KR20180091884A - 내연 기관, 내연 기관의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

내연 기관의 제어 장치 및 방법에 있어서, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 인젝터 (19) 를 구동시키기 전에 전동 발전기 (32) 를 구동시킴으로써 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 경우, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다.

Description

내연 기관, 내연 기관의 제어 장치 및 방법

본 발명은, 과급기를 구비하는 내연 기관, 이 내연 기관의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 선박에 탑재되는 주기 (主機) 로서의 내연 기관은, 연비 향상이나 배기 가스 중의 CO₂ 를 삭감하기 위해 과급기가 장착되어 있다. 이 과급기는, 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 이용하여 터빈 및 컴프레셔를 구동시킴으로써, 내연 기관에 연소용 기체를 압축 공급하여 내연 기관의 출력을 향상시키는 것이다. 또한, 전동 발전기를 과급기의 로터축에 직결하고, 전동 발전기에 의해 로터축을 구동 회전시킴으로써, 컴프레셔 및 터빈을 회전하는 한편, 컴프레셔를 구동시킨 잉여 에너지를 사용하여 발전기로 발전을 실시하는 배기 터빈 과급기가 있다.

이와 같은 배기 터빈 과급기로서 하기 특허문헌 1 이나 하기 비특허문헌 1 에 기재된 것이 있다. 특허문헌 1 에서는, 내연 기관의 기관 출력이 증가하는 경우에, 전동 발전기가 전동기로서 기능함으로써, 내연 기관에 있어서의 일시적인 연소용 기체 부족의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 비특허문헌 1 에서는, 내연 기관의 기동시와 같이 충분한 연소용 기체를 내연 기관에 흡기할 수 없는 경우에, 보조 블로어를 사용하여 내연 기관에 연소용 기체를 공급하도록 하고 있다.

일본 공개특허공보 2010-127239호 일본 공개특허공보 2009-167799호

미츠비시 중공 기보 Vol.49 No.1 (2012) 신제품·신기술 특집 「배기 가스로 발전시키는 대형 선박용 하이브리드 과급기의 실용화」

상술한 바와 같이, 내연 기관의 기동시에, 보조 블로어를 사용하지 않고, 전동 발전기를 전동기로서 기능시켜 컴프레셔를 기동시키고, 내연 기관에 급기를 실시하도록 하고 있다. 그러나, 전동기에 의해 과급기가 구동되면, 내연 기관의 실린더부 내에 강제적으로 연료용 기체를 보내게 된다. 그러면, 내연 기관의 기동시보다 이전 시점에 있어서, 내연 기관의 실린더부 내로부터 컴프레셔가 실린더부에 압송되는 연소용 기체를 배출할 수 없기 때문에, 서징이 발생할 우려가 있다. 또, 서징의 발생을 억제하는 것으로서, 상기 특허문헌 2 에 기재된 것이 있는데, 이 기술은 내연 기관의 기동시를 고려한 것은 아니다.

본 발명은, 상기 서술한 과제를 해결하는 것으로, 내연 기관의 기동시나 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제하여 과급기의 신뢰성을 향상시키는 내연 기관, 내연 기관의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내연 기관은, 내연 기관 본체와, 상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와, 상기 과급기를 구동시키는 전동기와, 상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와, 상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 본체의 기동 개시 전에 상기 전동기를 구동시킴으로써 상기 과급기를 구동시키는 경우, 상기 과급기의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 내연 기관 본체의 기동 개시 전에 전동기를 구동시킴으로써 과급기를 구동시키는 경우, 과급기의 회전수가 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브를 개방한다. 즉, 내연 기관의 정지시에, 배기 밸브가 개방되어 있기 때문에, 압축기에 의해 실린더부 내에 공급된 연소용 기체가 배기계로 배출되게 되어, 실린더부에 압송되는 연료용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 정지 중에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 내연 기관의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 제어 장치는, 상기 전동기에 의한 상기 과급기의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호가 입력되면, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 모터링 개시 신호가 입력되면, 배기 밸브를 개방할 뿐이기 때문에, 제어계를 간소화할 수 있음과 함께, 적정 시기에 배기 밸브를 개방하여 서징의 발생을 적정하게 억제할 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 전동기에 전력을 공급하는 축전부가 형성되고, 상기 제어 장치는, 상기 축전부에 대한 축전을 개시함과 함께, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 축전부에 대한 축전을 개시함과 함께 배기 밸브를 개방함으로써, 보조 블로어 등의 별도 장치를 사용하는 일 없이, 압축기를 구동시키기 위한 전동기를 사용하여 내연 기관을 기동시키게 되어, 설비 비용의 증가를 억제하면서 내연 기관의 기동성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관의 소기 (掃氣) 포트와 배기 밸브 사이가 개방되어 있는 실린더부에 대해서만, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 압축기가 구동되어도, 피스톤에 의해 소기 포트와 배기 밸브 사이가 폐지되어 있는 실린더부에 대해서는 연소용 기체가 공급되는 일은 없고, 소기 포트와 배기 밸브 사이가 개방되어 있는 실린더부의 배기 밸브만을 개방함으로써, 이 실린더부에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 정지 중에 있어서의 서징의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 본체의 회전을 개시하는 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 배기 밸브가 폐지되기 때문에, 내연 기관의 기동시에 실린더부 내의 연소용 기체의 압력을 고압으로 할 수 있어, 내연 기관을 적정하게 기동시킬 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 내연 기관 본체에 연료를 공급하지 않고 작동 기체에 의한 상기 내연 기관 본체의 회전을 개시하기 위한 작동 기체 공급 장치가 형성되고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 미리 설정된 소정의 제 1 대기 시간의 경과 후에 상기 작동 기체 공급 장치를 구동시키는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 제 1 대기 시간의 경과 후에 내연 기관의 회전을 개시하기 때문에, 배기 밸브에 작동 지연이 있었다 하더라도, 이 배기 밸브를 완전히 폐지하고 나서 내연 기관을 기동시키게 되어, 내연 기관의 순조로운 기동을 실행할 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 내연 기관 본체에 연료를 공급하지 않고 작동 기체에 의한 상기 내연 기관 본체의 회전을 개시하기 위한 작동 기체 공급 장치가 형성되고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 상기 작동 기체 공급 장치를 구동시키는 것을 특징으로 하고 있다.

피스톤에 의해 소기 포트와 배기 밸브 사이가 폐지되어 있는 실린더부의 배기 밸브가 폐지되어 있기 때문에, 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되어 내연 기관의 회전을 개시하면, 배기 밸브가 폐지되어 있는 실린더부 내의 연소용 기체의 압력을 고압으로 할 수 있어, 소기 포트와 배기 밸브 사이가 개방되어 있는 실린더부의 배기 밸브에 작동 지연이 있었다 하더라도, 내연 기관을 적정하게 기동시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 내연 기관은, 내연 기관 본체와, 상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와, 상기 과급기를 구동시키는 전동기와, 상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와, 상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 본체의 회전을 정지시키는 경우, 상기 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 상기 전동기에 의해 상기 과급기가 구동된 상태이면 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 내연 기관 본체의 회전을 정지시키는 경우, 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 전동기에 의해 과급기가 구동된 상태이면, 배기 밸브를 개방한다. 즉, 내연 기관의 정지시에 배기 밸브가 개방되어 있기 때문에, 압축기에 의해 실린더부 내에 공급된 연소용 기체가 배기계로 배출되게 되어, 실린더부에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 제어 장치는, 상기 과급기의 구동을 정지시키는 모터링 정지 신호가 입력되면, 미리 설정된 소정의 제 2 대기 시간의 경과 후에 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 모터링 정지 신호가 입력되면, 제 2 대기 시간의 경과 후에 배기 밸브를 폐지하기 때문에, 과급기가 완전히 정지하고 나서 배기 밸브를 폐지하게 되어, 서징의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.

본 발명의 내연 기관에서는, 상기 전동기에 전력을 공급하는 전원부 또는 축전부가 형성되고, 상기 제어 장치는, 모터링 정지 신호가 입력되면, 상기 전동기에 대한 전력 공급을 정지시킨 후, 상기 제 2 대기 시간의 경과 후에 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 모터링 정지 신호가 입력되면, 상기 전동기에 대한 전력 공급을 정지시킨 후, 제 2 대기 시간의 경과 후에 배기 밸브를 폐지하기 때문에, 축전부의 축전을 정지시킴과 함께, 과급기가 완전히 정지하고 나서 배기 밸브를 폐지하게 되어, 서징의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치는, 내연 기관 본체와, 상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와, 상기 과급기를 구동시키는 전동기와, 상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와, 상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하는 내연 기관에 있어서, 상기 내연 기관 본체의 기동 개시 전에 상기 전동기를 구동시킴으로써 상기 과급기를 구동시키는 경우, 상기 과급기의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호가 입력되면 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 내연 기관의 기동시에 배기 밸브가 개방되어 있기 때문에, 압축기에 의해 실린더부 내에 공급된 연소용 기체가 배기계로 배출되게 되어, 실린더부에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 기동시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치는, 내연 기관 본체와, 상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와, 상기 과급기를 구동시키는 전동기와, 상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와, 상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하는 내연 기관에 있어서, 상기 내연 기관 본체의 회전을 정지시키는 경우, 상기 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 상기 전동기에 의해 상기 과급기가 구동된 상태이면 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 내연 기관의 정지시에 배기 밸브가 개방되어 있기 때문에, 압축기에 의해 실린더부 내에 공급된 연소용 기체가 배기계로 배출되게 되어, 실린더부에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 내연 기관의 제어 방법은, 전동기를 구동 개시하여 과급기를 구동시키는 공정과, 상기 과급기의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 내연 기관의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개방하는 공정과, 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면 상기 배기 밸브를 폐지하는 공정과, 상기 배기 밸브를 폐지함과 함께 연료를 공급하지 않고 상기 내연 기관을 회전하는 공정과, 상기 내연 기관의 회전수가 미리 설정된 연료 공급 개시 회전수에 도달하면 상기 내연 기관에 연료를 공급하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 과급기의 모터링 구동을 사용한 내연 기관의 기동시에, 배기 밸브가 내연 기관의 회전하기 직전까지 개방되어 있기 때문에, 실린더부에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 기동시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 내연 기관의 제어 방법은, 내연 기관 정지 신호가 입력되면 내연 기관 본체에 대한 연료 공급을 정지시키는 공정과, 상기 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 전동기에 의해 과급기가 구동된 상태이면 상기 내연 기관의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개방하는 공정과, 모터링 정지 신호가 입력되면 전동기에 의한 과급기의 구동을 정지시키는 공정과, 상기 모터링 정지 신호가 입력되어 미리 설정된 소정의 제 2 대기 시간의 경과 후에 상기 배기 밸브를 폐지하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 내연 기관의 정지 후에 배기 밸브를 개방하고 있기 때문에, 실린더부에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 내연 기관의 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 내연 기관, 내연 기관의 제어 장치 및 방법에 의하면, 내연 기관의 기동시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 과급기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태의 내연 기관을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는, 내연 기관에 있어서의 실린더부를 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 내연 기관의 기동시에 있어서의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는, 내연 기관의 정지시에 있어서의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5 는, 내연 기관의 제어 방법을 나타내는 타임 차트이다.
도 6 은, 제 2 실시형태의 내연 기관의 제어 방법을 나타내는 타임 차트이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 내연 기관, 내연 기관의 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니며, 또한, 실시형태가 복수 있는 경우에는, 각 실시형태를 조합해서 구성하는 것도 포함하는 것이다.

[제 1 실시형태]

도 1 은, 제 1 실시형태의 내연 기관을 나타내는 개략 구성도, 도 2 는, 내연 기관에 있어서의 실린더부를 나타내는 단면도이다.

제 1 실시형태에서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 내연 기관으로서의 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 디젤 엔진 본체 (11) 와, 배기 터빈 과급기 (과급기) (12) 와, 제어 장치 (40) 를 구비하고 있다. 디젤 엔진 본체 (11) 는, 복수의 실린더부 (13) 가 형성되어 있고, 각각의 실린더부 (13) 는, 내부에 후술하는 피스톤 (51) (도 2 참조) 이 각각 자유롭게 왕복 이동할 수 있게 지지되어 있고, 각 피스톤 (51) 은, 도시되어 있지 않지만, 하부가 크로스 헤드를 개재하여 크랭크축에 연결되어 있다.

실린더부 (13) 는, 소기 포트 (14) 를 개재하여 소기 트렁크 (15) 가 연결됨과 함께, 배기 포트 (16) 를 개재하여 배기 매니폴드 (17) 가 연결되어 있다. 소기 트렁크 (15) 는, 흡기관 (L1) 을 개재하여 배기 터빈 과급기 (12) 의 컴프레셔 (압축기) (21) 에 연결되어 있다. 배기 매니폴드 (17) 는, 배기관 (L2) 을 개재하여 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 (22) 에 연결되어 있다. 또한, 실린더부 (13) 는, 배기 가스를 배기 포트 (16) 에 배출하는 배기 밸브 (18) 가 형성되어 있다. 또한, 실린더부 (13) 는, 내부 (연료실) 에 연료 (예를 들어, 중유, 천연 가스 등) 를 분사하는 연료 공급 장치로서의 인젝터 (19) 가 형성되어 있고, 이 인젝터 (19) 는, 도시되지 않은 연료 탱크가 연결되어 있다.

여기서, 실린더부 (13) 에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더부 (13) 는, 원통 형상을 이루고, 내부에 피스톤 (51) 이 상하 방향을 따라 자유롭게 왕복 이동할 수 있게 지지되어 있다. 실린더부 (13) 는, 하부 측면에 소기 포트 (14) 가 형성되어 있고, 이 소기 포트 (14) 가 소기 트렁크 (15) 에 연통되어 있다. 또한, 실린더부 (13) 는, 상부에 배기 포트 (16) 가 형성되어 있고, 이 배기 포트 (16) 가 배기 매니폴드 (17) 에 연통되어 있다. 피스톤 (51) 은, 하단부에 피스톤 봉 (52) 의 상단부가 연결되어 있고, 피스톤 봉 (52) 의 하단부가 크로스 헤드를 개재하여 크랭크 축에 연결되어 있다. 실린더부 (13) 는, 상부 내벽면과 피스톤 (51) 의 상면에 의해 연소실 (53) 이 구획되어 있고, 연소실 (53) 에 소기 포트 (14) 와 배기 포트 (16) 가 연통되어 있다. 배기 밸브 (18) 는, 실린더부 (13) 에 있어서의 배기 포트 (16) 와의 연통부를 개폐할 수 있고, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 작동한다. 인젝터 (19) 는, 연소실 (53) 에 연료를 분사한다.

그래서, 피스톤 (51) 이 하사점 (도 2 의 실선 위치) 으로 이동하면, 소기 포트 (14) 가 열림으로써, 소기 트렁크 (15) 의 연소용 기체가 소기 포트 (14) 로부터 연소실 (53) 에 도입되고, 피스톤 (51) 이 상승하면, 소기 포트 (14) 가 닫힌다. 이 때, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 도 닫히고, 연소실 (53) 내의 연소용 기체가 압축된다. 피스톤 (51) 이 상사점 (도 2 의 이점 쇄선 위치) 까지 이동하면, 연소실 (53) 의 압력이 소정의 압축 압력이 되어, 인젝터 (19) 가 연료를 분사한다. 그러면, 연소실 (53) 내에서 연소용 기체와 연료가 혼합되어 연소되고, 연소 에너지에 의해 피스톤 (51) 이 하강한다. 이 때, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 열림으로써, 연소실 (53) 의 배기 가스 (연소 가스) 가 배기 포트 (16) 로 배출된다.

또한, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 있어서, 배기 밸브 (18) 는, 상부에 피스톤 (55) 이 형성되어 있고, 이 피스톤 (55) 은, 케이스 (56) 내에서 자유롭게 상하 이동할 수 있게 지지되어 있고, 케이스 (56) 는, 내부가 피스톤 (55) 에 의해 공기 스프링실 (56a) 과 작동유실 (56b) 로 구획되어 있다. 그리고, 공기 스프링실 (56a) 은, 가압 공기가 충전됨으로써, 피스톤 (55) 의 하부에 소정의 공기 스프링력이 작용하여, 피스톤 (55) 을 상승시키는 압력이 발생한다. 그래서, 배기 밸브 (18) 는, 공기 스프링실 (56a) 의 공기 스프링압에 의해 배기 포트 (16) 를 폐지하는 방향으로 탄성 지지된다. 또한, 작동유실 (56b) 은, 작동 유로 (57) 를 개재하여 작동유 공급 장치 (작동유 공급원) (58) 이 연결되고, 작동 유로 (57) 에 제어 밸브 (59) 가 형성되어 있다. 그래서, 작동유 공급 장치 (58) 가 작동하여 제어 밸브 (59) 가 개방되면, 작동유가 작동 유로 (57) 를 통하여 작동유실 (56b) 에 공급되어, 피스톤 (55) 을 하강시키는 압력이 발생한다. 그리고, 작동유실 (56b) 의 유압이 공기 스프링실 (56a) 의 공기 스프링압보다 커지면, 피스톤 (55) 이 하강하여, 배기 포트 (16) 를 폐지하고 있던 배기 밸브 (18) 가 이 배기 포트 (16) 를 개방한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 각 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 에 대하여 배기 밸브 개폐 장치 (54) 가 형성되어 있고, 각 제어 밸브 (59) 를 개폐 조작함으로써, 각 배기 밸브 (18) 를 독립적으로 개폐 제어할 수 있다.

디젤 엔진 본체 (11) 는, 실린더부 (13) 의 내부 (연료실 (53)) 에 연료를 분사하는 일 없이, 디젤 엔진 본체 (11) 를 회전시킬 수 있는 작동 기체 공급 장치 (24) 가 형성되어 있다. 작동 기체 공급 장치 (24) 는, 예를 들어, 실린더부 (13) 에 작동 기체 (예를 들어, 연소용 기체로서의 공기) 를 공급함으로써, 실린더부 (13) 의 피스톤 (51) (도 2 참조) 을 작동시키는 장치이다. 작동 기체 공급 장치 (24) 는, 작동 기체 공급원 (25) (예를 들어, 어큐뮬레이터나 펌프 등) 과, 개폐 밸브 (26) 와, 작동 기체 공급관 (L5) 을 구비하고 있다. 작동 기체 공급관 (L5) 은, 기단부에 작동 기체 공급원 (25) 이 연결되고, 선단부가 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 로 분기되고, 각각의 실린더부 (13) 에 연결되어 있다. 그리고, 작동 기체 공급관 (L5) 은 각각의 실린더부 (13) 에 연결되는 분기부에 개폐 밸브 (26) 가 각각 형성되어 있다. 작동 기체 공급 장치 (24) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에, 각각의 개폐 밸브 (26) 를 개폐 제어함으로써, 작동 기체 공급원 (25) 의 작동 기체를 작동 기체 공급관 (L5) 으로부터 실린더부 (13) 에 공급할 수 있다. 즉, 작동 기체 공급 장치 (24) 는, 작동 기체를 실린더부 (13) 에 공급 또는 공급 정지를 반복함으로써, 실린더부 (13) 에 연료를 분사하는 일 없이, 피스톤 (51) 을 작동시켜, 크로스 헤드를 개재하여 크랭크축의 회전을 개시할 수 있다.

배기 터빈 과급기 (12) 는, 컴프레셔 (21) 와 터빈 (22) 이 회전축 (23) 을 통해서 동축 상에 연결되어 구성되어 있고, 컴프레셔 (21) 와 터빈 (22) 은, 회전축 (23) 에 의해 일체 회전할 수 있다. 컴프레셔 (21) 는, 외부로부터 흡기하는 흡기관 (L3) 이 연결됨과 함께, 소기 트렁크 (15) 에 이르는 흡기관 (L1) 이 연결되어 있다. 터빈 (22) 은, 배기 매니폴드 (17) 에 이르는 배기관 (L2) 이 연결됨과 함께, 외부로 배기하는 배기관 (L4) 이 연결되어 있다.

그래서, 터빈 (22) 은, 배기 매니폴드 (17) 로부터 배기관 (L2) 을 통하여 유도된 배기 가스 (연소 가스) 에 의해 구동하고, 컴프레셔 (21) 를 구동시킨 후, 배기 가스를 배기관 (L4) 으로부터 외부로 배출한다. 한편, 컴프레셔 (21) 는, 터빈 (22) 에 의해 구동하고, 흡기관 (L3) 으로부터 흡기된 공기 등의 기체를 압축한 후, 압축된 공기 등의 기체를 연소용 기체로서 흡기관 (L1) 으로부터 소기 트렁크 (15) 로 압송한다.

배기 터빈 과급기 (12) 는, 하이브리드 과급기로서, 컴프레셔 (21) 및 터빈 (22) 의 회전축 (23) 과 동축 상의 회전축 (31) 을 개재하여 전동 발전기 (전동기) (32) 가 연결되어 있다. 전동 발전기 (32) 는, 도시되어 있지 않지만, 회전축 (31) 에 고정되는 로터와, 케이싱에 고정되어 로터의 주위에 배치되는 스테이터에 의해 구성된다. 이 전동 발전기 (32) 는, 배기 가스에 의해 구동됨으로써 발전하는 발전 기능을 구비함과 함께, 컴프레셔 (21) 및 터빈 (22) 을 구동 회전시키는 전동 기능을 갖고 있다.

배기 터빈 과급기 (12) 는, 전력 변환 장치 (33) 를 구비하고 있다. 전력 변환 장치 (33) 는, 제 1 전력 변환부 (34) 와, 축전부 (35) 와, 제 2 전력 변환부 (36) 를 구비하고 있다. 제 1 전력 변환부 (34) 는, 전동 발전기 (32) 에 접속되어, 전동 발전기 (32) 의 회생 동작시에, 전동 발전기 (32) 가 발전시킨 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 제 2 전력 변환부 (36) 는, 선박 내 전력 계통 (37) 에 접속되어, 전동 발전기 (32) 의 회생 동작시에, 제 1 전력 변환부 (34) 로부터의 직류 전력을 선박 내 전력 계통 (37) 에 적합한 삼상 교류 전력으로 변환하여 선박 내 전력 계통 (37) 에 출력한다. 축전부 (35) 는, 제 1 전력 변환부 (34) 와 제 2 전력 변환부 (36) 의 사이에 접속되어, 제 1 전력 변환부 (34) 로부터의 직류 전력을 소정량만큼 축전한다. 축전부 (35) 는, 제 2 전력 변환부 (36) 에 출력되는 전력을 평활화시키기 위해서 형성되고, 전동 발전기 (32) 의 회생 동작 개시시에 축전된 전력을 제 2 전력 변환부 (36) 에 출력한다. 회생 동작 개시 후에 제 2 전력 변환부 (36) 에 출력되는 전력은, 제 1 전력 변환부 (34) 를 통해서 전동 발전기 (32) 로부터 출력된다.

또한, 제 2 전력 변환부 (36) 는, 전동 발전기 (32) 의 역행 동작시에, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제 1 전력 변환부 (34) 에 출력한다. 제 1 전력 변환부 (34) 는, 전동 발전기 (32) 의 역행 동작시에, 제 2 전력 변환부 (36) 로부터의 직류 전력을 교류 유전력으로 변환하여 전동 발전기 (32) 에 출력한다. 축전부 (35) 는, 제 2 전력 변환부 (36) 로부터의 직류 전력을 소정량만큼 축전한다. 축전부 (35) 는, 제 1 전력 변환부 (34) 에 출력되는 전력을 평활화시키기 위해서 형성되고, 전동 발전기 (32) 의 역행 동작 개시시에 축전된 전력을 제 1 전력 변환부 (34) 에 출력한다. 역행 동작 개시 후에 제 1 전력 변환부 (34) 에 출력되는 전력은, 제 2 전력 변환부 (36) 를 통해서 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터 출력된다.

여기서, 전력 변환 장치 (33) 의 구성은, 상세하게 설명하지 않지만, 예를 들어, 제 1 전력 변환부 (34) 는 컨버터, 축전부 (35) 는 콘덴서, 제 2 전력 변환부 (36) 는 인버터이다.

제어 장치 (40) 는, 전동 발전기 (32) 를 제어하는 제 1 제어 장치 (41) 와, 디젤 엔진 본체 (11) 를 제어하는 제 2 제어 장치 (42) 를 구비하고 있다.

제 1 제어 장치 (41) 는, 제 1 전력 변환부 (34) 와 제 2 전력 변환부 (36) 를 제어함으로써, 전동 발전기 (32) 를 제어할 수 있다. 즉, 제 1 제어 장치 (41) 는, 전동 발전기 (32) 의 구동 상태 (회생 동작 상태, 또는, 역행 동작 상태) 에 따라 제 1 전력 변환부 (34) 와 제 2 전력 변환부 (36) 의 기능을 제어한다.

제 2 제어 장치 (42) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 에 있어서의 인젝터 (연료 공급 장치) (19), 배기 밸브 개폐 장치 (54), 작동 기체 공급 장치 (24) 를 각각 구동 제어할 수 있다. 즉, 제 2 제어 장치 (42) 는, 각 인젝터 (19) 를 구동 제어하여 연료 분사 시기나 연료 분사량을 제어한다. 또한, 제 2 제어 장치 (42) 는, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구성하는 제어 밸브 (59) 를 개폐 제어하여 배기 밸브 (18) 의 개폐 시기나 개폐 시간을 제어한다. 또한, 제 2 제어 장치 (42) 는, 작동 기체 공급 장치 (24) 를 구성하는 개폐 밸브 (26) 를 개폐 제어하여 실린더부 (13) 에 대한 작동 기체 공급 시기나 작동 기체 공급량을 제어한다.

또한, 제 1 실시형태에서, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 있어서, 인젝터 (19) 를 구동시켜 실린더부 (13) 내에 연료를 분사하기 전에 전동 발전기 (32) 를 구동시켜 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 경우, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 을 개방한다. 구체적으로 제어 장치 (40) 는, 배기 터빈 과급기 (12) 의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되면, 제 2 전력 변환부 (36) 를 제어함으로써, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전부 (35) 에 축전하고, 축전부 (35) 의 전압을 미리 설정된 대기 전압에 도달시킨다. 제어 장치 (40) 는, 이 축전부 (35) 에 대한 축전 개시와 동시에, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방하여 배기 밸브 (18) 를 개방함으로써, 연소실 (53) 과 배기 포트 (16) 를 연통시킨다.

그리고, 제어 장치 (40) 는, 축전부 (35) 의 전압이 대기 전압에 도달하면, 제 1 전력 변환부 (34) 를 제어함으로써, 축전부 (35) 의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전동 발전기 (32) 의 구동을 개시한다. 그 후, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 전력을 전동 발전기 (32) 에 출력하여 터빈 회전수를 미리 설정된 엔진 회전 개시 회전수에 도달시키고 유지시킨다. 여기서, 터빈 회전수는, 컴프레셔 회전수 (압축기 회전수) 이며, 과급기 회전수이다.

제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전 기동을 개시하는 엔진 회전 개시 신호 (내연 기관 회전 개시 신호) (102) 가 입력되면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 폐지한다. 그리고, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 미리 설정된 소정의 제 1 대기 시간의 경과 후에 작동 기체 공급 장치 (24) 를 구동시킨다. 즉, 작동 기체 공급 장치 (24) 에서, 각각의 개폐 밸브 (26) 를 개폐 제어함으로써, 디젤 엔진 본체 (11) 의 실린더부 (13) 내에 작동 기체의 공급과 공급 정지를 반복하는 에어 런을 개시한다. 그러면, 디젤 엔진 본체 (11) 의 엔진 회전수가 상승된다. 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전수가 미리 설정된 연료 공급 개시 회전수에 도달하면, 각각의 인젝터 (19) 를 구동시킴으로써, 디젤 엔진 본체 (11) 의 실린더부 (13) 내에 연료를 공급한다. 그러면, 디젤 엔진 본체 (11) 가 연소에 의한 운전을 개시한다.

이 제 1 대기 시간은, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의한 배기 밸브 (18) 의 작동 지연을 고려한 시간이다. 즉, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 작동유 공급 장치 (58) 는, 제어 밸브 (59) 를 개방하여 작동유가 작동유실 (56b) 에 공급됨으로써 피스톤 (55) 에 유압이 작용하여, 이 유압이 공기 스프링실 (56a) 의 공기 스프링압보다 커지면, 피스톤 (55) 가 하강하여 배기 밸브 (18) 가 배기 포트 (16) 를 개방한다. 한편으로, 공기 스프링실 (56a) 의 공기 스프링압이 작동유실 (56b) 에 공급되는 유압보다 커지면, 피스톤 (55) 이 상승하여 배기 밸브 (18) 가 배기 포트 (16) 를 폐지한다. 그래서, 제어 밸브 (59) 가 폐지되고 나서 배기 밸브 (18) 가 배기 포트 (16) 를 폐지하기까지 지연 시간이 발생한다. 제 1 대기 시간은, 배기 밸브 (18) 의 작동 지연 시간보다 긴 시간으로, 미리 실험 등에 의해 설정된다.

한편, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 있어서, 인젝터 (19) 의 구동을 정지시켜 실린더부 (13) 내에 대한 연료 분사를 정지시킴으로써, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전을 정지시키는 경우, 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 가 구동된 상태이면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 구체적으로, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수가 미리 설정된 엔진 정지 회전수 (내연 기관 정지 회전수) 에 도달하면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수는, 회전수 센서에 의해 검출되어, 제어 장치 (40) 에 출력되지만, 여기서, 검출 오차가 발생할 우려가 있다. 그래서, 이 엔진 정지 회전수는, 예를 들어 0 rpm ∼ 5 rpm 의 범위로 설정된다.

그리고, 제어 장치 (40) 는, 모터링 정지 신호의 입력, 요컨대, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어지면, 제 2 전력 변환부 (36) 를 제어함으로써, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터 축전부 (35) 에 대한 축전을 정지시킨 후, 미리 설정된 제 2 대기 시간의 경과 후에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 폐지한다. 이 제 2 대기 시간은, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전이 정지할 때까지의 시간을 고려한 시간이다. 즉, 배기 터빈 과급기 (12) 는, 전동 발전기 (32) 로부터의 전력 공급을 정지시켜도, 즉시 정지되지 않고 소정 시간에 걸쳐서 아이들링되고 있다. 제 2 대기 시간은, 배기 터빈 과급기 (12) 의 아이들링이 정지할 때까지의 시간보다 긴 시간으로, 미리 실험 등에 의해 설정된다.

또, 모터링 개시 신호 (101) 와 엔진 회전 개시 신호 (102) 는, 선박 내의 담당자가 조작반 (도시 생략) 을 조작함으로써 출력되는 것으로, 모터링 개시 신호 (101) 를 발신하기 위한 스위치와, 엔진 회전 개시 신호 (102) 를 발신하기 위한 스위치가 형성되어 있다.

여기서, 제 1 실시형태의 내연 기관의 제어 장치를 사용한 기제어법에 대해서, 플로우 차트와 타임 차트를 사용하여 상세하게 설명한다. 도 3 은, 내연 기관의 기동시에 있어서의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트, 도 4 는, 내연 기관의 정지시에 있어서의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트, 도 5 는, 내연 기관의 제어 방법을 나타내는 타임 차트이다.

제 1 실시형태의 내연 기관의 기동 방법에 있어서, 도 1 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 스텝 S1 에서, 제어 장치 (40) 는, 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되었는지의 여부를 판정한다. 여기서, 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 이대로 대기한다. 한편, 모터링 개시 신호 (101) 가 입력된 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S2 에서, 제어 장치 (40) 는, 제 2 전력 변환부 (36) 를 제어함으로써, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전부 (35) 에 축전, 요컨대, 프리차지를 개시한다. 또한, 스텝 S3 에서, 제어 장치 (40) 는, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방함으로써, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 를 개방한다. 그리고, 스텝 S4 에서, 제어 장치 (40) 는, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압을 검출하고 있어, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 규정값 이상, 요컨대, 전술한 대기 전압 이상에 도달했는지의 여부를 판정한다.

여기서, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 대기 전압에 도달하지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 프리차지를 계속한다. 한편, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 대기 전압에 도달한 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S5 에서, 제어 장치 (40) 는, 제 1 전력 변환부 (34) 를 제어함으로써, 축전부 (35) 의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전동 발전기 (32) 를 구동 개시하고, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 전력을 전동 발전기 (32) 에 출력하여, 모터링을 개시한다. 즉, 전동 발전기 (32) 에 의해, 배기 터빈 과급기 (12) 의 컴프레셔 (21) 및 터빈 (22) 을 구동 회전시켜, 터빈 회전수를 상승시킨다. 그리고, 스텝 S6 에서, 제어 장치 (40) 는, 모터링이 안정되고, 터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수에 도달했는지의 여부를 판정한다.

터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수에 도달하지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 터빈 회전수를 더욱 상승시킨다. 이 때, 컴프레셔 (21) 가 회전하고 있기때문에, 연소용 기체가 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급되어 있어, 서징이 발생할 우려가 있다. 그러나, 디젤 엔진 본체 (11) 가 기동하지는 않지만, 스텝 S3 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있다. 그래서, 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체는, 배기 포트 (16) 를 통하여 배기 매니폴드 (17) 에 배출되어, 서징의 발생이 억제된다.

그리고, 터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수에 도달한 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S7 에서, 터빈 회전수의 상승을 정지시키고, 이 회전수를 유지한다. 여기서, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력을 기다린다. 이 경우, 제어 장치 (40) 는, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압을 대기 전압 (예를 들어, 600 V) 으로 유지하고, 터빈 회전수를 엔진 회전 개시 회전수 (예를 들어, 500 rpm) 로 유지한다.

그 후, 스텝 S8 에서, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되었는지의 여부를 판정한다. 여기서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 이 대기 상태를 유지한다. 한편, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력된 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S9 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 폐지함으로써, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 를 폐지한다. 그리고, 스텝 S10 에서, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되고 나서 제 1 대기 시간이 경과했는지의 여부를 판정한다. 여기서, 제 1 대기 시간이 경과하지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 이대로 대기한다. 한편, 제 1 대기 시간이 경과한 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S11 에서, 개폐 밸브 (26) 를 개폐 제어하여 디젤 엔진 본체 (11) 에 작동 기체를 공급함으로써, 에어 런을 실행하여 엔진 회전수를 상승시킨다. 이 에어 런이란, 디젤 엔진 본체 (11) 의 실린더부 (13) 내에 작동 기체를 공급·공급 정지를 반복함으로써 피스톤 (51) 을 왕복 이동시켜, 크로스 헤드를 개재하여 크랭크축을 회전시키는 것이다.

그 후, 스텝 S12 에서, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전수가 연료 공급 개시 회전수 (예를 들어, 5 rpm) 에 도달했는지의 여부를 판정한다. 여기서, 엔진 회전수가 연료 공급 개시 회전수에 도달하지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 에어 런을 계속한다. 한편, 엔진 회전수가 연료 공급 개시 회전수에 도달한 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S13 에서, 각 인젝터 (19) 를 구동시켜, 디젤 엔진 본체 (11) 의 실린더부 (13) 내 (연소실 (53)) 에 연료를 분사한다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 실린더부 (13) 내 (연소실) 에서 연료에 착화하여 연소를 개시하기 때문에, 연소 운전을 개시할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 내연 기관의 정지 방법에 있어서, 도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 스텝 S21 에서, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되었는지의 여부를 판정한다. 여기서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력된 것으로 판정 (Yes) 되면, 이대로 엔진 구동 상태를 계속 한다. 한편, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력이 없어진 것으로 판정 (No) 되면, 스텝 S22 에서, 각 인젝터 (19) 의 구동을 정지시켜, 디젤 엔진 본체 (11) 의 실린더부 (13) 내 (연소실 (53)) 에 대한 연료 분사를 정지시킨다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 연소 운전을 정지시켜 엔진 회전수가 저하되어 간다.

스텝 S23 에서, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수가 엔진 정지 회전수까지 저하되었는지의 여부를 판정한다. 여기서, 엔진 회전수가 엔진 정지 회전수까지 저하되지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 이 상태를 유지한다. 한편, 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 가 구동된 상태인 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S24 에서, 제어 장치 (40) 는, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방함으로써, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 를 개방한다.

이 때, 엔진 회전수가 0 rpm 이 되어도, 터빈 회전수 (압축기 회전수) 가 즉시 저하되지 않기 때문에, 연소용 기체가 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급되고 있어, 서징이 발생할 우려가 있다. 그러나, 디젤 엔진 본체 (11) 가 정지되어 있기는 하지만, 스텝 S24 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있다. 그래서, 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체는, 배기 포트 (16) 를 통하여 배기 매니폴드 (17) 에 배출되어, 서징의 발생이 억제된다.

스텝 S25 에서, 제어 장치 (40) 는, 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되었는지의 여부를 판정한다. 여기서, 모터링 개시 신호 (101) 가 입력된 것으로 판정 (Yes) 되면, 이대로 대기한다. 한편, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어진 것으로 판정 (No) 되면, 스텝 S26 에서, 제어 장치 (40) 는, 제 2 전력 변환부 (36) 를 제어함으로써, 프리차지를 종료함과 함께, 전동 발전기 (32) 에 대한 급전을 정지시킨다.

또한, 스텝 S27 에서, 제어 장치 (40) 는, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어지고 나서 제 2 대기 시간이 경과했는지의 여부를 판정한다. 여기서, 제 2 대기 시간이 경과하지 않은 것으로 판정 (No) 되면, 이대로 대기한다. 한편, 제 2 대기 시간이 경과한 것으로 판정 (Yes) 되면, 스텝 S28 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 폐지함으로써, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 를 폐지한다.

그리고, 제 1 실시형태의 내연 기관의 제어 장치의 작동 타이밍에 대해서 설명한다. 도 1 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 시간 t1 에서, 모터링 개시 신호 (101) 가 출력되면, 제 2 전력 변환부 (36) 가 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전부 (35) 에 축전함으로써 프리차지가 개시되고, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 상승된다. 또한, 이 때, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방 (배기 밸브 공기압 OFF) 하면, 소정 시간만큼 지연된 시간 t2 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 개방된다. 또, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 대기 전압까지 상승되어 유지되면, 제 1 전력 변환부 (34) 가 축전부 (35) 의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전동 발전기 (32) 를 구동 개시하고, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 전력을 전동 발전기 (32) 에 출력함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 회전수가 상승된다. 그리고, 시간 t3 에서, 터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수에 도달하면, 터빈 회전수가 이 엔진 회전 개시 회전수로 유지된다.

이 때, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체는, 배기 포트 (16) 를 통하여 배기 매니폴드 (17) 에 배출되기 때문에, 서징의 발생이 억제된다.

터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수로 유지된 상태에서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력을 기다린다. 시간 t4 에서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 폐지 (배기 밸브 공기압 ON) 하고, 소정 시간만큼 지연된 시간 t5 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 폐지된다. 또한, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되고 나서 제 1 대기 시간 T1 이 경과한 시간 t6 에서, 개폐 밸브 (26) 의 개방·개방 정지를 반복하는 에어 런을 실행함으로써, 엔진 회전수가 상승된다. 이 때, 에어 런에 의해 실린더부 (13) 에 공급된 작동 기체 및 컴프레셔 (21) 가 압송하는 연소용 기체가 배출됨으로써, 터빈 (22) 이 회전하기 때문에, 터빈 회전수도 상승된다. 그리고, 에어 런이 개시되고, 시간 t7 에서, 엔진 회전수가 연료 공급 개시 회전수에 도달하면, 인젝터 (19) 가 구동하여 실린더부 (13) 내에 연료를 분사한다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 실린더부 (13) 내 (연소실 (53)) 에서 연소를 개시하고, 엔진 회전수가 규정 회전수까지 상승되어 연소 운전을 개시한다.

그 후, 시간 t11 에서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력이 없어지면, 인젝터 (19) 의 구동을 정지시켜, 실린더부 (13) 내 (연소실 (53)) 에 대한 연료 분사를 정지시킨다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 연소 운전을 정지시켜 엔진 회전수가 저하됨과 함께, 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 회전수도 저하된다. 그리고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수가 엔진 정지 회전수까지 저하된 시간 t12 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방 (배기 밸브 공기압 OFF) 하면, 소정 시간만큼 지연된 시간 t13 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 개방된다. 그리고, 시간 t14 에서, 터빈 회전수가 대기 회전수에 도달하면, 터빈 회전수가 이 대기 회전수로 유지된다.

이 때, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체는, 배기 포트 (16) 를 통하여 배기 매니폴드 (17) 에 배출되어, 서징의 발생이 억제된다.

시간 t15 에서, 모터링 개시 신호 (101) 가 출력되면, 프리차지를 종료함과 함께, 전동 발전기 (32) 에 대한 급전을 정지시킨다. 그러면, 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 회전수가 저하된다. 그리고, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어지고 나서 제 2 대기 시간 T2 가 경과한 시간 t16 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 폐지 (배기 밸브 공기압 ON) 하고, 소정 시간만큼 지연된 시간 t17 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 폐지된다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은 완전히 정지된다.

이와 같이 제 1 실시형태의 내연 기관에 있어서는, 디젤 엔진 본체 (11) 와, 배기 터빈 과급기 (12) 와, 전동 발전기 (32) 와, 축전부 (35) 와, 작동 기체 공급 장치 (24) 와, 연료 공급 장치 (인젝터 (19)) 와, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 와, 전동 발전기 (32) 와 작동 기체 공급 장치 (24) 와 인젝터 (19) 와 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 제어하는 제어 장치 (40) 를 형성하고, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 인젝터 (19) 를 구동시키기 전에 전동 발전기 (32) 를 구동시킴으로써 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 경우, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다.

따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동 전에 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 를 회전시킬 때, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 즉, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시, 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 컴프레셔 (21) 에 의해 실린더부 (13) 내에 공급된 연소용 기체가 배기 포트 (16) 에 배출되게 되어, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지 중에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 배기 밸브 (18) 를 개방하는 타이밍은, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 서징 회전수에 도달하기 직전인 것이 바람직하다. 이로써, 연소용 기체의 압력비 및 유량이 서지 라인을 넘지 않을 정도로 서지 라인에 보다 가까워지기 때문에, 전동 발전기 (32) 의 소비 전력을 보다 작게 할 수 있다.

제 1 실시형태의 내연 기관에서는, 제어 장치 (40) 는, 배기 터빈 과급기 (12) 의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 따라서, 모터링 개시 신호 (101) 에 의거하여 배기 밸브 (18) 의 개폐를 제어할 뿐이기 때문에, 제어계를 간소화할 수 있음과 함께, 적정 시기에 배기 밸브 (18) 를 개방하여 서징의 발생을 적정하게 억제할 수 있다.

제 1 실시형태의 내연 기관에서는, 전동 발전기 (32) 에 전력을 공급하는 축전부 (35) 를 형성하고, 제어 장치 (40) 는, 축전부 (35) 에 대한 축전을 개시함과 함께, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 따라서, 축전부 (35) 에 대한 축전을 개시함과 함께 배기 밸브 (18) 를 개방함으로써, 보조 블로어 등의 별도 장치를 사용하는 일 없이, 컴프레셔 (21) 를 구동시키기 위한 전동기를 사용하여 디젤 엔진 본체 (11) 를 기동시키게 되어, 설비 비용의 증가를 억제하면서 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동성을 향상시킬 수 있다.

제 1 실시형태의 내연 기관에서는, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전 기동을 개시하는 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 폐지한다. 따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전 기동시에 배기 밸브 (18) 가 폐지되어 있기 때문에, 실린더부 (13) 내의 연소용 기체의 압력을 고압으로 할 수 있고, 디젤 엔진 본체 (11) 를 적정하게 기동시킬 수 있다.

제 1 실시형태의 제어 장치에서는, 디젤 엔진 본체 (11) 에 연료를 공급하지 않고 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전 기동을 개시하는 작동 기체 공급 장치 (24) 를 형성하고, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 미리 설정된 소정의 제 1 대기 시간 T1 의 경과 후에 작동 기체 공급 장치 (24) 를 구동시킨다. 따라서, 제 1 대기 시간 T1 을 확보함으로써, 배기 밸브 (18) 에 작동 지연이 있었다 하더라도, 이 배기 밸브 (18) 를 완전히 폐지하고 나서 디젤 엔진 본체 (11) 를 기동시키게 되어, 디젤 엔진 본체 (11) 의 순조로운 기동을 실행할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 내연 기관에 있어서는, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전을 정지시키는 경우, 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 가 구동된 상태이면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다.

따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전을 정지시키는 경우, 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 가 구동된 상태이면, 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 즉, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 컴프레셔 (21) 에 의해 실린더부 (13) 내에 공급된 연소용 기체가 배기 포트 (16) 에 배출되게 되어, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

제 1 실시형태의 내연 기관에서는, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수가 미리 설정된 엔진 정지 회전수에 도달하면 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 가 거의 정지된 상태에서 배기 밸브 (18) 를 개방하게 되고, 적정 시기에 배기 밸브 (18) 를 개방하여 서징의 발생을 적정하게 억제할 수 있다.

제 1 실시형태의 내연 기관에서는, 제어 장치 (40) 는, 배기 터빈 과급기 (12) 의 구동을 정지시키는 모터링 정지 신호가 입력, 요컨대, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어지면, 축전부 (35) 에 대한 축전을 정지시킨 후, 미리 설정된 소정의 제 2 대기 시간 T2 의 경과 후에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 폐지한다. 따라서, 배기 터빈 과급기 (12) 가 완전히 정지되고 나서 배기 밸브 (18) 를 폐지하게 되어, 서징의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에, 인젝터 (19) 를 구동시키기 전에 전동 발전기 (32) 를 구동시킴으로써 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 경우, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방하도록 되어 있다. 따라서, 컴프레셔 (21) 에 의해 실린더부 (13) 내에 공급된 연소용 기체가 배기 포트 (16) 에 배출되게 되어, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전을 정지시키는 경우, 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 가 구동된 상태이면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방하도록 되어 있다. 따라서, 컴프레셔 (21) 에 의해 실린더부 (13) 내에 공급된 연소용 기체가 배기 포트 (16) 에 배출되게 되어, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 내연 기관의 제어 방법에 있어서는, 전동 발전기 (32) 를 구동 개시하여 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 공정과, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 실린더부 (13) 에 형성되는 배기 밸브 (18) 를 개방하는 공정과, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면 배기 밸브 (18) 를 폐지하는 공정과, 배기 밸브 (18) 를 폐지함과 함께 연료를 공급하지 않고 디젤 엔진 본체 (11) 를 기동시키는 공정과, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수가 연료 공급 개시 회전수에 도달하면 실린더부 (13) 에 연료를 공급하는 공정을 구비하고 있다. 따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에, 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 1 실시형태의 내연 기관의 제어 방법에 있어서는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력이 없어지면 실린더부 (13) 에 대한 연료의 공급을 정지시키는 공정과, 전동 발전기 (32) 에 의해 배기 터빈 과급기 (12) 가 구동된 상태이면 실린더부 (13) 에 형성되는 배기 밸브 (18) 를 개방하는 공정과, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어지면 전동 발전기 (32) 에 의한 배기 터빈 과급기 (12) 의 구동을 정지시키는 공정과, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어져 제 2 대기 시간 T2 의 경과 후에 배기 밸브 (18) 를 폐지하는 공정을 구비하고 있다. 따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

[제 2 실시형태]

도 6 은, 제 2 실시형태의 내연 기관의 제어 방법을 나타내는 타임 차트이다. 또, 본 실시형태의 기본적인 구성은, 상기 서술한 제 1 실시형태와 거의 동일한 구성으로, 도 1 및 도 2 를 사용하여 설명함과 함께, 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일한 기능을 구비하는 부재에는, 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.

제 2 실시형태에 있어서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 있어서, 인젝터 (19) 를 구동시켜 실린더부 (13) 내에 연료를 분사하기 전에 전동 발전기 (32) 를 구동시켜 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 경우, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다. 구체적으로, 제어 장치 (40) 는, 배기 터빈 과급기 (12) 의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되면, 제 2 전력 변환부 (36) 를 제어함으로써, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전부 (35) 에 축전하고, 축전부 (35) 의 전압을 미리 설정된 대기 전압에 도달시킨다. 제어 장치 (40) 는, 이 축전부 (35) 에 대한 축전 개시와 동시에, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방하여 배기 밸브 (18) 를 개방함으로써, 연소실 (53) 과 배기 포트 (16) 를 연통시킨다. 이 때, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 소기 포트와 배기 밸브 (18) 의 사이, 요컨대, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 에 대해서만, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다.

본 실시형태에서, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 디젤 엔진 본체 (11) 는, 6 개의 실린더부 (13) 가 형성되어 있고, 각 실린더부 (13) 에 형성된 피스톤 (51) 은, 동기하여 왕복 이동하기는 하지만, 그 이동 위치가 상이하다. 그래서, 디젤 엔진 본체 (11) 는, 기동 전의 정지 상태에서, 모든 배기 밸브 (18) 는, 배기 포트 (16) 를 폐지하고 있기는 하지만, 소기 포트 (14) 는, 개방되어 있는 실린더부 (13) 와 폐지되어 있는 실린더부 (13) 가 존재한다. 여기서, 제어 장치 (40) 는, 배기 터빈 과급기 (12) 의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호 (101) 가 입력되면, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 만을 개방한다.

즉, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시, 배기 밸브 (18) 가 폐지되어 있는 상태에서, 컴프레셔 (21) 가 회전하면, 연소용 기체가 소기 포트 (14) 로부터 실린더부 (13) 에 공급되지만, 개방부가 없기 때문에 연소용 기체의 압력이 높아져, 서징이 발생될 우려가 있다. 그러나, 배기 밸브 (18) 를 개방하고 있으면, 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체가 배기 밸브 (18) 로부터 배출되기 때문에 서징이 발생할 우려가 없다. 그래서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 만을 개방함으로써, 서징의 발생을 억제한다.

제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전 기동을 개시하는 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 폐지한다. 그리고, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력됨과 동시에, 작동 기체 공급 장치 (24) 를 구동시킨다. 여기서, 제어 장치 (40) 는, 제 1 실시형태와 같이 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 제 1 대기 시간을 확보하는 일 없이, 즉석에서 작동 기체 공급 장치 (24) 를 구동시킨다.

즉, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 배기 밸브 (18) 를 개폐하는 경우, 작동 지연 시간이 발생할 우려가 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 만을 개방하고, 소기 포트 (14) 가 폐지되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 는 폐지 상태로 유지되어 있다. 그래서, 일부 배기 밸브 (18) 의 폐지 동작이 지연되어도, 배기 밸브 (18) 가 폐지되어 있는 실린더부 (13) 는, 실린더부 (13) 에 정상적으로 연소용 기체가 공급되어 고압이 되기 때문에, 적정하게 디젤 엔진 본체 (11) 를 회전 기동시킬 수 있다. 그래서, 제 1 대기 시간이 불필요해진다.

그 후, 디젤 엔진 본체 (11) 의 엔진 회전수가 상승되고, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전수가 연료 공급 개시 회전수에 도달하면, 각각의 인젝터 (19) 를 구동시킴으로써, 디젤 엔진 본체 (11) 의 실린더부 (13) 내에 연료를 공급한다. 그러면, 디젤 엔진 본체 (11) 가 연소에 의한 운전을 개시한다.

여기서, 제 2 실시형태의 내연 기관의 제어 장치의 작동 타이밍에 대해서 설명한다. 도 1 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 시간 t21 에서, 모터링 개시 신호 (101) 가 출력되면, 제 2 전력 변환부 (36) 가 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전부 (35) 에 축전함으로써, 프리차지가 개시되고, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 상승된다. 또한, 이 때, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 에 대해서만, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방 (배기 밸브 공기압 OFF) 하면, 소정 시간만큼 지연된 시간 t22 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 개방된다. 또, 축전부 (35) 의 DC 버스 전압이 대기 전압까지 상승되어 유지되면, 제 1 전력 변환부 (34) 가 축전부 (35) 의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전동 발전기 (32) 를 구동 개시하고, 선박 내 전력 계통 (37) 으로부터의 전력을 전동 발전기 (32) 에 출력함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 회전수가 상승된다. 그리고, 시간 t23 에서, 터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수에 도달하면, 터빈 회전수가 이 엔진 회전 개시 회전수로 유지된다.

이 때, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 만 개방되어 있기 때문에, 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체는, 배기 포트 (16) 를 통하여 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 배출되기 때문에, 서징의 발생이 억제된다.

터빈 회전수가 엔진 회전 개시 회전수로 유지된 상태에서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력을 기다린다. 시간 t24 에서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 폐지 (배기 밸브 공기압 ON) 하고, 소정 시간만큼 지연된 시간 t25 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 폐지된다. 또한, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되면, 직후에 개폐 밸브 (26) 의 개방·개방 정지를 반복하는 에어 런을 실행함으로써, 엔진 회전수가 상승된다. 이 때, 에어 런에 의해 실린더부 (13) 에 공급된 작동 기체 및 컴프레셔 (21) 가 압송하는 연소용 기체가 배출됨으로써, 터빈 (22) 이 회전하기 때문에, 터빈 회전수도 상승된다. 그리고, 에어 런이 개시되어 엔진 회전수가 연료 공급 개시 회전수에 도달하면, 인젝터 (19) 가 구동하여, 실린더부 (13) 내에 연료를 분사한다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 실린더부 (13) 내 (연소실 (53)) 에서 연소를 개시하고, 엔진 회전수가 규정 회전수까지 상승되어 연소 운전을 개시한다.

그 후, 시간 t31 에서, 엔진 회전 개시 신호 (102) 의 입력이 없어지면, 인젝터 (19) 의 구동을 정지시켜, 실린더부 (13) 내 (연소실 (53)) 에 대한 연료 분사를 정지시킨다. 그러면, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 연소 운전을 정지시켜 엔진 회전수가 저하됨과 함께, 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 회전수도 저하된다. 그리고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전수가 엔진 정지 회전수까지 저하된 시간 t32 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 개방 (배기 밸브 공기압 OFF) 하면, 소정 시간만큼 지연된 시간 t33 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 개방된다. 그리고, 시간 t34 에서, 터빈 회전수가 대기 회전수에 도달하면, 터빈 회전수가 이 대기 회전수로 유지된다.

이 때, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 에 의해 배기 밸브 (18) 가 개방되어 있기 때문에, 흡기관 (L1) 을 통하여 실린더부 (13) 에 공급된 연소용 기체는, 배기 포트 (16) 를 통하여 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지시에 배출되어, 서징의 발생이 억제된다.

시간 t35 에서, 모터링 개시 신호 (101) 가 출력되면, 프리차지를 종료함과 함께, 전동 발전기 (32) 에 대한 급전을 정지시킨다. 그러면, 배기 터빈 과급기 (12) 의 터빈 회전수가 저하된다. 그리고, 모터링 개시 신호 (101) 의 입력이 없어지고 나서 제 2 대기 시간 T2 가 경과한 시간 t36 에서, 배기 밸브 개폐 장치 (54) 의 제어 밸브 (59) 를 폐지 (배기 밸브 공기압 ON) 하고, 소정 시간만큼 지연된 시간 t37 에서, 배기 밸브 (18) 에 의해 배기 포트 (16) 가 폐지된다.

이와 같이 제 2 실시형태의 내연 기관에 있어서는, 제어 장치 (40) 는, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시에 있어서 인젝터 (19) 를 구동시키기 전에 전동 발전기 (32) 를 구동시킴으로써 배기 터빈 과급기 (12) 를 구동시키는 경우, 배기 터빈 과급기 (12) 의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에, 디젤 엔진 본체 (11) 에 있어서의 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 에 대해서만 배기 밸브 개폐 장치 (54) 를 구동시켜 배기 밸브 (18) 를 개방한다.

따라서, 디젤 엔진 본체 (11) 의 기동시, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 배기 밸브 (18) 만 개방되어 있기 때문에, 컴프레셔 (21) 에 의해 실린더부 (13) 내에 공급된 연소용 기체가 배기 포트 (16) 에 배출되게 되어, 실린더부 (13) 에 압송되는 연소용 기체가 저유량으로 고압력이 되는 것이 억제되고, 디젤 엔진 본체 (11) 의 정지 중에 있어서의 서징의 발생을 억제함으로써, 배기 터빈 과급기 (12) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

제 2 실시형태의 제어 장치에서는, 제어 장치 (40) 는, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력됨과 동시에, 작동 기체 공급 장치 (24) 를 구동한다. 따라서, 피스톤 (51) 에 의해 소기 포트 (14) 가 폐지되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 가 폐지되어 있기 때문에, 엔진 회전 개시 신호 (102) 가 입력되어 디젤 엔진 본체 (11) 의 회전을 기동하면, 배기 밸브 (18) 가 폐지되어 있는 실린더부 (13) 내의 연소용 기체의 압력을 고압으로 할 수 있고, 소기 포트 (14) 가 개방되어 있는 실린더부 (13) 의 배기 밸브 (18) 에 작동 지연이 있었다 하더라도, 디젤 엔진 본체 (11) 를 적정하게 기동시킬 수 있다.

또, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 공기 스프링실 (56a) 에 작용하는 공기 스프링압에 의해 배기 밸브 (18) 를 배기 포트 (16) 가 폐지되는 방향으로 탄성 지지하고, 작동유실 (56b) 에 유압을 작용시킴으로써, 배기 밸브 (18) 를 이동시켜 배기 포트 (16) 를 개방하도록 구성했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 공기 스프링압을 스프링에 의해 구성하거나, 유압만으로 배기 밸브 (18) 를 개폐 동작하거나 하도록 구성해도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 본 발명의 과급기로서의 배기 터빈 과급기 (12) 를 하이브리드 과급기로 하고, 본 발명의 전동기를 전동 발전기 (32) 로 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전동 발전기 (32) 를 단순한 전동기 (모터) 로 하고, 이 전동기에 축전부로서의 배터리를 접속시켜도 된다.

또한, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 작동 기체 공급 장치 (24) 를 작동 기체 공급원 (25), 개폐 밸브 (26), 작동 기체 공급관 (L5) 에 의해 구성했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 작동 기체 공급 장치를 전동기로 하고, 이 전동기를 내연 기관의 크랭크축에 접속시켜, 전동기에 의해 크랭크축을 강제적으로 구동 회전시켜도 된다.

10 : 선박용 디젤 엔진 (내연 기관)
11 : 디젤 엔진 본체
12 : 배기 터빈 과급기 (과급기)
13 : 실린더부
14 : 소기 포트
15 : 소기 트렁크
16 : 배기 포트
17 : 배기 매니폴드
18 : 배기 밸브
19 : 인젝터 (연료 공급 장치)
21 : 컴프레셔 (압축기)
22 : 터빈
24 : 작동 기체 공급 장치
25 : 작동 기체 공급원
26 : 개폐 밸브
32 : 전동 발전기 (전동기)
33 : 전력 변환 장치
34 : 제 1 전력 변환부
35 : 축전부
36 : 제 2 전력 변환부
37 : 선박 내 전력 계통
40 : 제어 장치
41 : 제 1 제어 장치
42 : 제 2 제어 장치
51 : 피스톤
53 : 연소실
54 : 배기 밸브 개폐 장치
57 : 작동 유로
58 : 작동유 공급 장치
59 : 제어 밸브
L1, L3 : 흡기관
L2, L4 : 배기관
L5 : 작동 기체 공급관

Claims (14)

1. 내연 기관 본체와,
   상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와,
   상기 과급기를 구동시키는 전동기와,
   상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와,
   상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 본체의 기동 개시 전에 상기 전동기를 구동시킴으로써 상기 과급기를 구동시키는 경우,
   상기 과급기의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 전동기에 의한 상기 과급기의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호가 입력되면, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전동기에 전력을 공급하는 축전부가 형성되고, 상기 제어 장치는, 상기 축전부에 대한 축전을 개시함과 함께, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 내연 기관의 소기 포트와 배기 밸브 사이가 개방되어 있는 실린더부에 대해서만, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 본체의 회전을 개시하는 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 내연 기관 본체에 연료를 공급하지 않고 작동 기체에 의한 상기 내연 기관 본체의 회전을 개시하기 위한 작동 기체 공급 장치가 형성되고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 미리 설정된 소정의 제 1 대기 시간의 경과 후에 상기 작동 기체 공급 장치를 구동시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 내연 기관 본체에 연료를 공급하지 않고 작동 기체에 의한 상기 내연 기관 본체의 회전을 개시하기 위한 작동 기체 공급 장치가 형성되고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 상기 작동 기체 공급 장치를 구동시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
8. 내연 기관 본체와,
   상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와,
   상기 과급기를 구동시키는 전동기와,
   상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와,
   상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 내연 기관 본체의 회전을 정지시키는 경우,
   상기 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 상기 전동기에 의해 상기 과급기가 구동된 상태이면 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 과급기의 구동을 정지시키는 모터링 정지 신호가 입력되면, 미리 설정된 소정의 제 2 대기 시간의 경과 후에, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전동기에 전력을 공급하는 전원부 또는 축전부가 형성되고, 상기 제어 장치는, 모터링 정지 신호가 입력되면, 상기 전동기에 대한 전력 공급을 정지시킨 후, 상기 제 2 대기 시간의 경과 후에, 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
11. 내연 기관 본체와,
    상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와,
    상기 과급기를 구동시키는 전동기와,
    상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와,
    상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하는 내연 기관에 있어서,
    상기 내연 기관 본체의 기동 개시 전에 상기 전동기에 의해 상기 과급기를 구동시키는 경우, 상기 과급기의 구동을 개시하는 모터링 개시 신호가 입력되면 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
12. 내연 기관 본체와,
    상기 내연 기관 본체에 접속되어 상기 내연 기관 본체에 연소용 기체를 공급하는 압축기 및 상기 압축기와 동축 회전하는 터빈을 구비하는 과급기와,
    상기 과급기를 구동시키는 전동기와,
    상기 내연 기관 본체의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개폐 조작하는 배기 밸브 개폐 장치와,
    상기 전동기와 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하는 내연 기관에 있어서,
    상기 내연 기관 본체의 회전을 정지시키는 경우, 상기 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 상기 전동기에 의해 상기 과급기가 구동된 상태이면 상기 배기 밸브 개폐 장치를 구동시켜 상기 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
13. 전동기를 구동 개시하여 과급기를 구동시키는 공정과,
    상기 과급기의 회전수가 미리 설정된 서징 회전수에 도달하는 시점 이전에 내연 기관의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개방하는 공정과,
    내연 기관 회전 개시 신호가 입력되면, 상기 배기 밸브를 폐지하는 공정과,
    상기 배기 밸브를 폐지함과 함께 연료를 공급하지 않고 상기 내연 기관을 회전하는 공정과,
    상기 내연 기관의 회전수가 미리 설정된 연료 공급 개시 회전수에 도달하면 상기 내연 기관에 연료를 공급하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 방법.
14. 내연 기관 정지 신호가 입력되면 내연 기관 본체에 대한 연료 공급을 정지시키는 공정과,
    상기 내연 기관 본체의 회전 정지 후에 전동기에 의해 과급기가 구동된 상태이면 상기 내연 기관의 실린더부에 형성되는 배기 밸브를 개방하는 공정과,
    모터링 정지 신호가 입력되면, 전동기에 의한 과급기의 구동을 정지시키는 공정과,
    상기 모터링 정지 신호가 입력되어 미리 설정된 소정의 제 2 대기 시간의 경과 후에 상기 배기 밸브를 폐지하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 방법.

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