JPS60212621A - 内燃機関の過給装置 - Google Patents

内燃機関の過給装置

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JPS60212621A
JPS60212621A JP59069076A JP6907684A JPS60212621A JP S60212621 A JPS60212621 A JP S60212621A JP 59069076 A JP59069076 A JP 59069076A JP 6907684 A JP6907684 A JP 6907684A JP S60212621 A JPS60212621 A JP S60212621A
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JP
Japan
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steam
supercharger
air
exhaust gas
engine
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JP59069076A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Hashimoto
一彦 橋本
Takeshi Yamada
剛 山田
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の過給装置に関するものである。
従来から知られているように、機関の正味平均圧力上昇
と過給機の総合効率上昇に伴ない、過給機が機関に供給
する空気量は、部分負荷域で不足気味となり、全負荷域
で過剰気味となっている。そこで、過給機のタービンノ
ズル面積を絞ってやれば、部分負荷域の空気量不足は解
消するが、全負荷域では通常以上に空気過剰となる。逆
に、ノズル面積を拡げると、全負荷域の空気過剰は解消
するが、部分負荷域では通常以上に空気不足となる。こ
のため、過給機ノズル面積を可変できる過給機が開発さ
れているが、過給機効率が低下するうえ、粗悪重油使用
時の可変機構の信頼性に不安がある。一方、部分負荷域
での風量不足を補なうために、電動補助プロワが現在使
用されているが、4サイクル機関の場合、電力消費量が
著しく多く、不経済である。
本発明は、内燃機関から排出されて主過給機の排気ガス
タービンを駆動したのちの排気ガスを捨てないで、蒸気
発生の熱源に利用し、給気量が不足気味となる部分負荷
時または低負荷時には、その蒸気を利用した補助過給機
の助けを借りることにより、空気不足に起因する燃焼不
良を改善することができて、省エネルギーを図ることが
できるとともに、信頼性の高い内燃機関の過給装置を提
供することを目的とするものである。
このため、本発明の構成は、内燃機関からの排気ガスに
よって駆動されて前記機関へ給気する主過給機と、この
主過給機からの排気ガスを熱源として液体を蒸気圧する
排ガスエコノマイザと、このエコノマイザからの蒸気に
よって駆動されて前記機関へ給気する補助過給機とを備
え、かつ、前記補助過給機と該エコノマイザとを接続し
ている蒸気管の途中に設けられた蒸気分配弁を備え、し
かも、前記機関の給気入口の給気圧力と前記機関の回転
速度と前記主過給機の排気ガス入口のガス温度の少なく
とも1つを前記機関の給気量の制御因子として検出する
検出器と、この検出器で検出された前記因子の値が、前
記機関の回転速度に応じて設定された設定値よシも低い
場合にのみ、その低い偏差に応じた蒸気量を前記エコノ
マイザから前記補助過給機に供給するように前記蒸気分
配弁に指令信号を出力する制御装置を備えていることを
特徴としている。
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
第1図において、1は内燃機関、2は該内燃機関1の往
復動シリンダの排気側に接続された排気管、3は主過給
機の排気ガスタービン、4は排気ガスエコノマイザ、5
は主過給機のブロワ、6と7は給気管、8は空気冷却器
、9は該内燃機関1の往復動シリンダの吸気側に接続さ
れた給気管、10は補助過給機のプロワ、11は給気管
、12は給水ドラム、13は給水管、14は蒸気管、1
5は補助過給機の蒸気タービン、16は蒸気管、17は
復水器、18は蒸気分配弁、19は蒸気管、20は逆止
弁、21は後述する制御回路、22は給気管、23は逆
止弁、24は前記給気管9に設けられた給気圧力検出器
である。また25は制御装置で、給気圧力検出器24に
よって検出された実際の給気圧力が、内燃機関1の回転
速度(単位時間当りの回転数)に応じて設定された設定
値(設定給気圧力)よりも低い場合にのみ、その低い偏
差に応じた蒸気量(その偏差をなくするために蒸気ター
ビン15で必要とする蒸気量)を排気ガスエコノマイザ
4から蒸気タービン15に供給するように蒸気分配弁1
8に指令信号を出力するようになっている。
すなわち、排気ガス系統は、内燃機関1の往復動シリン
ダの排気側と主過給機の排気ガスタービン3を排気管2
で連結し、さらに、排気ガスエコノマイザ4と連結する
。給気系統は、排気ガスタービン3と同軸上に配置した
主過給機のブロワ5が給気管6と7により過給空気冷却
器8と連結され、さらに、給気管9で内燃機関1の往復
動シリンダの吸気側と連結される。蒸気系統は、給水ド
ラム12が排気ガスエコノマイザ4と給水管13で連結
され、その後、蒸気管14により蒸気分配弁18を経て
補助過給機の蒸気タービン15に至る。このタービン1
5の出口は蒸気管16によシ復水器17を経て給水ドラ
ム12に連結される。なお蒸気タービン15の入口の蒸
気分配弁18と蒸気管19を連結し、さらに、図示さ扛
ていない他の蒸気必要機器と連結する。補助給気系統は
、蒸気タービン15と同軸上に配置した補助過給機のブ
ロワ10とこのプロワ10の出口給気管11および逆止
弁23からなり、逆止弁23は給気管7と連結され、ま
た該プロワ10の入口給気管22は給気管6と逆止弁2
0の連結部から分岐させる。前記分配弁18は制御回路
21と接続され、給気圧力検出器24は制御装置25と
接続され、その出力が該回路21と接続される。
第2図は機関回転数と軸トルクの関係を示したもので、
横軸は内燃機関の単位時間当りの回転数、縦軸は内燃機
関の出力軸トルク、aはプロペラ法則による曲線、bは
発電特性の直線、Cは低回転高トルク域である。
第5図は内燃機関の負荷を横軸にとり、機関への供給空
気量、その給気圧力、機関の燃料消費率を示している。
すなわち、実線曲線d1は本発明の一実施例による供給
空気量、点線曲線d2は従来の供給空気量、実線曲線e
、は本発明の一実施例による給気圧力、点線曲線e2は
従来の給気圧力、実線曲線f、は本発明の一実施例によ
る燃料消費率、点線曲線f2は従来の燃料消費率である
第1図に示すように構成された内燃機関の過給装置にお
いては、排気ガスタービン3とブロワ5とからなる主過
給機は、従来の過給機と同様な作用をするので、改めて
説明するまでもない。したがって、蒸気系統および補助
給気系統について説明すると、主過給機の排ガスタービ
ン5からの排気ガスが排ガスエコノマイザ4の熱源とな
って蒸気を発生し、この蒸気が蒸気管14により蒸気分
配弁18に導かれ、後述する所要量の蒸気を補助過給機
の蒸気タービン15に供給する。すなわち、内燃機関1
の部分負荷または低負荷の時には、給気量が不足気味と
なるので、該分配弁18から蒸気タービン15に蒸気を
供給すると、蒸気タービン15は回転してブロワ10を
駆動し、ブロワ10は主過給機のブロワ5からの空気を
さらに加圧して給気管9を経て内燃機関1に供給する。
したがって、前記ブロワ10の働きにより、内燃機関1
に供給される空気量は該ブロワ5が単独の場合よりも増
加する。
内燃機関1の単位時間当りの回転数、つまり5回転速度
に対して必要な給気量が予め定められるので、その必要
な給気量を制御装置25にセットしておき、実際の給気
量を検知して、そのセットされた給気量と実際の給気量
とを比較して、その偏差に応じて蒸気分配弁1Bを制御
するのであるが、実際の給気量を直接検出することは、
理論上量も好ましいことではあるが、実際問題として、
それが困難なので、実際の給気量を、該機関1の給気入
口の給気圧力、該機関1の回転速度、排気ガスタービン
3の排気ガス入口の排気ガス温度の、少なくとも1つを
、またはそれらのいずれか1つを制御因子として検出す
るようにし、したがって、制御装置25にセットする設
定値も、上記制御因子と同様のものに換算したものとす
る。第1図の例では、蒸気分配器18は、第2図に示す
機関の低回転高トルク域Cの時の給気量不足を、給気圧
力検出器24で給気管9内の圧力として検出し、制御装
置25により、給気管9内の圧力が予めセットした設定
圧力となるように制御回路21からの指令信号により、
排ガスエコノマイザ4からの蒸気を蒸気タービン15へ
供給するようになっている。また該分配弁18は、内燃
機関1への供給空気量が主過給機のブロワ5のみで十分
の場合、または補助過給機の蒸気タービン15へ供給し
て残った余剰の排気ガスエコノマイザ4で発生した蒸気
を他の蒸気必要機器へ回わす。
その結果、第6図に示すように、内燃機関の低回転高ト
ルク時の該機関への供給空気量が増加し、これにより、
該機関の燃料消費率も燃焼改善により良好となる。
なお第1図の実施例では、補助過給機のブロワ10が主
過給機のブロワ5と直列状になっていて、ブロワ5から
の空気を加圧して内燃機関1へ補なうようになっている
が、両ブロワ5と10を並列状に設計変更をしてもよい
。また排気ガスエコノマイザ4は水を蒸気にするようK
なっているが、その他、フロンなどの液体を蒸気にする
ようにしてもよい。また主過給機だけでも、給気量が過
剰気味となる場合は、排気ガスタービン3で必要とする
以外の排気ガスを、該タービン3全バイパスさせて、排
気ガスエコノマイザ4の熱源を増加させるようにするこ
とが望ましい。
上述のように、本発明は、主過給機のほかに、補助過給
機と制御装置とを設けて、主過給機の供給する給気量が
内燃機関の最適空気量に対して不足する場合に、補助過
給機により補なうことができるので、殆んどの負荷域で
内燃機関に適量の空気を供給することができる。したが
って、機関部品の熱負荷を適正に保つことができるとと
もに、空気量不足に起因する燃焼不良を改善し、燃料消
費率の低減が可能となる。しかも、内燃機関から排出さ
れる排気ガスエネルギーによって発生させた蒸気により
、補助過給機を駆動するので、省エネルギーになるなど
、本発明の奏する効果は、きわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示した説明図、第2図は機
関回転数と軸トルクの関係を示した説明図、第6図は機
関負荷に対する供給空気量と給気圧力と燃料消費率とを
示した説明図である。 1・・・内燃機関、2・・・排気管、6・・・主過給機
の排気ガスタービン、4・・・排気ガスエコノマイザ、
5・・・主過給機のブロワ、6.7,9,11.22・
−・給気管、10・・−補助過給機のプロワ、14,1
6,19・・・蒸気管、15・・・補助過給機の蒸気タ
ービン、18・・・蒸気分配弁、21・・・制御回路、
24・・・給気圧力検出器、25・・・制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 内燃機関からの排気ガスによって駆動されて前記
    機関ぺ給気する主過給機と、この主過給機からの排気ガ
    スを熱源として液体を蒸気にする排気ガスエコノマイザ
    と、このエコノマイザからの蒸気によって駆動されて前
    記機関へ給気する補助過給機とを備え、かつ、前記補助
    過給機と該エコノマイザとを接続している蒸気管の途中
    に設けられた蒸気分配弁を備え、しかも、前記機関の給
    気入口の給気圧力と前記機関の回転速度と前記主過給機
    の排気ガス入口のガス温度の少なくとも1つを前記機関
    の給気量の制御因子として検出する検出器と、この検出
    器で検出された前記因子の値が、前記機関の回転速度に
    応じて設定された設定値よシも低い場合にのみ、その低
    い偏差に応じた蒸気前を前記エコノマイザから前記補助
    過給機に供給するように前記蒸気分配弁に指令信号を出
    力する制御装置を備えていることを特徴とする、内燃機
    間の過給装置。
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