WO2019239987A1 - 舶用内燃機関 - Google Patents

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WO2019239987A1
WO2019239987A1 PCT/JP2019/022402 JP2019022402W WO2019239987A1 WO 2019239987 A1 WO2019239987 A1 WO 2019239987A1 JP 2019022402 W JP2019022402 W JP 2019022402W WO 2019239987 A1 WO2019239987 A1 WO 2019239987A1
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air
flow path
exhaust
internal combustion
combustion engine
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PCT/JP2019/022402
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純 樋口
潤 柳
Original Assignee
株式会社ジャパンエンジンコーポレーション
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    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a marine internal combustion engine.
  • Patent Document 1 in a marine internal combustion engine, it is widely known to use an exhaust turbine supercharger.
  • the internal combustion engine described in Patent Document 1 includes an exhaust turbine having a main engine (diesel engine) and a turbine that receives exhaust from the main engine, and a compressor (impeller) that sends compressed air to the main engine. It is set as the structure provided with the supercharger.
  • the internal combustion engine described in Patent Document 1 includes an air source for supplementarily supplying pressurized air to the compressor so that the pressurized air is used to boost the supercharging by the exhaust turbine supercharger. It is configured.
  • the technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide air for boosting in a marine internal combustion engine configured to boost to supercharging by an exhaust turbine supercharger.
  • the source is to lay out properly.
  • the technology disclosed herein relates to a marine internal combustion engine.
  • the marine internal combustion engine includes a main engine configured to start upon supply of air, an intake passage that guides air to the main engine, and an exhaust turbine configured to supercharge the air flowing through the intake passage. Supplying air to a supercharger, an air source that is pressurized and filled with air for starting the main engine, an air flow path from the air source to the main engine, and the exhaust turbine supercharger And a boosting device configured to boost the supercharging by the exhaust turbine supercharger, wherein the boosting device branches from a midway part in the air flow path and the exhaust turbine supercharger It has a flow passage for energization leading to.
  • the boosting device boosts the supercharging by the supercharger by supplying air to the exhaust turbine supercharger.
  • the turbocharger can be operated with good response during the acceleration of the ship, and consequently the rotational speed of the main engine can be made to follow.
  • the said energizing device makes an air source for supplying air to an exhaust turbine supercharger also serve as an air source for starting a main engine.
  • the air for energizing (henceforth "the air for energizing") can be ensured, without providing a dedicated air source.
  • the air filled in the air source is no longer used for starting the main engine. Therefore, when the energizing flow path is branched from the starting air flow path, a sharp decrease in air pressure does not become a problem as compared with the case where the control air system is branched.
  • the marine internal combustion engine includes a control flow path that is branched from the air flow path separately from the energization flow path, and the energization flow path is the control flow path in the air flow path. It is good also as branching from the site
  • the energizing flow path may be provided with an open / close valve that opens and closes the energizing flow path, and the open / close valve is controlled by air supplied from the control flow path.
  • an exhaust passage for guiding the exhaust discharged from the main engine is provided, and the exhaust turbine supercharger includes a compressor provided in the intake passage and a turbine provided in the exhaust passage,
  • the energizing flow path may supply air to the compressor so as to energize the rotational drive of the compressor.
  • the marine internal combustion engine may include an EGR passage formed by connecting a portion of the intake passage downstream of the compressor and a portion of the exhaust passage upstream of the turbine.
  • the configuration for boosting the supercharging by the exhaust turbine supercharger is particularly effective in an internal combustion engine equipped with such a high-pressure EGR system.
  • the marine internal combustion engine includes an exhaust gas purification device that is provided in a portion of the exhaust passage on the downstream side of the turbine and is activated at a predetermined temperature or more, and the exhaust passage bypasses the turbine and exhausts the exhaust gas.
  • a bypass passage leading to the purification device may be provided.
  • the exhaust gas is circulated through the bypass passage as described above to bypass the turbine.
  • exhaust gas having a relatively high temperature is led to an exhaust purification device (so-called extracted gas).
  • extracted gas exhaust purification device
  • the flow rate of the exhaust gas reaching the turbine is reduced by the amount of bypassing the turbine via the bypass passage. This is inconvenient for ensuring the responsiveness of the exhaust turbine supercharger.
  • the configuration of supporting the supercharging by the exhaust turbine supercharger is particularly effective in an internal combustion engine equipped with such an exhaust purification device.
  • FIG. 1 is a system diagram illustrating a schematic configuration of a marine internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the increase in the rotational speed due to the bias.
  • FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1 illustrating a comparative example of the marine internal combustion engine.
  • FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 showing a modification of the marine internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a system diagram illustrating a schematic configuration of a marine internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine 1”).
  • the engine 1 is an in-line multi-cylinder marine diesel engine having a plurality of cylinders 11.
  • the engine 1 is configured as a uniflow scavenging two-cycle engine, and is mounted on a large ship such as a tanker, a container ship, or an automobile carrier ship.
  • the crankshaft which is the output shaft of the engine 1
  • the crankshaft is connected to the propeller via a flywheel (flywheel), an intermediate shaft, a propeller shaft, and the like, and the output of the engine 1 when the engine 1 is operated. It is transmitted to the propeller and propelled by the ship.
  • Engine 1 is also configured as a supercharged engine. That is, as shown in FIG. 1, the engine 1 includes exhaust gas flowing through an exhaust passage 30 in addition to a main engine 10 having a plurality of cylinders 11 and an intake passage 20 and an exhaust passage 30 connected to the main engine 10. It is set as the structure provided with the exhaust turbine supercharger 40 which operate
  • the main engine 10 has a plurality of cylinders 11 (six cylinders 11 are illustrated in FIG. 1).
  • a piston (not shown) is inserted into each cylinder 11 so as to be able to reciprocate.
  • a combustion chamber 12 is defined for each cylinder 11 by an inner wall of each cylinder 11, a ceiling surface of a cylinder head (not shown), and a top surface of the piston.
  • the main engine 10 is configured to start by receiving air pressure.
  • a pneumatic starter 50 is connected to the main engine 10 of the engine 1.
  • the starter 50 includes a start valve 51 for supplying compressed air to each cylinder 11, and each start valve.
  • An air control valve 53 that controls the opening and closing of 51 and a frame arrester 52 that prevents backfire to a compressed air pipe (specifically, a pipe that divides the main flow path 63a) are provided.
  • the start valve 51 is provided for each cylinder 11 and is provided in the middle of the flow path from the air source 61 described later to each cylinder 11 (specifically, the downstream end of the main flow path 63a). Yes.
  • the start valve 51 accommodates a start piston having air supplied to the top surface on the upper end side and a valve rod connected to the lower end side.
  • the start valve 51 can be opened by applying air pressure to the top surface of the start piston and pushing down the valve rod connected to the start piston.
  • the start valve 51 can be closed by lowering the air pressure reaching the top surface of the start piston and pushing up the valve stem.
  • start air the start compressed air supplied from the air source 61 (hereinafter referred to as “start air”) can be supplied to each cylinder 11.
  • start air the start compressed air supplied from the air source 61
  • the air pressure acting on the top surface of the start piston is controlled by control air supplied through a pipe line independent of the start air. That is, when the control air is supplied to the inside of the start valve 51 (specifically, the top surface of the start piston), the aforementioned valve rod is lowered and the start valve 51 is opened, while the start valve 51 When the control air is discharged from the inside, the valve rod is raised and the start valve 51 is closed.
  • the supply of the control air is controlled by the air control valve 53.
  • the air control valve 53 is configured to control the opening and closing of each start valve 51 by distributing control air to each start valve 51.
  • the air control valve 53 according to the present embodiment is configured as a mechanical control valve including a helical drive gear, a rotating plate, a gear bearing, and the like, and compressed air is supplied to the air control valve 53. Then, by operating the rotating plate or the like, the compressed air is distributed to each start valve 51 at a timing according to the ignition order of each combustion chamber 12. The compressed air thus distributed can be used as the above-mentioned control air to control the vertical movement of the valve stem in each start valve 51 and thus the opening and closing of each start valve 51.
  • the flame arrester 52 is a check valve that functions as a so-called backfire prevention device, and is provided immediately upstream of each start valve 51 as shown in FIG. By providing the flame arrester 52, when the fuel oil in the cylinder 11 is ignited and the pressure in the cylinder rises, it is possible to prevent the combustion from flowing back to the compressed air conduit.
  • the air supplied from the air source 61 is also used for purposes other than starting the main engine 10.
  • the air source 61 constitutes a pneumatic circuit 60 described later.
  • a scavenging trunk 18 for supplying scavenging gas to the combustion chamber 12 and an exhaust manifold 19 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 12 are connected to the main engine 10.
  • the main engine 10 is connected to the intake passage 20 via the scavenging trunk 18 and is connected to the exhaust passage 30 via the exhaust manifold 19.
  • a compressor 41 that supercharges air flowing through the intake passage 20 and an air cooler 21 configured to cool the air supercharged by the compressor 41 are provided in order from the upstream side. Yes.
  • the air that has passed through the air cooler 21 reaches the combustion chamber 12 through the scavenging trunk 18 described above.
  • the exhaust passage 30 is provided with a turbine 42 driven and connected to the compressor 41 and a urea SCR system 90 for purifying exhaust gas in order from the upstream side.
  • the exhaust gas discharged from the combustion chamber 12 flows into the exhaust passage 30 via the exhaust manifold 19 described above, and sequentially passes through the turbine 42 and the urea SCR system 90.
  • the exhaust turbine supercharger 40 has a compressor 41 provided in the intake passage 20 and a turbine 42 provided in the exhaust passage 30.
  • the compressor 41 and the turbine 42 are connected and rotate in synchronization with each other. When the compressor 41 is rotationally driven by the exhaust gas passing through the turbine 42, the air passing through the compressor 41 can be supercharged.
  • the engine 1 includes an EGR (Exhaust Gas) Recirculation) system 80 for circulating the exhaust gas.
  • the EGR system 80 is configured as a so-called high pressure EGR system, and connects a portion of the intake passage 20 downstream of the compressor 41 and a portion of the exhaust passage 30 upstream of the turbine 42.
  • the EGR passage 81 is configured as described above.
  • a first EGR valve 82 that opens and closes the EGR passage 81 in order from the upstream side in the flow direction of the circulated exhaust gas (hereinafter also referred to as “EGR gas”), and soot, SOx, etc. from the EGR gas.
  • An EGR scrubber 83 for removing, an EGR cooler 84 for cooling EGR gas, an EGR blower 85 for increasing the pressure of EGR gas, and a second EGR valve 86 for opening and closing the EGR passage 81 are provided. .
  • the engine 1 includes the urea SCR system 90 described above to purify the exhaust gas.
  • the urea SCR system 90 is configured as a so-called low pressure SCR system, and is provided in the exhaust passage 30 and the SCR unit 91 provided in the downstream portion of the turbine 42 in the exhaust passage 30.
  • a bypass passage 92 that bypasses the turbine 42 and reaches the SCR unit 91 and a bypass valve 93 that is provided in the bypass passage 92 and opens and closes the bypass passage 92 are provided.
  • the SCR unit 91 is an example of an “exhaust gas purification device”.
  • the SCR unit 91 includes a urea injector that injects urea into the exhaust passage 30, an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst that purifies exhaust gas using urea injected from the urea injector, and an SCR. And a slip catalyst for oxidizing and purifying unreacted ammonia discharged from the catalyst.
  • the SCR catalyst is configured to be activated at a predetermined temperature or higher, and when activated, urea is hydrolyzed to generate ammonia, and this ammonia is reacted (reduced) with NOx in the exhaust. Can be purified.
  • the bypass valve 93 is opened to bypass the turbine 42 to the exhaust gas.
  • higher-temperature exhaust gas can be guided to the SCR unit 91 by the amount saved in the energy required for the operation of the turbine 42.
  • the SCR catalyst can be warmed up at an early stage by so-called high-temperature exhaust (so-called extraction gas).
  • extraction gas is appropriately executed. It has become.
  • the pneumatic circuit 60 includes, as main components, an air source 61 in which compressed air for starting the main engine 10 is stored, a compressor 62 for replenishing the air source 61 with air, and an air source 61.
  • An air flow path 63 that guides air to the main engine 10 (specifically, the starting device 50) is provided.
  • the air source 61 is configured as a so-called starting air reservoir, and is filled with air for starting the main engine 10 under pressure. Two or more air sources 61 are provided according to the size of the main engine 10 (two in the example shown in FIG. 1). The air sources 61 communicate with each other as shown in FIG. These air sources 61 are configured to supply compressed air to the starter 50 via the air flow path 63 when the main engine 10 is started.
  • the air flow path 63 includes a main flow path 63a formed by connecting the air source 61 and the starter 50, and first and second sub flow paths 63b and 63c branched from midway in the main flow path 63a. Yes. Further, a biasing flow path 71 is connected to a portion of the main flow path 63a in the middle from the branch portion to the first and second sub flow paths 63b and 63c to the starting device 50.
  • the main flow path 63a is a flow path through which the starting air supplied to the starter 50 flows.
  • the main flow path 63 a branches near the starter 50 into a flow path for supplying start air to each cylinder 11 and a flow path for supplying control air to each start valve 51.
  • the former flow path further branches according to the number of cylinders and reaches each cylinder 11 via the frame arrester 52 and the start valve 51.
  • the latter flow path branches at the air control valve 53 and reaches the start valve 51 of each cylinder 11.
  • the first sub flow path 63b is a flow path through which air for controlling each actuator constituting the main engine 10 such as an exhaust valve of the main engine 10 (hereinafter also referred to as “control air”) flows.
  • the second sub flow path 63c is a flow path through which air (hereinafter also referred to as “working air”) supplied to a tool used in the ship flows.
  • the first sub flow path 63b is an example of a “control flow path”.
  • the pressure of the starting air in the main flow path 63a is relatively high (about 25 to 30 bar), while the control air and working air are lower in pressure (about 7 to 9 bar). Is required. Therefore, a plurality of pressure reducing valves 64 are provided in the first and second sub flow paths 63b and 63c.
  • an air dryer 65 is provided on the downstream side of the pressure reducing valve 64 in the first sub flow path 63b.
  • the pneumatic circuit 60 further includes an urging device 70 configured to urge the supercharging by the exhaust turbine supercharger 40.
  • the urging device 70 can supply urging air (hereinafter also referred to as “energizing air”) to the compressor 41 of the exhaust turbine supercharger 40 through the urging flow passage 71.
  • the energizing flow path 71 is configured to branch from the middle of the air flow path 63 to reach the exhaust turbine supercharger 40.
  • the energizing flow path 71 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, is downstream of the branching portion of the air flow path 63 into the first and second sub flow paths 63b and 63c, and the starting device. Branches from a portion on the upstream side of the connecting portion with 50. Further, the downstream end portion of the urging flow passage 71 is connected to the compressor 41 of the exhaust turbine supercharger 40.
  • the urging device 70 includes the urging channel 71 and various members provided in the urging channel 71.
  • the energizing flow path 71 includes, in order from the upstream side in the flow direction of the energizing air, for example, an opening / closing valve 72 for shutting off the energizing flow path 71 when the energizing device 70 is not operated, and starting air.
  • a regulator 73 for reducing the pressure, an on-off valve 74 for opening and closing the energizing flow path 71, and an air filter 75 for filtering the energizing air are provided.
  • the on-off valve 74 is configured as a pneumatic ball valve, and is configured to be controlled by control air supplied through the first sub-channel 63b. Therefore, the first sub flow path 63 b is further branched, and the control air is supplied to the on-off valve 74 via the branch flow path 76.
  • the branch flow path 76 is configured as a flow path from the downstream portion of the air dryer 65 in the first sub flow path 63 b to the on-off valve 74, and is configured to be opened and closed by a solenoid valve 77.
  • the solenoid valve 77 is configured to open and close based on a control signal input from the outside.
  • the control air can be supplied to the on-off valve 74 and the on-off valve 74 can be opened.
  • control air is not supplied to the on-off valve 74, and the on-off valve 74 can be held in the closed state.
  • control air is supplied to the on-off valve 74 through the branch flow path 76, and the on-off valve 74 is Open state. Then, the start-up air flows from the main flow path 63a into the energization flow path 71, is decompressed by the regulator 73 and filtered by the air filter 75, and reaches the compressor 41 of the exhaust turbine supercharger 40.
  • the air for energization supplied to the compressor 41 assists the supercharging by the exhaust turbine supercharger 40 by energizing the rotational drive of the compressor 41.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an increase in the rotational speed due to the addition of energy. Specifically, FIG. 2 shows a case where the boosting device 70 is not operated when the acceleration of the main engine 10 is started at time t0 (see the broken line in FIG. 2) and a case where the boosting device 70 is operated (see FIG. 2). 2 (see the solid line in FIG. 2), and shows a comparison of the amount of change in the rotational speed.
  • the urging device 70 urges the supercharging by the exhaust turbine supercharger 40 to cause the exhaust turbine supercharger 40 to operate with good response during the acceleration of the ship, and thus the rotation of the main engine 10.
  • the number can be increased quickly.
  • the engine 1 shown in FIG. 1 is configured to include a high-pressure EGR system (EGR system 80) and a low-pressure SCR system (urea SCR system 90), the exhaust gas is recirculated through the EGR passage 81, The flow rate of the exhaust gas passing through the turbine 42 is reduced by an amount corresponding to the bypass of the turbine 42 to the exhaust gas via the bypass passage 92. This is inconvenient for ensuring the responsiveness of the exhaust turbine supercharger 40.
  • EGR system 80 high-pressure EGR system
  • urea SCR system 90 urea SCR system
  • the air source for supplying air to the exhaust turbine supercharger 40 is also used as the air source 61 for starting the main engine 10. .
  • the air for energization can be secured without providing a dedicated air source.
  • the air filled in the air source 61 is no longer used for starting the main engine 10. Therefore, when the energizing flow path 71 is branched from the main flow path 63a as in the engine 1 shown in FIG. 1, it is branched from the first and second sub flow paths 63b and 63c as in the comparative example shown in FIG. Compared with the case where it makes it, the fall of the air pressure accompanying supply of the air for energization does not become a problem.
  • the energizing flow path 71 is branched from a portion on the downstream side of the branch portion between the first and second sub flow paths 63b and 63c and the main flow path 63a. Therefore, when air is caused to flow from the main flow path 63a to the urging flow path 71, a decrease in air pressure in the first and second sub flow paths 63b and 63c can be suppressed. Therefore, it is advantageous in energizing the supercharging while securing the air pressure in the first and second sub flow paths 63b and 63c.
  • the configuration including the EGR system 80 configured as a high-pressure EGR system is illustrated, but the configuration is not limited thereto.
  • an EGR system (so-called low pressure EGR system) configured to recirculate exhaust gas between the upstream portion of the compressor 41 in the intake passage 20 and the downstream portion of the turbine 42 in the exhaust passage 30 is provided.
  • a configuration may be used, or a configuration in which the EGR system itself is omitted.
  • the configuration including the urea SCR system 90 configured as a low-pressure SCR system is illustrated, but the configuration is not limited thereto.
  • a configuration including a urea SCR system (so-called high pressure EGR system) disposed on the upstream side of the turbine 42 in the exhaust passage 30 may be employed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

エンジン（１）は、空気圧を受けて始動する主機関（１０）と、主機関（１０）へ空気を導く吸気通路（２０）と、吸気通路（２０）を流れる空気を過給する排気タービン過給機（４０）と、主機関（１０）を始動するための空気が加圧充填された空気源（６１）と、空気源（６１）から主機関（１０）へ至る空気流路（６３）と、排気タービン過給機（４０）による過給に加勢する加勢装置（７０）と、を備える。加勢装置（７０）は、空気流路（６３）における中途の部位から分岐して排気タービン過給機（４０）へ至る加勢用流路（７１）を有する。

Description

舶用内燃機関
　ここに開示する技術は、舶用内燃機関に関する。
　例えば特許文献１に記載されているように、船舶用の内燃機関においては、排気タービン過給機を用いることが広く知られている。具体的に、特許文献１に記載された内燃機関は、主機関（ディーゼル機関）と、この主機関の排気を受けるタービンを有すると共に、主機関に圧縮空気を送るコンプレッサ（インペラ）を有する排気タービン過給機とを備えた構成とされている。
　また、特許文献１に記載された内燃機関は、コンプレッサに加圧空気を補助供給するための空気源を備えており、この加圧空気を以て、排気タービン過給機による過給に加勢するように構成されている。
特許第４２５０１０２号公報
　近年、ＥＥＤＩに基づいたＣＯ２排出量の規制強化に対応するべく、船舶の大きさ（載貨重量）に対して、従来よりも低出力な内燃機関が使用される傾向にある。
　しかし、低出力な内燃機関を用いた場合、その排気量が低下することから、いわゆる連続使用禁止範囲（barred speed range）を回避したり、ふくそう海域を運航したりするときに、例えば急加速しようとしても、過給機が応答性良く作動せず、主機関の回転数が十分に追従しない可能性がある。
　そこで、前記特許文献１に記載されている内燃機関のように、加圧空気を補助供給することによって、排気タービン過給機による過給に加勢をするように構成することが考えられるものの、本願発明者（ら）が鋭意検討を重ねた結果、空気源の構成およびレイアウトという点で、検討の余地があることがわかった。
　すなわち、一般的な舶用内燃機関の場合、主機関を始動させるための空気源を備えた構成とするのが通例である。そうした機関始動用の空気源とは別に、前記特許文献１に記載されているような専用の空気源を備えてしまうと、部品点数が増大したり、空気を流通させる配管の取り回しが煩雑になったりするため望ましくない。
　また、専用の空気源を備える代わりに、例えば、排気弁等のアクチュエータを作動させる制御用空気の系統から、加勢用の空気の系統を分岐させることも考えられる。しかし、そのような構成を採用してしまうと、加勢時に、分岐元の系統における空気圧が急減してしまい、各アクチュエータの制御に支障を来す虞がある。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気タービン過給機による過給に加勢するように構成された舶用内燃機関において、加勢用の空気源を適切にレイアウトすることにある。
　ここに開示する技術は、舶用内燃機関に関する。
　前記舶用内燃機関は、空気の供給を受けて始動するよう構成された主機関と、前記主機関に空気を導く吸気通路と、前記吸気通路を流れる空気を過給するように構成された排気タービン過給機と、前記主機関を始動するための空気が加圧充填された空気源と、前記空気源から前記主機関へ至る空気流路と、前記排気タービン過給機へと空気を供給することにより、該排気タービン過給機による過給に加勢するように構成された加勢装置と、を備え、前記加勢装置は、前記空気流路における中途の部位から分岐して前記排気タービン過給機へ至る加勢用流路を有する。
　この構成によれば、加勢装置は、排気タービン過給機へと空気を供給することにより、この過給機による過給に加勢する。これにより、船舶の加速時に過給機を応答良く作動させ、ひいては主機関の回転数を追従させることができる。
　そして、前記加勢装置は、排気タービン過給機へ空気を供給するための空気源を、主機関を始動させるための空気源と兼用させる。これにより、専用の空気源を備えることなく、加勢をするための空気（以下、「加勢用空気」ともいう）を確保することができる。また、船舶が運航を開始すると、空気源に充填された空気は、最早、主機関の始動には供されない。よって、始動用の空気流路から加勢用流路を分岐させた場合には、制御用空気の系統から分岐させた場合と比較して、空気圧の急減が問題とならない。
　このように、加勢用の空気源を適切にレイアウトすることが可能となる。
　また、前記舶用内燃機関は、前記加勢用流路とは別に、前記空気流路から分岐して成る制御用流路を備え、前記加勢用流路は、前記空気流路における前記制御用流路との分岐部よりも下流側の部位から分岐する、としてもよい。
　この構成によれば、空気流路から加勢用流路へ空気を流入させたときに、制御用流路における空気圧の減少を抑制することができる。よって、制御用流路における空気圧を確保しつつ、過給に加勢をする上で有利になる。
　また、前記加勢用流路には、該加勢用流路を開閉する開閉弁が設けられ、前記開閉弁は、前記制御用流路から供給される空気によって制御される、としてもよい。
　また、前記主機関から排出された排気を導く排気通路を備え、前記排気タービン過給機は、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記排気通路に設けられたタービンと、を有し、前記加勢用流路は、前記コンプレッサの回転駆動に加勢するよう、該コンプレッサへ空気を供給する、としてもよい。
　また、前記舶用内燃機関は、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側の部位と、前記排気通路における前記タービンの上流側の部位と、を接続して成るＥＧＲ通路を備える、としてもよい。
　一般に、いわゆる高圧ＥＧＲシステムを備える構成を採用した場合、ＥＧＲ通路を介して排気を還流させた分だけ、タービンに至る排気の流量が低下することになる。このことは、排気タービン過給機の応答性を確保するには不都合である。
　前記のように、排気タービン過給機による過給に加勢をする構成は、そうした高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、取り分け有効となる。
　また、前記舶用内燃機関は、前記排気通路における前記タービンの下流側の部位に設けられ、所定温度以上で活性化する排気浄化装置を備え、前記排気通路には、前記タービンを迂回して前記排気浄化装置に至るバイパス通路が設けられている、としてもよい。
　一般に、排気浄化装置を可及的速やかに暖機したり、排気浄化装置を活性状態に保持したりするために、前記のようなバイパス通路を介して排気を流通させることにより、タービンを迂回させた比較的高温の排気を排気浄化装置に導く場合がある（いわゆる抽ガス）。しかし、バイパス通路を介してタービンを迂回させた分だけ、タービンに至る排気の流量が低下することになる。このことは、排気タービン過給機の応答性を確保するには不都合である。
　前記のように、排気タービン過給機による過給に加勢する構成は、そうした排気浄化装置を備えた内燃機関において、取り分け有効となる。
　以上説明したように、前記舶用内燃機関によれば、加勢用の空気源を適切にレイアウトすることが可能となる。
図１は、舶用内燃機関の概略構成を例示するシステム図である。 図２は、加勢による回転数の上昇について例示する図である。 図３は、舶用内燃機関の比較例を示す図１対応図である。 図４は、舶用内燃機関の変形例を示す図１対応図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、舶用内燃機関（以下、単に「エンジン１」という）の概略構成を例示するシステム図である。
　エンジン１は、複数のシリンダ１１を備えた直列多気筒式の舶用ディーゼル機関である。このエンジン１は、ユニフロー掃気式の２サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。図示は省略するが、エンジン１の出力軸であるクランク軸は、フライホイール（はずみ車）、中間軸、プロペラ軸等を介してプロペラに連結されており、エンジン１が運転することにより、その出力がプロペラに伝達されて船舶が推進するようになっている。
　エンジン１はまた、過給機付エンジンとして構成されている。すなわち、図１に示すように、エンジン１は、複数のシリンダ１１を有する主機関１０と、この主機関１０に接続される吸気通路２０及び排気通路３０とに加えて、排気通路３０を流れる排気によって作動する排気タービン過給機４０を備えた構成とされている。
　（１）全体構成
　以下、エンジン１の要部について説明する。
　前述のように、主機関１０は、複数のシリンダ１１（図１においては、６つのシリンダ１１を例示）を有している。各シリンダ１１内には、ピストン（不図示）が往復動可能にそれぞれ挿入されている。各シリンダ１１の内壁、シリンダヘッド（不図示）の天井面、及び、ピストンの頂面によって、シリンダ１１毎に燃焼室１２が区画されている。
　本実施形態に係る主機関１０は、空気圧を受けて始動するように構成されている。具体的に、エンジン１の主機関１０には、空気圧式の始動装置５０が接続されており、この始動装置５０は、各シリンダ１１に圧縮空気を供給するための始動弁５１と、各始動弁５１の開閉を管制する空気管制弁５３と、圧縮空気用の管路（具体的には、主流路６３ａを区画する管路）への逆火を防止するフレームアレスタ５２と、を備えている。
　詳しくは、始動弁５１は、シリンダ１１毎に設けられており、後述の空気源６１から各シリンダ１１へと至る流路の途中（具体的には、主流路６３ａの下流端）に設けられている。具体的に、本実施形態に係る始動弁５１は、上端側の頂面に空気が供給されるとともに、下端側に弁棒が連結された始動用ピストンを収容している。始動用ピストンの頂面に空気圧を作用させて、この始動用ピストンに連結された弁棒を押し下げることにより、始動弁５１を開弁させることができる。一方、始動用ピストンの頂面に及ぶ空気圧を低下させて弁棒を押し上げることにより、始動弁５１を閉弁させることができる。始動弁５１を開弁させることにより、空気源６１から供給された始動用の圧縮空気（以下、「始動用空気」と呼称する）を各シリンダ１１へと供給することができる。そうして、各シリンダ１１におけるピストンが圧縮空気により押し下げられることにより、クランク軸に回転運動を生じさせることができる。
　図１に例示する始動弁５１においては、始動用ピストンの頂面に作用する空気圧は、始動用空気とは独立した管路を通じて供給される管制用空気によって制御される。すなわち、始動弁５１の内部（具体的には、始動用ピストンの頂面）に管制用空気を供給したときには、前述の弁棒が下降して始動弁５１が開弁する一方、始動弁５１の内部から管制用空気が排出されたときには、弁棒が上昇して始動弁５１が閉弁することになる。この管制用空気の供給は、空気管制弁５３によって制御される。
　詳しくは、空気管制弁５３は、各始動弁５１に管制用空気を分配することにより、各始動弁５１の開閉を管制するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る空気管制弁５３は、ヘリカル駆動歯車、回転板、歯車軸受等を備えて成る機械式の制御弁として構成されており、空気管制弁５３に圧縮空気が供給されると、回転板等が動作することにより、各燃焼室１２の着火順序に応じたタイミングで各始動弁５１へ圧縮空気を分配する。そうして分配された圧縮空気は、前述の管制用空気として、各始動弁５１における弁棒の上下動、ひいては各始動弁５１の開閉を制御することができる。
　フレームアレスタ５２は、いわゆる逆火防止装置として機能する逆止弁であって、図１に示すように、各始動弁５１の直上流に設けられている。フレームアレスタ５２を設けることで、シリンダ１１内の燃料油が着火してシリンダ内圧力が上昇したときに、その燃焼が圧縮空気の管路に逆流するのを防止することができる。
　なお、空気源６１から供給される空気は、主機関１０の始動以外の用途にも用いられるようになっている。空気源６１は、後述の空気圧回路６０を構成している。
　図１に示すように、主機関１０には、燃焼室１２に掃気を供給するための掃気トランク１８と、燃焼室１２から既燃ガス（排気）を排出するための排気マニホールド１９とが接続されている。主機関１０は、掃気トランク１８を介して吸気通路２０に接続されているとともに、排気マニホールド１９を介して排気通路３０に接続されている。
　吸気通路２０には、上流側から順に、この吸気通路２０を流れる空気を過給するコンプレッサ４１と、コンプレッサ４１により過給された空気を冷却するように構成されたエアークーラ２１とが設けられている。エアークーラ２１を通過した空気は、前述の掃気トランク１８を介して燃焼室１２に至る。
　一方、排気通路３０には、上流側から順に、コンプレッサ４１に対して駆動連結されたタービン４２と、排気を浄化するための尿素ＳＣＲシステム９０とが設けられている。燃焼室１２から排出された排気ガスは、前述の排気マニホールド１９を介して排気通路３０に流入し、タービン４２と、尿素ＳＣＲシステム９０とを順番に通過する。
　排気タービン過給機４０は、吸気通路２０に設けられたコンプレッサ４１と、排気通路３０に設けられたタービン４２とを有している。コンプレッサ４１とタービン４２とは連結されており、互いに同期して回転する。タービン４２を通過する排気ガスによってコンプレッサ４１が回転駆動されると、このコンプレッサ４１を通過する空気を過給することができる。
　また、本実施形態に係るエンジン１は、排気を循環させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム８０を備えている。図１に示す例では、ＥＧＲシステム８０は、いわゆる高圧ＥＧＲシステムとして構成されており、吸気通路２０におけるコンプレッサ４１の下流側の部位と、排気通路３０におけるタービン４２の上流側の部位と、を接続して成るＥＧＲ通路８１を備えた構成とされている。このＥＧＲ通路８１には、循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」ともいう）の流れ方向の上流側から順に、ＥＧＲ通路８１を開閉する第１ＥＧＲ弁８２と、ＥＧＲガスからスート、ＳＯｘ等を除去するためのＥＧＲスクラバ８３と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８４と、ＥＧＲガスを昇圧するためのＥＧＲブロワ８５と、ＥＧＲ通路８１を開閉する第２ＥＧＲ弁８６と、を有している。
　また、本実施形態に係るエンジン１は、排気を浄化するべく、前述の尿素ＳＣＲシステム９０を備えている。図１に示す例では、尿素ＳＣＲシステム９０は、いわゆる低圧ＳＣＲシステムとして構成されており、排気通路３０におけるタービン４２の下流側の部位に設けられたＳＣＲユニット９１と、排気通路３０に設けられ、タービン４２を迂回してＳＣＲユニット９１に至るバイパス通路９２と、バイパス通路９２に設けられ、これを開閉するバイパス弁９３と、を備えている。なお、ＳＣＲユニット９１は、「排気浄化装置」の例示である。
　詳細な図示は省略するが、ＳＣＲユニット９１は、排気通路３０に尿素を噴射する尿素インジェクタと、この尿素インジェクタから噴射された尿素を用いて排気を浄化するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と、ＳＣＲ触媒から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒と、を有している。ここで、ＳＣＲ触媒は、所定温度以上で活性化するように構成されており、その活性時には、尿素を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアを排気中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化することができる。
　すなわち、尿素ＳＣＲシステム９０が浄化性能を発揮するためには、ＳＣＲ触媒を前記所定温度以上まで暖機する必要がある。そこで、主機関１０の始動直後のように、ＳＣＲ触媒を十分に活性化させることが求められる場合には、バイパス弁９３を開弁することにより、排気にタービン４２を迂回させる。この場合、タービン４２の作動に要するエネルギーを節約した分だけ、より高温の排気をＳＣＲユニット９１に導くことができる。そうして導かれた高温の排気により、ＳＣＲ触媒を早期に暖機することが可能になる（いわゆる抽ガス）。また、主機関１０の始動直後ばかりでなく、定常運転時（通常の運航時）であっても、ＳＣＲ触媒を活性状態に保つことが求められる場合には、適宜、抽ガスが実行されるようになっている。
　また、空気圧回路６０は、主たる構成要素として、主機関１０を始動するための圧縮空気が蓄えられた空気源６１と、空気源６１に空気を補充するための圧縮機６２と、空気源６１から主機関１０（具体的には、始動装置５０）へと空気を導く空気流路６３と、を備えている。
　空気源６１は、いわゆる始動空気タンク（Starting air reservoir）として構成されており、主機関１０を始動するための空気が加圧充填されている。空気源６１は、主機関１０の大小に応じて２つ以上の複数個（図１に示す例では２個）が設けられている。各空気源６１は、図１に示すように互いに連通している。これらの空気源６１は、主機関１０の始動時には、空気流路６３を介して始動装置５０に圧縮空気を供給するように構成されている。
　空気流路６３は、空気源６１及び始動装置５０を接続して成る主流路６３ａと、主流路６３ａにおける中途の部位から分岐した第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃと、を有している。さらに、主流路６３ａにおける、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃへの分岐部から始動装置５０へ至る途中の部位には、加勢用流路７１が接続されている。
　空気流路６３を構成する各流路のうち、主流路６３ａは、始動装置５０へ供給される始動用空気が流通する流路である。主流路６３ａは、始動装置５０付近にて、始動用空気を各シリンダ１１に供給するための流路と、管制用空気を各始動弁５１に供給するための流路と、に分岐する。前者の流路は、気筒数に応じてさらに分岐して、フレームアレスタ５２と始動弁５１を経由して各シリンダ１１に至る。一方、後者の流路は、空気管制弁５３において分岐して、各シリンダ１１の始動弁５１に至る。
　また、第１副流路６３ｂは、主機関１０の排気弁等、主機関１０を構成する各アクチュエータを制御するための空気（以下、「制御用空気」ともいう）が流通する流路であり、第２副流路６３ｃは、船舶内で用いられる工具へ供給される空気（以下、「作業用空気」ともいう）が流通する流路である。第１副流路６３ｂは、「制御用流路」の例示である。
　ここで、主流路６３ａにおける始動用空気の圧力は、比較的高圧（２５～３０ｂａｒ程度）であるのに対し、制御用空気や作業用空気は、それよりも低圧（７～９ｂａｒ程度）であることが求められる。そこで、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃには、複数の減圧弁６４が設けられている。
　また、各アクチュエータの錆付きを抑制するべく、制御用空気には、可能な限り水分が含まれないようにすることが求められる。そこで、第１副流路６３ｂにおける減圧弁６４の下流側には、エアドライヤ６５が設けられている。
　空気圧回路６０は、さらに、排気タービン過給機４０による過給に加勢するように構成された加勢装置７０を備えている。この加勢装置７０は、加勢用流路７１を通じて、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１へと加勢用の空気（以下、「加勢用空気」ともいう）を供給することができる。
　ここで、加勢用流路７１は、空気流路６３の中途から分岐して排気タービン過給機４０へ至るように構成されている。詳しくは、本実施形態に係る加勢用流路７１は、図１に示すように、空気流路６３における第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃへの分岐部よりも下流側かつ、始動装置５０との接続部よりも上流側の部位から分岐する。また、加勢用流路７１の下流端部は、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１に接続されている。
　具体的に、加勢装置７０は、前記加勢用流路７１と、この加勢用流路７１に設けられた種々の部材と、を有している。具体的に、加勢用流路７１には、加勢用空気の流れ方向上流側から順に、例えば加勢装置７０を作動させないときに加勢用流路７１を遮断するための開閉弁７２と、始動用空気を減圧するためのレギュレータ７３と、加勢用流路７１を開閉するための開閉弁７４と、加勢用空気を濾過するためのエアフィルタ７５と、が設けられている。
　ここで、開閉弁７４は、空気圧式のボール弁として構成されており、第１副流路６３ｂを通じて供給される制御用空気によって制御されるように構成されている。このために、第１副流路６３ｂはさらに分岐しており、分岐流路７６を介して開閉弁７４へ制御用空気を供給するようになっている。この分岐流路７６は、第１副流路６３ｂにおけるエアドライヤ６５の下流側の部位から開閉弁７４へ至る流路として構成されており、ソレノイドバルブ７７によって開閉されるように構成されている。
　ソレノイドバルブ７７は、外部から入力される制御信号に基づいて開閉するように構成されている。ソレノイドバルブ７７が開状態にあるときには、開閉弁７４へ制御用空気を供給し、この開閉弁７４を開弁させることができる。一方、ソレノイドバルブ７７が閉状態にあるときには、開閉弁７４に制御用空気を供給せず、この開閉弁７４を閉状態に保持することができる。
　（２）加勢装置の動作
　前述の如くして構成された加勢装置７０は、例えば主機関１０の加速時に用いられる。
　具体的に、手動乃至自動的に出力された制御信号をソレノイドバルブ７７に入力し、これを開弁すると、分岐流路７６を通じて制御用空気が開閉弁７４に供給されて、この開閉弁７４が開状態となる。すると、始動用空気が主流路６３ａから加勢用流路７１へ流入し、レギュレータ７３によって減圧され、かつエアフィルタ７５により濾過された上で、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１に至る。コンプレッサ４１に供給された加勢用空気は、コンプレッサ４１の回転駆動に加勢をすることにより、排気タービン過給機４０による過給を補助する。
　図２は、加勢による回転数の上昇を例示する図である。具体的に、図２は、時刻ｔ０において主機関１０の加速を開始したときに、加勢装置７０を作動させなかった場合（図２の破線参照）と、加勢装置７０を作動させた場合（図２の実線参照）とで、回転数の変化量を比較して示す図である。
　図２に示すように、加勢装置７０が排気タービン過給機４０による過給に加勢をすることにより、船舶の加速時に、排気タービン過給機４０を応答良く作動させ、ひいては主機関１０の回転数を速やかに上昇させることができる。
　近年、ＥＥＤＩに基づいたＣＯ２排出量の規制強化に対応するべく、船舶の大きさ（載貨重量）に対して、従来よりも低出力な内燃機関が使用される傾向にある。
　しかし、低出力な内燃機関を用いた場合、その排気量が低下することから、いわゆる連続使用禁止範囲（barred speed range）を回避したり、ふくそう海域を運航したりするときに、例えば急加速しようとしても、過給機が応答性良く作動せず、主機関の回転数が十分に追従しない可能性がある。
　また、図１に示すエンジン１のように、高圧ＥＧＲシステム（ＥＧＲシステム８０）や低圧ＳＣＲシステム（尿素ＳＣＲシステム９０）を備えた構成とした場合、ＥＧＲ通路８１を介して排気を還流させたり、バイパス通路９２を介して排気にタービン４２を迂回させたりした分だけ、タービン４２を通過する排気の流量が低下することになる。このことは、排気タービン過給機４０の応答性を確保するには不都合である。
　そこで、本実施形態に係るエンジン１のように、加勢装置７０により加圧空気を補助供給することによって、排気タービン過給機４０による過給に加勢をするように構成することが考えられるものの、本願発明者（ら）が鋭意検討を重ねた結果、空気源の構成及びレイアウトという点で、検討の余地があることがわかった。
　すなわち、一般的な舶用内燃機関の場合、主機関を始動させるための空気源を備えた構成とするのが通例である。そうした機関始動用の空気源とは別に、専用の空気源を備えてしまうと、部品点数が増大したり、空気を流通させる配管の取り回しが煩雑になったりするため望ましくない。
　また、専用の空気源を備える代わりに、例えば、図３に示す比較例のように、排気弁等のアクチュエータを作動させる制御用空気の系統から、加勢用の空気の系統を分岐させることも考えられる（符号７１’を参照）。しかし、そのような構成を採用してしまうと、加勢時に、分岐元の系統における空気圧が急減してしまい、各アクチュエータの制御に支障を来す虞がある。
　対して、本実施形態に係るエンジン１においては、排気タービン過給機４０へ空気を供給するための空気源は、主機関１０を始動させるための空気源６１と兼用されるようになっている。これにより、専用の空気源を備えることなく加勢用空気を確保することができる。
　また、船舶が航海を開始すると、空気源６１に充填された空気は、最早、主機関１０の始動には供されない。よって、図１に示すエンジン１のように主流路６３ａから加勢用流路７１を分岐させた場合には、図３に示す比較例のように第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃから分岐させた場合と比較して、加勢用空気の供給に伴う空気圧の減少が問題とならない。
　さらに、図１に示すように、加勢用流路７１は、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃと主流路６３ａとの分岐部よりも下流側の部位から分岐している。よって、主流路６３ａから加勢用流路７１へ空気を流入させたときに、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃにおける空気圧の減少を抑制することができる。よって、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃにおける空気圧を確保しつつ、過給に加勢をする上で有利になる。
　《他の実施形態》
　前記実施形態では、空気管制弁５３によって始動弁５１の開閉を管制する構成について説明したが、この構成には限定されない。空気管制弁５３を設ける代わりに、始動弁５１の開閉を機械的に制御したり、例えば図４に示すように、電磁弁５９を用いて電気的に制御してもよい。
　また、前記実施形態では、高圧ＥＧＲシステムとして構成されたＥＧＲシステム８０を備えた構成について例示したが、この構成には限定されない。例えば、吸気通路２０におけるコンプレッサ４１の上流側の部位と、排気通路３０におけるタービン４２の下流側の部位との間で排気を還流させるように構成されたＥＧＲシステム（いわゆる低圧ＥＧＲシステム）を備えた構成としてもよいし、ＥＧＲシステムそのものを省略した構成としてもよい。
　また、前記実施形態では、低圧ＳＣＲシステムとして構成された尿素ＳＣＲシステム９０を備えた構成について例示したが、この構成には限定されない。例えば、排気通路３０におけるタービン４２の上流側に配置された尿素ＳＣＲシステム（いわゆる高圧ＥＧＲシステム）を備えた構成としてもよい。
１　　　エンジン（舶用内燃機関）
１０　　主機関
２０　　吸気通路
３０　　排気通路
４０　　排気タービン過給機
４１　　コンプレッサ
４２　　タービン
６１　　空気源
６３　　空気流路
６３ｂ　第１副流路（制御用流路）
７０　　加勢装置
７１　　加勢用流路
７４　　開閉弁
８１　　ＥＧＲ通路
９１　　ＳＣＲユニット（排気浄化装置）
９２　　バイパス通路

Claims (6)

  1. 　空気圧を受けて始動するよう構成された２ストローク式の主機関と、
    　前記主機関に空気を導く吸気通路と、
    　前記吸気通路を流れる空気を過給するように構成された排気タービン過給機と、
    　前記主機関を始動するための空気が加圧充填された空気源と、
    　前記空気源から前記主機関へ至る空気流路と、
    　前記排気タービン過給機へ空気を供給することにより、該排気タービン過給機による過給に加勢するように構成された加勢装置と、を備え、
    　前記加勢装置は、前記空気流路における中途の部位から分岐して前記排気タービン過給機へ至る加勢用流路を有する
    ことを特徴とする舶用内燃機関。
  2. 　請求項１に記載された舶用内燃機関において、
    　前記加勢用流路とは別に、前記空気流路から分岐して成る制御用流路を備え、
    　前記加勢用流路は、前記空気流路における前記制御用流路との分岐部よりも下流側の部位から分岐する
    ことを特徴とする舶用内燃機関。
  3. 　請求項２に記載された舶用内燃機関において、
    　前記加勢用流路には、該加勢用流路を開閉する開閉弁が設けられ、
    　前記開閉弁は、前記制御用流路から供給される空気によって制御される
    ことを特徴とする舶用内燃機関。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載された舶用内燃機関において、
    　前記主機関から排出された排気を導く排気通路を備え、
    　前記排気タービン過給機は、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記排気通路に設けられたタービンと、を有し、
    　前記加勢用流路は、前記コンプレッサの回転駆動に加勢するよう、該コンプレッサへ空気を供給する
    ことを特徴とする舶用内燃機関。
  5. 　請求項４に記載された舶用内燃機関において、
    　前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側の部位と、前記排気通路における前記タービンの上流側の部位と、を接続して成るＥＧＲ通路を備える
    ことを特徴とする舶用内燃機関。
  6. 　請求項４又は５に記載された舶用内燃機関において、
    　前記排気通路における前記タービンの下流側の部位に設けられ、所定温度以上で活性化する排気浄化装置を備え、
    　前記排気通路には、前記タービンを迂回して前記排気浄化装置に至るバイパス通路が設けられている
    ことを特徴とする舶用内燃機関。
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