JP6841645B2 - Ｅｇｒシステムおよびディーゼルエンジン - Google Patents
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Description
本発明は、ＥＧＲシステムおよびディーゼルエンジンに関するものである。
ディーゼルエンジンから排出される排ガスは、ＮＯｘやＳＯｘ、煤塵などの有害物質が含まれている。特に、低質な燃料が使用される舶用のディーゼルエンジンは、排ガスに含まれる有害物質の量も多くなる。そのため、舶用のディーゼルエンジンは、各種排ガス規制に対応するため、この有害物質を処理する技術や排ガス処理装置が必要である。
排ガス中のＮＯｘを低減する方法としては、排ガス再循環（ＥＧＲ）がある。このＥＧＲは、ディーゼルエンジンの燃焼室から排出された排ガスの一部（再循環ガス）を、燃焼用空気に混入して燃焼用ガスとし、燃焼室に戻すものである。そのため、燃焼用ガスは、酸素濃度が低下し、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることで燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。
そして、ディーゼルエンジンから排出される排ガスは、前述したように、エンジンに対しても有害なＳＯｘ、煤塵が含まれているため、再循環ガスとする排ガスの一部はＥＧＲバルブを通ってスクラバによりＳＯｘや煤塵などの有害物質が除去される。その後、再循環ガスは、大気から吸入された燃焼用空気に混入されて燃焼用ガスとしてディーゼルエンジンに戻される。このとき、スクラバは、排ガスの一部である再循環ガスに対して液体を噴射することで有害物質を除去している。ここで、再循環ガスがスクラバを通過すると、スクラバを通過した後の再循環ガスの中には液滴が含まれるようになる。液滴を除去するために、スクラバの再循環ガスの流れ方向下流にはミスト分離機が搭載される（特許文献１）。
ここで、スクラバやミスト分離機を含むＥＧＲシステムは、機関室のスペースを確保するために、ディーゼルエンジン本体に搭載される。この場合、ディーゼルエンジンの効率が高くなるようにＥＧＲシステムが搭載される。例えば、ディーゼルエンジンでは、性能向上のために過給機が搭載されているが、特許文献２や特許文献３に記載のように、過給機に吸い込まれる燃焼用空気の温度が高いと機関性能が悪化するため、従来は過給機の燃焼用空気の吸込口の雰囲気温度を高めないように、排ガス通路およびＥＧＲシステムにおける再循環ガス通路を過給機の燃焼用空気の吸込口から離間して配置する構成を採用していた（非特許文献１）。
ＰＲＯＪＥＣＴ ＭＥＥＴ ＮＥＷＳ ２０１５年４月 第７号
しかし、特許文献１のように、ミスト分離機を搭載した場合でも、再循環ガスになお液滴が含まれる恐れがある。ディーゼルエンジンでは、性能向上のために過給機が搭載されているが、液滴を含む再循環ガスが過給機を構成するコンプレッサを通過する場合、液滴によりコンプレッサの羽根車の表面が機械的に変形または削り取られるエロージョンが発生する恐れがある。また、再循環ガスの液滴にＳ（硫黄）成分が含有される場合は、Ｓ成分を含む液滴によって、コンプレッサの翼面に科学的な腐食（コロージョン）が発生する恐れがある（特許文献４）。また、コンプレッサの翼面にコーティングを行った場合であっても、液滴が多い場合はコーティングが剥がれることにより、エロージョン・コロージョンが発生する恐れがある。
さらに、非特許文献１のように、機関性能を優先してミスト分離機（デミスタ）およびＥＧＲブロアから過給機までの距離を大きくすることで、再循環ガス中に飽和している水分が凝縮する可能性が高くなることが新たに判明した。この場合も過給機のコンプレッサの羽根車にエロージョンおよびコロージョンが発生し、羽根車が損傷する恐れがあった。
本発明は上述した課題を解決するものであり、過給機のコンプレッサの羽根車の損傷を抑制するＥＧＲシステムおよびディーゼルエンジンを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明のＥＧＲシステムでは、膨張機と圧縮機とが回転軸により連結される過給機と、前記膨張機から排出された排ガスの一部である再循環ガスを液体で洗浄するスクラバと、前記スクラバで洗浄した前記再循環ガスに含まれる液滴を除去するデミスタと、前記デミスタの前記再循環ガス流れの下流に配置されるＥＧＲブロアと、前記回転軸方向における一端部が前記圧縮機と接続され、前記回転軸方向における他端部が前記ＥＧＲブロアに接続されるサイレンサと、を備え、前記ＥＧＲブロアは前記回転軸方向において前記サイレンサの他端部側に配置されることを特徴としている。
従って、デミスタにより液滴を除去された再循環ガスは、ＥＧＲブロアに吸引された後、サイレンサを経由して圧縮機に送り出される。ここで、サイレンサの他端部側にＥＧＲブロアが配置される場合は、サイレンサとＥＧＲブロアとの間の通路の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができる。デミスタによって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうる。これに対して、ＥＧＲシステムは、サイレンサの他端部側にＥＧＲブロアを配置することで、上述したようにサイレンサとＥＧＲブロアとの間の通路（配管）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮を抑制することができる。これにより、ＥＧＲシステムは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。ＥＧＲシステムは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できることで、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明のＥＧＲシステムは、前記デミスタが、前記サイレンサの前記他端部側に配置されることを特徴としている。
従って、ＥＧＲシステムは、デミスタが、サイレンサの他端部に存在するので、ＥＧＲブロアとサイレンサとの間の通路のみならず、デミスタとサイレンサとの間の通路の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができる。デミスタによって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうるが、ＥＧＲシステムは、サイレンサとデミスタとの間の通路（配管）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮をさらに抑制することができる。これにより、ＥＧＲシステムは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。これにより、ＥＧＲシステムは、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明のＥＧＲシステムは、前記スクラバが、前記デミスタの上部に搭載され、かつ前記サイレンサの前記他端部よりも前記ＥＧＲブロア側に配置されることを特徴としている。
従って、スクラバが、前記デミスタの上部に搭載されるため、スクラバから生じる排液および液滴を含む再循環ガスはスクラバからデミスタに直接導入されることになる。ここで、スクラバで使用された排液にはＳ成分が多く含まれるため、ＥＧＲシステムを構成する機器に腐食が生じないように管理する必要があるが、ＥＧＲシステムは、スクラバとデミスタとの間を最短距離とすることで管理する装置の点数を最小限に抑えることができる。そのため、ＥＧＲシステムは、メンテナンスの負担を大きく減らすことができる。
本発明のＥＧＲシステムは、前記サイレンサが、前記回転軸方向を基準とする径方向に開口する燃焼用空気吸込口と、前記回転軸方向に開口する再循環ガス吸込口と、を備えることを特徴としている。
従って、デミスタにより液滴を除去された再循環ガスは、ＥＧＲブロアに吸引された後、回転軸方向からサイレンサに流入する一方、燃焼用空気は径方向からサイレンサに流入する。そのうえで、圧縮機よりも上流側で燃焼用空気（サイレンサから吸引される空気）と再循環ガスとが合流することになる。これにより、ＥＧＲシステムは、圧縮機の羽根車に到達する前に、燃焼用空気と再循環ガスとの混合を促進することができる。ここで、燃焼用空気は、サイレンサ周りの空気であるために、再循環ガスよりもガス中に含まれる水分が少なく、双方のガスを混合させることで燃焼用空気と再循環ガスとの混合気中から水分が凝縮しにくくなる。さらに、再循環ガスは、軸方向に流れるため、サイレンサにおける再循環ガス通路を形成する壁面と衝突して液滴が生じることを抑制できる。そのため、ＥＧＲシステムは、圧縮機の羽根車を通過する際に液滴が生じる事象をさらに抑制することができるため、エロージョンおよびコロージョンが発生をさらに抑制できる。これにより、ＥＧＲシステムは、羽根車の損傷を抑制して、ＥＧＲを行う場合であっても羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明のＥＧＲシステムは、前記ＥＧＲブロアの再循環ガス吐出口が、前記サイレンサの前記再循環ガス吸込口と対向することを特徴としている。
従って、ＥＧＲシステムは、再循環ガスはＥＧＲブロアの再循環ガス吐出口とサイレンサの再循環ガス吸込口とが対向するため、通路長さを最小とすることができる。また、ＥＧＲシステムは、再循環ガス吐出口と再循環ガス吸込口とを接続する配管の屈曲部を最小とすることができる。そのため、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮をさらに抑制することができる。そのため、ＥＧＲシステムは、圧縮機の羽根車を通過する際に液滴が生じる事象を抑制することができるため、エロージョンおよびコロージョンが発生することをさらに抑制できる。これにより、ＥＧＲシステムは、羽根車の損傷を抑制して、ＥＧＲを行う場合であっても羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明のＥＧＲシステムは、前記ＥＧＲブロアの前記再循環ガス吐出口が、高さ方向において前記サイレンサの前記再循環ガスの吸込口よりも下側に配置されることを特徴としている。
従って、ＥＧＲブロアの再循環ガス吐出口は、高さ方向においてサイレンサの再循環ガス吸込口よりも下側に配置される。このため、ＥＧＲシステムは、再循環ガスに含まれる水分が凝縮して液滴が生じた場合であっても、液滴がＥＧＲブロアに戻りやすくなる。このため、ＥＧＲシステムは、圧縮機の羽根車に液滴が流れ込むことを抑制することができる。これにより、ＥＧＲシステムは、圧縮機の羽根車を通過する際に液滴が生じる事象を抑制できるため、エロージョンおよびコロージョンが発生することを抑制できる。これにより、ＥＧＲシステムは、羽根車の損傷を抑制して、ＥＧＲを行う場合であっても羽根車の長寿命化を図ることができる。
上記の目的を達成するための本発明のディーゼルエンジンは、ディーゼルエンジン本体と、前記ディーゼルエンジン本体の排ガスが導入される膨張機と、前記膨張機と同軸回転する圧縮機と、が回転軸により連結される過給機と、前記膨張機から排出された排ガスの一部である再循環ガスを液体で洗浄するスクラバと、前記スクラバで洗浄した前記再循環ガスに含まれる液滴を除去するデミスタと、前記デミスタの前記再循環ガス流れの下流に配置されるＥＧＲブロアと、前記回転軸方向における一端部が前記圧縮機と接続され、前記回転軸方向における他端部が前記ＥＧＲブロアに接続されるサイレンサとを備え、前記ＥＧＲブロアは前記回転軸方向において前記サイレンサの他端部側に配置されることを特徴としている。
従って、デミスタにより液滴を除去された再循環ガスは、ＥＧＲブロアに吸引された後、サイレンサを経由して圧縮機に送り出される。ここで、サイレンサの他端部側にＥＧＲブロアが配置される場合は、サイレンサとＥＧＲブロアとの間の通路の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができる。デミスタによって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうる。これに対して、ディーゼルエンジンは、サイレンサの他端部側にＥＧＲブロアを配置することで、上述したように、サイレンサとＥＧＲブロアとの間の通路（配管）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮を抑制することができる。これにより、ディーゼルエンジンは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。ディーゼルエンジンは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できることで、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
また、本発明のディーゼルエンジンは、前記圧縮機とは別に設けられることで前記圧縮機を通過することなく、前記ディーゼルエンジン本体に燃焼用空気を送り込む補助ブロアを備え、前記補助ブロアは、前記回転軸方向において前記膨張機側に配置されることを特徴とするものである。
従って、補助ブロアが回転軸において膨張機側に配置されるため、圧縮機とＥＧＲブロアとの間に補助ブロアを設置するスペースを設ける必要がなくなる。これにより、圧縮機とＥＧＲブロアとの間の通路長さを短くすることができる。デミスタによって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうるが、サイレンサとＥＧＲブロアとの間の通路（配管）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮を抑制することができる。これにより、ディーゼルエンジンは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。ディーゼルエンジンは、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できることで、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明のＥＧＲシステムおよびディーゼルエンジンによれば、過給機のコンプレッサの羽根車の損傷を抑制できる。
以下に添付図面を参照して、本発明に係るＥＧＲシステムおよびディーゼルエンジンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態のＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを表す系統図である。図２は、第１実施形態のＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを表す概略図である。図３は、第１実施形態のＥＧＲシステムを表す正面図である。図４Ａは、第１実施形態のＥＧＲシステムの一部を拡大した正面図である。図４Ｂは、第１実施形態のＥＧＲシステムの一部を拡大した上視図である。
図１は、本発明の第１実施形態のＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを表す系統図である。図２は、第１実施形態のＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを表す概略図である。図３は、第１実施形態のＥＧＲシステムを表す正面図である。図４Ａは、第１実施形態のＥＧＲシステムの一部を拡大した正面図である。図４Ｂは、第１実施形態のＥＧＲシステムの一部を拡大した上視図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態のディーゼルエンジン１は、ディーゼルエンジン本体１０と、ＥＧＲシステム１００を備えている。
図２に示すように、ディーゼルエンジン本体１０は、主に船舶推進用の主機として用いられるクロスヘッド型のディーゼルエンジンであり、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられるシリンダジャケット１３を備えている。台板１１と架構１２とシリンダジャケット１３は、ピストン軸方向に延在する複数のタイボルト及びナットにより一体に締結されて固定されている。ディーゼルエンジン本体１０は、ユニフロー掃排気式のディーゼルエンジン、かつ、２ストロークディーゼルエンジンであり、シリンダ内の掃排気の流れを下方から上方への一方向とし、排気の残留を無くすようにしたものである。
台板１１には、プロペラ軸（図示せず）が備えられており、プロペラ軸を介して推進用プロペラ（図示せず）を駆動回転させる。プロペラ軸の上端には、連接棒（図示せず）の下端が回動可能に接続されている。
架構１２は、ピストン棒（図示せず）と連接棒とを回動可能に接続するクロスヘッド（図示せず）が設けられている。すなわち、ピストン棒の下端および連接棒の上端がクロスヘッドに接続されている。クロスヘッドの両側には、ピストン軸方向に延在する一対の摺動板（図示せず）が架構１２に固定された状態で設けられている。
シリンダジャケット１３は、シリンダライナ（図示せず）が設けられており、このシリンダライナの上端にはシリンダカバー（図示せず）が設けられている。そして、シリンダライナおよびシリンダカバーによって形成された空間（シリンダ）内にピストン（図示せず）がピストン軸方向に往復動可能に設けられている。また、ピストンの下端には、ピストン棒の上端がピストン軸方向に往復動可能に取り付けられている。ここで、シリンダには、掃気トランク１６および排気マニホールド１４が連通されている。
掃気トランク１６は、図１に示すように、ディーゼルエンジン本体１０のシリンダジャケット１３のシリンダと連通している。掃気トランク１６は、燃焼用空気または燃焼用空気と再循環ガスとの混合物が圧縮された燃焼用気体をディーゼルエンジン本体１０に送り込む。掃気トランク１６には、主に過給機２０から燃焼用空気または燃焼用空気と再循環ガスとの混合物が圧縮された燃焼用気体が送り込まれる。一方、ディーゼルエンジン本体１０の機関負荷が一定値未満のときは、掃気トランク１６に近接して配置される補助ブロア１７から燃焼用空気が送りこまれる。燃焼室へ送り込まれた燃焼用気体は燃料とともに燃焼することで、シリンダ内のピストンを往復動させる。
補助ブロア１７は、電動機によって駆動される空気圧縮機である。補助ブロア１７は、ディーゼルエンジン１が配置される機関室内の空気を燃焼用空気として、過給機２０を介することなく、掃気トランク１６に燃焼用空気を送り込む。本発明の第１実施形態の補助ブロア１７は、後述する過給機２０の膨張機側（サイレンサとは反対側）に配置される。
排気マニホールド１４は、図１に示すように、ディーゼルエンジン本体１０のシリンダジャケット１３のシリンダと連通している。排気マニホールド１４は、シリンダ内での燃焼によって生じた排ガスを一時貯留することで静圧とするタンクである。排気マニホールド１４は、静圧とした排ガスを過給機２０に送りこむ。
次に、図１を用いて、本実施形態におけるＥＧＲシステム１００を説明する。本実施形態のＥＧＲシステム１００は、過給機２０と、スクラバ１０１と、デミスタ１０２と、ＥＧＲブロア１０４を備えている。ここで、ＥＧＲシステム１００は、ディーゼルエンジン本体１０から排出された排ガスの一部を再循環ガスとしてディーゼルエンジン本体１０に再循環させ、燃焼用気体として用いるシステムである。また、本実施形態におけるＥＧＲシステム１００は、図２に示すように、ディーゼルエンジン本体１０上に配置される。ディーゼルエンジン本体１０は、ＥＧＲシステム１００の各機器に人員がアクセス可能なように足場が外周面に組まれている。
過給機２０は、膨張機（タービン）２１と、圧縮機（コンプレッサ）２２と、サイレンサ２３と、を備えている。膨張機２１は、内部にタービン翼（図示せず）を含むタービンディスク（図示せず）が備えられている。また、圧縮機２２は、内部にコンプレッサ翼（図示せず）を含む羽根車（図示せず）が備えられている。過給機２０は、圧縮機２２の羽根車と膨張機２１のタービンディスクとがロータ軸（回転軸）を中心として回転自在に連結されている。過給機２０のロータは、膨張機（タービン）２１と、圧縮機（コンプレッサ）２２と、ロータ軸（回転軸）と、を含む。ロータ軸は、膨張機２１と圧縮機２２との間に配置される軸受台（図示せず）により軸支される。過給機２０は、ディーゼルエンジン本体１０から排気マニホールド１４を経て排出された排ガスにより膨張機２１が回転する。過給機２０は、膨張機２１の回転がロータにより伝達されて圧縮機２２が回転し、この圧縮機２２が燃焼用空気及び／または再循環ガスを圧縮する。圧縮機２２により圧縮して得られた燃焼用気体は掃気トランク１６を経てディーゼルエンジン本体１０に供給される。一方、図１に示すように膨張機２１を通過することでエネルギーを回収された排ガスは排ガス配管１５に排出される。
サイレンサ２３は、圧縮機２２に接続される中空円筒状の装置であり、円筒の軸方向がロータ軸（回転軸）と一致するように、軸方向における一端部（一端面）２３ａが圧縮機２２に接続される。サイレンサ２３は、ディーゼルエンジン１が配置される機関室内の空気を燃焼用空気として圧縮機２２に送りこむ通路（燃焼用空気通路）が軸方向を中心として放射状に形成されている。また、サイレンサ２３は、図示しないサイレンサエレメントを有する。サイレンサエレメントは、圧縮機２２の駆動により生じる騒音が燃焼用空気通路を通じて機関室に伝達することを抑制する。さらに、本実施形態におけるサイレンサ２３は、軸方向における他端部（他端面）２３ｂに開口部（再循環ガス吸込口）２３ｃを備えている。なお、本発明の説明においては、図３に示すように、ロータ軸の回転軸の軸線方向を回転軸方向（軸方向ともいう。）と、ディーゼルエンジン本体１０が設置される面に垂直な方向を高さ方向と、回転軸方向および高さ方向と双方に垂直な方向を幅方向と定義する。
スクラバ１０１は、ベンチュリ式のスクラバであり、中空形状をなすスロート部と、排ガスが導入されるベンチュリ部と、元の流速に段階的に戻す拡大部とを備えている。スクラバ１０１は、排ガス配管１５に排出された排ガスの一部を再循環ガスとして、ディーゼルエンジン本体１０に再循環させる場合において、再循環ガスに対して液体を噴射する液体噴射部を備えている。スクラバ１０１は、再循環ガスに対して液体を噴射することで、ＳＯｘや煤塵などの微粒子（ＰＭ）といった有害物質が除去する（洗浄する）。
ここで、スクラバ１０１は、図３に示すように、サイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂ側に配置されている。より具体的には、スクラバ１０１は、軸方向において、サイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂと離間して配置される。なお、本実施形態のスクラバ１０１は、ベンチュリ式のスクラバであるが、この構成に限定されるものではない。
デミスタ１０２は、中空矩形状の筐体であり、スクラバ１０１の出口と接続されている。デミスタ１０２には、スクラバ１０１で液体が噴射されることにより有害物質が除去された再循環ガスと排液が流れ込む。デミスタ１０２は、再循環ガスと排液とを分離するとともに、再循環ガスに含まれる液滴を除去する。分離された再循環ガスは、デミスタ１０２の再循環ガス吐出口からＥＧＲブロア１０４に排出される。一方、分離された排液および除去された液滴は、デミスタ１０２の下部に配置されるコレクティングタンク１０３に排出される。コレクティングタンク１０３に排出された排液および液滴は、図示しない洗浄液の系統により中和処理がされた後、スクラバ１０１の液体噴射部に戻されて再利用される。
ここで、デミスタ１０２は、図３に示すように、サイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂ側に配置されている。より具体的には、デミスタ１０２は、軸方向においてサイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂと離間して配置される。デミスタ１０２は、本実施形態のように軸方向において、サイレンサ２３と離間していることが好ましいが、軸方向において一部がサイレンサ２３と重なるように構成されてもよい。
ＥＧＲブロア１０４は、デミスタ１０２の上部に配置される。ＥＧＲブロア１０４は、デミスタ１０２で液滴が除去された再循環ガスをデミスタ１０２の再循環ガス吐出口から吸引して、再循環ガス吐出口１０４ａからサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃに送りこむ。ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａは、サイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃに、配管１０５を介して接続されている。ここで、配管１０５は、再循環ガスの通路として機能する。
ここで、ＥＧＲブロア１０４は、図３に示すように、サイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂ側に配置されている。より具体的には、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａは、軸方向においてサイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂの再循環ガス吸込口２３ｃと対向する（向き合う）位置に配置される。この場合、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＥＧＲブロア１０４とサイレンサ２３とは、配管１０５が直線状の配管となるように配置されることが好ましい。つまり、ＥＧＲブロア１０４とサイレンサ２３とは、サイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂの再循環ガス吸込口２３ｃとＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａが幅方向および高さ方向で同じ位置となるように配置されることが好ましい。なお、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａは、軸方向において、サイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃと離間している必要はなく、当接していてもよい。この場合、配管１０５を設けないようにするか、ＥＧＲブロア１０４と配管１０５とを一体構造としてもよい。
以上のように、ＥＧＲシステム１００からサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃに送りこまれた再循環ガスは、サイレンサ２３の軸方向を中心として放射状に形成された燃焼用空気通路から燃焼用空気とサイレンサ２３の内部で混合され、混合気となる。混合気は、圧縮機２２で圧縮され、燃焼用気体として掃気トランク１６を経てディーゼルエンジン本体１０に供給される。
本発明の第１実施形態にかかるＥＧＲシステム１００は、ＥＧＲブロア１０４が、膨張機２１の回転軸方向において、サイレンサ２３の他端部（他端面）２３ｂ側に配置されている。これにより、サイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間の通路（配管１０５）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができる。デミスタ１０２によって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうるが、サイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間の通路（配管１０５）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮を抑制することができる。これにより、圧縮機の羽根車を通過する液滴の量を抑制することができるため、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。これにより、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明の第１実施形態にかかるＥＧＲシステム１００は、デミスタ１０２がサイレンサ２３の他端部２３ｂ側に配置されている。これにより、デミスタ１０２が、サイレンサ２３の他端部２３ｂ側に存在するので、ＥＧＲブロア１０４とサイレンサ２３との間の通路のみならず、デミスタ１０２とサイレンサ２３との間の通路の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮をさらに抑制することができる。これにより、圧縮機の羽根車を通過する液滴の量をさらに抑制することができるため、エロージョンおよびコロージョンの発生をさらに抑制できる。これにより、羽根車の損傷をさらに抑制して、ＥＧＲを行う場合であっても羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明の第１実施形態にかかるＥＧＲシステム１００は、スクラバ１０１が、デミスタ１０２の上部に搭載され、かつサイレンサ２３の他端部２３ｂ側に配置されている。これにより、スクラバ１０１から生じる排液および液滴を含む再循環ガスはスクラバ１０１からデミスタ１０２に直接導入されることになる。ここで、スクラバ１０１で使用された排液にはＳ成分が多く含まれるため、ＥＧＲシステム１００を構成する機器に腐食が生じないように管理する必要があるが、スクラバ１０１とデミスタ１０２との間を最短距離とすることで管理する装置の点数を最小限に抑えることができる。そのため、メンテナンスの負担を大きく減らすことができる。
本発明の第１実施形態にかかるＥＧＲシステム１００は、サイレンサ２３が、回転軸方向を基準とする径方向に開口する燃焼用空気吸込口と、回転軸方向に開口する再循環ガス吸込口２３ｃを備える。これにより、デミスタ１０２により液滴を除去された再循環ガスは、ＥＧＲブロア１０４に吸引された後、回転軸方向からサイレンサ２３に流入する一方、燃焼用空気は、径方向からサイレンサ２３に流入する。そのうえで、圧縮機２２よりも上流側で燃焼用空気（サイレンサ２３から吸引される空気）と再循環ガスとが合流することになる。従って、圧縮機２２の羽根車に到達する前に、燃焼用空気と再循環ガスとの混合を促進することができる。ここで、燃焼用空気は、サイレンサ２３周りの空気であるために、再循環ガスよりもガス中に含まれる水分が少ない可能性が高く、双方のガスを混合させることで燃焼用空気と再循環ガスとの混合気中から水分が凝縮しにくくなる。さらに、再循環ガスは、軸方向に流れるため、サイレンサ２３において再循環ガス通路を形成する壁面と衝突して液滴が生じることを抑制できる。これにより、圧縮機２２の羽根車を通過する液滴の量をさらに抑制することができるため、エロージョンおよびコロージョンの発生をさらに抑制できる。これにより、羽根車の損傷をさらに抑制して、ＥＧＲを行う場合であっても羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明の第１実施形態にかかるＥＧＲシステム１００は、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａが、サイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃと対向するように構成されている。これにより、再循環ガスはＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが対向するため、通路長さを最小とすることができる。また、再循環ガス吐出口１０４ａと再循環ガス吸込口２３ｃとを接続する配管の屈曲部を最小とすることができる。そのため、圧縮機に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮をさらに抑制することができる。これにより、圧縮機の羽根車を通過する液滴の量をさらに抑制することができるため、エロージョンおよびコロージョンの発生をさらに抑制できる。これにより、羽根車の損傷をさらに抑制して、ＥＧＲを行う場合であっても羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明の第１実施形態にかかるディーゼルエンジン１は、ＥＧＲブロア１０４が、膨張機２１の回転軸方向において、サイレンサ２３の他端部（他端面）２３ｂ側に配置されている。これにより、ディーゼルエンジン１は、サイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間の通路（配管１０５）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができる。従って、デミスタ１０２により液滴を除去された再循環ガスは、ＥＧＲブロア１０４に吸引された後、サイレンサ２３を経由して圧縮機２２に送り出される。ここで、サイレンサ２３の他端部２３ｂ側にＥＧＲブロア１０４が配置される場合は、サイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間の通路の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができる。デミスタ１０２によって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうるが、ディーゼルエンジン１は、サイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間の通路（配管１０５）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機２２に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮を抑制することができる。これにより、ディーゼルエンジン１は、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。ディーゼルエンジン１は、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できることで、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
本発明の第１実施形態にかかるディーゼルエンジン１は、圧縮機２２とは別に設けられることで圧縮機２２を通過することなく、ディーゼルエンジン本体１０に燃焼用空気を送り込む補助ブロア１７を備え、補助ブロア１７は回転軸において膨張機２１側に配置されている。これにより、補助ブロア１７が回転軸において膨張機２１側に配置されるため、圧縮機２２およびサイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間に補助ブロア１７を設置するスペースを設ける必要がなくなる。これにより圧縮機２２とＥＧＲブロア１０４との間の通路長さを短くすることができる。デミスタ１０２によって液滴が除去された後であっても、再循環ガスの水分は飽和状態にあるので、再循環ガスの通路が長いと液滴が生じうるが、ディーゼルエンジン１は、サイレンサ２３とＥＧＲブロア１０４との間の通路（配管１０５）の屈曲部を減らしつつ、通路長さを短くすることができるので、圧縮機２２に至るまで再循環ガス中の水分の凝縮を抑制することができる。これにより、ディーゼルエンジン１は、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できる。ディーゼルエンジン１は、エロージョンおよびコロージョンの発生を抑制できることで、羽根車の損傷を抑制して、羽根車の長寿命化を図ることができる。
［第１実施形態の第１変形例］
図５Ａは、第１実施形態の第１変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した正面図である。図５Ｂは、第１実施形態の第１変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した上視図である。次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、本発明の第１実施形態の第１変形例におけるＥＧＲシステム１００を説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図５Ａは、第１実施形態の第１変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した正面図である。図５Ｂは、第１実施形態の第１変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した上視図である。次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、本発明の第１実施形態の第１変形例におけるＥＧＲシステム１００を説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本発明の第１実施形態の第１変形例におけるＥＧＲシステム１００ａは、第１実施形態とは異なり、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが、幅方向において異なる位置に配置されている。より具体的には、配管１０５´が幅方向において屈曲部を備えるように構成されている。なお、図５Ａ及び図５ＢのＥＧＲシステム１００ａは、高さ方向においてＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが同じ位置に配置されているが、異なる位置に配置されていてもよい。
以上のように、本発明の第１実施形態の第１変形例におけるＥＧＲシステム１００ａは、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが、幅方向において異なる位置に配置されているため、機関室内の空気の温度の高い領域から離間させてサイレンサ２３を配置することができる。このため、ＥＧＲシステム１００ａは、再循環ガスの通路長さを短くしつつ、サイレンサ２３に吸い込まれる燃焼用空気の温度を低減できる。そのため、ＥＧＲシステム１００ａは、羽根車への液滴の流入を抑えつつ、機関性能の向上を図ることができる。
［第１実施形態の第２変形例］
図６Ａは、第１実施形態の第２変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した正面図である。図６Ｂは、第１実施形態の第２変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した上視図である。次に、図６Ａ及び図６Ｂを用いて、本発明の第１実施形態の第２変形例におけるＥＧＲシステム１００ｂを説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図６Ａは、第１実施形態の第２変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した正面図である。図６Ｂは、第１実施形態の第２変形例のＥＧＲシステムの一部を拡大した上視図である。次に、図６Ａ及び図６Ｂを用いて、本発明の第１実施形態の第２変形例におけるＥＧＲシステム１００ｂを説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本発明の第１実施形態の第２変形例におけるＥＧＲシステム１００ｂは、第１実施形態とは異なり、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが、高さ方向において異なる位置に配置されている。より具体的には、配管１０５´´が高さ方向において屈曲部を備えるように構成されている。なお、図６Ａ及び図６Ｂでは幅方向においてＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが同じ位置に配置されているが、異なる位置に配置されていてもよい。
以上のように、ＥＧＲシステム１００ｂは、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとが、高さ方向において異なる位置に配置されているため、ＥＧＲブロア１０４の再循環ガス吐出口１０４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとの間で液滴が生じた場合であっても、液滴がＥＧＲブロア１０４の方向に戻りやすくなる。このため、ＥＧＲシステム１００ｂは、羽根車への液滴の流入を抑えることができる。
［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態のＥＧＲシステムを表す正面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図７は、本発明の第２実施形態のＥＧＲシステムを表す正面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本発明の第２実施形態のＥＧＲシステム１１０は、図７に示すように、スクラバ１０１と、デミスタ１０２と、ＥＧＲブロア１１４とを備えている。なお、スクラバ１０１と、デミスタ１０２は、第１実施形態と同様の構成であることから、説明は省略する。
ＥＧＲブロア１１４は、デミスタ１０２の上部に配置される。ＥＧＲブロア１１４は、デミスタ１０２で液滴が除去された再循環ガスをデミスタ１０２の再循環ガス吐出口から吸引して、再循環ガス吐出口１１４ａからサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃに送りこむ。ＥＧＲブロア１１４の再循環ガス吐出口１１４ａは、サイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃに、配管１１５を介して接続されている。ここで、配管１１５は再循環ガスの通路として機能する。
ここで、本発明の第２実施形態のＥＧＲブロア１１４は、再循環ガス吐出口１１４ａが高さ方向に開口するように設けられている。ＥＧＲブロア１１４の再循環ガス吐出口１１４ａは、高さ方向に開口する配管１１５の再循環ガス吸込口１１５ａに接続される。配管１１５に流入した再循環ガスは、回転軸方向に開口する配管１１５の再循環ガス吐出口１１５ｂに接続されたサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃから吐出される。
ＥＧＲブロア１１４は、サイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂ側に配置されている。より具体的には、ＥＧＲブロア１１４は、軸方向において、再循環ガス吐出口１１４ａがサイレンサ２３の軸方向における他端部２３ｂの再循環ガス吸込口２３ｃと離間するように配置される。この場合、図６に示すように、配管１１５は、再循環ガス吸込口１１５ａが高さ方向に開口するとともに、再循環ガス吐出口１１５ｂが回転軸方向に開口する。なお、ＥＧＲブロア１１４と配管１１５とは一体構造であってもよい。
以上のように、ＥＧＲシステム１１０からサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃに送りこまれた再循環ガスは、サイレンサ２３の軸方向を中心として放射状に形成された燃焼用空気通路から燃焼用空気とサイレンサ２３の内部で混合される。サイレンサ２３の内部で混合されたのち、混合気は圧縮機２２で圧縮され、燃焼用気体として掃気トランク１６を経てディーゼルエンジン本体１０に供給される。
このように第２実施形態のＥＧＲシステム１１０は、ＥＧＲブロア１１４の再循環ガス吐出口１１４ａが高さ方向においてサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃよりも下側に配置される。そのため、ＥＧＲブロア１１４の再循環ガス吐出口１１４ａとサイレンサ２３の再循環ガス吸込口２３ｃとの間で液滴が生じた場合であっても、液滴がＥＧＲブロア１１４の方向に戻りやすくなる。このため、ＥＧＲシステム１１０は、羽根車への液滴の流入を抑えることができる。
また、上述した実施形態では、ディーゼルエンジンとして、舶用２ストロークエンジンを用いて説明したが、ＥＧＲシステムを搭載する他のディーゼルエンジンにも適用することができる。
１ ディーゼルエンジン
１０ ディーゼルエンジン本体
１１ 台板
１２ 架構
１３ シリンダジャケット
１４ 排気トランク
１５ 排ガス配管
１６ 排気マニホールド
１７ 補助ブロア
２０ 過給機
２１ 膨張機（タービン）
２２ 圧縮機（コンプレッサ）
２３ サイレンサ
１００，１１０ ＥＧＲシステム
１０１ スクラバ
１０２ デミスタ
１０３ コレクティングタンク
１０４，１１４ ＥＧＲブロア
１０５，１０５´，１０５´´，１１５ 配管
１０ ディーゼルエンジン本体
１１ 台板
１２ 架構
１３ シリンダジャケット
１４ 排気トランク
１５ 排ガス配管
１６ 排気マニホールド
１７ 補助ブロア
２０ 過給機
２１ 膨張機（タービン）
２２ 圧縮機（コンプレッサ）
２３ サイレンサ
１００，１１０ ＥＧＲシステム
１０１ スクラバ
１０２ デミスタ
１０３ コレクティングタンク
１０４，１１４ ＥＧＲブロア
１０５，１０５´，１０５´´，１１５ 配管
Claims (6)
- 膨張機と圧縮機とが回転軸により連結される過給機と、
前記膨張機から排出された排ガスの一部である再循環ガスを液体で洗浄するスクラバと、
前記スクラバで洗浄した前記再循環ガスに含まれる液滴を除去するデミスタと、
前記デミスタの再循環ガス流れの下流に配置されるＥＧＲブロアと、
回転軸方向における一端部が前記圧縮機と接続され、前記回転軸方向における他端部が前記ＥＧＲブロアに接続されるサイレンサと、を備え、
前記ＥＧＲブロアは、前記回転軸方向において前記サイレンサの他端部側に配置され、
前記デミスタは、前記サイレンサの前記他端部側に配置され、
前記スクラバは、前記デミスタの上部に搭載され、かつ前記サイレンサの前記他端部側に配置されることを特徴とするＥＧＲシステム。 - 前記サイレンサは、
前記回転軸方向を基準とする径方向に開口する燃焼用空気吸込口と、
前記回転軸方向に開口する再循環ガス吸込口と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステム。 - 前記ＥＧＲブロアの再循環ガス吐出口は、前記サイレンサの前記再循環ガス吸込口と対向することを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲシステム。
- 前記ＥＧＲブロアの再循環ガス吐出口は、高さ方向において前記サイレンサの前記再循環ガス吸込口よりも下側に配置されることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲシステム。
- ディーゼルエンジン本体と、
前記ディーゼルエンジン本体の排ガスが導入される膨張機と、前記膨張機と同軸回転する圧縮機と、が回転軸により連結される過給機と、
前記膨張機から排出された排ガスの一部である再循環ガスを液体で洗浄するスクラバと、
前記スクラバで洗浄した前記再循環ガスに含まれる液滴を除去するデミスタと、
前記デミスタの再循環ガス流れの下流に配置されるＥＧＲブロアと、
回転軸方向における一端部が前記圧縮機と接続され、前記回転軸方向における他端部が前記ＥＧＲブロアに接続されるサイレンサとを備え、
前記ＥＧＲブロアは回転軸方向において前記サイレンサの他端部側に配置され、
前記デミスタは、前記サイレンサの前記他端部側に配置され、
前記スクラバは、前記デミスタの上部に搭載され、かつ前記サイレンサの前記他端部側に配置されることを特徴とするディーゼルエンジン。 - 前記圧縮機とは別に設けられることで前記圧縮機を通過することなく、前記ディーゼルエンジン本体に燃焼用空気を送り込む補助ブロアを備え、
前記補助ブロアは、前記回転軸方向において前記膨張機側に配置されることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジン。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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