JP6409162B1 - 内燃機関の過給機余剰動力回収装置及び船舶 - Google Patents
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Abstract
Description
油圧で作動する作動機器を電子制御することにより駆動される内燃機関と、
前記内燃機関の排ガス路に配設されて前記内燃機関の排ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の吸気管に過給された給気を供給する過給機と、
前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第1油圧ポンプと、
前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第2油圧ポンプと、
前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプと前記作動機器とを接続する油路と、
前記作動機器を電子制御し、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記過給機の回転を加勢するために、前記第1油圧ポンプを油圧モータとし、前記第2油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた前記油圧モータに必要な油圧量を、前記第2油圧ポンプが過不足なく供給することにより、前記油圧モータを駆動させるアシスト制御と、
前記第1油圧ポンプにより生成される油圧生成量が、前記作動機器を作動するための油圧を含む前記内燃機関の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、前記第1油圧ポンプの油圧生成量を制御する動力回収制御とのうち一方の制御を、前記内燃機関の駆動の状態に応じて選択して行う。
前記クランク軸の回転数が前記回転数範囲を通過するとき、前記コントローラは、前記制限を満足するように前記アシスト制御を行う、ことが好ましい。
前記内燃機関は、船舶の推進用エンジンである、ことを特徴とする船舶である。
回収装置100は、内燃機関1に付随して設けられる装置である。回収装置100は、過給機に連結されて過給機により回転駆動される油圧ポンプに油圧を生成させ、この油圧を、内燃機関を駆動させる作動機器(例えば排気弁や燃料噴射弁)の駆動源となる油圧として供給する。このような回収装置100の処理を排気エネルギ回収処理という。以下、回収装置100及び排気エネルギ回収処理を説明する。
変速機3を設けずに機関駆動油圧ポンプ11を内燃機関1のクランク軸2に直結することもできる。また、上述の油圧ポンプ10及び機関駆動油圧ポンプ11は、図1においてはそれぞれ1台であるが、あくまでも一例であり、複数台としてもよい。
油圧機構20は、内燃機関1の作動機器を含む油圧制御ユニット51に油圧を供給して作動機器を作動させて内燃機関1を駆動させる機構である。油圧機構20は、油路21,22,23,24,26,27と、第1逆止弁機構30と、第2逆止弁機構35と、電磁開閉弁機構44と、スタートアップ用油圧ポンプ53と、を備える。
油圧機構20において、機関駆動油圧ポンプ11の一方の吐出口11aは油路21に接続され、第1逆止弁機構30、油路23を介して、内燃機関1の作動機器の油圧制御ユニット51に接続される。機関駆動油圧ポンプ11は油圧を油圧制御ユニット51に供給する。油路21,22,23により第1油路が形成される。機関駆動油圧ポンプ11の他方の吐出口11bは、油路24を介して油圧ポンプ10の一方の吐出口10bに接続される。
この逆止解除機能がOFFの場合には、第1逆止弁機構30は、機関駆動油圧ポンプ11から油路21を介して油圧制御ユニット51への油圧の供給を許容すると共に、油路22から機関駆動油圧ポンプ11への油圧の逆流を防止する通常の逆止機能が働く。
この逆止解除機能がOFFの場合には、第2逆止弁機構35は油圧ポンプ10から油路26を介して油圧制御ユニット51と第1逆止弁機構30への油圧の供給を許容すると共に、油路27から油路26、つまり油路27から油圧ポンプ10への油圧の逆流を防止する通常の逆止機能が働く。他方、この逆止解除機能がONの場合には、上述のように、第2逆止弁機構35は、油路27から油路26、つまり油路27から油圧ポンプ10への油圧の逆流を許容する。
なお、作動油源から油圧機構20への作動油の供給は、油路24から行われる。
コントトーラ50は、内燃機関1の負荷率の情報を取得する。コントローラ50は、必要に応じて、センサにより例えば給気の吸い込み温度、過給機5の下流側の掃気圧等を検出する。内燃機関1の負荷率に応じて、さらに、必要に応じて、検出した掃気圧及び吸い込み温度等に応じて、油圧ポンプ10、機関駆動油圧ポンプ11、第1逆止弁機構30、第2逆止弁機構35、電磁切替弁機構44の作動を電気的に制御する。なお、コントローラ50が上述の負荷率、掃気圧及び吸い込み温度以外のパラメータを用いて油圧ポンプ10、機関駆動油圧ポンプ11、第1逆止弁機構30、第2逆止弁機構35、電磁切替弁機構44、制御弁等の作動を制御する場合もある。
油圧制御ユニット51は、内燃機関1の駆動のための排気弁、燃料噴射弁等の、油圧で作動する作動機器で構成され、これらの作動機器は、コントローラ50によって電子制御される。
このようなコントローラ50は、過給機5の回転を加勢するために、油圧ポンプ10を油圧モータとし、機関駆動油圧ポンプ11で発生した油圧で上記油圧モータを駆動させ、この油圧モータの駆動の際、内燃機関1の負荷率毎に定めた油圧量で上記油圧モータを駆動させるアシスト制御を行う、また、コントローラ50は、油圧ポンプ10により生成される油圧生成量が、油圧制御ユニット51を作動するための油圧を含む内燃機関1の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、油圧ポンプ10の油圧生成量を制御する動力回収制御とを、内燃機関1の駆動の状態に応じて選択して行う。内燃機関1の駆動の状態とは、内燃機関1の負荷率あるいはクランク軸2の回転数を含む。
内燃機関1のスタートアップ時、コントローラ50は、第1逆止弁機構30の逆止解除機能をOFFにすると共に、第2逆止弁機構35の逆止解除機能をOFFにする。また、電磁開閉弁機構44を閉弁させている。
なお、油圧ポンプ10は可変容量型であり、この可変機構によって吐出口10aからの油圧の逆流によっても過給機5を正転させることができる。図2は、内燃機関1が低負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
すなわち、油圧ポンプ10が発生させた油圧により、機関駆動油圧ポンプ11が連結された内燃機関1の回転が加勢される。
図4は、内燃機関1が高負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
すなわち、コントローラ50は、油圧ポンプ10により生成される油圧生成量が、油圧制御ユニット51を作動するための油圧を含む内燃機関1の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、油圧ポンプ10の油圧生成量を制御する動力回収制御を行う。
このように、回収装置100は、従来必要とした補助ブロアを、アシスト制御により過給機5の回転を加勢するので、内燃機関の起動から停止に至るまで必要としない。このため、補助ブロアを駆動させる電動機は不要となり、電動機に供給する電力も不要となるため、発電機の発電容量を小さくすることができる。
一般的に、ディーゼルエンジンでは、クランク軸に捩じり振動が発生しやすく、この捩じり振動に起因した危険回転数が常用回転数の範囲内に入らないように設計されるが、クランク軸における一部の振動モードのうち、振動数が低い振動モードは、ディーゼルエンジンの上記常用回転数で生じやすい。このような振動が発生し易い回転数の範囲は、BSR(Barred Speed Range)といわれる。このため、クランク軸の破損を回避するために、BSRでクランク軸を長時間回転させないことが望まれる。例えば、クランク軸の回転数を増加させるあるいは減少させる場合、回転数がBSRを速やかに通過することが好ましい。しかし、近年、例えば船舶では、エンジン出力の小さなエンジンを用いる設計が多いため、クランク軸の回転数がBSRを速やかに通過できるように回転数を加速させることは難しい。このような場合、上記アシスト制御により、内燃機関1の応答性を高めることができ、クランク軸2の回転数がBSRを早期に通過さすることができる。
2 クランク軸
3 変速機
4 排ガス路
5,150 過給機
6,160 圧縮機
7,170 タービン
8,180 回転軸
9 変速機
10 油圧ポンプ
10a,10b,11a,11b 吐出口
11 機関駆動油圧ポンプ
20 油圧機構
21,22,23,24,26,27 油路
30 第1逆止弁機構
44 電磁開閉弁機構
35 第2逆止弁機構
50 コントローラ
51 油圧制御ユニット
52 電動機
53 スタートアップ用油圧ポンプ
Claims (5)
- 油圧で作動する作動機器を電子制御することにより駆動される内燃機関と、
前記内燃機関の排ガス路に配設されて前記内燃機関の排ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の吸気管に過給された給気を供給する過給機と、
前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第1油圧ポンプと、
前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第2油圧ポンプと、
前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプと前記作動機器とを接続する油路と、
前記作動機器を電子制御し、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記過給機の回転を加勢するために、前記第1油圧ポンプを油圧モータとし、前記第2油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた前記油圧モータに必要な油圧量を、前記第2油圧ポンプが過不足なく供給することにより、前記油圧モータを駆動させるアシスト制御と、
前記第1油圧ポンプにより生成される油圧生成量が、前記作動機器を作動するための油圧を含む前記内燃機関の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、前記第1油圧ポンプの油圧生成量を制御する動力回収制御とのうち一方の制御を、前記内燃機関の駆動の状態に応じて選択して行う、ことを特徴とする内燃機関の過給機余剰動力回収装置。 - 前記アシスト制御を行うとき、前記作動機器の作動のために用いる油圧源は、前記第2油圧ポンプの発生した油圧の一部である、請求項1に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
- 前記コントローラは、前記アシスト制御において、前記第2油圧ポンプが、前記作動機器の作動に用いるための必要な第1油圧量と前記油圧モータの駆動に用いるための必要な第2油圧量の合計量に対応する油圧を生成し、前記作動機器に前記第1油圧量を、前記油圧モータに前記第2油圧量を、それぞれ過不足なく振り分けるように制御する、請求項2に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
- 前記内燃機関には、前記内燃機関のクランク軸の回転数が所定の回転数範囲内に所定時間滞在しない制限が設定されており、
前記クランク軸の回転数が前記回転数範囲を通過するとき、前記コントローラは、前記制限を満足するように前記アシスト制御を行う、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置が搭載され、
前記内燃機関は、船舶の推進用エンジンである、ことを特徴とする船舶。
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