KR20190025747A - 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 선박 - Google Patents

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Abstract

과급기 잉여 동력 회수 장치는, 유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되는 내연 기관, 상기 내연 기관에 부속하는 과급기, 상기 과급기에 연결되며 상기 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 제1 유압 펌프, 전동기의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 제2 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 제1 유압과 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 제2 유압 사이에서 상기 작동 기기에 공급하는 유압을 조정하는 유압 조정 기구, 상기 작동 기기를 전자 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 유압 생성량이, 소정량 미만의 조건에서는, 상기 작동 기기에 공급되는 유압은 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압이며, 상기 조건 이외의 경우, 상기 작동 기기에 공급되는 유압은 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 포함하도록, 상기 유압 조정 기구를 제어한다.

Description

내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 선박
본 발명은, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 선박에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진이나 가스 엔진 등의 내연 기관에서는, 엔진의 배기 가스에 의해 과급기(터보차저)의 터빈을 회전 구동하고, 회전 구동한 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 보호의 면에서도 강하게 요청되고 있다.
이 엔진의 잉여 배기 에너지를 유효 이용하는 것으로서, 과급기에 연결되어 과급기에 의해 회전 구동되는 유압 펌프로부터 유압을 생성시키고, 이 유압을, 내연 기관을 구동시키는 작동 기기의 구동원으로서 유압 기구에 공급하는 과급기 잉여 동력 회수 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1).
특허 문헌 1: 일본 특허 제6012810호 공보
이 과급기 잉여 동력 회수 장치에서는, 내연 기관의 크랭크축의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 기관 구동 유압 펌프가 설치되어 있다. 이 기관 구동 유압 펌프는, 내연 기관의 부하율이 낮고, 과급기에 의해 회전 구동되는 과급기 구동 유압 펌프가 생성하는 유압 생성량이 적은 경우, 작동 기기의 구동원으로서 유압을 공급한다.
그러나, 기관 구동용 유압 펌프 및 기관 구동 유압 펌프와 크랭크축을 접속시키는 기어 박스는 큰 구조체이며 고비용이다. 이 때문에, 큰 설치 스페이스를 필요로 하고, 고가의 과급기 잉여 동력 회수 장치가 되어, 선박에 있어서의 추진 엔진으로서 사용하는 경우 불리하다.
이에, 본 발명은, 설치 스페이스가 과대해지지 않아, 저비용이며, 잉여 배기 에너지를 유효 이용할 수 있는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 이 과급기 잉여 동력 회수 장치를 사용한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양은, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치이다. 해당 장치는,
유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되도록 구성된 내연 기관,
상기 내연 기관의 배기 가스로에 배설(配設)되며 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관의 흡기관에 과급된 급기를 공급하도록 구성된 과급기,
상기 과급기에 연결되며 상기 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키도록 구성된 제1 유압 펌프,
전동기의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키도록 구성된 제2 유압 펌프,
상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압과 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압 사이에서 상기 작동 기기에 공급하는 유압을 조정하도록 구성된 유압 조정 기구,
상기 작동 기기를 전자 제어하도록 구성된 컨트롤러를 구비한다.
상기 작동 기기에 공급하는 유압은, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압 및 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압 중 적어도 어느 일방의 유압이다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 소정량 미만의 조건에서는, 상기 작동 기기에 공급되는 유압은 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압이며, 상기 작동 기기에 공급되는 유압량은, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압량이며, 상기 조건 이외의 경우, 상기 작동 기기에 공급되는 유압은 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 포함하도록, 상기 유압 조정 기구를 제어하도록 구성되어 있다.
상기 소정량은, 상기 작동 기기를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량인 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러는,
상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 소정량 미만의 조건에서, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하고,
상기 조건 이외의 경우, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하도록, 상기 유압 조정 기구를 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 소정량은, 상기 작동 기기를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량보다 적고,
상기 컨트롤러는,
상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 소정량 미만의 조건에서는, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하고,
상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 필요량에 도달하는 조건에서는, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하고,
상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 소정량 이상이며, 상기 필요량에 도달하지 않는 조건에서는, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압량과, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압량의 합계량이 상기 작동 기기의 상기 필요량이 되도록, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하도록,
상기 유압 조정 기구, 상기 제1 유압 펌프, 및 상기 제2 유압 펌프 중 적어도 어느 하나를 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 소정량 이상이며, 상기 필요량에 도달하지 않는 조건에서는, 상기 내연 기관의 부하율이 상승함에 따라, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압량을 점차 증가시키고, 상기 제2 유압 펌프에 의해 생성되는 유압량을 점차 감소하도록, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프가 생성하는 유압의 양을 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 소정량은, 상기 내연 기관의 부하율이 70% 이하의 부하율에 대응한 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량인 것이 바람직하다.
상기 내연 기관에는, 상기 내연 기관의 크랭크축의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 기관 구동 유압 펌프가 설치되어 있지 않는 것이 바람직하다.
상기 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 상기 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하도록 구성된 제어 밸브를 포함하고,
상기 컨트롤러는, 상기 유압 생성량이, 상기 필요량에 도달하는 조건에서는, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성하는 유압을 상기 작동 기기에 공급하는 경우, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 작동 기기에 있어서의 상기 유압의 필요량에 대해 과잉이 되지 않고 상기 필요량에 대응하도록, 상기 제어 밸브의 개도(開度)를 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 과급기 잉여 동력 회수 장치는,
상기 내연 기관의 상기 과급기와 병렬 배치되고, 상기 배기 가스의 일부를 상기 과급기의 터빈을 경유하지 않고, 외부로 배기하도록 구성된 바이패스 배기 가스로,
상기 바이패스 배기 가스로에 있어서의 배기 가스 유량을 제어하도록 구성된 배기 바이패스 밸브를 포함하고,
상기 제어 밸브는, 상기 배기 바이패스 밸브인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 태양은, 상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치가 탑재되고, 상기 내연 기관은, 선박의 추진용 엔진인 것을 특징으로 하는 선박이다.
상기 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 이 장치를 탑재한 선박에 의하면, 설치 스페이스가 과대해지지 않고, 저비용이며, 잉여 배기 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 주요 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 과급기 주변의 장치 구성을 나타내는 도면이다.
일 실시 형태의 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 선박을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 과급기 잉여 동력 회수 장치(이후, '회수 장치'라 함)(100)의 주요 구성을 나타내는 도면이다.
회수 장치(100)는, 내연 기관(1)에 부수하여 설치되는 장치이다. 회수 장치(100)는, 과급기에 연결되어 과급기에 의해 회전 구동되는 유압 펌프에 유압을 생성시키고, 이 유압을, 내연 기관을 구동시키는 작동 기기(예를 들면 배기 밸브나 연료 분사 밸브)의 구동원이 되는 유압으로서 공급한다. 이와 같은 회수 장치(100)의 처리를 배기 에너지 회수 처리라고 한다. 이하, 회수 장치(100) 및 배기 에너지 회수 처리를 설명한다.
회수 장치(100)는, 내연 기관(1), 과급기(제1 과급기)(5), 제1 유압 펌프(10), 유압 기구(20), 컨트롤러(50), 유압 제어 유닛(51)을 주로 구비한다.
내연 기관(1)은, 특별히 제한되지 않지만, 일례로서, 선박에 탑재되는 추진용 저속 디젤 엔진(동력원, 내연 기관)을 들 수 있다. 내연 기관(1)은, 내연 기관(1)을 구동시키기 위해 필요한, 예를 들면 배기 밸브, 연료 분사 밸브 등의 작동 기기가 유압을 개재하여 전자 제어되는 전자 제어 기관이다. 내연 기관(1)에는 과급기(5)가 설치되어 있다.
내연 기관(1)에는, 내연 기관(1)의 크랭크축의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 기관 구동 유압 펌프가 설치되지 않는다. 이 때문에, 기관 구동용 펌프와 크랭크축을 접속하는 기어 박스도 설치되지 않는다.
과급기(5)는, 내연 기관(1)의 배기 가스에 의해 회전 구동되며 내연 기관(1)의 흡기관에 과급된 급기를 공급한다. 과급기(5)는, 구체적으로는, 압축기(6)와 터빈(7)을 구비한다. 압축기(6)와 터빈(7)은, 회전축(8)으로 연결된다. 내연 기관(1)의 배기 가스에 의해 터빈(7)이 회전 구동되고, 터빈(7)에 의해 압축기(6)가 회전한다. 이로 인해 내연 기관(1)의 급기 밀도가 높아져, 엔진의 출력이 향상한다.
그리고, 과급기(5)는, 반드시 1단의 과급기의 구성에 한정되지 않고, 그 단수가 단단(段)인 것에 한정되는 것은 아니다. 또, 내연 기관(1)은 선박용 엔진에 한정되지 않고, 형식도 저속 디젤 엔진에 한정되는 것은 아니다. 천연가스, 도시가스 등을 연료로 하는 가스 엔진, 기타 모든 형식의 전자 제어 기관이 포함된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 과급기(5)의 회전축(8)에 변속기(9)가 연결되고, 변속기(9)에 가변 용량형 제1 유압 펌프(10)가 연결된다.
상술한 제1 유압 펌프(10)는, 도 1에 있어서 1대이지만, 어디까지나 일례이며, 복수 대로 해도 된다.
제1 유압 펌프(10)는, 유압 기구(20) 내에 장착된다.
유압 기구(20)는, 내연 기관(1)의 각종 작동 기기로 구성되는 유압 제어 유닛(51)에 유압을 공급하며 작동 기기를 작동시켜 내연 기관(1)을 구동시키는 기구이다. 유압 기구(20)는, 유로(21, 22, 23, 24, 25, 26), 유압 조정 기구(30), 제2 유압 펌프(53)를 주로 구비한다. 이외 도시되지 않지만, 역지(逆止) 밸브나 전자 개폐 밸브가 설치될 수도 있다.
유압 기구(20)에 있어서, 제2 유압 펌프(53)의 일방의 토출구(53a)는, 유로(22)를 개재하여 유압 조정 기구(30)에 접속되어 있다. 제1 유압 펌프(10)의 토출구(10a)는, 유로(21)를 개재하여, 유압 조정 기구(30)에 접속되어 있다. 유압 조정 기구(30)는 유로(23)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)에 공급되어 있다. 유압 제어 유닛(51)은 유로(25, 24)를 개재하여, 제1 유압 펌프(10)의 토출구(10b) 및 제2 유압 펌프(53)의 토출구(53b)에 접속되어 있다.
유압 조정 기구(30)는, 컨트롤러(50)의 제어에 의해, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압과 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압 사이에서 유압 제어 유닛(51)에 공급하는 유압을 조정한다.
컨트롤러(50)는, 유압 제어 유닛(51)을 전자 제어하고, 내연 기관(1)의 구동을 제어하는 부분이다. 컨트롤러(50)는, 내연 기관(1)의 부하율의 정보를 취득하여, 센서에 의해 예를 들면 급기의 흡입 온도, 과급기(5)의 하류측 소기압(掃氣壓) 등을 검출하고, 후술하는 바와 같이, 이 검출한 소기압 및 흡입 온도 등과, 내연 기관(1)의 부하율에 따라, 제1 유압 펌프(10), 제2 유압 펌프(53), 유압 조정 기구(30), 또한, 후술하는 과급기(5)의 터빈(7)에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 후술하는 바이패스 제어 밸브 등의 작동을 전기적으로 제어한다. 그리고, 컨트롤러(50)가 상술한 부하율, 소기압 및 흡입 온도 이외의 파라미터를 사용하여 제1 유압 펌프(10), 유압 조정 기구(30), 바이패스 제어 밸브 등의 작동을 제어할 경우도 있다.
회수 장치(100)는, 일례로서 이하와 같이 동작한다.
내연 기관(1)의 스타트업시, 컨트롤러(50)는, 유압 조정 기구(30)를 제2 유압 펌프(53)로부터 연장되는 유로(22)의 유압을 유로(23)에 공급하도록 제어한다. 그리고, 컨트롤러(50)는, 전동기(52)를 회전 구동시키고 시동에 필요한 유압을 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성시켜, 유로(22), 유압 조정 기구(30) 및 유로(23)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)에 공급한다.
다음에, 내연 기관(1)의 저부하~중부하시, 예를 들면 부하율 50%까지 동안 컨트롤러(50)는, 스타트업시와 마찬가지로 유로(22)로부터 유로(23)에 유압이 공급되도록, 유압 조정 기구(30)의 제어를 유지한다.
이로 인해, 저부하~중부하시에 있어서도, 유압 제어 유닛(51)의 필요한 유압을 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성시켜, 유로(22), 유압 조정 기구(30) 및 유로(23)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)에 공급한다.
여기서, 중부하의 상한은, 과급기(5)에 연결된 제1 유압 펌프(10)가 회전 구동함으로써 생성하는 유압의 유압 생성량이, 유압 제어 유닛(51)이 내연 기관(1)의 구동을 위해 필요한 유압의 유압량과 동등하게 될 때의 부하를 말한다. 저부하~중부하시, 내연 기관(1)의 배기 가스에 의해 회전하는 터빈의 회전 수는, 충분히 높지 않고, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량은, 유압의 상기 필요량에 대해 적다. 이 때문에, 실시 형태에서는, 내연 기관(1)의 부하가 높아지고, 제1 유압 펌프(10)가 생성하는 유압 생성량이 유압의 상기 필요량과 동등하게 될 때까지, 유압 제어 유닛(51)이 사용하는 유압에, 제2 유압 펌프(53)가 생성한 유압이 사용된다.
스타트업시에서 중부하시에 있어서, 제1 유압 펌프(10)를 회전 구동시키고 있는 경우, 유압 조정 기구(30)는, 예를 들면, 유로(21)의 유압을, 유로(25)를 개재하여 드레인(drain)하여 개방한다. 즉, 제1 유압 펌프(10)는, 무부하 운전이 되지만, 시스템의 냉각을 위해 일정 압력의 유압이 토출된다.
다음에, 내연 기관(1)의 고부하시, 예를 들면 부하율 50% 이상인 경우에는, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량은 유압의 상기 필요량에 도달하므로, 컨트롤러(50)는, 유로(21)의 유압이 유로(23)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)에 공급되도록, 유압 조정 기구(30)를 제어한다. 이때, 유압 조정 기구(30)는, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 유로(26)를 개재하여 드레인하고 개방하도록 절환(切煥)한다. 즉, 제2 유압 펌프(53)는, 무부하 운전이 된다. 이 경우, 컨트롤러(50)는, 전동기(52)의 회전을 정지하도록 제어할 수도 있다.
내연 기관(1)의 부하율의 상승에 따라, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량이 유압의 상기 필요량에 도달했을 때, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성하는 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하도록 유압 조정 기구(30)는 제어된다.
유압 제어 유닛(51)에 공급되는 유압은, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압 및 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압의 적어도 어느 일방의 유압이다. 이때, 컨트롤러(50)는, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 소정량 미만의 조건에서, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하지 않고, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하고, 상기 조건 이외의 경우, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하지 않고, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하도록 유압 조정 기구(30)를 제어한다. 이때, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량은, 유압의 상기 필요량에 도달하는 시점의 상기 유압 생성량을, 유압 절환을 위한 상기 소정량으로 하고, 유압 제어 유닛(51)에 공급하는 유압을, 제2 유압 펌프(53)가 생성하는 유압에서 제1 유압 펌프(10)가 생성하는 유압으로 절환하는 제어를 행한다.
그러나, 일 실시 형태에 의하면, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 소정량 미만의 조건에서는, 유압 제어 유닛(51)에 공급되는 유압은 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압이며, 즉 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압만이 유압 제어 유닛(51)에 공급되지만, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량이 상기 필요량에 도달하지 않아도, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 소정량 이상이 되면, 유압 제어 유닛(51)에 공급되는 유압은 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압을 포함하도록, 구체적으로는, 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압과 함께, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압이 유압 제어 유닛(51)에 공급되어도 된다. 이 경우, 유압 제어 유닛(51)에 공급되는 유압은, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압과 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압을 포함하게 된다.
즉, 상기 소정량은, 유압 제어 유닛(51)(작동 기기)를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량보다 적어도 된다. 이 경우, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 소정량 미만의 조건에서는, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압을 작동 기기에 공급하지 않고, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하고, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 필요량에 도달하는 조건에서는, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하지 않고, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하고, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 소정량 이상이며, 상기 필요량에 도달하지 않는 조건에서는, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압량과, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압량의 합계량이 유압 제어 유닛(51)의 필요량이 되도록, 제1 유압 펌프(10) 및 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하도록, 컨트롤러(50)는 유압 조정 기구(30), 제1 유압 펌프(10) 및 제2 유압 펌프(53)의 적어도 어느 하나를 제어하는 것이 바람직하다.
이때, 내연 기관(1)의 부하율에 따라 제1 유압 펌프(50) 및 제2 유압 펌프(53) 각각에 의해 생성되는 유압의 양이 제어된다. 구체적으로는, 내연 기관(1)의 부하율과, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압의 양 및 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압의 양의 관계를 나타내는, 미리 설정한 참조 테이블을 이용하고, 내연 기관(1)의 부하율이 상승함에 따라, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압의 양을 점차 늘리고, 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압의 양을 점차 줄이도록 유압의 양이 제어된다. 즉, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 소정량 이상이며, 상기 필요량에 도달하지 않는 조건에서는, 내연 기관(1)의 부하율이 상승함에 따라, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압량을 점차 늘리고 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압량을 점차 줄이도록, 컨트롤러(50)는, 제1 유압 펌프(10) 및 제2 유압 펌프(53)가 생성하는 유압의 양을 제어하는 것이 바람직하다. 이후, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량이 유압의 상기 필요량에 도달하면, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압만이 유압 제어 유닛(51)에 공급될 수도 있다. 부하율을 저하시킬 때, 내연 기관(1)의 부하율이 저하함에 따라, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압의 양을 점차 줄이고, 제2 유압 펌프(53)에 의해 생성되는 유압의 양을 점차 늘리면 된다.
그리고, 내연 기관(1)의 고부하시, 부하율이 높아질수록, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량은 많아지고, 내연 기관(1)의 구동을 위해 유압 제어 유닛(51)이 필요로 하는 유압의 필요량을 초과하는 경향이 있다. 이 때문에 실시 형태에서는 과잉의 유압을 생성하지 않도록, 유압 생성량이 상기 필요량에 대응하도록, 제1 유압 펌프(10)가 제어된다.
일 실시 형태에 의하면, 처리 장치(100)는, 과급기(5)의 터빈(7)에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 제어 밸브를 가진다. 컨트롤러(50)는, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성하는 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급하는 경우, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 내연 기관(1)의 구동을 위해 유압 제어 유닛(51)이 필요로 하는 유압의 필요량에 대응하도록, 제어 밸브의 개도를 제어한다. 이로 인해, 제1 유압 펌프(10)가 생성시키는 유압이 과잉이 되는 것을 저지할 수 있다.
도 2는, 과급기(5) 주변의 장치 구성의 바람직한 일 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
내연 기관(1)과 과급기(5) 사이에는, 내연 기관(1)로부터 배출되는 배기 가스의 배기 리시버(60), 과급기(5)로부터 과급된 급기를 취입(取入)하는 흡기 매니폴드(62)가 설치되어 있다. 배기 리시버(60)에는, 배기 리시버(60)로부터 과급기(5)의 터빈(7)에 접속하는 배기 가스로(64)와 터빈(7)을 우회하는 바이패스 배기 가스로(68)가 설치되어 있다. 바이패스 배기 가스로(68)는, 터빈(7)로부터 외기로 배기 가스를 배출하는 외부 배기 가스로(66)에 접속되어 있다. 즉, 바이패스 배기 가스로(68)는, 과급기(5), 상세하게는 터빈(7)과 병렬 배치되고, 배기 가스의 일부를, 터빈(7)을 경유하지 않고, 외부로 배기하는 배기로이다.
압축기(6)에는, 외기로부터 공기를 도입하는 외기 도입로(72)가 설치되고, 또한, 압축기(6)에는, 압축된 공기를 냉각기(76)로 안내하는 급기로(74)가 설치되어 있다. 냉각기(76)에는, 배기 리시버(60)로부터 연장되는 배기 가스 순환로(78)가 설치되어, 냉각기(76)에 접속된다. 냉각기(76)에서 냉각된 기체는, 급기로서 흡기 매니폴드(62)에 공급되고, 또한, 내연 기관(1)에 공급된다. 배기 가스 순환로(78)에는, 배기 가스 순환 제어 밸브(80)가 설치되어 있다. 배기 리시버(60) 내의 배기 가스의 일부는, 배기 가스 순환로(78)를 통과하고, 외기로부터 받아들여져 압축기(6)에서 압축된 공기와 혼합되어 내연 기관(1)에 급기로서 공급된다. 이와 같이, 배기 가스의 일부를 급기로서 사용하는 것은, 배기 가스의 성분의 비열과 산소의 비열이 상이하는 것을 이용하여, 내연 기관(1)의 연소 온도를 저하시키고, 이로 인해, 산소와 질소의 반응 속도를 저하시켜 NOx의 배출량을 삭감하기 위해서다. 배기 가스 순환로(78) 및 배기 가스 순환 제어 밸브(80)는, 배기 가스의 일부를, 과급기(5)에 보내지 않고, 내연 기관의 흡기 매니폴드(흡기관)(62)에 공급하는 배기 재순환 장치를 구성한다. 배기 재순환 장치는, 설치되지 않아도 된다.
그리고, 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 배기 가스 순환로(78)에 집진기나 압축기 등이 설치될 수도 있다.
바이패스 배기 가스로(68)에는, 바이패스 배기 가스로(68)에 있어서의 배기 가스 유량을 제어하는 배기 바이패스 밸브(70)가 설치되어 있다. 이 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를, 컨트롤러(50)가 전기적으로 제어한다. 컨트롤러(50)는, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 상기 제어 밸브인 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를 제어한다. 이 경우, 배기 바이패스 밸브(70)가, 과급기(5)의 터빈(7)에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 상술한 제어 밸브에 대응한다.
그리고, 배기 바이패스 밸브(70)를 상기 제어 밸브로서 사용하는 대신에, 일 실시 형태로서, 내연 기관(1)의 터빈(7)에 접속되는 배기 가스로(64)의 도중에, 배기 가스의 유로의 면적을 가변으로 제어하는 유량 조정 밸브를 상기 제어 밸브로 하는 것도 바람직하다.
일 실시 형태에서는, 배기 바이패스 밸브(70)는, 제1 유압 펌프(10)의 회전 구동에 의해 생성하는 유압 생성량이, 내연 기관(1)의 구동을 위해 유압 제어 유닛(51)이 필요로 하는 유압의 필요량에 도달하지 않는 경우, 예를 들면 50% 미만인 경우, 배기 바이패스 밸브(70)를 닫도록, 컨트롤러(50)가 제어한다.
이와 같이, 실시 형태에서는, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도 제어에 의해, 제1 유압 펌프(10)가 생성하는 유압의 유압 생성량을 제어한다. 이 때문에, 회수 장치(100)는 과잉의 유압을 생성하지 않는다.
또, 실시 형태에서는, 컨트롤러(50)는, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 소정량 미만의 조건에서, 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압을 작동 기기에 공급하고, 상기 조건 이외의 경우, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성한 유압을 작동 기기에 공급하도록 유압 조정 기구(30)를 제어하므로, 즉, 유압 제어 유닛(51)에서 사용되는 유압은, 제1 유압 펌프(10) 및 제2 유압 펌프(53)로부터 생성한 유압에 한정되므로, 종래 내연 기관(1)의 크랭크축의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 기관 구동 유압 펌프를 필요로 하지 않는다. 이 때문에, 내연 기관(1)의 설치 스페이스가 과대해지지 않아, 저비용이며, 잉여 배기 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.
컨트롤러(50)가, 상기 소정량을 작동 기기(유압 제어 유닛(51))를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량으로 함으로써, 작동 기기의 작동을 위한 유압을, 제1 유압 펌프(10)로부터 생성되는 유압과 제2 유압 펌프(53)로부터 생성되는 유압 사이에서 절환하는 간이 제어를 실현할 수 있다.
상기 소정량은, 내연 기관(1)의 부하율이 70% 이하의 부하율에 대응한 제1 유압 펌프(50)에 의해 생성되는 유압 생성량으로 하는 것이, 잉여 배기 에너지를 유효 이용할 수 있는 점에서 바람직하다. 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 작동 기기(유압 제어 유닛(51))을 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량과 대응하는(일치하는) 부하율은, 내연 기관(1)의 특성에 따라 차이가 있지만, 부하율이 상기 범위에 있는 경우, 제1 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 작동 기기를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량과 대응하는 부하율이 되는 경우가 많다.
또, 상기 회수 장치(100)는, 선박에 탑재되고, 내연 기관(1)은, 선박의 추진용 엔진으로 할 수 있다.
상술한 회수 장치(100)는, 일례에 불과하며, 본 발명의 취지에 기초하여 각종 변형이 가능하고, 그것들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다. 또, 상술한 회수 장치(100)에 있어서는, 부하 35%까지를 저부하로 하고, 부하 35~50%를 중부하로 하고, 또 부하 50% 이상을 고부하로 했으나, 어디까지나 일례로서 내연 기관의 종류나 이용 형태 등에 따라 상이한 것이며, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
1 내연 기관
5 과급기
6 압축기
7 터빈
8 회전축
9 변속기
10 제1 유압 펌프
10a, 10b, 53a, 53b 토출구
20 유압 기구
21, 22, 23, 24, 25, 26 유로
30 유압 조정 기구
50 컨트롤러
51 유압 제어 유닛
52 전동기
53 제2 유압 펌프
70 배기 바이패스 밸브

Claims (10)

  1. 유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되도록 구성된 내연 기관,
    상기 내연 기관의 배기 가스로에 배설(配設)되며 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관의 흡기관에 과급된 급기를 공급하도록 구성된 과급기,
    상기 과급기에 연결되며 상기 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키도록 구성된 제1 유압 펌프,
    전동기의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키도록 구성된 제2 유압 펌프,
    상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압과 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압 사이에서 상기 작동 기기에 공급하는 유압을 조정하도록 구성된 유압 조정 기구,
    상기 작동 기기를 전자 제어하도록 구성된 컨트롤러를 구비하고,
    상기 작동 기기에 공급하는 유압은, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압 및 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압 중 적어도 어느 일방의 유압이며,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 소정량 미만의 조건에서는, 상기 작동 기기에 공급되는 유압은 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압이며, 상기 작동 기기에 공급되는 유압량은 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압량이며, 상기 조건 이외의 경우, 상기 작동 기기에 공급되는 유압은 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 포함하도록, 상기 유압 조정 기구를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정량은, 상기 작동 기기를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량인, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 소정량 미만의 조건에서, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하고,
    상기 조건 이외의 경우, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하도록, 상기 유압 조정 기구를 제어하도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정량은, 상기 작동 기기를 작동하기 위해 필요한 유압의 필요량보다 적고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 소정량 미만의 조건에서는, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하고,
    상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 필요량에 도달하는 조건에서는, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하지 않고, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하고,
    상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 소정량 이상이며, 상기 필요량에 도달하지 않는 조건에서는, 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압량과, 상기 제1 유압 펌프로부터 생성한 유압량의 합계량이 상기 작동 기기의 상기 필요량이 되도록, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프로부터 생성한 유압을 상기 작동 기기에 공급하도록,
    상기 유압 조정 기구, 상기 제1 유압 펌프, 및 상기 제2 유압 펌프 중 적어도 어느 하나를 제어하도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 소정량 이상이며, 상기 필요량에 도달하지 않는 조건에서는, 상기 내연 기관의 부하율이 상승함에 따라 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압량을 점차 증가시키고, 상기 제2 유압 펌프에 의해 생성되는 유압량을 점차 감소하도록, 상기 컨트롤러가, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프가 생성하는 유압의 양을 제어하도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정량은, 상기 내연 기관의 부하율이 70% 이하의 부하율에 대응한 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량인, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관에는, 상기 내연 기관의 크랭크축의 회전에 의해 회전 구동되어 유압을 생성시키는 기관 구동 유압 펌프가 설치되어 있지 않는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과급기 잉여 동력 회수 장치는, 상기 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하도록 구성된 제어 밸브를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 유압 생성량이 상기 필요량에 도달하는 조건에서는, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성하는 유압을 상기 작동 기기에 공급하는 경우, 상기 제1 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 작동 기기에서의 상기 유압의 필요량에 대해 과잉이 되지 않고, 상기 필요량에 대응하도록 상기 제어 밸브의 개도를 제어하도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내연 기관의 상기 과급기와 병렬 배치되고, 상기 배기 가스의 일부를 상기 과급기의 터빈을 경유하지 않고, 외부로 배기하도록 구성된 바이패스 배기 가스로,
    상기 바이패스 배기 가스로에서의 배기 가스 유량을 제어하도록 구성된 배기 바이패스 밸브를 포함하고,
    상기 제어 밸브는, 상기 배기 바이패스 밸브인, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치가 탑재되고,
    상기 내연 기관은, 선박의 추진용 엔진인 것을 특징으로 하는 선박.
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