を所要値に保持した状態で、可変速電動モータの回転数を変化させてコンプレッサの回転数を制御することによりエンジンの給気圧力を制御できるので、過給機のサージングを回避しつつ給気圧力を自在に制御できる。
また、タービン側の回転数を一定にしたままで、電動モータの回転数を低下させてコンプレッサの回転数を減速させることができるので、従来の排気バイパス装置をそなえたエンジンプラントよりも応答速度が速く、エンジンプラントの応答性を改善できるとともに、排気バイパス装置のような排気バイパス弁による圧力損失が皆無となる。
また、タービン側の背圧が上昇した場合でも、電動モータによりコンプレッサの回転数を所要回転数に保持することにより所要の給気量を保持できるので、給気量不足による異常燃焼の発生を防止できる。
According to this invention, in the exhaust turbocharger configured to connect the generator to the turbine driven by the exhaust gas of the engine and to drive the compressor that pumps the supply air to the engine by the electric motor, The motor is composed of a variable speed electric motor, and is obtained based on the required engine air supply amount set by the engine output (engine load) and the engine speed, the supply air pressure detection value, and the supply air temperature detection value. Item 4) An air supply amount deviation from the actual air supply amount is calculated, a compressor rotational speed deviation corresponding to the air supply amount deviation is calculated, and a compressor rotational speed detection value (actual compressor actual value) is calculated using the rotational speed deviation. The target rotational speed of the compressor is calculated, and the operation speed of the electric motor is controlled steplessly to the target rotational speed of the compressor. Because,
By driving the compressor with a variable-speed electric motor, the engine speed is increased by increasing the rotational speed of the electric motor when starting an engine with low exhaust energy on the turbine side or during low-load operation. The air pressure can be increased, thereby improving the startability of the engine.
In addition, while maintaining the exhaust gas condition on the turbine side at the required value, the engine air supply pressure can be controlled by changing the rotation speed of the variable speed electric motor and controlling the rotation speed of the compressor. The supply pressure can be freely controlled while avoiding surging.
In addition, since the rotation speed of the electric motor can be reduced and the rotation speed of the compressor can be reduced while the rotation speed on the turbine side is kept constant, the response speed is faster than that of an engine plant having a conventional exhaust bypass device. It is fast and can improve the responsiveness of the engine plant, and there is no pressure loss due to an exhaust bypass valve such as an exhaust bypass device.
Even when the back pressure on the turbine side increases, the required air supply can be maintained by maintaining the compressor speed at the required speed with an electric motor, preventing abnormal combustion due to insufficient air supply. it can.
さらにかかる発明によれば、タービンの駆動トルクつまりタービンを駆動する排気エネルギーを最小限に抑えて、可変速電動モータで構成される電動モータによりコンプレッサを目標回転数で運転してエンジンの必要給気量を確保することができる。
従って、前記必要給気量を得るためのタービンでの排気温度の降下量が小さくて済むこととなって、タービン出口の排気温度を高く保持でき、これによりタービン出口の排出管路に設置されている排ガス熱回収装置(請求項5)での回収排ガス熱量を増加することが可能となり、排ガス熱回収装置を備えたエンジンプラントの総合効率を向上できる。
また、エンジンにより発電機を駆動するエンジンプラントにおいては(請求項6)、前記のように少ない排気エネルギーでエンジンの必要給気量を確保できるため、タービンの余剰排気エネルギーを発電機の電力として回収可能となり、前記排ガス熱回収装置を備えない場合でもエンジンプラントの総合効率を向上できる。
Further, according to this invention, the required torque of the engine is obtained by operating the compressor at the target rotational speed by the electric motor composed of the variable speed electric motor while minimizing the turbine driving torque, that is, the exhaust energy for driving the turbine. The amount can be secured.
Therefore, the amount of decrease in the exhaust temperature at the turbine for obtaining the required air supply amount can be reduced, and the exhaust temperature at the turbine outlet can be kept high, so that it is installed in the exhaust pipe at the turbine outlet. It is possible to increase the amount of heat recovered in the exhaust gas heat recovery device (Claim 5) and improve the overall efficiency of the engine plant equipped with the exhaust gas heat recovery device.
Further, in an engine plant in which a generator is driven by an engine (Claim 6), since the required engine air supply amount can be secured with a small amount of exhaust energy as described above, surplus exhaust energy of the turbine is recovered as power of the generator. Even if the exhaust gas heat recovery device is not provided, the overall efficiency of the engine plant can be improved.
本発明によれば、排ガスタービンの回転軸と給気を圧送するコンプレッサの回転軸との間に変速機を介装した排気ターボ過給機においては、前記変速機を無段変速機で構成するとともに、エンジンの必要給気量と実給気量との給気量偏差を算出し、この給気量偏差を用いてコンプレッサの実回転数を補正して、該コンプレッサの目標回転数を算出し、この目標回転数とタービン回転数検出値とにより算出した変速比によって前記無段変速機からなる変速機を運転制御し、
あるいは、前記排ガスタービンに発電機を連結するとともに、前記コンプレッサを電動モータで駆動するように構成された排気ターボ過給機においては、前記電動モータを可変速電動モータで構成するとともに、エンジンの必要給気量と実給気量との給気量偏差を算出し、この給気量偏差を用いてコンプレッサの実回転数を補正して、該コンプレッサの目標回転数を算出し、可変速電動モータからなる電動モータの回転数を前記コンプレッサの目標回転数に運転制御するので、
タービン側の排ガス条件を所要値に保持した状態で、コンプレッサの回転数を無段階で制御することによりエンジンの給気量及び給気圧力を制御でき、過給機のサージングを回避しつつ給気量及び給気圧力を自在に制御できる。
また、タービン側の回転数を一定にしたままでコンプレッサの回転数を減速させることができて、応答速度が速くなり、エンジンプラントの応答性を改善できるとともに、排気バイパス装置のような排気バイパス弁による圧力損失が皆無となる。
また、タービン側の排気エネルギーが小さいエンジンの始動時や低負荷運転時には、変速機の変速比を変え、あるいは電動モータの回転数を変えてコンプレッサの回転数を増速することで給気圧力を上昇でき、これによってエンジンの始動性を向上できる。
According to the present invention, in an exhaust turbocharger in which a transmission is interposed between a rotary shaft of an exhaust gas turbine and a rotary shaft of a compressor that pumps supply air, the transmission is configured by a continuously variable transmission. At the same time, an air supply amount deviation between the required air supply amount and the actual air supply amount of the engine is calculated, and the actual engine speed is corrected using the air supply amount deviation to calculate the target engine speed of the compressor. , Control the operation of the transmission comprising the continuously variable transmission based on the gear ratio calculated from the target rotational speed and the turbine rotational speed detection value,
Alternatively, in an exhaust turbocharger configured to connect a generator to the exhaust gas turbine and to drive the compressor with an electric motor, the electric motor is configured with a variable speed electric motor and the engine is required. A variable speed electric motor calculates an air supply amount deviation between the air supply amount and the actual air supply amount, corrects the actual rotational speed of the compressor using the air supply amount deviation, calculates a target rotational speed of the compressor, and Because the operation control of the rotation speed of the electric motor consisting of the compressor to the target rotation speed of the compressor,
While maintaining the exhaust gas conditions on the turbine side at the required values, the air supply amount and the air supply pressure of the engine can be controlled by controlling the rotation speed of the compressor steplessly. The amount and supply pressure can be controlled freely.
In addition, the rotation speed of the compressor can be reduced while keeping the rotation speed on the turbine side constant, the response speed becomes faster, the response of the engine plant can be improved, and an exhaust bypass valve such as an exhaust bypass device No pressure loss due to.
In addition, when starting an engine with low exhaust energy on the turbine side or during low-load operation, change the gear ratio of the transmission, or change the rotation speed of the electric motor to increase the rotation speed of the compressor, thereby increasing the supply air pressure. As a result, the engine startability can be improved.
さらに本発明によれば、タービンの駆動トルクつまりタービンを駆動する排気エネルギーを最小限に抑えて、コンプレッサを目標回転数で運転してエンジンの必要給気量を確保することができる。
従って、前記必要給気量を得るためのタービンでの排気温度の降下量が小さくて済むこととなって、タービン出口の排気温度を高く保持でき、これにより排ガス熱回収装置での回収排ガス熱量を増加することが可能となり、排ガス熱回収装置を備えたエンジンプラントの総合効率を向上できる。
また、エンジンにより発電機を駆動するエンジンプラントにおいては、前記のように少ない排気エネルギーでエンジンの必要給気量を確保できるため、タービンの余剰排気エネルギーを発電機の電力として回収可能となり、前記排ガス熱回収装置を備えない場合でもエンジンプラントの総合効率を向上できる。
Furthermore, according to the present invention, the required air supply amount of the engine can be secured by operating the compressor at the target rotational speed while minimizing the driving torque of the turbine, that is, the exhaust energy for driving the turbine.
Therefore, the amount of decrease in the exhaust gas temperature at the turbine for obtaining the required supply air amount can be small, and the exhaust gas temperature at the turbine outlet can be kept high, thereby reducing the amount of exhaust gas heat recovered by the exhaust gas heat recovery device. The total efficiency of the engine plant equipped with the exhaust gas heat recovery device can be improved.
In addition, in an engine plant that drives a generator by an engine, the required supply amount of the engine can be secured with a small amount of exhaust energy as described above, so that surplus exhaust energy of the turbine can be recovered as power of the generator, and the exhaust gas Even when no heat recovery device is provided, the overall efficiency of the engine plant can be improved.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の第1実施例に係る排気ターボ過給機をそなえたガスエンジンの全体構成図、図2は前記第1実施例における排気ターボ過給機の制御ブロック図である。
図1において、1はエンジン(ガスエンジン)、2は該エンジン1に直結駆動される発電機である。20は過給機(排気ターボ過給機)で、前記エンジン1から排気管7を通して導入される排ガスにより駆動されるタービン8、前記エンジン1に給気管6を通して給気を圧送するコンプレッサ5、前記タービン8の回転軸とコンプレッサ5の回転軸との間に介装された変速機9とによって構成される。
前記変速機9は、変速比が無段で連続的に変化可能な流体継手を含む各種の無段変速機で構成される。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas engine provided with an exhaust turbocharger according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a control block diagram of the exhaust turbocharger in the first embodiment.
In FIG. 1, 1 is an engine (gas engine), and 2 is a generator that is directly connected to the engine 1.
The transmission 9 is composed of various continuously variable transmissions including a fluid coupling whose speed ratio is continuously variable and can be changed continuously.
15は空気管、3はガス供給管、4は該ガス供給管3に設けられて燃料ガスの流量を調整するガス量調整弁で、前記ガス量調整弁4で流量を調整された燃料ガスと前記空気管を通った空気とが目標の空燃比で混合され、コンプレッサ入口給気管17を通って前記コンプレッサ5の吸入口に供給されるようになっている。
16は前記タービン8の排ガス出口に接続される排出管、30は排ガス熱回収装置で、前記タービン8を駆動した後、排出管16を通して排出される排ガス熱を該排ガス熱回収装置30によって回収する。
15 is an air pipe, 3 is a gas supply pipe, and 4 is a gas amount adjusting valve provided in the gas supply pipe 3 to adjust the flow rate of the fuel gas. The fuel gas whose flow rate is adjusted by the gas amount adjusting valve 4 and The air that has passed through the air pipe is mixed at a target air-fuel ratio and supplied to the intake port of the compressor 5 through the compressor inlet
100は後述する演算、制御を行う制御装置、13は前記エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数検出器、12は前記エンジン1の出力つまり前記発電機2からのエンジン負荷を検出する負荷検出器で、該エンジン回転数検出器13からのエンジン回転数の検出値及び負荷検出器12からのエンジン負荷の検出値は前記制御装置100に入力される。
10はエンジン1の給気圧力を検出して前記制御装置100に入力する給気圧力センサ、11は前記エンジン1の給気温度を検出して前記制御装置100に入力する給気温度センサ、19は前記コンプレッサ5の回転数を検出して前記制御装置100に入力するコンプレッサ回転数検出器、18は前記タービン8の回転数を検出して前記制御装置1に入力するタービン回転数検出器である。
そして、前記制御装置100は、前記エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値各検出値に基づき、前記ガス量調整弁4の開度を調整するとともに、前記各検出器及びセンサからの検出信号に基づき以下のような演算、制御を行なう。
10 is a supply air pressure sensor that detects the supply air pressure of the engine 1 and inputs it to the
The
即ち、図2に示される排気ターボ過給機の制御ブロック図において、前記給気圧力センサ10からのエンジン1の記給気圧力の検出値及び前記給気温度センサ11からのエンジン1の給気温度の検出値は前記制御装置100の実給気量算出部101に入力される。
該エンジン1の実際の給気量即ち実給気量は、図5(B)のように給気圧力及び給気温度と比例関係にあり、実給気量算出部101においては前記給気圧力の検出値Ps及び給気温度の検出値Tsとエンジンの行程容積Vhとを用いて実給気量Q1を算出する。
この実給気量Q1は給気量偏差算出部104に入力される。
That is, in the control block diagram of the exhaust turbocharger shown in FIG. 2, the detected value of the supply air pressure of the engine 1 from the supply
The actual air supply amount, that is, the actual air supply amount of the engine 1 is proportional to the air supply pressure and the air supply temperature as shown in FIG. 5B, and the actual air supply
This actual air supply amount Q <b> 1 is input to the air supply amount
また、前記エンジン回転数検出器13からのエンジン回転数の検出値及び負荷検出器12からのエンジン負荷の検出値は前記制御装置100の必要給気量算出部102に入力される。
103は必要給気量設定部で、図5(A)のように、エンジン出力即ちエンジン負荷及びエンジン回転数と、該エンジン負荷及びエンジン回転数に対応する必要給気量(目標給気量)との関係が設定されている。
前記必要給気量算出部102においては、前記エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する必要給気量Q0を前記必要給気量設定部103から算出(抽出)する。
この必要給気量Q0は前記エンジン回転数及びエンジン負荷での運転時において所要の完全燃焼を行なうために必要な給気量であり、該必要給気量Q0は前記給気量偏差算出部104に入力される。
Further, the detected value of the engine speed from the
The required air supply
The required air supply amount Q0 is an air supply amount required for performing the required complete combustion during operation at the engine speed and engine load. The required air supply amount Q0 is the air supply amount
該給気量偏差算出部104においては、前記必要給気量Q0と実給気量Q1との給気量偏差ΔQ(=|Q0−Q1|)を算出してコンプレッサ回転数偏差算出部105に入力する。
該コンプレッサ回転数偏差算出部105においては、図5(C)のように、コンプレッサ5の作動特性として、給気量(コンプレッサ5の送出給気量)Qとコンプレッサ回転数Ncとの関係が設定されており、前記給気量偏差ΔQが入力されると、図5(C)の作動特性から該給気量偏差ΔQに相当するコンプレッサ回転数偏差ΔNcを算出し、コンプレッサ回転数算出部106に入力する。
In the air supply amount
In the compressor rotation speed
該コンプレッサ回転数算出部106においては、前記コンプレッサ回転数検出器20から入力されるコンプレッサ5の回転数検出値Ncを前記コンプレッサ回転数偏差ΔNcで補正して、コンプレッサ5の目標回転数Nc0を算出する。
即ち該コンプレッサ回転数算出部106においては、前記コンプレッサ5の実際の回転数Ncと、前記必要給気量Q0と実給気量Q1との給気量偏差ΔQに相当するコンプレッサ回転数偏差ΔNcとを加、減算して前記コンプレッサ5の目標回転数Nc0を算出する(Nc0=Nc±ΔNc)。
この場合、前記実給気量Q1が必要給気量Q0よりも小さい(給気量偏差ΔQ=Q0−Q1>0)のときは、コンプレッサ5の目標回転数Nc0=Nc+ΔNcとして前記コンプレッサ5の回転数検出値Ncよりも大きくし、前記実給気量Q1が必要給気量Q0よりも大きい(給気量偏差ΔQ=Q0−Q1<0)のときは、コンプレッサ5の目標回転数Nc0=Nc−ΔNcとして前記コンプレッサ5の回転数検出値Ncよりも小さくする。
該コンプレッサ回転数算出部106で算出されたコンプレッサ5の目標回転数Nc0は変速比算出部108に入力される。
The compressor rotational
That is, in the compressor rotation
In this case, when the actual air supply amount Q1 is smaller than the required air supply amount Q0 (air supply amount deviation ΔQ = Q0−Q1> 0), the compressor 5 rotates as the target rotational speed Nc0 = Nc + ΔNc. When the actual air supply amount Q1 is larger than the required air supply amount Q0 (supply amount deviation ΔQ = Q0−Q1 <0), the target rotational speed Nc0 = Nc of the compressor 5 is set. −ΔNc is made smaller than the rotation speed detection value Nc of the compressor 5.
The target rotational speed Nc0 of the compressor 5 calculated by the compressor rotational
該変速比算出部108には、前記タービン回転数検出器18から前記タービン8の回転数検出値Ntが入力されており、該変速比算出部108においては、前記コンプレッサ回転数算出部106からのコンプレッサ5の目標回転数Nc0と前記タービン8の回転数検出値Ntとの比である、図5(D)に示されるような変速比y=Nc0/Ntを算出し、この変速比yを前記変速機9に入力し、該変速機9を変速比yで以って運転制御する。
従って、前記変速機9はタービン8の回転数検出値Ntが変化しても、該タービン8の回転数検出値Ntの変化に従って前記コンプレッサ5の回転数が前記目標回転数Nc0になるように変速比yを変化させて運転される。
The speed
Therefore, the transmission 9 changes the speed of the compressor 5 so that the rotational speed of the compressor 5 becomes the target rotational speed Nc0 according to the change of the rotational speed detection value Nt of the turbine 8 even if the rotational speed detection value Nt of the turbine 8 changes. It is operated by changing the ratio y.
かかる第1実施例によれば、エンジン1の排ガスにより駆動されるタービン8の回転軸とエンジン1に給気を圧送するコンプレッサ5の回転軸との間に変速機9を介装した排気ターボ過給機20において、前記変速機9を変速比が無段で変化可能な無段変速機で構成するとともに、エンジン出力(エンジン負荷)及びエンジン回転数により設定されるエンジン1の必要給気量Q0と、給気圧力検出値及び給気温度検出値に基づき得られる実給気量Q1との給気量偏差ΔQ(=|Q0−Q1|)を算出し、この給気量偏差ΔQに対応するコンプレッサの回転数偏差ΔNcを算出し、この回転数偏差ΔNcを用いてコンプレッサ回転数検出値(コンプレッサの実回転数)Ncを補正して、コンプレッサの目標回転数Nc0を算出し、該コンプレッサの目標回転数Nc0とタービン回転数検出値Ntとにより前記変速機9の変速比yを算出し、該変速比yによって前記変速機9を運転制御するので、タービン8側の排ガス条件を所要値に保持した状態で、コンプレッサ5の回転数を無段階で制御することによりエンジン1の給気量及び給気圧力を制御でき、過給機20のサージングを回避しつつ給気量及び給気圧力を自在に制御できる。
また、タービン8側の回転数Ntを一定にしたままでコンプレッサ5の回転数Ncを減速させることができることとなり、従来の排気バイパス装置をそなえたエンジンプラントよりも応答速度が速く、エンジンプラントの応答性を改善できるとともに、排気バイパス装置のような排気バイパス弁による圧力損失が皆無となる。
また、タービン8側の排気エネルギーが小さいエンジン1の始動時や低負荷運転時には、変速機9の変速比yを変えてコンプレッサ5の回転数Ncを増速することで給気圧力を上昇でき、これによってエンジン1の始動性を向上できる。
According to the first embodiment, an exhaust turbocharger having a transmission 9 interposed between a rotating shaft of a turbine 8 driven by exhaust gas of the engine 1 and a rotating shaft of a compressor 5 that pumps supply air to the engine 1. In the
In addition, the rotational speed Nc of the compressor 5 can be reduced while the rotational speed Nt on the turbine 8 side is kept constant, and the response speed of the engine plant is faster than that of an engine plant having a conventional exhaust bypass device. And the pressure loss due to the exhaust bypass valve such as the exhaust bypass device is eliminated.
In addition, when starting the engine 1 with low exhaust energy on the turbine 8 side or during low load operation, the supply pressure can be increased by changing the speed ratio y of the transmission 9 to increase the rotational speed Nc of the compressor 5, Thereby, the startability of the engine 1 can be improved.
さらにかかる第1実施例によれば、タービン8の駆動トルクつまり該タービン8を駆動する排気エネルギーを最小限に抑えて、コンプレッサ5を目標回転数Nc0で運転してエンジン1の必要給気量Q0を確保することができる。
従って、前記必要給気量Q0を得るためのタービン8での排気温度の降下量が小さくて済むこととなって、タービン8出口の排気温度を高く保持でき、これによりタービン8出口の排出管16に設置されている排ガス熱回収装置30での回収排ガス熱量を増加することが可能となり、該排ガス熱回収装置30を備えたエンジンプラントの総合効率を向上できる。
また、この実施例のように、エンジン1により発電機2を駆動するエンジンプラントにおいては、前記のように少ない排気エネルギーでエンジン1の必要給気量Q0を確保できるため、タービン8の余剰排気エネルギーを発電機2の電力として回収可能となり、前記排ガス熱回収装置30を備えない場合でもエンジンプラントの総合効率を向上できる。
Furthermore, according to the first embodiment, the driving torque of the turbine 8, that is, the exhaust energy for driving the turbine 8, is minimized, the compressor 5 is operated at the target rotational speed Nc0, and the required air supply amount Q0 of the engine 1 is reached. Can be secured.
Accordingly, the amount of decrease in the exhaust temperature at the turbine 8 for obtaining the required air supply amount Q0 can be reduced, so that the exhaust temperature at the outlet of the turbine 8 can be kept high, thereby the
Further, in the engine plant in which the generator 1 is driven by the engine 1 as in this embodiment, the required supply air amount Q0 of the engine 1 can be secured with a small amount of exhaust energy as described above. Can be recovered as the electric power of the generator 2, and the overall efficiency of the engine plant can be improved even when the exhaust gas
図3は本発明の第2実施例に係る排気ターボ過給機をそなえたガスエンジンの全体構成図、図4は前記第2実施例における排気ターボ過給機の制御ブロック図である。
この第2実施例においては、前記第1実施例における変速機9を除去し、エンジン1の排ガスにより駆動されるタービン8にタービン発電機22を連結するとともに、前記エンジン1に給気を圧送するコンプレッサ5に該コンプレッサ5を駆動する可変速電動モータからなる電動モータ21を連結し、前記タービン発電機22と電動モータ21を電気的に接続し(29は接続回線)、タービン発電機22での発電電力で電動モータ21を駆動するように構成している。
その他の構成は、図1に示される第1実施例と同様であり、これと同一の部材、要素は同一の符号で示す(図1における空気管15、ガス供給管3、ガス量調整弁4は図示を省略している)。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a gas engine having an exhaust turbocharger according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a control block diagram of the exhaust turbocharger in the second embodiment.
In the second embodiment, the transmission 9 in the first embodiment is removed, the turbine generator 22 is connected to the turbine 8 driven by the exhaust gas of the engine 1, and the supply air is pumped to the engine 1. An
Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same members and elements are denoted by the same reference numerals (the air pipe 15, the gas supply pipe 3, and the gas amount adjusting valve 4 in FIG. 1). Is omitted).
次に、図4に基づき、この第2実施例における前記制御装置100の作動、即ち排気ターボ過給機20の制御動作を説明する。
図4において、前記給気圧力センサ10からのエンジン1の記給気圧力の検出値及び前記給気温度センサ11からのエンジン1の給気温度の検出値は、前記制御装置100の実給気量算出部101に入力される。該エンジン1の実際の給気量即ち実給気量は、図5(B)のように給気圧力及び給気温度と比例関係にあり、実給気量算出部101においては前記給気圧力の検出値Ps及び給気温度の検出値Tsとエンジンの行程容積Vhとを用いて実給気量Q1を算出する。この実給気量Q1は給気量偏差算出部104に入力される。
Next, the operation of the
In FIG. 4, the detected value of the supply air pressure of the engine 1 from the supply
また、前記エンジン回転数検出器13からのエンジン回転数の検出値及び負荷検出器12からのエンジン負荷の検出値は前記制御装置100の必要給気量算出部102に入力される。
103は必要給気量設定部で、図5(A)のように、エンジン出力即ちエンジン負荷及びエンジン回転数と、該エンジン負荷及びエンジン回転数に対応する必要給気量(目標給気量)との関係が設定されている。
前記必要給気量算出部102においては、前記エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する必要給気量Q0を前記必要給気量設定部103から算出(抽出)する。この必要給気量Q0は前記エンジン回転数及びエンジン負荷での運転時において所要の完全燃焼を行なうために必要な給気量であり、該必要給気量Q0は前記給気量偏差算出部104に入力される。
Further, the detected value of the engine speed from the
The required air supply
該給気量偏差算出部104においては、前記必要給気量Q0と実給気量Q1との給気量偏差ΔQ(=|Q0−Q1|)を算出してコンプレッサ回転数偏差算出部105に入力する。コンプレッサ回転数偏差算出部105においては、図5(C)のように、コンプレッサ5の作動特性として、給気量(コンプレッサ5の送出給気量)Qとコンプレッサ回転数Ncとの関係が設定されており、前記給気量偏差ΔQが入力されると、図5(C)の作動特性から該給気量偏差ΔQに相当するコンプレッサ回転数偏差ΔNcを算出し、コンプレッサ回転数算出部106に入力する。
In the air supply amount
該コンプレッサ回転数算出部106においては、前記コンプレッサ回転数検出器20から入力されるコンプレッサ5の回転数検出値Ncを前記コンプレッサ回転数偏差ΔNcで補正して、コンプレッサ5の目標回転数Nc0を算出する。
即ち該コンプレッサ回転数算出部106においては、前記コンプレッサ5の実際の回転数Ncと、前記必要給気量Q0と実給気量Q1との給気量偏差ΔQに相当するコンプレッサ回転数偏差ΔNcとを加、減算して前記コンプレッサ5の目標回転数Nc0を算出する(Nc0=Nc±ΔNc)。
この場合、前記実給気量Q1が必要給気量Q0よりも小さい(給気量偏差ΔQ=Q0−Q1>0)のときは、コンプレッサ5の目標回転数Nc0=Nc+ΔNcとして前記コンプレッサ5の回転数検出値Ncよりも大きくし、前記実給気量Q1が必要給気量Q0よりも大きい(給気量偏差ΔQ=Q0−Q1<0)のときは、コンプレッサ5の目標回転数Nc0=Nc−ΔNcとして前記コンプレッサ5の回転数検出値Ncよりも小さくする。
以上の動作は前記第1実施例と同様である。
The compressor rotational
That is, in the compressor rotation
In this case, when the actual air supply amount Q1 is smaller than the required air supply amount Q0 (air supply amount deviation ΔQ = Q0−Q1> 0), the compressor 5 rotates as the target rotational speed Nc0 = Nc + ΔNc. When the actual air supply amount Q1 is larger than the required air supply amount Q0 (supply amount deviation ΔQ = Q0−Q1 <0), the target rotational speed Nc0 = Nc of the compressor 5 is set. −ΔNc is made smaller than the rotation speed detection value Nc of the compressor 5.
The above operation is the same as that of the first embodiment.
前記コンプレッサ回転数算出部106で算出されたコンプレッサ5の目標回転数Nc0
は電動モータ回転数設定部110に入力される。
該電動モータ回転数設定部110においては、コンプレッサ5を直結駆動する前記電動モータ21の電流値を制御して、前記コンプレッサ5を前記目標回転数Nc0で運転せしめる。
従って、前記電動モータ21はタービン8の回転数検出値Ntが変化しても、該タービン8の回転数検出値Ntの変化に従って、前記コンプレッサ5の回転数が前記目標回転数Nc0になるように電流値を変化させて運転される。
The target rotational speed Nc0 of the compressor 5 calculated by the compressor rotational
Is input to the electric motor rotation
The electric motor rotational
Therefore, even if the rotation speed detection value Nt of the turbine 8 changes, the
かかる第2実施例によれば、エンジン1の排ガスにより駆動されるタービン8に発電機2を連結するとともに、エンジン1に給気を圧送するコンプレッサ5を可変速の電動モータ21で駆動するように構成された排気ターボ過給機20において、エンジン出力(エンジン負荷)及びエンジン回転数により設定されるエンジンの必要給気量Q0と、給気圧力検出値及び給気温度検出値に基づき得られる実給気量Q1との給気量偏差ΔQを算出し、この給気量偏差ΔQに対応するコンプレッサ5の回転数偏差ΔNcを算出し、この回転数偏差ΔNcを用いてコンプレッサ回転数検出値(コンプレッサ5の実回転数)を補正して、該コンプレッサ5の目標回転数Nc0を算出し、前記電動モータ21の回転数を無段階で前記コンプレッサの目標回転数Nc0に運転制御するので、
前記コンプレッサ5を可変速の電動モータ21で駆動することにより、タービン8側の排気エネルギーが小さいエンジンの始動時や低負荷運転時には、電動モータ21の回転数を上げてコンプレッサ5の回転数を増速することで給気圧力を上昇でき、これによってエンジン1の始動性を向上できる。
また、タービン8側の排ガス条件を所要値に保持した状態で、可変速の電動モータ21の回転数を変化させてコンプレッサ5の回転数を制御することによりエンジン1の給気圧力を制御できるので、過給機20のサージングを回避しつつ給気圧力を自在に制御できる。
また、タービン8側の回転数を一定にしたままで、可変速の電動モータ21の回転数を低下させてコンプレッサ5の回転数を減速させることができるので、従来の排気バイパス装置をそなえたエンジンプラントよりも応答速度が速く、エンジンプラントの応答性を改善できるとともに、排気バイパス装置のような排気バイパス弁による圧力損失が皆無となる。
また、タービン8側の背圧が上昇した場合でも、可変速の電動モータ21によってコンプレッサ5の回転数を所要回転数に保持することにより所要の給気量を保持できるので、給気量不足による異常燃焼の発生を防止できる。
According to the second embodiment, the generator 2 is connected to the turbine 8 driven by the exhaust gas of the engine 1, and the compressor 5 that pumps the supply air to the engine 1 is driven by the variable speed
By driving the compressor 5 with the variable-speed
Further, the supply pressure of the engine 1 can be controlled by changing the rotational speed of the variable speed
Further, since the rotational speed of the variable speed
Further, even when the back pressure on the turbine 8 side increases, the required air supply amount can be maintained by maintaining the rotation speed of the compressor 5 at the required rotation speed by the variable speed
さらにかかる第2実施例によれば、タービン8の駆動トルクつまり該タービン8を駆動する排気エネルギーを最小限に抑えて、可変速の電動モータ21によりコンプレッサ5を目標回転数で運転してエンジン1の必要給気量Q0を確保することができる。
従って、前記必要給気量Q0を得るためのタービン8での排気温度の降下量が小さくて済むこととなって、タービン8出口の排気温度を高く保持でき、これによりタービン出口の排出管16に設置されている排ガス熱回収装置30での回収排ガス熱量を増加することが可能となり、排ガス熱回収装置30を備えたエンジンプラントの総合効率を向上できる。
また、エンジン1により発電機2を駆動するエンジンプラントにおいては、前記のように少ない排気エネルギーでエンジン1の必要給気量Q0を確保できるため、タービン8の余剰排気エネルギーを発電機2の電力として回収可能となり、前記排ガス熱回収装置30を備えない場合でもエンジンプラントの総合効率を向上できる。
Further, according to the second embodiment, the driving torque of the turbine 8, that is, the exhaust energy for driving the turbine 8 is minimized, and the compressor 5 is operated at the target rotational speed by the variable speed
Accordingly, the amount of decrease in the exhaust temperature at the turbine 8 for obtaining the required air supply amount Q0 can be small, and the exhaust temperature at the outlet of the turbine 8 can be kept high. It is possible to increase the amount of heat recovered from the exhaust gas
Moreover, in the engine plant which drives the generator 2 with the engine 1, since the required air supply amount Q0 of the engine 1 can be secured with a small amount of exhaust energy as described above, the surplus exhaust energy of the turbine 8 is used as the power of the generator 2. Even if the exhaust gas
本発明によれば、コンプレッサ回転数を過給機のサージングを伴うことなく無段階で制御することにより給気量及び給気圧力を制御可能として、エンジンの必要給気量を確保するための排気エネルギーを最小限に抑え、エンジンプラントの総合効率を向上せしめ得る排気ターボ過給機を提供できる。 According to the present invention, it is possible to control the supply air amount and the supply air pressure by continuously controlling the compressor rotation speed without surging of the supercharger, and the exhaust gas for ensuring the necessary supply air amount of the engine. An exhaust turbocharger capable of minimizing energy and improving the overall efficiency of the engine plant can be provided.
1 エンジン(ガスエンジン)
2 発電機
3 ガス供給管
4 ガス量調整弁
5 コンプレッサ
6 給気管
7 排気管
8 タービン
9 変速機
10 給気圧力センサ
11 給気温度センサ
12 負荷検出器
13 エンジン回転数検出器
15 空気管
16 排出管
17 コンプレッサ入口給気管
18 タービン回転数検出器
19 コンプレッサ回転数検出器
20 過給機(排気ターボ過給機)
21 電動モータ
22 タービン発電機
30 排ガス熱回収装置
100 制御装置
1 Engine (gas engine)
2 Generator 3 Gas supply pipe 4 Gas amount adjusting valve 5 Compressor 6 Air supply pipe 7 Exhaust pipe 8 Turbine 9
21 Electric motor 22
Claims (6)
The exhaust turbocharger according to any one of claims 1 to 4, wherein the engine is a power generation engine that directly drives a generator.
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