JPH07217439A - 排気ガスタービン過給機のガスバイパスシステム - Google Patents

排気ガスタービン過給機のガスバイパスシステム

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JPH07217439A
JPH07217439A JP6008566A JP856694A JPH07217439A JP H07217439 A JPH07217439 A JP H07217439A JP 6008566 A JP6008566 A JP 6008566A JP 856694 A JP856694 A JP 856694A JP H07217439 A JPH07217439 A JP H07217439A
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JP
Japan
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turbine
exhaust gas
engine
compressor
exhaust
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JP6008566A
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Takashi Akita
隆 秋田
Akiya Nakamura
亮也 中村
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/007Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in parallel, e.g. at least one pump supplying alternatively
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンが低回転の際に、サージングを起こ
さずに高トルク運転ないし加速運転が行える排気ガスタ
ービン過給機のガスバイパスシステムを提供する。 【構成】 エンジン1の吸気側にコンプレッサ6を接続
すると共に排気側に流路分割形タービンケーシング1
3,14からなるタービン7を接続した排気ガスタービ
ン過給機5のガスバイパスシステムにおいて、エンジン
1の低回転時、排気ガスを上記タービン5の一方のター
ビンケーシング13に流すと共に上記コンプレッサ6の
吐出側の空気の一部を他方のタービンケーシング14に
流すようにしたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、船舶等のエンジンに接
続される排気ガスタービン過給システムに係り、特にエ
ンジンの高トルク運転時に生じる過給機のサージングを
防止するための排気ガスタービン過給機のガスバイパス
システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】船舶用の比較的小形のディーゼル機関等
のエンジンには、排気ガスを導入してタービンを回転
し、そのタービンに直結されたコンプレッサを回転して
エンジンへの吸気を圧縮する排気ガスタービン過給機が
接続されている。
【0003】この排気ガスタービン過給機においては、
エンジンの低回転数域の時、タービン側排気圧が低く、
吸気圧が思うように上がらないため、タービン側をスク
ロール流路分割形のツインフロータービンケーシングと
し、定格回転数域の時には、双方のスクロール流路に排
気ガスを流してタービンを回転させ、低回転数域の時に
は、タービン容量を絞って、すなわち、一方のスクロー
ル流路のみに排気ガスを流して排気圧を上げると共にタ
ービン回転速度を上げてコンプレッサ側の吸気圧を高め
ることが試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ンの低回転数域の運転時に、タービン容量を絞ってター
ビン回転速度を上げてコンプレッサによる吸気圧を上げ
ても、実際にはエンジンが低回転のため、エンジンへの
吸気流量は十分に増大せずサージングを起こしやすくな
る問題がある。従って、エンジンの低回転数域の時に、
サージングを起こさずに、高トルク運転ないし高ブース
ト圧運転を行うことはできない問題がある。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、エンジンが低回転の際に、サージングを起こさずに
高トルク運転ないし高ブースト圧運転が行える排気ガス
タービン過給機のガスバイパスシステムを提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、エンジンの吸気側にコンプレッサを接続す
ると共に排気側に流路分割形タービンケーシングからな
るタービンを接続した排気ガスタービン過給機のガスバ
イパスシステムにおいて、エンジンの低回転時、排気ガ
スを上記タービンの一方のタービンケーシングに流すと
共に上記コンプレッサの出口側の圧縮空気の一部を他方
のタービンケーシングに流すようにしたものであり、ま
た、エンジンの吸気側にコンプレッサを接続すると共に
排気側に流路分割形タービンケーシングからなるタービ
ンを接続した排気ガスタービン過給機のガスバイパスシ
ステムにおいて、エンジンからの排気ガスを、それぞれ
流路分割形タービンケーシングに導入するための第1及
び第2排気ガス導入ラインと、エンジンの低回転時、第
2排気ガス導入ラインを閉じて排ガスを、第1排ガス導
入ラインを介して上記タービンの一方のタービンケーシ
ングに流すための排気ガス用弁と、上記コンプレッサの
出口側と他方のタービンケーシングの入口とを結ぶバイ
パスラインと、バイパスラインに接続され、低回転時
に、上記コンプレッサの出口側の圧縮空気を他方のター
ビンケーシングに流すバイパス用弁とを備えたものであ
る。
【0007】
【作用】上記構成によれば、エンジンが低回転の時に、
エンジンからの排気ガスをタービンのタービンケーシン
グの一方のタービンケーシングに流し、他方のタービン
ケーシングにはコンプレッサの圧縮空気の一部をバイパ
スラインを介して流すことでコンプレッサでの流量が増
大し、これによりサージングを起こさずに高トルク運
転、高ブースト圧運転の双方が可能となる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
【0009】図1において、1は、プロペラ2を回転駆
動するエンジンで、例えば船舶等に使われる6気筒の小
形ディーゼルエンジンであり、その吸気側と排気側と
は、給排気順に交互に2系統の吸気マニホールド3,3
と排気マニホールド4,4に接続される。また両吸気マ
ニホールド3,3は連通するよう、排気マニホールド
4,4は排気干渉を避けるべく独立して接続される。
【0010】この吸気マニホールド3,3と排気マニホ
ールド4,4には、対応する排気ガスタービン過給機
5,5のコンプレッサ6,6とタービン7,7が接続さ
れる。
【0011】この排気ガスタービン過給機5のコンプレ
ッサ6は、コンプレッサケーシング8内にコンプレッサ
扇車9が設けられて構成され、コンプレッサケーシング
8の軸方向に設けられた空気入口10から空気を吸引し
て圧縮し、その圧縮空気を出口11から吐出すると共に
吸気ライン12を介して吸気マニホールド3に接続され
る。タービン7は、流路分割形のタービンケーシング1
3,14内に、コンプレッサ扇車9と回転軸15で連結
されたタービン翼車16が設けられて構成され、その両
タービンケーシング13,14の入口17,18が、そ
れぞれ第1及び第2排気ガス導入ライン19,20を介
して排気マニホールド4に接続されて、排気ガスが両タ
ービンケーシング13,14内に導入されてタービン翼
車16を回転した後、出口21から両排気ガスタービン
過給機5の共通の排気ガス排出ライン22に排気され
る。
【0012】さて、コンプレッサ6の出口側の吸気ライ
ン12には、バイパスライン23が接続され、このバイ
パスライン23が、第2排気ガス導入ライン20に接続
されると共に、第2排気ガス導入ライン20に、排気ガ
ス用弁24が接続され、バイパスライン23にバイパス
用弁25が接続される。
【0013】またバイパスライン23は、排気ガス排出
ライン22に接続された熱交換器26を通って排ガスと
熱交換するようにされる。また熱交換器26を通った排
ガスは煙突(図示せず)から排出される。
【0014】なお、27は吸気ライン12に接続したエ
アクーラである。
【0015】以上において、エンジン1が通常の運転し
ている時は、排気ガス用弁24,24が開で、バイパス
用弁25が閉にされる。
【0016】この状態で、エンジン1からの排気ガス
は、両排気マニホールド4,4より、それぞれ第1及び
第2排気ガス導入ライン19,20を介して排気ガスタ
ービン過給機5のタービン5の両タービンケーシング1
3,14に流入してタービン翼車16を回転し、排気ガ
ス排出ライン22を介して煙突から排出される。タービ
ン翼車16の回転でコンプレッサ扇車9が回転され、空
気は、入口10からコンプレッサケーシング8に流入し
圧縮され、吸気ライン12、吸気マニホールド3を介し
てエンジン1に供給される。
【0017】また、エンジン1が低回転で、高トルク運
転や高ブースト圧運転を行う時には、排気ガス用弁2
4,24を閉じ、バイパス用弁25を開とする。
【0018】この状態で、エンジン1からの排気ガス
は、両排気マニホールド4,4より、それぞれ第1排気
ガス導入ライン19を介して排気ガスタービン過給機5
の流路が2つに分かれているタービン5の一方の流路で
あるタービンケーシング13に流入する。他方、コンプ
レッサ6の圧縮空気の一部は、バイバスライン23より
熱交換器26を通り、バイパス用弁25を介して入口1
8より他方の流路であるタービンケーシング14に流入
し、一方のタービンケーシング13に供給された排ガス
と共にタービン翼車16を回転した後、出口21より排
気ガス排出ライン22を介して煙突から排出される。
【0019】このように、低回転で、高トルク運転や高
ブースト圧運転を行う際に、排ガスを一方のタービンケ
ーシング13に流し、コンプレッサ6の圧縮空気の一部
を他方のタービンケーシング14に流すことで、コンプ
レッサ6での流量が増大し、サージングの発生を防止す
ることが可能となる。
【0020】また、バイパスライン23から他方のター
ビンケーシング14に流れる圧縮空気は、熱交換器26
で、タービン7からの排ガスと熱交換されるので余剰エ
ネルギが回収できると共に、その圧縮空気を他方のター
ビンケーシング14に流し、排ガスを一方のタービンケ
ーシング13に流すことでエンジンの排気脈動によるバ
イパスライン23への逆流を防ぐことができる。すなわ
ち、タービンケーシングの流路を分割せずに、単にコン
プレッサの圧縮空気の一部をタービン側に流したので
は、圧縮空気より排ガスの圧力の方が高く、排ガスがバ
イパスラインに逆流するが、タービンケーシングを分割
形にすることで、逆流を防止できる。
【0021】次に、この低回転時の高トルク運転と高ブ
ースト圧運転を、図2,3のコンプレッサの流量(コン
プレッサ入口流量)と圧力(出入口圧力比)関係を示す
コンプレッサマップにより説明する。
【0022】先ず、図2は高ブースト圧運転を行う場合
のマップを示し、図において、n0 〜nn はコンプレッ
サが一定回転している時の流量と圧力比の関係を示す定
回転曲線を示し、aは、通常負荷の時の舶用特性の作動
線を示し、点p0 は定格点を示し、点p1 は、エンジン
の50%負荷の回転時の定回転曲線n1 での作動点で、
この定回転曲線n1 よりエンジン回転数が低いのを低回
転域、高いのを高回転域とする。
【0023】さて点線bはタービン容量を絞った場合の
舶用特性の作動線を示す。この作動線bは、低回転で高
ブースト圧運転を行うとするとサージング領域に入って
しまう、すなわち今、作動線aのA点で運転している状
態からタービン容量を絞った場合、コンプレッサの吐出
圧力が高くC点で運転され、サージング領域に入ってし
まう、そこで本発明は、吐出された圧縮空気の一部をバ
イパスライン23を介してタービンの他方の流路に流す
ことで、実質的に通常負荷の作動線a上のB点で運転す
ることができ、これにより吸気圧(ブースト圧)を高
め、エンジンの回転を増速することが可能となる。
【0024】また、図3は高トルク運転を行う場合のマ
ップを示し、各線a,n0 〜nn は、図2と同じであ
る。また作動線bも実質的に図2と同じであるが、高ト
ルク運転の時の作動線として示している。
【0025】今点Aの状態より、高トルク運転を行う場
合、高トルク運転を行うべく、排ガスをタービンの一方
の流路のみに流すと点Cのようにサージング領域に入っ
た運転になってしまうが、本発明においては、吐出され
た圧縮空気の一部をバイパスライン23を介してタービ
ンの他方の流路に流すことで、実質的に通常負荷の作動
線a上のB点で運転することができ、これにより吸気容
量を高め、エンジンの高トルク運転を行うことが可能と
なる。
【0026】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、エンジン
が低回転の時に、エンジンからの排気ガスをタービンの
タービンケーシングの一方のコンプレッサケーシングに
流し、他方のコンプレッサケーシングにはコンプレッサ
の圧縮空気の一部を流すことでコンプレッサでの流量が
増大し、これによりサージングを起こさずに高トルク運
転、高ブースト圧運転の双方が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図2】本発明において、低回転、高ブースト圧運転を
説明するためのコンプレッサマップを示す図である。
【図3】本発明において、低回転、高トルク運転を説明
するためのコンプレッサマップを示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン 5 排気ガスタービン過給機 6 コンプレッサ 7 タービン 13,14 タービンケーシング 19 第1排気ガス導入ライン 20 第2排気ガス導入ライン 23 バイパスライン 24 排気ガス用弁 25 バイパス用弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02B 37/10 A 39/00 E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの吸気側にコンプレッサを接続
    すると共に排気側に流路分割形タービンケーシングから
    なるタービンを接続した排気ガスタービン過給機のガス
    バイパスシステムにおいて、エンジンの低回転時、排気
    ガスを上記タービンの一方のタービンケーシングに流す
    と共に上記コンプレッサの出口側の圧縮空気を他方のタ
    ービンケーシングに流すことを特徴とする排気ガスター
    ビン過給機のガスバイパスシステム。
  2. 【請求項2】 エンジンの吸気側にコンプレッサを接続
    すると共に排気側に流路分割形タービンケーシングから
    なるタービンを接続した排気ガスタービン過給機のガス
    バイパスシステムにおいて、エンジンからの排気ガス
    を、それぞれ流路分割形タービンケーシングに導入する
    ための第1及び第2排気ガス導入ラインと、エンジンの
    低回転時、第2排気ガス導入ラインを閉じて排ガスを、
    第1排ガス導入ラインを介して上記タービンの一方のタ
    ービンケーシングに流すための排気ガス用弁と、上記コ
    ンプレッサの出口側と他方のタービンケーシングの入口
    とを結ぶバイパスラインと、バイパスラインに接続さ
    れ、低回転時に、上記コンプレッサの出口側の圧縮空気
    を他方のタービンケーシングに流すバイパス用弁とを備
    えたことを特徴とする排気ガスタービン過給機のガスバ
    イパスシステム。
JP6008566A 1994-01-28 1994-01-28 排気ガスタービン過給機のガスバイパスシステム Pending JPH07217439A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010102745A1 (de) * 2009-03-13 2010-09-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine mit registeraufladung
US8109093B2 (en) 2005-06-02 2012-02-07 Wärtsilä Finland Oy Method and an arrangement in connection with a turbocharged piston engine

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CN102421999A (zh) * 2009-03-13 2012-04-18 大众汽车有限公司 带有相继增压系统的内燃机

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