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JP7503976B2 - Marine internal combustion engine - Google Patents

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JP7503976B2 JP2020151349A JP2020151349A JP7503976B2 JP 7503976 B2 JP7503976 B2 JP 7503976B2 JP 2020151349 A JP2020151349 A JP 2020151349A JP 2020151349 A JP2020151349 A JP 2020151349A JP 7503976 B2 JP7503976 B2 JP 7503976B2
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Description

本開示は、舶用内燃機関に関する。 This disclosure relates to a marine internal combustion engine.

特許文献1には、舶用に限定されない内燃機関の一例として、EGR装置を備えた過給機付きエンジンが開示されている。具体的に、この特許文献1には、過給機の吸入空気温度に基づいて、過給機が破損する破損温度に対応する破損過給圧を求め、その破損過給圧よりも低く設定された最大過給圧を上限とするように、過給機の過給圧を制限することが開示されている。 Patent Document 1 discloses a supercharged engine equipped with an EGR device as an example of an internal combustion engine not limited to marine use. Specifically, Patent Document 1 discloses that a damage supercharging pressure corresponding to the damage temperature at which the supercharger is damaged is calculated based on the intake air temperature of the supercharger, and the supercharging pressure of the supercharger is limited so that the upper limit is set to a maximum supercharging pressure that is set lower than the damage supercharging pressure.

前記特許文献1によると、EGR装置を備えるエンジンの場合、EGRクーラの性能次第では、吸気通路に還流されるEGRガスが高温になる可能性がある。そのため、過給機がEGRガスを吸入する場合、その過給機に吸入される空気の温度(吸入空気温度)が過度に高くなり、それに起因して過給機が破損するおそれがある。 According to Patent Document 1, in the case of an engine equipped with an EGR device, depending on the performance of the EGR cooler, the EGR gas recirculated to the intake passage may become hot. Therefore, when the turbocharger draws in EGR gas, the temperature of the air drawn into the turbocharger (intake air temperature) becomes excessively high, which may cause damage to the turbocharger.

こうした問題に対し、前記特許文献1に開示されているエンジンは、前記吸入空気温度に基づいて過給機の過給圧を制限することで、過給機の破損を予防することができるようになっている。ここで、同文献に係るエンジンは、過給機の過給圧を制限するための手段として、過給機を迂回するように空気を流通させるバイパスバルブを備えた構成とされている。 To address these issues, the engine disclosed in Patent Document 1 is able to prevent damage to the turbocharger by limiting the turbocharger's boost pressure based on the intake air temperature. Here, the engine described in this document is configured with a bypass valve that allows air to circumvent the turbocharger as a means for limiting the turbocharger's boost pressure.

特開2009-299537号公報JP 2009-299537 A

前述した問題に対応するための具体的な方策としては、例えば、EGRガスを還流させる際にバイパスバルブの開弁等を行うことで、過給機を構成するロータ、タービン等に流入する排気の流量または流速を減少させ、過給圧が過度に高くならないようにすることが考えられる。 Specific measures to address the above-mentioned problem could, for example, open a bypass valve when recirculating EGR gas, thereby reducing the flow rate or flow velocity of the exhaust gas flowing into the rotor, turbine, etc. that make up the turbocharger, and thus preventing the turbocharger pressure from becoming excessively high.

また、バイパスバルブに限らずとも、いわゆる可変ノズルターボを用いることで、EGRガスを還流させるか否かに応じて、過給機に流入する排気の流速を適宜調整することも考えられる。 In addition, instead of using a bypass valve, it is also possible to use a so-called variable nozzle turbo to appropriately adjust the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbocharger depending on whether or not EGR gas is recirculated.

もっとも、前述した問題は、EGRクーラの性能に起因するものである。そのため、例えば舶用内燃機関のように、大型で高性能な冷却装置を使用できる場合には、前述の如き制御は通常不要となる。 However, the above-mentioned problem is caused by the performance of the EGR cooler. Therefore, when a large, high-performance cooling device can be used, such as in a marine internal combustion engine, the above-mentioned control is usually not necessary.

ところで、船舶を対象に実施されているNOx規制のうち、特に3次規制(Tier3)をクリアするための手段として、前記特許文献1に開示されているようなEGR装置を具備した舶用内燃機関が検討されている。 Meanwhile, marine internal combustion engines equipped with an EGR device such as that disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 are being considered as a means of complying with NOx regulations, particularly Tier 3 regulations, which are currently in place for ships.

そうした舶用内燃機関において、さらに排気タービン式過給機を備えた構成とした場合、コンプレッサで圧縮される空気の比熱比は、その空気に含まれるEGRガスに起因して低下することになる。比熱比の低下は、掃気圧(過給圧)の低下を招く。掃気圧の低下は、燃費性能の悪化、排気中のスモークの発生等を招くため望ましくない。 When such a marine internal combustion engine is further equipped with an exhaust turbine supercharger, the specific heat ratio of the air compressed by the compressor decreases due to the EGR gas contained in the air. The decrease in specific heat ratio leads to a decrease in scavenging pressure (supercharging pressure). The decrease in scavenging pressure is undesirable because it leads to a deterioration in fuel efficiency and the generation of smoke in the exhaust.

そこで、EGRガスを還流させることを見越して、燃料の噴射圧力を予め高く設定したり、比熱比の低下に伴う掃気圧の低下を補うようにタービン上流のノズル面積(以下、これを「タービンノズル面積」という)を予め絞っておいたりすることが考えられる。 In anticipation of recirculating EGR gas, it is possible to set the fuel injection pressure high in advance, or to narrow the nozzle area upstream of the turbine (hereinafter referred to as the "turbine nozzle area") in advance to compensate for the decrease in scavenging pressure that accompanies the decrease in the specific heat ratio.

ところが、船舶が運航対象とする海域は、前述の3次規制が敷かれた海域(以下、「Tier3海域」という)には限定されない。この3次規制よりもNOxの排出制限が緩い2次規制(Tier2)が敷かれた海域(以下、「Tier2海域」という)を運航したり、Tier3海域と、Tier2海域2と、を行き来するように運航したりすることも考えられる。 However, the waters in which a ship operates are not limited to those where the aforementioned Tier 3 regulations are in place (hereafter referred to as "Tier 3 waters"). It is also conceivable for the ship to operate in waters where Tier 2 regulations (Tier 2 waters) are in place, which have looser NOx emission limits than the Tier 3 regulations, or to travel between Tier 3 waters and Tier 2 waters 2.

これに対応するためには、Tier3海域ではEGR弁を開弁してEGRガスを還流させる一方、Tier2海域ではEGR弁を閉弁してEGRガスを還流させないように内燃機関を制御することが考えられる。 To deal with this, it is conceivable to control the internal combustion engine so that the EGR valve is opened in Tier 3 waters to allow the EGR gas to be recirculated, while the EGR valve is closed in Tier 2 waters to prevent the EGR gas from being recirculated.

ところが、EGRガスを還流させるEGR運転時(Tier3海域に適した運転時)に比熱比に係る問題が生じないように、前述のように燃料の噴射圧力を予め高く設定してしまうと、EGRガスを還流させない通常運転時(Tier2海域に適した運転時)に、NOxの排出量が増加してしまうという問題に直面することになる。 However, if the fuel injection pressure is set high in advance as described above to avoid problems related to the specific heat ratio during EGR operation in which EGR gas is recirculated (operation suitable for Tier 3 waters), then during normal operation in which EGR gas is not recirculated (operation suitable for Tier 2 waters), the problem of increased NOx emissions will arise.

そこで、燃料の噴射圧力を高める代わりに、前述のようにタービンノズル面積を予め絞ることが考えられるが、この場合、通常運転時に掃気圧が過度に上昇してしまい、筒内圧が設計上の許容範囲を超えてしまうおそれがある。 Instead of increasing the fuel injection pressure, it is possible to reduce the turbine nozzle area in advance, as mentioned above. However, in this case, the scavenging pressure may rise excessively during normal operation, causing the in-cylinder pressure to exceed the design tolerance.

このように、本願発明者らは、前記特許文献1とは異なる観点から検討を進めた結果、舶用内燃機関に特有の課題を新たに発見した。本願発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた末に、同文献に係る構成とは異質な制御を創作するに至った。 As described above, the inventors of the present application conducted research from a different perspective than that of Patent Document 1, and as a result discovered a new problem specific to marine internal combustion engines. After further intensive research, the inventors of the present application came up with a control method that is different from the configuration described in Patent Document 1.

本開示は、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、排気タービン式過給機を備える舶用内燃機関において、EGR運転と通常運転とを両立することにある。 This disclosure has been made in light of these points, and its purpose is to achieve compatibility between EGR operation and normal operation in a marine internal combustion engine equipped with an exhaust turbine supercharger.

本開示の第1の態様は、舶用内燃機関に関する。この舶用内燃機関は、2ストローク式の主機関と、前記主機関に接続される吸気通路及び排気通路と、前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、前記排気通路における前記タービン下流側の部位と、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流側の部位と、を接続するEGR通路と、前記EGR通路を開閉するEGR弁と、前記タービンに供給される排気の流量または流速を調整する排気調整システムと、前記EGR弁の開度に基づいて前記排気調整システムを制御するコントローラと、を備える。 The first aspect of the present disclosure relates to a marine internal combustion engine. This marine internal combustion engine includes a two-stroke main engine, an intake passage and an exhaust passage connected to the main engine, an exhaust turbine supercharger having a compressor disposed in the intake passage and a turbine disposed in the exhaust passage, and driving the compressor with exhaust gas supplied to the turbine, an EGR passage connecting a portion of the exhaust passage downstream of the turbine and a portion of the intake passage upstream of the compressor, an EGR valve that opens and closes the EGR passage, an exhaust regulation system that regulates the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine, and a controller that controls the exhaust regulation system based on the opening degree of the EGR valve.

そして、本開示の第1の態様によれば、前記コントローラは、前記EGR弁が閉弁状態にある場合には、該EGR弁が開弁状態にある場合と比較して、前記タービンに供給される排気の流量または流速を減少させる。 And, according to the first aspect of the present disclosure, when the EGR valve is in a closed state, the controller reduces the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine compared to when the EGR valve is in an open state.

ここで、「排気調整システム」には、排気にタービンを迂回させることによって排気の流量を調整するバイパスライン、タービン上流のノズル面積を可変とすることで排気の流速を調整する可変ノズル等が含まれる。 Here, the "exhaust adjustment system" includes a bypass line that adjusts the exhaust flow rate by making the exhaust bypass the turbine, and a variable nozzle that adjusts the exhaust flow rate by varying the nozzle area upstream of the turbine.

前記第1の態様によると、前記コントローラは、Tier2海域での運航等、EGRガスを還流させない通常運転を実行する場合(EGR弁が閉弁状態にある場合)には、Tier3海域での運航等、EGRガスを還流させるEGR運転を実行する場合(EGR弁が開弁状態にある場合)と比較して、タービンに供給される排気の流量または流速を減少させる。 According to the first aspect, when performing normal operation without recirculating EGR gas (when the EGR valve is closed), such as when operating in Tier 2 waters, the controller reduces the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine, compared to when performing EGR operation with recirculating EGR gas (when the EGR valve is open), such as when operating in Tier 3 waters.

これにより、EGR運転に適した掃気圧が実現されるようにタービンノズル面積を予め絞っておいたとしても、通常運転ではタービンに供給される排気の流量または流速を減少させることで、通常運転における掃気圧の過度の上昇を抑制し、筒内圧を許容範囲に収めることができるようになる。 As a result, even if the turbine nozzle area is narrowed in advance to achieve a scavenging pressure suitable for EGR operation, by reducing the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine during normal operation, it is possible to suppress an excessive increase in scavenging pressure during normal operation and keep the in-cylinder pressure within an acceptable range.

換言すれば、前記コントローラは、EGR運転を実行する場合には、通常運転を実行する場合と比較して、タービンに供給される排気の流量または流速を増加させることになる。 In other words, when EGR operation is performed, the controller increases the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine compared to when normal operation is performed.

これにより、通常運転に適した掃気圧が実現されるように、バイパスライン等を用いて排気の流量等を低めに設定しておいたとしても、EGR運転時にはそのバイパスライン等を閉止することで、EGR運転においても適切な掃気圧を維持することができるようになる。 As a result, even if the exhaust flow rate is set low using a bypass line or the like to achieve a scavenging pressure suitable for normal operation, by closing the bypass line or the like during EGR operation, it becomes possible to maintain an appropriate scavenging pressure even during EGR operation.

また、本開示の第2の態様によれば、前記排気調整システムは、前記排気通路における前記タービン上流側の部位と、該タービン下流側の部位と、を接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉することで、前記タービンに供給される排気の流量を調整するバイパス弁と、を有する、としてもよい。 According to a second aspect of the present disclosure, the exhaust adjustment system may also have a bypass passage that connects a portion of the exhaust passage upstream of the turbine with a portion of the exhaust passage downstream of the turbine, and a bypass valve that adjusts the flow rate of exhaust gas supplied to the turbine by opening and closing the bypass passage.

前記第2の態様によると、バイパス弁を開弁状態にしたときには、タービンに供給される排気の流量を相対的に減少させることができる一方、バイパス弁を閉弁状態にしたときには、タービンに供給される排気の流量を相対的に増加させることができるようになる。バイパス弁を適宜開閉することで、EGR運転から通常運転への移行時(あるいは、その逆の移行時)に、掃気圧を適切な値に維持することができるようになる。 According to the second aspect, when the bypass valve is opened, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine can be relatively reduced, while when the bypass valve is closed, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine can be relatively increased. By appropriately opening and closing the bypass valve, the scavenging pressure can be maintained at an appropriate value when transitioning from EGR operation to normal operation (or vice versa).

また、本開示の第3の態様によれば、前記排気タービン式過給機は、前記EGR弁及び前記バイパス弁のいずれか一方を開弁状態としたときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成される、としてもよい。 Furthermore, according to a third aspect of the present disclosure, the exhaust turbocharger may be configured so that the discharge pressure of the exhaust turbocharger falls within a predetermined appropriate range when either the EGR valve or the bypass valve is in an open state.

ここでいう「吐出圧」とは、排気タービン式過給機のコンプレッサから吐出される空気の圧力(過給圧)を指す。吐出圧の大きさは、前述の掃気圧と実質的に等しい。さらに、ここでいう「適正範囲」とは、主機関の筒内圧が許容範囲を超えないように設定された圧力範囲を指す。 The "discharge pressure" here refers to the pressure of the air discharged from the compressor of the exhaust turbocharger (supercharging pressure). The magnitude of the discharge pressure is substantially equal to the scavenging pressure mentioned above. Furthermore, the "appropriate range" here refers to the pressure range set so that the internal cylinder pressure of the main engine does not exceed the allowable range.

前記第3の態様によると、例えばタービンノズル面積を設計段階で絞っておくことで、排気タービン式過給機の吐出圧を予め高めに設定する。こうすることで、EGR弁を開弁状態としたとき(または、バイパス弁を開弁状態としたとき)に生じる吐出圧の低下を見越した構成とすることができ、吐出圧を適正範囲に収めることが可能になる。 According to the third aspect, the discharge pressure of the exhaust turbocharger is set higher in advance, for example by narrowing the turbine nozzle area at the design stage. This allows for a configuration that anticipates a drop in discharge pressure that occurs when the EGR valve is opened (or when the bypass valve is opened), making it possible to keep the discharge pressure within an appropriate range.

また、本開示の第4の態様によれば、前記コントローラは、前記EGR弁が開弁状態から閉弁状態に変更されたとき、前記バイパス弁を少なくとも一時的に全開状態にする、としてもよい。 According to a fourth aspect of the present disclosure, the controller may also at least temporarily open the bypass valve when the EGR valve is changed from an open state to a closed state.

前記第4の態様によると、EGR運転から通常運転への移行直後または移行過渡時にバイパス弁を全開状態にすることで、主機関内に残存したEGRガスの排出を促進し、これを早期に排出することができるようになる。これにより、EGR運転から通常運転への移行をスムースに行うことができるようになる。 According to the fourth aspect, by fully opening the bypass valve immediately after or during the transition from EGR operation to normal operation, it is possible to promote the discharge of EGR gas remaining in the main engine and discharge it early. This allows for a smooth transition from EGR operation to normal operation.

また、本開示の第5の態様によれば、前記舶用内燃機関は、前記タービンを通過する排気の流量と、前記バイパス通路を介して前記タービンを迂回する排気の流量と、の比率を調整する排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段は、前記バイパス弁が開弁状態にあるか否かに拘わらず、前記タービンを迂回する排気の流量を、該タービンを通過する排気の流量よりも少なくするように構成される、としてもよい。 According to a fifth aspect of the present disclosure, the marine internal combustion engine may include an exhaust throttling means for adjusting the ratio between the flow rate of exhaust gas passing through the turbine and the flow rate of exhaust gas bypassing the turbine via the bypass passage, and the exhaust throttling means may be configured to make the flow rate of exhaust gas bypassing the turbine less than the flow rate of exhaust gas passing through the turbine, regardless of whether the bypass valve is in an open state.

バイパス弁が開弁状態にあるときには、バイパス通路を介して排気がタービンを迂回することになる。しかしながら、必要以上の排気を迂回させてしてしまっては、掃気圧の低下を招き、これを維持する上で不都合となる。 When the bypass valve is open, the exhaust gas bypasses the turbine through the bypass passage. However, if more exhaust gas than necessary is bypassed, this will result in a decrease in scavenging pressure, which will be inconvenient in maintaining it.

前記第5の態様によると、前記排気絞り手段は、バイパス弁が開弁状態にあってもなお、タービンを迂回する排気の流量を、該タービンを通過する排気の流量よりも少なくする。こうすることで、タービンの駆動に要する流量を確保することができ、ひいては、掃気圧を維持する上で有利になる。 According to the fifth aspect, the exhaust throttling means reduces the flow rate of exhaust bypassing the turbine to less than the flow rate of exhaust passing through the turbine even when the bypass valve is open. This ensures the flow rate required to drive the turbine, which is advantageous in maintaining the scavenging pressure.

また、本開示の第6の態様によれば、前記バイパス通路には、該バイパス通路の通路断面積を狭めるオリフィスが設けられ、前記排気絞り手段は、前記オリフィスによって構成される、としてもよい。 According to a sixth aspect of the present disclosure, the bypass passage may be provided with an orifice that narrows the cross-sectional area of the bypass passage, and the exhaust throttling means may be constituted by the orifice.

前記第6の態様は、掃気圧を維持する上で有効である。 The sixth aspect is effective in maintaining the scavenging pressure.

また、本開示の第7の態様によれば、前記舶用内燃機関は、前記排気タービン式過給機は、前記タービン周囲の通路面積を変化させることで、前記タービンに供給される排気の流速を調整する可変ノズルを備え、前記排気調整システムは、前記可変ノズルによって構成される、としてもよい。 According to a seventh aspect of the present disclosure, the marine internal combustion engine may be configured such that the exhaust turbine supercharger includes a variable nozzle that adjusts the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine by changing the passage area around the turbine, and the exhaust adjustment system is configured by the variable nozzle.

前記第7の態様によると、可変ノズルを絞ったときには、タービンに供給される排気の流速を相対的に増加させることができる一方、可変ノズルを開いたときには、タービンに供給される排気の流速を相対的に減少させることができるようになる。このように構成することで、EGR運転から通常運転への移行時(あるいは、その逆の移行時)に、掃気圧を適切な値に維持することができるようになる。 According to the seventh aspect, when the variable nozzle is narrowed, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine can be relatively increased, while when the variable nozzle is opened, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine can be relatively decreased. By configuring in this way, it becomes possible to maintain the scavenging pressure at an appropriate value when transitioning from EGR operation to normal operation (or vice versa).

また、本開示の第8の態様によれば、前記排気タービン式過給機は、前記EGR弁を開弁状態としかつ前記可変ノズルによって前記通路面積を縮小したとき、または、前記EGR弁を閉弁状態としかつ前記可変ノズルによって前記通路面積を拡大したときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定範囲に収まるように構成される、としてもよい。 According to an eighth aspect of the present disclosure, the exhaust turbocharger may be configured such that the discharge pressure of the exhaust turbocharger falls within a predetermined range when the EGR valve is open and the passage area is reduced by the variable nozzle, or when the EGR valve is closed and the passage area is expanded by the variable nozzle.

前記第8の態様によると、例えばタービンノズル面積を設計段階で絞っておくことで、排気タービン式過給機の吐出圧を予め高めに設定する。こうすることで、EGR弁を開弁状態としたとき、または、可変ノズルによって通路面積を拡大したときに生じる掃気圧の低下を見越した構成とすることができ、掃気圧を適正範囲に収めることが可能になる。 According to the eighth aspect, the discharge pressure of the exhaust turbocharger is set higher in advance, for example by narrowing the turbine nozzle area at the design stage. This allows for a configuration that anticipates a drop in scavenging pressure that occurs when the EGR valve is opened or the passage area is expanded by the variable nozzle, making it possible to keep the scavenging pressure within an appropriate range.

以上説明したように、本開示によれば、排気タービン式過給機を備える舶用内燃機関において、EGR運転と通常運転とを両立することができる。 As described above, according to the present disclosure, it is possible to achieve both EGR operation and normal operation in a marine internal combustion engine equipped with an exhaust turbine supercharger.

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。FIG. 1 is a system diagram illustrating a schematic configuration of a marine internal combustion engine. 図2は、EGR運転から通常運転への切替手順を例示するフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for switching from EGR operation to normal operation. 図3は、通常運転からEGR運転への切替手順を例示するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure for switching from normal operation to EGR operation. 図4は、舶用内燃機関の変形例を示す図1対応図である。FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1, showing a modified example of a marine internal combustion engine.

以下、本開示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」ともいう)の概略構成を例示するシステム図である。
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the following description is merely an example.
FIG. 1 is a system diagram illustrating a schematic configuration of a marine internal combustion engine (hereinafter, also simply referred to as "engine 1").

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ディーゼルエンジンである。このエンジン1は、ユニフロー掃気方式の2ストローク1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。 Engine 1 is an in-line multi-cylinder diesel engine equipped with multiple cylinders 11. This engine 1 is configured as a two-stroke, one-cycle engine with a uniflow scavenging system, and is installed on large ships such as tankers, container ships, and car carriers.

船舶に搭載されたエンジン1は、その船舶を推進させるための主機関10を備える。そのため、主機関10の出力軸は、プロペラ軸(不図示)を介して船舶のプロペラ(不図示)に連結されている。エンジン1が運転することで、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。 The engine 1 installed on the ship is equipped with a main engine 10 for propelling the ship. Therefore, the output shaft of the main engine 10 is connected to the ship's propeller (not shown) via a propeller shaft (not shown). When the engine 1 is operating, its output is transmitted to the propeller, propelling the ship.

エンジン1はまた、ターボ過給機付エンジンとして構成されている。すなわち、本実施形態に係るエンジン1は、図1に示されるように、排気タービン式過給機4を備えた構成とされている。 The engine 1 is also configured as a turbocharged engine. That is, the engine 1 according to this embodiment is configured with an exhaust turbine supercharger 4, as shown in FIG. 1.

(1)主要構成
以下、エンジン1の要部について説明する。
(1) Main Configuration The main parts of the engine 1 will now be described.

図1に示されるように、エンジン1は、前述の主機関10と、この主機関10に接続される吸気系2及び排気系3と、排気系3を流れる排気によって作動する排気タービン式過給機4と、排気を還流させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)システム8と、排気の流量または流速を調整する排気調整システム9と、エンジン1の各部を制御するコントローラ100と、を備える。 As shown in FIG. 1, the engine 1 includes the main engine 10, an intake system 2 and an exhaust system 3 connected to the main engine 10, an exhaust turbine supercharger 4 that operates using exhaust gas flowing through the exhaust system 3, an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system 8 that recirculates the exhaust gas, an exhaust regulation system 9 that adjusts the flow rate or flow speed of the exhaust gas, and a controller 100 that controls each part of the engine 1.

このうち、主機関10は、複数のシリンダ11(図1においては、4つのシリンダ11のみを例示)を有する。主機関10は、2ストローク式の機関である。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毎に燃焼室が区画される。 Of these, the main engine 10 has multiple cylinders 11 (only four cylinders 11 are illustrated in FIG. 1). The main engine 10 is a two-stroke engine. A piston (not shown) is inserted into each cylinder 11 so that it can reciprocate. A combustion chamber is defined for each cylinder 11 by the inner wall of each cylinder 11, the ceiling surface of the cylinder head (not shown), and the top surface of the piston.

主機関10はまた、掃気トランク18と、排気マニホールド19と、を有する。掃気トランク18は、主機関10の燃焼室に連通しており、この燃焼室12に掃気を供給するように構成される。排気マニホールド19は、主機関10の燃焼室に連通しており、この燃焼室から既燃ガス(排気)を排出することができる。主機関10は、掃気トランク18を介して吸気系2(具体的には、後述の吸気通路21)に接続される一方、排気マニホールド19を介して排気系3(具体的には、後述の排気通路31)に接続されるようになっている。 The main engine 10 also has a scavenging trunk 18 and an exhaust manifold 19. The scavenging trunk 18 is connected to the combustion chamber of the main engine 10 and is configured to supply scavenging air to the combustion chamber 12. The exhaust manifold 19 is connected to the combustion chamber of the main engine 10 and can discharge burnt gas (exhaust) from the combustion chamber. The main engine 10 is connected to the intake system 2 (specifically, the intake passage 21 described below) via the scavenging trunk 18, and is connected to the exhaust system 3 (specifically, the exhaust passage 31 described below) via the exhaust manifold 19.

吸気系2は、主機関10に接続される吸気通路21を有する。吸気系2は、この吸気通路21を介して主機関10に空気を送り込むように構成される。具体的に、本実施形態に係る吸気通路21には、上流側から順に、大気から取り込んだ空気(新気)を後述のEGRガスとともに圧縮するコンプレッサ41と、コンプレッサ41により圧縮された空気を冷却するエアクーラ22と、が設けられる。エアクーラ22によって冷却された空気は、前述の掃気トランク18を介して燃焼室に至る。 The intake system 2 has an intake passage 21 connected to the main engine 10. The intake system 2 is configured to send air to the main engine 10 through this intake passage 21. Specifically, in this embodiment, the intake passage 21 is provided with, from the upstream side, a compressor 41 that compresses air (fresh air) taken in from the atmosphere together with EGR gas described below, and an air cooler 22 that cools the air compressed by the compressor 41. The air cooled by the air cooler 22 reaches the combustion chamber via the scavenging trunk 18 described above.

排気系3は、主機関10に接続される排気通路31を有する。排気系3は、この排気通路31を介して主機関10から排気を排出するように構成される。具体的に、本実施形態に係る排気通路31には、上流側から順に、後述のバイパス通路91へと分岐する第1分岐部(バイパス通路91の上流端部と排気通路31との接続部)31aと、コンプレッサ41に対して駆動連結されたタービン42と、バイパス通路91と合流する合流部(バイパス通路91の下流端部と排気通路31との接続部)31bと、後述のEGR通路81へと分岐する第2分岐部(EGR通路81の上流端部と排気通路31との接続部)31cと、が設けられる。燃焼室から排出された排気は、前述の排気マニホールド19を介して排気通路31に流入し、タービン42を通過して大気に開放される。 The exhaust system 3 has an exhaust passage 31 connected to the main engine 10. The exhaust system 3 is configured to discharge exhaust from the main engine 10 through this exhaust passage 31. Specifically, the exhaust passage 31 according to this embodiment is provided with, in order from the upstream side, a first branch section (connection section between the upstream end of the bypass passage 91 and the exhaust passage 31) 31a branching to a bypass passage 91 described later, a turbine 42 drivingly connected to the compressor 41, a junction section (connection section between the downstream end of the bypass passage 91 and the exhaust passage 31) 31b merging with the bypass passage 91, and a second branch section (connection section between the upstream end of the EGR passage 81 and the exhaust passage 31) 31c branching to an EGR passage 81 described later. The exhaust discharged from the combustion chamber flows into the exhaust passage 31 through the exhaust manifold 19 described above, passes through the turbine 42, and is released to the atmosphere.

排気タービン式過給機4は、吸気通路21に配置されるコンプレッサ41と、排気通路31に配置されるタービン42と、を有し、タービン42に供給される排気によってコンプレッサ41を駆動するように構成される。ここで、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。そのため、タービン42を通過する排気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を通過する空気を圧縮することができる。 The exhaust turbine supercharger 4 has a compressor 41 arranged in the intake passage 21 and a turbine 42 arranged in the exhaust passage 31, and is configured to drive the compressor 41 with exhaust gas supplied to the turbine 42. Here, the compressor 41 and the turbine 42 are connected and rotate synchronously with each other. Therefore, when the compressor 41 is rotationally driven by the exhaust gas passing through the turbine 42, the air passing through this compressor 41 can be compressed.

EGRシステム8は、排気通路31におけるタービン42下流側の部位(第2分岐部31c)と、吸気通路21におけるコンプレッサ41上流側の部位と、を接続するEGR通路81を有する。EGRシステム8は、いわゆる低圧EGRシステムとして構成されており、EGR通路81を介して排気を循環させるように構成される。具体的に、本実施形態に係る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弁82と、EGRユニット83と、が設けられる。 The EGR system 8 has an EGR passage 81 that connects a portion of the exhaust passage 31 downstream of the turbine 42 (second branch portion 31c) and a portion of the intake passage 21 upstream of the compressor 41. The EGR system 8 is configured as a so-called low-pressure EGR system, and is configured to circulate exhaust gas through the EGR passage 81. Specifically, the EGR passage 81 according to this embodiment is provided with an EGR valve 82 and an EGR unit 83, in that order from the upstream side in the flow direction of the circulated exhaust gas (hereinafter also referred to as "EGR gas").

このうち、EGR弁82は、EGR通路81を開閉する。このEGR弁82は、コントローラ100から入力される制御信号にしたがって作動する。 Of these, the EGR valve 82 opens and closes the EGR passage 81. This EGR valve 82 operates according to a control signal input from the controller 100.

EGRユニット83は、EGRガスからスート、SOx等を除去するスクラバと、EGRガスを冷却するEGRクーラと、EGRガスを昇圧するブロワと、を組み合わせてなる。なお、スクラバやEGRクーラでの圧損が少なく、EGR弁82の開度調整だけで必要なEGRガス量を循環可能な場合には、ブロアは必須ではない。 The EGR unit 83 is a combination of a scrubber that removes soot, SOx, etc. from the EGR gas, an EGR cooler that cools the EGR gas, and a blower that pressurizes the EGR gas. Note that if there is little pressure loss in the scrubber or EGR cooler and the required amount of EGR gas can be circulated simply by adjusting the opening of the EGR valve 82, the blower is not essential.

排気調整システム9は、タービン42に供給される排気の流量または流速を調整することで、排気タービン式過給機4の過給圧(具体的には、コンプレッサ41から吐出される空気の圧力)を制御する。具体的に、本実施形態に係る排気調整システム9は、タービン42に供給される排気の流量を調整するように構成されており、バイパス通路91と、バイパス弁93と、排気絞り手段92と、を有する。なお、後述のように、排気調整システム9において、排気絞り手段92は必須ではない。 The exhaust regulation system 9 controls the boost pressure of the exhaust turbine supercharger 4 (specifically, the pressure of the air discharged from the compressor 41) by adjusting the flow rate or flow speed of the exhaust gas supplied to the turbine 42. Specifically, the exhaust regulation system 9 according to this embodiment is configured to adjust the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine 42, and has a bypass passage 91, a bypass valve 93, and an exhaust throttling means 92. Note that, as described below, the exhaust throttling means 92 is not essential to the exhaust regulation system 9.

このうち、バイパス通路91は、排気通路31におけるタービン42上流側の部位(第1分岐部31a)と、該タービン42下流側の部位(合流部31b)と、を接続する。このバイパス通路91には、上流側から順に、排気絞り手段92と、バイパス弁93とが配置される。 Of these, the bypass passage 91 connects the portion of the exhaust passage 31 upstream of the turbine 42 (first branch portion 31a) to the portion downstream of the turbine 42 (junction portion 31b). In this bypass passage 91, an exhaust throttle means 92 and a bypass valve 93 are arranged in this order from the upstream side.

バイパス弁93は、バイパス通路91を開閉する。このバイパス弁93は、コントローラ100から入力される制御信号にしたがって作動する。 The bypass valve 93 opens and closes the bypass passage 91. This bypass valve 93 operates according to a control signal input from the controller 100.

排気絞り手段92は、タービン42を通過する排気の流量(第1流量)と、バイパス通路91を介してタービン42を迂回する排気の流量(第2流量)と、の比率を調整する。具体的に、排気絞り手段92は、バイパス弁93が開弁状態にあるか否かに拘わらず、第2流量を第1流量よりも少なくするように構成される。このように構成することで、排気タービン式過給機4の駆動に要する最低限の流量(第1流量)を確保しつつ、過給圧を抑制するための流量(第2流量)分だけタービン42を迂回させることができるようになる。 The exhaust throttle means 92 adjusts the ratio between the flow rate of exhaust gas passing through the turbine 42 (first flow rate) and the flow rate of exhaust gas bypassing the turbine 42 via the bypass passage 91 (second flow rate). Specifically, the exhaust throttle means 92 is configured to make the second flow rate less than the first flow rate, regardless of whether the bypass valve 93 is open or not. By configuring it in this way, it becomes possible to bypass the turbine 42 by the amount of flow rate (second flow rate) required to suppress the supercharging pressure while ensuring the minimum flow rate (first flow rate) required to drive the exhaust turbocharger 4.

また、本実施形態に係る排気絞り手段92は、バイパス通路91の通路断面積を狭めるオリフィスによって構成される。排気絞り手段92は、前述のように、バイパス通路91におけるバイパス弁93の上流側に配置される。 The exhaust throttle means 92 according to this embodiment is configured by an orifice that narrows the cross-sectional area of the bypass passage 91. As described above, the exhaust throttle means 92 is disposed upstream of the bypass valve 93 in the bypass passage 91.

なお、排気絞り手段92は、バイパス弁93の下流かつ合流部31の上流に配置してもよい。またそもそも、排気絞り手段92は必須ではない。排気絞り手段92を配置する代わりに、その機能をバイパス弁93に兼用させることもできる。その場合、バイパス弁93の開度を制御することで、タービン42に供給される排気の流量(具体的には、第1流量と第2流量との比率)を調整することになる。 The exhaust throttling means 92 may be disposed downstream of the bypass valve 93 and upstream of the junction 31. Furthermore, the exhaust throttling means 92 is not essential. Instead of disposing the exhaust throttling means 92, the bypass valve 93 may also serve its function. In that case, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine 42 (specifically, the ratio between the first flow rate and the second flow rate) is adjusted by controlling the opening degree of the bypass valve 93.

なお、EGRガスを循環させるときには、EGR通路81を介して排気が流通する分だけ、排気タービン式過給機4の負荷が低減し、掃気圧が低下することになる。掃気圧の低下は、シリンダ11に導入される空気量の低下を招き、燃費性能の悪化、スモークの発生等を招くため望ましくない。同様の問題は、排気の一部にタービン42を迂回させるとき(バイパス弁93を開いたとき)にも生じ得る。 When EGR gas is circulated, the load on the exhaust turbocharger 4 is reduced by the amount of exhaust gas flowing through the EGR passage 81, and the scavenging pressure is reduced. A decrease in scavenging pressure is undesirable because it reduces the amount of air introduced into the cylinder 11, leading to poor fuel economy and the generation of smoke. A similar problem can occur when part of the exhaust gas is made to bypass the turbine 42 (when the bypass valve 93 is opened).

そこで、本実施形態では、前述したような掃気圧の低下を見越して、排気タービン式過給機4のタービンノズル面積を絞るように設計段階でチューニングが施されている。そして、本実施形態に係る排気タービン式過給機4は、EGR弁82及びバイパス弁93のいずれか一方を開弁状態としたとき(換言すれば、EGR弁82及びバイパス弁93のうちの一方を開弁状態とし、他方を閉弁状態としたとき)に、該排気タービン式過給機4の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成される。こうすることで、EGR弁82を開弁状態としたとき(または、バイパス弁93を開弁状態としたとき)に生じる掃気圧の低下を見越した構成とすることができ、掃気圧を適正範囲に収めることが可能になる。 In this embodiment, therefore, in anticipation of the drop in scavenging pressure as described above, tuning is performed at the design stage to reduce the turbine nozzle area of the exhaust turbocharger 4. The exhaust turbocharger 4 according to this embodiment is configured so that when either the EGR valve 82 or the bypass valve 93 is opened (in other words, when one of the EGR valve 82 and the bypass valve 93 is opened and the other is closed), the discharge pressure of the exhaust turbocharger 4 falls within a predetermined appropriate range. In this way, a configuration can be achieved that anticipates the drop in scavenging pressure that occurs when the EGR valve 82 is opened (or when the bypass valve 93 is opened), and it becomes possible to keep the scavenging pressure within an appropriate range.

コントローラ100は、少なくとも、EGR弁82及びバイパス弁93と電気的に接続されている。コントローラ100は、EGR弁82の開度に基づいて排気調整システム9を制御する。 The controller 100 is electrically connected to at least the EGR valve 82 and the bypass valve 93. The controller 100 controls the exhaust regulation system 9 based on the opening degree of the EGR valve 82.

具体的に、コントローラ100は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、入出力バス等からなり、EGR弁82の開度を示す信号を受けて制御信号を生成し、それをバイパス弁93に入力することで排気調整システム9を制御する。 Specifically, the controller 100 is composed of a processor, a volatile memory, a non-volatile memory, an input/output bus, etc., and receives a signal indicating the opening degree of the EGR valve 82, generates a control signal, and inputs it to the bypass valve 93 to control the exhaust regulation system 9.

以下、コントローラ100が行う制御のうち、エンジン1の運転モードに関連した処理について説明する。 The following describes the processing performed by the controller 100 that is related to the operating mode of the engine 1.

(2)エンジンの運転モード
コントローラ100は、エンジン1の各種運転パラメータを制御することで、エンジン1の運転モードとして、3次規制(Tier3)に適合したEGR運転と、2次規制(Tier2)に適合した通常運転と、を使い分けることができる。EGR運転は、通常運転に比してNOx排出量の削減に適した運転モードである。通常運転は、EGR運転に比して空気の比熱比が高い運転モードである。
(2) Engine Operation Modes The controller 100 controls various operation parameters of the engine 1, and thereby can selectively use EGR operation conforming to Tier 3 regulations (Tier 3) and normal operation conforming to Tier 2 regulations (Tier 2) as operation modes of the engine 1. The EGR operation is an operation mode more suitable for reducing NOx emissions than the normal operation. The normal operation is an operation mode in which the specific heat ratio of air is higher than that of the EGR operation.

EGR運転において、コントローラ100は、EGR弁82を開弁状態とする。これにより、エンジン1内をEGRガスが循環するようになる。また、EGR運転において、コントローラ100は、排気調整システム9を制御することで、タービン42に供給される排気の流量または流速を通常運転に比して相対的に増加させる。具体的に、コントローラ100は、バイパス弁93を閉弁状態にする。これにより、バイパス通路91を介した排気の迂回が抑止される。
In EGR operation, the controller 100 opens the EGR valve 82. This allows EGR gas to circulate within the engine 1. In addition, in EGR operation, the controller 100 controls the exhaust regulation system 9 to relatively increase the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine 42 compared to normal operation. Specifically, the controller 100 closes the bypass valve 93. This prevents the exhaust gas from bypassing the bypass passage 91.

通常運転において、コントローラ100は、EGR弁82を閉弁状態とする。これにより、EGRガスの循環が停止される。また、通常運転において、コントローラ100は、排気調整システム9を制御することで、タービン42に供給される排気の流量または流速をEGR運転に比して相対的に減少させる。具体的に、コントローラ100は、バイパス弁93を開弁状態にする。これにより、バイパス通路91を介して排気の一部がタービン42を迂回するようになる。
In normal operation, the controller 100 closes the EGR valve 82. This stops the circulation of EGR gas. In addition, in normal operation, the controller 100 controls the exhaust regulation system 9 to reduce the flow rate or flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine 42 relatively compared to the EGR operation. Specifically, the controller 100 opens the bypass valve 93. This causes a portion of the exhaust gas to bypass the turbine 42 via the bypass passage 91.

また、EGR運転から通常運転への移行時(または移行過度時)には、EGR弁82が開弁状態から閉弁状態に変更されることになる。このとき、コントローラ100は、通常運転への移行完了直後、または、その移行過度時にかけて、バイパス弁93を少なくとも一時的に全開状態にする。 In addition, when transitioning from EGR operation to normal operation (or during the transitional period), the EGR valve 82 is changed from an open state to a closed state. At this time, the controller 100 at least temporarily opens the bypass valve 93 immediately after the transition to normal operation is completed or during the transitional period.

同様に、通常運転からEGR運転への移行時(または移行過度時)には、EGR弁82が閉弁状態から開弁状態に変更されることになる。このとき、コントローラ100は、EGR運転への移行完了直後、または、その移行過度時にかけて、バイパス弁93を閉弁状態にする。 Similarly, when transitioning from normal operation to EGR operation (or during the transition period), the EGR valve 82 is changed from a closed state to an open state. At this time, the controller 100 closes the bypass valve 93 immediately after the transition to EGR operation is completed or during the transition period.

(3)運転モードの切替の具体例
図2は、EGR運転から通常運転への切替手順を例示するフローチャートである。
(3) Specific Example of Switching Operation Mode FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for switching from the EGR operation to the normal operation.

まず、図2のステップS11に例示されるように、エンジン1の運転モードをEGR運転とした状態(特に、EGR運転の定常状態)で船舶が運航しているものとする。 First, as illustrated in step S11 of FIG. 2, it is assumed that the ship is operating with the engine 1 operating mode in EGR operation (particularly, in the steady state of EGR operation).

続くステップS12で、EGR運転から通常運転へ移行するか否かが判定される。この判定がYESのときはステップS13へ進む一方、NOのときはコントローラ100が制御プロセスを終了する。 In the next step S12, it is determined whether or not to transition from EGR operation to normal operation. If the determination is YES, the process proceeds to step S13, whereas if the determination is NO, the controller 100 ends the control process.

ステップS13では、EGR弁82が閉弁状態にされる。これにより、EGRガスの循環が停止される。それに続くステップS14では、コントローラ100がバイパス弁93に制御信号を出力することで、そのバイパス弁93を少なくとも一時的に全開状態にする。これにより、タービン42に供給される排気の流量が減少する。EGR弁82を閉じたことで掃気圧が過大となることが懸念されるところ、バイパス弁93を開いたことで、そうした懸念が解消される。 In step S13, the EGR valve 82 is closed. This stops the circulation of EGR gas. In the following step S14, the controller 100 outputs a control signal to the bypass valve 93, thereby fully opening the bypass valve 93 at least temporarily. This reduces the flow rate of exhaust gas supplied to the turbine 42. There is a concern that closing the EGR valve 82 may cause the scavenging pressure to become excessive, but this concern is eliminated by opening the bypass valve 93.

EGR弁82を閉じたことでエンジン1内のEGRガスが排出されると、ステップS14からステップS15に進む。このステップS15では、各種運転パラメータ(エンジン1の各種アクチュエータを制御するためのパラメータ)が、EGR運転に適したパラメータから通常運転に適したパラメータに変更される。 When the EGR gas in the engine 1 is discharged by closing the EGR valve 82, the process proceeds from step S14 to step S15. In step S15, the various operating parameters (parameters for controlling the various actuators of the engine 1) are changed from parameters suitable for EGR operation to parameters suitable for normal operation.

最終的に、ステップS15から続くステップS16において、通常運転(特に、通常運転の定常状態)での運航が開始され、コントローラ100は制御プロセスを終了することになる。 Finally, in step S16, which follows step S15, normal operation (particularly, steady state normal operation) begins, and the controller 100 ends the control process.

なお、ステップS13、ステップS14およびステップS15は、同時並行で実施することもできる。 Note that steps S13, S14, and S15 can also be performed simultaneously.

図3は、通常運転からEGR運転への切替手順を例示するフローチャートである。 Figure 3 is a flowchart illustrating the procedure for switching from normal operation to EGR operation.

まず、図3のステップS21に例示されるように、エンジン1の運転モードを通常運転とした状態(特に、通常運転の定常状態)で船舶が運航しているものとする。 First, as illustrated in step S21 of FIG. 3, it is assumed that the ship is operating with engine 1 in normal operation mode (particularly, in the steady state of normal operation).

続くステップS22で、通常運転からEGR運転へ移行するか否かが判定される。この判定がYESのときはステップS23へ進む一方、NOのときはコントローラ100が制御プロセスを終了する。 In the following step S22, it is determined whether or not to transition from normal operation to EGR operation. If the determination is YES, the process proceeds to step S23, whereas if the determination is NO, the controller 100 ends the control process.

ステップS23では、コントローラ100がバイパス弁93に制御信号を出力することで、そのバイパス弁93を少なくとも一時的に全閉状態にする。それに続くステップ24では、EGR弁82が開弁状態にされる。 In step S23, the controller 100 outputs a control signal to the bypass valve 93 to at least temporarily close the bypass valve 93. In the following step S24, the EGR valve 82 is opened.

ステップS23では、コントローラ100がバイパス弁93に制御信号を出力することで、そのバイパス弁93を少なくとも一時的に全閉状態にする。これにより、タービン42に供給される排気の流量が増加する。それに続くステップS24では、EGR弁82が開弁状態にされる。これにより、EGRガスの循環が開始される。EGR弁82を開いたことで掃気圧の低下が懸念されるところ、バイパス弁93を閉じたことで、そうした懸念が解消される。 In step S23, the controller 100 outputs a control signal to the bypass valve 93 to at least temporarily close the bypass valve 93. This increases the flow rate of exhaust gas supplied to the turbine 42. In the following step S24, the EGR valve 82 is opened. This starts the circulation of EGR gas. There is a concern that opening the EGR valve 82 may cause a drop in scavenging pressure, but closing the bypass valve 93 eliminates this concern.

EGR弁82を開いたことによってEGRガスの循環が開始されると、ステップS24からステップS25に進む。このステップS25では、各種運転パラメータが、通常運転に適したパラメータからEGR運転に適したパラメータに変更される。 When the EGR gas starts circulating by opening the EGR valve 82, the process proceeds from step S24 to step S25. In step S25, the various operating parameters are changed from parameters suitable for normal operation to parameters suitable for EGR operation.

最終的に、ステップS25から続くステップS26において、EGR運転(特に、EGR運転の定常状態)での運航が開始され、コントローラ100は制御プロセスを終了することになる。 Finally, in step S26, which follows step S25, operation with EGR operation (particularly, steady state EGR operation) is started, and the controller 100 ends the control process.

なお、ステップS23、ステップS24およびステップS25は、同時並行で実施することもできる。 Note that steps S23, S24, and S25 can also be performed simultaneously.

(4)掃気圧の維持について
以上説明したように、本実施形態に係るコントローラ100は、図2のステップS13~S14に示されるように、通常運転を実行する場合(EGR弁82が閉弁状態にある場合)には、EGR運転を実行する場合(EGR弁82が開弁状態にある場合)と比較して、タービン42に供給される排気の流量を減少させる。
(4) Regarding maintenance of scavenging pressure As described above, as shown in steps S13 to S14 of FIG. 2, when normal operation is performed (when the EGR valve 82 is in a closed state), the controller 100 according to this embodiment reduces the flow rate of exhaust gas supplied to the turbine 42 compared to when EGR operation is performed (when the EGR valve 82 is in an open state).

これにより、EGR運転に適した掃気圧が実現されるようにタービンノズル面積を予め絞っておいたとしても、通常運転ではタービン42に供給される排気の流量を減少させることで、その通常運転における掃気圧の過度の上昇を抑制し、筒内圧を許容範囲に収めることができるようになる。 As a result, even if the turbine nozzle area is narrowed in advance to achieve a scavenging pressure suitable for EGR operation, by reducing the flow rate of exhaust gas supplied to the turbine 42 during normal operation, excessive increases in scavenging pressure during normal operation can be suppressed, and the in-cylinder pressure can be kept within an acceptable range.

換言すれば、コントローラ100は、図3のステップS23~S24に示されるように、EGR運転を実行する場合には、通常運転を実行する場合と比較して、タービン42に供給される排気の流量を増加させることになる。 In other words, as shown in steps S23 to S24 of FIG. 3, when EGR operation is performed, the controller 100 increases the flow rate of exhaust gas supplied to the turbine 42 compared to when normal operation is performed.

これにより、通常運転に適した掃気圧が実現されるように、バイパス通路91を用いて排気の流量を低めに設定しておいたとしても、EGR運転時にはそのバイパス通路91を閉止することで、EGR運転においても適切な掃気圧を維持することができるようになる。 As a result, even if the exhaust flow rate is set low using the bypass passage 91 to achieve a scavenging pressure suitable for normal operation, by closing the bypass passage 91 during EGR operation, it is possible to maintain an appropriate scavenging pressure even during EGR operation.

また、図1に示されるように、バイパス弁93を用いて排気調整システム9を構成したことで、バイパス弁93を開弁状態にしたときには、タービン42に供給される排気の流量を相対的に減少させることができる一方、バイパス弁93を閉弁状態にしたときには、タービン42に供給される排気の流量を相対的に増加させることができるようになる。バイパス弁93を適宜開閉することで、EGR運転から通常運転への移行時(あるいは、その逆の移行時)に、掃気圧を適切な値に維持することができるようになる。 As shown in FIG. 1, by configuring the exhaust adjustment system 9 using the bypass valve 93, when the bypass valve 93 is opened, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine 42 can be relatively decreased, while when the bypass valve 93 is closed, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine 42 can be relatively increased. By appropriately opening and closing the bypass valve 93, it becomes possible to maintain the scavenging pressure at an appropriate value when transitioning from EGR operation to normal operation (or vice versa).

また、前述のように、タービンノズル面積を設計段階で絞っておくことで、排気タービン式過給機4の吐出圧は、事前に高めに設定される。このように設定することで、前述のように、EGR弁82を開弁状態としたとき、または、バイパス弁93を開弁状態としたときに生じる吐出圧の低下を見越した構成とすることができ、吐出圧を適正範囲に収めることが可能になる。 Also, as mentioned above, by narrowing the turbine nozzle area at the design stage, the discharge pressure of the exhaust turbocharger 4 is set high in advance. By setting it in this way, it is possible to create a configuration that anticipates the drop in discharge pressure that occurs when the EGR valve 82 or the bypass valve 93 is opened, as mentioned above, and it becomes possible to keep the discharge pressure within an appropriate range.

また、図2のステップS14に示されるように、EGR運転から通常運転への移行直後または移行過渡時にバイパス弁93を全開状態にすることで、主機関10内に残存したEGRガスの排出を促進し、これを早期に排出することができるようになる。これにより、EGR運転から通常運転への移行をスムースに行うことができるようになる。 In addition, as shown in step S14 of FIG. 2, by fully opening the bypass valve 93 immediately after or during the transition from EGR operation to normal operation, the discharge of EGR gas remaining in the main engine 10 is promoted, and the gas can be discharged early. This allows for a smooth transition from EGR operation to normal operation.

また、バイパス弁93が開弁状態にあるときには、バイパス通路91を介して排気がタービン42を迂回することになる。しかしながら、必要以上の排気を迂回させてしてしまっては、掃気圧の低下を招き、これを維持する上で不都合となる。 When the bypass valve 93 is open, the exhaust gas bypasses the turbine 42 via the bypass passage 91. However, if more exhaust gas than necessary is bypassed, this will result in a decrease in the scavenging pressure, which will be inconvenient in maintaining it.

そこで、バイパス通路91上にオリフィス92を設けることで、バイパス弁93が開弁状態にあってもなお、タービン42を迂回する排気の流量を、該タービン42を通過する排気の流量よりも少なくする。こうすることで、タービン42の駆動に要する流量を確保することができ、ひいては、掃気圧を維持する上で有利になる。 Therefore, by providing an orifice 92 on the bypass passage 91, the flow rate of exhaust gas bypassing the turbine 42 is made smaller than the flow rate of exhaust gas passing through the turbine 42 even when the bypass valve 93 is open. This ensures the flow rate required to drive the turbine 42, which is advantageous in maintaining the scavenging pressure.

《他の実施形態》
図4は、舶用内燃機関の変形例(以下、これを「エンジン1’」ともいう)を示す図1対応図である。前記実施形態に係る排気調整システム9は、バイパス通路91およびこれを開閉するバイパス弁93等によって構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。
Other Embodiments
Fig. 4 is a view showing a modified example of a marine internal combustion engine (hereinafter, also referred to as "engine 1'") corresponding to Fig. 1. The exhaust gas regulation system 9 according to the embodiment is configured with the bypass passage 91 and the bypass valve 93 for opening and closing the bypass passage 91, etc., but the present disclosure is not limited to such a configuration.

例えば、排気タービン式過給機4をいわゆる可変ノズルターボ(Variable Nozzle Turbo:VNT)として構成した場合において、その可変ノズル43によって排気調整システム9’を構成してもよい。 For example, if the exhaust turbine supercharger 4 is configured as a so-called variable nozzle turbo (VNT), the exhaust adjustment system 9' may be configured using the variable nozzle 43.

具体的に、変形例に係る排気タービン式過給機4’は、可変ノズル43を備える。この可変ノズル43は、いわゆる可変ノズルリングによって構成される。可変ノズルリングは、タービン42の入口周辺にてリング状に配置された複数のノズル翼からなる。各ノズル翼には、各ノズル翼の回転軸として機能するシャフトが設けられている。このシャフトにはレバーが取り付けられていて、該レバーを動作させることでノズル翼の回転角が変化する。各ノズル翼の回転角が変化することで、可変ノズル43のスロート面積が増減する。これにより、タービン42の入口周辺の通路面積が増減する。タービン42周囲の通路面積を変化させることで、このタービン42に供給される排気の流速を調整することができる。変形例に係る排気調整システム9’は、この可変ノズル43によって構成される。 Specifically, the exhaust gas turbine supercharger 4' according to the modified example has a variable nozzle 43. This variable nozzle 43 is configured by a so-called variable nozzle ring. The variable nozzle ring is made up of a number of nozzle vanes arranged in a ring shape around the inlet of the turbine 42. Each nozzle vane is provided with a shaft that functions as the rotation axis of each nozzle vane. A lever is attached to this shaft, and the rotation angle of the nozzle vane changes by operating the lever. By changing the rotation angle of each nozzle vane, the throat area of the variable nozzle 43 increases or decreases. This increases or decreases the passage area around the inlet of the turbine 42. By changing the passage area around the turbine 42, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine 42 can be adjusted. The exhaust gas adjustment system 9' according to the modified example is configured by this variable nozzle 43.

そして、変形例に係る排気タービン式過給機4’は、EGR弁82を開弁状態としかつ可変ノズル43によってタービン42周囲の通路面積を縮小したとき、または、EGR弁82を閉弁状態としかつ可変ノズル43によってタービン42周囲の通路面積を拡大したときに、排気タービン式過給機4’の掃気圧が所定範囲に収まるように構成される。こうすることで、前記実施形態と同様に、EGR弁82を開弁状態としたとき、または、可変ノズル43によって通路面積を拡大したときに生じる掃気圧の低下を見越した構成とすることができ、掃気圧を適正範囲に収めることが可能になる。 The exhaust turbocharger 4' according to the modified example is configured so that the scavenging pressure of the exhaust turbocharger 4' falls within a predetermined range when the EGR valve 82 is opened and the passage area around the turbine 42 is reduced by the variable nozzle 43, or when the EGR valve 82 is closed and the passage area around the turbine 42 is expanded by the variable nozzle 43. In this way, as in the above embodiment, a configuration can be created that anticipates a decrease in scavenging pressure that occurs when the EGR valve 82 is opened or the passage area is expanded by the variable nozzle 43, making it possible to keep the scavenging pressure within an appropriate range.

前記実施形態と同様に、EGR運転において、コントローラ100は、EGR弁82を開弁状態にするとともに、排気調整システム9’を制御することで、タービン42に供給される排気の流速を通常運転に比して相対的に増加させる。具体的に、コントローラ100は、排気調整システム9’としての可変ノズル43を作動させ、前記通路面積を縮小させる。
As in the above embodiment, in EGR operation, the controller 100 opens the EGR valve 82 and controls the exhaust regulation system 9' to relatively increase the flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine 42 compared to normal operation. Specifically, the controller 100 operates the variable nozzle 43 as the exhaust regulation system 9' to reduce the passage area.

一方、通常運転において、コントローラ100は、EGR弁82を閉弁状態にするとともに、排気調整システム9’を制御することで、タービン42に供給される排気の流速をEGR運転に比して相対的に減少させる。具体的に、コントローラ100は、排気調整システム9’としての可変ノズル43を作動させ、前記通路面積を拡大させる。
On the other hand, in normal operation, the controller 100 closes the EGR valve 82 and controls the exhaust gas regulation system 9' to reduce the flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine 42 relatively compared to that in the EGR operation. Specifically, the controller 100 operates the variable nozzle 43 as the exhaust gas regulation system 9' to increase the passage area.

これにより、EGR運転に適した掃気圧が実現されるようにタービンノズル面積を予め絞っておいたとしても、通常運転ではタービン42に供給される排気の流速を減少させることで、その通常運転における掃気圧の過度の上昇を抑制し、筒内圧を許容範囲に収めることができるようになる。 As a result, even if the turbine nozzle area is narrowed in advance to achieve a scavenging pressure suitable for EGR operation, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine 42 during normal operation is reduced, thereby preventing an excessive increase in scavenging pressure during normal operation and keeping the in-cylinder pressure within an acceptable range.

同様に、通常運転に適した掃気圧が実現されるように、可変ノズル43を用いて排気の流速を低めに設定しておいたとしても、EGR運転時にはその可変ノズル43を作動させて流速を高めることで、EGR運転においても適切な掃気圧を維持することができるようになる。 Similarly, even if the exhaust flow rate is set low using the variable nozzle 43 so that a scavenging pressure suitable for normal operation is achieved, the variable nozzle 43 can be operated during EGR operation to increase the flow rate, making it possible to maintain an appropriate scavenging pressure even during EGR operation.

1 エンジン(舶用内燃機関)
1’ エンジン(舶用内燃機関の変形例)
10 主機関
21 吸気通路
31 排気通路
4 排気タービン式過給機
41 コンプレッサ
42 タービン
43 可変ノズル(排気調整システムの変形例)
81 EGR通路
82 EGR弁
9 排気調整システム
91 バイパス通路
92 オリフィス(排気絞り手段)
93 バイパス弁
100 コントローラ
1. Engine (marine internal combustion engine)
1' Engine (variant of marine internal combustion engine)
10 Main engine 21 Intake passage 31 Exhaust passage 4 Exhaust turbine supercharger 41 Compressor 42 Turbine 43 Variable nozzle (a modified example of the exhaust adjustment system)
81 EGR passage 82 EGR valve 9 Exhaust gas regulation system 91 Bypass passage 92 Orifice (exhaust gas throttling means)
93 Bypass valve 100 Controller

Claims (5)

2ストローク式の主機関と、
前記主機関に接続される吸気通路及び排気通路と、
前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、
前記排気通路における前記タービン下流側の部位と、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流側の部位と、を接続するEGR通路と、
前記EGR通路を開閉するEGR弁と、
前記タービンに供給される排気の流量または流速を調整する排気調整システムと、
前記EGR弁の開度に基づいて前記排気調整システムを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記EGR弁が閉弁状態にある場合には、該EGR弁が開弁状態にある場合と比較して前記タービンに供給される排気の流量または流速を減少させることによって、前記EGR弁が開弁状態にある場合と該EGR弁が閉弁状態にある場合との間で、前記コンプレッサから吐出される空気の圧力を維持し、
前記排気調整システムは、
前記排気通路における前記タービン上流側の部位と、該タービン下流側の部位と、を接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉することで、前記タービンに供給される排気の流量を調整するバイパス弁と、を有し、
前記コントローラは、前記EGR弁が開弁状態から閉弁状態に変更されたとき、前記バイパス弁を少なくとも一時的に全開状態にする
ことを特徴とする舶用内燃機関。
A two-stroke main engine;
an intake passage and an exhaust passage connected to the main engine;
an exhaust turbocharger including a compressor disposed in the intake passage and a turbine disposed in the exhaust passage, the compressor being driven by exhaust gas supplied to the turbine;
an EGR passage connecting a portion of the exhaust passage downstream of the turbine and a portion of the intake passage upstream of the compressor;
an EGR valve that opens and closes the EGR passage;
an exhaust conditioning system for adjusting the flow rate or velocity of exhaust gas supplied to the turbine;
a controller that controls the exhaust gas regulation system based on an opening degree of the EGR valve,
the controller maintains a pressure of air discharged from the compressor between an open state and a closed state of the EGR valve by reducing a flow rate or velocity of exhaust gas delivered to the turbine when the EGR valve is in a closed state compared to when the EGR valve is in an open state ;
The exhaust regulation system includes:
a bypass passage connecting a portion of the exhaust passage upstream of the turbine and a portion of the exhaust passage downstream of the turbine;
a bypass valve that adjusts a flow rate of exhaust gas supplied to the turbine by opening and closing the bypass passage,
The controller at least temporarily opens the bypass valve when the EGR valve is changed from an open state to a closed state.
A marine internal combustion engine characterized by:
請求項に記載された舶用内燃機関において、
前記排気タービン式過給機は、前記EGR弁及び前記バイパス弁のいずれか一方を開弁状態としたときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成される
ことを特徴とする舶用内燃機関。
2. A marine internal combustion engine according to claim 1 ,
The exhaust turbo-supercharger is configured such that, when either the EGR valve or the bypass valve is opened, a discharge pressure of the exhaust turbo-supercharger falls within a predetermined appropriate range.
2ストローク式の主機関と、
前記主機関に接続される吸気通路及び排気通路と、
前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、
前記排気通路における前記タービン下流側の部位と、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流側の部位と、を接続するEGR通路と、
前記EGR通路を開閉するEGR弁と、
前記タービンに供給される排気の流量または流速を調整する排気調整システムと、
前記EGR弁の開度に基づいて前記排気調整システムを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記EGR弁が閉弁状態にある場合には、該EGR弁が開弁状態にある場合と比較して、前記タービンに供給される排気の流量または流速を減少させ、
前記排気調整システムは、
前記排気通路における前記タービン上流側の部位と、該タービン下流側の部位と、を接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉することで、前記タービンに供給される排気の流量を調整するバイパス弁と、を有し、
前記排気タービン式過給機は、前記EGR弁及び前記バイパス弁のいずれか一方を開弁状態としたときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成され、
前記コントローラは、前記EGR弁が開弁状態から閉弁状態に変更されたとき、前記バイパス弁を少なくとも一時的に全開状態にする
ことを特徴とする舶用内燃機関。
A two-stroke main engine;
an intake passage and an exhaust passage connected to the main engine;
an exhaust turbocharger including a compressor disposed in the intake passage and a turbine disposed in the exhaust passage, the compressor being driven by exhaust gas supplied to the turbine;
an EGR passage connecting a portion of the exhaust passage downstream of the turbine and a portion of the intake passage upstream of the compressor;
an EGR valve that opens and closes the EGR passage;
an exhaust conditioning system for adjusting the flow rate or velocity of exhaust gas supplied to the turbine;
a controller that controls the exhaust gas regulation system based on an opening degree of the EGR valve,
the controller reduces a flow rate or a flow velocity of exhaust gas supplied to the turbine when the EGR valve is in a closed state compared to when the EGR valve is in an open state;
The exhaust regulation system includes:
a bypass passage connecting a portion of the exhaust passage upstream of the turbine and a portion of the exhaust passage downstream of the turbine;
a bypass valve that adjusts a flow rate of exhaust gas supplied to the turbine by opening and closing the bypass passage,
the exhaust turbo-supercharger is configured such that, when either the EGR valve or the bypass valve is opened, a discharge pressure of the exhaust turbo-supercharger falls within a predetermined appropriate range,
The marine internal combustion engine, wherein the controller at least temporarily brings the bypass valve into a fully open state when the EGR valve is changed from an open state to a closed state.
請求項1から3のいずれか1項に記載された舶用内燃機関において、
前記タービンを通過する排気の流量と、前記バイパス通路を介して前記タービンを迂回する排気の流量と、の比率を調整する排気絞り手段を備え、
前記排気絞り手段は、前記バイパス弁が開弁状態にあるか否かに拘わらず、前記タービンを迂回する排気の流量を、該タービンを通過する排気の流量よりも少なくするように構成される
ことを特徴とする舶用内燃機関。
A marine internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 ,
an exhaust throttle means for adjusting a ratio between a flow rate of exhaust gas passing through the turbine and a flow rate of exhaust gas bypassing the turbine via the bypass passage,
the exhaust throttling means is configured to make a flow rate of exhaust gas bypassing the turbine less than a flow rate of exhaust gas passing through the turbine, regardless of whether the bypass valve is in an open state or not.
請求項に記載された舶用内燃機関において、
前記バイパス通路には、該バイパス通路の通路断面積を狭めるオリフィスが設けられ、
前記排気絞り手段は、前記オリフィスによって構成される
ことを特徴とする舶用内燃機関。
5. A marine internal combustion engine according to claim 4 ,
The bypass passage is provided with an orifice that narrows a cross-sectional area of the bypass passage,
2. A marine internal combustion engine, comprising: a first exhaust throttling means for throttling said first exhaust gas;
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