JP2018031272A - Supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機に関するものである。 The present invention relates to a supercharger.
従来、下記特許文献1に記載の過給機付きエンジンが知られている。この装置は、エンジン本体からの排ガス中のNOxを除去するための排気浄化装置を備えている。この装置では、過給機からエンジン本体に供給される給気の一部が給気管の外部に排出され、エンジン本体への給気量が調整されることで、エンジン本体の排ガスの温度が調整される。これにより、排ガスの温度を排気浄化装置が十分に機能する温度に調整することが提案されている。 Conventionally, an engine with a supercharger described in Patent Document 1 below is known. This device is provided with an exhaust purification device for removing NOx in the exhaust gas from the engine body. In this device, a part of the air supplied from the turbocharger to the engine body is discharged outside the air supply pipe, and the amount of air supplied to the engine body is adjusted to adjust the exhaust gas temperature of the engine body. Is done. Thus, it has been proposed to adjust the temperature of the exhaust gas to a temperature at which the exhaust purification device functions sufficiently.
上記の装置では、エンジン本体の出力の情報等に応じてエンジン本体への給気量が調整され、排ガスの温度が調整される。しかしながら、エンジン本体への給気量はエンジン起動時の始動性や、燃費にも関係するので、排ガス温度のみを重視して安易に給気量を調整すれば、起動時の始動性や燃費を損なってしまう場合がある。このように、過給機からのエンジン本体への給気量の調整を実行する場合には、始動性、排ガス浄化性、及び燃費をそれぞれ考慮する必要がある。 In the above apparatus, the amount of air supplied to the engine body is adjusted according to the output information of the engine body, and the temperature of the exhaust gas is adjusted. However, the amount of air supplied to the engine body is also related to the startability at the start of the engine and the fuel consumption, so if the air supply amount is adjusted easily with emphasis only on the exhaust gas temperature, the startability and fuel consumption at the start will be improved. May be lost. Thus, when adjusting the amount of air supplied from the supercharger to the engine body, it is necessary to consider startability, exhaust gas purification performance, and fuel consumption, respectively.
本発明は、ディーゼル機関における始動性、排ガス浄化性及び燃費を考慮した過給機を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the supercharger in consideration of the startability, exhaust gas purification property, and fuel consumption in a diesel engine.
本発明の過給機は、空気を圧縮しディーゼル機関に供給するコンプレッサと、コンプレッサで圧縮された空気の一部をコンプレッサの吐出口から分岐させディーゼル機関以外の送出先に搬送する分岐流路と、分岐流路を開閉するゲート部と、を備え、ゲート部は、ディーゼル機関の負荷率が、所定の下限閾値から上限閾値までの範囲内であるときには分岐流路を開き、それ以外のときには分岐流路を閉じる。 The supercharger according to the present invention includes a compressor that compresses air and supplies the compressed air to a diesel engine, a branch passage that branches a part of the air compressed by the compressor from a discharge port of the compressor, and conveys the air to a destination other than the diesel engine. A gate portion that opens and closes the branch flow channel, and the gate portion opens the branch flow channel when the load factor of the diesel engine is within a range from a predetermined lower threshold value to an upper threshold value, and branches at other times. Close the channel.
また、ゲート部は、直列に接続された第1ゲート及び第2ゲートを有し、第1ゲートは、コンプレッサの吐出口の圧力が、上限閾値の負荷率に対応する上限圧力以下のときに分岐流路を開き、それ以外のときには分岐流路を閉じ、第2ゲートは、コンプレッサの吐出口の圧力が、下限閾値の負荷率に対応する下限圧力以上のときに分岐流路を開き、それ以外のときには分岐流路を閉じる、ようにしてもよい。 The gate section has a first gate and a second gate connected in series, and the first gate branches when the pressure at the discharge port of the compressor is equal to or lower than the upper limit pressure corresponding to the load factor of the upper limit threshold. Open the flow path and close the branch flow path at other times. The second gate opens the branch flow path when the pressure at the discharge port of the compressor is equal to or higher than the lower limit pressure corresponding to the load factor of the lower limit threshold. In this case, the branch channel may be closed.
また、第1ゲート及び第2ゲートは、分岐流路の開閉操作を行う開閉操作レバーと、コンプレッサの吐出口に連通されると共に隔壁の一部としてダイヤフラムを有する圧力室と、ダイヤフラムの変形に伴って軸方向に往復移動し開閉操作レバーを駆動するロッドと、を備えるようにしてもよい。 The first gate and the second gate are connected to an opening / closing operation lever for opening and closing the branch flow path, a pressure chamber having a diaphragm as a part of the partition wall and being connected to the discharge port of the compressor, and accompanying the deformation of the diaphragm And a rod that reciprocates in the axial direction and drives the opening / closing operation lever.
また、分岐流路による空気の一部の送出先は、コンプレッサの吸入口であるようにしてもよい。 Further, a part of the air to be delivered by the branch flow path may be a compressor inlet.
本発明によれば、ディーゼル機関における始動性、排ガス浄化性及び燃費を考慮した過給機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the supercharger which considered the startability, exhaust gas purification property, and fuel consumption in a diesel engine can be provided.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る過給機の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a supercharger according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、図1を参照しながら、本実施形態の過給機1を備える発電システム51について説明する。発電システム51は、例えば船舶内の発電用として使用される。発電システム51は、ディーゼル機関53と、ディーゼル機関53によって駆動される発電機55とを備えている。また、発電システム51は、過給機1とSCR(selective catalytic reduction;選択触媒還元脱硝装置)57とを備えている。
(First embodiment)
First, a
過給機1のコンプレッサ3は、コンプレッサ翼車の回転により空気を圧縮してディーゼル機関53に供給する。コンプレッサ3からの給気は、ディーゼル機関53のインタークーラ61及び給気マニホールド63を経由して、燃料と一緒にディーゼル機関53の各シリンダ65に供給される。燃料の燃焼により各シリンダ65で発生する排ガスは、排気マニホールド67を通じて過給機1のタービン2に導入される。タービン2は導入された排ガスによりタービン翼車を回転させ、当該タービン翼車に連結された前述のコンプレッサ翼車を回転させる。タービン2を通過した排ガスは、更にSCR57を経由することでNOxが低減され、外部に排出される。
The
図2を参照しながら過給機1の詳細について更に説明する。前述の通り、過給機1は、タービン2とコンプレッサ3とを備えている。タービン2は、タービンハウジング4と、タービンハウジング4に収納されたタービン翼車6と、を備えている。コンプレッサ3は、コンプレッサハウジング5と、コンプレッサハウジング5に収納されたコンプレッサ翼車7と、を備えている。タービン翼車6は回転軸14の一端に設けられており、コンプレッサ翼車7は回転軸14の他端に設けられている。タービンハウジング4とコンプレッサハウジング5との間には、軸受ハウジング13が設けられている。回転軸14は、軸受15を介して軸受ハウジング13に回転可能に支持されており、回転軸14、タービン翼車6及びコンプレッサ翼車7が一体の回転体12として回転軸線A周りに回転する。
Details of the supercharger 1 will be further described with reference to FIG. As described above, the supercharger 1 includes the
タービンハウジング4には、排ガス流入口8及び排ガス流出口10が設けられている。ディーゼル機関53(図1参照)から排出された排ガスが、排ガス流入口8を通じてタービンハウジング4内に流入し、タービン翼車6を回転させ、その後、排ガス流出口10を通じてタービンハウジング4外に流出する。コンプレッサハウジング5には、吸入口9及び吐出口11が設けられている。上記のようにタービン翼車6が回転すると、回転軸14を介してコンプレッサ翼車7が回転する。回転するコンプレッサ翼車7は、吸入口9を通じて外部の空気を吸入し、圧縮して吐出口11から吐出する。吐出口11から吐出された圧縮空気は、前述の通りディーゼル機関53に供給される。
The turbine housing 4 is provided with an
過給機1は、コンプレッサ3の吸入口9に取り付けられたサイレンサ21を備えている。外部からコンプレッサ3に供給される空気は、サイレンサ21を経由してコンプレッサ3の吸入口9に吸入される。サイレンサ21はコンプレッサ翼車7で発生する騒音の外部への放出を低減する。
The supercharger 1 includes a
更に、過給機1は、コンプレッサ3で圧縮された空気の一部を吐出口11から分岐させサイレンサ21に搬送する分岐流路71を備えている。分岐流路71の一端は、吐出口11のフランジ11aの直ぐ上流側の位置に連結されている。分岐流路71の他端は、サイレンサ21の天蓋に連結されている。分岐流路71上には、当該分岐流路71を開閉するゲート部73が設けられている。ゲート部73が開いた状態では、吐出口11とサイレンサ21の内部とが分岐流路71を介して連通され、両者の圧力差によって、吐出口11から分岐流路71及びサイレンサ21を通じて吸入口9に空気が搬送される。すなわち、吐出口11からの空気の一部が分岐流路71を通じて循環する。その一方、ゲート部73が閉じた状態では、上記のような空気の搬送は発生しない。
Further, the supercharger 1 includes a
次に、ゲート部73の開閉特性について説明する。ゲート部73は、第1ゲート75aと第2ゲート75bとを備えている。第1ゲート75aと第2ゲート75bは分岐流路71上で直列に接続されており、互いに独立して開閉可能である。第1ゲート75aは、吐出口11の圧力(以下、吐出圧力Pと言う)が所定の上限圧力(以下、上限圧力P1と言う)以下のときに分岐流路71を開き、それ以外のときには分岐流路71を閉じる。第2ゲート75bは、吐出圧力Pが所定の下限圧力(以下、下限圧力P2と言う)以上のときに分岐流路71を開き、それ以外のときには分岐流路71を閉じる。なお、上限圧力P1と下限圧力P2とは、P2<P1の関係にある。従って、ゲート部73全体としては、吐出圧力Pが下限圧力P2から上限圧力P1の範囲内にあるときには分岐流路71を開き、それ以外のときには分岐流路71を閉じるといった開閉特性を示す。
Next, the opening / closing characteristics of the
上記のように、第1ゲート75a及び第2ゲート75bが、吐出圧力Pに応じて自動的に動作するための構成について説明する。第1ゲート75a及び第2ゲート75bは、それぞれ、分岐流路71を開閉する開閉弁76と、開閉弁76の開閉操作を行う開閉操作レバー76aと、開閉操作レバー76aを駆動するアクチュエータ77と、を備えている。
A configuration for automatically operating the
図3(a)に示されるように、アクチュエータ77は、筐体81と、筐体81内部の中央に設けられたダイヤフラム82と、を備えている。筐体81にはチューブ83の一端が接続されており、筐体81内部には、チューブ83を通じて吐出口11と連通する圧力室84が形成されている。なお、チューブ83の他端は、吐出口11のフランジ11aの直ぐ上流側の位置に接続されている。ダイヤフラム82は、圧力室84を仕切る隔壁の一部を構成している。ダイヤフラム82の中央には、ロッド85の基端側が取り付けられている。ロッド85は、ダイヤフラム82に直交する方向に延びると共に、ダイヤフラム82の変形に伴って延在方向に往復移動する。ロッド85は、筐体81を貫通して外側まで延びており、ロッド85の先端は開閉弁76の開閉操作レバー76aに接続されている。また、筐体81の内部において圧力室84の外側には、ダイヤフラム82を圧力室84の内側に向けて付勢するバネ86が設けられている。
As shown in FIG. 3A, the
図3(b)に示されるように、吐出口11の圧力が高くなると、吐出口11に連通された圧力室84の圧力が高くなる。これに伴い、ダイヤフラム82がバネ86の付勢力に抵抗しながら圧力室84の外側に膨らむように変形する。これにより、ロッド85は、筐体81から伸び出すように軸方向に移動し、開閉操作レバー76aを押す方向に駆動する。また、上記の逆の動作により、吐出口11の圧力が低くなると、バネ86がダイヤフラム82を押し戻し、ロッド85が開閉操作レバー76aを引き込む方向に駆動する。
As shown in FIG. 3B, when the pressure of the
ここで、第1ゲート75aにおいては、開閉操作レバー76aがロッド85から押されたときに開閉弁76が閉じ、開閉操作レバー76aがロッド85から引き込まれたときに開閉弁76が開くような機構が構築されている。第2ゲート75bにおいては、開閉操作レバー76aがロッド85から押されたときに開閉弁76が開き、開閉操作レバー76aがロッド85から引き込まれたときに開閉弁76が閉じるような機構が構築されている。上記のような機構及び開閉操作レバー76aとしては、公知の機構を適宜採用することができる。
Here, in the
第1ゲート75aにおいては、アクチュエータ77のバネ86のバネ定数が調整され、前述の上限圧力P1を開閉閾値とする特性が第1ゲート75aに付与されている。同様に、第2ゲート75bにおいても、アクチュエータ77のバネ86のバネ定数が調整され、前述の下限圧力P2を開閉閾値とする特性が第2ゲート75bに付与されている。ここで、吐出圧力Pとディーゼル機関53の負荷率との間には相関関係が存在する。この相関関係に基づき、例えばここでは、上限圧力P1は、ディーゼル機関53の負荷率50%のときの吐出圧力Pに設定されており、下限圧力P2は、ディーゼル機関53の負荷率10%のときの吐出圧力Pに設定されている。
In the
以上のような設定によって、ゲート部73は、ディーゼル機関53の負荷率が、所定の下限閾値(例えば10%)から上限閾値(例えば50%)までの範囲内であるときには分岐流路71を開き、それ以外のときには分岐流路71を閉じるように、自動的に動作する。なお、以下の説明では、上記の上限閾値を50%、下限閾値を10%とする例で説明するが、これらの値に限定されるものではなく、上限閾値及び下限閾値はディーゼル機関53の特性等に応じて適切な値に設定することができる。
With the above settings, the
続いて、上述のような過給機1及び発電システム51の作用効果について説明する。図4は、ディーゼル機関53の負荷率とタービン2の排ガス流出口10の排ガス温度との関係について、シミュレーションで得た結果を示すグラフである。図4中、実線は、過給機1が分岐流路71を備えていない場合を示すグラフであり、破線は、過給機1が分岐流路71を備える場合を示すグラフである。図5は、ディーゼル機関53の負荷率と過給機1からシリンダ65への給気量(流量)との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図5のグラフでは、ディーゼル機関53が負荷率100%であるときの給気量を1としたときの給気量(空気流量比という)を縦軸としている。また、図5中、実線は、過給機1が分岐流路71を備えていない場合を示すグラフであり、破線は、過給機1が分岐流路71を備える場合を示すグラフである。
Then, the effect of the above superchargers 1 and the electric
一般的に、SCR57が十分に機能するためには、SCR57に供給される排ガス温度が300℃以上であることが好ましい。しかしながら、ディーゼル機関53の負荷率と排ガス温度との間には、図4の実線のグラフで例示されるような関係があり、ディーゼル機関の負荷率が低い場合には、排ガス温度が低下する場合がある。当該グラフによれば、ディーゼル機関53の負荷率が50%以下になると、排ガス温度の低下が顕著になることが判る。
Generally, in order for the
そこで、過給機1では、ディーゼル機関53の負荷率が50%以下の場合には、ゲート部73が分岐流路71を開き、吐出口11からの空気の一部が吸入口9に搬送される。これにより、図5の破線で示されるように、過給機1からシリンダ65への給気量が低下する。そうすると、ディーゼル機関53は適正な給気量が得られなくなり、ディーゼル機関53の燃費が低下する。そして、ディーゼル機関53による発電機55側への供給エネルギーを維持するために、ディーゼル機関53で消費される燃料が増加し、その結果、シリンダ65からSCR57に排出される排ガスの温度が上昇する。このように過給機1が分岐流路71を備える場合の排ガスの温度は、例えば図4の破線のグラフで示される。よって、ディーゼル機関53が50%以下の低負荷率で運転される場合にも、排ガス温度の低下が抑制され、SCR57の機能低下が抑制され、排ガス浄化性の低下が抑制される。
Therefore, in the supercharger 1, when the load factor of the
その一方、ディーゼル機関53の起動時(負荷率がゼロ付近のとき)には、始動性の悪化を回避するために、過給機1からディーゼル機関53への給気量は低下させないことが好ましい。そこで、発電システム51では、ディーゼル機関53の負荷率が10%未満の場合には、ゲート部73が分岐流路71を閉じ、吐出口11から吸入口9への空気の搬送を止める。これにより、ディーゼル機関53の起動時においては過給機1からシリンダ65への給気量が適切に確保され始動性が確保される。なお、前述したとおり、上記の負荷率10%との閾値はこれに限定されるものではなく、この閾値の負荷率は更に小さい値であってもよい。また例えば、ディーゼル機関53の起動時のみ過給機1からの給気量を低下させないように分岐流路71を閉じるようにしてもよい。
On the other hand, when the
また、ディーゼル機関53の負荷率が50%より大きい場合には、図4に示されるように、排ガス温度も十分であるので、SCR57は良好に機能する。そしてこの場合、分岐流路71が閉じられることで、過給機1からディーゼル機関53への給気量が確保され、ディーゼル機関53は適正な給気量により良好な燃費で運転される。
Further, when the load factor of the
以上説明したように、上述のような過給機1によれば、ディーゼル機関53の各負荷率に対応して、ディーゼル機関53の始動性、排ガス浄化性及び燃費が適切に確保される。なお、ディーゼル機関53の負荷率10〜50%の範囲においては、ディーゼル機関53の燃費性能が若干低下するが、これと引き替えに排ガスの浄化性が確保されるといった有利な効果が得られるものである。また、この作用効果を得るためには、従来の過給機に対して、吐出口11のフランジ11aの直ぐ上流側とサイレンサ21とを繋ぐ分岐流路71等を追加すればよい。従って、過給機1単独の改造により完結され、過給機1以外の構成要素(例えばディーゼル機関53等)の改造を行う必要がない。また、過給機1では、ディーゼル機関53の負荷率に応じて分岐流路71の開閉を自動的に行う仕組みを、ダイヤフラム82とロッド85とを有するシンプルなアクチュエータ77を用いて構築することができ、分岐流路71の開閉を電子制御する必要がない。
As described above, according to the supercharger 1 as described above, the startability, the exhaust gas purification performance, and the fuel consumption of the
また、分岐流路71からの空気の送出先が仮に過給機1の外部である場合、分岐流路71から外部に排出される高温の空気がユーザに危険を及ぼさないように、邪魔板を設置するなどの安全対策措置が必要である。これに対し、過給機1では、分岐流路71からの空気が吸入口9に返送されるので、上記のような安全対策措置を省略することができる点で好ましい。なお、分岐流路71からの空気が吸入口9に返送されることは必須ではなく、分岐流路71からの空気が過給機1の外部に排出されてもよい。
In addition, if the delivery destination of the air from the
(第2実施形態)
図6を参照しながら本発明の第2実施形態に係る過給機1Aについて説明する。過給機1Aにおいて、前述の過給機1と同一又は同等の構成要素には図面に同一の符号を付して重複する説明を省略する。過給機1Aは、ゲート部73に代えてゲート部173を備えており、更に、ゲート部173を電子制御する制御装置91を備えている。ゲート部173は、制御装置91からの駆動信号に対応してロッド85を往復移動させる電子制御アクチュエータ177を備えている。制御装置91は、チューブ83を通じて吐出圧力Pを検知し、検知した吐出圧力Pに応じて電子制御アクチュエータ177へ駆動信号を送信する。
(Second Embodiment)
A
このようなゲート部173によっても、ゲート部73と同じように、吐出圧力Pが下限圧力P2から上限圧力P1の範囲内にあるときには分岐流路71を開き、それ以外のときには分岐流路71を閉じるといった開閉特性を実現することができる。よって、ゲート部173によって、ディーゼル機関53の負荷率が、所定の下限閾値(例えば10%)から上限閾値(例えば50%)までの範囲内であるときには分岐流路71を開き、それ以外のときには分岐流路71を閉じるように構成することができる。
Even with such a
また、図7に示されるように、制御装置91は、回転センサ92で検知される回転軸14の回転数に応じて電子制御アクチュエータ177へ駆動信号を送信するようにしてもよい。回転センサ92は、例えば、軸受ハウジング13に取り付けられており、回転軸14の回転数を非接触で検知する。ここで、ディーゼル機関53の負荷率は、過給機1Aの回転軸14の回転数との間にも相関関係を有しているので、この相関関係に基づいて、制御装置91は、ディーゼル機関53の負荷率に応じてゲート部173を開閉させることができる。以上のように、図6及び図7の過給機1Aによっても、過給機1と同様の作用効果が奏される。
Further, as shown in FIG. 7, the
本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。実施形態では、発電用のディーゼル機関53に使用する過給機1を例として説明したが、本発明の過給機が使用されるディーゼル機関は発電用には限定されない。また、実施形態の過給機では、分岐流路71の空気がサイレンサ21を介して吸入口9に搬送されるが、空気がサイレンサを介さずに吸入口9に直接搬送されてもよい。また、分岐流路71から噴出する空気を、人に直接かからないように措置を施した上で大気に開放してもよい。
The present invention can be implemented in various forms including various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art including the above-described embodiments. Moreover, it is also possible to configure a modification of the example using the technical matters described in the above-described embodiment. You may use combining the structure of each embodiment suitably. In the embodiment, the supercharger 1 used for the
1、1A 過給機
3 コンプレッサ
9 吸入口
11 吐出口
53 ディーゼル機関
71 分岐流路
73、173 ゲート部
75a 第1ゲート
75b 第2ゲート
76a 開閉操作レバー
82 ダイヤフラム
84 圧力室
85 ロッド
1,
Claims (4)
前記コンプレッサで圧縮された空気の一部を前記コンプレッサの吐出口から分岐させ前記ディーゼル機関以外の送出先に搬送する分岐流路と、
前記分岐流路を開閉するゲート部と、を備え、
前記ゲート部は、
前記ディーゼル機関の負荷率が、所定の下限閾値から上限閾値までの範囲内であるときには前記分岐流路を開き、それ以外のときには前記分岐流路を閉じる、過給機。 A compressor that compresses air and supplies it to a diesel engine;
A branch flow path for branching a part of the air compressed by the compressor from a discharge port of the compressor and conveying it to a destination other than the diesel engine;
A gate part for opening and closing the branch flow path,
The gate part is
A turbocharger that opens the branch passage when the load factor of the diesel engine is within a range from a predetermined lower limit threshold to an upper limit threshold, and closes the branch passage otherwise.
前記第1ゲートは、
前記コンプレッサの吐出口の圧力が、前記上限閾値の負荷率に対応する上限圧力以下のときに前記分岐流路を開き、それ以外のときには前記分岐流路を閉じ、
前記第2ゲートは、
前記コンプレッサの吐出口の圧力が、前記下限閾値の負荷率に対応する下限圧力以上のときに前記分岐流路を開き、それ以外のときには前記分岐流路を閉じる、請求項1に記載の過給機。 The gate unit includes a first gate and a second gate connected in series,
The first gate is
When the pressure at the discharge port of the compressor is equal to or lower than the upper limit pressure corresponding to the load factor of the upper limit threshold, the branch flow path is opened; otherwise, the branch flow path is closed,
The second gate is
The supercharging according to claim 1, wherein the branch flow path is opened when a pressure at a discharge port of the compressor is equal to or higher than a lower limit pressure corresponding to the load factor of the lower limit threshold, and the branch flow path is closed otherwise. Machine.
前記分岐流路の開閉操作を行う開閉操作レバーと、
前記コンプレッサの吐出口に連通されると共に隔壁の一部としてダイヤフラムを有する圧力室と、
前記ダイヤフラムの変形に伴って軸方向に往復移動し前記開閉操作レバーを駆動するロッドと、を備える、請求項2に記載の過給機。 The first gate and the second gate are:
An opening / closing operation lever for opening / closing the branch flow path;
A pressure chamber communicated with the discharge port of the compressor and having a diaphragm as a part of the partition;
The supercharger according to claim 2, further comprising: a rod that reciprocally moves in an axial direction along with the deformation of the diaphragm to drive the opening / closing operation lever.
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