排ガス再循環システム
【課題】舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる排ガス再循環システムを提供すること。
【解決手段】効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、第１のバイパスバルブ２８の開度、第１のＥＧＲバルブ２２の開度、第２のＥＧＲバルブ２６の開度、およびブロワ２７の回転数が、制御装置２９から送られてきた制御信号に基づいて操作されるように構成した。
【解決手段】効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、第１のバイパスバルブ２８の開度、第１のＥＧＲバルブ２２の開度、第２のＥＧＲバルブ２６の開度、およびブロワ２７の回転数が、制御装置２９から送られてきた制御信号に基づいて操作されるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス再循環システム（排ガス再循環装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンの排気ガスには、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質や環境に負荷を与える物質が含まれている。特に、低質な燃料が使用される船舶用のディーゼルエンジンにあっては、排出される有害物質の含有量も多い。そのため、このような有害物質を排出しない種々の方式が提案されている。
【０００３】
有害物質を低減させる代表的な方法としてＮＯｘを低減できる排ガス再循環（EGR）方式（例えば、特許文献１参照）がある。これは、燃焼により発生した排気ガスの一部を燃焼用空気に混入して燃焼させ、燃焼温度を低下させることによりＮＯｘの減少を図るものである。排気ガスで薄められた空気は通常の空気に比べて酸素濃度が低い。従って、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることができる。それに伴い、火炎の最高温度が低下するので、ＮＯｘ生成（Thermal NOx）を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また近年では、環境保全の観点から、エンジン排ガス規制（IMO3次、EPA、Tier4等）が定められ、この環境規制域内においては、ＮＯｘの排出が今後さらに制限されることになる。
そこで、このようなエンジン排ガス規制に対応するため、図６に示すような排ガス再循環システム６１が提案されている。
【０００６】
図６に示す排ガス再循環システム６１は、（第１の）ＥＧＲバルブ（流量制御弁）２２と、（第１の）ブロワ（送風機）２３と、スクラバ（煤塵およびＳＯｘ除去装置）２４と、（第２の）エアクーラー（空気冷却器）２５とを備えている。
ここで、従来の内燃機関では、コンプレッサを通過する空気流量が機関回転数により一意に決まる。しかしながら、排ガス再循環システム６１では、排ガスの再循環量に応じてシステムのガス流量バランスが異なり、例えば、図７に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ１で示す作動ライン上でコンプレッサ７が運転されることになる。このような場合に、コンプレッサの効率が著しく低下する領域に作動点が遷移すると、舶用内燃機関２の燃料消費率が悪くなってしまうといった問題点があった。
【０００７】
なお、図６中の符号２は舶用内燃機関、符号３は（第１の）排気タービン過給機（以下、「過給機」という。）、符号４は（第１）のエアクーラー（空気冷却器）、符号５は過給機を構成するローター軸、符号６は過給機３を構成する（第１の）タービン、符号７は過給機３を構成する（第１の）コンプレッサ、符号８は（第１の）排気管、符号９は（第２の）排気管、符号１０は（第１の）給気管、符号１１は（第２の）給気管、符号１２は（第３の）給気管であり、図７中の符号Ｌ２はサージラインである。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる排ガス再循環システム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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る排ガス再循環システムは、舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記排気タービン過給機のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、前記コンプレッサの有する効率曲線が内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、前記効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作される。
【００１０】
本発明に係る排ガス再循環システムによれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する排気タービン過給機のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る排ガス再循環システムは、舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された第１の排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の第１のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、前記第１のコンプレッサの有する効率曲線、前記第２のコンプレッサの有する効率曲線、前記第１のタービンが有するタービンカーブ、および前記第１のタービンが有するタービンカーブが内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作される。
【００１２】
本発明に係る排ガス再循環システムによれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する第１の排気タービン過給機の第１のコンプレッサ、および第２の排気タービン過給機の第２のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上でそれぞれ運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る船舶は、上記いずれかの排ガス再循環システムを具備している。
このような船舶によれば、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる排ガス再循環システムを具備しているので、ランニングコストを低減させることができ、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質を低減させることができる。
【００１４】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法は、舶用内燃機関の下流側に配置された排気タービン過給機のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、を備え、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記コンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、前記コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数を操作するようにした。
【００１５】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法によれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する排気タービン過給機のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法は、舶用内燃機関の下流側に配置された第１の排気タービン過給機の第１のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、を備え、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度を操作するようにした。
【００１７】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法によれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する第１の排気タービン過給機の第１のコンプレッサ、および第２の排気タービン過給機の第２のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上でそれぞれ運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図である。
【図２】図１に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】（ａ）は図３に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表、（ｂ）は図３に示すタービンが有するタービンカーブを示す図表である。
【図６】従来の排ガス再循環システムの概略の構成を示す図である。
【図７】図６に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る排ガス再循環システムについて、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図、図２は図１に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表である。
【００２１】
図１に示すように、船舶１は、舶用内燃機関（舶用ディーゼルエンジン）２と、（第１の）過給機３と、（第１の）エアクーラー（空気冷却器）４と、排ガス再循環システム２１とを備えている。
舶用内燃機関２は、図示しないプロペラ軸および推進用プロペラを駆動（回転）させる推進用の機関、いわゆる「主機」である。
【００２２】
（第１の）過給機３は、ローター軸（回転軸）５の両端にそれぞれ取付けられた（第１の）タービン６および（第２の）コンプレッサ７を備え、（第１の）排気管８を介して舶用内燃機関２からタービン６に排気ガスが供給されて駆動（回転）されるようになっている。また、タービン６を通過してローター軸５およびコンプレッサ７を駆動（回転）させた排気ガスは、（第２の）排気管９を通って図示しない煙突（ファンネル）に導かれ、船外に排出されるようになっている。
【００２３】
一方、コンプレッサ７には、（第１の）給気管１０を介して空気（外気）が導かれる（供給される）とともに、（第４の）再循環管３４を介して排気ガスが導かれ（供給され）、給気管１０を介して導かれた空気、および再循環管３４を介して導かれた排気ガスは、コンプレッサ７で圧縮された後、（第２の）給気管１１を介してエアクーラー４に導かれるようになっている。エアクーラー４に導かれた空気および排気ガスは、エアクーラー４で冷却された後、（第３の）給気管１２を介して舶用内燃機関２の図示しないシリンダ内（筒内）に導かれ、図示しない燃料噴射弁から噴射された燃料とともにシリンダ内で燃焼させられる。
【００２４】
さて、本実施形態に係る排ガス再循環システム２１は、（第１の）ＥＧＲバルブ（流量制御弁）２２と、（第１の）ブロワ（送風機）２３と、スクラバ（煤塵除去装置）２４と、（第２の）エアクーラー（空気冷却器）２５と、（第２の）ＥＧＲバルブ（流量制御弁）２６と、（第２の）ブロワ（送風機）２７と、（第１の）バイパスバルブ２８と、制御装置（制御器）２９と、（第１の）バイパス管３０とを備えている。
【００２５】
バイパスバルブ２８は、その一端（上流端）が排気管８の途中に接続され、その他端（下流端）が排気管９の途中に接続されて、排気ガスの一部を、タービン６を通さずにタービン６の上流側から下流側に導く（バイパス（迂回）させる）バイパス管３０の途中に接続されている。また、バイパスバルブ２８は、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）され、図２に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ３で示す最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、バイパス弁２８を通過する排気ガスの流量が制御（調整）されるようになっている。
【００２６】
ＥＧＲバルブ２２は、その一端（上流端）が排気管９の途中に接続され、その他端（下流端）がブロワ２３の吸込口に接続された（第１の）再循環管３１の途中に接続されており、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）され、舶用内燃機関２の出力（負荷）に対応した排気ガス量が舶用内燃機関２に戻されるよう、ＥＧＲバルブ２２を通過する排気ガスの流量が制御（調整）されるようになっている。
【００２７】
ブロワ２３の吐出口（送出口）から吐出された排気ガスは、（第２の）再循環管３２を介してスクラバ２４に導かれ、スクラバ２４で排気ガス中の煤塵が除去された後、（第３の）再循環管３３を介してエアクーラー２５に導かれるようになっている。エアクーラー２５に導かれた排気ガスは、エアクーラー２５で冷却された後、その一端（上流端）がエアクーラー２５の排出口に接続された（第４の）再循環管３４を介して給気管１０の途中に導かれ、給気管１０を通過する空気と混合されて（合流して）、給気管１０を介してコンプレッサ７に導かれ、コンプレッサ７で圧縮される。
【００２８】
ＥＧＲバルブ２６は、その一端（上流端）が再循環管３４の途中に接続され、その他端（下流端）がブロワ２７の吸込口に接続された（第１の）再循環バイパス管４１の途中に接続されており、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）され、図２に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ３で示す最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、ＥＧＲバルブ２６を通過する排気ガスの流量が制御（調整）されるようになっている。
【００２９】
再循環バイパス管４１の途中には、（第４の）給気管４２の一端（下流端）が接続されており、ブロワ２７には、再循環バイパス管４１を介して排気ガスが導かれる（供給される）とともに、給気管４２を介して空気（外気）が導かれ（供給され）、再循環バイパス管４１を介して導かれた排気ガス、および給気管４２を介して導かれた空気は、ブロワ２７を通った後、その一端（上流端）がブロワ２７の吐出口（送出口）に接続された（第５の）給気管４３を介して給気管１１の途中に導かれ、給気管１１を通過する空気および排気ガスの混合気と混合されて（合流して）、給気管１１を介してエアクーラー４に導かれ、エアクーラー４で冷却されるようになっている。
【００３０】
また、ブロワ２７は、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて運転（操作）され、図２に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ３で示す最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、その回転数が制御（調整）されるようになっている。
【００３１】
本実施形態に係る排ガス再循環システム２１によれば、舶用内燃機関２に燃焼用空気を供給する排気タービン過給機３のコンプレッサ７が、当該コンプレッサ７の有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ラインＬ３上で運転されることになるので、舶用内燃機関２の燃料消費率を向上させることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る排ガス再循環システムについて、図３から図５を参照しながら説明する。
図３は本実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図、図４は本実施形態に係る制御装置の動作を説明するためのフローチャート、図５（ａ）は図３に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表、図５（ｂ）は図３に示すタービンが有するタービンカーブを示す図表である。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態に係る排ガス再循環システム５１は、（第２の）バイパス管５２を備えているとともに、ブロワ２７の代わりに、（第２の）過給機５３が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３４】
バイパス管５２は、その一端（上流端）が排気管８の途中に接続され、その他端（下流端）が排気管９の途中に接続されて、排気ガスの一部を、タービン６を通さずにタービン６の上流側から下流側に導く（バイパス（迂回）させる）配管であり、その途中には、（第２の）バイパスバルブ５４が接続されている。
【００３５】
（第２の）過給機５３は、ローター軸（回転軸）５５の両端にそれぞれ取付けられた（第２の）タービン５６および（第２の）コンプレッサ５７を備え、バイパス管５２を介して舶用内燃機関２からタービン５６に排気ガスが供給されて駆動（回転）されるようになっている。また、タービン５６を通過してローター軸５５およびコンプレッサ５７を駆動（回転）させた排気ガスは、バイパス管５２を通って排気管９の途中に導かれるようになっている。
【００３６】
一方、コンプレッサ５７には、再循環バイパス管４１を介して排気ガスが導かれる（供給される）とともに、給気管４２を介して空気（外気）が導かれ（供給され）、再循環バイパス管４１を介して導かれた排気ガス、および給気管４２を介して導かれた空気（外気）は、コンプレッサ５７で圧縮された後、給気管４３を介して給気管１１の途中に導かれ、給気管１１を通過する空気および排気ガスの混合気と混合されて（合流して）、給気管１１を介してエアクーラー４に導かれ、エアクーラー４で冷却されるようになっている。
【００３７】
さて、本実施形態において、ＥＧＲバルブ２２，２６、バイパスバルブ２８，５４はそれぞれ、図４に示すフローチャートの手順にしたがって動作する制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）されるようになっている。
【００３８】
つぎに、図４に示すフローチャートを、図４および図５を参照しながら説明する。
まず、図示しない回転計および出力計で検出（測定）された舶用内燃機関２のエンジン回転数および出力（負荷）から、舶用内燃機関２に必要な掃気圧力およびＥＧＲ率（舶用内燃機関２に戻す排気ガスの割合）が制御装置２９において計算される。
舶用内燃機関２のエンジン回転数が小さく（低く）、出力が小さい（小さい）場合、過給機３のみを運転させる過給機１台での運転モードが選択される。
【００３９】
つづいて、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ａ）に示すコンプレッサ７が有する効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）から、舶用内燃機関２に必要な掃気圧力を実現するコンプレッサ７の圧力比が求められ、この圧力比と図５（ａ）に符号Ｌ４で示す最も効率のよい作動ラインとの交点からコンプレッサ７に流すべき空気および排気ガスの（修正）流量（体積流量）が求められて、コンプレッサ７の作動点が決定される。
【００４０】
つぎに、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ｂ）に符号Ｌ５で示すタービン６が有するタービンカーブ（タービンマップ、特性曲線）から、上述の圧力比を得るためにタービン６に流すべき排気ガスの（修正）流量（体積流量）が求められ、タービン６の作動点が決定される。
【００４１】
そして、コンプレッサ７およびタービン６を上述の作動点でそれぞれ運転させるためのＥＧＲバルブ２２、バイパスバルブ２８の開度がそれぞれ決定され、その開度になるように、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいてＥＧＲバルブ２２、バイパスバルブ２８が開閉（操作）される。
【００４２】
一方、舶用内燃機関２のエンジン回転数が大きく（高く）、出力が大きい（高い）場合、過給機３および過給機５３の双方を運転させる過給機２台での運転モードが選択される。
【００４３】
つづいて、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ａ）に示すコンプレッサ７，５７がそれぞれ有する効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）から、舶用内燃機関２に必要な掃気圧力を実現するコンプレッサ７，５７の圧力比がそれぞれ求められ、これら圧力比と図５（ｂ）に符号Ｌ４で示す最も効率のよい作動ラインとの交点からコンプレッサ７，５７それぞれに流すべき空気および排気ガスの（修正）流量（体積流量）がそれぞれ求められて、コンプレッサ７，５７の作動点がそれぞれ決定される。
【００４４】
つぎに、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ｂ）に符号Ｌ５で示すタービン６，５６がそれぞれ有するタービンカーブ（タービンマップ、特性曲線）から、上述の圧力比を得るためにタービン６，５６それぞれに流すべき排気ガスの（修正）流量（体積流量）がそれぞれ求められ、タービン６，５６の作動点がそれぞれ決定される。
【００４５】
そして、コンプレッサ７，５７およびタービン６，５６を上述の作動点でそれぞれ運転させるためのＥＧＲバルブ２２，２６、バイパスバルブ２８，５４の開度がそれぞれ決定され、その開度になるように、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいてＥＧＲバルブ２２，２６、バイパスバルブ２８，５４が開閉（操作）される。
【００４６】
本実施形態に係る排ガス再循環システム５１によれば、舶用内燃機関２に燃焼用空気を供給する第１の排気タービン過給機３の第１のコンプレッサ７、および第２の排気タービン過給機５３の第２のコンプレッサ５７が、当該コンプレッサ７，５７の有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ラインＬ４上でそれぞれ運転されることになるので、舶用内燃機関２の燃料消費率を向上させることができる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 船舶
２ 舶用内燃機関
３ （第１の）排気タービン過給機
６ （第１の）タービン
７ （第１の）コンプレッサ
８ （第１の）排気管
９ （第２の）排気管
１１ （第２の）給気管
１２ （第３の）給気管
２１ 排ガス再循環システム
２２ （第１の）ＥＧＲバルブ
２６ （第２の）ＥＧＲバルブ
２７ ブロワ
２８ （第１の）バイパスバルブ
２９ 制御装置
３０ （第１の）バイパス管
３１ （第１の）再循環管
３２ （第２の）再循環管
３３ （第３の）再循環管
３４ （第４の）再循環管
４１ （第１の）再循環バイパス管
４３ （第２の）再循環バイパス管
５１ 排ガス再循環システム
５２ （第２の）バイパス管
５３ （第２の）排気タービン過給機
５４ （第２の）バイパスバルブ
５６ （第２の）タービン
５７ （第２の）コンプレッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス再循環システム（排ガス再循環装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンの排気ガスには、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質や環境に負荷を与える物質が含まれている。特に、低質な燃料が使用される船舶用のディーゼルエンジンにあっては、排出される有害物質の含有量も多い。そのため、このような有害物質を排出しない種々の方式が提案されている。
【０００３】
有害物質を低減させる代表的な方法としてＮＯｘを低減できる排ガス再循環（EGR）方式（例えば、特許文献１参照）がある。これは、燃焼により発生した排気ガスの一部を燃焼用空気に混入して燃焼させ、燃焼温度を低下させることによりＮＯｘの減少を図るものである。排気ガスで薄められた空気は通常の空気に比べて酸素濃度が低い。従って、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることができる。それに伴い、火炎の最高温度が低下するので、ＮＯｘ生成（Thermal NOx）を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また近年では、環境保全の観点から、エンジン排ガス規制（IMO3次、EPA、Tier4等）が定められ、この環境規制域内においては、ＮＯｘの排出が今後さらに制限されることになる。
そこで、このようなエンジン排ガス規制に対応するため、図６に示すような排ガス再循環システム６１が提案されている。
【０００６】
図６に示す排ガス再循環システム６１は、（第１の）ＥＧＲバルブ（流量制御弁）２２と、（第１の）ブロワ（送風機）２３と、スクラバ（煤塵およびＳＯｘ除去装置）２４と、（第２の）エアクーラー（空気冷却器）２５とを備えている。
ここで、従来の内燃機関では、コンプレッサを通過する空気流量が機関回転数により一意に決まる。しかしながら、排ガス再循環システム６１では、排ガスの再循環量に応じてシステムのガス流量バランスが異なり、例えば、図７に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ１で示す作動ライン上でコンプレッサ７が運転されることになる。このような場合に、コンプレッサの効率が著しく低下する領域に作動点が遷移すると、舶用内燃機関２の燃料消費率が悪くなってしまうといった問題点があった。
【０００７】
なお、図６中の符号２は舶用内燃機関、符号３は（第１の）排気タービン過給機（以下、「過給機」という。）、符号４は（第１）のエアクーラー（空気冷却器）、符号５は過給機を構成するローター軸、符号６は過給機３を構成する（第１の）タービン、符号７は過給機３を構成する（第１の）コンプレッサ、符号８は（第１の）排気管、符号９は（第２の）排気管、符号１０は（第１の）給気管、符号１１は（第２の）給気管、符号１２は（第３の）給気管であり、図７中の符号Ｌ２はサージラインである。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる排ガス再循環システム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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る排ガス再循環システムは、舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記排気タービン過給機のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、前記コンプレッサの有する効率曲線が内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、前記効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作される。
【００１０】
本発明に係る排ガス再循環システムによれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する排気タービン過給機のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る排ガス再循環システムは、舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された第１の排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の第１のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、前記第１のコンプレッサの有する効率曲線、前記第２のコンプレッサの有する効率曲線、前記第１のタービンが有するタービンカーブ、および前記第１のタービンが有するタービンカーブが内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作される。
【００１２】
本発明に係る排ガス再循環システムによれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する第１の排気タービン過給機の第１のコンプレッサ、および第２の排気タービン過給機の第２のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上でそれぞれ運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る船舶は、上記いずれかの排ガス再循環システムを具備している。
このような船舶によれば、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる排ガス再循環システムを具備しているので、ランニングコストを低減させることができ、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質を低減させることができる。
【００１４】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法は、舶用内燃機関の下流側に配置された排気タービン過給機のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、を備え、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記コンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、前記コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数を操作するようにした。
【００１５】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法によれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する排気タービン過給機のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法は、舶用内燃機関の下流側に配置された第１の排気タービン過給機の第１のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、を備え、前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度を操作するようにした。
【００１７】
本発明に係る排ガス再循環システムの運転方法によれば、舶用内燃機関に燃焼用空気を供給する第１の排気タービン過給機の第１のコンプレッサ、および第２の排気タービン過給機の第２のコンプレッサが、当該コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上でそれぞれ運転されることになるので、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、舶用内燃機関の燃料消費率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図である。
【図２】図１に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】（ａ）は図３に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表、（ｂ）は図３に示すタービンが有するタービンカーブを示す図表である。
【図６】従来の排ガス再循環システムの概略の構成を示す図である。
【図７】図６に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る排ガス再循環システムについて、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図、図２は図１に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表である。
【００２１】
図１に示すように、船舶１は、舶用内燃機関（舶用ディーゼルエンジン）２と、（第１の）過給機３と、（第１の）エアクーラー（空気冷却器）４と、排ガス再循環システム２１とを備えている。
舶用内燃機関２は、図示しないプロペラ軸および推進用プロペラを駆動（回転）させる推進用の機関、いわゆる「主機」である。
【００２２】
（第１の）過給機３は、ローター軸（回転軸）５の両端にそれぞれ取付けられた（第１の）タービン６および（第２の）コンプレッサ７を備え、（第１の）排気管８を介して舶用内燃機関２からタービン６に排気ガスが供給されて駆動（回転）されるようになっている。また、タービン６を通過してローター軸５およびコンプレッサ７を駆動（回転）させた排気ガスは、（第２の）排気管９を通って図示しない煙突（ファンネル）に導かれ、船外に排出されるようになっている。
【００２３】
一方、コンプレッサ７には、（第１の）給気管１０を介して空気（外気）が導かれる（供給される）とともに、（第４の）再循環管３４を介して排気ガスが導かれ（供給され）、給気管１０を介して導かれた空気、および再循環管３４を介して導かれた排気ガスは、コンプレッサ７で圧縮された後、（第２の）給気管１１を介してエアクーラー４に導かれるようになっている。エアクーラー４に導かれた空気および排気ガスは、エアクーラー４で冷却された後、（第３の）給気管１２を介して舶用内燃機関２の図示しないシリンダ内（筒内）に導かれ、図示しない燃料噴射弁から噴射された燃料とともにシリンダ内で燃焼させられる。
【００２４】
さて、本実施形態に係る排ガス再循環システム２１は、（第１の）ＥＧＲバルブ（流量制御弁）２２と、（第１の）ブロワ（送風機）２３と、スクラバ（煤塵除去装置）２４と、（第２の）エアクーラー（空気冷却器）２５と、（第２の）ＥＧＲバルブ（流量制御弁）２６と、（第２の）ブロワ（送風機）２７と、（第１の）バイパスバルブ２８と、制御装置（制御器）２９と、（第１の）バイパス管３０とを備えている。
【００２５】
バイパスバルブ２８は、その一端（上流端）が排気管８の途中に接続され、その他端（下流端）が排気管９の途中に接続されて、排気ガスの一部を、タービン６を通さずにタービン６の上流側から下流側に導く（バイパス（迂回）させる）バイパス管３０の途中に接続されている。また、バイパスバルブ２８は、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）され、図２に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ３で示す最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、バイパス弁２８を通過する排気ガスの流量が制御（調整）されるようになっている。
【００２６】
ＥＧＲバルブ２２は、その一端（上流端）が排気管９の途中に接続され、その他端（下流端）がブロワ２３の吸込口に接続された（第１の）再循環管３１の途中に接続されており、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）され、舶用内燃機関２の出力（負荷）に対応した排気ガス量が舶用内燃機関２に戻されるよう、ＥＧＲバルブ２２を通過する排気ガスの流量が制御（調整）されるようになっている。
【００２７】
ブロワ２３の吐出口（送出口）から吐出された排気ガスは、（第２の）再循環管３２を介してスクラバ２４に導かれ、スクラバ２４で排気ガス中の煤塵が除去された後、（第３の）再循環管３３を介してエアクーラー２５に導かれるようになっている。エアクーラー２５に導かれた排気ガスは、エアクーラー２５で冷却された後、その一端（上流端）がエアクーラー２５の排出口に接続された（第４の）再循環管３４を介して給気管１０の途中に導かれ、給気管１０を通過する空気と混合されて（合流して）、給気管１０を介してコンプレッサ７に導かれ、コンプレッサ７で圧縮される。
【００２８】
ＥＧＲバルブ２６は、その一端（上流端）が再循環管３４の途中に接続され、その他端（下流端）がブロワ２７の吸込口に接続された（第１の）再循環バイパス管４１の途中に接続されており、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）され、図２に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ３で示す最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、ＥＧＲバルブ２６を通過する排気ガスの流量が制御（調整）されるようになっている。
【００２９】
再循環バイパス管４１の途中には、（第４の）給気管４２の一端（下流端）が接続されており、ブロワ２７には、再循環バイパス管４１を介して排気ガスが導かれる（供給される）とともに、給気管４２を介して空気（外気）が導かれ（供給され）、再循環バイパス管４１を介して導かれた排気ガス、および給気管４２を介して導かれた空気は、ブロワ２７を通った後、その一端（上流端）がブロワ２７の吐出口（送出口）に接続された（第５の）給気管４３を介して給気管１１の途中に導かれ、給気管１１を通過する空気および排気ガスの混合気と混合されて（合流して）、給気管１１を介してエアクーラー４に導かれ、エアクーラー４で冷却されるようになっている。
【００３０】
また、ブロワ２７は、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて運転（操作）され、図２に示す効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）に符号Ｌ３で示す最も効率のよい作動ライン上でコンプレッサ７が運転されるよう、その回転数が制御（調整）されるようになっている。
【００３１】
本実施形態に係る排ガス再循環システム２１によれば、舶用内燃機関２に燃焼用空気を供給する排気タービン過給機３のコンプレッサ７が、当該コンプレッサ７の有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ラインＬ３上で運転されることになるので、舶用内燃機関２の燃料消費率を向上させることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る排ガス再循環システムについて、図３から図５を参照しながら説明する。
図３は本実施形態に係る排ガス再循環システムを、船舶に適用した場合の概略の構成を示す図、図４は本実施形態に係る制御装置の動作を説明するためのフローチャート、図５（ａ）は図３に示すコンプレッサが有する効率曲線を示す図表、図５（ｂ）は図３に示すタービンが有するタービンカーブを示す図表である。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態に係る排ガス再循環システム５１は、（第２の）バイパス管５２を備えているとともに、ブロワ２７の代わりに、（第２の）過給機５３が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３４】
バイパス管５２は、その一端（上流端）が排気管８の途中に接続され、その他端（下流端）が排気管９の途中に接続されて、排気ガスの一部を、タービン６を通さずにタービン６の上流側から下流側に導く（バイパス（迂回）させる）配管であり、その途中には、（第２の）バイパスバルブ５４が接続されている。
【００３５】
（第２の）過給機５３は、ローター軸（回転軸）５５の両端にそれぞれ取付けられた（第２の）タービン５６および（第２の）コンプレッサ５７を備え、バイパス管５２を介して舶用内燃機関２からタービン５６に排気ガスが供給されて駆動（回転）されるようになっている。また、タービン５６を通過してローター軸５５およびコンプレッサ５７を駆動（回転）させた排気ガスは、バイパス管５２を通って排気管９の途中に導かれるようになっている。
【００３６】
一方、コンプレッサ５７には、再循環バイパス管４１を介して排気ガスが導かれる（供給される）とともに、給気管４２を介して空気（外気）が導かれ（供給され）、再循環バイパス管４１を介して導かれた排気ガス、および給気管４２を介して導かれた空気（外気）は、コンプレッサ５７で圧縮された後、給気管４３を介して給気管１１の途中に導かれ、給気管１１を通過する空気および排気ガスの混合気と混合されて（合流して）、給気管１１を介してエアクーラー４に導かれ、エアクーラー４で冷却されるようになっている。
【００３７】
さて、本実施形態において、ＥＧＲバルブ２２，２６、バイパスバルブ２８，５４はそれぞれ、図４に示すフローチャートの手順にしたがって動作する制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいて開閉（操作）されるようになっている。
【００３８】
つぎに、図４に示すフローチャートを、図４および図５を参照しながら説明する。
まず、図示しない回転計および出力計で検出（測定）された舶用内燃機関２のエンジン回転数および出力（負荷）から、舶用内燃機関２に必要な掃気圧力およびＥＧＲ率（舶用内燃機関２に戻す排気ガスの割合）が制御装置２９において計算される。
舶用内燃機関２のエンジン回転数が小さく（低く）、出力が小さい（小さい）場合、過給機３のみを運転させる過給機１台での運転モードが選択される。
【００３９】
つづいて、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ａ）に示すコンプレッサ７が有する効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）から、舶用内燃機関２に必要な掃気圧力を実現するコンプレッサ７の圧力比が求められ、この圧力比と図５（ａ）に符号Ｌ４で示す最も効率のよい作動ラインとの交点からコンプレッサ７に流すべき空気および排気ガスの（修正）流量（体積流量）が求められて、コンプレッサ７の作動点が決定される。
【００４０】
つぎに、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ｂ）に符号Ｌ５で示すタービン６が有するタービンカーブ（タービンマップ、特性曲線）から、上述の圧力比を得るためにタービン６に流すべき排気ガスの（修正）流量（体積流量）が求められ、タービン６の作動点が決定される。
【００４１】
そして、コンプレッサ７およびタービン６を上述の作動点でそれぞれ運転させるためのＥＧＲバルブ２２、バイパスバルブ２８の開度がそれぞれ決定され、その開度になるように、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいてＥＧＲバルブ２２、バイパスバルブ２８が開閉（操作）される。
【００４２】
一方、舶用内燃機関２のエンジン回転数が大きく（高く）、出力が大きい（高い）場合、過給機３および過給機５３の双方を運転させる過給機２台での運転モードが選択される。
【００４３】
つづいて、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ａ）に示すコンプレッサ７，５７がそれぞれ有する効率曲線（コンプレッサマップ、特性曲線、輪形図）から、舶用内燃機関２に必要な掃気圧力を実現するコンプレッサ７，５７の圧力比がそれぞれ求められ、これら圧力比と図５（ｂ）に符号Ｌ４で示す最も効率のよい作動ラインとの交点からコンプレッサ７，５７それぞれに流すべき空気および排気ガスの（修正）流量（体積流量）がそれぞれ求められて、コンプレッサ７，５７の作動点がそれぞれ決定される。
【００４４】
つぎに、制御装置２９の内部にデータベースとして予め記憶（保存）された、図５（ｂ）に符号Ｌ５で示すタービン６，５６がそれぞれ有するタービンカーブ（タービンマップ、特性曲線）から、上述の圧力比を得るためにタービン６，５６それぞれに流すべき排気ガスの（修正）流量（体積流量）がそれぞれ求められ、タービン６，５６の作動点がそれぞれ決定される。
【００４５】
そして、コンプレッサ７，５７およびタービン６，５６を上述の作動点でそれぞれ運転させるためのＥＧＲバルブ２２，２６、バイパスバルブ２８，５４の開度がそれぞれ決定され、その開度になるように、制御装置２９から送られてきた制御信号（指令信号）に基づいてＥＧＲバルブ２２，２６、バイパスバルブ２８，５４が開閉（操作）される。
【００４６】
本実施形態に係る排ガス再循環システム５１によれば、舶用内燃機関２に燃焼用空気を供給する第１の排気タービン過給機３の第１のコンプレッサ７、および第２の排気タービン過給機５３の第２のコンプレッサ５７が、当該コンプレッサ７，５７の有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ラインＬ４上でそれぞれ運転されることになるので、舶用内燃機関２の燃料消費率を向上させることができる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 船舶
２ 舶用内燃機関
３ （第１の）排気タービン過給機
６ （第１の）タービン
７ （第１の）コンプレッサ
８ （第１の）排気管
９ （第２の）排気管
１１ （第２の）給気管
１２ （第３の）給気管
２１ 排ガス再循環システム
２２ （第１の）ＥＧＲバルブ
２６ （第２の）ＥＧＲバルブ
２７ ブロワ
２８ （第１の）バイパスバルブ
２９ 制御装置
３０ （第１の）バイパス管
３１ （第１の）再循環管
３２ （第２の）再循環管
３３ （第３の）再循環管
３４ （第４の）再循環管
４１ （第１の）再循環バイパス管
４３ （第２の）再循環バイパス管
５１ 排ガス再循環システム
５２ （第２の）バイパス管
５３ （第２の）排気タービン過給機
５４ （第２の）バイパスバルブ
５６ （第２の）タービン
５７ （第２の）コンプレッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、
前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記排気タービン過給機のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、
前記コンプレッサの有する効率曲線が内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、
前記効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作されることを特徴とする排ガス再循環システム。
【請求項２】
舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された第１の排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、
前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の第１のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、
前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、
前記第１のコンプレッサの有する効率曲線、前記第２のコンプレッサの有する効率曲線、前記第１のタービンが有するタービンカーブ、および前記第１のタービンが有するタービンカーブが内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、
前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作されることを特徴とする排ガス再循環システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排ガス再循環システムを具備していることを特徴とする船舶。
【請求項４】
舶用内燃機関の下流側に配置された排気タービン過給機のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、を備え、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記コンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、
前記コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数を操作するようにしたことを特徴とする排ガス再循環システムの運転方法。
【請求項５】
舶用内燃機関の下流側に配置された第１の排気タービン過給機の第１のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、
前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、を備え、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、
前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度を操作するようにしたことを特徴とする排ガス再循環システムの運転方法。
【請求項１】
舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、
前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記排気タービン過給機のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、
前記コンプレッサの有する効率曲線が内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、
前記効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作されることを特徴とする排ガス再循環システム。
【請求項２】
舶用内燃機関から排出された排気ガスの一部を、再循環管を介して前記舶用内燃機関の上流側に配置された第１の排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムであって、
前記舶用内燃機関の下流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の第１のタービンに前記排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、
前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、
前記第１のコンプレッサの有する効率曲線、前記第２のコンプレッサの有する効率曲線、前記第１のタービンが有するタービンカーブ、および前記第１のタービンが有するタービンカーブが内部にデータベースとして記憶された制御装置と、を備え、
前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度が、前記制御装置から送られてきた制御信号に基づいて操作されることを特徴とする排ガス再循環システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排ガス再循環システムを具備していることを特徴とする船舶。
【請求項４】
舶用内燃機関の下流側に配置された排気タービン過給機のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記タービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記タービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記排気タービン過給機のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環バイパス管の途中に設けられたブロワと、を備え、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記コンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、
前記コンプレッサの有する効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記コンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のＥＧＲバルブの開度、および前記ブロワの回転数を操作するようにしたことを特徴とする排ガス再循環システムの運転方法。
【請求項５】
舶用内燃機関の下流側に配置された第１の排気タービン過給機の第１のタービンに排気ガスを導く第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第１のタービンを通過した前記排気ガスを船外に導く第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第１のバイパス管と、
前記第１のバイパス管の途中に設けられた第１のバイパスバルブと、
前記第１の排気管の途中にその上流端が接続され、前記第２の排気管の途中にその下流端が接続されて、前記第１のタービンをバイパスする第２のバイパス管と、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記舶用内燃機関の上流側に配置された前記第１の排気タービン過給機の前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻す再循環管と、
前記再循環管の途中に設けられた第１のＥＧＲバルブと、
前記第１のＥＧＲバルブよりも下流側に位置する前記再循環管の途中にその上流端が接続され、前記コンプレッサを通過した燃焼用空気を前記舶用内燃機関に導く給気管の途中にその下端が接続された再循環バイパス管と、
前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のＥＧＲバルブと、
前記第２のバイパス管の途中に設けられた第２のタービン、および前記再循環バイパス管の途中に設けられた第２のコンプレッサを備えた第２の排気タービン過給機と、
前記第２のタービンよりも上流側に位置する第２のバイパス管の途中に設けられた第２のバイパスバルブと、を備え、
前記舶用内燃機関から排出された前記排気ガスの一部を、前記再循環管を介して前記第１のコンプレッサの吸込口側に戻し、前記舶用内燃機関の燃焼用空気に混入して燃焼させる排ガス再循環システムの運転方法であって、
前記第１の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第１のコンプレッサが運転され、前記第２の効率曲線から得られた最も効率のよい作動ライン上で前記第２のコンプレッサが運転されるよう、前記第１のバイパスバルブの開度、前記第１のＥＧＲバルブの開度、前記第２のバイパスバルブの開度、および前記第２のＥＧＲバルブの開度を操作するようにしたことを特徴とする排ガス再循環システムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２７２０５（Ｐ２０１２−１２７２０５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６８１６（Ｐ２０１０−２７６８１６）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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