KR20190026944A - 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 기관의 배기 가스로에 배설(配設)된 제1 과급기, 상기 제1 과급기에 연결되고 회전 구동되어 유압을 발생시키는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 유로(油路), 상기 작동 기기를 전자 제어하는 컨트롤러, 상기 제1 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 제어 밸브를 가진다. 상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 제1값 이상일 때, 상기 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 상기 상기 제어 밸브의 개도(開度)를 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, 유압 펌프가 생성하는 유압은, 내연 기관을 구동시키는 유압 기구에 주로 공급되지만, 유압 펌프에 의해 만들어지는 유압의 생성량은, 내연 기관의 부하율이 높아질수록 많아지고, 유압 기구에 필요한 유압의 필요량을 초과할 경우가 많다. 이 때문에, 유압의 잉여 에너지를 낭비하게 배기하는 경우가 많다. 이 때문에, 유압 기구에 필요한 유압의 필요량에 대응한 유압의 양을 생성하는 것이 바람직하다. 실제로, 내연 기관의 부하율이 높아질수록, 상기 유압의 잉여 에너지는 매우 많아진다.
이에, 본 발명은, 과급기의 회전에 의해 회전하는 유압 펌프에 의해 만들어지는 유압의 생성량이, 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 생성하는 유압의 양을 제어할 수 있는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 이 장치를 탑재한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양은, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치이다. 해당 장치는,
유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되는 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 공급하는 제1 과급기,
상기 제1 과급기에 연결되며 상기 제1 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 유압 펌프,
상기 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 유로(油路),
상기 작동 기기를 전자 제어하는 컨트롤러,
상기 제1 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 제어 밸브를 포함한다.
상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 제1값 이상일 때, 상기 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 작동 기기를 작동하기 위한 유압을 포함하는 상기 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 상기 내연 기관의 부하율에 따라 상기 제어 밸브의 개도(開度)를 제어한다.
상기 유압의 필요량은, 상기 내연 기관의 부하율에 따라 정해지고,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 과급기에 있어서의 상기 배기 가스의, 상기 유압의 필요량에 대응하는 목표 소기압, 상기 내연 기관의 부하율과의 대응 관계 정보, 혹은 상기 유압의 필요량, 상기 내연 기관의 부하율과의 대응 관계 정보를 보지하고,
상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 상기 제1값 이상일 때, 상기 제1 과급기에 있어서의 소기압이 상기 목표 소기압에 일치하도록, 혹은 상기 유압 펌프의 유압 생성량이 상기 유압의 필요량에 일치하도록, 상기 내연 기관의 부하율에 따라, 상기 제어 밸브의 개도를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 내연 기관의 상기 제1 과급기와 병렬 배치되고, 상기 배기 가스의 일부를 상기 제1 과급기의 터빈을 경유하지 않고, 외부로 배기하는 바이패스 배기 가스로,
상기 바이패스 배기 가스로에 있어서의 배기 가스 유량을 제어하는 배기 바이패스 밸브를 포함하고,
상기 제어 밸브는, 상기 배기 바이패스 밸브인 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 상기 제1값 미만인 경우, 상기 배기 바이패스 밸브를 닫는 것이 바람직하다.
상기 배기 가스의 일부를, 상기 제1 과급기에 보내지 않고, 상기 내연 기관의 상기 흡기관에 공급하는 제1 배기 재순환 장치를 포함하고,
상기 제1 배기 재순환 장치를 구동할 때, 상기 바이패스 제어 밸브를 닫는 것이 바람직하다.
상기 제1 배기 재순환 장치는, 상기 내연 기관의 부하율이, 미리 정한 상한치 이상이 되면 정지하는 것이 바람직하다.
상기 내연 기관의 상기 터빈에 접속되는 상기 배기 가스로의 도중에, 배기 가스의 유로(流路) 면적을 가변으로 제어하는 유량 조정 밸브가 상기 제어 밸브로서 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 태양은, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치이다. 해당 장치는, 유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되는 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 공급하는 제1 과급기,
상기 제1 과급기에 연결되며 상기 제1 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키는 유압 펌프,
상기 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하는 유로,
상기 작동 기기를 전자 제어하는 컨트롤러,
상기 제1 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 제어 밸브,
상기 제1 과급기와 별도로, 상기 내연 기관의 배기 가스로에 병렬 배치되고 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관에 과급된 급기를 공급하는 상기 제1 과급기 대비 사이즈가 작은 제2 과급기,
상기 제2 과급기에 병렬 배치되고, 상기 배기 가스의 일부를, 상기 제2 과급기에 보내지 않고, 상기 내연 기관의 상기 흡기관에 공급하는 제2 배기 재순환 장치,
상기 제2 과급기의 터빈에의 배기 가스의 공급을 차단하는 차단 밸브를, 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 내연 기관의 부하율이 제1값 이상일 때, 상기 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 작동 기기를 작동하기 위한 유압을 포함하는 상기 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 상기 제어 밸브의 개도를 제어하고,
상기 내연 기관의 부하율이, 상기 제1값 이상 제2값 이하인 경우, 상기 제2 배기 재순환 장치의 동작을 정지한 상태에서, 상기 차단 밸브를 닫는 것에 의해, 상기 제2 과급기에 의한 급기를 정지하게 제어한다.
또, 본 발명의 다른 일 태양은, 상기 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치가 탑재되고,
상기 내연 기관은, 선박의 추진용 엔진인 선박이다.
상기 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 이 장치를 탑재한 선박에 의하면, 과급기의 회전에 의해 회전하는 유압 펌프에 의해 만들어지는 유압의 생성량이, 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 생성하는 유압의 양을 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태의 과급기 잉여 동력 회수 장치의 주요 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태에서 사용하는 내연 기관이 저부하율일 때의 유압 흐름의 일례를 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태에서 사용하는 내연 기관이 중부하율일 때의 유압 흐름의 일례를 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에서 사용하는 내연 기관이 고부하율일 때의 유압 흐름의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태에서 사용하는 과급기 주변의 장치 구성의 바람직한 일 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 형태에서 사용하는 과급기 주변의 장치 구성의 바람직한 다른 일 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 발명에 관련된 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치 및 선박의 일 실시 형태를 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 및 배기 에너지 회수 처리)
회수 장치(100)는, 내연 기관(1), 과급기(제1 과급기)(5), 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.
과급기(5)는, 내연 기관(1)의 배기 가스에 의해 회전 구동되며 내연 기관(1)의 흡기관에 과급된 급기를 내연 기관(1)에 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 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 유압 펌프(10)가 연결된다. 내연 기관(1)의 크랭크축(2)의 일단에 변속기(3)가 연결되고, 변속기(9)에 가변 용량형 기관 구동 유압 펌프(11)가 연결되어 있다.
변속기(9)를 설치하지 않고 기관 구동 유압 펌프(11)를 내연 기관(1)의 크랭크축(2)에 직결할 수도 있다. 또, 상술한 유압 펌프(10) 및 기관 구동 유압 펌프(11)는, 도 1에 있어서는 각각 1대이지만, 어디까지나 일례이며, 복수 대로 해도 된다.
유압 펌프(10)와 기관 구동 유압 펌프(11)는, 유압 기구(20) 내에 장착된다.
유압 기구(20)는, 내연 기관(1)의 작동 기기를 포함하는 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, 26, 27), 제1 역지(逆止) 밸브 기구(30), 제2 역지 밸브 기구(35), 전자 개폐 밸브 기구(44), 스타트업용 유압 펌프(53), 전환 밸브(55)를 구비한다.
유압 기구(20)에 있어서, 기관 구동 유압 펌프(11)의 일방의 토출구(11a)는 유로(21)에 접속되고, 제1 역지 밸브 기구(30), 유로(23)를 개재하여, 내연 기관(1)의 작동 기기의 유압 제어 유닛(51)에 접속되고, 기관 구동 유압 펌프(11)는 유압을 공급한다. 유로(21, 22, 23)에 의해 제1 유로가 형성된다. 기관 구동 유압 펌프(11)의 타방의 토출구(11b)는, 유로(24)를 개재하여 유압 펌프(10)의 일방의 토출구(10b)에 접속된다.
유압 펌프(10)는, 과급기(5)에 연결되고 과급기(5)에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시킨다. 유압 펌프(10)의 타방의 토출구(10a)는 유로(26)에 접속되고, 제2 역지 밸브 기구(35), 유로(27), 유로(23)를 이 순서로 개재하여, 내연 기관(1)의 작동 기기의 유압 제어 유닛(51)에 접속된다. 유압 펌프(10)는, 유압 제어 유닛(51)에 유압을 공급한다. 또, 유로(27)로부터 분기하는 형태로 유로(22), 제1 역지 밸브 기구(30), 유로(21)를 이 순서로 개재하여, 기관 구동 유압 펌프(11)의 일방의 토출구(11a)에도 접속된다.
그리고, 유압 펌프(10)의 토출구(10a, 10b) 및 기관 구동 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 취입구가 되는 것인데, 편의상 모두 토출구라고 한다.
제1 역지 밸브 기구(30)는, 컨트롤러(50)의 제어에 의해 제1 역지 밸브 기구(30) 내의 도시되지 않은 전자 전환 밸브가 전환되고, 유로(22)로부터 유로(21), 즉 유로(22)로부터 기관 구동 유압 펌프(11)에의 유압의 역류를 허용시키는 역지 해제 기능을 가진다.
이 역지 해제 기능이 OFF인 경우에는, 제1 역지 밸브 기구(30)는, 기관 구동 유압 펌프(11)로부터 유로(21)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)에의 유압의 공급을 허용함과 함께, 유로(22)로부터 기관 구동 유압 펌프(11)로의 유압의 역류를 방지하는 통상적인 역지 기능이 작동한다.
한편, 이 역지 해제 기능이 ON인 경우에는, 상술한 바와 같이, 제1 역지 밸브 기구(30)는, 유로(22)로부터 기관 구동 유압 펌프(11)에의 유압의 역류를 허용한다. 또, 기관 구동 유압 펌프(11)와 제1 역지 밸브 기구(30) 사이에는 어큐뮬레이터가 배설될 수도 있다. 이 어큐뮬레이터는, 해양파(海洋波), 배기 밸브 구동, 연료 분사 등에 따라 발생하는 유압 변동을 흡수한다.
제2 역지 밸브 기구(35)는, 컨트롤러(50)의 제어에 의해, 유로(27)로부터 유로(26), 즉 유로(27)로부터 유압 펌프(10)에의 유압의 역류를 허용시키는 역지 해제 기능을 가진다.
이 역지 해제 기능이 OFF인 경우에는, 제2 역지 밸브 기구(35)는 유압 펌프(10)로부터 유로(26)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)과 제1 역지 밸브 기구(30)에의 유압의 공급을 허용함과 함께, 유로(27)로부터 유로(26), 즉 유로(27)로부터 유압 펌프(10)로의 유압의 역류를 방지하는 통상적인 역지 기능이 작동한다. 한편, 이 역지 해제 기능이 ON인 경우에는, 상술한 바와 같이, 제2 역지 밸브 기구(35)는, 유로(27)로부터 유로(26), 즉 유로(27)로부터 유압 펌프(10)에의 유압의 역류를 허용한다.
유로(26)와 유로(24) 사이에 전자 개폐 밸브 기구(44)가 배설되고, 전자 개폐 밸브 기구(44)가 개변(開弁)함으로써, 유로(26)의 유압을 유로(24)에 드레인(drain)시켜 유로(26)의 유압을 개방할 수 있다. 유로(26), 전자 개폐 밸브 기구(44), 유로(24)에 의해 드레인 기구가 구성된다.
스타트업용 유압 펌프(53)는, 전동기(52)에 접속되어 있다. 스타트업용 유압 펌프(53)는, 내연 기관(1)의 스타트업 시에 회전 구동되고, 유압을 유압 제어 유닛(51)에 공급한다.
전환 밸브(55)는, 유로(23)의 작동유를 작동유원에 되돌리기 위한 밸브이다. 그리고, 작동유원에서 유압 기구(20)에의 작동유의 공급은, 유로(24)로부터 행해진다.
컨트롤러(50)는, 작동 기기를 포함하는 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 하류측의 소기압 등을 검출하고, 후술하는 바와 같이, 이 검출한 소기압 및 흡입 온도 등과, 내연 기관(1)의 부하율에 따라, 유압 펌프(10), 기관 구동 유압 펌프(11), 제1 역지 밸브 기구(30), 제2 역지 밸브 기구(35), 전자 개폐 밸브 기구(44), 또한, 후술하는 과급기(5)의 터빈(7)에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 제어 밸브 등의 작동을 전기적으로 제어한다. 그리고, 컨트롤러(50)가 상술한 부하율, 소기압 및 흡입 온도 이외의 파라미터를 사용하여 유압 펌프(10), 기관 구동 유압 펌프(11), 제1 역지 밸브 기구(30), 제2 역지 밸브 기구(35), 전자 개폐 밸브 기구(44), 제어 밸브 등의 작동을 제어할 수도 있다.
유압 제어 유닛(51)은, 내연 기관(1)의 구동을 위한 배기 밸브, 연료 분사 밸브 등의, 유압으로 작동하는 작동 기기로 구성되고, 이들 작동 기기는, 컨트롤러(50)에 의해 전자 제어된다.
회수 장치(100)는, 일례로서 이하와 같이 동작한다.
내연 기관(1)의 스타트업 시, 컨트롤러(50)는, 제1 역지 밸브 기구(30)의 역지 해제 기능을 OFF로 함과 함께, 제2 역지 밸브 기구(35)의 역지 해제 기능을 OFF로 한다. 또, 전자 개폐 밸브 기구(44)를 폐변(閉弁)시키고 있다.
이 때문에, 제1 역지 밸브 기구(30)는 유로(22)로부터 유로(21)에의 유압의 역류를 방지하고, 제2 역지 밸브 기구(35)는 유로(27)로부터 유로(26)에의 유압의 역류를 방지한다. 그리고, 컨트롤러(50)는, 전동기(52)를 회전 구동시키고, 시동에 필요한 유압 제어 유닛(51)의 유압을 스타트업용 유압 펌프(53)에 의해 발생시켜, 유압 제어 유닛(51)에 공급한다.
다음에, 내연 기관(1)의 저부하시, 예를 들면 시동에서 부하율 35% 사이는, 컨트롤러(50)는, 제1 역지 밸브 기구(30)의 역지 해제 기능을 OFF로 함과 함께, 제2 역지 밸브 기구(35)의 역지 해제 기능을 ON으로 한다. 이 때문에, 유로(27)로부터 유로(26)에의 유압의 역류가 허용된다.
기관 구동 유압 펌프(11)가 발생시킨 유압은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유로(21), 제1 역지 밸브 기구(30), 유로(22), 유로(23)를 이 순서로 개재하여, 유압 제어 유닛(51)에 공급된다. 이 경우, 기관 구동 유압 펌프(11)가 발생시킨 유압의 일부는, 유로(21), 제1 역지 밸브 기구(30), 유로(22), 유로(27), 제2 역지 밸브 기구(35), 유로(26)를 이 순서로 개재하여, 유압 펌프(10)의 토출구(10a)에 공급되며, 유압 펌프(10)의 회전을 어시스트한다.
그리고, 유압 펌프(10)는 가변 용량형이고, 이 가변 기구에 의해 토출구(10a)로부터의 유압의 역류에 의해서도 과급기(5)를 정회전시킬 수 있다. 도 2는, 내연 기관(1)이 저부하율일 때의 유압 흐름의 일례를 설명하는 도면이다.
컨트롤러(50)는, 센서가 검출한 급기의 흡입 온도, 과급기(5)의 하류측 급기로의 소기압 등을 판독 입력한다. 또, 과급기(5)를 가세하기 위해 필요한 동력은, 컨트롤러(50) 내에 내연 기관(1)의 부하율마다 설정되어 있다. 컨트롤러(50)는, 이 소기압, 흡입 온도 등에 기초하여, 가변 용량형의 유압 펌프(10)의 용량을 적절히 변화시켜, 과급기(5)를 가세하는 동력을 제어한다.
다음에, 내연 기관(1)의 중부하시, 예를 들면 부하율 35~50% 사이는, 컨트롤러(50)는, 제1 역지 밸브 기구(30)의 역지 해제 기능을 OFF로 함과 함께, 전자 개폐 밸브 기구(44)를 개변시킨다.
전자 개폐 밸브 기구(44)가 개변하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유압 펌프(10)가 발생시킨 유압은, 유로(26)로부터 전자 개폐 밸브 기구(44)를 개재하여 유로(24)에 드레인되며 개방되고 유로(26)에 있어서의 압력은 낮아지므로, 유로(26)로부터 제2 역지 밸브 기구(35)를 개재하여 압력이 높은 유로(27)에 흐르는 경우는 없다. 이 경우, 과급기(5)에 의해 회전 구동되는 유압 펌프(10)는 소위 무부하 운전이 되지만, 시스템의 냉각을 위해 일정 압력의 유압이 토출된다. 도 3은, 내연 기관(1)이 중부하율일 때의 유압 흐름의 일례를 설명하는 도면이다.
한편, 기관 구동 유압 펌프(11)가 발생시킨 유압은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유로(21), 제1 역지 밸브 기구(30), 유로(22), 유로(23)를 개재하여 유압 제어 유닛(51)에 공급된다. 기관 구동 유압 펌프(11)가 발생시키는 유압은 비교적 높지만, 컨트롤러(50)가, 제2 역지 밸브 기구(35)의 역지 해제 기능을 OFF로 하고 있으므로, 제2 역지 밸브 기구(35)의 역지 기능에 의해, 유로(27)의 유압이 제2 역지 밸브 기구(35)를 개재하여 유로(26)로 흐르는 경우는 없다.
이와 같이, 내연 기관(1) 중부하시, 예를 들면 부하율 35~50% 사이는, 유압 펌프(10)는 무부하 운전이 됨과 함께, 유압 제어 유닛(51)이 필요로 하는 유압은, 기관 구동 유압 펌프(11)에서 생성되는 유압만이 사용된다.
다음에, 내연 기관(1)의 고부하시, 예를 들면 부하율 50% 이상인 경우에는, 컨트롤러(50)는, 제1 역지 밸브 기구(30)의 역지 해제 기능을 ON으로 함과 함께, 제2 역지 밸브 기구(35)의 역지 해제 기능을 OFF로 한다. 또, 컨트롤러(50)는, 전자 개폐 밸브 기구(44)를 폐변시킨다.
이 때문에, 제1 역지 밸브 기구(30)는, 유로(22)로부터 유로(21), 즉 유로(22)로부터 기관 구동 유압 펌프(11)에의 유압의 역류를 허용한다. 또, 제2 역지 밸브 기구(35)는, 유로(26)로부터 유로(27)에의 유압 흐름을 허용하고, 역지 기능에 의해, 유로(27)로부터 유로(26)에의 유압 흐름을 방지한다.
이 때문에, 유압 펌프(10)가 발생시킨 유압은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 유로(26), 제2 역지 밸브 기구(35), 유로(27), 유로(23)를 이 순서로 개재하여, 유압 제어 유닛(51)에 공급된다. 예를 들면 부하율 50% 이상인 경우에는, 유압 제어 유닛(51)이 필요로 하는 유압의 전부를 유압 펌프(10)로부터 공급할 수 있다.
또, 내연 기관(1)의 고부하시에는, 유압 펌프(10)는 유압 제어 유닛(51)에 필요한 유압의, 예를 들면 2배 정도의 유압을 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 유압 펌프(10)가 발생시킨 유압은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 유로(26), 제2 역지 밸브 기구(35), 유로(27), 유로(22), 제1 역지 밸브 기구(30), 유로(21)를 이 순서로 개재하여, 기관 구동 유압 펌프(11)의 토출구(11a)에도 공급되고, 기관 구동 유압 펌프(11)의 회전을 가세한다.
즉, 유압 펌프(10)가 발생시킨 유압에 의해, 기관 구동 유압 펌프(11)가 연결된 내연 기관(1)의 회전이 가세된다.
도 4는, 내연 기관(1)이 고부하율일 때의 유압 흐름의 일례를 설명하는 도면이다.
이와 같이 해서 회수 장치(100)는, 배기 에너지 회수 처리를 행하고, 회수한 에너지를 내연 기관(1)의 구동의 어시스트로 사용하므로, 내연 기관(1)의 연비를 향상시킬 수 있다.
또, 유압 펌프(10)는 반드시 가변 용량형일 필요는 없고, 고정 용량형이어도 된다. 고정 용량형으로 하면, 대폭적인 공간 절약화를 도모할 수 있다. 단, 유압 펌프(10)를 고정 용량형으로 한 경우에는, 토출구로부터의 유압의 역류에 의해 펌프를 정회전시킬 수 없기 때문에, 유압 기구(20)인 채로는 저부하시에 과급기(5)의 가세를 행할 수 없다. 내연 기관(1)의 저부하시, 중부하시, 고부하시에 있어서 회수 장치(100)와 같은 구동을 행하게 하기 위해서는, 유압의 역류 시에도 통상적인 유압 취입구로부터 펌프에의 유입이 가능하도록, 유압 기구(20)의 구성 등을 일부 변경할 필요가 있다.
이와 같은 회수 장치(100)에서는, 내연 기관(1)의 고부하시, 유압 펌프(10)에서 만들어지는 유압의 양은, 유압 제어 유닛(51) 및 기관 구동 유압 펌프(11)의 구동에 필요한 유압의 필요량 대비 많고, 잉여 에너지가 되기 쉽다. 이 때문에, 일 실시 형태에서는, 유압의 잉여 에너지를 생성하지 않기 위해, 내연 기관(1)의 부하율 상승에 따라 유압 펌프(10)에서 만들어지는 유압의 양이 유압 제어 유닛(51) 및 기관 구동 유압 펌프(11)의 구동에 필요한 유압의 필요량에 도달하면, 그 이후의 높은 부하율은, 과급기(5)의 회전을 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 과급기(5)의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 제어 밸브가 회수 장치(100)에 설치된다. 컨트롤러(50)는, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 이상일 때, 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이, 유압 제어 유닛(51)의 작동을 위해 필요한 유압을 포함하는 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 제어 밸브의 개도를 제어하도록 구성되어 있다. 이하, 제어 밸브의 개도 제어에 대해서, 제1 실시 형태와 제2 실시 형태를 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 5는, 과급기(5) 주변의 장치 구성의 바람직한 일 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
내연 기관(1)과 과급기(5) 사이에는, 내연 기관(1)로부터 배출되는 배기 가스를 받는 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 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 가스에 포함되는 NOx(질소산화물)를 이용하여, 내연 기관(1)의 연소 온도를 저하시키고, 이로 인해, 산소와 질소의 반응 속도를 저하시켜 NOx의 배출량을 삭감하기 위해서다. 이후, 이 처리를, 배기 가스 순환 처리라고 한다. 이 배기 가스 순환 처리는, 특히, 회수 장치(100)를 탑재한 선박에 있어서, 소정의 외국 주위의 연안 영역에서 NOx의 배출을 삭감하는 것을 정한, 해양 오염 방지 조약(마폴 조약)의 2005년에 발효된 부속서 VI 중 제3차 규제(IMO TierIII)에 적응시키기 위해 행해진다. 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.
그리고, 도 5에는 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 상기 제어 밸브로서 설치되어 있다. 이 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를, 컨트롤러(50)가 전기적으로 제어한다. 컨트롤러(50)는, 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.
일 실시 형태에 의하면, 배기 바이패스 밸브(70)는, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 미만, 예를 들면 50% 미만인 경우 배기 바이패스 밸브(70)를 닫도록, 컨트롤러(50)가 제어한다.
또, 다른 일 실시 형태에 의하면, 배기 가스 순환 제어 밸브(80)를 열고 배기 재순환 장치의 기능을 발휘시킬(배기 재순환 장치를 구동할) 때 배기 바이패스 밸브(70)가 닫히도록, 컨트롤러(50)가 제어한다. 또한 다른 일 실시 형태에 의하면, 배기 바이패스 밸브(70)를 열 때 배기 가스 순환 제어 밸브(80)를 닫고 배기 재순환 장치의 기능을 정지시키도록, 컨트롤러(50)가 제어한다.
상술한 바와 같이 NOx의 배출 제한이 엄격한 연안 영역에서는 회수 장치(100)를 탑재한 선박은, 연안 영역을 저속으로 이동하므로, 내연 기관(1)의 부하는 낮다. 이 때문에, 내연 기관(1)의 저부하시는, NOx의 배출을 삭감하기 위해 배기 재순환 장치를 구동시킨다. 이 경우, NOx의 배출을 억제하기 위해, 배기 바이패스 밸브(70)를 닫고 NOx를 포함하는 배기 가스를 배기 재순환 장치에 배분한다.
한편, NOx의 배출 제한이 비교적 완만한 영역은 외양인 경우가 많고, 이 영역에서는, 배기 재순환 장치를 정지해도 된다. 이때, 회수 장치(100)를 탑재한 선박은 고속으로 이동하므로, 내연 기관(1)의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량만큼 유압 펌프(10)로부터 유압을 생성한다. 이 경우, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를 제어하지 않는 경우, 유압 펌프(10)로부터 생성되는 유압의 양은, 내연 기관(1)의 구동을 위한 유압의 필요량을 초과하고, 또한, 내연 기관(1)의 부하의 증가에 따라 증대한다. 이 때문에, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를 제어하고, 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량만큼 유압 펌프(10)로부터 유압을 생성시킨다.
따라서, 일 실시 형태에 의하면, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 미만인 경우, 유압 펌프(10)가 생성하는 유압의 생성량은, 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량에 도달하지 않으므로, 컨트롤러(50)는, 배기 바이패스 밸브(70)를 닫는 것이 바람직하다.
또, 일 실시 형태에 의하면, 배기 가스 순환 제어 밸브(80)를 열어 배기 재순환 장치의 기능을 발휘시킬 때, 배기 바이패스 밸브(70)를 닫는 것이, NOx의 배출을 억제하는 점에서 바람직하다.
또, 일 실시 형태에 의하면, 내연 기관(1)의 부하율이, 미리 정한 상한치 이상이 되면, 예를 들면 50% 이상이 되면, 컨트롤러(50)는, 배기 가스 순환 제어 밸브(80)를 닫고, 배기 재순환 장치의 기능을 정지하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 배기 바이패스 밸브(70) 개도의 제어에 의해, 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량만큼을 유압 펌프(10)는 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 상한치는, 배기 바이패스 밸브(70)의 개폐를 제어하는 임계치가 되는 내연 기관(1)의 부하율의 상기 제1값과 동일한 것이 바람직하다.
이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 컨트롤러(50)가, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 이상, 예를 들면 50% 이상일 때, 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량이 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 과급기(5)의 터빈(7)에 보내는 배기 가스 유량을 제어하는 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를 내연 기관(1)의 부하율에 따라 제어한다.
이와 같은 배기 바이패스 밸브(70)의 제어는, 구체적으로는, 이하와 같이 행하는 것이 바람직하다.
내연 기관(1)의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량은, 내연 기관(1)의 부하율에 따라 정해지므로, 컨트롤러(50)는, 유압 펌프(10)가 유압을 생성하기 위한 과급기(5)에 있어서의 유압의 필요량에 대응하는 목표 소기압과, 내연 기관(1)의 부하율과의 대응 관계 정보를 보지해 둔다. 컨트롤러(50)는, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 이상, 예를 들면 50% 이상일 때, 과급기(5)에 있어서의 배기 가스의 소기압이 목표 소기압에 일치하도록, 바이패스 제어 밸브(70)의 개도를 제어한다. 과급기(5)에서 만들어지는 소기압은, 예를 들면, 흡기 매니폴드(62)에 설치된 도시되지 않은 급기의 압력을 계측하는 센서(압력계)로부터 취득할 수 있다. 소기압은, 과급기(5)의 터빈(7) 및 압축기(8)의 회전 속도에 의해 정해지고, 터빈(7)의 회전 속도는, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도에 의해 정해지므로, 소기압은, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도에 의해 정해진다. 한편, 과급기(5)에 의해 회전 구동하는 유압 펌프(10)로부터 유압은 생성된다. 이 때문에, 컨트롤러(50)는, 계측한 소기압이, 내연 기관(1)의 부하율에 따라 정해지는, 내연 기관(1)의 구동에 필요한 유압의 필요량에 대응한 목표 소기압이 되도록, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도를 제어하는 것이 바람직하다.
일 실시 형태에 의하면, 내연 기관(1)의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량은, 내연 기관(1)의 부하율에 따라 정해지므로, 컨트롤러(50)는, 이 유압의 필요량과, 내연 기관(1)의 부하율과의 대응 관계 정보를 보지해 둔다. 이 경우, 컨트롤러(50)는, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 이상, 예를 들면 50% 이상일 때, 유압 펌프(10)로 생성되는 유압의 양이, 유압의 필요량에 일치하도록, 바이패스 제어 밸브(70)의 개도를 내연 기관(1)의 부하율에 따라 제어하는 것이 바람직하다.
배기 바이패스 밸브(70)의 개도를 제어함으로써, 유압 펌프(10)에 의해 생성되는 유압 생성량을, 내연 기관(1)의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응시키되, 개도를 제어 대상으로 하는 제어 밸브는, 배기 바이패스 밸브(70)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 일 실시 형태로서, 내연 기관(1)의 터빈(7)에 접속되는 배기 가스로(64) 도중에, 배기 가스의 유로 면적을 가변으로 제어하는 유량 조정 밸브를 상기 제어 밸브로 하는 것도 바람직하다. 유량 조정 밸브의 개도를 감소함으로써, 터빈(7)을 회전시키는 배기 가스의 압력은 높아져, 터빈(7)의 회전 속도를 상승시킬 수 있고, 유압 펌프(10)에 의한 유압 생성량을 증대시킬 수 있다. 유량 조정 밸브의 개도를 증대함으로써, 터빈(7)을 회전시키는 배기 가스의 압력은 낮아져, 터빈(7)의 회전 속도를 저하시킬 수 있고, 유압 펌프(10)에 의한 유압 생성량을 감소시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 6은, 과급기(5) 주변의 장치 구성의 바람직한 다른 일 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내는 형태에서는, 1개의 내연 기관(1)에 과급기(5)(제1 과급기)와 과급기(150)(제2 과급기)가 설치되어 있다. 과급기(150)는, 과급기(5)에 비해 사이즈가 작다. 사이즈가 작다는 것은, 과급기의 과급 능력이 낮은 것을 말한다. 이 구성은, 선박에 적용되는 내연 기관의 일례의 구성이다.
도 6에 나타내는 과급기(5)는, 도 5에 나타내는 과급기(5)와 동일한 구성이며, 도 6에 나타내는 배기 리시버(60), 흡기 매니폴드(62), 배기 가스로(64), 외부 배기 가스로(66), 바이패스 배기 가스로(68), 배기 바이패스 밸브(70), 외기 도입로(72), 급기로(74), 냉각기(76)는, 도 5에 나타내는 배기 리시버(60), 흡기 매니폴드(62), 배기 가스로(64), 외부 배기 가스로(66), 바이패스 배기 가스로(68), 배기 바이패스 밸브(70), 외기 도입로(72), 급기로(74), 냉각기(76)와 동일한 구성이므로, 그 설명은 생략한다. 여기서, 도 6에 나타내는 과급기(5) 주변의 구성에 있어서, 도 5에 나타내는 과급기(5) 주변의 구성과 상이한 부분은, 배기 리시버(60)로부터 연장되는 배기 가스 순환로(178)가 후술하는 과급기(150)에 설치되는 냉각기(176)에 접속되어 있는 것이다. 즉, 배기 리시버(60) 내의 배기 가스의 일부는, 과급기(150)로부터 과급된 급기와 합류되어 내연 기관(1)에 공급되는 것이다.
과급기(150)에는, 압축기(160)와 터빈(170)을 구비하고, 압축기(160)와 터빈(170)은, 회전축(181)으로 연결된다. 내연 기관(1)의 배기 가스에 의해 터빈(170)이 회전 구동되고, 터빈(170)에 의해 압축기(160)가 회전한다. 이로 인해 내연 기관(1)의 급기 밀도가 높아져, 엔진의 출력이 향상한다.
배기 리시버(60)에는, 배기 리시버(60)으로부터 과급기(150)의 터빈(170)에 접속하는 배기 가스로(164)가 설치되고, 터빈(170)에는, 터빈(170)으로부터 외기로 배기 가스를 배출하는 외부 배기 가스로(166)가 설치되어 있다.
압축기(160)에는, 외기로부터 공기를 도입하는 외기 도입로(172)가 설치되고, 또한, 압축기(160)에는, 압축된 공기를 냉각기(176)로 안내하는 급기로(174)가 설치되어 있다. 냉각기(176)에는, 배기 리시버(60)로부터 연장되는 배기 가스 순환로(178)가 설치되고, 배기 가스 순환로(178)는, 냉각기(176)에 접속된다. 냉각기(176)에서 냉각된 기체는, 급기 조정 기구(182)를 통해 급기로서 흡기 매니폴드(62)에 공급되고, 또한, 내연 기관(1)에 공급된다. 급기 조정 기구(182)는, 과급기(150)로부터 과급된 급기를, 과급기(5)로부터 과급된 급기와 혼합하기 위해 조정하는 부분이며, 압력 조정을 위한 블로어를 설치한 조정로, 블로어를 우회한 바이패스로, 및 조정로 및 바이패로의 유량을 제어하는 제어 밸브 등을 구비한다.
배기 가스 순환로(178)에는, 배기 가스 순환 차단 밸브(180)가 설치되고, 배기 가스로(164) 및 급기로(174)에는, 과급 차단 밸브(169, 175)가 설치되어 있다. 배기 가스 순환 차단 밸브(180) 및 과급 차단 밸브(169, 175)는, 컨트롤러(50)와 전기적으로 접속되고, 컨트롤러(50)에 의해, 밸브의 개폐(차단, 개방)가 제어된다. 과급 차단 밸브(169)는, 터빈(170)에의 배기 가스의 공급을 차단하는 밸브이며, 과급 차단 밸브(175)는, 압축기(160)로부터 취입한 급기의 흡기 매니폴드(62)에의 공급을 차단하는 밸브이다.
배기 가스 순환로(178) 및 배기 가스 순환 차단 밸브(180)는, 과급기(150)에 병렬 배치되고, 배기 가스의 일부를, 과급기(150)에 보내지 않고, 내연 기관(1)의 흡기관(흡기 매니폴드(62))에 공급하는 배기 재순환 장치로서 기능한다. 배기 가스 순환로(178)에는, 집진기나 압축기 등이 설치될 수도 있다.
과급기(150)에는, 과급기(5)와 같이 유압을 생성하는 유압 펌프(10)는 설치되어 있지 않다.
유압 펌프(10)를 사용한 배기 에너지 회수 처리를 행하지 않는 경우에, 과급기(5)만으로는 내연 기관(1)의 부하율 100%를 달성할 수 없기 때문에, 과급기(150)가 보조적으로 사용된다.
사이즈가 상이한 과급기(5, 150)에 있어서, 내연 기관(1)의 부하율이 제1값 이상이고, 제2값 이하, 예를 들면 50% 이상이고 65% 이하인 경우, 컨트롤러(50)는, 배기 가스 순환로(178) 및 배기 가스 순환 차단 밸브(180)에 의해 구성되는 배기 재순환 장치의 동작을 정지한 상태에서, 과급 차단 밸브 (169, 175)의 열림 상태에서 닫는(차단하는) 것에 의해, 과급기(150)의 급기를 정지하도록 제어한다. 이 상태에서는, 내연 기관(1)의 부하율은 제1값 이상이 되어 있으므로, 배기 가스 순환 처리를 정지하기 위해 배기 가스 순환 차단 밸브(180)는 닫혀져 있고, 바이패스 배기 가스 밸브(70)는, 배기 에너지 회수 처리를 행하기 위해 열리고, 제1 실시 형태와 같이, 배기 바이패스 밸브(70)의 개도가 컨트롤러(50)로 제어되고 있다.
이와 같이, 배기 에너지 회수 처리를 행하는 유압 펌프(10)가 접속되어 있는 과급기(5)에 배기 가스를 집중시키므로, 배기 에너지 회수 처리의 효과에 따라, 내연 기관(1)의 연비를 향상시킬 수 있다.
제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 회수 장치는, 예를 들면, 선박에 탑재되고, 내연 기관(1)은 이 선박의 추진용 엔진인 것이 바람직하다. 이 선박은, 배기 에너지 회수 처리를 행하므로, 내연 기관(1)의 연비를 향상시키는 것 외, 생성하는 유압의 양을 제어할 수 있으므로, 낭비되는 에너지를 생성하지 않는다.
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
2 크랭크축
3 변속기
4 배기 가스로
5, 150 과급기
6, 160 압축기
7, 170 터빈
8, 181 회전축
9 변속기
10 유압 펌프
10a, 10b, 11a, 11b 토출구
11 기관 구동 유압 펌프
20 유압 기구
21, 22, 23, 24, 26, 27 유로
30 제1 역지 밸브 기구
44 전자 개폐 밸브 기구
35 제2 역지 밸브 기구
50 컨트롤러
51 유압 제어 유닛
52 전동기
53 스타트업용 유압 펌프
60 배기 리시버
62 흡기 매니폴드
64, 164 배기 가스로
66, 166 외부 배기 가스로
68 바이패스 배기 가스로
70 배기 바이패스 밸브
72, 172 외기 도입로
74, 174 급기로
76,176 냉각기
78 배기 가스 순환로
80 배기 가스 순환 제어 밸브
100 과급기 잉여 동력 회수 장치
169, 175 과급 차단 밸브
178 배기 가스 순환로
180 배기 가스 순환 차단 밸브
182 급기 조정 기구

Claims (9)

  1. 유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되도록 구성된 내연 기관,
    상기 내연 기관의 배기 가스로에 배설(配設)되고 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관의 흡기관에 과급된 급기를 공급하도록 구성된 제1 과급기,
    상기 제1 과급기에 연결되며 상기 제1 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키도록 구성된 유압 펌프,
    상기 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하도록 구성된 유로(油路),
    상기 작동 기기를 전자 제어하도록 구성된 컨트롤러,
    상기 제1 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하도록 구성된 제어 밸브를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 제1값 이상일 때, 상기 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이, 상기 작동 기기를 작동하기 위한 유압을 포함하는 상기 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 상기 내연 기관의 부하율에 따라 상기 제어 밸브의 개도(開度)를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 과급기에서의 상기 배기 가스의 상기 유압의 필요량에 대응하는 목표 소기압(掃氣壓), 상기 내연 기관의 부하율과의 대응 관계 정보, 혹은 상기 유압의 필요량, 상기 내연 기관의 부하율과의 대응 관계 정보를 보지(保持)하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 상기 제1값 이상일 때, 상기 제1 과급기에서의 소기압이 상기 목표 소기압에 일치하도록, 혹은 상기 유압 펌프의 유압 생성량이 상기 유압의 필요량에 일치하도록, 상기 내연 기관의 부하율에 따라 상기 제어 밸브의 개도를 제어하도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내연 기관의 상기 제1 과급기와 병렬 배치되고, 상기 배기 가스의 일부를 상기 제1 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, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 내연 기관의 부하율이 상기 제1값 미만인 경우, 상기 배기 바이패스 밸브를 닫도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 배기 가스의 일부를, 상기 제1 과급기에 보내지 않고, 상기 내연 기관의 상기 흡기관에 공급하도록 구성된 제1 배기 재순환 장치를 포함하고,
    상기 제1 배기 재순환 장치를 구동할 때, 상기 바이패스 제어 밸브는 닫도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 배기 재순환 장치는, 상기 내연 기관의 부하율이, 미리 정한 상한치 이상이 되면 정지하도록 구성되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내연 기관의 상기 터빈에 접속되는 상기 배기 가스로의 도중에, 배기 가스의 유로(流路) 면적을 가변으로 제어하도록 구성된 유량 조정 밸브가 상기 제어 밸브로서 설치되어 있는, 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  8. 유압으로 작동하는 작동 기기를 전자 제어함으로써 구동되도록 구성된 내연 기관,
    상기 내연 기관의 배기 가스로에 배설(配設)되고 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관의 흡기관에 과급된 급기를 공급하도록 구성된 제1 과급기,
    상기 제1 과급기에 연결되며 상기 제1 과급기에 의해 회전 구동되어 유압을 발생시키도록 구성된 유압 펌프,
    상기 유압 펌프로부터 상기 작동 기기에 유압을 공급하도록 구성된 유로,
    상기 작동 기기를 전자 제어하도록 구성된 컨트롤러,
    상기 제1 과급기의 터빈에 보내는 배기 가스 유량을 제어하도록 구성된 제어 밸브,
    상기 제1 과급기와 별도로, 상기 내연 기관의 배기 가스로에 병렬 배치되고 상기 내연 기관의 배기 가스에 의해 회전 구동되어 상기 내연 기관에 과급된 급기를 공급하도록 구성된, 상기 제1 과급기 대비 사이즈가 작은 제2 과급기,
    상기 제2 과급기에 병렬 배치되고, 상기 배기 가스의 일부를, 상기 제2 과급기에 보내지 않고, 상기 내연 기관의 상기 흡기관에 공급하도록 구성된 제2 배기 재순환 장치,
    상기 제2 과급기의 터빈에의 배기 가스의 공급을 차단하도록 구성된 차단 밸브를 포함하고
    상기 컨트롤러는,
    상기 내연 기관의 부하율이 제1값 이상일 때, 상기 유압 펌프에 의해 생성되는 유압 생성량이 상기 작동 기기를 작동하기 위한 유압을 포함하는 상기 내연 기관의 구동을 위해 필요한 유압의 필요량에 대응하도록, 상기 제어 밸브의 개도를 제어하고,
    상기 내연 기관의 부하율이, 상기 제1값 이상 제2값 이하인 경우, 상기 제2 배기 재순환 장치의 동작을 정지한 상태에서, 상기 차단 밸브를 닫는 것에 의해, 상기 제2 과급기에 의한 급기를 정지하게 제어하도록 구성되어 있는, 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기 잉여 동력 회수 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 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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