發(fā)動機排氣能量回收裝置制造方法
【專利摘要】一種不通過動力渦輪和增壓器就能夠調整旁通的廢氣量，始終能夠確保發(fā)動機的最佳運轉狀態(tài)的排氣能量回收裝置和船舶用柴油發(fā)動機。具備排氣渦輪增壓器（6）；第一排氣管（L1），將該排氣渦輪增壓器與發(fā)動機的排氣岐管之間連通；動力渦輪（4），由廢氣來驅動；第二排氣管（L2），將排氣岐管與動力渦輪之間連通；氣體入口控制閥（V1），配設在該第二排氣管的中途并控制廢氣向動力渦輪的流量；旁通管（L8），與位于氣體入口控制閥的上游側的第二排氣管連接而繞過動力渦輪；廢氣旁通控制閥（V3），配設在該旁通管的中途并控制繞過動力渦輪的廢氣的流量；以及節(jié)流裝置（19），設置在該廢氣旁通控制閥的下游側。
【專利說明】發(fā)動機排氣能量回收裝置
[0001]本申請為2011年11月10日進入中國國家階段、申請?zhí)枮?01080020552.9的、發(fā)明名稱為“發(fā)動機排氣能量回收裝置”的申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及回收從船舶用柴油發(fā)動機、陸上發(fā)電機用柴油發(fā)動機等的發(fā)動機主體排出的廢氣(燃燒氣體)的排氣能量作為動力的排氣能量回收裝置。
【背景技術】
[0003]作為以廢氣(燃燒氣體)中含有的排氣能量為動力進行回收的排氣能量回收裝置，例如已知有專利文獻所公開的增壓器及動力渦輪。
[0004]專利文獻I日本特開昭63 - 186916號公報
[0005]柴油發(fā)動機具備將從發(fā)動機主體排出的廢氣(燃燒氣體)不僅導向增壓器，而且將其一部分導向動力渦輪等而回收排氣能量的裝置，在此種柴油發(fā)動機中，由于廢氣的一部分的排氣能量未使用于增壓器的驅動，因此根據(jù)發(fā)動機的運轉狀態(tài)的不同，可能會發(fā)生增壓器效率下降且從增壓器向發(fā)動機主體的換氣(供氣)壓力不足，因而發(fā)動機的燃燒效率下降，燃料消耗率增加。
[0006]然而，近年來，通過增壓器的排氣渦輪部及被渦輪部的旋轉驅動力所驅動的壓縮器部的葉片的形狀、將葉片包裹在內的殼體與葉片之間的間隙的減少、渦輪部及壓縮器部的驅動阻力減少等的改善，增壓器的性能獲得提高，即使將來自發(fā)動機的廢氣超過以往情況地導向動力渦輪，增壓器也能夠向發(fā)動機主體供給充分的換氣壓力(供氣壓力)。
[0007]其結果是，上述專利文獻所公開的柴油發(fā)動機在高負載運轉的狀態(tài)下，當縮小旁通閥(即，減少動力渦輪的輸出)時，為了驅動動力渦輪而利用的廢氣向增壓器的排氣渦輪供給，排氣渦輪的驅動力及轉速上升，被排氣渦輪所驅動的壓縮器的轉速也上升。
[0008]其結果是，從壓縮器向柴油發(fā)動機供給的壓縮空氣的壓力(換氣壓力:供氣壓力)超過發(fā)動機的容許運轉壓力，因此從發(fā)動機安全方面的觀點出發(fā)，僅將換氣壓力控制成容許壓力以下，因此發(fā)動機不會以最佳運轉狀態(tài)進行運轉而無法實現(xiàn)熱效率改善。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明鑒于上述的情況而作出，其目的在于提供一種不通過動力渦輪和增壓器就能夠調整旁通的廢氣量，從而能夠始終確保發(fā)動機的最佳運轉狀態(tài)的發(fā)動機排氣能量回收
裝置。
[0010]另外，其目的在于即便由于經(jīng)年老化而汽缸內的壓縮壓力下降，也能維持所述發(fā)動機的最佳運轉狀態(tài)。
[0011]發(fā)動機實現(xiàn)上述目的，涉及一種排氣能量回收裝置，其特征在于，具備:排氣渦輪增壓器，利用從所述發(fā)動機排出的廢氣對渦輪部進行驅動，具有通過該渦輪部的驅動而將外氣向發(fā)動機主體進行壓力輸送的壓縮器部；第一排氣管，將該排氣渦輪增壓器與所述發(fā)動機的排氣岐管之間連通；動力渦輪，由所述廢氣來驅動；第二排氣管，將所述排氣岐管與所述動力渦輪之間連通；氣體入口控制閥，配設在該第二排氣管的中途并控制廢氣向所述動力渦輪的流量；旁通管，與位于所述氣體入口控制閥的上游側的所述第二排氣管連接而繞過所述動力渦輪；廢氣旁通控制閥，配設在該旁通管的中途并控制繞過所述動力渦輪的廢氣的流量；以及節(jié)流裝置，設置在該廢氣旁通控制閥的下游側。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機排氣能量回收裝置，通過在旁通控制閥的下游側設置節(jié)流裝置，能夠確保發(fā)動機的最佳運轉。
[0013]另外，本發(fā)明還優(yōu)選如下結構:在發(fā)動機進行高負載運轉且動力渦輪為全負載運轉狀態(tài)時，所述節(jié)流裝置進行調整，以在所述氣體入口控制閥全閉時，使得與在所述氣體入口控制閥中流動的廢氣同量的廢氣在所述廢氣旁通控制閥中流動。
[0014]在發(fā)動機主體進行高負載運轉(通常的航行運轉)且動力渦輪為全負載運轉狀態(tài)時(即，廢氣旁通控制閥為全閉且氣體入口控制閥為全開時)，節(jié)流裝置進行調整，以在氣體入口控制閥全閉時(動力渦輪為停止狀態(tài))，使得與在氣體入口控制閥中流動的廢氣同量的廢氣在廢氣芳通控制閥中流動。
[0015]因此，在發(fā)動機主體為高負載運轉的狀態(tài)且動力渦輪為停止狀態(tài)時，防止向排氣渦輪增壓器側供給的廢氣的流量增加而換氣壓力增加至規(guī)定以上的情況，從而防止對發(fā)動機造成壞影響。
[0016]另一方面，如上所述，在發(fā)動機主體為高負載運轉(通常的航行運轉)且動力渦輪為全負載運轉狀態(tài)時，節(jié)流裝置進行調整，以使得與在動力渦輪中流動的廢氣同量的廢氣進行流動(氣體入口控制閥全閉時)，上述情況是在氣體入口控制閥全閉時，向排氣渦輪增壓器側供給的廢氣的流量越減少而在節(jié)流裝置中流動的廢氣越不流動，因此也防止排氣渦輪增壓器的換氣壓力成為規(guī)定值以下，從而能夠確保發(fā)動機主體的最佳運轉。
[0017]另外，本發(fā)明優(yōu)選還具備:熱交換器，從所述發(fā)動機主體導出的廢氣經(jīng)過所述熱交換器的內部而產(chǎn)生蒸汽；蒸汽渦輪，通過從所述熱交換器導出的蒸汽來驅動；以及發(fā)電機，通過所述動力渦輪和所述蒸汽渦輪來驅動。
[0018]將從熱交換器導出的蒸汽輸送到蒸汽渦輪而驅動蒸汽渦輪，與動力渦輪共同作用而將發(fā)電機作為驅動源。
[0019]另外，本發(fā)明還可優(yōu)選提供一種船舶用柴油發(fā)動機，其特征在于，具備所述的排氣能量回收裝置。
[0020]能夠得到具有所述排氣能量回收裝置所產(chǎn)生的效果的船舶用柴油發(fā)動機。
[0021]發(fā)明效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明的排氣能量回收裝置，不通過動力渦輪和增壓器就能夠調整旁通的廢氣量，從而能夠始終確保發(fā)動機的最佳運轉狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是具備本發(fā)明的第一實施方式的排氣能量回收裝置的簡要結構圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的決定最佳運轉狀態(tài)的控制用數(shù)據(jù)庫的一例。
[0025]圖3是本發(fā)明的第一實施方式的控制結構圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的第一實施方式的控制流程圖。[0027]圖5是本發(fā)明的第二實施方式的控制結構圖。
[0028]圖6是本發(fā)明的第二實施方式的控制流程圖。
[0029]圖7是本發(fā)明的第三實施方式的控制結構圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的第三實施方式的控制流程圖。
[0031]圖9是本發(fā)明的第四實施方式的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，說明本發(fā)明的發(fā)動機排氣能量回收裝置的實施方式。
[0033]但是，該實施例所記載的結構部件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等并不局限于特定的記載，本發(fā)明的范圍并未限定于此，只不過是說明例。
[0034]如圖1所示，船舶用柴油發(fā)動機I具備:柴油發(fā)動機主體(例如，低速二沖程柴油發(fā)動機)2 ;柴油發(fā)動機主體2 (以下稱為“發(fā)動機主體”)的排氣岐管7 ;在發(fā)動機主體2內通過未圖示的燃料噴射裝置噴射的燃料進行燃燒的汽缸6(在本實施方式的情況下，表示配置有六個汽缸的六汽缸發(fā)動機)。3是排氣渦輪增壓器，其具備:通過從排氣岐管7排出的廢氣進行驅動的排氣渦輪部3a ;與該排氣渦輪部3a同軸地結合而被進行旋轉驅動，并將外氣作為換氣(供氣)施加壓力而向發(fā)動機主體2供給的壓縮器部3b。LI是將排氣岐管7和排氣潤輪部3a連結,并將廢氣向排氣潤輪部3a輸送的第一排氣管。18是用于對利用壓縮器部3b將外氣壓縮后的換氣(供氣)進行冷卻而提升空氣密度的中間冷卻器。Kl是將壓縮器部3b和中間冷卻器18連結的第一供氣管，K2是將中間冷卻器18和發(fā)動機主體2的供氣岐管8連結，并將通過中間冷卻器18冷卻后的換氣(供氣)向發(fā)動機主體2的供氣岐管8輸送的第二供氣管。
[0035]4是通過從排氣岐管7分流的廢氣進行驅動的作為后述的發(fā)電機的驅動源的動力渦輪。9是利用對動力渦輪4及排氣渦輪增壓器3的排氣渦輪部3a分別進行驅動的廢氣的熱量來使水與蒸汽進行熱交換的熱交換器。LlO是向熱交換器9供水的供水管。熱交換器9是使通過供水管LlO供給的水向蒸發(fā)管內(未圖示)流通，而利用廢氣的熱量將水熱轉換成蒸汽的裝置。
[0036]L2是將排氣岐管7和動力渦輪4連結，并將廢氣向動力渦輪4輸送的第二排氣管。L3是將動力渦輪4和熱交換器9連結，并將從動力渦輪4排出的廢氣向熱交換器9輸送的第三排氣管，L4是與排氣渦輪增壓器3的排氣渦輪部3a和第三排氣管L3連結，并將來自排氣渦輪部3a的廢氣向熱交換器9輸送的第四排氣管。L5與上述的動力渦輪4共同作用而將熱交換器9和作為發(fā)電機的驅動源的蒸汽渦輪5連結，并將熱交換器9進行了熱交換后的蒸汽向蒸汽渦輪5輸送的第五排氣管。L6是使驅動了蒸汽渦輪5后的蒸汽向冷凝器(凝汽器)(未圖示)返回的第六排氣管。L7是將在熱交換器9中水與蒸汽進行了熱交換后的廢氣向煙囪(煙囪)(未圖示)輸送而向船外排出的第七排氣管。
[0037]另外，通過冷凝器(凝汽器)使蒸汽凝結且凝汽而得到的水由供水管LlO向熱交換器9供給。
[0038]Vl是夾裝在第二排氣管L2的中途，為了控制向動力渦輪4的廢氣流量，通過控制器(未圖示)來調整開度的氣體入口控制閥。V2是夾裝在第五排氣管L5的中途，為了控制向蒸汽渦輪5的蒸汽流量，通過所述控制器調整開度的蒸汽流量調整閥。V3是夾裝在第一旁通管L8的中途的廢氣旁通控制閥，該第一旁通管L8將第二排氣管L2的氣體入口控制閥Vl上游側位置和第三排氣管L3連結。V4是夾裝在第二旁通管Lll的中途的蒸汽旁通流量控制閥，該第二旁通管Lll將第五排氣管L5的流量調整閥V2上游側位置和第六排氣管L6連結。
[0039]V5是在第二排氣管L2與第一旁通管L8的結合部和氣體入口控制閥Vl之間夾裝于第二排氣管L2的緊急用的緊急控制閥，在某些事態(tài)下想要停止向動力渦輪4的廢氣流入時進行工作。
[0040]另外，在廢氣旁通控制閥V3與第三排氣管L3的中途部夾裝有節(jié)流裝置19。在發(fā)動機主體2進行高負載運轉(通常的航行運轉)，且動力渦輪4為全負載運轉狀態(tài)時(即，廢氣旁通控制閥V3為全閉且氣體入口控制閥Vl為全開時)，節(jié)流裝置19進行調整，以在氣體入口控制閥Vl全閉時(動力渦輪4為停止狀態(tài))，使得與在氣體入口控制閥Vl中流動的廢氣同量的廢氣在廢氣旁通控制閥V3中流動。
[0041]因此，在發(fā)動機主體2為高負載運轉的狀態(tài)且動力渦輪4為停止狀態(tài)時，防止向排氣渦輪增壓器3側供給的廢氣的流量增加而換氣壓力增加至規(guī)定以上的情況，從而防止對發(fā)動機造成壞影響。
[0042]另一方面，如上所述，在發(fā)動機主體2為高負載運轉(通常的航行運轉)且動力渦輪4為全負載運轉狀態(tài)時，節(jié)流裝置19進行調整，以使得與在動力渦輪4中流動的廢氣同量的廢氣進行流動(氣體入口控制閥Vl全閉時)，上述情況是在氣體入口控制閥Vl全閉時，向排氣渦輪增壓器3側供給的廢氣的流量越減少而在節(jié)流裝置19中流動的廢氣越不流動，因此也防止排氣渦輪增壓器3的換氣壓力成為規(guī)定值以下，從而能夠確保發(fā)動機主體2的最佳運轉。
[0043]動力渦輪4的旋轉軸(未圖示)和蒸汽渦輪5的旋轉軸(未圖示)經(jīng)由減速器(未圖示)及聯(lián)軸器10連結，而且，蒸汽渦輪5的旋轉軸(未圖示)和發(fā)電機11的旋轉軸(未圖示)經(jīng)由減速器(未圖示)及聯(lián)軸器12連結。
[0044]另外，發(fā)電機11經(jīng)由控制用阻力器13與另外配置在船內(本實施方式中的發(fā)動機室內)的配電盤14電連接，從而能夠利用發(fā)電機11所發(fā)出的電力作為船內電源。
[0045]接下來，參照圖2，說明本發(fā)明的實施方式中的燃料消耗率決定最佳運轉狀態(tài)的控制用數(shù)據(jù)庫即映射。
[0046]圖2的控制用數(shù)據(jù)庫在船舶用二沖程發(fā)動機中，表示某發(fā)動機轉速、負載時的關系。因此，分別相對于發(fā)動機轉速、負載而具有同樣的關系的映射。
[0047]橫軸表示壓縮壓力Pcomp，圖2的右方向的值變大?？v軸表示燃料噴射時間,上方表示時間延遲角方向，下方表示提前角方向。
[0048]取代壓縮壓力Pcomp，作為換氣(供氣)壓力(換氣壓力大時，壓縮壓力變大的關系)、發(fā)動機主體的排氣閥關閉時間(提前關閉而壓縮壓力變大的關系)，取代控制因子也能得到同樣的關系。
[0049]圖中具有間隔的多個曲線是燃料消耗率的等高線，根據(jù)發(fā)動機的轉速、負載而曲線的位置及曲線的形狀不同。圖中燃料消耗率的等高線表示隨著向曲線的右下(曲線的中心方向)方向移動而燃料消耗率良好。
[0050]另外，粗直線表示汽缸內最高壓力Pmax上限值，汽缸內最高壓力Pmax上限值的右側區(qū)域由于超過發(fā)動機主體的容許壓力而成為無法使用的范圍。
[0051]因此，將發(fā)動機的燃料消耗率控制成最佳運轉狀態(tài)的目標位置(最佳運轉點)是汽缸內最高壓力Pmax上限值的左側區(qū)域且成為燃料消耗率的等高線的接近汽缸內最高壓力Pmax上限值的部分。
[0052]基于該目標位置控制換氣壓力、排氣閥關閉時間、燃料噴射時間，維持發(fā)動機的最佳運轉狀態(tài)。
[0053]另外，隨著負載降低，換氣壓力下降，伴隨于此，壓縮壓力下降，因此能夠將燃料噴射時間形成為提前角。因此，負載越低，而在圖2的映射中，最佳運轉點越沿著粗直線的汽缸內最高壓力Pmax上限值向左下方向移動。
[0054]此時，無論是燃料消耗率的等高線還是曲線的中心都沿著粗直線的汽缸內最高壓力Pmax上限值向左下方向移動。
[0055](第一實施方式)
[0056]基于圖3及圖4，說明本發(fā)明的發(fā)動機的最佳運轉(燃料消耗率最小)控制方法的第一實施方式。圖3是本發(fā)明的第一實施方式的控制結構圖，圖4是本發(fā)明的第一實施方式的控制流程圖。
[0057]在圖3中，來自發(fā)動機負載檢測機構20的信號、來自發(fā)動機轉速檢測機構21的信號、來自對發(fā)動機的換氣(供氣)壓力進行檢測的換氣壓力檢測機構22的信號向控制裝置即控制器23輸入并輸出向廢氣旁通控制閥V3的廢氣旁通控制閥控制指令信號A。
[0058]如圖4所示，在步驟SI中，通過各個檢測機構從發(fā)動機主體I檢測發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne及換氣壓力Ps，作為信號向控制器23輸入。在步驟S2中，控制器23將發(fā)動機負載L及發(fā)動機轉速Ne參照預先在控制器23內準備的數(shù)據(jù)庫并計算最佳換氣壓力PsO(在圖2中基于橫軸表示換氣壓力的映射來計算)。
[0059]接下來，在步驟S3中，控制器23求出換氣壓力Ps與在步驟S2中計算出的最佳換氣壓力PsO之差APs，基于該差APs而決定廢氣旁通控制閥V3的開度修正量ΛΑ。
[0060]接下來，在步驟S4中，根據(jù)在步驟S3中決定出的廢氣旁通控制閥V3的開度修正量ΛΑ和當前的開度指令值A’，決定廢氣旁通控制閥V3的新的控制閥開度指令值A。在步驟S5中，將控制成新的控制閥開度指令值A的指令通過控制器23向廢氣旁通控制閥V3輸出。然后，從步驟S5返回步驟SI重復進行。通過重復該動作而檢測換氣壓力Ps是否成為用于維持最佳運轉狀態(tài)的狀態(tài)，在偏離用于維持最佳運轉狀態(tài)(燃料消耗率最小)的最佳換氣壓力PsO時進行修正。
[0061]根據(jù)第一實施方式，根據(jù)控制裝置23所檢測到的發(fā)動機負載、發(fā)動機轉速等檢測值計算用于形成為發(fā)動機的最佳運轉狀態(tài)的發(fā)動機的最佳換氣壓力PsO，通過上述廢氣旁通控制閥V3的控制，將為了成為該計算出的換氣壓力而向動力渦輪側分流的廢氣量控制成最佳換氣壓力，始終將發(fā)動機維持成最佳運轉狀態(tài)，通過抑制燃料消耗率而能得到發(fā)動機的運轉成本減少及與之相伴的環(huán)境負荷減少等優(yōu)良效果。
[0062](第二實施方式)
[0063]接下來，基于圖5及圖6，說明本發(fā)明的發(fā)動機最佳運轉控制方法的第二實施方式。另外，第一、第二實施方式是未計測汽缸內壓力而進行基于換氣壓力(供氣壓力)的檢測值的控制的情況，后述的實施方式3、4是測定汽缸內壓力進行控制的情況。[0064]圖5是第二實施方式的控制結構圖，圖6是第二實施方式的控制流程圖。
[0065]在圖5中，對與第一實施方式相同的結構標注同一符號。與第一實施方式不同的結構是如下的點:從廢氣旁通控制閥開度檢測機構26輸入開度信號，而且，向發(fā)動機控制器25輸出燃料噴射時間信號、排氣閥關閉時間信號、工作液蓄壓壓力信號(電子控制發(fā)動機中的燃料泵驅動液的工作液蓄壓壓力)或燃油蓄壓壓力信號(共軌式燃料泵的燃料蓄壓壓力)。
[0066]在圖6所示的流程圖中，首先在步驟S11中，通過各個檢測機構從廢氣旁通控制閥開度檢測機構26檢測廢氣旁通控制閥開度信號B和來自發(fā)動機主體I的發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne及換氣壓力Ps,作為信號向控制器24輸入。
[0067]接下來在步驟S12中，參照預先在控制器24內準備的映射(最佳換氣壓力PsO、燃料噴射時間9inj、排氣閥關閉時間0evc、工作液/燃油蓄壓壓力相對于發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne的映射)，計算各參數(shù)的最佳值。
[0068]S卩，如圖2所示，預先在控制器24內準備的映射是指，分別按照每個發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne，在壓縮壓力Pcomp與燃料噴射時間的坐標內表示燃料消耗率的等高線及汽缸內最高壓力Pmax上限值，并設定P點作為最佳運轉點的映射。
[0069]并且，也可以取代橫軸的壓縮壓力Pcomp而使用換氣壓力、排氣閥關閉時間、工作液蓄壓壓力(電子控制發(fā)動機中的燃料泵驅動液的工作液蓄壓壓力)或燃油蓄壓壓力(共軌式燃料泵的燃料蓄壓壓力)?；谶@些映射而計算出各參數(shù)的最佳值。
[0070]在步驟S13中，控制器24求出由換氣壓力檢測機構22檢測到的換氣壓力Ps與在步驟S12中算出的最佳換氣壓力PsO之差APs，基于該Λ Ps而決定開度修正量ΛΑ。在步驟S14中，根據(jù)在步驟S13中決定的廢氣旁通控制閥V3的開度修正量Λ A和當前的開度指令值Α’而決定廢氣旁通控制閥V3的新的控制閥開度Α。在步驟S15中，通過控制器24將控制成新的控制閥開度A的指令向廢氣旁通控制閥V3輸出。在步驟S16中，算出新檢測到的廢氣旁通控制閥V3的檢測值B與指令值A的誤差。在步驟S17中若存在誤差則返回步驟S14，基于誤差而計算出修正量，重復進行修正。
[0071]若檢測到的廢氣旁通控制閥V3的控制閥開度B成為按照指令值A的指示，則返回步驟S11，重復進行控制，以將換氣壓力Ps維持最佳換氣壓力PsO。
[0072]另一方面,在步驟S18中，分別從燃料噴射時間Θ inj、排氣閥關閉時間Θ evc、工作液/燃油蓄壓壓力映射將發(fā)動機最佳運轉維持用的值作為信號向發(fā)動機控制器25發(fā)送，而與發(fā)動機主體2的控制一起實施。
[0073]S卩，如上所述，取代圖2的橫軸的壓縮壓力Pc，通過使用換氣壓力、排氣閥關閉時間、工作液蓄壓壓力(電子控制發(fā)動機中的燃料泵驅動液的工作液蓄壓壓力)或燃油蓄壓壓力(共軌式燃料泵的燃料蓄壓壓力)的映射，算出與設定了燃料消耗率最小的最佳運轉點P的位置相對的坐標縱軸的燃料噴射時間、坐標橫軸的排氣閥關閉時間、工作液蓄壓壓力、燃油蓄壓壓力的最佳值并輸出。
[0074]電子控制發(fā)動機中的燃料泵驅動液的工作液蓄壓壓力、共軌式燃料泵的燃料蓄壓壓力、以及排氣閥的關閉時間會直接影響燃料噴射壓力。因此，能夠將工作液蓄壓壓力或燃料噴射壓力維持得較高，而確保汽缸內的燃料的微細化、及燃料與空氣的混合促進形成的最佳燃燒狀態(tài)，從而得到熱效率的提高所產(chǎn)生的燃料消耗率的減少、燃燒改善所產(chǎn)生的廢氣的凈化所相伴的環(huán)境負荷的減少等優(yōu)良效果。
[0075]另外，如圖6的步驟S14~S17所示，檢測排氣體旁通控制閥V3的開度，而進行反饋控制，從而能夠對經(jīng)年老化等所產(chǎn)生的指定值與實際的開度的偏差進行修正，能夠防止運轉條件偏離最佳運轉條件的情況。[0076](第三實施方式)
[0077]接下來，基于圖7、圖8，說明本發(fā)明的發(fā)動機最佳運轉控制方法的第三實施方式。圖7表示控制結構圖，圖8表示控制流程圖。
[0078]在圖7所示的控制結構中，對與所述第二實施方式相同的結構標注同一符號。與第二實施方式不同的結構是將汽缸內壓力檢測機構27所產(chǎn)生的汽缸內壓力信號向控制器28輸入這一點。
[0079]在圖8所示的流程圖中，首先在步驟S21中，將從廢氣旁通控制閥V3檢測到的廢氣旁通控制閥開度信號B，以及通過各個檢測機構檢測的來自發(fā)動機主體I的發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne、換氣壓力Ps、以及汽缸內壓力Pcyl，作為信號向控制器28輸入。在步驟S22中，根據(jù)檢測到的汽缸內壓力Pcyl的曲軸轉角履歷，而計算出汽缸內壓縮壓力(點火前壓力)Pcomp、汽缸內最高壓力Pmax。
[0080]接下來，在步驟S23中，參照預先在控制器28內準備的映射(最佳換氣壓力PsO、最佳壓縮壓力PcompO、最佳最高壓力PmaxO相對于發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne的映射),而計算出參數(shù)最佳值。
[0081]在步驟S24中，求出換氣壓力Ps與在步驟S23中算出的最佳換氣壓力PsO之差APs，基于Λ Ps決定開度修正量ΛΑ。在步驟S25中，根據(jù)在步驟S24中決定的廢氣旁通控制閥V3的開度修正量△ A和當前的開度指令值Α’決定廢氣旁通控制閥V3的新的控制閥開度Α。
[0082]在步驟S26中，通過控制器28將在步驟S25中決定的對向廢氣旁通控制閥V3的新的控制閥開度指令值A進行控制的指令輸出。在步驟S27中，算出新檢測到的廢氣旁通控制閥V3的值與指令值的誤差。在步驟S28中，判定誤差的有無，若存在誤差，則在步驟S30中，基于誤差而計算出修正量，返回步驟S25，重復進行廢氣旁通控制閥V3的開度的修正。
[0083]當檢測到的廢氣旁通控制閥V3的控制閥開度A成為按照指令值的指示時，然后，返回步驟S21，重復進行控制，以將換氣壓力Ps維持成最佳換氣壓力PsO。
[0084]另一方面，在步驟S31中，基于在步驟S23中算出的汽缸內壓縮壓力Pcomp與最佳壓縮壓力PcompO之差APcomp而決定排氣閥關閉時間的變更量Δ Θ evc。
[0085]同樣地，在步驟S32中與排氣閥關閉時間的變更量Λ Θ evc的決定并行地，基于在步驟S23中算出的最佳最高壓力PmaxO和在步驟S22中算出的汽缸內最高壓力Pmax而決定燃料噴射時間的變更量Λ Θ inj。
[0086]在步驟S33中，基于在步驟S31中決定的排氣閥關閉時間的變更量Λ Θ evc而決定排氣閥關閉時間，在步驟S34中，決定燃料噴射時間Θ inj。在步驟S35中，控制器28對發(fā)動機控制器25發(fā)出排氣閥關閉時間Θ evc及燃料噴射時間Θ inj的修正指令。在步驟S36中，算出目標的最佳最高壓力PmaxO、最佳壓縮壓力PcompO與檢測到的汽缸內最高壓力Pmax、汽缸內壓縮壓力Pcomp的誤差。在步驟S37中，若分別存在誤差，則基于誤差，計算出修正量，分別對步驟S33和步驟S34進行反饋而重復進行控制。[0087]由此，發(fā)動機能夠進一步維持極其細微的最佳運轉(燃料消耗率最小)，能夠進一步實現(xiàn)燃料消耗率的提聞和環(huán)境負荷減少。
[0088]另外，在發(fā)動機的汽缸內被壓縮的壓縮壓力由換氣壓力和排氣閥關閉時間這兩個因子來決定。因此，通過設定提高換氣(供氣)壓力并使排氣閥關閉時間延遲的關系，而活塞上升時的壓縮作功減少，能得到燃料費減少效果，而且，由于使壓縮上止點處的汽缸內燃燒氣體溫度下降，因此能夠抑制燃料燃燒時的NOx (氮氧化物)生成，因此能夠減少環(huán)境負荷。
[0089]另外，如步驟S24?S27所示，以使換氣壓力成為最佳壓力的方式依次檢測換氣壓力的變化而控制廢氣旁通控制閥的開度，由此來調整向排氣渦輪增壓器側的廢氣量，從而能夠調整向發(fā)動機主體的換氣壓力，能夠修正因經(jīng)年老化等引起的指令值與實際的開度的偏差，從而能夠防止運轉條件偏離最佳運轉條件。
[0090]另外，用于將發(fā)動機維持成最佳運轉狀態(tài)的條件之一是燃料的燃燒狀況。燃料的燃燒狀況會影響發(fā)動機轉速、發(fā)動機的換氣(供氣)壓力、燃料的性質(十六烷值、粘度、雜質的混合等)等，且由于燃料的點火時期、燃料的微細化狀況等而燃燒速度發(fā)生變化，因此如步驟S31?S37所示，直接檢測汽缸內壓力〔壓縮壓力Pcomp和最高壓力(燃燒壓力)Pmax〕，以使檢測到的壓縮壓力Pcomp、最高壓力(燃燒壓力)Pmax分別成為發(fā)動機運轉狀態(tài)相對于發(fā)動機負載的映射的最佳運轉狀態(tài)的值的方式控制廢氣旁通控制閥開度及燃料噴射時間、排氣閥關閉時間，從而即使因燃料的性質的變化或經(jīng)年老化引起汽缸內壓力的下降，也能夠維持發(fā)動機的最佳運轉(燃料消耗率最小的運轉)。
[0091]另夕卜，也可以不將壓縮壓力Pcomp和最高壓力Pmax分別控制成最佳值，而取得Pmax / Pcomp的比,并使Pmax / Pcomp的比成為對發(fā)動機負載賦予的最佳映射比的方式控制廢氣芳通控制閥。
[0092](第四實施方式)
[0093]接下來，基于圖7、圖9，說明本發(fā)明的發(fā)動機最佳運轉控制方法的第四實施方式。圖7是控制結構圖，與第三實施方式同樣。圖9表示控制流程圖。
[0094]在圖9中，首先，在步驟S41中，將來自發(fā)動機主體I的發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne、換氣壓力Ps、汽缸內壓力Pcyl、以及廢氣旁通控制閥V3的檢測值通過各個檢測機構進行檢測，作為信號向控制器29輸入。在步驟S42中，根據(jù)檢測到的汽缸內壓力Pcyl的曲軸轉角履歷，計算出汽缸內壓縮壓力Pcomp、汽缸內最高壓力Pmax。
[0095]在步驟S43中，參照預先在控制器29內準備的映射(最佳壓縮壓力PcompO、最佳最高壓力PmaxO相對于發(fā)動機負載L、發(fā)動機轉速Ne的映射),而計算出參數(shù)最佳值。
[0096]在步驟S44中，控制器29基于汽缸內壓縮壓力Pcomp與最佳壓縮壓力PcompO之差Λ Pcomp而決定廢氣旁通控制閥V3的開度的變更量ΛΑ。在步驟S45中，根據(jù)在步驟S44中決定的廢氣旁通控制閥V3的開度修正量Λ A和當前的開度指令值Α’而決定廢氣旁通控制閥V3的新的控制閥開度指令值Α。在步驟S46中，通過控制器29將在步驟S45中控制成新的控制閥開度A的指令向廢氣旁通控制閥V3輸出。
[0097]在步驟S47中，對最佳壓縮壓力PcompO與新檢測到的汽缸內壓縮壓力Pcomp進行比較，而計算出其誤差。并且，在步驟S48中，判斷廢氣旁通控制閥V3的開度是O還是打開。在廢氣旁通控制閥V3的開度A古O即打開時，在步驟S49中，計算出基于誤差的廢氣旁通控制閥V3的開度修正量。將結果反映給步驟S45而實施廢氣旁通控制閥V3的開度控制。另一方面，在步驟S48中，在開度A = O即關閉的情況下，在步驟S50中，基于汽缸內壓縮壓力Pcomp的誤差而計算出排氣閥關閉時間修正量Δ Θ evc ο在步驟S51中，決定排氣閥關閉時間Θ evc ο
[0098]在步驟S52中，基于在步驟S43中算出的汽缸內最高壓力Pmax與最佳最高壓力PmaxO之差而決定燃料噴射時間的變更量Λ Θ inj。在步驟S53中，決定燃料噴射時間Θ inj。在步驟S54中，控制器29對發(fā)動機控制器25發(fā)出在步驟S51中決定的排氣閥關閉時間Θ evc和在步驟S53中決定的燃料噴射時間Θ inj的控制指令。
[0099]在步驟S55中，計算出目標的最佳最高壓力PmaxO、最佳壓縮壓力PcompO與檢測到的汽缸內最高壓力Pmax、汽缸內壓縮壓力Pcomp之差。
[0100]其結果是，當汽缸內最高壓力Pmax與目標的最佳最高壓力PmaxO存在誤差時,在步驟S56中，基于汽缸內最高壓力Pmax的誤差而計算出燃料噴射時間的變更量△ Θ inj，返回步驟S53，基于上述Pmax的誤差而重新決定燃料噴射時間Θ inj，并向發(fā)動機控制器25輸出信號。
[0101]另一方面,汽缸內壓縮壓力Pcomp與目標的最佳壓縮壓力PcompO存在誤差時,返回步驟S50，基于與最佳壓縮壓力PcompO的誤差而重新計算排氣閥關閉時間Θ evc的修正量。
[0102]在因經(jīng)年老化等而廢氣旁通控制閥指令值與實際的閥開度產(chǎn)生偏差，從而換氣壓力下降時或排氣閥座部發(fā)生磨損時，由于壓縮壓力下降，因此發(fā)動機性能下降。如步驟S44~S48所示，直接檢測汽缸內的燃燒壓力，以使汽缸內壓縮壓力Pcomp成為規(guī)定值的方式控制廢氣旁通控制閥，從而能夠防止發(fā)動機的實運轉條件因經(jīng)年老化而偏離最佳運轉的情況。
[0103]由此，發(fā)動機能夠進一步維持極細微的最佳運轉(燃料消耗率最小)，從而能夠實現(xiàn)進一步的燃料消耗率的提聞和環(huán)境負荷減少。
[0104]另外，直接檢測汽缸內壓力〔壓縮壓力Pcomp和最高壓力(燃燒壓力)Pmax〕，以使檢測到的壓縮壓力Pcomp和最高壓力(燃燒壓力)Pmax分別成為發(fā)動機運轉狀態(tài)相對于發(fā)動機負載的映射的最佳運轉狀態(tài)的值的方式來控制廢氣旁通控制閥開度、燃料噴射時間、排氣閥關閉時間，從而即使燃料的性質發(fā)生變化也能夠維持發(fā)動機的最佳運轉(燃料消耗率最小的運轉)。
[0105]另外，在廢氣旁通控制閥V3的開度為全閉狀態(tài)的情況下，通過控制排氣閥關閉時間而能夠將汽缸內壓縮壓力Pcomp控制成最佳壓縮壓力PcompO，因此能夠可靠地進行對參數(shù)最佳值的控制。
[0106]另外，本發(fā)明并未限定為上述的實施方式，而在不脫離本發(fā)明的技術思想的范圍內，能夠根據(jù)需要而進行變形實施及變更實施。
[0107]另外，在上述的實施方式中，將排氣渦輪增壓器3、動力渦輪4、蒸汽渦輪5各具備I臺的排氣能量回收裝置作為一具體例進行了說明，但本發(fā)明并未限定于此，例如也可以適用兩臺排氣渦輪增壓器3、動力渦輪4、在動力渦輪的輸入側具備調整廢氣的流入量的可變噴嘴而控制轉速的動力渦輪等。
[0108]另外，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過極其細微地調整氣體入口控制閥V1、蒸汽流量調整閥V2、廢氣旁通控制閥V3及蒸汽旁通流量控制閥V4，而能夠無級地調整動力渦輪4及蒸汽渦輪5的各自運轉，因此發(fā)電機11的發(fā)電量的調整幅度增大，即使船內的電力消耗量較大地變化，也可以采用控制用阻力器13的容量小的小型化的結構，因此在成本方面有利。
[0109]工業(yè)實用性
[0110]在本發(fā)明中，將動力渦輪及蒸汽渦輪與減速器通過聯(lián)軸器串聯(lián)連結，對發(fā)電機進行驅動而將發(fā)動機的排氣能量作為電力向船內供給，但作也可以將壓縮空氣蓄積在空氣罐中作為空氣促動器的動力源。
【權利要求】
1.一種發(fā)動機排氣能量回收裝置，其特征在于，具備: 排氣渦輪增壓器，利用從所述發(fā)動機排出的廢氣對渦輪部進行驅動，具有通過該渦輪部的驅動而將外氣向發(fā)動機主體進行壓力輸送的壓縮器部； 第一排氣管，將該排氣渦輪增壓器與所述發(fā)動機的排氣岐管之間連通； 動力渦輪，由所述廢氣來驅動； 第二排氣管，將所述排氣岐管與所述動力渦輪之間連通； 氣體入口控制閥，配設在該第二排氣管的中途并控制廢氣向所述動力渦輪的流量；旁通管，與位于所述氣體入口控制閥的上游側的所述第二排氣管連接而繞過所述動力渦輪； 廢氣旁通控制閥，配設在該旁通管的中途并控制繞過所述動力渦輪的廢氣的流量；以及 節(jié)流裝置，設置在該廢氣旁通控制閥的下游側。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機排氣能量回收裝置，其特征在于， 在發(fā)動機進行高負載運轉且動力渦輪為全負載運轉狀態(tài)時，所述節(jié)流裝置進行調整，以在所述氣體入口控制閥全閉時，使得與在所述氣體入口控制閥中流動的廢氣同量的廢氣在所述廢氣芳通控制閥中流動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的發(fā)動機排氣能量回收裝置，其特征在于，還具備: 熱交換器，從所述發(fā)動機主體導出的廢氣經(jīng)過所述熱交換器的內部而產(chǎn)生蒸汽； 蒸汽渦輪，通過從所述熱交換器導出的蒸汽來驅動；以及 發(fā)電機，通過所述動力渦輪和所述蒸汽渦輪來驅動。
4.一種船舶用柴油發(fā)動機，其特征在于，具備權利要求1至3中任一項所述的排氣能量回收裝置。
【文檔編號】F02B37/18GK103590891SQ201310407468
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2010年6月24日 優(yōu)先權日:2009年6月25日
【發(fā)明者】村田聰, 三柳晃洋, 細川直史, 樋口純, 市來芳弘, 白石啟一 申請人:三菱重工業(yè)株式會社