CN102812221A - 船用内燃机及其运转方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种船用内燃机及其运转方法，实现喷嘴部的小型化且减少喷嘴部消耗的燃料。船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，受从所述燃烧室排出的废气驱动，并对供应给燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有用于还原从增压器排出的废气中包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在燃烧室与增压器之间向废气喷射燃料并进行燃烧；以及发电部，受增压器驱动进行发电。在该船用内燃机的运转方法中，增减发电部中的发电量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
Description
技术领域
本发明涉及特别适用于二冲程低速柴油机的适宜的船用内燃机及其运转方法。
背景技术
伴随着近年来人们对环保越来越关心，有必要减少从船舶的主机例如二冲程低速柴油机排出的废气中所包含的氮氧化物(以下标记为NOX)。为实现NOX的减少，一般已知的是使柴油机的废气通过脱氮催化剂的方法(例如，参照专利文献1和2)。
在这里，作为脱氮催化剂，一般采用基于选择性还原法(SCR法)的催化剂，SCR法以氨等作为还原剂还原成氮。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特公平07-006380号公报
专利文献2：(日本)特开平05-288040号公报
发明内容
发明解决的问题
然而，在上述的二冲程低速柴油机中，在具有涡轮增压器的情况下，从涡轮增压器排出的废气的温度处于300℃以下。
一般来说，在脱氮催化剂中的NOX还原反应优选在比300℃至320℃高的温度下进行，因此若使低温废气通过脱氮催化剂，则存在脱氮催化剂会在短时间内恶化，且降低减少NOX的效果的问题。
为解决上述问题，已知一种将脱氮催化剂配置在二冲程低速柴油机与涡轮增压器之间，换句话说，将脱氮催化剂配置在涡轮增压器的入口上游侧，以把温度下降前的高温废气导入脱氮催化剂的方法。
然而，若将脱氮催化剂配置在涡轮增压器的入口上游侧，则由于脱氮催化剂具有热容量而作为缓冲部起作用，在像柴油机起动时、停止时等那样的过渡性地负荷发生了变动的情况下，存在涡轮增压器的转速不追随负荷的变动或延迟的问题。
另一方面，还考虑一种将脱氮催化剂配置在涡轮增压器的下游侧，并在该涡轮增压器与脱氮催化剂之间配置使燃料燃烧的燃烧器，以升高被导入该脱氮催化剂内的废气的温度的方法。
然而，在燃烧器中燃烧的燃料的能量仅用于升高废气的温度，并被排放到***外部而无法回收，所以存在没有被有效利用的问题。
因此，为解决上述问题，提出一种在柴油机的燃烧室与增压器之间具有燃烧器部的带脱氮部内燃机，该燃烧器部向废气喷射燃料并进行燃烧，以升高废气的温度。
然而，在将这样的带脱氮部的内燃机装载于船舶上作为例如主机用的内燃机使用，且如图8所示该内燃机的发电量保持一定，而与增压器吸入(吸进)的空气的温度变化无关的情况下，若增压器吸入的空气的温度升高，则从该增压器供应给燃烧室的增压空气的压力(扫气压力)减小；另一方面，若增压器吸入的空气的温度降低，则从该增压器供应给燃烧室的增压空气的压力增大。其结果，若增压器吸入的空气的温度升高，则在燃烧室中产生的废气以及流入排气集合部内(从多个燃烧室经由排气管排出的废气流入)的废气的温度上升。另一方面，若增压器吸入的空气的温度降低，则在燃烧室中产生的废气以及流入排气集合部内的废气的温度下降。因此，在增压器吸入的空气的温度较高的情况下，从燃烧器部的喷嘴部喷出少量燃料，并使从该燃烧器部的喷嘴部喷射的少量燃料燃烧。在增压器吸入的空气的温度较低的情况下，从燃烧器部的喷嘴部喷出大量燃料，并使从该燃烧器部的喷嘴部喷射的大量燃料燃烧，结果是，作为燃烧器部的喷嘴部，需要是在增压器吸入的空气的温度较低的情况下能够喷出大量燃料的大容量(大型)喷嘴部。另外，在增压器吸入的空气的温度较低的情况下，由于从燃烧器部的喷嘴部喷出大量燃料，所以需要大量的燃料。
本发明旨在解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现喷嘴部的小型化且能减少喷嘴部所消耗的燃料的船用内燃机及其运转方法。
解决问题的手段
为达成上述目的，本发明提供以下手段。
对于依据本发明第一方式的船用内燃机的运转方法，船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；以及发电部，被所述增压器驱动进行发电，在所述船用内燃机的运转方法中，增减所述发电部中的发电量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
依据本发明第二方式的船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；以及发电部，被所述增压器驱动进行发电，所述船用内燃机具有控制部，所述控制部对所述发电部输出用于增减发电量的控制信号，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
对于依据本发明第三方式的船用内燃机的运转方法，船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；发电涡轮部，引导从所述燃烧室与所述增压器之间分流出的所述废气，并基于被引导的所述废气进行发电；以及调节部，调节被供应给该发电涡轮部的所述废气的流量，在所述船用内燃机的运转方法中，增减被供应给所述发电涡轮部的所述废气的流量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
依据本发明第四方式的船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，受从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；发电涡轮部，引导从所述燃烧室与所述增压器之间分流出的所述废气，并基于被引导的所述废气进行发电；以及调节部，调节被供应给所述发电涡轮部的所述废气的流量，所述船用内燃机具有控制部，所述控制部对所述调节部输出使增减被供应给所述发电涡轮部的所述废气的流量增减的控制信号，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
对于依据本发明第五方式的船用内燃机的运转方法，船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有还原从该增压器排出的所述废气中所包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；旁流部，使所述废气的一部分从所述燃烧室与所述燃烧器部之间分流出并流入所述增压器与所述脱氮部之间；以及调节部，调节流经该旁流部的所述废气的流量，在所述船用内燃机的运转方法中，增减流经所述旁流部的所述废气的流量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
依据本发明第六方式的船用内燃机包括：燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；旁流部，使所述废气的一部分从所述燃烧室与所述燃烧器部之间分流出并流入所述增压器与所述脱氮部之间；以及调节部，调节流经该旁流部的所述废气的流量，所述船用内燃机具有控制部，所述控制部对所述调节部输出使流经所述旁流部的所述废气的流量增减的控制信号，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
依据本发明上述各方式的船用内燃机及其运转方法，例如图3所示，燃烧室中产生的废气和流入排气集合部内的废气的温度在内燃机负荷相同的情况下保持一定，而与增压器吸入的空气的温度变化无关，所以从燃烧器部的喷嘴部喷射的燃料量能够(大体上)保持一定，而与增压器吸入的空气的温度变化无关，能够减少喷嘴部消耗的燃料，且能够实现喷嘴部的小型化。
发明效果
依据本发明的船用内燃机及其运转方法，起到能够实现喷嘴部的小型化且减少喷嘴部消耗的燃料的效果。
附图说明
图1是说明依据本发明第一实施方式的船用内燃机的构造的示意图。
图2是说明图1的控制部的构造的框图。
图3是用于说明依据本发明的船用内燃机的运转方法的图表。
图4是说明依据本发明第二实施方式的船用内燃机的构造的示意图。
图5是说明图3的控制部的构造的框图。
图6是说明依据本发明第三实施方式的船用内燃机的构造的示意图。
图7是说明图5的控制部的构造的框图。
图8是用于说明以往的带脱氮部内燃机的运转方法的图表。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照图1至图3，说明依据本发明第一实施方式的船用内燃机及其运转方法。
图1是说明依据本实施方式的船用内燃机的构造的示意图，图2是说明图1的控制部的构造的框图，图3是用于说明依据本发明的船用内燃机的运转方法的图表。
在本实施方式中，将依据本发明的船用内燃机(带脱氮部船用内燃机)1应用于主要作为船舶主机的二冲程低速柴油机来进行说明。
如图1和图2所示，在船用内燃机1中，主要设有汽缸部2C、活塞部2P、排气集合部3、燃烧器部4、增压器5、发电部6、脱氮部7以及控制部8。
汽缸部2C和活塞部2P构成燃烧室2。
如图1所示，燃烧室2与供给经增压器5增压的空气的吸气管21、以及排出由燃料燃烧产生的废气的排气管22相连接。另外，在汽缸部2C中，设有向燃烧室2的内部喷出燃料的燃料喷嘴(未图示)。
在排气管22中的与燃烧室2对向的开口部配置有开闭该开口部的排气阀23。
此外，作为汽缸部2C和活塞部2P的构造，可以采用公知的二冲程低速柴油机的构造，并不特别限定。
排气集合部3是从多个燃烧室2经由排气管22排出的废气流入的流路，且是这些废气合流的部分。
如图1所示，排气集合部3与多根排气管22和一条第一排气流路31相连接，并且设有燃烧器部4。
第一排气流路31是连接排气集合部3和增压器5的流路，且把废气从该排气集合部3引导至增压器5。
燃烧器部4向排气集合部3内喷出燃料并使该燃料燃烧，以升高废气的温度。
如图1所示，在燃烧器部4中，设有喷嘴部41和燃料调节阀42。
喷嘴部41朝向排气集合部3的内部喷出被供给的燃料。
燃料调节阀42是用于调节被供应给喷嘴部41的燃料的流量的流量调节阀，且如图1和图2所示，基于从控制部8输入的控制信号来调节燃料的流量。
此外，作为喷嘴部41和燃料调节阀42的构造，可以采用公知的构造，并不特别限定。
增压器5利用废气所具有的热能等能量来产生旋转驱动力，并利用该旋转驱动力的至少一部分对供应给燃烧室2的空气进行增压。
如图1所示，增压器5与废气流动的第一排气流路31、第二排气流路51以及增压空气流动的吸气管21相连接，进一步地，由增压器5旋转驱动的发电部6设在该增压器5上。
此外，作为增压器5，可以采用公知的增压器，并不特别限定。
第二排气流路51是连接增压器5和脱氮部7的流路，且把废气从增压器5引导至脱氮部7。
发电部6受增压器5旋转驱动进行发电，且如图2所示，基于从控制部8输入的控制信号控制发电量。
此外，作为发电部6的构造，可以采用公知的构造，并不特别限定。
脱氮部7还原废气中包含的NOX，且其内部具有用于还原NOX的催化剂。
此外，作为用于还原NOX的催化剂，可以采用公知的催化剂，并不特别限定。
如图1所示，脱氮部7与废气流动的第二排气流路51和第三排气流路71相连接。第三排气流路71是把从脱氮部7流出的废气引导到外部的流路。
如图1和图2所示，控制部8控制燃料调节阀42和发电部6。
利用废气温度传感器52测量的废气温度和利用空气压力传感器25测量的空气压力被输入控制部8。另一方面，从控制部8输出控制燃料调节阀42的开度的控制信号和控制发电部6的发电量的控制信号。
废气温度传感器52是配置在第二排气流路51中的温度传感器，且是测量从增压器5流出并流入脱氮部7内的废气的温度的传感器。
空气压力传感器25是配置在吸气管21中的压力传感器，且是测量经增压器5增压的空气并供应给燃烧室2的空气的压力的传感器。
接着，说明由上述构造构成的船用内燃机1的运转概况。
如图1所示，若船用内燃机1运转，则燃烧室2中产生废气，且该废气从燃烧室2经由排气管22排出到排气集合部3。
在排气集合部3的内部，燃料从燃烧器部4的喷嘴部41被喷出，且该燃料燃烧。排气集合部3内部的废气被燃料燃烧时产生的热量加热，从而温度上升。
加热后的废气经由第一排气流路31供应给增压器5，并旋转驱动该增压器5的排气涡轮(未图示)。与排气涡轮同轴配置的压缩机(未图示)通过与该排气涡轮一起被旋转驱动，从而从外部吸入空气而升压。换句话说，对空气进行增压。增压后的空气经由吸气管21供应给燃烧室2。
另一方面，对于旋转驱动增压器5的排气涡轮后的废气，其温度对应于由于旋转驱动该排气涡轮而损失的能量下降，且其在温度下降的状态下从增压器5流出至第二排气流路51。
流入第二排气流路51的废气流入脱氮部7并与催化剂接触，从而使得废气中所包含的NOX被还原。其后，废气从脱氮部7经由第三排气流路71排出到外部。
接着，说明控制部8对燃料调节阀42和发电部6的控制。
利用废气温度传感器52测量的流入脱氮部7的废气的温度测量信号被输入控制部8。控制部8基于所输入的测量信号判断流入脱氮部7的废气温度是否在预定温度范围内，例如，至少是否在脱氮部7的催化剂的有效工作温度以上的温度。
在判定流入脱氮部7的废气的温度低于预定温度范围的情况下，为了升高该废气温度，控制部8对燃料调节阀42输出加大阀开度的控制信号。
被输入该控制信号的燃料调节阀42加大阀开度，从而增大供应给喷嘴部41的燃料的流量。于是，从喷嘴部41喷射的燃料的量增加，且在排气集合部3内部生成的热量增加。由此，排气集合部3内部的废气的温度上升，且从那里流入脱氮部7的废气温度也上升。
另一方面，在判定流入脱氮部7的废气的温度高于预定温度范围的情况下，为了降低该废气温度，控制部8对燃料调节阀42输出关闭阀开度的控制信号。
被输入此控制信号的燃料调节阀42减小阀开度，从而减少供应给喷嘴部41的燃料的流量。于是，从喷嘴部41喷射的燃料的量减少，且在排气集合部3内部生成的热量减少。由此，排气集合部3内部的废气的温度降低，且从那里流入脱氮部7的废气温度也降低。
进一步地，利用空气压力传感器25测量的供应给燃烧室2的增压空气的压力的测量信号被输入控制部8。控制部8基于所输入的此测量信号判断被供应给燃烧室2的增压空气的压力是否在预定范围内。
这里，作为增压空气的压力的预定范围，只要能够例示内燃机负荷与空气压力的关系且内燃机可靠性和耗油量容许，通过设定尽可能低的压力，可减小燃烧器部4的燃料消耗量和喷嘴部41的大小。
在判定被供应给燃烧室2的增压空气的压力小于预定范围的情况下，为了增加该空气的压力，控制部8对发电部6输出减少发电量的控制信号。
被输入该控制信号的发电部6减少发电量，在增压器5的排气涡轮内产生的旋转驱动力中，发电部6内消耗的旋转驱动力的比例减小。与此相对，增压器5的压缩机内消耗的旋转驱动力的比例增大。因此，从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力增加。
另一方面，在判定被供应给燃烧室2的增压空气的压力大于预定范围的情况下，为减少该空气的压力，控制部8对发电部6输出增加发电量的控制信号。
被输入该控制信号的发电部6增大发电量，在增压器5的排气涡轮内产生的旋转驱动力中，发电部6内消耗的旋转驱动力的比例增大。与此相对，增压器5的压缩机内消耗的旋转驱动力的比例减小。因此，从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力减少。
另外，如图3所示，基于增压器5吸入(吸进)的空气的温度，控制部8对发电部6输出增减发电量的控制信号。即，控制部8在增压器5吸入的空气温度升高时，对发电部6输出用于减少发电量的控制信号，以及在增压器5吸入的空气温度降低时，对发电部6输出用于增加发电量的控制信号。换句话说，控制部8对发电部6输出增减发电量的控制信号，以使从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力(扫气压力)保持一定(本实施方式中，与在热带地区航行时的内燃机室内温度(例如，50℃)对应的扫气压力)而与增压器5吸入的空气的温度变化无关。
依据本实施方式的船用内燃机1及其运转方法，如图3所示，在内燃机负荷相同的情况下，燃烧室2中产生的废气和流入排气集合部3内的废气的温度保持一定，而与增压器5吸入的空气的温度变化无关，所以从燃烧器部4的喷嘴部41喷射的燃料量能够(大体上)保持一定，而与增压器5吸入的空气的温度变化无关，能够减少该喷嘴部41消耗的燃料，且能够实现该喷嘴部41的小型化。
另外，通过使燃料在燃烧器部4中燃烧，废气在流入增压器5之前的温度升高。由此，与未设置燃烧器部4的情况相比，在废气驱动增压器5之后流出的废气的温度升高。由此，在废气流入的脱氮部7中的催化剂时的温度也升高，能够防止该催化剂劣化，且能够实现从船用内燃机1排出的NOX的减少。
进一步地，与将燃烧器部4配置在增压器5与脱氮部7之间、升高从增压器5流出的废气的温度并使该加热后的废气流入脱氮部7内的方法相比，由于加热后的废气流入增压器5内且该废气所具有能量的一部分被用于该增压器5进行的空气增压，所以能够有效地利用所消耗燃料的能量。
更进一步地，通过基于流入脱氮部7内的废气的温度来控制被供应给燃烧器部4的燃料的流量，能够把该脱氮部7中的催化剂的温度调节在预定范围内。因此，能够更可靠地减少从船用内燃机1排出的NOX。
更进一步地，通过利用增压器5驱动发电部6进行发电，加热后的废气所具有的能量的一部分在用于被增压器5进行的空气增压的同时作为电能回收。换句话说，在废气流入的增压器5中产生的旋转驱动力的一部分用于发电，剩余的旋转驱动力用于空气增压。由此，能够更有效地利用所消耗燃料的能量。
更进一步地，通过基于供应给燃烧室2的空气压力控制发电部6的发电量，控制在增压器5内产生的旋转驱动力中用于发电和空气增压的比例。因此，能够把供应给燃烧室2的空气压力控制在预定压力范围内。
[第二实施方式]
接着，参照图4和图5，说明本发明的第二实施方式。
本实施方式的船用内燃机的基本构造与第一实施方式相同，但与第一实施方式相比，发电部的周围构造不同。因此，在本实施方式中，采用图4和图5仅说明发电部的周围构造，省略对其它构成元件等的说明。
图4是说明依据本实施方式的船用内燃机的构造的示意图。图5是说明图4的控制部构造的框图。
此外，与第一实施方式相同的构成元件被赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
如图4和图5所示，在船用内燃机(带脱氮部的船用内燃机)101中，主要设有汽缸部2C、活塞部2P、排气集合部3、燃烧器部4、增压器5、发电涡轮部160、脱氮部7以及控制部180。
此外，在本实施方式中，以燃烧器部4的喷嘴部41配置在第一排气流路31中为例进行说明，但与第一实施方式一样，喷嘴部41也可设在排气集合部3中，并不特别限定。
如图4所示，发电涡轮部160接收从排气集合部3分流出的废气供给来进行发电。
发电涡轮部160设有旁流路161、流量调节阀(调节部)162、排气涡轮163以及发电部6。
旁流路161是连接排气集合部3与排气涡轮163的流路，且把废气从该排气集合部3引导至排气涡轮163。流量调节阀162配置在旁流路161中。
流量调节阀162用于调节流经旁流路161的废气的流量。流量调节阀162被构造成用于控制阀开度的控制信号从控制部180输入该流量调节阀162。
此外，作为流量调节阀162的构造，可以采用公知的构造，并不特别限定。
排气涡轮163是利用经由旁流路161供应的废气进行旋转驱动，并使发电部6旋转驱动。
此外，作为排气涡轮163，可以采用公知的构造，并不特别限定。
如图4和图5所示，控制部180控制燃料调节阀42和流量调节阀162。
利用废气温度传感器52测量的废气温度和利用空气压力传感器25测量的空气压力被输入控制部180。另一方面，从控制部180输出控制燃料调节阀42的开度的控制信号和控制流量调节阀162的废气流量的控制信号。
接着，说明由上述构造构成的船用内燃机101的运转概况。
若船用内燃机101运转，则如图4所示，燃烧室2中产生废气，且该废气从燃烧室2经由排气管22排出到排气集合部3。
排气集合部3中的废气的一部分流入旁流路161，并被引导至排气涡轮163。排气涡轮163被所供给的废气旋转驱动，并把旋转驱动力传递给发电部6。发电部6被旋转驱动进行发电。
另一方面，在第一排气流路31的内部，燃料从燃烧器部4的喷嘴部41喷出，且该燃料燃烧。从排气集合部3流入第一排气流路31的废气被燃料燃烧时产生的热量加热，从而温度上升。
加热后的废气从第一排气流路31供应给增压器5，并旋转驱动增压器5的排气涡轮(未图示)。与排气涡轮同轴配置的压缩机(未图示)通过与排气涡轮一起被旋转驱动而对空气进行增压。
对于旋转驱动增压器5的排气涡轮后的废气，其温度对应于由于旋转驱动该排气涡轮损失的能量而下降，且其在温度下降的状态下从增压器5流出至第二排气流路51。
流入第二排气流路51的废气流入脱氮部7并与催化剂接触，从而使得废气中包含的NOX被还原。其后，废气从脱氮部7经由第三排气流路71排出到外部。
接着，说明控制部180对燃料调节阀42和流量调节阀162的控制。此外，控制部180对燃料调节阀42的控制与第一实施方式相同，因此省略对其的说明。
利用空气压力传感器25测量的供应给燃烧室2的增压空气的压力的测量信号被输入控制部180。基于所输入的此测量信号，控制部180判断被供应给燃烧室2的增压空气的压力是否在预定范围内。
在判定被供应给燃烧室2的增压空气的压力小于预定范围的情况下，为了增加该空气的压力，控制部180对流量调节阀162输出减小废气流量的控制信号。
被输入该控制信号的流量调节阀162关闭阀开度，减小废气的流量，且从燃烧室2排出的废气中，被供应给排气涡轮163的废气的比例减小。与此相对，供应给增压器5的废气的比例增大。
因此，从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力增加。
另一方面，在判定被供应给燃烧室2的增压空气的压力大于预定范围的情况下，为了减少该空气的压力，控制部180对流量调节阀162输出增加废气流量的控制信号。
被输入该控制信号的流量调节阀162增大废气的流量，从燃烧室2排出的废气中，被供应给排气涡轮163的废气的比例增大。与此相对，供应给增压器5的废气的比例减小。
因此，从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力减小。
另外，如图3所示，基于增压器5吸入(吸进)的空气的温度，控制部180对流量调节阀162输出增减废气流量(发电量)的控制信号。即，控制部180在增压器5吸入的空气温度升高时，对流量调节阀162输出减少废气流量(发电量)的控制信号，而在增压器5吸入的空气温度降低时，对流量调节阀162输出用于增加废气流量(发电量)的控制信号。换句话说，控制部180对流量调节阀162输出增减废气流量(发电量)的控制信号，以使从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力(扫气压力)保持一定(在本实施方式中，与在热带地区航行时的内燃机室内温度(例如，50℃)对应的扫气压力)而与增压器5吸入的空气的温度变化无关。
依据本实施方式的船用内燃机101及其运转方法，如图3所示，在内燃机负荷相同的情况下，燃烧室2中产生的废气和流入排气集合部3内的废气的温度保持一定，而与增压器5吸入的空气的温度变化无关，所以从燃烧器部4的喷嘴部41喷射的燃料量能够(大体上)保持一定，而与增压器5吸入的空气的温度变化无关，该喷嘴部41消耗的燃料能够减少，且能实现该喷嘴部41的小型化。
另外，通过把废气的一部分导入发电涡轮部160内进行发电，废气所具有的能量的一部分在被增压器5用于空气增压，同时还能够作为电能回收。
进一步地，通过基于供应给燃烧室2的空气压力调节被导入发电涡轮部160内的废气流量，可调节从燃烧室2排出的废气中用于空气增压的废气和用于发电的废气的比例，且可把从增压器5供应给燃烧室2的空气压力控制在预定压力范围内。
更进一步地，通过在利用燃烧器部4加热废气之前进行废气的分流，与加热后分流的情况相比，能够减小被导入发电涡轮部160内的废气温度与旁流路161周围的空气温度之间的温度差。因此，能够抑制在排气集合部3与发电涡轮部160之间的废气热损失。
[第三实施方式]
接着，参照图6和图7，说明本发明的第三实施方式。
本实施方式的船用内燃机的基本构造与第一实施方式相同，但与第一实施方式相比，增压器的周围构造不同。因此，在本实施方式中，采用图6和图7仅说明增压器的周围构造，省略对其它构成元件等的说明。
图6是说明依据本实施方式的船用内燃机的构造的示意图。图7是说明图6的控制部的构造的框图。
此外，与第一实施方式相同的构成元件被赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
如图6和图7所示，在船用内燃机(带脱氮部的船用内燃机)201中，主要设有汽缸部2C、活塞部2P、排气集合部3、燃烧器部4、增压器5、旁流部260、脱氮部7以及控制部280。
如图6所示，旁流部260绕过增压器5把废气的一部分供应给脱氮部7。
旁流部260设有旁流路261和流量调节阀(调节部)262。
旁流路261是连接排气集合部3与第二排气流路51的流路，且把废气从该排气集合部3引导至脱氮部7。流量调节阀262配置在旁流路261中。
流量调节阀262调节流经旁流路261的废气的流量。流量调节阀262被构造成控制阀开度的控制信号从控制部280被输入该流量调节阀262。
此外，作为流量调节阀262的构造，可以采用公知的构造，并不特别限定。
如图6和图7所示，控制部280控制燃料调节阀42和流量调节阀262。
利用废气温度传感器52测量的废气温度和利用空气压力传感器25测量的空气压力被输入控制部280。另一方面，从控制部280输出控制燃料调节阀42的开度的控制信号和控制流量调节阀262的废气流量的控制信号。
接着，说明由上述构造构成的船用内燃机201的运转概况。
若船用内燃机201运转，则如图6所示，燃烧室2中产生废气，且该废气从燃烧室2经由排气管22排出到排气集合部3。
排气集合部3中的废气的一部分流入旁流路261，并被引导至第二排气流路51。
另一方面，在第一排气流路31的内部，燃料从燃烧器部4的喷嘴部41喷出，且该燃料燃烧。从排气集合部3流入第一排气流路31的废气被燃料燃烧时产生的热量加热，从而温度上升。
加热后的废气从第一排气流路31供应给增压器5，并旋转驱动该增压器5的排气涡轮(未图示)。与排气涡轮同轴配置的压缩机(未图示)通过与该排气涡轮一起被旋转驱动从而对空气进行增压。
对于旋转驱动增压器5的排气涡轮后的废气，其温度对应于由于旋转驱动该排气涡轮而损失的能量下降，且其在温度下降的状态下从增压器5流出至第二排气流路51。
流入第二排气流路51的废气与从旁流部261流来的废气合流后流入脱氮部7并与催化剂接触，从而使得废气中包含的NOX被还原。其后，废气从脱氮部7经由第三排气流路71排出到外部。
接着，说明控制部280对燃料调节阀42和流量调节阀262的控制。此外，控制部280对燃料调节阀42的控制与第一实施方式相同，因此省略对其的说明。
利用空气压力传感器25测量的供应给燃烧室2的增压空气的压力的测量信号被输入控制部280。基于所输入的此测量信号，控制部280判断被供应给燃烧室2的增压空气的压力是否在预定范围内。
在判定被供应给燃烧室2的增压空气的压力小于预定范围的情况下，为了增加该空气的压力，控制部280对流量调节阀262输出用于减小废气流量的控制信号。
被输入该控制信号的流量调节阀262关闭阀开度，减小废气的流量，且从燃烧室2排出的废气中流入旁流路261的废气的比例减小。与此相对，供应给增压器5的废气的比例增大。
因此，从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力增加。
另一方面，在判定被供应给燃烧室2的增压空气的压力大于预定范围的情况下，为减少该空气的压力，控制部280对流量调节阀262输出增加废气流量的控制信号。
被输入该控制信号的流量调节阀262增大废气的流量，从燃烧室2排出的废气中流入旁流路261的废气的比例增大。与此相对，供应给增压器5的废气的比例减小。
因此，从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力减小。
另外，如图3所示，基于增压器5吸入的空气的温度，控制部280对流量调节阀262输出增减废气流量(扫气压力)的控制信号。即，在增压器5吸入的空气温度升高时，对流量调节阀262输出增加废气流量(扫气压力)的控制信号，以及在增压器5吸入的空气温度降低时，对流量调节阀262输出减少废气流量(扫气压力)的控制信号。换句话说，控制部280对流量调节阀262输出增减废气流量(扫气压力)的控制信号，以使从增压器5供应给燃烧室2的增压空气的压力(扫气压力)保持一定(本实施方式中，与在热带地区航行时的内燃机室内温度(例如，50℃)相对应的扫气压力)而与增压器5吸入的空气的温度变化无关。
依据本实施方式的船用内燃机201及其运转方法，如图3所示，在内燃机负荷相同的情况下，燃烧室2中产生的废气和流入排气集合部3内的废气的温度保持一定，而与增压器5吸入的空气的温度变化无关，所以从燃烧器部4的喷嘴部41喷射的燃料量能够(大体上)保持一定，而与增压器5吸入的空气的温度变化无关，该喷嘴部41消耗的燃料能够减少，且能实现该喷嘴部41的小型化。
另外，从燃烧室2排出的废气的一部分流入旁流路261，剩余的废气在燃烧器部4处利用燃料燃烧加热后流入增压器5。流入旁流路261的一部分废气与从增压器5流出的废气一起流入脱氮部7。因此，与不使废气的一部分旁流的方法相比，加热废气至预定温度时，在燃烧器部4燃烧的燃料量减少。另外，通过调节流入增压器5的废气流量，可调节该增压器5的转速。
进一步地，通过基于供应给燃烧室2的空气压力控制流量调节阀261处的废气流量，可调节从燃烧室2排出的废气中的空气增压的废气和流入旁流路261内的废气的比例，且可把从增压器5供应给燃烧室2的空气压力控制在预定压力范围内。
附图标记说明
1、101、201 船用内燃机(带脱氮部船用内燃机)
2 燃烧室
4 燃烧器部
5 增压器
6 发电部
7 脱氮部
8、180、280 控制部
160 发电涡轮部
162 流量调节阀(调节部)
260 旁流路
262 流量调节阀(调节部)
Claims (6)
1.一种船用内燃机的运转方法，所述船用内燃机包括：
燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；
增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；
脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；
燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；以及
发电部，被所述增压器驱动进行发电，
在所述船用内燃机的运转方法中，增减所述发电部中的发电量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
2.一种船用内燃机的运转方法，所述船用内燃机包括：
燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；
增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；
脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；
燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；
发电涡轮部，引导从所述燃烧室与所述增压器之间分流出的所述废气，并基于被引导的所述废气进行发电；以及
调节部，调节被供应给该发电涡轮部的所述废气的流量，
在所述船用内燃机的运转方法中，增减被供应给所述发电涡轮部的所述废气的流量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
3.一种船用内燃机的运转方法，所述船用内燃机包括：
燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；
增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；
脱氮部，具有还原从该增压器排出的所述废气中所包含的氮氧化物的催化剂；
燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；
旁流部，使所述废气的一部分从所述燃烧室与所述燃烧器部之间分流出并流入所述增压器与所述脱氮部之间；以及
调节部，调节流经该旁流部的所述废气的流量，
在所述船用内燃机的运转方法中，增减流经所述旁流部的所述废气的流量，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
4.一种船用内燃机，包括：
燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；
增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；
脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；
燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；以及
发电部，被所述增压器驱动进行发电，
所述船用内燃机具有控制部，所述控制部对所述发电部输出用于增减发电量的控制信号，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
5.一种船用内燃机，包括：
燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；
增压器，受从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；
脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；
燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；
发电涡轮部，引导从所述燃烧室与所述增压器之间分流出的所述废气，并基于被引导的所述废气进行发电；以及
调节部，调节被供应给所述发电涡轮部的所述废气的流量，
所述船用内燃机具有控制部，所述控制部对所述调节部输出使被供应给所述发电涡轮部的所述废气的流量增减的控制信号，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
6.一种船用内燃机，包括：
燃烧室，接收所供给的空气和燃料，产生旋转驱动力并排出废气；
增压器，被从该燃烧室排出的所述废气驱动，并对供应给所述燃烧室的空气进行增压；
脱氮部，具有还原从该增压器排出的废气中所包含的氮氧化物的催化剂；
燃烧器部，在所述燃烧室与所述增压器之间向所述废气喷射燃料并进行燃烧；
旁流部，使所述废气的一部分从所述燃烧室与所述燃烧器部之间分流出并流入所述增压器与所述脱氮部之间；以及
调节部，调节流经该旁流部的所述废气的流量，
所述船用内燃机具有控制部，所述控制部对所述调节部输出使流经所述旁流部的所述废气的流量进行增减的控制信号，以使得在内燃机负荷相同的情况下，从所述增压器供应给所述燃烧室的增压空气的压力保持一定，而与所述增压器吸入的空气的温度变化无关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20121205 |