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船舶用柴油发动机

阅读:1008发布:2020-05-08

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1.一种船舶用柴油发动机,其特征在于,具有:
发动机主体,该发动机主体使燃料燃烧从而产生船舶的推进
第一增压器,该第一增压器利用从所述发动机主体排出的废气使压缩机旋转,从而从外部将燃烧用气体吸入并压缩;
第二增压器,该第二增压器利用所述废气使所述压缩机旋转,从而将由所述第一增压器压缩后的燃烧用气体进一步压缩并输送到所述发动机主体;
流通管,该流通管供燃烧用气体从所述第一增压器的压缩机向所述第二增压器的压缩机流通;以及
辅助用鼓机,该辅助用鼓风机设置于所述流通管并对压缩后的燃烧用气体向所述发动机主体的输送进行辅助。
2.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机,其特征在于,
具有止回,该止回阀防止所述流通管中从所述第二增压器侧到所述第一增压器侧的燃烧用气体的逆流,
所述流通管是在所述第一增压器的压缩机与所述止回阀之间分成两路并在所述止回阀与所述第二增压器的压缩机之间合流的流通管,
分成两路的所述流通管中,在第一分支管设有所述辅助鼓风机,在第二分支管设有所述止回阀。
3.根据权利要求2所述的船舶用柴油发动机,其特征在于,
具有冷却器,该冷却器配置在所述第一增压器的压缩机与所述止回阀之间,该冷却器对所述流通管内的燃烧用气体进行冷却。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的船舶用柴油发动机,其特征在于,具有:
压力检测部,该压力检测部对供给到所述发动机主体的燃烧用气体的压力进行检测;
以及
控制部,在所述压力的检测值小于规定的阈值的情况下,该控制部使所述辅助鼓风机工作,在所述压力的检测值在规定的阈值以上的情况下,该控制部使所述辅助鼓风机的工作停止。

说明书全文

船舶用柴油发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种搭载于船舶的船舶用柴油发动机

背景技术

[0002] 以往,在船舶领域中,作为使发动机主体的输出、燃油经济性效率提高的手段,众所周知地有应用双级式增压器等多个增压器的船舶用柴油发动机。譬如,在专利文献1中,公开有一种二段增压方式的柴油发动机,在该柴油发动机中,作为用于将空气等的燃烧用气体二阶段地压缩并输送到发动机主体的高压级以及低压级的各增压器具备构成为能够利用从发动机主体排出的废气的压使涡轮压缩机一起旋转的增压器(涡轮增压器)。在这些增压器中,各涡轮经由废气的排出用配管而与发动机主体串联连结。各压缩机经由燃烧用气体的输送用配管而与发动机主体串联连结。另外,在专利文献1公开的柴油发动机中,作为对发动机主体补充必要量的燃烧用气体的手段,在输送用配管的中途安装有电机驱动方式的辅助鼓机。并且,在这些辅助鼓风机和输送用配管之间,设置有能够对通过该辅助鼓风机的管路的开闭进行切换的切换
[0003] 通常,在发动机主体启动时等船舶用柴油发动机的发动机主体的负载(以下,称为发动机负载)低,因此,在来自发动机主体的废气的压力作为增压器的驱动源不充分的情况下辅助鼓风机工作。在该情况下,辅助鼓风机经由输送用配管一边吸入燃烧用气体一边对燃烧用气体进行压缩,并将压缩后的燃烧用气体输送到发动机主体。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特公昭63-49053号公报
[0007] 发明要解决的技术问题
[0008] 但是,在专利文献1记载的以往的技术中,为了将燃烧用气体依次通过低压级的压缩机和高压级的压缩机而到达发动机主体的流通路径与燃烧用气体通过辅助鼓风机而到达发动机主体的流通路径组合形成,构成为在配管设置切换阀以切换燃烧用气体的流通路径的结构,因此有时配管结构大且复杂。另外,在专利文献1记载的现有技术中,需要根据辅助鼓风机的工作或停止的状态,用切换阀对与辅助鼓风机连通的管道的开闭进行切换,此时,必须进行切换阀的复杂的开闭控制。

发明内容

[0009] 本发明是本发明是鉴于上述情况而作出的,其目的在于提供一种能够将多个增压器与辅助鼓风机通过简单的结构进行组合的船舶用柴油发动机。
[0010] 用于解决技术问题的技术手段
[0011] 为了解决上述技术问题并达到目的,本发明的船舶用柴油发动机具有:发动机主体,该发动机主体使燃料燃烧从而产生船舶的推进力;第一增压器,该第一增压器利用从所述发动机主体排出的废气使压缩机旋转,从而从外部将燃烧用气体吸入并压缩;第二增压器,该第二增压器利用所述废气使所述压缩机旋转,从而将由所述第一增压器压缩后的燃烧用气体进一步压缩并输送到所述发动机主体;流通管,该流通管供燃烧用气体从所述第一增压器的压缩机向所述第二增压器的压缩机流通;以及辅助用鼓风机,该辅助用鼓风机设置于所述流通管并对压缩后的燃烧用气体向所述发动机主体的输送进行辅助。
[0012] 另外,在上述的发明中,本发明的船舶用柴油发动机具有止回阀,该止回阀防止所述流通管中从所述第二增压器侧到所述第一增压器侧的燃烧用气体的逆流,所述流通管是在所述第一增压器的压缩机与所述止回阀之间分成两路并在所述止回阀与所述第二增压器的压缩机之间合流的流通管,分成两路的所述流通管中,在第一分支管设有所述辅助鼓风机,在第二分支管设有所述止回阀。
[0013] 另外,在上述的发明中,本发明的船舶用柴油发动机具有冷却器,该冷却器配置在所述第一增压器的压缩机与所述止回阀之间,该冷却器对所述流通管内的燃烧用气体进行冷却。
[0014] 另外,在上述的发明中,本发明的船舶用柴油发动机具有:压力检测部,该压力检测部对供给到所述发动机主体的燃烧用气体的压力进行检测;以及控制部,在所述压力的检测值小于规定的阈值的情况下,该控制部使所述辅助鼓风机工作,在所述压力的检测值在规定的阈值以上的情况下,该控制部使所述辅助鼓风机的工作停止。
[0015] 发明的效果
[0016] 根据本发明,起到了能够将船舶用柴油发动机中的多个增压器与辅助鼓风机通过简单的结构进行组合的效果。附图说明
[0017] 图1是表示本发明的实施方式的船舶用柴油发动机的发动机主体的概略图。
[0018] 图2是表示本发明的实施方式的船舶用柴油发动机的一个构成例的示意图。

具体实施方式

[0019] 以下,参照附图对本发明的船舶用柴油发动机的优选的实施方式进行说明。另外,并非是根据本实施方式对本发明进行限定。另外,附图是示意性的,需要注意各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有时与实际的不同。在附图的相互之间,有时也有包含相互的尺寸关系、比率不同的部分的情况。另外,在各附图中,对相同结构的部分赋予相同的符号。
[0020] (船舶用柴油发动机的结构)
[0021] 以下,首先对本发明的实施方式的船舶用柴油发动机的发动机主体的概略结构进行说明,之后,对该船舶用柴油发动机的整体结构进行说明。
[0022] 图1是表示本发明的实施方式的船舶用柴油发动机的发动机主体的概略图。如图1所示,发动机主体1具有位于下方的台板71、设在台板71上的框架72以及设在框架72上的气缸套73。该台板71、框架72以及气缸套73通过沿上下方向延伸的多个系紧螺栓(连结部件)74与螺母75,一体地被紧固并固定。
[0023] 气缸衬套76配置在气缸套73内,在气缸衬套76的上部固定有气缸盖77并划分出空间部,在该空间部内活塞78被设置成沿上下往复运动自如。另外,在气缸盖77还设有排气阀79。排气阀79可以通过气装置80开闭。排气阀79与气缸衬套76、气缸盖77以及活塞78一起形成气缸(燃烧室)2。排气阀79使气缸2和排气端口25开闭。
[0024] 对于这样的气缸2,由未图示的燃料喷射供给燃料(例如,低质油、天然气、或其混合燃料等),并且由未图示的压缩机供给压缩后的燃烧用气体(例如,空气、再循环气体、或其混合气体)。由此,在气缸2内,被供给的燃料和燃烧用气体进行燃烧。并且,利用该燃烧产生的能量,活塞78在活塞轴方向上往复运动。此时,若通过气门装置80使排气阀79工作从而开放气缸2,则由燃烧产生的废气被推出到排气端口25,另一方面,燃烧用气体从扫气端口(未图示)被导入气缸2。
[0025] 活塞78的下端部与活塞杆81的上端部连结。台板71构成曲柄壳体,曲轴82被轴承83支承为旋转自如。在该曲轴82经由曲柄84转动自如地连结有连接杆85的下端部。在框架
72中,沿着活塞轴方向设置的引导板86在宽度方向上空开间隔地配置有一对。连接到活塞杆81的下端部的十字头销88和连接到与曲轴82连接的连接杆85的上端部的十字头轴承(图示略)在十字头销88的下半部分别转动自如地连结于十字头87。该十字头87配置在一对引导板86之间,沿着该一对引导板86被支承为移动自如。
[0026] 因此,当活塞78沿活塞轴方向往复移动时,通过活塞杆81与活塞78一同沿着活塞轴方向往复移动,十字头87沿着引导板86而沿活塞轴方向往复移动。由此,十字头87的十字头销88经由十字头轴承向连接杆85施加旋转驱动力。利用该旋转驱动力,与连接杆85的下端部连接的曲柄84进行曲柄运动,并使曲轴82旋转。
[0027] 接着,对本发明的实施方式的船舶用柴油发动机的整体结构进行说明。图2是表示本发明的实施方式的船舶用柴油发动机的一个构成例的示意图。如图2所示,本实施方式的船舶用柴油发动机10具备:发动机主体1、用于向发动机主体1供给燃料的喷射部5、以及用于检测向发动机主体1供给的燃烧用气体的压力的压力检测部8。另外,船舶用柴油发动机10具备双级式增压器11、用于使压缩的燃烧用气体冷却的冷却器15、辅助鼓风机16、止回阀
17以及控制部18。另外,如图2所示,船舶用柴油发动机10具备作为供气用配管的供气线路G1、G4、G11以及作为排气用配管的排气线路G2、G3、G12。在这些配管中,供气线路G11和排气线路G12是双级式增压器11的配管。另外,在图2中,实线箭头表示气体的流通以及配管。点划线表示电信号线。
[0028] 虽然未图示,但发动机主体1是经由螺旋桨轴驱动船舶的推进用螺旋桨旋转的推进用的发动机(主发动机)。该发动机主体1是单向扫排气式的十字头式柴油发动机等的双冲程柴油发动机。例如,如图2所示,发动机主体1具有多个(在本实施方式中为六个)气缸2、扫气箱3以及排气歧管4。另外,虽然在图2中未示出,但发动机主体1具有沿着各个气缸2的内部往复运动(上下移动)的活塞(参照图1所示的活塞78)、用于使螺旋桨轴随着活塞的往复运动而旋转的曲柄(参照图1所示的曲柄84)、曲轴(参照图1所示的曲轴82)以及十字头(参照图1所示的十字头87)等。
[0029] 多个气缸2中的每一个分别形成有进行用于使活塞往复运动的进气排气以及燃料燃烧等的燃烧室。扫气箱3经由发动机主体1内的扫气端口(未图示)与各气缸2内的燃烧室连通。排气歧管4经由发动机主体1内的排气流路(未图示)与各气缸2内的燃烧室连通。发动机主体1在各气缸2内的燃烧室中,通过燃烧燃料,使活塞往复运动,并将该往复运动转换为螺旋轴或曲轴等的旋转轴的旋转运动,从而产生船舶的推动力。此时,在发动机主体1中,将各气缸2内的进气排气的流动设为自下方向上方的一个方向以消除排气的残留。具体而言,从扫气箱3向各气缸2内的燃烧室供给燃烧用气体,燃烧后的废气从各气缸2内的燃烧室排出到排气歧管4。
[0030] 供气线路G1是用于使燃烧用气体从双级式增压器11侧或辅助鼓风机16侧向发动机主体1流通并且向发动机主体1供给燃烧用气体的流通管。如图2所示,供气线路G1与发动机主体1的扫气箱3连结。排气线路G2是用于使废气从发动机主体1向外部流通的流通管。如图2所示,排气线路G2与发动机主体1的排气歧管4连结。另外,废气是指从发动机主体1通过排气线路G2等向外部排出的气体。
[0031] 喷射部5向各气缸2内的燃烧室喷射燃料。如图2所示,喷射部5具备多个燃料喷射泵6和多个燃料喷射阀7,并且喷射部5设置在发动机主体1。在本实施方式中,与上述气缸2的数量对应,在发动机主体设有六个燃料喷射泵6。例如图2所示,燃料喷射阀7以将喷射口朝向燃烧室内相互不同的方向的方式在每个气缸2设置有两个。
[0032] 多个燃料喷射泵6中的每个都经由燃料用的配管将燃料输送到各燃料喷射阀7。根据各燃料喷射泵6对燃料的压送作用,喷射部5从各燃料喷射阀7向各气缸2内的燃烧室喷射燃料。通过由控制部18对各燃料喷射泵6的驱动控制、对各燃料喷射阀7的开闭控制分别控制这样的喷射部5的燃料的喷射量与喷射时刻。
[0033] 压力检测部8检测供给到发动机主体1的燃烧用气体的压力。例如,如图2所示,压力检测部8设置于发动机主体1的扫气箱3。压力检测部8将通过供气线路G1而接受燃烧用气体的扫气箱3的内部压力作为供给到发动机主体1的燃烧用气体(具体而言是由双级式增压器11或辅助鼓风机16压缩后的燃烧用气体)的压力进行检测。压力检测部8每次检测上述燃烧用气体的压力时,都将表示检测出的压力的电信号发送到控制部18。
[0034] 双级式增压器11是能够利用来自发动机主体1的废气,将空气等燃烧用气体阶段性压缩后向发动机主体1输送的多级式增压器的一个例子。在本实施方式中,如图2所示,双级式增压器11具备低压级增压器12、高压级增压器13、中间冷却器14、供气线路G11以及排气线路G12。例如,双级式增压器11设置在对发动机主体1进行进气排气的供气线路G1和排气线路G2与对外部进行进气排气的供气线路G4和排气线路G3之间。
[0035] 低压级增压器12是在双级式增压器11中对燃烧用气体进行第一阶段压缩的第一增压器(涡轮增压器)。在本实施方式中,如图2所示,低压级增压器12具备低压级压缩机12a、低压级涡轮12b以及旋转轴12c,并且低压级增压器12设置在供气线路G4和排气线路G3与高压级增压器13之间。低压级压缩机12a与低压级涡轮12b分别由叶轮等构成,低压级压缩机12a与低压级涡轮12b以将旋转轴12c作为中心轴一体地旋转的方式通过旋转轴12c相互连结。低压级增压器12利用从发动机主体1排出的废气使低压级涡轮12b与低压级压缩机
12a一起旋转。由此,低压级增压器12将来自外部的燃烧用气体吸入并压缩。
[0036] 另外,如图2所示那样,在低压级压缩机12a的气体入口侧连结有供气线路G4,该供气线路G4用于将来自外部(大气)的新鲜空气(称为新气)等的气体作为燃烧用气体吸入。虽然没有特别图示,但在供气线路G4的入口端(空气吸入口)设有用于防止异物吸入到供气线路G4内的过滤器以及用于减轻当从外部吸入空气时的噪音的消音器。在低压级压缩机12a的气体出口侧连结有与高压级增压器13等连通的供气线路G11,在低压级涡轮12b的气体入口侧连结有与高压级增压器13等连通的排气线路G12。在低压级涡轮12b的气体出口侧连结有排气线路G3,该排气线路G3与将废气排出到外部的烟囱(未图示)连通。
[0037] 高压级增压器13是在双级式增压器11中对燃烧用气体进行第二阶段压缩的第二增压器(涡轮增压器)。在本实施方式中,如图2所示,高压级增压器13具备高压级压缩机13a、高压级涡轮13b以及旋转轴13c,并且高压级增压器13设置在供气线路G1和排气线路G2与低压级增压器12之间。高压级压缩机13a和高压级涡轮13b分别由叶轮等构成,高压级压缩机13a和高压级涡轮13b以将旋转轴13c作为中心轴一体地旋转的方式通过旋转轴13c相互连结。高压级增压器13利用从发动机主体1排出的废气使高压级涡轮13b与高压级压缩机
13a一起旋转。由此,高压级增压器13将被上述的低压级增压器12压缩后的燃烧用气体进一步压缩并输送到发动机主体1。
[0038] 另外,如图2所示,在高压级压缩机13a的气体入口侧连结有与低压级压缩机12a连通的供气线路G11。在高压级压缩机13a的气体出口侧连结有与发动机主体1的扫气箱3连通的供气线路G1。在高压级涡轮13b的气体入口侧连结有与发动机主体1的排气歧管4连通的排气线路G2。在高压级涡轮13b的气体出口侧连结有与低压级涡轮12b连通的排气线路G12。
[0039] 中间冷却器14是用于冷却供气线路G11内的燃烧用气体的冷却器。在本实施方式中,中间冷却器14配置在供气线路G11的中途部。更具体地说,如图2所示,中间冷却器14配置在低压级增压器12的压缩机(低压级压缩机12a)和止回阀17之间。在低压级增压器12运转的情况下,中间冷却器14使在由低压级压缩机12a压缩后在供气线路G11内流通的高温的燃烧用气体通过与例如冷却的热交换等而冷却。
[0040] 供气线路G11是使燃烧用气体从低压级增压器12的压缩机(低压级压缩机12a)流通到高压级增压器13的压缩机(高压级压缩机13a)的流通管。如图2所示,供气线路G11的一端与低压级压缩机12a连接且另一端与高压级压缩机13a连接。在本实施方式中,供气线路G11在低压级压缩机12a和止回阀17之间分为两路,并在止回阀17和高压级压缩机13a之间合流。具体而言,如图2所示,供气线路G11是包含旁通线路G13与供气线路G14这两个分支管的流通管。在供气线路G11的中途部,旁通线路G13与供气线路G14在中间冷却器14的气体出口侧和止回阀17的气体入口侧之间相互分支,在止回阀17的气体出口侧和高压级压缩机13a的气体入口侧之间相互合流。在本实施方式中,如图2所示,旁通线路G13形成绕过止回阀17并通过辅助鼓风机16的迂回流通管路。
[0041] 排气线路G12是使废气从高压级增压器13的涡轮(高压级涡轮13b)流通到低压级增压器12的涡轮(低压级涡轮12b)的流通管。如图2所示,排气线路G12的一端与高压级涡轮13b连接且另一端与低压级涡轮12b连接。
[0042] 冷却器15使压缩后的燃烧用气体冷却。在本实施方式中,如图2所示,冷却器15设置在供气线路G1的中途部。在双级式增压器11运转的情况下,冷却器15使在由低压级压缩机12a以及高压级压缩机13a二阶段压缩后在供气线路G1内流通的高温的燃烧用气体通过与例如冷却水的热交换等而冷却。
[0043] 辅助鼓风机16对向发动机主体1输送压缩后的燃烧用气体进行辅助。在本实施方式中,辅助鼓风机16例如由叶轮以及驱动叶轮旋转的电机等构成,并设置于作为低压级压缩机12a和高压级压缩机13a之间的流通管的供气线路G11。具体而言,如图2所示,辅助鼓风机16设置在分成两路的供气线路G11中的旁通线路G13(第一分支管)的管路上。此时,辅助鼓风机16配置成能够从旁通线路G13和供气线路G14的分支部侧向旁通线路G13和供气线路G14的合流部侧压送燃烧用气体。
[0044] 这样的辅助鼓风机16在例如需要对发动机主体1的扫气箱3补充压缩后的燃烧用气体的期间工作。在工作期间,辅助鼓风机16通过供气线路G4、G11以及低压级压缩机12a等从外部吸入空气(新气),将吸入的空气作为燃烧用气体压缩并向扫气箱3侧输送。另外,作为辅助鼓风机16工作的期间,可列举出例如发动机主体1刚启动后且双级式增压器11的运转不充分的期间、发动机主体1以低负载运转而双级式增压器11的运转不充分的期间等。
[0045] 止回阀17是防止燃烧用气体从供气线路G11中的高压级增压器13侧向低压级增压器12侧的逆流的阀。在本实施方式中,如图2所示,止回阀17设置在分为两路的供气线路G11中的供气线路G14(第二分支管)的管路上。此时,止回阀17配置成能够将供气线路G14内的燃烧用气体的流通方向限制为从低压级压缩机12a侧流向高压级压缩机13a侧的一个方向。优选用例如蝶形阀等作为这样的止回阀17。
[0046] 控制部18兼具控制发动机主体1的运转的发动机控制功能和控制辅助鼓风机16的运转的辅助鼓风机控制功能。控制部18由执行各种程序从而进行数据处理的CPU以及存储器等构成,如图2中的点划线(电信号线)所示那样控制部18对喷射部5的各燃料喷射泵6和辅助鼓风机16进行控制。另外,虽然没有对电信号线进行特别图示,但控制部18能够控制喷射部5的各燃料喷射阀7。
[0047] 在本实施方式中,控制部18基于可由操作部(未图示)切换地指定的船舶航行速度、要求负载等各种信息,控制发动机主体1的运转。详细而言,控制部18通过对各燃料喷射泵6与各燃料喷射阀7的驱动控制,控制对各气缸2内的燃烧室的燃料的喷射量与喷射时刻。由此,控制部18控制发动机主体1的转速、燃料燃烧等来控制发动机主体1的输出以使船舶以指定的航行速度航行或停止。
[0048] 另外,控制部18根据双级式增压器11的运转状况,控制辅助鼓风机16的运转。在本实施方式中,控制部18在从发动机主体1启动到双级式增压器11开始稳定运转的期间、或是发动机主体1以低负载运转而双级式增压器11处于运转不充分的状态的期间中,使辅助鼓风机16工作。详细而言,控制部18接收来自压力检测部8的电信号,并基于接收到的电信号取得由压力检测部8检测出的燃烧用气体的压力的检测值。当该压力的检测值小于规定的阈值时,控制部18使辅助鼓风机16工作。另一方面,当该压力的检测值在规定的阈值以上时,控制部18使辅助鼓风机16的工作停止。在这里,由压力检测部8检测出的燃烧用气体的压力是供给到发动机主体1的扫气箱3内的燃烧用气体(压缩后的燃烧用气体)的压力。上述规定的阈值设定为例如在双级式增压器11开始稳定运转的状态时的扫气箱3内的燃烧用气体的压力以上的值。另外,双级式增压器11的稳定运转是指低压级增压器12与高压级增压器13双方都稳定运转,即,通过低压级增压器12与高压级增压器13的作用被二阶段压缩的燃烧用气体可以向发动机主体1稳定地输送必要量的状态。
[0049] (燃烧用气体的输送工作)
[0050] 接下来,一边参照图2,一边对本发明的实施方式的船舶用柴油发动机10中燃烧用气体输送到发动机主体1的输送工作进行说明。在船舶用柴油发动机10中,在发动机主体1启动时或低负载运转(发动机负载低于规定值时的运转)时,从发动机主体1排出的废气是低压力的气体,不具有能够使双级式增压器11稳定运转的程度的能量。即,在这样的状况下,双级式增压器11处于不充分运转的状态。
[0051] 在双级式增压器11处于不充分运转的状态的期间,扫气箱3内的燃烧用气体的供气量与发动机主体1所需要的量相比有不足的倾向。在该状态下,控制部18判断为由压力检测部8检测出的燃烧用气体的压力的检测值小于规定的阈值,并使辅助鼓风机16工作。辅助鼓风机16通过基于该控制的电机驱动而工作,对发动机主体1进行燃烧用气体的压送。
[0052] 具体而言,辅助鼓风机16经由供气线路G4、G11和低压级压缩机12a将空气(新气)作为燃烧用气体从外部吸入。此时,燃烧用气体从外部通过空气吸入口的过滤器和消音器(均未示出)流入到供气线路G4内。接着,燃烧用气体从供气线路G4通过低压级压缩机12a流入到供气线路G11内,根据需要由中间冷却器14冷却后,从供气线路G11流入旁通线路G13内。辅助鼓风机16将流入该旁通线路G13内的燃烧用气体吸入并压缩,并将因该压缩作用而升压的燃烧用气体向发动机主体1侧压送。该被压送的高压的燃烧用气体从辅助鼓风机16通过旁通线路G13而流入到供气线路G11中的高压级压缩机13a和止回阀17之间的中途部、例如供气线路G14的出口部或其附近部,并通过该供气线路G11流入高压级压缩机13a内。与此并行地,该高压的燃烧用气体通过供应线路G14并对止回阀17从其气体出口侧施加压力。
[0053] 在这里,由上述高压的燃烧用气体对止回阀17的气体出口侧的加压力比从外部通过低压级压缩机12a与供气线路G11、G14流入止回阀17的气体入口侧的空气(被辅助鼓风机16压缩前的燃烧用气体)的压力高。因此,止回阀17由于上述加压力而自动关闭。由此,止回阀17防止了供气线路G14内的燃烧用气体的逆流(从高压级压缩机13a侧向低压级压缩机
12a侧的气流),并切断了来自外部且一部分分流到供气线路G14内的空气的流通。
[0054] 在这样的止回阀17关闭的状态下,辅助鼓风机16基于控制部18的控制,继续进行上述燃烧用气体的压送。由辅助鼓风机16压送(升压)的高压的燃烧用气体,经由旁通线路G13与供气线路G11流入高压级压缩机13a内,通过该高压级压缩机13a内并流入供气线路G1内。接着,该高压的燃烧用气体一边在供气线路G1内流通,一边经由冷却器15冷却后供给到发动机主体1的扫气箱3。通过对该扫气箱3持续进行燃烧用气体的供气,扫气箱3内的燃烧用气体的供气量依次增加。通过这样,辅助鼓风机16能够将扫气箱3内的燃烧用气体的供气量增加到发动机主体1所需要的量。
[0055] 另一方面,在随着发动机主体1的运转发动机负载增加的情况下,随之而来的,来自发动机主体1的废气的排出量和压力增加。在这种情况下,从发动机主体1的排气歧管4排出的废气通过排气线路G2流入高压级涡轮13b内。高压级涡轮13b一边利用来自该排气线路G2的废气的压力而旋转,一边将该旋转所使用的废气排出到排气线路G12。排出到该排气线路G12的废气通过排气线路G12而流入低压级涡轮12b内。低压级涡轮12b一边利用来自该排气线路G12的废气的压力而旋转,一边将该旋转所使用的废气排出到排气线路G3。来自该低压级涡轮12b的废气例如通过排气线路G3而从烟囱(未示出)排出到外部。
[0056] 利用上述废气的压力进行的高压级涡轮13b的旋转经由旋转轴13c传递到高压级压缩机13a。由此,高压级压缩机13a伴随该高压级涡轮13b的旋转而旋转。与此相同,利用废气的压力进行的低压级涡轮12b的旋转经由旋转轴12c传递到低压级压缩机12a。由此,低压级压缩机12a伴随该低压级涡轮12b的旋转而旋转。这样,双级式增压器11的低压级增压器12和高压级增压器13运转而对发动机主体1进行燃烧用气体的两级增压。
[0057] 随着发动机负载的增加,扫气箱3内的燃烧用气体的压力增加,但还未达到上述规定的阈值。在该状态下,控制部18判断为由压力检测部8检测出的燃烧用气体的压力的检测值小于规定的阈值,并使辅助鼓风机16持续工作。基于该控制部18的控制,辅助鼓风机16持续对发动机主体1的燃烧用气体的压送。
[0058] 具体而言,辅助鼓风机16经由供气线路G4、G11、旁通线路G13以及低压级压缩机12a持续地吸入并压缩来自外部的空气。辅助鼓风机16将通过该压缩作用而升压的空气作为燃烧用气体持续不断地向发动机主体1侧压送。
[0059] 与此并行地,如上所述,低压级增压器12及高压级增压器13利用来自发动机主体1的废气,使低压级压缩机12a与高压级压缩机13a分别旋转。
[0060] 在如上所述的旋转状态下的低压级压缩机12a通过供气线路G4从外部将空气(新气)作为燃烧用气体吸入,并使该吸入的燃烧用气体压缩,将通过该压缩作用而升压的燃烧用气体向高压级压缩机13a侧压送。此时,燃烧用气体通过低压级压缩机12a、高压级压缩机13a及辅助鼓风机16的各自的吸引作用,从外部通过空气吸入口的过滤器与消音器流入到供气线路G4内。接着,燃烧用气体在由低压级压缩机12a进行了第一阶段的压缩(升压)后,从低压级压缩机12a流入到供气线路G11内,并由中间冷却器14冷却后,在供气线路G11向高压级压缩机13a侧流通。
[0061] 在这里,双级式增压器11中利用来自发动机主体1的废气的低压级压缩机12a以及高压级压缩机13a的各自的旋转,存在与稳定运转时相比不充分的情况。这种情况下,由低压级压缩机12a进行的燃烧用气体的升压比作为目标的第一阶段的升压小。与此相同,由高压级压缩机13a进行的燃烧用气体的升压比作为目标的第二阶段的升压小。
[0062] 从该状态的低压级压缩机12a送出的燃烧用气体的压力比从辅助鼓风机16通过旁通线路G13以及供气线路G14流入止回阀17的气体出口侧的燃烧用气体的压力低。因此,止回阀17维持上述的关闭状态,由此,防止了供气线路G14内的燃烧用气体的逆流,并且切断了从低压级压缩机12a侧一部分分流到供气线路G14内的燃烧用气体的流通。
[0063] 在如上所述止回阀17为关闭的状态下,来自低压级压缩机12a的燃烧用气体通过辅助鼓风机16的吸引作用,通过供气线路G11流入旁通线路G13内。辅助鼓风机16将流入该旁通线路G13内的燃烧用气体吸入,并将吸入的燃烧用气体压缩。此时,辅助鼓风机16辅助性地对燃烧用气体进行压缩,用以弥补低压级压缩机12a的第一阶段压缩不足和高压级压缩机13a的第二阶段压缩不足。接着,辅助鼓风机16将通过该压缩作用而升压的燃烧用气体向发动机主体1侧压送。从辅助鼓风机16压送的燃烧用气体通过旁通线路G13与供气线路G11流入高压级压缩机13a内。
[0064] 高压级压缩机13a处于如上所述的旋转状态,从供气线路G11吸入由低压级压缩机12a进行第一阶段的压缩且由辅助鼓风机16进行了辅助性压缩的燃烧用气体。接着,高压级压缩机13a进一步压缩该吸入的燃烧用气体,并将通过该压缩作用进一步升压的燃烧用气体向发动机主体1侧压送。此时,燃烧用气体在由辅助鼓风机16进行的辅助性压缩之后,通过高压级压缩机13a进行第二阶段的压缩(升压),之后从高压级压缩机13a流入供气线路G1内。接着,该燃烧用气体在被冷却器15冷却后,通过供气线路G1供给到发动机主体1的扫气箱3。
[0065] 如上所述,通过一边由辅助鼓风机16辅助燃烧用气体的压送,一边由双级式增压器11对发动机主体1的燃烧用气体进行二阶段的增压,从而扫气箱3内的燃烧用气体的供气量依次增加以满足发动机主体1所需的量。
[0066] 另一方面,当双级式增压器11开始稳定运转时,利用了来自发动机主体1的废气的低压级压缩机12a与高压级压缩机13a的各自的旋转变得充分。在这种情况下,由低压级压缩机12a进行的燃烧用气体的第一阶段的升压和由高压级压缩机13a进行的燃烧用气体的第二阶段的升压双方都能满足目标升压。
[0067] 从这种状态的低压级压缩机12a压送来的燃烧用气体通过供气线路G11、G14对止回阀17从其气体入口侧施加压力。向该止回阀17的气体入口侧施加的加压力比从辅助鼓风机16通过旁通线路G13及供气线路G14流入止回阀17的气体出口侧的燃烧用气体的压力高。因此,止回阀17从上述关闭状态自动切换为打开状态。由此,止回阀17将供气线路G14内的燃烧用气体的流通方向限制为从低压级压缩机12a侧向高压级压缩机13a侧的一个方向,并使从低压级压缩机12a向供气线路G11、G14内压送的燃烧用气体通过高压级压缩机13a侧。
[0068] 在如上所述的止回阀17为打开的状态下,来自低压级压缩机12a的燃烧用气体通过供气线路G11并分流到旁通线路G13和供气线路G14。辅助鼓风机16一边吸入一边压缩分流到该旁通线路G13内的燃烧用气体。辅助鼓风机16使该压缩后的燃烧用气体通过旁通线路G13并与来自供气线路G14的燃烧用气体合流。分流到供气线路G14内的燃烧用气体如上述那样与来自辅助鼓风机16的燃烧用气体合流,然后,通过供气线路G11并流入如上述那样处于充分旋转的状态下的高压级压缩机13a内。
[0069] 该高压级压缩机13a将充分进行了第一阶段压缩的燃烧用气体从供气线路G11吸入,将该吸入的燃烧用气体进一步压缩并向发动机主体1侧压送。此时,燃烧用气体通过高压级压缩机13a充分进行第二阶段的压缩(升压)。之后,燃烧用气体从高压级压缩机13a流通到供气线路G1内,在冷却器15被冷却后,被供给到发动机主体1的扫气箱3。通过这样,对发动机主体1的燃烧用气体充分进行了二阶段的增压,由此扫气箱3内的燃烧用气体的供气量可以维持在发动机主体1所需要的量。
[0070] 另一方面,在双级式增压器11稳定运转的期间,扫气箱3内的燃烧用气体的压力增加到上述规定的阈值以上。在该状态下,控制部18判断为由压力检测部8检测出的燃烧用气体的压力的检测值为规定的阈值以上,并使辅助鼓风机16的工作停止。辅助鼓风机16基于该控制部18的控制,停止对发动机主体1的燃烧用气体的压送。
[0071] 具体而言,低压级压缩机12a持续如上所述开始稳定运转的状态,对作为燃烧用气体而从外部吸入的空气进行第一阶段的压缩,并将该压缩的燃烧用气体向高压级压缩机13a侧压送。由低压级压缩机12a压送来的燃烧用气体一边在供气线路G11内流通,一边由中间冷却器14冷却,之后通过止回阀17流入高压级压缩机13a内。此时,利用从低压级压缩机
12a通过供气线路G11向高压级压缩机13a流通的燃烧用气体的压力来防止燃烧用气体经过了旁通线路G13从高压级压缩机13a侧向低压级压缩机12a侧的逆流。
[0072] 高压级压缩机13a持续如上所述开始稳定运转的状态,对来自低压级压缩机12a的燃烧用气体进行第二阶段的压缩,并将该压缩后的燃烧用气体向发动机主体1侧压送。由高压级压缩机13a压送来的燃烧用气体一边在供气线路G1内流通,一边由冷却器15冷却,之后供给到扫气箱3。
[0073] 如上说明的那样,在本发明实施方式的船舶用柴油发动机10中,作为利用从发动机主体1排出的废气使压缩机旋转的驱动方式的增压器设置有将从外部将燃烧用气体吸入并压缩的低压级增压器12(第一增压器)以及将由低压级增压器12压缩后的燃烧用气体进一步压缩并输送到发动机主体1的高压级增压器13(第二增压器),在使燃烧用气体从低压级增压器12的压缩机(低压级压缩机12a)向高压级增压器13的压缩机(高压级压缩机13a)流通的供气线路G11设置有辅助鼓风机16,辅助鼓风机16对压缩后的燃烧用气体向发动机主体1的输送进行辅助。
[0074] 由此,使来自外部的燃烧用气体通过低压级压缩机12a与高压级压缩机13a向发动机主体1流通的配管能够作为辅助鼓风机16用于吸入来自外部的燃烧用气体并向发动机主体1压送的管道而进行共用。因此,即使不在配管中设置对燃烧用气体的流通路径进行切换的切换阀,也能够通过简单的配管结构来形成将从外部经过低压级压缩机12a以及高压级压缩机13a到达发动机主体1的燃烧用气体的流通路径与从外部经过辅助鼓风机16到达发动机主体1的燃烧用气体的流通路径组合得到的管路。进而,在将由低压级压缩机12a或辅助鼓风机16压缩后的燃烧用气体向高压级压缩机13a送出时无需通过切换阀切换燃烧用气体的流通路径,因此,也无需设置对上述流通路径切换时切换阀的复杂的开闭驱动进行控制的控制系统。因此,例如,与上述专利文献1所公开的通过切换阀将低压级压缩机、高压级压缩机以及辅助鼓风机与配管连接的以往的柴油发动机相比,能够通过简单的结构将低压级增压器12以及高压级增压器13等多个增压器与辅助鼓风机16进行组合。
[0075] 另外,如上所述,与低压级压缩机12a和高压级压缩机13a连通的配管和与辅助鼓风机16连通的配管是共用的,所以能够在通过辅助鼓风机16吸入燃烧用气体时共用设置在与低压级压缩机12a及高压级压缩机13a连通的配管的空气吸入口的现有结构部,该现有结构部例如是用于防止异物吸入的过滤器、用于降低新气吸入时的噪音的消音器等。由此,能够使船舶用柴油发动机10的配管结构中所需要的部件的数量尽可能地减少,其结果是,能够促进降低该配管结构所花费的工时与成本。
[0076] 更进一步地,在低压级压缩机12a与高压级压缩机13a之间的供气线路G11中设置有辅助鼓风机16。因此,在因燃烧用气体的可通过面积小而可能成为燃烧用气体的流通路径中的大的流通阻力的低压级压缩机12a与高压级压缩机13a之中,能够使得辅助鼓风机16从外部吸入燃烧用气体时的主要的流通阻力仅限于低压级压缩机12a。由此,与辅助鼓风机16设置在发动机主体1与高压级压缩机13a之间的供气线路G1中的情况下的结构,例如在上述专利文献1的图2与图3中公开的以往的柴油发动机的结构相比,能够降低通过辅助鼓风机16吸入燃烧用气体时的流通阻力。其结果是,能够降低通过辅助鼓风机16吸入燃烧用气体时所需的动力(例如电机动力),因此能够促进降低辅助鼓风机16的电机等驱动源所花费的成本以及电力等能量。
[0077] 另外,在本发明实施方式的船舶用柴油发动机10中,具备止回阀17,该止回阀17防止在低压级压缩机12a和高压级压缩机13a之间的供气线路G11中从高压级增压器13侧到低压级增压器12侧的燃烧用气体的逆流,该供气线路G11构成在低压级压缩机12a与止回阀17之间分成两路且在止回阀17与高压级压缩机13a之间合流的流通管,在该分成两路的供气线路G11中,在第一分支管(旁通线路G13)设有辅助鼓风机16,在第二分支管(供气线路G14)设有止回阀17。因此,不用进行阀开闭的驱动控制,就能够通过止回阀17的气体入口侧的燃烧用气体和气体出口侧的燃烧用气体的压力差,简单且自动地将供气线路G11内的燃烧用气体的流通方向限制为从低压级压缩机12a侧向高压级压缩机13a侧的一个方向,并且能够防止燃烧用气体向相反方向的逆流。
[0078] 并且,由于在低压级压缩机12a和高压级压缩机13a之间止回阀17设置成与辅助鼓风机16并联地以配管连接,所以施加于止回阀17的燃烧用气体的压力能够限于比由低压级压缩机12a以及高压级压缩机13a通过二阶段压缩后的燃烧用气体的压力低的压力,即,能够限于基于低压级压缩机12a或辅助鼓风机16的压缩作用的燃烧用气体的压力。因此,不需要将止回阀17的耐压结构设为能够耐高压的特殊结构,所以可以使用通常的耐压结构的止回阀(例如市场上出售的止回阀等)作为止回阀17,其结果是,能够抑制止回阀17的成本增加。
[0079] 另外,使由辅助鼓风机16压送的燃烧用气体在止回阀17和高压级压缩机13a之间合流于供气线路G11。因此,与使辅助鼓风机16的气体出口侧通过配管与发动机主体1与高压级压缩机13a之间的供气线路G1连接的情况下的结构,例如,上述专利文献1的图1到图3中公开的以往的柴油发动机的结构相比,能够使来自辅助鼓风机16燃烧用气体与以低压力在配管内流通的燃烧用气体合流。其结果是,能够降低通过辅助鼓风机16压送燃烧用气体所需的动力,因此能够进一步促进降低辅助鼓风机16的驱动源所花费的成本以及电力等能量。
[0080] 另外,在本发明的实施方式的船舶用柴油发动机10中,将对供气线路G11内的燃烧用气体进行冷却的冷却器(具体而言是中间冷却器14)配置在低压级压缩机12a与止回阀17之间。因此,可以使由低压级压缩机12a压缩后通过供气线路G11流入止回阀17内的燃烧用气体的温度降低到止回阀17的耐热上限温度以下。由此,能够抑制止回阀17由于热而导致的劣化,从而能够促进止回阀17的长寿命化。
[0081] 另外,在本发明的实施方式的船舶用柴油发动机10中,对供给到发动机主体1的燃烧用气体的压力进行检测,在上述压力的检测值小于规定的阈值的情况下,使辅助鼓风机16工作,在上述压力的检测值在规定的阈值以上的情况下,使辅助鼓风机16的工作停止。因此,在需要辅助鼓风机16对燃烧用气体的压送进行辅助的时刻,具体而言,在发动机主体1的启动或低负载运转的期间,能够使辅助鼓风机16适时地工作,在发动机负载充分地增加,从而低压级增压器12与高压级增压器13双方都稳定运转的期间,能够使辅助鼓风机16的工作适时地停止。由此,能够减少辅助鼓风机16的驱动控制的时刻以及消耗能量的浪费,从而能够使它们最优化。
[0082] 另外,在上述实施方式中,举例说明了具有两个增压器(低压级增压器12与高压级增压器13)的双级式增压器11应用于发动机主体1的情况,但是本发明并不限定于此。例如,对于发动机主体1,也可以应用通过多个(两个以上)增压器阶段性地压缩燃烧用气体的多级式增压器。此时,在构成多级式增压器的低压级增压器12以及高压级增压器13中,可以设置多个低压级增压器12,也可以设置多个高压级增压器13,也可以是这些的组合。
[0083] 另外,在上述实施方式中,举例说明了在低压级压缩机12a与高压级压缩机13a之间分成两路并合流的供气线路G11,在该供气线路G11的各分支管并联配置辅助鼓风机16和止回阀17,但本发明不限于此。例如,供气线路G11可以设为不分支的流通管,并沿着该供气线路G11将辅助鼓风机16和止回阀17串联配置。另外,也可以构成为通过辅助鼓风机16的驱动防止供气线路G11内的燃烧用气体的逆流。此时,止回阀17也可以不设置于供气线路G11。
[0084] 并且,在上述实施方式中,控制部18基于由压力检测部8检测出的燃烧用气体的压力(供给到发动机主体1的扫气箱3内的燃烧用气体的压力)对辅助鼓风机16进行驱动控制,但本发明不限于此。例如,控制部18可以基于发动机负载来对辅助鼓风机16进行驱动控制,也可以基于低压级增压器12和高压级增压器13中的至少一个的转速来对辅助鼓风机16进行驱动控制。
[0085] 另外,在上述实施方式中,将从外部吸入的空气(新气)作为燃烧用气体,但本发明并不限定于此。例如,也可以进一步具备将来自发动机主体1的一部分废气再循环到发动机主体1的EGR系统,并将基于该EGR系统的再循环气体与来自外部的空气的混合气体作为燃烧用气体。
[0086] 并且,在上述实施方式中,举例说明了设置六个气缸2的发动机主体1(六缸发动机),但是本发明并不限定于此。设置于发动机主体1的气缸2的配置数量也可以是所希望的数量(一个以上)。同样,喷射部5的燃料喷射泵6以及燃料喷射阀7各自的配置数量不限于上述配置数量,也可以是与气缸2的配置数量一致的需要数量(一个以上)。即,在本发明中,不特别限定气缸2与喷射部5的各构成部的配置数量。
[0087] 另外,并非通过上述的实施方式来限定本发明,将上述各构成要素适当组合而构成的结构也包含在本发明中。另外,基于上述实施方式由本领域技术人员等进行的其他实施方式、实施例以及运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
[0088] 产业上利用的可能性
[0089] 如上所述,本发明的船舶用柴油发动机对应用多阶段的增压方式的船舶用柴油发动机有作用,特别是适用于能够以简单的结构组合多个增压器和辅助鼓风机的船舶用柴油发动机。
[0090] 符号说明
[0091] 1 发动机主体
[0092] 2 气缸
[0093] 3 扫气箱
[0094] 4 排气歧管
[0095] 5 喷射部
[0096] 6 燃料喷射泵
[0097] 7 燃料喷射阀
[0098] 8 压力检测部
[0099] 10 船舶用柴油发动机
[0100] 11 双级式增压器
[0101] 12 低压级增压器
[0102] 12a 低压级压缩机
[0103] 12b 低压级涡轮
[0104] 12c、13c 旋转轴
[0105] 13 高压级增压器
[0106] 13a 高压级压缩机
[0107] 13b 高压级涡轮
[0108] 14 中间冷却器
[0109] 15 冷却器
[0110] 16 辅助鼓风机
[0111] 17 止回阀
[0112] 18 控制部
[0113] 25 排气端口
[0114] 71 台板
[0115] 72 框架
[0116] 73 气缸套
[0117] 74 系紧螺栓
[0118] 75 螺母
[0119] 76 气缸衬套
[0120] 77 气缸盖
[0121] 78 活塞
[0122] 79 排气阀
[0123] 80 气门装置
[0124] 81 活塞杆
[0125] 82 曲轴
[0126] 83 轴承
[0127] 84 曲柄
[0128] 85 连接杆
[0129] 86 引导板
[0130] 87 十字头
[0131] 88 十字头销
[0132] G1、G4、G11、G14 供气线路
[0133] G2、G3、G12 排气线路
[0134] G13 旁通线路
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