(57)【要約】【課題】内燃機関の過給機余剰動力回収装置において、補助ブロアを用いることなく、過給機によるエンジンへの給気を効率よくアシストする。【解決手段】過給機余剰動力回収装置は、内燃機関と、前記内燃機関に設けられた過給機と、前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第１油圧ポンプと、前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第２油圧ポンプと、前記作動機器を電子制御し、前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有する。前記コントローラは、前記過給機の回転を加勢するために、前記第１油圧ポンプを油圧モータとし、前記第２油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた油圧量で前記油圧モータを駆動させるアシスト制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧で作動する作動機器を電子制御することにより駆動される内燃機関と、
前記内燃機関の排ガス路に配設されて前記内燃機関の排ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の吸気管に過給された給気を供給する過給機と、
前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第１油圧ポンプと、
前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプと前記作動機器とを接続する油路と、
前記作動機器を電子制御し、前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記過給機の回転を加勢するために、前記第１油圧ポンプを油圧モータとし、前記第２油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた油圧量で前記油圧モータを駆動させるアシスト制御と、
前記第１油圧ポンプにより生成される油圧生成量が、前記作動機器を作動するための油圧を含む前記内燃機関の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、前記第１油圧ポンプの油圧生成量を制御する動力回収制御とのうち一方の制御を、前記内燃機関の駆動の状態に応じて選択して行う、ことを特徴とする内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項２】
前記アシスト制御を行うとき、前記作動機器の作動のために用いる油圧源は、前記第２油圧ポンプの発生した油圧の一部である、請求項１に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記アシスト制御において、前記第２油圧ポンプが、前記作動機器の作動に用いる油圧量と前記油圧モータの駆動に用いる油圧量の合計量に対応する油圧を生成するように制御する、請求項２に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項４】
前記内燃機関には、前記内燃機関のクランク軸の回転数が所定の回転数範囲内に所定時間滞在しない制限が設定されており、
前記クランク軸の回転数が前記回転数範囲を通過するとき、前記コントローラは、前記制限を満足するように前記アシスト制御を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置が搭載され、
前記内燃機関は、船舶の推進用エンジンである、ことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給機余剰動力回収装置及び船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関では、エンジンの排ガスによって過給機（ターボチャージャ）のタービンを回転駆動し、回転駆動したタービンにより回転される圧縮機によって給気密度を高めて、エンジンの出力向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、このように過給機を取り付けて排気エネルギの有効利用を図ったとしても、エンジンの高負荷時（高出力時）などには排気エネルギが余剰となり、この余剰排気エネルギを無駄なく利用することが、燃費向上のみならず環境保護の面からも強く要請されている。
【０００４】
このエンジンの余剰排気エネルギを有効利用するものとして、過給機に連結されて過給機により回転駆動される油圧ポンプで油圧を生成させ、この油圧を、内燃機関を駆動させる作動機器の駆動源として油圧機構に供給する過給機余剰動力回収装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０１２８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この過給機余剰動力回収装置を、例えば、低速２ストロークエンジンに適用した場合、エンジンの負荷率が低い時、過給機によるエンジンへの給気が不足し易い。このため、一般的に、エンジンの掃気経路に空気を取り込む電動ブロアを補助ブロアとして取り付けることにより、掃気圧を確保している。この補助ブロアはエンジンの起動前に起動させるが、エンジンの負荷率の上昇に伴って、過給機による給気の寄与が増大するため、掃気圧がある設定値を超えると補助ブロアは停止するように制御される。エンジンを低負荷の状態で長時間維持すると、補助ブロアも長時間運転することになるので、補助ブロアの駆動のための電力消費量は無視できなくなるほか、長時間の補助ブロアの駆動のために補助ブロアを駆動するための電動機の摩耗も進行し寿命は短くなり易い。
【０００７】
そこで、本発明は、過給機の回転によって回転する油圧ポンプによって作られる油圧の一部を内燃機関の駆動のための作動機器の作動に用いる過給機余剰動力回収装置において、補助ブロアを用いることなく、過給機によるエンジンへの給気を効率よくアシストすることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、内燃機関の過給機余剰動力回収装置である。当該過給機余剰動力回収装置は、
油圧で作動する作動機器を電子制御することにより駆動される内燃機関と、
前記内燃機関の排ガス路に配設されて前記内燃機関の排ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の吸気管に過給された給気を供給する過給機と、
前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第１油圧ポンプと、
前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプと前記作動機器とを接続する油路と、
前記作動機器を電子制御し、前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有する。
前記コントローラは、
前記過給機の回転を加勢するために、前記第１油圧ポンプを油圧モータとし、前記第２油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた油圧量で前記油圧モータを駆動させるアシスト制御と、
前記第１油圧ポンプにより生成される油圧生成量が、前記作動機器を作動するための油圧を含む前記内燃機関の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、前記第１油圧ポンプの油圧生成量を制御する動力回収制御とを、前記内燃機関の駆動の状態に応じて選択して行う。
【０００９】
前記アシスト制御を行うとき、前記作動機器の作動のために用いる油圧源は、前記第２油圧ポンプの発生した油圧の一部である、ことが好ましい。
【００１０】
前記コントローラは、前記アシスト制御において、前記第２油圧ポンプが、前記作動機器の作動に用いる油圧量と前記油圧モータの駆動に用いる油圧量の合計量に対応する油圧を生成するように制御する、ことが好ましい。
【００１１】
前記内燃機関には、前記内燃機関のクランク軸の回転数が所定の回転数範囲内に所定時間滞在しない制限が設定されており、
前記クランク軸の回転数が前記回転数範囲を通過するとき、前記コントローラは、前記制限を満足するように前記アシスト制御を行う、ことが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の他の一態様は、前記内燃機関の過給機余剰動力回収装置が搭載され、
前記内燃機関は、船舶の推進用エンジンである、ことを特徴とする船舶である。
【発明の効果】
【００１３】
上記過給機余剰動力回収装置及びこの装置を搭載した船舶によれば、補助ブロアを用いることなく、過給機によるエンジンへの給気を効率よくアシストすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の過給機余剰動力回収装置の主な構成を示す図である。
【図２】本実施形態で用いる内燃機関が低負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
【図３】本実施形態で用いる内燃機関が中負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
【図４】本実施形態で用いる内燃機関が高負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
【図５】本実施形態のコントローラが保持する、内燃機関の負荷率と油圧モータが使用するべき油圧量の対応表の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る内燃機関の過給機余剰動力回収装置及び船舶の一実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の過給機余剰動力回収装置（以降、回収装置という）１００の主な構成を示す図である。
回収装置１００は、内燃機関１に付随して設けられる装置である。回収装置１００は、過給機に連結されて過給機により回転駆動される油圧ポンプに油圧を生成させ、この油圧を、内燃機関を駆動させる作動機器（例えば排気弁や燃料噴射弁）の駆動源となる油圧として供給する。このような回収装置１００の処理を排気エネルギ回収処理という。以下、回収装置１００及び排気エネルギ回収処理を説明する。
【００１７】
回収装置１００は、内燃機関１と、過給機（第１過給機）５と、油圧ポンプ１０と、油圧機構２０と、コントローラ５０と、油圧制御ユニット５１と、を主に備える。
【００１８】
内燃機関１は、特に制限されないが、一例として、船舶に搭載される推進用の低速２ストロークディーゼルエンジン（動力源、内燃機関）が挙げられる。内燃機関１は、内燃機関１を駆動させるために必要な、例えば排気弁、燃料噴射弁等の作動機器が油圧を介して電子制御される電子制御機関である。内燃機関１には過給機５が設けられている。
【００１９】
過給機５は、内燃機関１の排ガスにより回転駆動されて内燃機関１の吸気管に過給された給気を内燃機関１に供給する。過給機５は、具体的には、圧縮機６とタービン７とを備える。圧縮機６とタービン７は、回転軸８で連結される。内燃機関１の排ガスによりタービン７が回転駆動され、タービン７によって圧縮機６が回転する。これにより内燃機関１の給気密度が高められ、エンジンの出力が向上する。
【００２０】
なお、過給機５は、必ずしもその段数が単段のものに限定されるものではない。また、内燃機関１は船舶用エンジンに限定されず、形式も低速２ストロークディーゼルエンジンに限定されるものではない。天然ガス、都市ガス等を燃料とするガスエンジン、他のすべての形式の電子制御機関が含まれる。
【００２１】
図１に示すように、過給機５の回転軸８に変速機９が連結され、変速機９に可変容量型の油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）１０が連結される。内燃機関１のクランク軸２の一端に変速機３が連結され、変速機３に可変容量型の機関駆動油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）１１が連結されている。すなわち、機関駆動油圧ポンプ１１は、内燃機関１のクランク軸２の回転により回転駆動されて油圧を発生する。
変速機３を設けずに機関駆動油圧ポンプ１１を内燃機関１のクランク軸２に直結することもできる。また、上述の油圧ポンプ１０及び機関駆動油圧ポンプ１１は、図１においてはそれぞれ１台であるが、あくまでも一例であり、複数台としてもよい。
【００２２】
油圧ポンプ１０と機関駆動油圧ポンプ１１は、油圧機構２０の中に組み込まれる。
油圧機構２０は、内燃機関１の作動機器を含む油圧制御ユニット５１に油圧を供給して作動機器を作動させて内燃機関１を駆動させる機構である。油圧機構２０は、油路２１，２２，２３，２４，２６，２７と、第１逆止弁機構３０と、第２逆止弁機構３５と、電磁開閉弁機構４４と、スタートアップ用油圧ポンプ５３と、を備える。
油圧機構２０において、機関駆動油圧ポンプ１１の一方の吐出口１１ａは油路２１に接続され、第１逆止弁機構３０、油路２３を介して、内燃機関１の作動機器の油圧制御ユニット５１に接続される。機関駆動油圧ポンプ１１は油圧を油圧制御ユニット５１に供給する。油路２１，２２，２３により第１油路が形成される。機関駆動油圧ポンプ１１の他方の吐出口１１ｂは、油路２４を介して油圧ポンプ１０の一方の吐出口１０ｂに接続される。
【００２３】
油圧ポンプ１０は、過給機５に連結されて過給機５により回転駆動されて油圧を発生させる。油圧ポンプ１０の他方の吐出口１０ａは油路２６に接続され、第２逆止弁機構３５、油路２７、油路２３をこの順に介して、内燃機関１の油圧制御ユニット５１に接続される。油圧ポンプ１０は、油圧制御ユニット５１に油圧を供給する。また、油路２７から分岐する形で油路２２、第１逆止弁機構３０、油路２１をこの順に介して、機関駆動油圧ポンプ１１の一方の吐出口１１ａにも接続される。
【００２４】
なお、油圧ポンプ１０の吐出口１０ａ，１０ｂ、及び機関駆動油圧ポンプ１１の吐出口１１ａ，１１ｂはいずれも吐出口としている。しかしながら、実際は、後述するように、油圧ポンプ１０及び機関駆動油圧ポンプ１１は、油圧モータとして機能することもできるので、作動状態によって吐出口１０ａ及び吐出口１０ｂの一方、及び吐出口１１ａ及び吐出口１１ｂの一方が油圧の吐出口となり、他方が油圧の取入口となるものであるが、本実施形態では、便宜上いずれも吐出口と呼ぶことにする。
【００２５】
第１逆止弁機構３０は、コントローラ５０の制御により第１逆止弁機構３０内の図示されない電磁切替弁が切り替えられて、油路２２から油路２１、つまり油路２２から機関駆動油圧ポンプ１１への油圧の逆流を許容させる逆止解除機能を有する。
この逆止解除機能がＯＦＦの場合には、第１逆止弁機構３０は、機関駆動油圧ポンプ１１から油路２１を介して油圧制御ユニット５１への油圧の供給を許容すると共に、油路２２から機関駆動油圧ポンプ１１への油圧の逆流を防止する通常の逆止機能が働く。
【００２６】
他方、この逆止解除機能がＯＮの場合には、上述のように、第１逆止弁機構３０は、油路２２から機関駆動油圧ポンプ１１への油圧の逆流を許容する。また、機関駆動油圧ポンプ１１と第１逆止弁機構３０との間にはアキュームレータが配設されてもよい。このアキュームレータは、海洋波、排気弁駆動、燃料噴射等に伴って発生する油圧変動を吸収する。
【００２７】
第２逆止弁機構３５は、コントローラ５０の制御により、油路２７から油路２６、つまり油路２７から油圧ポンプ１０への油圧の逆流を許容させる逆止解除機能を有する。
この逆止解除機能がＯＦＦの場合には、第２逆止弁機構３５は油圧ポンプ１０から油路２６を介して油圧制御ユニット５１と第１逆止弁機構３０への油圧の供給を許容すると共に、油路２７から油路２６、つまり油路２７から油圧ポンプ１０への油圧の逆流を防止する通常の逆止機能が働く。他方、この逆止解除機能がＯＮの場合には、上述のように、第２逆止弁機構３５は、油路２７から油路２６、つまり油路２７から油圧ポンプ１０への油圧の逆流を許容する。
【００２８】
油路２６と油路２４との間に電磁開閉弁機構４４が配設され、電磁開閉弁機構４４が開弁することにより、油路２６の油圧を油路２４へドレインさせて油路２６の油圧を開放することができる。油路２６、電磁開閉弁機構４４、油路２４によりドレイン機構が構成される。
【００２９】
スタートアップ用油圧ポンプ５３は、電動機５２に接続されている。スタートアップ用油圧ポンプ５３は、内燃機関１のスタートアップ時に回転駆動されて、油圧を油圧制御ユニット５１に供給する。
なお、作動油源から油圧機構２０への作動油の供給は、油路２４から行われる。
【００３０】
コントローラ５０は、作動機器を含む油圧制御ユニット５１を電子制御し、油圧ポンプ１０及び機関駆動油圧ポンプ１１の駆動を制御する部分である。
コントトーラ５０は、内燃機関１の負荷率の情報を取得する。コントローラ５０は、必要に応じて、センサにより例えば給気の吸い込み温度、過給機５の下流側の掃気圧等を検出する。内燃機関１の負荷率に応じて、さらに、必要に応じて、検出した掃気圧及び吸い込み温度等に応じて、油圧ポンプ１０、機関駆動油圧ポンプ１１、第１逆止弁機構３０、第２逆止弁機構３５、電磁切替弁機構４４の作動を電気的に制御する。なお、コントローラ５０が上述の負荷率、掃気圧及び吸い込み温度以外のパラメータを用いて油圧ポンプ１０、機関駆動油圧ポンプ１１、第１逆止弁機構３０、第２逆止弁機構３５、電磁切替弁機構４４、制御弁等の作動を制御する場合もある。
油圧制御ユニット５１は、内燃機関１の駆動のための排気弁、燃料噴射弁等の、油圧で作動する作動機器で構成され、これらの作動機器は、コントローラ５０によって電子制御される。
このようなコントローラ５０は、過給機５の回転を加勢するために、油圧ポンプ１０を油圧モータとし、機関駆動油圧ポンプ１１で発生した油圧で上記油圧モータを駆動させ、この油圧モータの駆動の際、内燃機関１の負荷率毎に定めた油圧量で上記油圧モータを駆動させるアシスト制御を行う、また、コントローラ５０は、油圧ポンプ１０により生成される油圧生成量が、油圧制御ユニット５１を作動するための油圧を含む内燃機関１の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、油圧ポンプ１０の油圧生成量を制御する動力回収制御とを、内燃機関１の駆動の状態に応じて選択して行う。内燃機関１の駆動の状態とは、内燃機関１の負荷率あるいはクランク軸２の回転数を含む。
【００３１】
本実施形態の回収装置１００は、一例として以下のように動作する。
内燃機関１のスタートアップ時、コントローラ５０は、第１逆止弁機構３０の逆止解除機能をＯＦＦにすると共に、第２逆止弁機構３５の逆止解除機能をＯＦＦにする。また、電磁開閉弁機構４４を閉弁させている。
【００３２】
このため、第１逆止弁機構３０は油路２２から油路２１への油圧の逆流を防止し、第２逆止弁機構３５は油路２７から油路２６への油圧の逆流を防止する。そして、コントローラ５０は、電動機５２を回転駆動させて、始動に必要な油圧制御ユニット５１の油圧をスタートアップ用油圧ポンプ５３により発生させて、油圧制御ユニット５１へ供給する。
【００３３】
次に、内燃機関１の低負荷時、例えば始動から負荷率３５％までの間は、コントローラ５０は、第１逆止弁機構３０の逆止解除機能をＯＦＦにすると共に、第２逆止弁機構３５の逆止解除機能をＯＮにする。このため、油路２７から油路２６への油圧の逆流が許容される。
【００３４】
機関駆動油圧ポンプ１１が発生させた油圧は、図２に示すように、油路２１、第１逆止弁機構３０、油路２２、油路２３をこの順に介して、油圧制御ユニット５１へ供給される。この場合、機関駆動油圧ポンプ１１が発生させた油圧の一部は、油路２１、第１逆止弁機構３０、油路２２、油路２７、第２逆止弁機構３５、油路２６をこの順に介して、油圧ポンプ１０の吐出口１０ａに供給されて、油圧ポンプ１０の回転をアシストする。この場合、油圧ポンプ１０は、油圧モータとして機能する。すなわち、コントローラ５０はアイスと制御を行う。
なお、油圧ポンプ１０は可変容量型であり、この可変機構によって吐出口１０ａからの油圧の逆流によっても過給機５を正転させることができる。図２は、内燃機関１が低負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
【００３５】
コントローラ５０は、必要に応じて、センサが検出した給気の吸い込み温度、過給機５の下流側の給気路の掃気圧等を読み込む。また、過給機５を加勢するための必要動力は、コントローラ５０内に内燃機関１の負荷率ごとに設定されている。すなわち、コントローラ５０は、過給機５の回転を加勢するために、油圧ポンプ１０を油圧モータとし、機関駆動油圧ポンプ１１で発生した油圧で油圧モータを駆動させる。油圧モータの駆動の際、コントローラ６０は、内燃機関１の負荷率毎に定めた油圧量で油圧モータを駆動させるアシスト制御を行う。
【００３６】
次に、内燃機関１の中負荷時、例えば負荷率３５〜５０％の間は、コントローラ５０は、第１逆止弁機構３０の逆止解除機能をＯＦＦにすると共に、電磁開閉弁機構４４を開弁させる。
【００３７】
電磁開閉弁機構４４が開弁すると、図３に示すように、油圧ポンプ１０が発生させた油圧は、油路２６から電磁開閉弁機構４４を介して油路２４へドレインされて開放されて油路２６における圧力は低くなるので、油路２６から第２逆止弁機構３５を通って圧力の高い油路２７へ流れることはない。この場合、過給機５により回転駆動される油圧ポンプ１０はいわば無負荷運転となるが、システムの冷却ために一定圧の油圧が吐出される。図３は、内燃機関１が中負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
【００３８】
他方、機関駆動油圧ポンプ１１が発生させた油圧は、図３に示すように、油路２１、第１逆止弁機構３０、油路２２、油路２３を介して油圧制御ユニット５１へ供給される。機関駆動油圧ポンプ１１が発生させる油圧は比較的高いが、コントローラ５０が、第２逆止弁機構３５の逆止解除機能をＯＦＦにしているので、第２逆止弁機構３５の逆止機能により、油路２７の油圧が第２逆止弁機構３５を通って油路２６へ流れることはない。
【００３９】
このように、内燃機関１の中負荷時、例えば負荷率３５〜５０％の間は、油圧ポンプ１０は無負荷運転となると共に、油圧制御ユニット５１が必要とする油圧は、機関駆動油圧ポンプ１１で生成される油圧のみが用いられる。
【００４０】
次に、内燃機関１の高負荷時、例えば負荷率５０％以上の場合には、コントローラ５０は、第１逆止弁機構３０の逆止解除機能をＯＮにする共に、第２逆止弁機構３５の逆止解除機能をＯＦＦにする。また、コントローラ５０は、電磁開閉弁機構４４を閉弁させる。
【００４１】
このため、第１逆止弁機構３０は、油路２２から油路２１、つまり油路２２から機関駆動油圧ポンプ１１への油圧の逆流を許容する。また、第２逆止弁機構３５は、油路２６から油路２７への油圧の流れを許容し、逆止機能により、油路２７から油路２６への油圧の流れを防止する。
【００４２】
このため、油圧ポンプ１０が発生させた油圧は、図４に示すように、油路２６、第２逆止弁機構３５、油路２７、油路２３をこの順に介して、油圧制御ユニット５１へ供給される。例えば負荷率５０％以上の場合には、油圧制御ユニット５１が必要とする油圧のすべてを油圧ポンプ１０から供給することができる。
【００４３】
また、内燃機関１の高負荷時には、油圧ポンプ１０は油圧制御ユニット５１に必要な油圧の、例えば２倍程度の油圧を発生させることが可能である。このため、油圧ポンプ１０が発生させた油圧は、図４に示すように、油路２６、第２逆止弁機構３６、油路２７、油路２２、第１逆止弁機構３０、油路２１をこの順に介して、機関駆動ポンフ１１の吐出口１１ａにも供給されて、機関駆動油圧ポンプ１１の回転を加勢する。
すなわち、油圧ポンプ１０が発生させた油圧により、機関駆動油圧ポンプ１１が連結された内燃機関１の回転が加勢される。
図４は、内燃機関１が高負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。
すなわち、コントローラ５０は、油圧ポンプ１０により生成される油圧生成量が、油圧制御ユニット５１を作動するための油圧を含む内燃機関１の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、油圧ポンプ１０の油圧生成量を制御する動力回収制御を行う。
【００４４】
このようにして回収装置１００は、排気エネルギ回収処理を行い、回収したエネルギを内燃機関１の駆動のアシストに用いるので、内燃機関１の燃費を向上させることができる。
【００４５】
また、油圧ポンプ１０は必ずしも可変容量型である必要はなく、固定容量型であってもよい。固定容量型とすれば、大幅な省スペース化が図れる。ただし、油圧ポンプ１０を固定容量型とした場合には、吐出口からの油圧の逆流によってポンプを正転させることはできないので、油圧機構２０のままでは低負荷時に過給機５の加勢を行うことはできない。内燃機関１の低負荷時、中負荷時、高負荷時において回収装置１００と同様の駆動を行わせるためには、油圧の逆流時にも通常の油圧取入口からのポンプへの流入が可能なように、油圧機構２０の構成等を一部変更する必要がある。
【００４６】
本実施形態の回収装置１００は、上述したように、油圧ポンプ１０を油圧モータとして用いて、内燃機関１の負荷率毎に定めた油圧量で、油圧モータを駆動させるアシスト制御を行う。このようなアシスト制御を実行するために、コントローラ５０は、予め、内燃機関１の各負荷率に対応した油圧量が設定された参照テーブルを保持する。図５は、コントローラ５０が保持する参照テーブルの一例を示す図である。図中、５〜２５％の負荷率に対応した油圧量が“Ａ”〜“Ｅ”（“Ａ”〜“Ｅ”は、数字を表す）と定められている。このような油圧量は、内燃機関１の負荷率に応じて変化する掃気圧を実現するように過給機５の圧縮機６の特性に応じて定めた油圧量である。
【００４７】
このように、内燃機関１の負荷率に応じて油圧ポンプ１０を油圧モータとして使用するときに、油圧モータが使用すべき油圧量を定めているのは、アシスト制御時、油圧モータの駆動のための油圧源と、油圧制御ユニット５１の駆動のための油圧源が同じ機関駆動油圧ポンプ１１の油圧であり、油圧モータの駆動のための油圧量を、内燃機関１の掃気圧に基づいてフィードバック制御をした場合、過給機５の加勢のアシストが過多になり易く、これに伴って、内燃機関１の熱負荷が大きくなり、さらには、油圧制御ユニット５１に供給する油圧量が低下し、油圧制御ユニット５１の必要とする油圧量が不足する場合があるからである。
このように、回収装置１００は、従来必要とした補助ブロアを、アシスト制御により過給機５の回転を加勢するので、内燃機関の起動から停止に至るまで必要としない。このため、補助ブロアを駆動させる電動機は不要となり、電動機に供給する電力も不要となるため、発電機の発電容量を小さくすることができる。
【００４８】
上記アシスト制御を行うとき、油圧制御ユニット５１の作動のために用いる油圧源は、機関駆動油圧ポンプ１１の発生した油圧の一部である。この場合、油圧制御ユニット５１の作動のために必要な油圧量は、内燃機関１の負荷率に応じて定まっているので、少なくとも機関駆動油圧ポンプ１１が負荷率に応じて定まる油圧制御ユニット５１の作動のために必要な油圧量と、油圧モータの加勢により所定の掃気圧になるように油圧モータを回転させるために必要な油圧量とを確保できれば、機関駆動油圧ポンプ１１で生成した油圧量を、油圧制御ユニット５１に過不足なく振り分けることができる。
【００４９】
さらに、コントローラ５０は、アシスト制御において、機関駆動油圧ポンプ１１が、油圧制御ユニット５１の作動に用いる油圧量と油圧モータ（油圧ポンプ１０）の駆動に用いる油圧量の合計量に対応する油圧を生成するように制御することが好ましい。例えば、コントローラ５０は、可変容量型である機関駆動油圧ポンプ１１の容量を制御することが好ましい。
【００５０】
また、内燃機関１には、内燃機関１のクランク軸２の回転数が所定の回転数範囲内に所定時間滞在しない制限が設定されている場合、クランク軸２の回転数が回転数範囲を通過するとき、コントローラ５０は、上記制限を満足するようにアシスト制御を行うことが好ましい。
一般的に、ディーゼルエンジンでは、クランク軸に捩じり振動が発生しやすく、この捩じり振動に起因した危険回転数が常用回転数の範囲内に入らないように設計されるが、クランク軸における一部の振動モードのうち、振動数が低い振動モードは、ディーゼルエンジンの上記常用回転数で生じやすい。このような振動が発生し易い回転数の範囲は、ＢＳＲ（Barred Speed Range）といわれる。このため、クランク軸の破損を回避するために、ＢＳＲでクランク軸を長時間回転させないことが望まれる。例えば、クランク軸の回転数を増加させるあるいは減少させる場合、回転数がＢＳＲを速やかに通過することが好ましい。しかし、近年、例えば船舶では、エンジン出力の小さなエンジンを用いる設計が多いため、クランク軸の回転数がＢＳＲを速やかに通過できるように回転数を加速させることは難しい。このような場合、上記アシスト制御により、内燃機関１の応答性を高めることができ、クランク軸２の回転数がＢＳＲを早期に通過さすることができる。  
【００５１】
回収装置１００は、例えば、船舶に搭載され、内燃機関１は、この船舶の推進用エンジンであることが好ましい。この船舶は、排気エネルギ回収処理を行うので、内燃機関１の燃費を向上させる他、過給機５のアシスト制御により、補助ブロアを用いることなく、過給機によるエンジンへの給気を効率よくアシストすることができ、船舶における発電容量を抑えることができる。また、油圧制御ユニット５１の駆動源として、過給機５の回転によって回転する油圧ポンプ１０の生成する油圧を用いるので、効率よく排気エネルギを利用することができる。
【００５２】
上述の回収装置１００は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。また、上述の回収装置１００においては、負荷３５％までを低負荷とし、負荷３５〜５０％を中負荷とし、また負荷５０％以上を高負荷としたが、あくまでも一例であって内燃機関の種類や利用形態等により異なるものであり、これらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１  内燃機関
２  クランク軸
３  変速機
４  排ガス路
５，１５０  過給機
６，１６０  圧縮機
７，１７０  タービン
８，１８０  回転軸
９  変速機
１０  油圧ポンプ
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ  吐出口
１１  機関駆動油圧ポンプ
２０  油圧機構
２１，２２，２３，２４，２６，２７  油路
３０  第１逆止弁機構
４４  電磁開閉弁機構
３５  第２逆止弁機構
５０  コントローラ
５１  油圧制御ユニット
５２  電動機
５３  スタートアップ用油圧ポンプ
【図１】
2019065781.tif 000003
【図２】
2019065781.tif 000004
【図３】
2019065781.tif 000005
【図４】
2019065781.tif 000006
【図５】
2019065781.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月28日(2018.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧で作動する作動機器を電子制御することにより駆動される内燃機関と、
前記内燃機関の排ガス路に配設されて前記内燃機関の排ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の吸気管に過給された給気を供給する過給機と、
前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第１油圧ポンプと、
前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプと前記作動機器とを接続する油路と、
前記作動機器を電子制御し、前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記過給機の回転を加勢するために、前記第１油圧ポンプを油圧モータとし、前記第２油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた前記油圧モータに必要な油圧量を、前記第２油圧ポンプが過不足なく供給することにより、前記油圧モータを駆動させるアシスト制御と、
前記第１油圧ポンプにより生成される油圧生成量が、前記作動機器を作動するための油圧を含む前記内燃機関の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、前記第１油圧ポンプの油圧生成量を制御する動力回収制御とのうち一方の制御を、前記内燃機関の駆動の状態に応じて選択して行う、ことを特徴とする内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項２】
前記アシスト制御を行うとき、前記作動機器の作動のために用いる油圧源は、前記第２油圧ポンプの発生した油圧の一部である、請求項１に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記アシスト制御において、前記第２油圧ポンプが、前記作動機器の作動に用いるための必要な第１油圧量と前記油圧モータの駆動に用いるための必要な第２油圧量の合計量に対応する油圧を生成し、前記作動機器に前記第１油圧量を、前記油圧モータに前記第２油圧量を、それぞれ過不足なく振り分けるように制御する、請求項２に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項４】
前記内燃機関には、前記内燃機関のクランク軸の回転数が所定の回転数範囲内に所定時間滞在しない制限が設定されており、
前記クランク軸の回転数が前記回転数範囲を通過するとき、前記コントローラは、前記制限を満足するように前記アシスト制御を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の過給機余剰動力回収装置が搭載され、
前記内燃機関は、船舶の推進用エンジンである、ことを特徴とする船舶。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の一態様は、内燃機関の過給機余剰動力回収装置である。当該過給機余剰動力回収装置は、
油圧で作動する作動機器を電子制御することにより駆動される内燃機関と、
前記内燃機関の排ガス路に配設されて前記内燃機関の排ガスにより回転駆動されて前記内燃機関の吸気管に過給された給気を供給する過給機と、
前記過給機に連結されて前記過給機により回転駆動されて油圧を発生させる第１油圧ポンプと、
前記内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動されて油圧を発生させる第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプと前記作動機器とを接続する油路と、
前記作動機器を電子制御し、前記第１油圧ポンプ及び前記第２油圧ポンプの駆動を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記過給機の回転を加勢するために、前記第１油圧ポンプを油圧モータとし、前記第２油圧ポンプで発生した油圧で前記油圧モータを駆動させ、前記油圧モータの駆動の際、前記内燃機関の負荷率毎に定めた前記油圧モータに必要な油圧量を、前記第２油圧ポンプが過不足なく供給することにより、前記油圧モータを駆動させるアシスト制御と、
前記第１油圧ポンプにより生成される油圧生成量が、前記作動機器を作動するための油圧を含む前記内燃機関の駆動のために必要な油圧の必要量に対応するように、前記第１油圧ポンプの油圧生成量を制御する動力回収制御とのうち一方の制御を、前記内燃機関の駆動の状態に応じて選択して行う。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記コントローラは、前記アシスト制御において、前記第２油圧ポンプが、前記作動機器の作動に用いるための必要な第１油圧量と前記油圧モータの駆動に用いるための必要な第２油圧量の合計量に対応する油圧を生成し、前記作動機器に前記第１油圧量を、前記油圧モータに前記第２油圧量を、それぞれ過不足なく振り分けるように制御する、ことが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
機関駆動油圧ポンプ１１が発生させた油圧は、図２に示すように、油路２１、第１逆止弁機構３０、油路２２、油路２３をこの順に介して、油圧制御ユニット５１へ供給される。この場合、機関駆動油圧ポンプ１１が発生させた油圧の一部は、油路２１、第１逆止弁機構３０、油路２２、油路２７、第２逆止弁機構３５、油路２６をこの順に介して、油圧ポンプ１０の吐出口１０ａに供給されて、油圧ポンプ１０の回転をアシストする。この場合、油圧ポンプ１０は、油圧モータとして機能する。すなわち、コントローラ５０はアシスト制御を行う。
なお、油圧ポンプ１０は可変容量型であり、この可変機構によって吐出口１０ａからの油圧の逆流によっても過給機５を正転させることができる。図２は、内燃機関１が低負荷率にあるときの油圧の流れの一例を説明する図である。