(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンの排気により駆動される第１のタービンと、前記第１のタービンにより駆動され、前記ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する第１の圧縮機を備える第１の過給機と、
前記排気が供給されたときに前記排気を圧縮した後、前記ディーゼルエンジンの吸気管に供給する排気再循環装置と、
前記ディーゼルエンジンの排気のうち、前記第１のタービンおよび前記排気再循環装置に供給した排気を除く余剰の排気により駆動される第２のタービンと、前記第２のタービンにより駆動され、空気を圧縮して前記排気再循環装置を通して前記ディーゼルエンジンに供給する第２の圧縮機を備える第２の過給機と、
前記第２タービンのエネルギーのうち前記第２の圧縮機を駆動するエネルギーを超える余剰のエネルギーを回収し、回収したエネルギーを負荷装置に供給する排気エネルギー回収装置と、
前記第２の過給機および前記排気再循環装置への前記排気の供給量を調整する排気制御部と、
を有し、
前記排気制御部は、前記排気再循環装置への排気の供給を減少させるときに、前記第２の過給機に供給する排気の量を増大させることで前記排気エネルギー回収装置によるエネルギーの回収量を増加させ、前記排気再循環装置への排気の供給を増加させるときに、前記第２の過給機に供給する排気の量を減少させることで前記排気エネルギー回収装置によるエネルギーの回収量を減少させる、動力装置。
【請求項２】
前記排気制御部が前記排気再循環装置への排気の供給を停止するときに、前記排気エネルギー回収装置の駆動を開始する、請求項１に記載の動力装置。
【請求項３】
前記排気制御部が前記排気再循環装置への排気の供給を開始するときに、前記排気エネルギー回収装置の駆動を停止する、請求項１又は２に記載の動力装置。
【請求項４】
前記排気エネルギー回収装置は、
前記排気制御部が前記排気再循環装置に前記排気を供給するときに前記第２の圧縮機の駆動を補助する補助駆動装置を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項５】
前記排気エネルギー回収装置は、前記第２の過給機により駆動される発電機である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項６】
前記排気エネルギー回収装置は、前記第２の過給機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより昇圧される作動油により駆動される第２の油圧モータと、
前記第２の油圧モータにより駆動される発電機とを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項７】
前記排気再循環装置は、前記排気の一部を圧縮する排気圧縮機と、
作動油の油圧により駆動され、前記排気圧縮機を駆動する第３の油圧モータを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項８】
燃料タンク内の燃料を加圧して前記ディーゼルエンジンに供給する燃料ポンプと、
作動油の油圧により駆動され、前記燃料ポンプを駆動する第４の油圧モータをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項９】
前記ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料弁と、
前記燃焼室内の気体を排出する排気弁と、
作動油の油圧により、前記燃料弁および前記排気弁の開閉制御を行う油圧制御ユニットと、
を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載されるディーゼルエンジンに燃料ガスを供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際海事機構（ＩＭＯ）で採択され、発効された海洋汚染防止条約（マルポール条約）の２００５年に発効された附属書ＶＩにおいて、出力１３０ｋＷ以上のディーゼルエンジンの大気汚染防止の要件（ＮＯｘ排出量、ＳＯｘ排出量等）が定められている。この規約は附属書の発効後５年ごとに強化されることが計画されており、２０１１年からの第２次規制（ＴｉｅｒＩＩ）が、２０１６年からの第３次規制（ＩＭＯ  ＴｉｅｒＩＩＩ）が採択されている。ＴｉｅｒＩＩＩは２０１６年１月１日以降に建造される船舶に対して適用される。
ＴｉｅｒＩＩＩでは、エンジンの回転数毎に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が規制されている。その規制値はエンジンの１分間当たりの定格回転数（ｒｐｍ）の関数として定められ、低速回転のエンジンの規制値は高くなる。
【０００３】
一般に、ＮＯｘの排出量は窒素と酸素の反応速度により決定される。反応速度が大きい場合にはＮＯｘ排出量が大きくなる。温度が上昇すると反応速度が増加するため、エンジンの燃焼温度を低下させることでＮＯｘ排出量を削減できる。
このため、エンジンの排気ガスの一部を吸気に取り込んで燃焼室へ供給することで、圧縮空気の比率を低下させ、それにより燃焼温度を低下させ、燃焼速度を低下させることによるエンジン運転時のＮＯｘ排出量を低下させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンの燃焼室に圧縮空気を送り込む過給機では、外気を吸引し圧縮する圧縮機を、エンジンからの排気でタービンを回転させることにより駆動している。しかし、エンジンの負荷が高いときには、排気のエネルギーが吸気を圧縮するのに必要なエネルギーよりも大きくなり、無駄となってしまう。そこで、排気が過給機のタービンを回転させる力で油圧ポンプを駆動することで、排気の余剰のエネルギーを回収することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−４７０５６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１４４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＯｘの排出量規制はエンジンの回転数によって定められているため、エンジンの回転数によってはＥＧＲ装置を使用しない場合もある。また、ＴｉｅｒＩＩＩは、当面は指定されたＮＯｘＥＣＡ（Emission Control Area：排出規制領域）のみに適用され、それ以外の海域ではＴｉｅｒＩＩが適用される。このため、ＮＯｘＥＣＡ外の海域ではＥＧＲ装置を使用しない場合もある。さらに、ＮＯｘＥＣＡ外の海域では、エンジンを高出力にするため、排気のエネルギーは過給機における圧縮機の駆動に用いられるエネルギーと比較して大きくなるため、吸気が過剰に圧縮されてしまう。一方、これを防ぐために排気の一部を過給機に供給せずに外部へ放出すると、排気のエネルギーが無駄になってしまう。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、排気再循環装置の停止時にディーゼルエンジンの排気のエネルギーを効率的に回収し、回収したエネルギーを有効に利用することができる動力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、動力装置であって、
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンの排気により駆動され、前記ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する過給機と、
前記排気が供給されたときに前記排気を圧縮した後、前記ディーゼルエンジンの吸気管に供給する排気再循環装置と、
前記排気のエネルギーを回収し、回収したエネルギーを負荷装置に供給する排気エネルギー回収装置と、
前記排気エネルギー回収装置により回収されたエネルギーを使用する負荷装置と、
前記過給機および前記排気再循環装置への前記排気の供給量を調整する排気制御部と、
を有し、
前記排気制御部は、前記排気再循環装置への排気の供給を減少させるときに、前記過給機に供給する排気の量を増大させ、前記排気再循環装置への排気の供給を増加させるときに、前記過給機に供給する排気の量を減少させることを特徴とする。
【０００９】
前記排気制御部が前記排気再循環装置への排気の供給を停止するときに、前記排気エネルギー回収装置の駆動を開始してもよい。
また、前記排気制御部が前記排気再循環装置への排気の供給を開始するときに、前記排気エネルギー回収装置の駆動を停止してもよい。
【００１０】
前記過給機は、
前記排気により駆動されるタービンと、
前記タービンにより駆動され前記空気を圧縮する圧縮機を備え、
前記排気エネルギー回収装置は、
前記排気制御部が前記排気再循環装置に前記排気を供給するときに前記圧縮機の駆動を補助する補助駆動装置を備えることが好ましい。
【００１１】
前記排気エネルギー回収装置は、前記過給機により駆動される発電機であってもよい。
【００１２】
前記排気エネルギー回収装置は、前記過給機により駆動される油圧ポンプを備え、
前記負荷装置は、前記油圧ポンプにより昇圧される作動油により駆動され前記ディーゼルエンジンの駆動を補助する第１の油圧モータであってもよい。
【００１３】
前記排気エネルギー回収装置は、前記過給機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより昇圧される作動油により駆動される第２の油圧モータと、
前記第２の油圧モータにより駆動される発電機とを備えてもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様は、動力装置であって、
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンの排気により駆動され、前記ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する第１の過給機と、
前記排気が供給されたときに前記排気を圧縮した後、前記ディーゼルエンジンの吸気管に供給する排気再循環装置と、
前記排気が前記排気再循環装置に供給されないときに前記排気により駆動され、空気を圧縮して前記排気再循環装置を通して前記ディーゼルエンジンに供給する第２の過給機と、
前記第２の過給機により駆動され前記排気からエネルギーを回収する排気エネルギー回収装置と、
前記排気エネルギー回収装置により回収されたエネルギーを使用する負荷装置と、
前記第２の過給機および前記排気再循環装置への前記排気の供給量を調整する排気制御部と、
を有し、
前記排気制御部は、前記排気再循環装置への排気の供給を減少させるときに、前記第２の過給機に供給する排気の量を増大させ、前記排気再循環装置への排気の供給を増加させるときに、前記第２の過給機に供給する排気の量を減少させることを特徴とする。
【００１５】
前記排気制御部が前記排気再循環装置への排気の供給を停止するときに、前記排気エネルギー回収装置の駆動を開始してもよい。
また、前記排気制御部が前記排気再循環装置への排気の供給を開始するときに、前記排気エネルギー回収装置の駆動を停止してもよい。
【００１６】
前記第２の過給機は、
前記排気により駆動されるタービンと、
前記タービンにより駆動され前記空気を圧縮する圧縮機を備え、
前記排気エネルギー回収装置は、
前記排気制御部が前記排気再循環装置に前記排気を供給するときに前記圧縮機の駆動を補助する補助駆動装置を備えることが好ましい。
【００１７】
前記排気エネルギー回収装置は、前記第２の過給機により駆動される発電機であってもよい。
【００１８】
前記排気エネルギー回収装置は、前記第２の過給機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより昇圧される作動油により駆動される第２の油圧モータと、
前記第２の油圧モータにより駆動される発電機とを備えてもよい。
【００１９】
前記排気再循環装置は、前記排気の一部を圧縮する排気圧縮機と、
作動油の油圧により駆動され、前記排気圧縮機を駆動する第３の油圧モータを備えてもよい。
【００２０】
燃料タンク内の燃料を加圧して前記ディーゼルエンジンに供給する燃料ポンプと、
作動油の油圧により駆動され、前記燃料ポンプを駆動する第４の油圧モータをさらに備えてもよい。
【００２１】
前記ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料弁と、
前記燃焼室内の気体を排出する排気弁と、
作動油の油圧により、前記燃料弁および前記排気弁の開閉制御を行う油圧制御ユニットと、
を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、排気再循環装置の停止時にディーゼルエンジンの排気のエネルギーを効率的に回収し、回収したエネルギーを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の動力装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料供給装置１０のブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る主機関２０、排気制御部９０Ａ、過給機４０Ａおよび排気エネルギー回収装置７０Ａのブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る排気再循環装置５０Ａのブロック図である。
【図５】第１実施形態に係る排気エネルギー回収装置７０Ａのブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態の動力装置の全体構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態に係る主機関２０、排気制御部９０Ｂおよび過給機４０Ａのブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る排気再循環装置５０Ｂ、排気制御部９０Ｂ、過給機４０Ｂおよび排気エネルギー回収装置７０Ｂのブロック図である。
【図９】第１実施形態の変形例に係る主機関２０、排気制御部９０Ａ、過給機４０Ａ、タービン４２Ｃおよび排気エネルギー回収装置７０Ｃのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係る動力装置の概要について説明する。
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態にかかる動力装置の全体構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る動力装置は、燃料供給装置１０、主機関２０、過給機４０Ａ、排気制御部９０Ａ、排気再循環装置５０Ａ、排気エネルギー回収装置７０Ａ、図示しない負荷装置等を備える。動力装置の構成要素は全て船舶に搭載される。
【００２５】
燃料供給装置１０は主機関２０へ燃料を供給する。
主機関２０は、過給機４０Ａから供給される圧縮空気とともに燃料供給装置１０から供給される燃料を燃焼させる内燃機関（ディーゼルエンジン）を有する。内燃機関から排出される排気は排気制御部９０Ａへ排出される。
過給機４０Ａは排気制御部９０Ａから供給された排気により駆動されるタービンと、タービンにより駆動され外気を圧縮して内燃機関に供給する圧縮機を備える。
排気再循環装置５０Ａは、排気制御部９０Ａから供給された排気を浄化し、圧縮した後に主機関２０の内燃機関に供給する。
排気エネルギー回収装置７０Ａは、過給機４０Ａのタービンが排気から得る動力が圧縮器を駆動するのに必要なエネルギーよりも大きい場合、この余剰のエネルギーを油圧や電力として回収し、この回収したエネルギーを使用する負荷装置に供給する。負荷装置とは、例えば、ディーゼルエンジンの駆動を補助する補助駆動装置や、燃料供給装置１０に用いられる燃料ポンプ１２、排気再循環装置５０Ａで排気圧縮機６４を駆動するモータ６５等である。
【００２６】
排気制御部９０Ａは、主機関２０からの排気の一部又は全部を過給機４０Ａに供給するとともに、排気再循環装置５０Ａを駆動するときに排気の他の一部を排気再循環装置５０Ａに供給する。この場合、排気制御部９０Ａは、排気再循環装置５０Ａへの排気の供給を減少させるときに、過給機４０Ａに供給する排気の量を増大させ、排気再循環装置５０Ａへの排気の供給を増加させるときに、過給機４０Ａに供給する排気の量を減少させるように調整する。
【００２７】
本実施形態においては、排気再循環装置５０Ａに排気を最大限供給した場合でも、残りの排気により過給機４０Ａのタービンから圧縮機を駆動するのに充分な動力が得られるように、タービンおよび圧縮機が選定されている。
この場合、排気再循環装置５０Ａを停止するときや、排気再循環装置５０Ａに供給する排気の量を減少させるときには、全ての排気を過給機に供給すると、圧縮空気が過剰に内燃機関に供給されることとなる。そのため、従来は余剰の排気を過給機に供給せずに大気中に放出していた。
これに対し、本実施形態においては、排気再循環装置５０Ａを停止するときや、排気再循環装置５０Ａに供給する排気の量を減少させるときに、この余剰の排気のエネルギーを排気エネルギー回収装置７０Ａで回収する。このため、内燃機関の排気のエネルギーを効率的に回収することができる。
以下、燃料供給装置１０、主機関２０、過給機４０Ａ、排気制御部９０Ａ、排気再循環装置５０Ａ、排気エネルギー回収装置７０Ａの各構成について詳細に説明する。
【００２８】
〔燃料供給装置〕
図２は燃料供給装置１０を示すブロック図である。燃料供給装置１０は、主機関２０へ燃料を供給する装置である。なお、本実施形態においては、液体燃料を加熱した高圧の燃料を供給する装置について説明するが、本発明はこれに限られない。
燃料供給装置１０は、液体燃料タンク１１、燃料ポンプ１２、油圧モータ１３、熱交換器１４、等を備える。
【００２９】
液体燃料タンク１１は、主機関２０に供給される燃料が気化される前の液体燃料を貯留する。液体燃料として、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等を用いることができる。以下の説明では、液体燃料としてＬＮＧを用いる場合を例に挙げて説明する。
液体燃料タンク１１内の圧力は、例えば約０．１ＭＰａ（大気圧）である。液体燃料がＬＮＧである場合、その温度は約−１６０℃である。
液体燃料タンク１１の下端は配管１５により燃料ポンプ１２と接続されている。
【００３０】
燃料ポンプ１２は配管１５により液体燃料タンク１１の下端と接続されているとともに、配管１６により熱交換器１４と接続されている。燃料ポンプ１２は、油圧モータ１３により駆動され、液体燃料タンク１１内の液体燃料を昇圧して熱交換器１４へ送出する。
燃料ポンプ１２には、例えば、可動部が往復運動を行う形式の往復ポンプを用いることができる。この場合、燃料ポンプ１２を駆動する油圧モータ１３の回転運動は、例えば図示しないクランク機構等により可動部の往復運動に変換される。
燃料ポンプ１２の回転数は、主機関２０に供給される燃料の圧力が一定となるように制御される。
【００３１】
熱交換器１４は、燃料ポンプ１２から送出された液体燃料を加熱する。熱交換器１４として、例えば、多管円筒形熱交換器（Shell and tube heat exchanger）を用いることができる。熱源として、温水を用いることができる。熱交換器１４で加熱された燃料は、配管１７を通じて図３に示す主機関２０へ供給される。なお、燃料ポンプ１２が加熱された燃料を圧縮して送出する場合には、熱交換器１４は不要である。
【００３２】
油圧モータ１３は内部の油圧が相対的に高い高油圧配管１と、高油圧配管１内の油圧よりも内部の油圧が低い低油圧配管２とに接続されている。ここで、高油圧配管１および低油圧配管２は、燃料供給装置１０、主機関２０、排気再循環装置５０Ａ、排気エネルギー回収装置７０Ａに共通して油圧駆動機構の制御に用いられている。油圧モータ１３は高油圧配管１と低油圧配管２との作動油の油圧の差（差圧）を利用して回転運動し、燃料ポンプ１２を駆動する。油圧モータ１３は可変容量型であり、配管１６内の液体燃料の圧力に応じて油圧モータ１３の回転数が調整される。なお、配管１７には、配管１６内の液体燃料の圧力を計測する図示しない圧力計が設けられており、油圧モータ１３の回転数は圧力計の計測結果に基づいて調整される。
【００３３】
図３は主機関２０、排気制御部９０Ａおよび過給機４０Ａを示すブロック図である。
〔主機関〕
主機関２０は、内燃機関２１、パイロット燃料弁２２、ガス燃料弁２３、ガス制御部２４、吸気マニホールド２５、排気弁２６、冷却器３０、等を備える。
内燃機関２１には、メタノールや天然ガスのような代替燃料を使用するエンジンであり、例えば２ストロークサイクルのシリンダを有する低速ディーゼルエンジンを用いることができる。内燃機関２１は、船舶の動力源となる主軸１００を回転させる。
パイロット燃料弁２２は、内燃機関２１の起動時に内燃機関２１の燃焼室内にパイロット燃料を噴射する燃料弁である。パイロット燃料弁２２の開閉は油圧制御ユニット８により制御される。
ガス燃料弁２３は燃料供給装置１０から供給される燃料を内燃機関２１の燃焼室内に噴射する燃料弁である。ガス燃料弁２３の開閉は油圧制御ユニット８により制御される。
ガス制御部２４は配管１７を通じて燃料供給装置１０から供給される燃料の元弁を有し、ガス燃料弁２３への燃料の供給を制御する。
【００３４】
吸気マニホールド２５は吸気管３２により過給機４０Ａと接続され、吸気管３３により内燃機関２１の燃焼室と接続され、排気循環管５３により図４に示す排気再循環装置５０Ａと接続されている。吸気マニホールド２５は吸気管３２より供給される圧縮空気と、排気循環管５３より供給される排気とを混合し、得られた混合気体を貯留し、吸気管３３より内燃機関２１の燃焼室に供給する。
【００３５】
排気弁２６は、排気管３４により内燃機関２１の燃焼室と接続され、排気管３５により排気レシーバ９１と接続されている。排気弁２６は内燃機関２１の燃焼室内の気体を排出するための弁である。排気弁２６の開閉は油圧制御ユニット８により制御される。
油圧制御ユニット８は、高油圧配管１と低油圧配管２との差圧を利用して、パイロット燃料弁２２、ガス燃料弁２３、および排気弁２６の開閉制御を行う。高油圧配管１と低油圧配管２との差圧は、油圧ポンプ３によって昇圧される。油圧ポンプ３は主軸１００に設けられた変速機１０１と連結されている。主軸１００の回転に伴い、油圧ポンプ３が駆動されることで、高油圧配管１と低油圧配管２との差圧が昇圧される。
【００３６】
冷却器３０は吸気管３２内を通る圧縮空気を冷却する。吸気管３２内を通る圧縮空気は圧縮機４１により断熱圧縮されることで高温となっている。この圧縮空気と冷却器３０内を通る冷媒（例えば海水）との間で熱交換が行われることで、吸気管３２内の圧縮空気が冷却される。冷却器３０には、例えば、多管円筒形熱交換器（Shell and tube heat exchanger）を用いることができる。
【００３７】
〔排気制御部〕
排気制御部９０Ａは、排気レシーバ９１、バイパス弁９２、バイパス排気弁９３、開閉弁９４等を備える。
排気レシーバ９１は、排気管３５により排気弁２６と接続され、排気管３７により過給機４０Ａと接続され、排気循環管５１により排気再循環装置５０Ａと接続されている。排気レシーバ９１には、内燃機関２１の燃焼室から排出された排気が貯留される。
排気レシーバ９１はバイパス管３６により吸気管３２と接続されている。バイパス管３６には、バイパス弁９２が設けられている。バイパス弁９２の開度は、吸気マニホールド２５内の圧力に基づいて調整される。例えば、排気再循環装置５０Ａを駆動しないとき、吸気マニホールド２５内の圧力が上昇しすぎることを防ぐために、バイパス弁９２を開き、吸気管３２内の圧縮空気を排気レシーバ９１へ排出する。
また、排気レシーバ９１はバイパス排気管３９により排気管３８と接続されている。バイパス排気管３９にはバイパス排気弁９３が設けられている。バイパス排気弁９３の開度は、吸気マニホールド２５内の圧力に基づいて調整される。例えば、排気再循環装置５０Ａを駆動しないとき、タービン４２が排気によって過剰に回転し、圧縮機４１により圧縮空気が吸気マニホールド２５内に過剰に供給されることを防ぐために、バイパス排気弁９３を開き、バイパス排気管３９を通じて排気レシーバ９１内の排気を排気管３８より外部へ排出する。
開閉弁９４は排気循環管５１に設けられている。開閉弁９４を開くことで排気が排気再循環装置５０Ａに供給され、開閉弁９４を閉じることで排気の排気再循環装置５０Ａへの供給が停止される。
排気制御部９０Ａでは図示しない制御部によりバイパス弁９２、９３、開閉弁９４の開閉を制御する。
【００３８】
〔過給機〕
過給機４０Ａは、圧縮機４１Ａ、タービン４２Ａ、回転軸４３Ａを備える。圧縮機４１Ａは吸気管３１、３２に接続されている。圧縮機４１Ａは吸気管３１より外気を吸引し、圧縮する。吸気管３２は冷却器３０を通っており、圧縮機４１Ａで圧縮された外気（圧縮空気）は冷却器３０で冷却された後、吸気管３２を介して吸気マニホールド２５に供給される。
タービン４２Ａは排気管３５、３７と接続されている。タービン４２Ａは排気管３５から供給される排気を受けて回転する。タービン４２Ａを回転させた排気は排気管３７を通じて外部へ排出される。
回転軸４３Ａはタービン４２Ａの回転を圧縮機４１Ａに伝達し、圧縮機４１Ａを駆動する。また、回転軸４３Ａは図５に示す排気エネルギー回収装置７０Ａの油圧ポンプ７３と接続されており、タービン４２Ａの回転を油圧ポンプ７３に伝達する。
【００３９】
〔排気再循環装置〕
図４は排気再循環装置５０Ａを示すブロック図である。排気再循環装置５０Ａは、開閉弁９４、集塵器６２、冷却器６３、排気圧縮機６４、モータ６５、等を備える。
集塵器６２は排気循環管５１および排気循環管５２と接続されており、排気循環管５１から供給される排気中の環境汚染物質を除去する。例えば、集塵器６２内では、水酸化ナトリウム混合水により、排気中の硫黄酸化物を中和させて除去する。環境汚染物質が除去された排気は排気循環管５２に排出される。
冷却器６３は、排気循環管５２内を通る排気と、冷却器６３内を通る冷媒（例えば海水）との間で熱交換をすることで、排気循環管５２内の排気を冷却する。冷却器３０には、例えば、多管円筒形熱交換器（Shell and tube heat exchanger）を用いることができる。
排気圧縮機６４は排気循環管５２および排気循環管５３と接続されており、排気循環管５２から供給される排気を圧縮する。圧縮された排気は排気循環管５３を介して図３の吸気マニホールド２５に供給される。
排気圧縮機６４はモータ６５により駆動される。モータ６５の回転数は、吸気マニホールド２５内の酸素濃度に応じて調整される。なお、吸気マニホールド２５には、吸気マニホールド２５内の酸素濃度を計測する図示しない酸素濃度計が設けられており、モータ６５の回転数は酸素濃度計の計測結果に基づいて調整される。開閉弁９４を開いた状態でモータ６５を駆動することにより排気再循環装置５０Ａが駆動され、排気循環管５１〜５３を通じて排気が吸気マニホールド２５に供給される。
なお、モータ６５の代わりに、高油圧配管１と低油圧配管２との差圧を利用して回転運動する可変容量型の油圧モータを用いて、排気圧縮機６４を駆動してもよい。また、排気圧縮機６４の前段に、複数の集塵器を設けてもよい。この場合、冷却器６３は任意の位置に設けることができる。なお、冷却器６３の後段に集塵器を設けることで、冷却された排気中の環境汚染物質をさらに除去することができる。
また、排気圧縮機６４と並列に、集塵器６２で環境汚染物質を除去された排気を吸気マニホールド２５に供給する他の排気圧縮機を１又は複数台設けてもよい。
【００４０】
〔排気エネルギー回収装置〕
排気エネルギー回収装置７０Ａは、減速機７１、回転軸７２、油圧ポンプ７３、７４、油圧モータ７５、開閉弁７６、発電機７７等を備える。
減速機７１は図３の過給機４０Ａの回転軸４３Ａに取り付けられており、回転軸４３Ａの回転速度を適宜変更して回転軸７２へ伝達する。
【００４１】
油圧ポンプ７３は油圧配管８１および油圧配管８２と接続されている。油圧ポンプ７３は回転軸７２の回転により駆動され、油圧配管８２から油圧配管８１へ作動油を送出する。なお、油圧配管８１を高油圧配管１に接続するとともに、油圧配管８２を低油圧配管２に接続してもよい。
【００４２】
油圧ポンプ７４は油圧配管８１および油圧配管８２と接続されており、かつ図示しない変速機を介して主軸１００と連結されている。油圧ポンプ７４は主軸１００の回転によって駆動され、油圧配管８２から油圧配管８１へ作動油を送出する。油圧ポンプ７４は可変容量型のポンプである。なお、油圧ポンプ７４を主軸１００の回転を補助する油圧モータとして使用してもよい。また、油圧ポンプ７４を主機関２０の油圧ポンプ３と並べて配置してもよい。
【００４３】
油圧モータ７５は油圧配管８３および油圧配管８４と接続されている。油圧配管８３は油圧配管８１と接続されており、油圧配管８４は油圧配管８２と接続されている。油圧モータ７５は油圧配管８３と油圧配管８４との差圧によって駆動される。
油圧配管８１と油圧配管８２との間には、両者を接続するバイパス配管８５が設けられている。開閉弁７６はバイパス配管８５に設けられている。
発電機７７は油圧モータ７５により駆動され、油圧モータ７５の回転力を電力に変換する。発電機７７により発電された電力は、例えば図示しない二次電池に充電しておき、排気再循環装置５０Ａのモータ６５を駆動するのに用いてもよい。また、発電機７７を電動モータとして使用し、油圧モータ７５を油圧ポンプとして使用してもよい。
【００４４】
本実施形態においては、排気再循環装置５０Ａを駆動しているときには、排気エネルギー回収装置７０Ａによる排気のエネルギーの回収を停止してもよい。
具体的には、排気再循環装置５０Ａの開閉弁９４が開き、モータ６５が駆動しているときには、開閉弁７６を開き、油圧配管８１と油圧配管８２との間で圧力差が生じないようにする。なお、減速機７１による回転軸４３から回転軸７２への動力伝達を解除しておいてもよい。また、主軸１００から油圧ポンプ７４への動力伝達を解除しておいてもよい。
【００４５】
一方、排気再循環装置５０Ａを停止したときには、タービン４２により排気から得られるエネルギーを排気エネルギー回収装置７０Ａにより回収する。
具体的には、排気再循環装置５０Ａの開閉弁９４を閉じ、モータ６５を停止することにより排気再循環装置５０Ａの駆動を停止するときには、開閉弁７６を閉じ、油圧ポンプ７３を駆動することで、油圧配管８１と油圧配管８２との間に圧力差を生じさせる。すると、油圧モータ７５が駆動され、発電機７７が駆動される。これにより、排気のエネルギーが電力として回収される。
【００４６】
船速が速く、内燃機関２１の負荷が大きいほど、内燃機関２１からの排気量が多くなる。一方、ＴｉｅｒＩＩＩが適用される排出規制領域は近海であり、速い船速で航行する外洋では、排気再循環装置５０Ａを駆動させる必要がない。このため、特に外洋において、排気再循環装置５０Ａを停止すると、タービン４２により排気から得られるエネルギーが圧縮機４１の駆動に用いられるエネルギーと比較して非常に大きくなる。本実施形態においては、排気再循環装置５０Ａを停止したときに、排気エネルギー回収装置７０Ａを駆動し、余剰のエネルギーを排気エネルギー回収装置７０Ａで回収することで、回収したエネルギーを有効に利用することができる。
【００４７】
なお、過給機４０Ａの選定において、排気再循環装置５０Ａに内燃機関２１の排気を供給しない状態で、全ての排気によりタービン４２を回転させたときに圧縮機４１を駆動するのに充分な動力が得られるように、圧縮機４１およびタービン４２を選択してもよい。
この場合、排気再循環装置５０Ａを駆動すると、排気の一部を排気再循環装置５０Ａに供給した残りの排気によりタービン４２を回転させても、圧縮機４１を駆動するのに充分な動力が得られない。そこで、油圧ポンプ７３を、圧縮機４１の駆動を補助する補助駆動装置として用いることができる。すなわち、油圧ポンプ７３を、油圧配管８１と油圧配管８２との差圧により駆動される油圧モータとして、圧縮機４１の駆動を補助することができる。
【００４８】
また、過給機４０Ａの選定において、排気再循環装置５０Ａに供給する排気の量を最大量よりも少ない所定の基準量としたときに、残りの排気によりタービン４２を回転させて圧縮機４１を駆動するのに充分な動力が得られるように、圧縮機４１およびタービン４２を選択してもよい。
この場合、排気再循環装置５０Ａに基準量未満の排気を供給したとき、タービン４２により排気から得られるエネルギーが圧縮機４１の駆動に用いられるエネルギーと比較して大きくなり、油圧ポンプ７３によって、排気再循環装置５０Ａの停止時に作動油の油圧を高めることができる。一方、排気再循環装置５０Ａに基準量よりも多い排気を供給したとき、排気再循環装置５０Ａに供給した残りの排気によりタービン４２を回転させても、圧縮機４１を駆動するのに充分な動力が得られない。そこで、油圧ポンプ７３を油圧モータとして用いて、圧縮機４１の駆動を補助することができる。
【００４９】
また、油圧ポンプ７３を、高油圧配管１と低油圧配管２との作動油の油圧の差を上昇させるのに用いてもよい。これにより、排気から回収したエネルギーを燃料ポンプ１２や油圧制御ユニット８で使用することができる。
【００５０】
なお、排気エネルギー回収装置７０Ａにおいて、油圧ポンプ７４および油圧モータ７５を介して発電機７７を駆動する代わりに、回転軸７２を発電機７７に直結し、回転軸４３Ａの回転により発電機７７を駆動してもよい。
【００５１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
図６は第２実施形態の動力装置の全体構成を示すブロック図である。第２実施形態に係る動力装置は、燃料供給装置１０、主機関２０Ｂ、過給機４０Ａ、４０Ｂ、排気再循環装置５０Ｂ、排気エネルギー回収装置７０Ｂ、排気制御部９０Ｂ等を備える。第２実施形態においては、排気エネルギー回収装置７０Ｂが過給機４０Ａではなく、過給機４０Ａに接続されている点が第１実施形態と異なる。
第２実施形態において、排気制御部９０Ｂは、主機関２０からの排気の一部を過給機４０Ａに供給するとともに、排気の他の一部を排気再循環装置５０Ｂ又は過給機４０Ｂに供給する。この場合、排気制御部９０Ｂは、排気再循環装置５０Ｂへの排気の供給を減少させるときに、過給機４０Ｂに供給する排気の量を増大させ、排気再循環装置５０Ｂへの排気の供給を増加させるときに、過給機４０Ｂに供給する排気の量を減少させるように調整する。
過給機４０Ｂは、排気制御部９０Ｂから供給された排気により駆動されるタービンと、タービンにより駆動され外気を圧縮して排気再循環装置５０Ｂに供給する圧縮機を備える。
排気再循環装置５０Ｂは、排気制御部９０Ｂから供給された排気を浄化し、圧縮した後に主機関２０の内燃機関に供給する。また、排気再循環装置５０Ｂは、過給機４０Ｂから供給される圧縮空気を主機関２０の内燃機関に供給する。
【００５２】
図７は第２実施形態の主機関２０、排気制御部９０Ｂおよび過給機４０Ａを示すブロック図である。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の過給機４０Ａが設けられている。しかし、第２実施形態の過給機４０Ａには、排気エネルギー回収装置７０Ａが接続されていない点が第１実施形態と異なる。
また、第２実施形態の排気レシーバ９１は、排気循環管５１とともに排気管５６により排気再循環装置５０Ｂと接続されている。排気レシーバ９１から排出される排気の一部は排気循環管５１又は排気管５６から図８に示す排気再循環装置５０Ｂに供給される。
【００５３】
図８は第２実施形態の排気再循環装置５０Ｂ、排気制御部９０Ｂ、過給機４０Ｂおよび排気エネルギー回収装置７０Ｂを示すブロック図である。第２実施形態の排気再循環装置５０Ｂは、第１実施形態の排気再循環装置５０Ａの構成に加えて、排気管５６、５７、吸気管５８、５９等を有する。また、第２実施形態の排気制御部９０Ｂは、第１実施形態の排気制御部９０Ａに加えて、開閉弁９５、９６を有する。
【００５４】
過給機４０Ｂは、圧縮機４１Ｂ、タービン４２Ｂ、回転軸４３Ｂを備える。過給機４０Ｂは過給機４０Ａと同様の容量であってもよいし、過給機４０Ａよりも小さい容量であってもよい。圧縮機４１Ｂは吸気管５８、５９に接続されている。タービン４２Ｂは排気管５６、５７と接続されている。回転軸４３Ｂはタービン４２Ｂの回転を圧縮機４１Ｂに伝達し、圧縮機４１Ｂを駆動する。また、回転軸４３Ｂは図５に示すのと同様の排気エネルギー回収装置７０Ｂの油圧ポンプ７３と接続されており、タービン４２Ｂの回転を排気エネルギー回収装置７０Ｂの油圧ポンプ７３に伝達する。
排気管５６には開閉弁９５が設けられており、吸気管５９には開閉弁９６が設けられている。
【００５５】
次に、第２実施形態の排気再循環装置５０Ｂの動作について説明する。
排気再循環装置５０Ｂを駆動しているときには、開閉弁９４を開き、開閉弁９５、９６を閉じ、モータ６５を駆動している状態である。このときの動作は第１実施形態の排気再循環装置５０Ａを駆動しているときの動作と同様である。
【００５６】
排気再循環装置５０Ｂの駆動を停止するときには、開閉弁９４を閉じ、開閉弁９５、９６を開き、モータ６５の駆動を停止する。このとき、排気レシーバ９１からの排気が排気管５６を通じてタービン４２Ｂに供給され、タービン４２Ｂを回転させ、排気管５７から外部へ排出される。
一方、タービン４２Ｂにより駆動される圧縮機４１Ｂは、吸気管５８から外部の空気を吸引し、圧縮して吸気管５９から排気循環管５２へ供給する。排気循環管５２に供給された圧縮空気は冷却器６３で冷却された後、排気循環管５３を介して吸気マニホールド２５に供給される。このとき、必要であればモータ６５により排気圧縮機６４を駆動して圧縮空気をさらに圧縮して吸気マニホールド２５に供給する。
タービン４２Ｂにより排気から得られるエネルギーが圧縮機４１Ｂの駆動に用いられるエネルギーと比較して大きい場合には、回転軸４３Ｂによってタービン４２Ｂの回転が排気エネルギー回収装置７０Ｂに伝達されることにより、第１実施形態と同様に排気のエネルギーが回収される。
【００５７】
このように、第２実施形態では、排気制御部９０Ｂが開閉弁９４、９５、９６の開閉を制御することにより、排気の一部を排気循環管５１、５２、５３に供給して循環させるか、又は過給機４０Ｂに供給して排出するかを切り替え、排気再循環装置５０Ｂを駆動して排気エネルギー回収装置７０Ｂを停止させるか、又は、排気再循環装置５０Ｂを停止して排気エネルギー回収装置７０Ｂを駆動させるかを切り替えることができる。
また、排気制御部９０Ｂが開閉弁９４、９５、９６の開閉を調整することにより、再循環させる排気と圧縮機４１Ｂから供給される圧縮空気とを所望の比率で混合して吸気マニホールド２５に供給することができる。
【００５８】
なお、第２実施形態の主機関２０Ｂの過給機４０Ａに、第１実施形態と同様に、過給機４０Ｂの排気エネルギー回収装置７０Ｂとは別の排気エネルギー回収装置７０Ａを設けてもよい。また、過給機４０Ａのみに排気エネルギー回収装置７０Ａを設け、排気再循環装置５０Ｂの過給機４０Ｂに排気エネルギー回収装置７０Ｂを設けなくてもよい。
【００５９】
＜変形例＞
図９は第１実施形態の変形例に係る主機関２０、排気制御部９０Ａ、過給機４０Ａ、タービン４２Ｃおよび排気エネルギー回収装置７０Ｃのブロック図である。なお、主機関２０、排気制御部９０Ａおよび過給機４０Ａの構成は図３に示す第１実施形態の構成と同様であるので、説明を割愛する。
【００６０】
本変形例においては、バイパス排気弁９３と排気管３８とを接続するバイパス排気管３９ａ、３９ｂにタービン４２Ｃが接続されている。また、本変形例においては、過給機４０Ａの回転軸４３Ａに排気エネルギー回収装置７０Ａが取り付けられる代わりに、タービン４２Ｃの回転軸４３Ｃに排気エネルギー回収装置７０Ｃが取り付けられている。
タービン４２Ｃはバイパス排気弁９３から供給される排気により駆動され、回転軸４３Ｃを回転させる。回転軸４３Ｃには排気エネルギー回収装置７０Ｃが取り付けられており、回転軸４３Ｃはタービン４２Ｃの回転を排気エネルギー回収装置７０Ｃに伝達する。排気エネルギー回収装置７０Ｃの構成は第１実施形態の排気エネルギー回収装置７０Ａと同様であるので説明を割愛する。
【００６１】
本変形例においても、過給機４０Ａを駆動するのに余剰の排気をタービン４２Ｃに供給して排気エネルギー回収装置７０Ｃを駆動することで、過給機４０Ａを駆動するのに余剰のエネルギーを排気エネルギー回収装置７０Ｃで回収し、回収したエネルギーを有効に利用することができる。
【００６２】
上記説明においては、液体燃料がＬＮＧである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＬＰＧ等の液体燃料を用いてもよい。また、液体燃料に限らず、気体や固体の燃料を用いてもよい。上記説明における油圧配管やバルブ、ポンプ等は一例であり、本発明はこれに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１  高油圧配管
２  低油圧配管
３、７３−７４  油圧ポンプ
８  油圧制御ユニット
１０  燃料供給装置
１１  液体燃料タンク
１２  燃料ポンプ
１３、７５  油圧モータ
１４  熱交換器
１５−１７  配管
２０Ａ、２０Ｂ  主機関
２１  内燃機関
２２  パイロット燃料弁
２３  ガス燃料弁
２４  ガス制御部
２５  吸気マニホールド
２６  排気弁
３０  冷却器
３１−３３、５８−５９  吸気管
３４−３５、３７−３８、５６−５７  排気管
３６  バイパス管
３９  バイパス排気管
４０Ａ、４０Ｂ  過給機
４１Ａ、４１Ｂ  圧縮機
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ  タービン
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ  回転軸
５０Ａ、５０Ｂ  排気再循環装置
５１−５３  排気循環管
６２    集塵器
６３    冷却器
６４    圧縮機
６５    モータ
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ    排気エネルギー回収装置
７１    減速機
７２    回転軸
７６    開閉弁
７７    発電機
８１−８４  油圧配管
８５    バイパス配管
９０Ａ、９０Ｂ  排気制御部
９１  排気レシーバ
９２  バイパス弁
９３  バイパス排気弁
９４−９６    開閉弁
１００  主軸
１０１  変速機
【要約】
【課題】排気再循環装置の停止時にディーゼルエンジンの排気のエネルギーを効率的に回収する。
【解決手段】ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンの排気の一部を圧縮した後、ディーゼルエンジンの吸気管に供給する排気再循環装置と、排気により駆動され、ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する過給機と、排気からエネルギーを回収する排気エネルギー回収装置と、過給機および排気再循環装置への排気の供給量を調整する排気制御部と、を有する動力装置において、排気制御部が排気再循環装置への排気の供給を停止するときに、排気エネルギー回収装置の駆動を開始する。
【選択図】図１【図１】
0005965019.tif 000002
【図２】
0005965019.tif 000003
【図３】
0005965019.tif 000004
【図４】
0005965019.tif 000005
【図５】
0005965019.tif 000006
【図６】
0005965019.tif 000007
【図７】
0005965019.tif 000008
【図８】
0005965019.tif 000009
【図９】
0005965019.tif 000010