(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機から機関の給気管に過給空気を供給する空気流路に、機関の負荷運転状態に関係なく調整された一定流量の低温冷却水が通水される冷却水配管を有する上流側の空気冷却器と、高温冷却水が通水される冷却水配管を有する下流側の空気加熱器とを設け、該空気加熱器に通水される高温冷却水の流量を機関の負荷に応じて調節することにより、機関の給気温度を制御するディーゼル機関の給気温度制御装置において、
前記空気加熱器の冷却水配管に設けられて空気加熱器への高温冷却水の流量を調節する自動温度調整弁と、前記空気加熱器の下流側における空気流路に設けた温度検出器で検出された給気温度にもとづいて前記自動温度調整弁を制御する温度調整弁制御装置とが設けられ、該温度調整弁制御装置は、前記温度検出器で検出された給気温度が、機関の負荷が複数に区分され各区分の負荷範囲に対して設定された目標給気温度になるように前記自動温度調整弁の開閉動作量を制御する構成とされていることを特徴とするディーゼル機関の給気温度制御装置。
【請求項２】
前記温度調整弁制御装置は、機関の負荷を監視し、前記各区分の負荷範囲に対応した目標給気温度を選択する切換手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の給気温度制御装置。
【請求項３】
前記機関の負荷は、前記空気加熱器の下流側における空気流路に設けた圧力検出器により検出された給気圧力にもとづいて区分されていることを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼル機関の給気温度制御装置。
【請求項４】
前記空気加熱器の冷却水配管には、機関のジャケットを経て供給される冷却水が通水されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル機関の給気温度制御装置。
【請求項５】
前記空気冷却器の冷却水配管には、空気冷却器に通水される低温冷却水の流量を調節する開閉調節弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼル機関の給気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機からディーゼル機関のシリンダに給気される空気の温度を、機関の高負荷、低負荷等の運転状態に対応して制御することができるディーゼル機関の給気温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、図３に示すように、過給機から機関の給気管１ａに過給空気を供給する空気管路（空気流路）１に、空気冷却器２と空気加熱器３とを有する二段式熱交換器４を設け、機関の高負荷時には、前記二段式熱交換器４の下流側において検出される過給空気の給気温度にもとづき、前記空気冷却器２の冷却水配管５に設けた自動温度調整弁６の開閉量を調節して、前記冷却水配管５とそのバイパス管７に流れる低温冷却水の流量を加減し、給気温度が高負荷時の目標設定温度になるようにフィードバック制御をし、また、機関の低負荷時には、前記空気加熱器３に機関のジャケットからの高温冷却水を通水する冷却水配管８とそのバイパス管９とに設けた空気制御式バタフライ弁１０ａ，１０ｂの開度を、高負荷側から低負荷側へ切り換えて、前記冷却水配管８とそのバイパス管９とを流れる高温冷却水の流量を変え、給気温度が低負荷時に対応した温度になるように調節するものが知られている。
なお、前記空気冷却器２は、機関の低負荷時にはバイパス管７が閉じられて低温冷却水の全量が通水され、また、前記空気加熱器３は、高負荷時には高温冷却水の全量がバイパス管９を流れるため通水されないようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のディーゼル機関の給気温度制御装置にあっては、機関の低負荷時に、前記空気加熱器３への高温冷却水の流量が、空気加熱器３の下流側の給気温度にもとづきフィードバック制御により自動調整されないので、負荷の違いにより給気温度が一定しない問題があった。
また、空気加熱器３における高温冷却水の流量調整のために、空気制御式バタフライ弁１０ａ，１０ｂを作動させるシリンダやこれらに対する作動流体の供給制御をする電磁弁等が複数個必要であり、構成が複雑になり、保守、点検が面倒である等の問題があった。
さらに、空気冷却器２に流す低温冷却水として海水を使用する場合には、海水により前記冷却水配管５、バイパス管７に生ずる錆、スケール等に起因して、前記自動温度調整弁６に損傷、作動不良等の不具合が生じるおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、機関のシリンダに給気する過給空気の温度を、機関の高負荷、低負荷等の各負荷範囲に対応した適切な給気温度になるように制御することができるディーゼル機関の給気温度制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、構成が簡単で故障のおそれが少なく、保守、点検が容易なディーゼル機関の給気温度制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るディーゼル機関の給気温度制御装置は、過給機から機関の給気管に過給空気を供給する空気流路に、機関の負荷運転状態に関係なく調整された一定流量の低温冷却水が通水される冷却水配管を有する上流側の空気冷却器と、高温冷却水が通水される冷却水配管を有する下流側の空気加熱器とを設け、該空気加熱器に通水される高温冷却水の流量を機関の負荷に応じて調節することにより、機関の給気温度を制御するディーゼル機関の給気温度制御装置において、
前記空気加熱器の冷却水配管に設けられて空気加熱器への高温冷却水の流量を調節する自動温度調整弁と、前記空気加熱器の下流側における空気流路に設けた温度検出器で検出された給気温度にもとづいて前記自動温度調整弁を制御する温度調整弁制御装置とが設けられ、該温度調整弁制御装置は、前記温度検出器で検出された給気温度が、機関の負荷が複数に区分され各区分の負荷範囲に対して設定された目標給気温度になるように前記自動温度調整弁の開閉動作量を制御する構成とされていることを特徴とする。
【０００６】
上記ディーゼル機関の給気温度制御装置においては、機関が運転中は、過給機からの過給空気が上流側で空気冷却器に通水される低温冷却水によって冷却され、下流側で空気加熱器に通水される高温冷却水によって加熱されて温度調節され給気管を経て機関のシリンダに給気される。その際、前記温度調整弁制御装置は、前記温度検出器で検出された給気温度が、機関の各負荷範囲に対して設定された目標給気温度と比較され、その比較結果にもとづいて前記自動温度調整弁の開閉動作量が制御され、前記空気加熱器の冷却水配管に通水する高温加熱水の流量が調整されることにより、前記給気温度が目標給気温度になるように制御される。
【０００７】
上記ディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、空気加熱器に通水する高温冷却水の流量が、温度調整弁制御装置の制御指令で機関の各区分の負荷範囲に応じて自動調整されるので、各区分の負荷範囲に対応した適切な一定の給気温度が得られる。また、空気加熱器の高温冷却水の流量制御のためにシリンダで作動させる流量制御弁を使用しないので、構造が簡単になり、故障の心配もなく、保守、点検が容易に行える。さらに、空気冷却器の冷却水配管には自動温度調整弁を設けないので、低温冷却水として海水を使用しても、錆、スケール等による自動温度調整弁の故障等の不具合が生じる心配もない。
【０００８】
請求項２に係るディーゼル機関の給気温度制御装置は、請求項１に記載のディーゼル機関の給気温度制御装置において、温度調整弁制御装置は、機関の負荷を監視し、機関の各区分の負荷範囲に対応した目標給気温度を選択する切換手段を備えていることを特徴とする。
このディーゼル機関の給気温度制御装置では、機関の各区分の負荷範囲に対して目標の給気温度が適切に選択され、各負荷範囲に応じた給気温度の制御が良好に行われる。
【０００９】
請求項３に係るディーゼル機関の給気温度制御装置は、請求項１または２に記載のディーゼル機関の給気温度制御装置において、機関の負荷が、空気加熱器の下流側における空気流路に設けた圧力検出器とにより検出された給気圧力にもとづいて区分されていることを特徴とする。
このディーゼル機関の給気温度制御装置では、圧力検出器により実際の機関の負荷情報が容易に得られるので、自動温度調整弁による給気温度の制御が的確に行われる。
【００１０】
請求項４に係るディーゼル機関の給気温度制御装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル機関の給気温度制御装置において、空気加熱器の冷却水配管には、機関のジャケットを経て供給される冷却水が通水されることを特徴とする。
このディーゼル機関の給気温度制御装置では、空気加熱器への高温冷却水が、特別の加熱水源を設けずに容易に得られ、装置の構成が簡単になる。
【００１１】
請求項５に係るディーゼル機関の給気温度制御装置は、請求項１〜４に記載のディーゼル機関の給気温度制御装置において、空気冷却器の冷却水配管には、空気冷却器に通水される低温冷却水の流量を調節する開閉調節弁が設けられていることを特徴とする。
このディーゼル機関の給気温度制御装置では、空気冷却器に通水される低温冷却水の流量を、給気温度が機関の最大使用負荷時の給気温度より若干低い一定値になるように調節することにより、空気加熱器側による給気の温度制御が機関の負荷範囲に関わりなく容易に行える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るディーゼル機関の給気温度制御装置の一実施の形態を図１、図２にもとづいて説明する。
なお、図１において、図３に示す従来の装置と同一の構成部分には、同一の符号を付して説明する。
図１において、４は、従来装置と同様に空気冷却器２と空気加熱器３とを備えた二段式熱交換器である。前記空気冷却器２の冷却水配管５には、空気冷却器２の入口側と出口側を接続するバイパス管７が設けられ、該バイパス管７と、冷却水配管５における空気冷却器２の出口側であって、前記バイパス管７が接続する位置より上流側の部分とには、手動式の冷却水加減用のバタフライ弁（開閉調整弁）１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられている。
また、前記冷却水配管８における空気加熱器３の出口側には、空気加熱器３の入口側から分岐したバイパス管９との接続部に、電子サーボ制御式のロータリ三方弁からなる給気温調弁（自動温度調整弁）６が設けられている。
【００１３】
前記給気温調弁６には、給気温調弁６の開閉動作量を制御する指令信号ｆ１を送信す温調弁制御器１２が電気的に接続されている。該温調弁制御器１２には、前記給気管１ａに設けた温度検出器１３が電気的に接続され、給気管１ａ内の給気温度Ｔの検出信号ｉ１が入力されるようになっている。
また、前記給気管１ａには、圧力検出器１４が取り付けられており、給気管１ａ内の給気圧力Ｐの検出信号ｉ２が機関の制御盤１５に送られるようになっている。さらに、前記温度検出器１３によって検出された給気温度Ｔは、前記温調弁制御器１２を経て機関の制御盤１５に送られるようになっている。
【００１４】
また、前記温調弁制御器１２は、機関の負荷を高負荷、低負荷の２つに区分した各負荷範囲に対して、異なる数値の目標給気温度を設定する設定器を有し、該設定器で設定された各目標給気温度の設定値Ｔ１，Ｔ２のうちから、給気温度切換スイッチ（図示せず）の切り換えにより、いずれかの設定値を選択し得るようになっている。
そして、前記給気圧力Ｐにもとづき機関の負荷を監視する制御盤１５から、前記温調弁制御器１２に対して、上記負荷範囲に対応した目標給気温度を選択すべく前記給気温度切換スイッチを切り換える指令信号ｆ２が送信されるようになっている。
【００１５】
しかして、前記温調弁制御器１２が、選択された目標給気温度の設定値Ｔ１（または設定値Ｔ２）と前記給気温度Ｔとにもとづいて電気量による制御指令を作成して前記給気温調弁６に送信することにより、該給気温調弁６が前記電気量にもとづいて開閉動作量をフィードバック制御され、前記冷却水配管８を経て空気加熱器３に通水する高温冷却水量が調節され、これにより、給気管１ａの給気温度Ｔが目標給気温度に調整されるように構成されている。
【００１６】
前記目標給気温度は、具体的には、機関の負荷を示すパラメータである給気圧力Ｐの大きさにもとづいて、負荷が大きく給気圧力Ｐが０．０３ＭＰａ以上となる負荷範囲のとき、設定値Ｔ１を４５℃とし、負荷が小さく給気圧力Ｐが０．０３ＭＰａ以下となる負荷範囲のとき、給気温度Ｔが６５℃以下であることを条件に、設定値Ｔ２を６０℃とされている。
【００１７】
なお、前記制御盤１５には、前記給気温調弁６を作動させるか否かを切り換える動作切換スイッチ（図示せず）が設けられている。
前記温調弁制御器１２と前記制御盤１５とで前記給気温調弁６の開閉動作量を制御する温度調整弁制御装置１６を構成し、温調弁制御器１２の前記給気温度切換スイッチと制御盤１５とで機関の負荷を監視し、前記各区分の負荷範囲に対応した目標給気温度を選択する切換手段を構成している。
なお、図１において、符号１７は機関のジャケットから冷却水配管８に高温冷却水を送水する冷却水ポンプである。
【００１８】
次に、上記のように構成されたディーゼル機関の給気温度制御装置の作用について図２をも参照しながら説明する。
先ず、前記空気冷却器２の冷却水配管５とバイパス管７に設けたバタフライ弁１１ａ，１１ｂの開度を、最大使用負荷時に給気温度が前記目標給気温度の設定値Ｔ１の４５℃より若干低い値になるように調整しておく。この調整は機関の負荷運転状態の高負荷、低負荷に関係なく一定である。
そして、前記温調弁制御器１２を、制御盤１５の動作切換スイッチにより作動側に切り換えて、動作状態にして（ステップＳ１）、機関の運転を開始する。
【００１９】
機関が運転を開始すると、過給機からの過給空気が、空気管路１から二段式熱交換器４を経て給気管１ａに入って後、機関の各シリンダに供給される。その際、給気管１ａを流れる過給空気の給気圧力Ｐと給気温度Ｔとが、それぞれ、圧力検出器１４と温度検出器１３とにより検出されて、機関の制御盤１５に送られているので、その検出信号ｉ２の大きさにより機関の負荷運転状態が前記制御盤１５において判断される（ステップＳ２，Ｓ３）。
【００２０】
ステップＳ２で給気圧力Ｐが０．０３ＭＰａ以上の場合には、機関の負荷運転状態は高負荷と判断されて、前記制御盤１５から切換指令信号ｆ２が出て前記温調弁制御器１２の給気温度切換スイッチが高負荷側に切り換えられて、前記温調弁制御器１２は目標給気温度の設定値Ｔ１を４５℃として温度制御の動作をするようになる（ステップＳ４）。これにより、前記冷却水配管８に設けた給気温調弁６の開度が、機関のジャケットから空気加熱器３に流れる高温冷却水の流量を小流量域側に変わるように調整される。
【００２１】
しかして、前記温度検出器１３で検出される給気管１ａの給気温度Ｔは、常時、温調弁制御器１２により前記目標給気温度の設定値Ｔ１の４５℃以上か否かを監視されており（ステップＳ５）、前記設定値Ｔ１の４５℃以下の場合には、前記給気温調弁６は、温調弁制御器１２のフィードバック制御により高温冷却水の空気加熱器３へ通水される流量を増す方向に調整し（ステップＳ６）、前記給気温度Ｔが目標給気温度４５℃に維持されるように作動する（ステップＳ７）。
【００２２】
ステップＳ５で給気温度Ｔが前記目標給気温度の設定値Ｔ１の４５℃以上の場合には、前記給気温調弁６は、温調弁制御器１２の指令により、冷却水配管８における空気加熱器３の下流側を全閉とされ（ステップＳ８）、空気加熱器３へ高温冷却水は流されず、その全量が機関のジャケットの出口側へ流されるので、給気温度Ｔは、空気冷却器２の冷却水配管５とバイパス管７に設けた各バタフライ弁１１ａ，１１ｂの開度によって空気冷却器２に流れる低温冷却水の流量に応じて定まる（ステップＳ９）。その給気温度Ｔは、前記のように、最大使用負荷時に前記目標給気温度の設定値Ｔ１の４５℃より若干低い値に設定されている。
【００２３】
前記ステップＳ２で給気圧力Ｐが０．０３ＭＰａ以下で機関の負荷運転状態は低負荷と判断され、かつ、ステップＳ３で給気管１ａの給気温度Ｔが６５℃以下の場合には、前記制御盤１５から切換指令信号ｆ２が出て前記温調弁制御器１２の給気温度切換スイッチが低負荷側に切り換えられて、前記温調弁制御器１２は目標給気温度の設定値Ｔ２を６０℃として温度制御の動作をするようになる（ステップＳ１０）。これにより、前記冷却水配管８に設けた給気温調弁６の開度が、機関のジャケットから空気加熱器３に通水される高温冷却水の流量が大流量域側に変わるように調整される。このため、前記給気温調弁６は、温度検出器１３の検出温度Ｔにもとづく温調弁制御器１２のフィードバック制御により、高温冷却水の空気加熱器３へ通水される流量を調整し（ステップＳ１１）、給気温度Ｔが目標給気温度６０℃に維持される（ステップＳ１２）。
前記ステップＳ３で給気管１ａの給気温度Ｔが６５℃以上の場合には、ステップＳ４に進んで、ステップＳ２で給気圧力Ｐが０．０３ＭＰａ以上の場合と同様に、前記給気温調弁６は空気加熱器３に流れる高温冷却水の流量を小流量域側に変わるよう調整され、安全が確保される。
【００２４】
なお、前記においては、機関の負荷状態における高負荷と低負荷との境界を給気圧力０．０３ＭＰａとし、低負荷時に空気加熱器３に流れる高温冷却水の流量を小流量側に変える給気温度を６５℃に設定しているが、この設定値は、固定的なものではなく、機関の使用状態によって変更することができる。
また、前記高負荷時には、ステップＳ５で給気温度Ｔが４５℃以上のとき、空気加熱器３への高温冷却水の供給を止めて、空気冷却器２への低温冷却水の流量に依存した給気温度に設定されるようにしたが、この高負荷時においても、給気温度Ｔの検出値が４５℃以上であるか否かに関係なく、フィードバック制御により、４５℃に自動調整することができる。この場合には、前記バタフライ弁１１ａ，１１ｂの開度を再調整し、前記給気温調弁６が作動していない状態で、常に給気温度Ｔが４５℃以下になるように調整しておく必要がある。
【００２５】
上記構成のディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、二段熱交換器４の空気加熱器３に通水する高温冷却水の流量を、冷却水配管８とそのバイパス管９との接続部に設けた給気温調弁６の開度を機関の高負荷、低負荷（給気管１ａの給気圧力Ｐの大きさ）に応じて２つに区分して切り換えて調整することにより加減できるようにすると共に、各区分の負荷範囲に対する給気温度Ｔの目標給気温度の設定値Ｔ１，Ｔ２が定められ、給気管１ａの給気温度Ｔの検出値にもとづく前記温調弁制御器１２のフィードバック制御により、前記給気温調弁６が動作されて、給気温度Ｔが各負荷範囲に対応した目標給気温度に自動調節されるようにしたので、機関の負荷が変わっても過給空気を各負荷範囲に対応した一定の温度にそれぞれ維持することができる。
したがって、機関燃焼室での燃料の燃焼状態を常に良好にすることができる。
【００２６】
また、空気冷却器２の冷却水配管５には給気温調弁６が設けられていないので、低温冷却水として海水を使用しても、錆、スケール等による不具合は発生しない。
さらに、空気冷却器２の冷却水配管５には、低温冷却水を負荷運転状態に関係なく一定流量通水する手動式のバタフライ弁１１ａ，１１ｂが設けられるだけであるので、これらを自動制御する必要がなく、そのための制御機器は不要であり、構成が簡単で、故障が生じるおそれも少なく、保守、点検も容易である。
【００２７】
なお、前記実施の形態のディーゼル機関の給気温度制御装置においては、機関の負荷を低負荷と高負荷の２つの負荷範囲に区分して、それらに対応した目標給気温度の設定値Ｔ１，Ｔ２を２つ設定するようにしたので、給気温度の制御系が単純になるが、前記負荷区分は２つに限らず、３つ以上にしてもよい。また、目標設定温度の設定値Ｔ１，Ｔ２も高負荷時で４５℃、低負荷時で６０℃に限定する必要はなく、それぞれ、他の温度に設定してもよい。
【００２８】
また、前記給気温調弁６は、電子サーボ制御式のロータリ三方弁で構成したが、他の形式の三方弁や二方弁等であってもよく、それらの設ける位置も空気加熱器３の冷却水配管８におけるバイパス管９との接続部でなく、他の個所でもよく、空気加熱器３に通水する高温加熱水の流量が調整できる位置であれば、いずれの位置でもよく、バイパス管９を省略することもできる。
さらに、前記空気冷却器２の冷却水配管５とそのバイパス管７に手動式のバタフライ弁１１ａ，１１ｂを設けたが、これに代えて、他の形式の手動式、自動式の開閉調節弁を設けてもよく、それらの設ける位置も特に実施形態のものに限定されず、空気冷却器２への通水量を調節できれば、いずれの位置でもよく、設置個数も制限はない。
【００２９】
なお、前記実施の形態のディーゼル機関の給気温度制御装置においては、機関の負荷を、給気管１ａの給気圧力Ｐをパラメータとして検出するようにしたので、圧力検出器により実際の機関の負荷情報が容易に得られ、給気温調弁６による給気温度の制御が的確に行われて好ましいが、これに限らず、機関の燃料制御ラック、その他の負荷運転状態を示す部分から得られる情報を上記パラメータに代えて用いてもよい。
【００３０】
なお、前記実施の形態のディーゼル機関の給気温度制御装置においては、空気加熱器の高温冷却水として機関のジャケット冷却水を使用したので、他に特別の高温冷却水源を設ける必要がなく、装置の構成が簡単になる点で好ましいが、これに限らず、必要に応じて別途に高温冷却水源を設けてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、空気加熱器に通水する高温冷却水の流量を、温度調整弁制御装置の制御指令で機関の各区分の負荷範囲に応じて自動調整することができるので、各区分の負荷範囲に応じた適切な一定の給気温度を容易に得ることができる。
また、空気加熱器の高温冷却水の流量制御のためにシリンダで作動させる流量制御弁を使用しないので、構造が簡単になり、故障の心配もなく、保守、点検を容易に行うことができる。
さらに、空気冷却器の冷却水配管には自動温度調整弁を設けないので、低温冷却水として海水を使用しても、錆、スケール等による自動温度調整弁の故障等の不具合が生じる心配もない。
【００３２】
請求項２に係るディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、機関の各区分の負荷範囲に対して目標の給気温度が適切に選択することができ、各負荷範囲に応じた給気温度の制御を良好に行うことができる。
請求項３に係るディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、圧力検出器により実際の機関の負荷情報を容易に得ることができるので、自動温度調整弁による給気温度の制御を的確に行うことができる。
【００３３】
請求項４に係るディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、空気加熱器への高温冷却水が、特別の加熱水源を設けずに容易に得ることができ、装置の構成を簡単にすることができる。
請求項５に係るディーゼル機関の給気温度制御装置によれば、空気冷却器に通水される低温冷却水の流量を、給気温度が機関の最大使用負荷時の給気温度より若干低い一定値になるように調節することにより、空気加熱器側による給気の温度制御が機関の負荷範囲に関わりなく容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼル機関の給気温度制御装置の一実施の形態における系統図である。
【図２】同じく作動を説明するフロー図である。
【図３】従来のディーゼル機関の給気温度制御装置の系統図である。
【符号の説明】
１  空気管路（空気流路）                    １ａ  給気管
２  空気冷却器                              ３  空気加熱器
４  二段式熱交換器                          ５，８  冷却水配管
６  給気温調弁（自動温度調整弁）            ７，９  バイパス管
１１ａ，１１ｂ  バタフライ弁（開閉調節弁）  １２  温調弁制御器
１３  温度検出器                            １４  圧力検出器
１５  制御盤                                １６  温度調整弁制御装置
【図１】
0003619429.tif 000002
【図２】
0003619429.tif 000003
【図３】
0003619429.tif 000004