JP6309190B2 - 内燃機関および船舶ならびに内燃機関の運転方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＥＧＲを行う内燃機関および船舶ならびに内燃機関の運転方法に関するものである。
排ガス中に含まれる窒素酸化物（NOx）を低減するために、エンジン（内燃機関）本体から排出される排ガスの一部をエンジン本体の給気側に戻すＥＧＲ（排気再循環；Exhaust Gas Recirculation）が行われている（下記特許文献１参照）。
また、ＥＧＲの一種として、過給機のタービンにて仕事を終えた排ガスを再循環させて過給機のコンプレッサの入口に戻す低圧ＥＧＲが知られている。
しかし、低圧ＥＧＲは、排ガスを過給機のコンプレッサに戻すので、排ガスによってコンプレッサを汚損するおそれがある。
また、低圧ＥＧＲでは、再循環ガスを過給機のコンプレッサ側に加圧して押し込むためのＥＧＲブロアが採用される。エンジン本体の負荷が低い低負荷にてＥＧＲを行うと、過給機の回転数が低くコンプレッサの吸込み負圧が小さく、ＥＧＲブロアの加圧によって容易に吸い込み負圧を超え、排ガスと空気とを混合するミキサから排ガスが大気へ逆流する恐れがあるため、再循環ガスを押し込むためのＥＧＲブロアの回転数を細かく制御する必要があり運転が難しくなるという問題がある。
また、低圧ＥＧＲでは、再循環ガスを過給機のコンプレッサ側に加圧して押し込むためのＥＧＲブロアが採用される。エンジン本体の負荷が低い低負荷にてＥＧＲを行うと、過給機の回転数が低くコンプレッサの吸込み負圧が小さく、ＥＧＲブロアの加圧によって容易に吸い込み負圧を超え、排ガスと空気とを混合するミキサから排ガスが大気へ逆流する恐れがあるため、再循環ガスを押し込むためのＥＧＲブロアの回転数を細かく制御する必要があり運転が難しくなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低圧ＥＧＲを行う際に、過給機のコンプレッサの汚損の危険性を低減するとともに、低負荷であっても簡便に制御することができる内燃機関および船舶ならびに内燃機関の運転方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関および船舶ならびに内燃機関の運転方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる内燃機関は、舶用２サイクルディーゼルエンジンとされた内燃機関本体と、該内燃機関本体から排出された排ガスによって駆動されるタービン、及び、該タービンに連結され駆動されるコンプレッサを有する過給機と、前記タービンから排出された排ガスの一部を前記コンプレッサの上流側に導くＥＧＲ経路と、該ＥＧＲ経路に設けられるとともに前記コンプレッサへと向かう排ガスを加圧するＥＧＲブロアと備え、前記ＥＧＲ経路における前記ＥＧＲブロアと前記コンプレッサとの間には、該コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクへと導くＥＧＲバイパス経路が接続され、前記ＥＧＲ経路を通り前記コンプレッサに向かう排ガス流れと、前記ＥＧＲバイパス経路を通り前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れとを切り換えるＥＧＲバイパス切換手段を備えていることを特徴とする。
すなわち、本発明にかかる内燃機関は、舶用２サイクルディーゼルエンジンとされた内燃機関本体と、該内燃機関本体から排出された排ガスによって駆動されるタービン、及び、該タービンに連結され駆動されるコンプレッサを有する過給機と、前記タービンから排出された排ガスの一部を前記コンプレッサの上流側に導くＥＧＲ経路と、該ＥＧＲ経路に設けられるとともに前記コンプレッサへと向かう排ガスを加圧するＥＧＲブロアと備え、前記ＥＧＲ経路における前記ＥＧＲブロアと前記コンプレッサとの間には、該コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクへと導くＥＧＲバイパス経路が接続され、前記ＥＧＲ経路を通り前記コンプレッサに向かう排ガス流れと、前記ＥＧＲバイパス経路を通り前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れとを切り換えるＥＧＲバイパス切換手段を備えていることを特徴とする。
ＥＧＲ経路を通りＥＧＲブロアによって導かれた排ガスを、ＥＧＲバイパス切換手段によって、ＥＧＲバイパス経路を通り内燃機関本体の掃気トランクに排ガスを導くことができるようにした。これにより、コンプレッサをバイパスして排ガスを内燃機関本体の掃気トランクに直接導くことができ、排ガスによるコンプレッサの汚染を防止することができる。
また、ＥＧＲバイパス経路を使用する際には、過給機のコンプレッサに排ガスが導かれることがないので、コンプレッサに流入する流体の組成が排ガスによって変わることがなく（例えば空気のみが導かれ）、安定した過給機の運転が可能となる。
また、ＥＧＲバイパス経路を使用する際には、過給機のコンプレッサに排ガスが導かれることがないので、コンプレッサに流入する流体の組成が排ガスによって変わることがなく（例えば空気のみが導かれ）、安定した過給機の運転が可能となる。
さらに、本発明の内燃機関では、前記ＥＧＲバイパス切換手段は、前記内燃機関本体の定格負荷よりも低い所定負荷にて前記ＥＧＲバイパス経路を選択するように切り換え、前記所定負荷は、前記ＥＧＲブロアが出力可能な吐出圧力で給気することができる前記内燃機関本体の掃気圧力から決定され、前記内燃機関本体の定格の３０％以下とされていることを特徴とする。
内燃機関本体の定格負荷よりも低い場合には、内燃機関本体の排ガス量が定格負荷の時よりも少なくなり、そのためＥＧＲガス量も定格負荷の時よりも少なくなる。したがって、ＥＧＲブロアの作動点としては定格負荷の時に比べて余裕が生じる。さらに、内燃機関本体においても掃気圧力が定格負荷の時に比べて低いため、ＥＧＲブロアを用いて過給機のコンプレッサをバイパスして給気することができる。そこで、内燃機関本体が低負荷とされている場合にはＥＧＲバイパス経路を選択することにより、過給機のコンプレッサをバイパスして排ガスを内燃機関本体の掃気トランクに直接導くこととした。これにより、過給機のコンプレッサの運転状態に影響を受けることなくＥＧＲブロアを運転することができ、低負荷であっても簡便に制御することができる。
ＥＧＲバイパス切換手段を動作させる際に用いる定格負荷よりも低い所定負荷としては、例えばＥＧＲブロアが出力可能な吐出圧力で給気することができる内燃機関本体の掃気圧力から決まる。例えば、ＥＧＲブロアは、定格負荷の時においてその上流側の圧力損失（例えば上流側経路、ＥＧＲ切換弁、スクラバー等の圧力損失）を補う程度の容量とされている場合には、その容量によって出力可能な吐出圧力から決まる。典型的には、例えば内燃機関本体の定格の３０％負荷以下、好ましくは２５％負荷以下、さらに好ましくは２０％負荷となる。
ＥＧＲバイパス切換手段を動作させる際に用いる定格負荷よりも低い所定負荷としては、例えばＥＧＲブロアが出力可能な吐出圧力で給気することができる内燃機関本体の掃気圧力から決まる。例えば、ＥＧＲブロアは、定格負荷の時においてその上流側の圧力損失（例えば上流側経路、ＥＧＲ切換弁、スクラバー等の圧力損失）を補う程度の容量とされている場合には、その容量によって出力可能な吐出圧力から決まる。典型的には、例えば内燃機関本体の定格の３０％負荷以下、好ましくは２５％負荷以下、さらに好ましくは２０％負荷となる。
さらに、本発明の内燃機関では、前記ＥＧＲ経路には、排ガスを冷却するＥＧＲ冷却器が設けられ、前記ＥＧＲバイパス切換手段は、前記ＥＧＲ冷却器の上流側に設けられていることを特徴とする。
ＥＧＲバイパス切換手段によってＥＧＲバイパス経路を選択すると、ＥＧＲバイパス切換弁の下流側に設けられたＥＧＲ冷却器には排ガスが流れない。この場合にはＥＧＲ冷却器に供給する冷却媒体（例えば冷却水）を低減又は停止することができるので、ＥＧＲ冷却器に冷却媒体を供給するユーティリティを削減することができる。
また、本発明の船舶は、上記のいずれかの内燃機関を備えていることを特徴とする。
上記構成により、過給機のコンプレッサの汚損の危険性を低減することができる内燃機関を備えた船舶を実現することができる。
また、本発明の内燃機関の運転方法は、舶用２サイクルディーゼルエンジンとされた内燃機関本体からの排ガスによってタービンを駆動するとともに該タービンに連結されたコンプレッサを駆動する工程と、前記タービンからの排ガスの一部を前記コンプレッサの上流側に導く工程と、前記コンプレッサへと向かう排ガスをＥＧＲブロアによって加圧する工程と、前記ＥＧＲブロアによって排ガスを加圧した後に前記コンプレッサをバイパスして排ガスを前記内燃機関本体の掃気トランクへと導く工程と、備えた内燃機関の運転方法において、前記コンプレッサに向かう排ガス流れと、前記コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れとを切り換え、前記内燃機関本体の定格負荷よりも低い所定負荷にて前記コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れを選択するように切り換え、前記所定負荷は、前記ＥＧＲブロアが出力可能な吐出圧力で給気することができる前記内燃機関本体の掃気圧力から決定され、前記内燃機関本体の定格の３０％以下とされていることを特徴とする。
ＥＧＲ経路を通りＥＧＲブロアによって導かれた排ガスを、ＥＧＲバイパス切換手段によって、ＥＧＲバイパス経路を通り内燃機関本体の掃気トランクに排ガスを導くことができるようにした。これにより、コンプレッサをバイパスして排ガスを内燃機関本体の掃気トランクに直接導くことができ、排ガスによるコンプレッサの汚染を防止することができる。
また、ＥＧＲバイパス経路を使用する際には、過給機のコンプレッサに排ガスが導かれることがないので、コンプレッサに流入する流体の組成が排ガスによって変わることがなく（例えば空気のみが導かれ）、安定した過給機の運転が可能となる。
また、ＥＧＲバイパス経路を使用する際には、過給機のコンプレッサに排ガスが導かれることがないので、コンプレッサに流入する流体の組成が排ガスによって変わることがなく（例えば空気のみが導かれ）、安定した過給機の運転が可能となる。
ＥＧＲバイパス切換手段によって、過給機のコンプレッサをバイパスして排ガスを内燃機関本体の掃気トランクに直接導くこととしたので、過給機のコンプレッサの汚損の危険性を低減することができる。
また、内燃機関本体の定格負荷よりも低い所定負荷にてＥＧＲバイパス経路を選択するように切り換えることにより、過給機のコンプレッサをバイパスして排ガスを内燃機関本体の掃気トランクに直接導くこととしたので、過給機のコンプレッサの運転状態に影響を受けることなくＥＧＲブロアを運転することができ、低負荷であっても簡便に制御することができる。
また、内燃機関本体の定格負荷よりも低い所定負荷にてＥＧＲバイパス経路を選択するように切り換えることにより、過給機のコンプレッサをバイパスして排ガスを内燃機関本体の掃気トランクに直接導くこととしたので、過給機のコンプレッサの運転状態に影響を受けることなくＥＧＲブロアを運転することができ、低負荷であっても簡便に制御することができる。
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、船舶に設けられたディーゼルエンジン（内燃機関）１まわりの概略構成が示されている。
ディーゼルエンジン１は、船舶推進用の主機とされたディーゼルエンジン本体（以下、単に「エンジン本体」という。）３と、エンジン本体３から排出された排ガスによって駆動される過給機５と、過給機５から導かれた排ガスの一部がエンジン本体３へ再循環されて低圧ＥＧＲを行うＥＧＲシステム７とを備えている。
図１には、船舶に設けられたディーゼルエンジン（内燃機関）１まわりの概略構成が示されている。
ディーゼルエンジン１は、船舶推進用の主機とされたディーゼルエンジン本体（以下、単に「エンジン本体」という。）３と、エンジン本体３から排出された排ガスによって駆動される過給機５と、過給機５から導かれた排ガスの一部がエンジン本体３へ再循環されて低圧ＥＧＲを行うＥＧＲシステム７とを備えている。
エンジン本体３は、舶用２サイクルディーゼルエンジンとされており、例えば下方から給気して上方へ排気するように１方向に掃気されるユニフロー型が採用されている。エンジン本体３からの出力は、図示しないプロペラ軸を介してスクリュープロペラに直接的または間接的に接続されている。
エンジン本体３の各気筒のシリンダ部９（図１では例示として４気筒のみを示している。）の排気ポートは排ガス集合管としての排気静圧管１１に接続されている。排気静圧管１１は、第１排気経路Ｌ１を介して、過給機５のタービン５ａの入口側と接続されている。
エンジン本体３の各気筒のシリンダ部９（図１では例示として４気筒のみを示している。）の排気ポートは排ガス集合管としての排気静圧管１１に接続されている。排気静圧管１１は、第１排気経路Ｌ１を介して、過給機５のタービン５ａの入口側と接続されている。
一方、各シリンダ部９の掃気ポートは掃気トランク１３に接続されており、掃気トランク１３は、掃気経路Ｋ１を介して、過給機５のコンプレッサ５ｂと接続されている。また、掃気経路Ｋ１にはインタークーラーとしての空気冷却器１５が設置されている。
過給機５は、タービン５ａと、コンプレッサ５ｂとを備えている。タービン５ａ及びコンプレッサ５ｂは、回転軸５ｃによって同軸にて連結されている。タービン５ａは、エンジン本体３から排出された排ガスによって駆動され、タービン５ａにて得られたタービン仕事は回転軸５ｃを介してコンプレッサ５ｂに伝達される。コンプレッサ５ｂは、外気（空気）や外気と再循環ガスとの混合気を吸い込み所定の掃気圧まで昇圧する。
タービン５ａにてタービン仕事を与えた後の排ガスは、第２排気経路Ｌ２へと流出する。第２排気経路Ｌ２は、分岐点１７にて、第３排気経路Ｌ３又はＥＧＲ経路Ｌ４へと分岐される。第３排気経路Ｌ３とＥＧＲ経路Ｌ４との排ガス量の分配は、ＥＧＲ経路Ｌ４の上流側に設けられたＥＧＲ弁１９によって行われる。ＥＧＲ弁１９は、図示しない制御部によって開度が調整されるようになっており、エンジン本体３が定格負荷での運転のときには全開となり、ＥＧＲを行わないときは全閉となる。
第３排気経路Ｌ３には、エコノマイザ２１とスクラバー２３が順に接続されている。エコノマイザ２１は、エンジン本体３から排出された排ガスによって蒸気を生成する。生成された蒸気は、船内の各所にて利用される。
スクラバー２３は、排ガスに対して水等の液体を噴霧することによって排ガス中に含まれているＳＯｘ（硫黄酸化物）やＰＭ（粒子状物質）等の不純物を除去する。なお、スクラバー２３は、エンジン本体３の燃料として０．１％以上の硫黄分を含む燃料が用いられるときに適用されるが、０．１％以下とされた硫黄分を含む燃料が用いられる場合には省略することができる。
スクラバー２３は、排ガスに対して水等の液体を噴霧することによって排ガス中に含まれているＳＯｘ（硫黄酸化物）やＰＭ（粒子状物質）等の不純物を除去する。なお、スクラバー２３は、エンジン本体３の燃料として０．１％以上の硫黄分を含む燃料が用いられるときに適用されるが、０．１％以下とされた硫黄分を含む燃料が用いられる場合には省略することができる。
ＥＧＲ経路Ｌ４に設けられたＥＧＲ弁１９の下流側には、ＥＧＲスクラバー２５とＥＧＲブロア２７が順に接続されている。
ＥＧＲスクラバー２５は、ＥＧＲ経路Ｌ４を流れる排ガスに対して水等の液体を噴霧することによって排ガス中に含まれているＳＯｘやＰＭ等の不純物を除去する。
ＥＧＲブロア２７は、インバータにより周波数可変とされた電動モータ２９によって回転駆動される。ＥＧＲブロア２７は、ＥＧＲ弁１９及びＥＧＲスクラバー２５を通りＥＧＲ経路Ｌ４を構成する配管を流れる際に生じる排ガスの圧力損失を補うように用いられる。ＥＧＲブロア２７によって加圧された排ガスは、ＥＧＲ経路Ｌ４に設けられた第１ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）３１へと導かれる。ＥＧＲブロア２７と第１ＥＧＲバイパス切換弁３１との間には分岐点３３が設けられており、この分岐点３３からＥＧＲバイパス経路Ｌ５が分岐されるようになっている。ＥＧＲバイパス経路Ｌ５には、第２ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）３５が設けられている。第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５は、図示しない制御部によって開閉が制御される。
ＥＧＲスクラバー２５は、ＥＧＲ経路Ｌ４を流れる排ガスに対して水等の液体を噴霧することによって排ガス中に含まれているＳＯｘやＰＭ等の不純物を除去する。
ＥＧＲブロア２７は、インバータにより周波数可変とされた電動モータ２９によって回転駆動される。ＥＧＲブロア２７は、ＥＧＲ弁１９及びＥＧＲスクラバー２５を通りＥＧＲ経路Ｌ４を構成する配管を流れる際に生じる排ガスの圧力損失を補うように用いられる。ＥＧＲブロア２７によって加圧された排ガスは、ＥＧＲ経路Ｌ４に設けられた第１ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）３１へと導かれる。ＥＧＲブロア２７と第１ＥＧＲバイパス切換弁３１との間には分岐点３３が設けられており、この分岐点３３からＥＧＲバイパス経路Ｌ５が分岐されるようになっている。ＥＧＲバイパス経路Ｌ５には、第２ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）３５が設けられている。第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５は、図示しない制御部によって開閉が制御される。
第１ＥＧＲバイパス切換弁３１と第２ＥＧＲバイパス切換弁３５とによって、再循環する排ガスがＥＧＲ経路Ｌ４またはＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択されるようになっている。なお、第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５に代えて、三方弁を設けることとしても良い。
ＥＧＲバイパス経路Ｌ５は、コンプレッサ５ｂの下流側でかつ空気冷却器１５の上流側の掃気経路Ｋ１に接続されている。これにより、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５を通過する排ガスは、コンプレッサ５ｂをバイパスすることが可能となっている。
ＥＧＲバイパス経路Ｌ５は、コンプレッサ５ｂの下流側でかつ空気冷却器１５の上流側の掃気経路Ｋ１に接続されている。これにより、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５を通過する排ガスは、コンプレッサ５ｂをバイパスすることが可能となっている。
ＥＧＲ経路Ｌ４には、第１ＥＧＲバイパス切換弁３１の下流側に、ＥＧＲ冷却器３７が設けられている。ＥＧＲ冷却器３７に導かれた冷却水との熱交換によって、再循環する排ガスの温度を所望値まで低下させるようになっている。
ＥＧＲ冷却器３７の下流側には、ミキサ３９が設けられている。ミキサ３９にて、再循環する排ガスと空気とが混合させる。ミキサ３９にて混合された混合ガス（ＥＧＲが行われない場合は空気のみ）は、給気経路Ｋ２を通りコンプレッサ５ｂの吸込口へと導かれる。
ＥＧＲ冷却器３７の下流側には、ミキサ３９が設けられている。ミキサ３９にて、再循環する排ガスと空気とが混合させる。ミキサ３９にて混合された混合ガス（ＥＧＲが行われない場合は空気のみ）は、給気経路Ｋ２を通りコンプレッサ５ｂの吸込口へと導かれる。
コンプレッサ５ｂの下流側には、掃気経路Ｋ１に対して並列に接続された補助掃気経路Ｋ３が設けられている。補助掃気経路Ｋ３には、補助ブロア４１が設けられている。補助ブロア４１は、電動モータ４３によって駆動され、低負荷時にコンプレッサ５ｂによって加圧された掃気圧力が所望値まで上昇しない場合に加圧を加勢するように制御される。また、掃気経路Ｋ１には、補助ブロア４１によって加圧された掃気が掃気経路Ｋ１を逆流しないように、逆止弁４５が設けられている。
次に、上記構成のディーゼルエンジン１の動作について説明する。
船舶が排ガスのNOx規制が厳格とされている海域（排ガス規制海域（Emission Control Area；ECA）を航行する際のようにＥＧＲを使用する場合には、ＥＧＲ弁１９を開とする。これにより、エンジン本体３から第１排気経路Ｌ１を通りタービン５ａへと導かれた排ガスの一部がＥＧＲシステム７側に流れる。残部の排ガスは、第３排気経路Ｌ３へと導かれ、エコノマイザ２１及びスクラバー２３を通り図示しない煙突から大気へと放出される。
船舶が排ガスのNOx規制が厳格とされている海域（排ガス規制海域（Emission Control Area；ECA）を航行する際のようにＥＧＲを使用する場合には、ＥＧＲ弁１９を開とする。これにより、エンジン本体３から第１排気経路Ｌ１を通りタービン５ａへと導かれた排ガスの一部がＥＧＲシステム７側に流れる。残部の排ガスは、第３排気経路Ｌ３へと導かれ、エコノマイザ２１及びスクラバー２３を通り図示しない煙突から大気へと放出される。
ＥＧＲシステム７を流れる排ガスは再循環ガスとして、ＥＧＲ弁１９を通りＥＧＲスクラバー２５を流れる。ＥＧＲスクラバー２５にてＳＯｘやＰＭが除去された排ガスがＥＧＲブロア２７へと導かれ、ＥＧＲブロア２７にて所定圧まで加圧された排ガスが分岐点３３へと導かれる。
分岐点３３では、ＥＧＲ経路Ｌ４又はＥＧＲバイパス経路Ｌ５が第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５によって選択される。具体的には、エンジン本体３の負荷に対して予め設定された切換負荷にて切り換えられ、エンジン本体３の負荷が切換負荷よりも大きい場合はＥＧＲ経路Ｌ４が選択され、エンジン本体３の負荷が切換負荷以下の場合はＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択される。ＥＧＲ経路Ｌ４が選択される場合は、第１ＥＧＲバイパス切換弁３１が全開となり第２ＥＧＲバイパス切換弁３５が全閉となる。逆に、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択される場合は、第１ＥＧＲバイパス切換弁３１が全閉となり第２ＥＧＲバイパス切換弁３５が全開となる。
エンジン本体３の負荷が切換負荷よりも高く、ＥＧＲ経路Ｌ４が選択されると、排ガスは、第１ＥＧＲバイパス切換弁３１を通りＥＧＲ冷却器３７にて冷却された後に、ミキサ３９へと導かれる。ミキサ３９では、空気と排ガスが混合され、給気経路Ｋ２を通りコンプレッサ５ｂの吸込口へと導かれる。コンプレッサ５ｂで加圧された空気と排ガスの混合気は、掃気経路Ｋ１を通り空気冷却器１５へと導かれ、空気冷却器１５にて冷却された後に逆止弁４５を通過して掃気トランク１３へと導かれる。
エンジン本体３の負荷が切換負荷以下となり、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択されると、排ガスは、第２ＥＧＲバイパス切換弁３５を通りコンプレッサ５ｂをバイパスして、コンプレッサ５ｂの下流側でかつ空気冷却器１５の上流側へと導かれる。コンプレッサ５ｂの下流側で、バイパスされた排ガスとコンプレッサ５ｂによって加圧された空気とが混合される。排ガスと空気との混合ガスは、空気冷却器１５で冷却された後に掃気トランク１３へと導かれる。
なお、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択される場合は、ＥＧＲブロア２７によって加圧された排ガスが掃気トランク１３に導かれるため、その結果として掃気トランク１３内の圧力が所定の圧力まで達し、ＥＧＲを行わないときに比べて補助ブロア４１をより低い負荷で停止することができ、補助ブロア４１の運転電力を低減することが可能となる。
なお、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択される場合は、ＥＧＲブロア２７によって加圧された排ガスが掃気トランク１３に導かれるため、その結果として掃気トランク１３内の圧力が所定の圧力まで達し、ＥＧＲを行わないときに比べて補助ブロア４１をより低い負荷で停止することができ、補助ブロア４１の運転電力を低減することが可能となる。
図２には、エンジン本体３の負荷に対するＥＧＲブロア動力が示されている。同図において、横軸がエンジン本体３の負荷、縦軸がＥＧＲブロア動力であり、いずれも定格負荷の時を１００％として表示してある。
同図に示されているように、切換負荷（同図では２０％負荷）よりもエンジン本体３の負荷が大きい場合には、エンジン本体３の負荷に比例してＥＧＲブロア２７の動力が消費される。一般には、エンジン本体３が１００％負荷の場合にＥＧＲブロア動力も１００％となるようにＥＧＲブロア２７の容量が選定されている。
エンジン本体３の負荷が切換負荷となった場合には、ＥＧＲブロア２７の動力が１００％まで上昇される。これは、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択されることによってコンプレッサ５ｂをバイパスするので、過給機５の運転状態に影響を受けることなく排ガスを加圧できるからである。エンジン本体３の負荷が切換負荷から減少すると、それに比例してＥＧＲブロア２７の動力はエンジン本体３が要求する掃気圧力に応じて減少する。
以上の通り、本実施形態のディーゼルエンジン１によれば、以下の作用効果を奏する。
ＥＧＲ経路Ｌ４を通りＥＧＲブロア２７によって導かれた排ガスを、ＥＧＲバイパス切換手段である第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５によって、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５を通り掃気トランク１３に排ガスを導くことができるようにした。これにより、コンプレッサ５ｂをバイパスして排ガスを掃気トランク１３に直接導くことができ、排ガスによるコンプレッサ５ｂの汚染を防止することができる。
また、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５を使用する際には、コンプレッサ５ｂに排ガスが導かれることがないので、コンプレッサ５ｂに流入する流体の組成が排ガスによって変わることがなく（すなわち空気のみが導かれ）、安定した過給機５の運転が可能となる。
ＥＧＲ経路Ｌ４を通りＥＧＲブロア２７によって導かれた排ガスを、ＥＧＲバイパス切換手段である第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５によって、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５を通り掃気トランク１３に排ガスを導くことができるようにした。これにより、コンプレッサ５ｂをバイパスして排ガスを掃気トランク１３に直接導くことができ、排ガスによるコンプレッサ５ｂの汚染を防止することができる。
また、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５を使用する際には、コンプレッサ５ｂに排ガスが導かれることがないので、コンプレッサ５ｂに流入する流体の組成が排ガスによって変わることがなく（すなわち空気のみが導かれ）、安定した過給機５の運転が可能となる。
エンジン本体３の定格負荷よりも低い切換負荷の場合には、エンジン本体３の排ガス量が定格負荷の時よりも少なくなり、そのためＥＧＲガス量も定格負荷の時よりも少なくなる。したがって、ＥＧＲブロア２７の作動点としては定格負荷の時に比べて余裕が生じる。さらに、エンジン本体３においても掃気圧力が定格負荷の時に比べて低いため、ＥＧＲブロア２７を用いてコンプレッサ５ｂをバイパスして給気することができる。そこで、エンジン本体３が切換負荷以下とされている場合にはＥＧＲバイパス経路Ｌ５を選択することにより、コンプレッサ５ｂをバイパスして排ガスを掃気トランク１３に直接導くこととした。これにより、コンプレッサ５ｂの運転状態に影響を受けることなくＥＧＲブロア２７を運転することができ、低負荷であっても簡便に制御することができる。
電動モータ２９によって駆動されるＥＧＲブロア２７によって圧縮された給気をエンジン本体３に導くことにより、電気駆動分のエネルギーを掃気圧力上昇のために用いることとした。これにより、エンジン本体３の燃料消費量を低減させることができる。
ＥＧＲバイパス切換手段である第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５によってＥＧＲバイパス経路Ｌ５を選択すると、第１ＥＧＲバイパス切換弁３１の下流側に設けられたＥＧＲ冷却器３７には排ガスが流れない。この場合にはＥＧＲ冷却器３７に供給する冷却媒体（例えば冷却水）を低減又は停止することができるので、ＥＧＲ冷却器３７に冷却媒体を供給するユーティリティを削減することができる。
ＥＧＲバイパス切換手段である第１ＥＧＲバイパス切換弁３１及び第２ＥＧＲバイパス切換弁３５によってＥＧＲバイパス経路Ｌ５が選択された場合に、掃気トランク１３へ導く排ガスをＥＧＲブロア２７によって加圧しているため、ＥＧＲを実施しない通常運転に比べて補助ブロア４１を低い負荷で停止することができ、補助ブロア４１の運転電力を低減することが可能となる。
なお、本実施形態は、図３に示すように変形することができる。
すなわち、同図に示されているように、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５の下流端を空気冷却器１５の下流側としても良い。これにより、空気冷却器１５に排ガスが流通することを回避して、空気冷却器１５の汚損の危険性を低減することができる。
すなわち、同図に示されているように、ＥＧＲバイパス経路Ｌ５の下流端を空気冷却器１５の下流側としても良い。これにより、空気冷却器１５に排ガスが流通することを回避して、空気冷却器１５の汚損の危険性を低減することができる。
また、上記実施形態では、舶用ディーゼルエンジンを前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動車用や発電用の内燃機関であれば適用することができる。
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ エンジン本体（内燃機関本体）
５ 過給機
５ａ タービン
５ｂ コンプレッサ
７ ＥＧＲシステム
１１ 排気静圧管
１３ 掃気トランク
１５ 空気冷却器
１９ ＥＧＲ弁
２５ ＥＧＲスクラバー
２７ ＥＧＲブロア
３１ 第１ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）
３５ 第２ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）
３７ ＥＧＲ冷却器
４１ 補助ブロア
Ｌ１ 第１排気経路
Ｌ２ 第２排気経路
Ｌ３ 第３排気経路
Ｌ４ ＥＧＲ経路
Ｌ５ ＥＧＲバイパス経路
Ｋ１ 掃気経路
Ｋ２ 給気経路
Ｋ３ 補助掃気経路
３ エンジン本体（内燃機関本体）
５ 過給機
５ａ タービン
５ｂ コンプレッサ
７ ＥＧＲシステム
１１ 排気静圧管
１３ 掃気トランク
１５ 空気冷却器
１９ ＥＧＲ弁
２５ ＥＧＲスクラバー
２７ ＥＧＲブロア
３１ 第１ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）
３５ 第２ＥＧＲバイパス切換弁（ＥＧＲバイパス切換手段）
３７ ＥＧＲ冷却器
４１ 補助ブロア
Ｌ１ 第１排気経路
Ｌ２ 第２排気経路
Ｌ３ 第３排気経路
Ｌ４ ＥＧＲ経路
Ｌ５ ＥＧＲバイパス経路
Ｋ１ 掃気経路
Ｋ２ 給気経路
Ｋ３ 補助掃気経路
Claims (4)
- 舶用２サイクルディーゼルエンジンとされた内燃機関本体と、
該内燃機関本体から排出された排ガスによって駆動されるタービン、及び、該タービンに連結され駆動されるコンプレッサを有する過給機と、
前記タービンから排出された排ガスの一部を前記コンプレッサの上流側に導くＥＧＲ経路と、
該ＥＧＲ経路に設けられるとともに前記コンプレッサへと向かう排ガスを加圧するＥＧＲブロアと、
を備え、
前記ＥＧＲ経路における前記ＥＧＲブロアと前記コンプレッサとの間には、該コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクへと導くＥＧＲバイパス経路が接続され、
前記ＥＧＲ経路を通り前記コンプレッサに向かう排ガス流れと、前記ＥＧＲバイパス経路を通り前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れとを切り換えるＥＧＲバイパス切換手段を備え、
前記ＥＧＲバイパス切換手段は、前記内燃機関本体の定格負荷よりも低い所定負荷にて前記ＥＧＲバイパス経路を選択するように切り換え、
前記所定負荷は、前記ＥＧＲブロアが出力可能な吐出圧力で給気することができる前記内燃機関本体の掃気圧力から決定され、前記内燃機関本体の定格の３０％以下とされていることを特徴とする内燃機関。 - 前記ＥＧＲ経路には、排ガスを冷却するＥＧＲ冷却器が設けられ、
前記ＥＧＲバイパス切換手段は、前記ＥＧＲ冷却器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。 - 請求項１又は２に記載の内燃機関を備えた船舶。
- 舶用２サイクルディーゼルエンジンとされた内燃機関本体から排出された排ガスによってタービンを駆動するとともに該タービンに連結されたコンプレッサを駆動する工程と、
前記タービンから排出された排ガスの一部を前記コンプレッサの上流側に導く工程と、
前記コンプレッサへと向かう排ガスをＥＧＲブロアによって加圧する工程と、
前記ＥＧＲブロアによって排ガスを加圧した後に前記コンプレッサをバイパスして排ガスを前記内燃機関本体の掃気トランクへと導く工程と、
を備えた内燃機関の運転方法において、
前記コンプレッサに向かう排ガス流れと、前記コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れとを切り換え、
前記内燃機関本体の定格負荷よりも低い所定負荷にて前記コンプレッサをバイパスして前記内燃機関本体の掃気トランクに向かう排ガス流れを選択するように切り換え、
前記所定負荷は、前記ＥＧＲブロアが出力可能な吐出圧力で給気することができる前記内燃機関本体の掃気圧力から決定され、前記内燃機関本体の定格の３０％以下とされていることを特徴とする内燃機関の運転方法。
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