KR101859893B1 - 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 동력 전달 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있고, 유압 기기류의 중복 장비를 배제 가능하게 한다.
(해결 수단) 기관을 작동시키기 위한 작동 기기 (51) 가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관 (1) 과, 과급기 (5) 와, 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프 (10) 와, 유압 기구 (20) 와, 동력원 (1) 에 의해 회전 구동되어 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프 (11) 와, 제 1 유압 펌프와 제 2 유압 펌프와 유압 기구의 작동을 제어하는 컨트롤러 (50) 와, 제 2 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로 (21, 22, 23) 와, 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로 (26, 27, 22, 23) 를 구비한다. 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로 (26, 27, 22, 21), 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 4 유로 (21, 22, 27, 26) 를 추가로 구비한다.

Description

내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치{SUPERCHARGER SURPLUS POWER RECOVERY DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 과급기를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 관한 것이다.

종래, 디젤 엔진이나 가스 엔진 등의 내연 기관에서는, 과급기 (터보 차저) 에 의해, 엔진의 배기 가스에 의해 그 터빈을 회전 구동시키고, 터빈에 의해 회전되는 압축기에 의해 급기 밀도를 높여, 엔진의 출력 향상을 도모하고 있다.

그러나, 이와 같이 과급기를 장착하여 배기 에너지의 유효 이용을 도모했다고 하더라도, 엔진의 고부하시 (고출력시) 등에는 배기 에너지가 잉여가 되어, 이 잉여 배기 에너지를 낭비없이 이용하는 것이, 연비 향상뿐만 아니라 환경 보호 면에서도 강하게 요청되고 있다.

이 엔진의 잉여 배기 에너지를 유효 이용하는 것으로서, 예를 들어, 과급기에 발전기를 연결하고, 이 발전기를 과급기에 의해 회전 구동시켜 발전을 실시하는 것이 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조). 이 경우에는, 엔진의 잉여 배기 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하고, 그것을 이 엔진이 탑재된 선박의 선내 설비 등에 이용하고 있다.

그러나, 이와 같이 과급기에 발전기를 연결하여 전기 에너지로서 이용하는 것만으로는, 선내 소비 전력이 적은 경우 등에는, 엔진의 배기 에너지를 충분히 이용하고 있다고는 할 수 없어, 엔진의 잉여 배기 에너지를 모두 유효 이용하는 것이, 연비 향상뿐만 아니라 환경 보호 면에서도 급선무로 되어 있다.

그래서, 본원 출원인은, 독자적인 기술로서, 이 엔진의 잉여 배기 에너지를 거의 모두 유효 이용하는 것으로서, 내연 기관의 과급기에 유압 펌프를 연결하여 과급기에 의해 유압 펌프를 회전 구동시켜 유압을 발생시키고, 이 발생시킨 유압에 의해 잉여 배기 에너지를 회수하기 위한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 다수 개발해 왔다 (예를 들어, 특허문헌 3, 4 참조).

예를 들어, 특허문헌 3, 4 에 기재된 발명은, 내연 기관의 크랭크축에 유압 펌프를 연결하고, 이 유압 펌프와 과급기에 연결된 유압 펌프를 유로에 의해 접속하여, 배기 에너지에 잉여가 있는 내연 기관의 고부하시 등에, 과급기측의 유압 펌프에 의해 내연 기관의 크랭크축에 연결한 유압 펌프를 유압 모터로서 회전 구동시켜, 과급기의 잉여 동력을 내연 기관의 탄성 지지에 이용하는 것으로, 대체로 기관 출력의 약 3 ∼ 4 ％ 를 회수할 수 있다. 이로써, 대폭적으로 내연 기관의 잉여 배기 에너지의 이용을 도모할 수 있다.

한편, 최근의 내연 기관에서는, 주로 연비 개선이나 NOX 배출량의 삭감을 목적으로 하여, 배기 밸브나 연료 분사 밸브의 개폐 작동을 유압을 개재하여 전자 제어하는 전자 제어 기관이 주류가 되어 있고, 향후 건조 (建造) 예정인 선박에 탑재되는 거의 모든 내연 기관이 전자 제어 기관이 될 가능성도 있다 (예를 들어, 특허문헌 5 참조).

즉, 이 전자 제어의 내연 기관은, 배기 밸브나 연료 분사 밸브의 개폐 타이밍을 전자 컨트롤러에 의해 적절히 변경함으로써, 기관의 통내 압력을 임의로 조정하여, 운전 조건이나 환경에 따라 내연 기관의 기관 성능의 개선을 도모할 수 있다. 또, 예를 들어 배기 밸브나 연료 분사 밸브를 작동시키기 위해서 공급하는 유압은 기관의 부하마다 상이하고, 작동유의 소비량도 기관 부하에 따라 바뀌기 때문에, 가변 용량형 유압 펌프의 가변 기구에 의해 유압을 제어하고 있다.

또한, 이 가변 용량형 유압 펌프는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 내연 기관 (100) 의 크랭크축으로부터 변속기를 개재하여 전달되는 축 동력에 의해 유압 펌프 (103) 를 구동시키는 방식이나, 도시되지 않은 전동기 구동의 유압 펌프에 의해 회전 구동된다. 후자의 전동기는, 결국, 상기한 또는 이것과는 별도의 보조 내연 기관의 동력에 의해 회전되는 발전기가 발생시킨 전력을 이용하는 것이기 때문에, 그만큼 내연 기관 전체의 연비를 상승시킨다. 이 배기 밸브나 연료 분사 밸브를 작동시키기 위해서 필요한 유압 동력은, 대체로 기관 출력의 약 2 ％ 에 상당한다.

일본 공개실용신안공보 소61-200423호 일본 공개특허공보 2004-346803호 일본 공개특허공보 2006-242051호 일본 공개특허공보 2011-214458호 일본 공개특허공보 2010-209747호

상기 서술한 바와 같이, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 과급기의 동력으로 유압 펌프를 회전 구동시킴으로써, 유압 동력으로서 배기 가스의 잉여 동력을 회수하여, 기관의 크랭크축에 장착한 유압 모터를 이 유압 동력에 의해 회전 구동시켜, 크랭크축을 가세 (加勢) 함으로써, 기관의 연비를 저감시키는 것이다.

그러나, 먼저, 배기 에너지를 과급기를 개재하여 유압 펌프에 의해 유압으로 변환할 때 유압 펌프의 동력 손실이 발생한다. 다음으로, 이 유압에 의해 내연 기관의 크랭크축에 연결한 유압 펌프 (유압 모터) 에 의해 회전 동력으로 변환할 때에, 이 유압 모터의 동력 손실이 발생한다.

또, 종래의 전자 제어 기관에 있어서는, 내연 기관 또는 전동기로부터 유압 펌프에 의해 유압을 발생시키는 경우에, 이 유압 펌프에서도 동력 손실이 발생한다. 이 때문에, 종래의 전자 제어의 내연 기관에 있어서의 과급기 잉여 동력 회수 장치에서는, 시스템 전체의 동력 전달 효율이 낮다는 문제가 있다.

이것과 함께, 종래의 전자 제어의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 과급기의 잉여 동력 회수 장치 (101) 와, 배기 밸브나 연료 분사 밸브 등을 유압 제어하기 위한 유압 장치 (이하, 기관 작동 장치라고도 한다) (102) 의 쌍방에, 시스템 구성을 위한 유압 펌프, 밸브류, 안전 장치, 배관 등을 중복 장비할 필요가 있어, 비용 증대를 초래한다는 문제가 있다.

또, 다수의 보기류 (補機類) 가 착종되어 배치 형성되는 내연 기관 주위에 있어서, 과급기의 잉여 동력 회수 장치 (101) 와 기관 작동 장치 (102) 에 필요한 기기의 중복 배치가, 설계의 큰 족쇄로 되어 있다는 문제도 있다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관에 있어서, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 시스템 전체의 동력 전달 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있고, 게다가 유압 기기류의 중복 배치를 배제할 수 있고, 이로 인해 대폭적인 비용 삭감과 설계의 용이화를 도모할 수 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관과, 내연 기관의 배기 가스로에 배치 형성되어 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 과급기와, 과급기에 연결되어 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프와, 내연 기관의 작동 기기에 유압을 공급하여 내연 기관을 작동시키는 유압 기구와, 회전 동력을 발생시키는 동력원에 연결되어 이 동력원에 의해 회전 구동되고 유압 기구를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프와, 유압 기구와 제 1 유압 펌프와 제 2 유압 펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 유압 기구에 배치 형성되어 제 2 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로를 구비한 것에 있다.

또, 다른 본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관과, 내연 기관의 배기 가스로에 배치 형성되어 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 과급기와, 배기 가스로에 과급기와 병렬로 배치 형성되어 배기 가스에 의해 회전 구동되는 터빈과, 터빈에 연결되어 터빈에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프와, 내연 기관의 작동 기기에 유압을 공급하여 내연 기관을 작동시키는 유압 기구와, 회전 동력을 발생시키는 동력원에 연결되어 이 동력원에 의해 회전 구동되고 유압 기구를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프와, 유압 기구와 제 1 유압 펌프와 제 2 유압 펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 유압 기구에 배치 형성되어 제 2 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로를 구비한 것에 있다.

여기서, 상기 서술한 기관을 작동시키기 위한 작동 기기란, 내연 기관을 작동시키기 위해서 필요한, 예를 들어 배기 밸브, 연료 분사 밸브 등의 기기를 말하고, 회전 동력을 발생시키는 동력원이란, 예를 들어 내연 기관, 전동기 등을 말한다. 단, 상기 서술한 기관을 작동시키기 위한 작동 기기 및 회전 동력을 발생시키는 동력원 모두 일례에 불과하며, 이것들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 상기 서술한 바와 같이, 과급기 또는 터빈에 연결되어 이 과급기 또는 터빈에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프가, 제 2 유로를 개재하여 내연 기관의 작동 기기에 동력원을 개재하지 않고 직접 유압을 공급할 수 있다.

한편, 종래의, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 전자 제어되는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 과급기에 연결되어 이 과급기 또는 터빈에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 유압 펌프가, 먼저 내연 기관의 크랭크축에 연결된 유압 펌프를 회전 구동시키고, 다음으로 이 내연 기관이나 내연 기관이 발생시킨 전력에 의해 회전 구동되는 전동기 등의 동력원이, 작동 기기에 유압을 공급하기 위한 필요한 유압 펌프를 회전 구동시킨다.

여기서, 동력원에 의해 회전 구동되고 유압 기구를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프는, 내연 기관의 부하에 따라서는 작동 기기에 작동에 필요한 유압을 다량으로 공급해야 한다. 이 때문에, 제 2 유압 펌프의 필요 용량 혹은 대수는, 이 최대 토출량에 따라 결정해야만 한다.

그러나, 본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 이 최대 토출량이 요구되는 부하시에는 배기 에너지에 의해 과급기를 회전 구동시켜도 여전히 잉여가 있기 때문에, 제 1 유압 펌프가 제 2 유로를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급할 수 있다.

따라서, 제 2 유압 펌프의 필요 용량 혹은 대수를 제 1 유압 펌프로부터의 유압의 공급분만큼 감소시킬 수 있어, 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또, 토출량에 따라 증대되는 동력 손실도, 제 2 유압 펌프의 필요 용량 혹은 대수의 감소에 수반하여, 이것을 감소시킬 수 있다.

여기에서 가장 주목해야 할 것은, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 과급기에 의해 회전 구동되는 유압 펌프가 발생시킨 유압에 의해 내연 기관의 크랭크축에 연결한 유압 펌프를 가세하여 내연 기관의 회전 동력으로 변환할 때에, 동력 손실이 발생하고 있었다.

그러나, 본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 잉여의 배기 에너지는, 유압으로서 제 2 유로를 개재하여 작동 기기에 직접 공급되어 그 유효 이용을 도모하도록 했기 때문에, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 배제할 수 있다. 즉, 내연 기관의 크랭크축에 연결되는 유압 펌프를 배제할 수 있어, 이 유압 펌프에 의해 발생하고 있던 동력 손실을 완전하게 배제할 수 있다.

이것에 추가로, 종래에는 필요했던 제 1 유압 펌프가 내연 기관의 크랭크축에 연결된 유압 펌프를 가세하기 위해서 필요한 유압 기구를, 모두 배제할 수 있다. 따라서, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 유압 기구를 구성하고 있던 유압 펌프, 밸브류, 안전 장치, 배관 등을 중복 장비할 필요가 없어져, 대폭적인 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또, 다수의 보기류가 착종되어 배치 형성되는 내연 기관 주위에 있어서, 과급기의 잉여 동력 회수 장치와 기관 작동 장치의 유압 기구의 중복 배치가 필요 없어져, 설계의 용이화를 도모할 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 컨트롤러는, 내연 기관의 고부하시에 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 2 유로를 개재하여 작동 기기에 공급하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 컨트롤러가, 내연 기관의 고부하시에 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 2 유로를 개재하여 직접 작동 기기에 공급함으로써, 고부하시의 내연 기관의 잉여 배기 에너지를 동력 손실없이, 작동 기기에 필요한 유압으로서 유효 이용할 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로를 추가로 구비하는 것에 의해, 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급해도 또한 배기 가스 에너지에 충분한 잉여가 있을 때에는, 제 3 유로를 개재하여 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압에 의해 제 2 유압 펌프를 회전 구동시켜, 동력원의 회전을 가세할 수 있다.

예를 들어, 동력원이 내연 기관인 경우에는 직접 연비 향상을 도모할 수 있고, 또 동력원이 전동기인 경우에는 이것을 발전기로서 작동시켜 발전을 실시하게 함으로써, 결과적으로, 내연 기관 전체의 대폭적인 연비 향상을 도모할 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 컨트롤러는, 고부하시에 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 일부를 제 2 유로를 개재하여 작동 기기에 공급함과 함께, 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 잔부를 제 3 유로를 개재하여 제 2 유압 펌프에 공급하는 것이 바람직하다.

내연 기관의 고부하시에는, 예를 들어, 제 1 유압 펌프는 작동 기기에 필요한 유압의 약 2 배의 유압을 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 컨트롤러가, 고부하시에 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 일부를 제 2 유로를 개재하여 작동 기기에 공급함과 함께, 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 잔부를 제 3 유로를 개재하여 제 2 유압 펌프에 공급하도록 함으로써, 고부하시의 내연 기관의 잉여 배기 에너지를 동력 손실없이, 작동 기기에 필요한 유압으로서 유효 이용할 수 있음과 함께, 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압에 의해 제 2 유압 펌프가 연결되어 있는 동력원의 회전을 가세할 수 있다.

예를 들어, 동력원이 내연 기관인 경우에는 직접 연비 향상을 도모할 수 있고, 또 동력원이 전동기인 경우에는 이것을 발전기로서 작동시켜 발전을 실시하게 함으로써, 결과적으로, 내연 기관 전체의 대폭적인 연비 향상을 도모할 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 제 2 유압 펌프는, 가변 용량형의 유압 펌프로 이루어지고, 유압 기구는, 제 2 유압 펌프로부터 작동 기기에 대한 유압의 공급을 허용함과 함께 제 1 유로의 하류측으로부터 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 방지하는 역지 (逆止) 기능과, 컨트롤러의 제어에 의해 강제적으로 제 1 유로의 하류측으로부터 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 허용시키는 역지 해제 기능을 갖는 제 1 역지 밸브 기구를 제 1 유로에 구비하고, 제 2 유로는, 그 작동 기기측이 제 1 유로의 제 1 역지 밸브 기구의 하류측에 접속되어 형성되고, 제 3 유로는, 제 2 유압 펌프측이 제 1 유로의 제 1 역지 밸브 기구의 하류측에 접속되어 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성의 유압 기구로 하는 것에 의해, 컨트롤러가 제 1 역지 밸브 기구의 역지 해제 기능을 OFF 로 하는 것에 의해, 제 2 유압 펌프가 내연 기관의 작동 기기에 유압을 공급할 수 있음과 함께, 제 1 펌프가 발생시킨 유압을 내연 기관의 작동 기기에 유압을 공급할 수 있다. 또, 제 2 유압 펌프는 가변 용량형의 유압 펌프로 이루어지기 때문에, 컨트롤러가 제 1 역지 밸브 기구의 역지 해제 기능을 ON 으로 하는 것에 의해, 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 2 펌프에 공급할 수 있게 되어, 가변 용량형의 유압 펌프로 이루어지는 제 2 유압 펌프의 회전, 즉 제 2 유압 펌프가 연결되는 동력원의 회전을 가세할 수 있게 된다.

즉, 상기 서술한 구성에 의해 유압 기구의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 가변 용량형의 유압 펌프에 있어서는, 그 가변 기구에 의해 통상적인 토출구로부터의 유압의 역류에 의해서도 유압 펌프를 정전 (正轉) 시킬 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 4 유로를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 유압 기구에 배치 형성되어 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 4 유로를 추가로 구비하는 것에 의해, 제 2 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 4 유로를 개재하여 제 1 유압 펌프에 공급하는 것이 가능해지고, 이로 인해 제 1 유압 펌프의 회전을 가세하여 과급기의 과급 능력을 높이도록 하면, 배기 가스 에너지가 부족하여 과급 부족이 된 경우에도 내연 기관에 대해 충분한 과급을 실시할 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 컨트롤러는, 내연 기관의 저부하시에 제 2 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 4 유로를 개재하여 제 1 유압 펌프에 공급하고 제 1 유압 펌프의 회전을 가세하여 과급기의 과급 능력을 높이는 것이 바람직하다.

이와 같이, 컨트롤러가 내연 기관의 저부하시에 제 2 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 4 유로를 개재하여 제 1 유압 펌프에 공급하고 제 1 유압 펌프의 회전을 가세하여 과급기의 과급 능력을 높이는 것에 의해, 특히 배기 가스 에너지가 부족하여 과급 부족이 되기 쉬운 저부하시에도, 내연 기관에 대해 충분한 과급을 실시할 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로를 추가로 구비하고, 제 1 유압 펌프는, 가변 용량형의 유압 펌프로 이루어지고, 유압 기구는, 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 공급을 허용함과 함께 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 방지하는 역지 기능과 컨트롤러의 제어에 의해 강제적으로 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 허용하는 역지 해제 기능을 갖는 제 2 역지 밸브 기구를 제 3 유로에 구비하고, 상기 서술한 제 4 유로는, 이 제 3 유로로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같이, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로를 추가로 구비하고, 제 1 유압 펌프를 가변 용량형의 유압 펌프로 하고, 유압 기구가, 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 공급을 허용함과 함께 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 방지하는 역지 기능과 컨트롤러의 제어에 의해 강제적으로 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 허용하는 역지 해제 기능을 갖는 제 2 역지 밸브 기구를 제 3 유로에 구비하고, 제 4 유로가, 제 3 유로로 이루어지도록 함으로써, 컨트롤러의 제어에 의해 제 2 유압 펌프가 발생시킨 유압을 제 3 유로를 개재하여 제 1 유압 펌프에 공급할 수 있게 되고, 이로써, 이 제 1 유압 펌프가 연결되는 과급기의 회전을 가세할 수 있다.

즉, 상기 서술한 구성에 의해 유압 기구의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 가변 용량형의 유압 펌프에 있어서는, 그 가변 기구에 의해 통상적인 토출구로부터의 유압의 역류에 의해서도 유압 펌프를 정전시킬 수 있다.

상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구는, 컨트롤러의 제어에 의해 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 드레인시켜 제 1 유압 펌프로 되돌리는 드레인 기구를 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 유압 기구가 컨트롤러의 제어에 의해 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 드레인시켜 제 1 유압 펌프로 되돌리는 드레인 기구를 구비하는 것에 의해, 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 대한 유압의 공급과, 제 1 유압 펌프로부터 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 공급과, 제 2 유압 펌프로부터 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 공급을, 모두 실시하지 않게 할 수 있다.

본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관과, 내연 기관의 배기 가스로에 배치 형성되어 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 과급기와, 과급기에 연결되어 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프와, 내연 기관의 작동 기기에 유압을 공급하여 내연 기관을 작동시키는 유압 기구와, 회전 동력을 발생시키는 동력원에 연결되어 이 동력원에 의해 회전 구동되고 유압 기구를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프와, 유압 기구와 제 1 유압 펌프와 제 2 유압 펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 유압 기구에 배치 형성되어 제 2 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로를 구비한다.

또는, 본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관과, 내연 기관의 배기 가스로에 배치 형성되어 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 과급기와, 배기 가스로에 과급기와 병렬로 배치 형성되어 배기 가스에 의해 회전 구동되는 터빈과, 터빈에 연결되어 터빈에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프와, 내연 기관의 작동 기기에 유압을 공급하여 내연 기관을 작동시키는 유압 기구와, 회전 동력을 발생시키는 동력원에 연결되어 이 동력원에 의해 회전 구동되고 유압 기구를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프와, 유압 기구와 제 1 유압 펌프와 제 2 유압 펌프의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 유압 기구에 배치 형성되어 제 2 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 유압 기구에 배치 형성되어 제 1 유압 펌프로부터 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로를 구비한다.

따라서, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 전자 제어되는 내연 기관에 있어서, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 시스템 전체의 동력 전달 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있고, 게다가 유압 기기류의 중복 배치를 배제할 수 있고, 이로 인해 대폭적인 비용 삭감과 설계의 용이화를 도모할 수 있다는 우수한 효과를 발휘한다.

도 1 은, 본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2 는, 도 1 의 내연 기관의 저부하시의 유압 회로의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 3 은, 도 1 의 내연 기관의 중부하시의 유압 회로의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 4 는, 도 1 의 내연 기관의 고부하시의 유압 회로의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 5 는, 도 1 과는 다른 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6 은, 도 1 및 도 5 와는 또 다른 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 나타내는 부분 블록도이다.
도 7 은, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 나타내는 블록도이다.

본 발명에 관련된 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치를 실시하기 위한 형태를, 도 1 내지 도 6 을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 의 부호 1 은, 일례로서의, 선박에 탑재되는 추진용의 저속 디젤 엔진 (동력원, 내연 기관) 을 나타내고, 이 엔진 (1) 은, 이것을 작동시키기 위해서 필요한, 예를 들어 배기 밸브, 연료 분사 밸브 등의 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 전자 제어 기관이며, 또, 그 배기 가스에 의해 회전 구동되어 과급된 급기를 엔진 (1) 에 공급하기 위한 과급기 (5) 를 구비하고 있다.

과급기 (5) 는 압축기 (6) 와 터빈 (7) 으로 이루어지고, 압축기 (6) 와 터빈 (7) 은 회전축 (8) 으로 연결되어 있다. 엔진 (1) 의 배기 가스에 의해 터빈 (7) 이 회전 구동되고, 터빈 (7) 에 의해 압축기 (6) 가 회전한다. 이로써 엔진 (1) 의 급기 밀도가 높아져, 엔진의 출력이 향상된다.

또한, 과급기 (5) 는, 반드시 그 단수가 단단 (單段) 인 것에 한정되는 것은 아니다. 또, 엔진 (1) 은 선박용 엔진에 한정되지 않고, 형식도 저속 디젤 엔진에 한정되는 것은 아니다. 천연 가스, 도시 가스 등을 연료로 하는 가스 엔진, 그 밖의 모든 형식의 전자 제어 기관이 포함된다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 과급기 (5) 의 회전축 (8) 에 변속기 (9) 가 연결되고, 변속기 (9) 에 가변 용량형의 제 1 유압 펌프 (10) 가 연결된다. 엔진 (1) 의 크랭크축 (2) 의 일단에 변속기 (3) 가 연결되고, 변속기 (3) 에 가변 용량형의 제 2 유압 펌프 (11) 가 연결되어 있다.

변속기 (3) 를 형성하지 않고 제 2 유압 펌프 (11) 를 엔진 (1) 의 크랭크축 (2) 에 직결할 수도 있다. 또, 상기 서술한 제 1 유압 펌프 (10) 및 제 2 유압 펌프 (11) 는, 도 1 에 있어서는 각각 1 대이지만, 어디까지나 일례이며, 복수 대로 해도 된다.

제 1 유압 펌프 (10) 와 제 2 유압 펌프 (11) 는, 유압 기구 (20) 중에 장착된다. 유압 기구 (20) 에 있어서, 제 2 유압 펌프 (11) 의 일방의 토출구 (11a) 는 유로 (21) 에 접속되고, 역지 밸브 (31), 유로 (22), 역지 밸브 (32), 유로 (23) 를 이 순서로 개재하여, 상기 서술한 엔진 (1) 의 작동 기기의 제어 회로에 접속되어 유압을 공급한다. 유로 (21, 22, 23) 에 의해 제 1 유로가 형성된다. 제 2 유압 펌프 (11) 의 타방의 토출구 (11b) 는, 유로 (24) 를 개재하여 제 1 유압 펌프 (10) 의 일방의 토출구 (10b) 에 접속된다.

제 1 유압 펌프 (10) 의 타방의 토출구 (10a) 는 유로 (26) 에 접속되고, 역지 밸브 (36), 유로 (27), 유로 (22), 유로 (23) 를 이 순서로 개재하여, 상기 서술한 엔진 (1) 의 작동 기기 (51) 의 제어 회로에 접속되어, 유압을 공급할 수 있다. 또, 유로 (27) 로부터 분기되는 형태로 유로 (22), 역지 밸브 (31), 유로 (21) 를 이 순서로 개재하여, 제 2 유압 펌프 (11) 의 일방의 토출구 (11a) 에도 접속된다.

또한, 상기 서술한 제 1 유압 펌프 (10) 의 토출구 (10a, 10b), 및 제 2 유압 펌프 (11) 의 토출구 (11a, 11b) 는 모두 토출구로 하고 있다. 그러나, 실제는, 후술하는 바와 같이, 작동 상태에 따라 그 일방이 유압의 토출구가 되고, 타방이 유압의 도입구가 되는 것이지만, 본 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 편의상 모두 토출구라고 부르기로 한다. 유로 (26, 27, 22, 23) 에 의해 제 2 유로가, 유로 (26, 27, 22, 21) 에 의해 제 3 유로가, 유로 (21, 22, 27, 26) 에 의해 제 4 유로가 각각 형성된다.

역지 밸브 (31) 는 전자 전환 밸브 (41) 와 일체가 되어 제 1 역지 밸브 기구 (30) 를 형성한다. 제 1 역지 밸브 기구 (30) 는, 컨트롤러 (50) 의 제어에 의해 전자 전환 밸브 (41) 가 전환되어, 강제적으로 유로 (22) 로부터 유로 (21), 요컨대 제 2 유압 펌프 (11) 에 대한 유압의 역류를 허용시키는 역지 해제 기능을 갖는다.

이 역지 해제 기능이 OFF 인 경우에는, 역지 밸브 (31) 는 제 2 유압 펌프 (11) 로부터 유로 (21) 를 개재하여 작동 기기 (51) 의 제어 회로에 대한 유압의 공급을 허용함과 함께, 유로 (22) 로부터 제 2 유압 펌프 (11) 에 대한 유압의 역류를 방지하는 통상적인 역지 기능이 작용한다.

한편, 이 역지 해제 기능이 ON 인 경우에는, 상기 서술한 바와 같이, 역지 밸브 (31) 는 강제적으로 밸브 개방되어 유로 (22) 로부터 제 2 유압 펌프 (11) 에 대한 유압의 역류가 허용된다. 또, 제 2 유압 펌프 (11) 와 역지 밸브 (31) 사이에 어큐뮬레이터 (45) 가 배치 형성되어, 해양파, 배기 밸브 구동, 연료 분사 등에 수반되어 발생하는 유압 변동을 이것에 의해 흡수한다.

또, 역지 밸브 (36) 는 전자 전환 밸브 (42) 가 일체가 되어 제 2 역지 밸브 기구 (35) 를 형성한다. 제 2 역지 밸브 기구 (35) 는, 컨트롤러 (50) 의 제어에 의해 전자 전환 밸브 (42) 가 전환되어, 강제적으로 유로 (27) 로부터 유로 (26), 요컨대 제 1 유압 펌프 (10) 에 대한 유압의 역류를 허용시키는 역지 해제 기능을 갖는다.

이 역지 해제 기능이 OFF 인 경우에는, 역지 밸브 (31) 는 제 1 유압 펌프 (10) 로부터 유로 (26) 를 개재하여 작동 기기 (51) 의 제어 회로와 역지 밸브 (31) 에 대한 유압의 공급을 허용함과 함께, 유로 (27) 로부터 유로 (26), 요컨대 제 1 유압 펌프 (10) 에 대한 유압의 역류를 방지하는 통상적인 역지 기능이 작용한다. 한편, 이 역지 해제 기능이 ON 인 경우에는, 상기 서술한 바와 같이, 역지 밸브 (31) 는 강제적으로 밸브 개방되어 유로 (27) 로부터 유로 (26), 요컨대 제 1 유압 펌프 (10) 에 대한 유압의 역류가 허용된다.

유로 (26) 와 유로 (24) 사이에 전자 개폐 밸브 (44) 가 배치 형성되고, 전자 개폐 밸브 (44) 가 밸브 개방됨으로써, 유로 (26) 의 유압을 유로 (24) 에 드레인시켜 유로 (26) 의 유압을 개방할 수 있다. 유로 (26), 전자 개폐 밸브 (44), 유로 (24) 에 의해 드레인 기구가 구성된다.

컨트롤러 (50) 는, 센서에 의해, 예를 들어, 급기의 흡입 온도, 과급기 (5) 의 하류측의 급기 압력 등을 검출하여, 후술하는 바와 같이, 이 검출한 급기 압력, 흡입 온도 등에 기초하여, 제 1 유압 펌프 (10), 제 2 유압 펌프 (11), 전자 전환 밸브 (41, 42), 전자 개폐 밸브 (44) 등의 작동을 전기적으로 제어한다. 또한, 컨트롤러 (50) 가 상기 서술한 급기 압력 및 흡입 온도 이외의 파라미터를 사용하여 제 1 유압 펌프 (10), 제 2 유압 펌프 (11), 전자 전환 밸브 (41, 42), 전자 개폐 밸브 (44) 등의 작동을 제어하는 경우도 있다.

다음으로, 본 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 작동에 대해 설명한다. 내연 기관의 시동시, 컨트롤러 (50) 는, 도 2 에 나타내는 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 전자 전환 밸브 (41) 를 작동시켜, 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 역지 해제 기능을 OFF 로 함과 함께, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 전자 전환 밸브 (42) 를 작동시켜, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 역지 해제 기능을 OFF 로 한다. 또, 전자 개폐 밸브 (44) 를 밸브 폐쇄시키고 있다.

이 때문에, 역지 밸브 (31) 는 유로 (22) 로부터 유로 (21) 에 대한 유압의 역류를 금지시키고, 역지 밸브 (36) 는 유로 (27) 로부터 유로 (26) 에 대한 유압의 역류를 금지시킨다. 그리고, 컨트롤러 (50) 는, 전동기 (52) 를 회전 구동시키고, 시동에 필요한 유압을 유압 펌프 (53) 에 의해 발생시켜, 작동 기기 (51) 의 제어 회로에 공급한다. 이 때, 역지 밸브 (32) 도 유로 (23) 로부터 유로 (22) 에 대한 유압의 역류를 방지한다.

다음으로, 내연 기관의 저부하시, 예를 들어 시동으로부터 부하 35 ％ 까지의 사이에는, 컨트롤러 (50) 는, 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 전자 전환 밸브 (41) 를 작동시켜, 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 역지 해제 기능을 OFF 로 함과 함께, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 전자 전환 밸브 (42) 를 작동시켜, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 역지 해제 기능을 ON 으로 한다. 이 때문에, 역지 밸브 (36) 는 강제적으로 밸브 개방되어, 유로 (27) 로부터 유로 (26) 에 대한 유압의 역류가 허용된다.

그리고, 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시킨 유압은, 유로 (21), 역지 밸브 (31), 유로 (22), 역지 밸브 (32), 유로 (23) 를 이 순서로 개재하여, 작동 기기 (51) 의 제어 회로에 공급된다. 이것과 함께, 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시킨 유압은, 유로 (21), 역지 밸브 (31), 유로 (22), 유로 (27), 강제적으로 밸브 개방된 역지 밸브 (36), 유로 (26) 를 이 순서로 개재하여, 제 1 유압 펌프 (10) 의 토출구 (10a) 에 공급되어, 제 1 유압 펌프 (10) 의 회전을 가세한다.

즉, 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시킨 유압에 의해, 제 1 유압 펌프 (10) 에 연결된 과급기 (5) 의 회전을 가세하여, 과급 부족이 되기 쉬운 저부하시의 과급이 적정하게 실시되도록 한다. 또한, 가변 용량형의 제 1 유압 펌프 (10) 는, 그 가변 기구에 의해 토출구 (10a) 로부터의 유압의 역류에 의해서도 과급기 (5) 를 정전시킬 수 있다.

컨트롤러 (50) 는, 센서가 검출한 급기의 흡입 온도, 과급기 (5) 의 하류측의 급기로의 급기 압력 등을 판독 입력한다. 또, 과급기 (5) 를 가세하기 위한 필요 동력은, 컨트롤러 (50) 내에 기관 부하마다 설정되어 있다. 컨트롤러 (50) 는, 이 급기 압력, 흡입 온도 등에 기초하여, 가변 용량형의 제 1 유압 펌프 (10) 의 용량을 적절히 변화시켜, 과급기 (5) 를 가세하는 동력을 제어한다.

다음으로, 내연 기관의 중부하시, 예를 들어 부하 35 ∼ 50 ％ 사이는, 컨트롤러 (50) 는, 도 3 에 나타내는 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 전자 전환 밸브 (41) 를 작동시켜 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 역지 해제 기능을 OFF 로 함과 함께, 전자 개폐 밸브 (44) 를 밸브 개방시킨다.

전자 개폐 밸브 (44) 가 밸브 개방되면, 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압은, 유로 (26) 로부터 전자 개폐 밸브 (44) 를 개재하여 유로 (24) 에 드레인되어 개방되기 때문에 압력이 낮아, 역지 밸브 (36) 를 통과하여 압력이 높은 유로 (27) 로 흐르는 경우는 없다. 이 경우, 과급기 (5) 에 의해 회전 구동되는 제 1 유압 펌프 (10) 는 말하자면 무부하 운전이 되지만, 시스템의 냉각을 위해 일정압의 유압이 토출된다.

한편, 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시킨 유압은, 유로 (21), 역지 밸브 (31), 유로 (22), 역지 밸브 (32), 유로 (23) 를 개재하여 작동 기기 (51) 의 제어 회로에 공급된다. 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시키는 유압은 비교적 높지만, 컨트롤러 (50) 가, 도 3 에 나타내는 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 전자 전환 밸브 (41) 를 작동시켜 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 역지 해제 기능을 OFF 로 하고 있기 때문에, 역지 밸브 (36) 의 통상적인 역지 기능에 의해, 유로 (27) 의 유압이 역지 밸브 (36) 를 통과하여 유로 (26) 로 흐르는 경우는 없다.

이와 같이, 내연 기관 중부하시, 예를 들어 부하 35 ∼ 50 ％ 사이는, 제 1 유압 펌프 (10) 는 무부하 운전이 됨과 함께, 작동 기기 (51) 에는 제 2 유압 펌프 (11) 에 의해서만 유압이 공급된다. 또한, 과급기 (5) 측의 제 1 유압 펌프 (10) 와 엔진 (1) 측의 제 2 유압 펌프 (11) 사이의 유압의 연동을 절단할 필요가 있는 경우, 예를 들어 위급 정지시 등에도, 상기 서술과 동일한 작동이 실시된다.

다음으로, 내연 기관의 고부하시, 예를 들어 부하 50 ％ 이상인 경우에는, 컨트롤러 (50) 는, 도 4 에 나타내는 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 전자 전환 밸브 (41) 를 작동시켜, 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 역지 해제 기능을 ON 으로 함과 함께, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 전자 전환 밸브 (42) 를 작동시켜, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 역지 해제 기능을 OFF 로 한다. 또, 전자 개폐 밸브 (44) 를 밸브 폐쇄시킨다.

이 때문에, 제 1 역지 밸브 기구 (30) 의 역지 밸브 (31) 는 강제적으로 밸브 개방되어, 유로 (22) 로부터 유로 (21), 요컨대 제 2 유압 펌프 (11) 에 대한 유압의 역류가 허용된다. 또, 제 2 역지 밸브 기구 (35) 의 역지 밸브 (36) 도, 통상적인 역지 기능보다 유로 (26) 로부터 유로 (27) 에 대한 유압의 흐름을 허용한다.

이 때문에, 제 1 유압 펌프 (10) 가 발생시킨 유압은, 유로 (26), 역지 밸브 (36), 유로 (27), 역지 밸브 (32), 유로 (23) 를 이 순서로 개재하여, 작동 기기 (51) 의 제어 회로에 공급된다. 예를 들어 부하 50 ％ 이상인 경우에는, 작동 기기 (51) 가 필요로 하는 유압의 모두를 제 1 유압 펌프 (10) 로부터 공급할 수 있다.

또, 엔진 (1) 의 고부하시에는, 제 1 유압 펌프 (10) 는 작동 기기 (51) 에 필요한 유압의, 예를 들어 2 배 정도의 유압을 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 제 1 유압 펌프 (10) 가 발생시킨 유압은, 유로 (26), 역지 밸브 (36), 유로 (27), 유로 (22), 역지 밸브 (31), 유로 (21) 를 이 순서로 개재하여, 제 2 유압 펌프 (11) 의 토출구 (11a) 에도 공급되어, 제 2 유압 펌프 (11) 의 회전을 가세한다.

즉, 제 1 유압 펌프 (10) 가 발생시킨 유압에 의해, 제 2 유압 펌프 (11) 가 연결된 엔진 (1) 의 회전이 가세된다. 컨트롤러 (50) 는, 미리 설정되어 있는 과급기 (5) 로부터 회수 가능한 최대 동력에 기초하여, 제 1 유압 펌프 (10) 의 용량을 적절히 변화시킴으로써, 과급기 (5) 로부터 회수하는 유압 동력을 조정한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 2 유압 펌프 (11) 를 엔진이 아니고, 엔진과 마찬가지로 회전 동력을 발생시키는 전동기 (동력원) (54) 에 연결해도 된다. 이 전동기 (54) 로는, 예를 들어 유도 전동기가 사용된다. 유도 전동기의 회전 수는 전력 계통의 주파수에 따라 결정되고, 항상 일정 회전으로 회전한다. 이 때문에, 상기 서술한 유압 기구 (20) 등에 의한 전동기 (54) 의 회전 수 제어는 특별히 필요로 하지 않는다.

그리고, 엔진의 고부하시에는 제 1 유압 펌프 (10) 로부터 공급되는 상기 서술한 잉여의 유압에 의해, 전동기 (54) 가 발전기로서 작동함으로써 전력을 발생시키고, 이 전력이 전력 계통에 공급된다. 선박 등에 있어서 필요한 전력은, 통상적으로 엔진에 의해 회전 구동되는 발전기에 의해 발전되기 때문에, 결과적으로, 엔진의 연비 향상을 도모할 수 있다. 그 밖에, 엔진의 저부하시, 중부하시, 고부하시에 있어서의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 작동은, 상기 서술한 엔진 (1) 의 경우와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 엔진의 배기 가스로 (4) 에 과급기 (5) 와 병렬로 유량 조정 밸브 (56) 를 개재하여 파워 터빈 (55) 을 배치 형성하고, 이 파워 터빈 (55) 에 제 1 유압 펌프 (10) 를 연결해도 된다. 이 경우의 엔진 중부하시 및 고부하시에 있어서의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 작동은, 상기 서술한 엔진 (1) 의 경우와 동일하다. 단, 구조 상, 엔진의 저부하시에, 제 2 유압 펌프 (11) 에 의해 발생시킨 유압에 의해 제 1 유압 펌프 (10) 를 개재하여 과급기 (5) 의 회전을 직접 가세할 수는 없다. 그것 이외에는 상기 서술한 과급기 (5) 에 의한 경우와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

또, 상기 서술한 제 1 유압 펌프는 반드시 가변 용량형일 필요는 없고, 고정 용량형이어도 된다. 고정 용량형으로 하면, 대폭적인 공간 절약화를 도모할 수 있다. 단, 제 1 유압 펌프를 고정 용량형으로 한 경우에는, 토출구로부터의 유압의 역류에 의해 펌프를 정전시킬 수는 없기 때문에, 상기 서술한 유압 기구 (20) 인 채로는 저부하시에 과급기 (5) 의 가세를 실시할 수는 없다.

따라서, 엔진 (1) 의 저부하시, 중부하시, 고부하시에 있어서 상기 서술한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치와 동일한 작동을 실시하게 하기 위해서는, 유압의 역류시에도 통상적인 유압 도입구로부터의 펌프로의 유입이 가능한 것과 같이, 유압 기구 (20) 의 구성 등을 일부 변경할 필요가 있다. 그것 이외에는 상기 서술한 가변 용량형의 제 2 유압 펌프 (10) 에 의한 경우와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

이상과 같이, 본 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 과급기 (5) 또는 파워 터빈 (55) 에 연결되고, 이 과급기 (5) 또는 파워 터빈 (55) 에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프 (10) 가 엔진 (1) 의 작동 기기 (51) 에, 동력원인 엔진 (1) 또는 전동기 (52) 를 개재하지 않고 직접 유압을 공급할 수 있다.

또, 종래의, 이 동력원에 의해 회전 구동되고 유압 기구를 개재하여 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프는, 내연 기관의 고부하시 등에는, 작동 기기에 작동에 필요한 유압을 다량으로 공급해야 한다. 이 때문에, 제 2 유압 펌프의 필요 용량 혹은 대수는, 이 최대 토출량에 따라 결정된다. 그러나, 본 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 특히 최대 토출량이 요구되는 고부하시에는, 배기 에너지에 의해 과급기 (5) 를 회전 구동시켜도 여전히 잉여가 있기 때문에, 제 1 유압 펌프 (10) 가 제 2 유로를 개재하여 작동 기기 (51) 에 유압을 직접 공급한다.

이 때문에, 제 2 유압 펌프 (11) 의 필요 용량 혹은 대수를 제 1 유압 펌프 (10) 로부터의 유압의 공급분만큼 감소시킬 수 있어, 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또, 토출량에 따라 증대되는 동력 손실도, 제 2 유압 펌프 (11) 의 필요 용량 혹은 대수의 감소에 수반하여, 이것을 감소시킬 수 있다.

여기서 가장 주목해야 할 것은, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서 필요했던 엔진의 크랭크축에 연결되는 과급기 잉여 동력 회수 장치의 유압 펌프를 배제할 수 있어, 이 유압 펌프에 의해 발생하고 있던 동력 손실을 모두 배제할 수 있다. 또, 종래의 제 1 유압 펌프가 엔진의 크랭크축에 연결된 유압 펌프를 가세하기 위해서 필요했던 유압 기구를, 모두 배제할 수 있는 것이다.

따라서, 종래의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 유압 기구를 구성하고 있던 유압 펌프, 밸브류, 안전 장치, 배관 등을 중복 장비할 필요가 없어져서, 대폭적인 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또, 다수의 보기류가 착종되어 배치 형성되는 내연 기관 주위에 있어서, 과급기의 잉여 동력 회수 장치와 기관 작동 장치의 유압 기구의 중복 배치가 필요 없어져, 설계의 용이화를 도모할 수 있다.

또, 상기 서술한 바와 같이, 엔진 (1) 의 고부하시에는, 제 1 유압 펌프 (10) 는 작동 기기에 필요한 유압의, 예를 들어 약 2 배의 유압을 발생시키는 것이 가능하다. 본 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 컨트롤러 (50) 가, 고부하시에 제 1 유압 펌프 (10) 가 발생시킨 유압의 일부를 작동 기기 (51) 에 공급함과 함께, 제 1 유압 펌프 (10) 가 발생시킨 유압의 잔부를 제 2 유압 펌프 (11) 에 공급하도록 했기 때문에, 고부하시의 엔진 (1) 의 잉여 배기 에너지를 유압 펌프에 의한 동력 손실없이 작동 기기 (51) 에 필요한 유압으로서 유효 이용할 수 있음과 함께, 제 1 유압 펌프 (10) 가 발생시킨 유압에 의해 제 2 유압 펌프 (11) 가 연결되어 있는 동력원의 회전을 가세할 수 있다.

이 때문에, 예를 들어 동력원이 엔진 (1) 인 경우에는 직접 연비 향상을 도모할 수 있고, 또, 동력원이 전동기 (52) 인 경우에는 이것을 발전기로서 작동시켜 발전을 실시하게 함으로써, 결과적으로, 내연 기관 전체의 연비 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 서술한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는 일례에 불과하며, 본 발명의 취지에 기초하여 다양한 변형이 가능하고, 그것들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것은 아니다. 또, 상기 서술한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서는, 부하 35 ％ 까지를 저부하로 하고, 부하 35 ∼ 50 ％ 를 중부하로 하며, 또 부하 50 ％ 이상을 고부하로 했지만, 어디까지나 일례로서 내연 기관의 종류나 이용 형태 등에 따라 상이한 것이며, 이것들에 한정되는 것은 아니다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되고, 또한 과급기를 갖는 내연 기관이면, 반드시 상기 서술한 선박에 탑재되는 추진용의 저속 디젤 엔진에 한정하여 이용되는 것은 아니며, 모든 종류의 내연 기관에, 그리고 모든 형식의 내연 기관에 널리 이용할 수 있다.

1 : 엔진 (동력원, 내연 기관)
2 : 크랭크축
3 : 변속기
4 : 배기 가스로
5 : 과급기
6 : 압축기
7 : 터빈
8 : 회전축
9 : 변속기
10 : 제 1 유압 펌프
10a, 10b, 11a, 11b : 토출구
11 : 제 2 유압 펌프
20 : 유압 기구
21, 22, 23, 24, 26, 27 : 유로
30 : 제 1 역지 밸브 기구
31, 32, 36 : 역지 밸브
35 : 제 2 역지 밸브 기구
41, 42 : 전자 전환 밸브
44 : 전자 개폐 밸브
45 : 어큐뮬레이터
50 : 컨트롤러
51 : 작동 기기
52 : 전동기
53 : 유압 펌프
54 : 전동기 (동력원)
55 : 파워 터빈
56 : 유량 조정 밸브
100 : 내연 기관
101 : 과급기 잉여 동력 회수 장치
102 : 기관 작동 장치
103 : 유압 펌프

Claims (10)

1. 기관을 작동시키기 위한 작동 기기 (51) 가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관 (1) 과, 상기 내연 기관의 배기 가스로에 배치 형성되어 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 과급기 (5) 와, 상기 과급기에 연결되어 상기 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프 (10) 와, 상기 내연 기관의 상기 작동 기기에 유압을 공급하여 상기 작동 기기를 작동시켜 상기 내연 기관을 작동시키는 유압 기구 (20) 와, 회전 동력을 발생시키는 동력원 (1, 54) 에 연결되어 상기 동력원에 의해 회전 구동되어 상기 유압 기구를 개재하여 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프 (11) 와, 상기 제 1 유압 펌프와 상기 제 2 유압 펌프의 작동을 전기적으로 제어하는 컨트롤러 (50) 와, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로 (21, 22, 23) 를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 1 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로 (26, 27, 22, 23) 와, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 1 유압 펌프로부터 상기 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로 (26, 27, 22, 21) 와, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 제 1 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 4 유로 (21, 22, 27, 26) 와, 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 드레인시켜 상기 제 1 유압 펌프로 되돌리는 드레인 기구 (26, 44, 24) 를 추가로 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 고부하시에 상기 드레인 기구를 폐쇄로 함과 함께 상기 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 일부를 상기 제 2 유로를 개재하여 상기 작동 기기에 공급함과 함께 상기 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 잔부를 상기 제 3 유로를 개재하여 상기 제 2 유압 펌프에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
2. 기관을 작동시키기 위한 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 내연 기관과, 상기 내연 기관의 배기 가스로 (4) 에 배치 형성되어 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 과급기 (5) 와, 상기 배기 가스로에 상기 과급기와 병렬로 배치 형성되어 상기 내연 기관의 상기 배기 가스에 의해 회전 구동되는 터빈 (55) 과, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 제 1 유압 펌프 (10) 와, 상기 내연 기관의 상기 작동 기기에 유압을 공급하여 상기 작동 기기를 작동시켜 상기 내연 기관을 작동시키는 유압 기구 (20) 와, 회전 동력을 발생시키는 동력원에 연결되어 상기 동력원에 의해 회전 구동되어 상기 유압 기구를 개재하여 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유압 펌프와, 상기 제 1 유압 펌프와 상기 제 2 유압 펌프의 작동을 전기적으로 제어하는 컨트롤러와, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 제 1 유로를 구비한 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치에 있어서, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 1 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 제 2 유로와, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 1 유압 펌프로부터 상기 제 2 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 3 유로와, 상기 유압 기구에 배치 형성되어 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 제 1 유압 펌프에 유압을 공급하는 제 4 유로와, 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압을 드레인시켜 상기 제 1 유압 펌프로 되돌리는 드레인 기구를 추가로 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 고부하시에 상기 드레인 기구를 폐쇄로 함과 함께 상기 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 일부를 상기 제 2 유로를 개재하여 상기 작동 기기에 공급함과 함께 상기 제 1 유압 펌프가 발생시킨 유압의 잔부를 상기 제 3 유로를 개재하여 상기 제 2 유압 펌프에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 컨트롤러 (50) 는, 상기 내연 기관 (1) 의 중부하시에 상기 드레인 기구를 개방으로 하여 상기 제 1 유압 펌프 (10) 를 무부하 운전시킴과 함께 상기 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시킨 유압을 상기 제 1 유로 (21, 22, 23) 를 개재하여 상기 작동 기기 (51) 에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러 (50) 는, 상기 내연 기관 (1) 의 저부하시에 상기 드레인 기구를 폐쇄로 함과 함께 상기 제 2 유압 펌프 (11) 가 발생시킨 유압을 상기 제 4 유로 (21, 22, 27, 26) 를 개재하여 상기 제 1 유압 펌프 (10) 에 공급하여 상기 제 1 유압 펌프의 회전을 가세하여 상기 과급기 (5) 의 과급 능력을 높이는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 유압 펌프 (11) 는, 가변 용량형의 유압 펌프로 이루어지고, 상기 유압 기구 (20) 는, 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 작동 기기 (51) 에 대한 유압의 공급을 허용함과 함께 상기 제 1 유로 (21, 22, 23) 의 하류측으로부터 상기 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 방지하는 역지 기능과, 상기 컨트롤러 (50) 의 제어에 의해 강제적으로 상기 제 1 유로의 하류측으로부터 상기 제 2 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 허용시키는 역지 해제 기능을 갖는 제 1 역지 밸브 기구 (30) 를 상기 제 1 유로에 구비하고, 상기 제 2 유로 (26, 27, 22, 23) 는, 상기 작동 기기측이 상기 제 1 유로의 상기 제 1 역지 밸브 기구의 하류측에 접속되어 형성되고, 상기 제 3 유로 (26, 27, 22, 21) 는, 상기 제 2 유압 펌프측이 상기 제 1 유로의 상기 제 1 역지 밸브 기구의 하류측에 접속되어 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 유압 펌프 (10) 는, 가변 용량형의 유압 펌프로 이루어지고, 상기 유압 기구는, 상기 제 1 유압 펌프로부터 상기 제 2 유압 펌프에 대한 유로의 공급을 허용함과 함께 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 방지하는 역지 기능과, 상기 컨트롤러 (50) 의 제어에 의해 강제적으로 상기 제 2 유압 펌프로부터 상기 제 1 유압 펌프에 대한 유압의 역류를 허용하는 역지 해제 기능을 갖는 제 2 역지 밸브 기구 (35) 를 상기 제 3 유로에 구비하고, 상기 제 4 유로 (21, 22, 27, 26) 는, 상기 제 3 유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
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