发动机系统以及船舶

摘要

发动机系统（100）在从发动机主体（10）排出的排气的量减少时，减小可变喷嘴（32）的开口面积，以此，增大供给至增压器（20）的排气的量相对于从发动机主体（10）排出的排气的量的比例，且在从发动机主体（10）排出的排气的量增加时，增大可变喷嘴（32）的开口面积，以此，减小供给至增压器（20）的排气的量相对于从发动机主体（10）排出的排气的量的比例。

权利要求

1.一种发动机系统，具备：

发动机主体；

由从所述发动机主体排出的排气驱动的增压器；

由从所述发动机主体排出的排气驱动，且与所述发动机主体的曲轴连接的动力涡轮；

将从所述发动机主体排出的排气导入至所述增压器的增压器入口配管；

将从所述发动机主体排出的排气导入至所述动力涡轮的动力涡轮入口配管；

设置于所述动力涡轮入口配管，且根据所述发动机主体的运行条件进行开闭的开闭阀；

与所述动力涡轮入口配管中比所述开闭阀靠近下游侧的部分连接，且抽出所述动力涡轮入口配管内的气体的抽气配管；和设置于所述抽气配管的抽气阀；

在所述发动机主体正转且所述发动机主体的负荷大于规定的切换负荷即第一条件时，打开所述开闭阀且关闭所述抽气阀；

在所述发动机主体反转时、或者所述发动机主体的负荷小于所述规定的切换负荷即第二条件时，设置为比所述第一条件中的所述开闭阀的开度小的小开度，且打开所述抽气阀；

所述小开度包括第一小开度和第二小开度；

所述第一小开度是通过了所述开闭阀的排气处于由所述动力涡轮搬运的状态和驱动所述动力涡轮的状态的边界时的所述开闭阀的开度；

所述第二小开度是小于所述第一小开度，且排气流入比所述开闭阀靠近所述动力涡轮侧的状态时的所述开闭阀的开度。

2.一种发动机系统，具备：

发动机主体；

由从所述发动机主体排出的排气驱动的增压器；

由从所述发动机主体排出的排气驱动，且与所述发动机主体的曲轴连接的动力涡轮；

将从所述发动机主体排出的排气导入至所述增压器的增压器入口配管；将从所述发动机主体排出的排气导入至所述动力涡轮的动力涡轮入口配管；

设置于所述动力涡轮入口配管，且根据所述发动机主体的运行条件进行开闭的开闭阀；

与所述动力涡轮入口配管中比所述开闭阀靠近下游侧的部分连接，且抽出所述动力涡轮入口配管内的气体的抽气配管；和设置于所述抽气配管的抽气阀；

在所述发动机主体正转且所述发动机主体的负荷大于规定的切换负荷即第一条件时，打开所述开闭阀且关闭所述抽气阀；

在所述发动机主体反转时、或者所述发动机主体的负荷小于所述规定的切换负荷即第二条件时，关闭所述开闭阀或者设置为比所述第一条件中的所述开闭阀的开度小的小开度，且打开所述抽气阀；

还具备排出通过了所述动力涡轮的排气的动力涡轮出口配管；

所述抽气配管与所述动力涡轮出口配管连接，将从所述动力涡轮入口配管抽出的气体排出至所述动力涡轮出口配管；

还具备：

在所述动力涡轮出口配管中，连接于连接有所述抽气配管的部分和所述动力涡轮之间，能够将外气引入至所述动力涡轮出口配管的空气引入配管、和设置于该空气引入配管的空气引入阀；

在所述第一条件时关闭所述空气引入阀，在所述第二条件时打开所述空气引入阀。

3.根据权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述动力涡轮入口配管形成为从所述增压器入口配管分叉，且将所述增压器入口配管内的排气的一部分导入至所述动力涡轮的结构。

4.根据权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述发动机主体的负荷上升时的所述切换负荷，即上升切换负荷，设定为比所述发动机主体的负荷下降时的所述切换负荷即下降切换负荷大。

5.根据权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，形成为在所述发动机主体的负荷上升而大于所述上升切换负荷时，关闭所述抽气阀后打开所述开闭阀的结构。

6.根据权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，形成为在所述发动机主体的负荷下降而小于所述下降切换负荷时，关闭所述开闭阀后打开所述抽气阀的结构。

7.一种发动机系统，具备：

发动机主体；

由从所述发动机主体排出的排气驱动的增压器；

由从所述发动机主体排出的排气驱动，且与所述发动机主体的曲轴连接的动力涡轮；

将从所述发动机主体排出的排气导入至所述增压器的增压器入口配管；和将从所述发动机主体排出的排气导入至所述动力涡轮的动力涡轮入口配管；

设置于所述动力涡轮入口配管，且根据所述发动机主体的运行条件进行开闭的开闭阀；

与所述动力涡轮入口配管中比所述开闭阀靠近下游侧的部分连接，且抽出所述动力涡轮入口配管内的气体的抽气配管；和设置于所述抽气配管的抽气阀；

在所述发动机主体正转且所述发动机主体的负荷大于规定的切换负荷即第一条件时，打开所述开闭阀且关闭所述抽气阀；

在所述发动机主体反转时、或者所述发动机主体的负荷小于所述规定的切换负荷即第二条件时，关闭所述开闭阀或者设置为比所述第一条件中的所述开闭阀的开度小的小开度，且打开所述抽气阀；

还具备将通过了所述增压器的排气排出的增压器出口配管；

所述抽气配管与所述增压器出口配管连接，将从所述动力涡轮入口配管抽出的气体排出至所述增压器出口配管。

8.根据权利要求7所述的发动机系统，其特征在于，还具备排出通过了所述动力涡轮的排气的动力涡轮出口配管；

所述动力涡轮出口配管与所述增压器出口配管连接。

9.根据权利要求8所述的发动机系统，其特征在于，所述抽气配管连接于所述增压器出口配管中比连接有所述动力涡轮出口配管的部分靠近下游侧的部分。

10.一种船舶，具备权利要求1至9中任意一项所述的发动机系统。

说明书

发动机系统以及船舶

技术领域

[0001] 本发明涉及有效地回收废热能量的发动机系统。

背景技术

[0002] 在具备由排气能量驱动的增压器和动力涡轮这两者的发动机系统（例如参照专利文献1）中，执行优先向增压器侧供给所需量的排气而将剩余的排气供给至动力涡轮侧的控制。

[0003] 又，在具备增压器和动力涡轮这两者的发动机系统中，存在执行如下控制的情况：将开闭阀设置在向动力涡轮侧供给的排气的流路中，并根据运行条件关闭该开闭阀而避免排气向动力涡轮侧流入。

[0004] 现有技术文献：

[0005] 专利文献：

[0006] 专利文献1：日本特开平10-169455号公报。

发明内容

[0007] 发明要解决的问题：

[0008] 在执行如优先向上述增压器侧供给排气的控制的发动机系统中，受到来自从发动机主体排出的排气量变化的影响最大的是动力涡轮，动力涡轮的设定成为了问题。例如，在发动机主体进行正常运行时将动力涡轮设定为处于高效率，这是合理的做法，但是在该情况下，如果供给比正常运行时更多的排气，则放弃排气的一部分以避免动力涡轮转速超过允许值。这样的运用不一定能够充分回收废热能量。又，对于发动机系统当然会要求系统的简单化。

[0009] 又，至于不使排气流入动力涡轮侧的控制，即便将上述开闭阀关闭而防止排气流入动力涡轮，在动力涡轮与发动机主体连接的情况下，动力涡轮也仍由发动机主体驱动。此时，动力涡轮如送风机那样工作，从而试图输送气体，但是上述开闭阀处于关闭状态导致气体不流动。因此，驱动动力涡轮时需要较大的力，导致发动机主体承受较大的负荷。

[0010] 本发明是鉴于这样的情况而形成，其目的是提供能够高效地回收废热能量且能够谋求系统的简单化的发动机系统。

[0011] 又，本发明的目的是能够在动力涡轮不由排气驱动时，抑制对发动机主体产生过度的负荷。

[0012] 解决问题的手段：

[0013] 根据本发明的一种形态的发动机系统具备：发动机主体；由从所述发动机主体排出的排气驱动的增压器；由从所述发动机主体排出的排气驱动的动力涡轮；将从所述发动机主体排出的排气导入至所述增压器的增压器入口配管；和将从排气发动机主体排出的排气导入至所述动力涡轮的动力涡轮入口配管；所述动力涡轮具有设置于入口侧的可变喷嘴；并且形成为如下结构：执行排气流量控制，所述排气流量控制，在从所述发动机主体排出的排气的量减少时，减小所述可变喷嘴的开口面积，以此，增大供给至所述增压器的排气的量相对于从所述发动机主体排出的排气的量的比例，且在从所述发动机主体排出的排气的量增加时，增大所述可变喷嘴的开口面积，以此，减小供给至所述增压器的排气的量相对于从所述发动机主体排出的排气的量的比例。

[0014] 通常情况下，可变喷嘴用于改变其开口面积以此根据排气量改善涡轮（上述结构中动力涡轮）的效率。根据上述结构，通过改变该可变喷嘴的开口面积，还可以同时调节供给至增压器的排气的量。即，根据上述结构，可以通过可变喷嘴执行根据排气量高效地回收废热能量的控制、和向增压器供给适当量的排气的控制这两个控制。因此，根据上述发动机系统，可以高效地回收废热能量，且可以谋求系统的简单化。

[0015] 也可以是在上述发动机系统中，所述动力涡轮入口配管形成为从所述增压器入口配管分叉，且将所述增压器入口配管内的排气的一部分导入至所述动力涡轮的结构。

[0016] 又，也可以是在上述发动机系统中，所述发动机主体具有容纳由所述增压器升压的新气的扫气管；在所述扫气管内的压力小于规定的下限值时减小所述可变喷嘴的开度，且在所述扫气管内的压力大于规定的上限值时增大所述可变喷嘴的开度，以此进行所述排气流量控制。根据上述结构，可变喷嘴基于扫气管内的压力进行开闭，因此能够更加可靠且容易地向增压器供给适当量的排气。

[0017] 又，也可以是在上述发动机系统中，所述规定的下限值以及所述规定的上限值设定为随着所述发动机主体的负荷增大而增大。根据上述结构，可以根据发动机负荷适当地设定扫气管内的压力的上限值以及下限值。

[0018] 此外，根据本发明的另一种形态的发动机系统，具备：发动机主体；由从所述发动机主体排出的排气驱动的增压器；由从所述发动机主体排出的排气驱动，且与所述发动机主体的曲轴连接的动力涡轮；将从所述发动机主体排出的排气导入至所述增压器的增压器入口配管；将从所述发动机主体排出的排气导入至所述动力涡轮的动力涡轮入口配管；设置于所述动力涡轮入口配管，且根据所述发动机主体的运行条件进行开闭的开闭阀；与所述动力涡轮入口配管中比所述开闭阀靠近下游侧的部分连接，且从所述动力涡轮入口配管抽出气体的抽气配管；和设置于所述抽气配管的抽气阀；并且形成为如下结构：在所述发动机主体正转且所述发动机主体的负荷大于规定的切换负荷的第一条件时，打开所述开闭阀且关闭所述抽气阀；在所述发动机主体反转时或者所述发动机主体的负荷小于所述规定的切换负荷的第二条件时，关闭所述开闭阀或者设置为比所述第一条件中的所述开闭阀的开度小的小开度，且打开所述抽气阀。

[0019] 根据上述结构，在动力涡轮不由排气驱动时，即便动力涡轮由发动机主体的曲轴驱动，通过了动力涡轮的气体从抽气配管被抽气，因此也能够抑制对驱动动力涡轮的发动机主体产生过度的负荷。

[0020] 又，也可以是在上述发动机系统中，所述动力涡轮入口配管形成为从所述增压器入口配管分叉，且将所述增压器入口配管内的排气的一部分导入至所述动力涡轮的结构。

[0021] 又，也可以是在上述发动机系统中，所述发动机主体的负荷上升时的所述切换负荷，即上升切换负荷，设定为比所述发动机主体的负荷下降时的所述切换负荷即下降切换负荷大。根据上述结构，可以在考虑发动机主体的负荷上升时和下降时的不同特性的基础上，运用发动机系统。因此，可以实现更适合的发动机系统的运用。

[0022] 又，也可以是上述发动机系统形成为在所述发动机主体的负荷上升而大于所述上升切换负荷时，关闭所述抽气阀后打开所述开闭阀的结构。根据上述结构，在关闭抽气阀后打开开闭阀而不是在关闭抽气阀的同时打开开闭阀，因此一瞬间都不会形成阻力较小的流路，可以稳定地进行向增压器的排气供给。

[0023] 又，也可以是上述发动机系统形成为在所述发动机主体的负荷下降而小于所述下降切换负荷时，关闭所述开闭阀后打开所述抽气阀的结构。在该情况下，也同样地一瞬间都不会形成阻力较小的流路，可以稳定地进行向增压器的排气供给。

[0024] 又，也可以是在上述发动机系统中，还具备排出通过了所述动力涡轮的排气的动力涡轮出口配管；所述抽气配管与所述动力涡轮出口配管连接，将从所述动力涡轮入口配管抽出的气体排出至所述动力涡轮出口配管。根据上述结构，在动力涡轮不由排气驱动时，即便动力涡轮由发动机主体的曲轴驱动，通过了动力涡轮的气体在包括抽气配管的循环流路中循环，因此也能够抑制对发动机主体产生过度的负荷。

[0025] 又，也可以是在上述发动机系统还具备：在所述动力涡轮出口配管中，连接于连接有所述抽气配管的部分和所述动力涡轮之间，能够将外气引入至所述动力涡轮出口配管的空气引入配管；和设置于该空气引入配管的空气引入阀；并且形成为如下结构：在所述第一条件时关闭所述空气引入阀，在所述第二条件时打开所述空气引入阀。根据上述结构，上述循环流路内的气体被替换，因此能够抑制该循环流路内的气体的温度过度上升。

[0026] 又，也可以是在上述发动机系统中，还具备将通过了所述增压器的排气排出的增压器出口配管；所述抽气配管与所述增压器出口配管连接，将从所述动力涡轮入口配管抽出的气体排出至所述增压器出口配管。根据上述结构，根本未形成有如上述循环流路，因此不会存在循环流路内的气体的温度过度上升的情况。

[0027] 此外，根据本发明的一种形态的船舶具备上述中的任意一种发动机系统。

[0028] 发明效果：

[0029] 如上所述，根据上述一种形态的发动机系统，能够高效地回收废热能量，且能够谋求系统的简单化。

[0030] 又，根据另一种形态的发动机系统，可以在动力涡轮不由排气驱动时，抑制对发动机主体产生过度的负荷。

附图说明

[0031] 图1是根据第一实施形态的发动机系统的整体图；

[0032] 图2是上述发动机系统的控制系统的框图；

[0033] 图3是示出上述发动机系统的控制内容的流程图；

[0034] 图4是示出适当的扫气压的范围的图表；

[0035] 图5是根据第二实施形态的发动机系统的整体图；

[0036] 图6是根据第三实施形态的发动机系统的整体图。

具体实施方式

[0037] 以下，参照附图说明根据实施形态的发动机系统。以下，在所有附图中对于相同或相当的要素标以相同的符号，并省略重复说明。

[0038] （第一实施形态）

[0039] ＜发动机系统的整体结构＞

[0040] 首先，说明根据第一实施形态的发动机系统100的整体结构。图1是根据本实施形态的发动机系统100的整体图。如图1所示，根据本实施形态的发动机系统100是用于使船舶101航行的所谓主机，并且具备发动机主体10、增压器20、动力涡轮30、各种配管41～45和各种阀51、52。以下，对此依次进行说明。

[0041] 发动机主体10是发动机系统100的中心装置。本实施形态的发动机主体10是所谓的低速柴油发动机。发动机主体10使梢端安装有螺旋桨102的螺旋桨轴103旋转，并且可以执行产生使船舶101前进的方向的推进力的正转、和产生使船舶101后退的方向的推进力的反转。螺旋桨轴103与曲轴11连接，曲轴11与多个活塞12连接。各活塞12在汽缸13内随着燃料爆炸进行往复运动，曲轴11通过各活塞12的往复运动进行旋转。另外，在发动机主体10中设置有测定曲轴11的转速、即发动机主体10的转速的发动机转速仪14。

[0042] 又，发动机主体10具备位于各汽缸13的上游侧的共同的扫气管15、和位于各汽缸13的下游侧的共同的排气管16。扫气管15将由增压器20压缩的空气暂时积留后向各汽缸13供给。在扫气管15中设置有测定扫气管15内的压力（以下称为“扫气压”）的扫气压计17。排气管16将从汽缸13排出的排气暂时积留后向增压器20以及动力涡轮30供给。发动机主体10具备扫气管15以及排气管16，从而能够抑制因各汽缸13的燃烧循环而引起的脉动。另外，当发动机主体10的负荷（以下称为“发动机负荷”）增大时，从发动机主体10排出的排气的量也随之增加。

[0043] 增压器20是将从外部引入的空气进行压缩后向发动机主体10供给的装置。增压器20具有涡轮部21和压缩机部22。从发动机主体10（排气管16）排出的排气向涡轮部21供给。
涡轮部21利用从排气管16处供给的排气的能量进行旋转。通过涡轮部21的排气经由增压器出口配管46导入至烟道。压缩机部22通过连接轴23与涡轮部21连接。因此，随着涡轮部21旋转，压缩机部22也旋转。压缩机部22将从外部引入的空气进行压缩，并且向扫气管15供给。
另外，在发动机负荷较小时，从发动机主体10排出的排气的量小于增压器20所需的量，但是随着发动机负荷增大而从发动机主体10排出的排气的量逐渐增加并超过增压器20所需的量。

[0044] 动力涡轮30是利用排气能量辅助发动机主体10工作的装置。动力涡轮30具有涡轮部31、和可变喷嘴32。在排气供给至动力涡轮30时，涡轮部31通过供给的排气的能量进行旋转。涡轮部31通过减速器33与发动机主体10的曲轴11连接，涡轮部21的旋转动力通过减速器33传递至曲轴11。另外，利用排气进行旋转时的动力涡轮30的旋转方向保持一定，只有在发动机主体10正转时才能辅助发动机主体10工作。

[0045] 可变喷嘴32设置于动力涡轮30的入口侧，并且主要由配置为环状的多个可动叶片构成。通过改变该可动叶片的角度，可以调节可动喷嘴32的开口面积（开度）。通过调节可变喷嘴32的开度，改变向涡轮部21的流入速度，从而高效地运用动力涡轮30。即，在供给至动力涡轮30的排气的流量较大时，增大可变喷嘴32的开度，在供给至动力涡轮30的排气的流量较小时，减小可变喷嘴32的开度。另一方面，由于可变喷嘴32的开口面积可改变，因此还发挥“节流部”的功能。可变喷嘴32的作为节流部的功能对于本实施形态十分重要。即，在本实施形态中，调节可变喷嘴32的开度，以此不仅使动力涡轮30（涡轮部31）高效地旋转，而且还控制供给至增压器20的排气的量（供给至增压器20的排气的量相对于从发动机主体10排出的排气的量的比例）（排气流量控制）。

[0046] 根据本实施形态的发动机系统100具备增压器入口配管41、动力涡轮入口配管42、动力涡轮出口配管43、抽气配管44以及发动机入口配管45。其中，增压器入口配管41是连接排气管16与增压器20的涡轮部21，且将从发动机主体10排出的排气导入至增压器20的配管。又，涡轮入口配管42是从增压器入口配管41分叉并向动力涡轮30延伸，且将增压器入口配管41内的排气的一部分导入至动力涡轮30的配管。又，动力涡轮输出配管43是配置于动力涡轮30的下游侧，且将通过动力涡轮30的排气导入至烟道的配管。又，抽气配管44是将动力涡轮入口配管42的比下述的开闭阀51靠近下游侧的部分与动力涡轮出口配管43进行连接的配管。又，发动机入口配管45是连接增压器20的压缩机部22与扫气管15，且将通过增压器20压缩的空气导入至扫气管15的配管。

[0047] 开闭阀51是设置于动力涡轮入口配管42的阀。开闭阀51在发动机主体10反转时（船舶101后退时）以及在发动机负荷较小时闭合。在发动机主体10反转时，动力涡轮30和发动机主体10（曲轴11）向相抵抗的方向旋转，因此关闭开闭阀51而停止排气向动力涡轮30的流入，从而防止动力涡轮30驱动。又，在发动机负荷较小时，从发动机主体10排出的排气的量较小，因此如果不将全部排气都供给至增压器20，则发动机主体10的燃烧室构件的温度上升。因此，在发动机负荷较小时，关闭开闭阀51，以此将从发动机主体10排出的排气全部供给至增压器20。另外，本实施形态的开闭阀51只要是能够维持“打开”和“关闭”这两个状态的阀即可，但是也可以是能够调节开度的阀。

[0048] 抽气阀52是设置于抽气配管44的阀。在关闭上述开闭阀51时，动力涡轮30不会由排气驱动，但是动力涡轮30与曲轴11连接，因此在发动机主体10进行旋转的期间，动力涡轮30由曲轴11（发动机主体10）驱动。此时，动力涡轮30起到如送风机的作用。在本实施形态中，在关闭开闭阀51时，打开抽气阀52，以此形成通过动力涡轮30的气体循环的循环流路（循环流路形成控制）。即，在开闭阀51闭合时打开抽气阀52，以此无论是在发动机主体10正转时还是在反转时，气体都依次流入动力涡轮出口配管43、动力涡轮30、动力涡轮入口配管
42、抽气配管44、动力涡轮出口配管43，形成图1中逆时针的循环流路。

[0049] 假设不具备抽气配管44以及抽气阀52、且关闭开闭阀51时不能形成循环流路，则在该情况下引起如下问题。无论是在发动机主体10正转时还是在反转时，动力涡轮30都会试图将动力涡轮出口配管43内的气体送入动力涡轮入口配管42。然而，在开闭阀51闭合时，动力涡轮入口配管42内的压力逐渐上升，动力涡轮30的前后压差增大，其结果是驱动动力涡轮30对发动机主体10造成较大的负荷。因此，在本实施形态中，在关闭开闭阀51时形成循环流路，从而避免上述问题。另外，在本实施形态的情况下，抽气阀52只要是能够维持“开”和“闭”这样的两种状态的阀即可，但是也可以是能够调节开度的阀。

[0050] 接着，说明发动机系统100的设定。如上所述，在开闭阀51被打开时，排气向增压器20的供给量是，通过可变喷嘴32的开度进行调节的。在这里，向增压器20供给适当量排气的可变喷嘴32的开度被称为“适当量供给开度”。又，此时规定量的排气供给至动力涡轮30，而使该排气量流入动力涡轮30时能够使动力涡轮30以最高效率进行旋转的可变喷嘴32的开度被称为“最高效率开度”。如此一来，根据本实施形态的发动机系统100中，该“适当量供给开度”和“最高效率开度”设定为在任何发动机负荷下都大致一致（例如，误差为5%以内）。
即，发动机系统100设定为在任何发动机负荷下，只要调节可变喷嘴32的开度并将适当量的排气供给至增压器20，就必然使动力涡轮30高效地旋转。另外，可以通过改变动力涡轮30涡轮部31的涡轮翼与可变喷嘴32的组合、或者改变增压器20的涡轮喷嘴、涡轮翼、压缩机叶轮、压缩机扩压器等的要项，进行上述设定。

[0051] ＜控制系统的结构＞

[0052] 接着，说明发动机系统100中控制系统的结构。发动机系统100具备控制整个发动机系统100的控制装置60。控制装置60由CPU、ROM、RAM等构成。图2是发动机系统100的控制系统的框图。如图2所示，控制装置60与操作船舶101的驾驶操作盘104、测定发动机主体10的转速的发动机转速计14、测定燃料向汽缸13内的投入量的燃料投入量指示器18、以及测定扫气压的扫气压计17电气地连接。控制装置60基于来自这些各种设备的输入信号获取发动机主体10的旋转方向、发动机转速、燃料投入量、扫气压等各种信息。

[0053] 又，控制装置60基于来自上述各种设备的输入信号执行各种运算等，并且控制发动机系统100的各部。在本实施形态中，控制装置60与开闭阀51、抽气阀52以及可变喷嘴32电气地连接，并且基于根据各输入信号进行的运算等的结果，向开闭阀51、抽气阀52以及可变喷嘴32发送控制信号。

[0054] 此外，作为控制装置60的功能性结构，具有阀控制部61和可变喷嘴控制部62。其中，阀控制部61是控制开闭阀51以及抽气阀52的开闭的部分，并且执行后述的循环流路形成控制。另一方面，可变喷嘴控制部62是决定可变喷嘴32的开度的部分，并且执行后述的排气流量控制。以下，依次说明通过控制装置60进行的循环流路形成控制以及排气流量控制。

[0055] ＜循环流路形成控制＞

[0056] 首先，参照图3说明循环流路形成控制。图3是示出发动机系统100的控制内容的流程图。在发动机系统100运行的期间，控制装置60重复图3的步骤S1～S16的循环。图3中的步骤S1～S10是与循环流路形成控制相关的部分。如上已概要说明，循环流路形成控制是在关闭开闭阀51时打开抽气阀52以此形成通过动力涡轮30的气体的循环流路的控制。

[0057] 首先，控制装置60获取各种信息（步骤S1）。具体而言，控制装置60基于来自各设备的输入信号获取发动机主体的旋转方向、发动机转速、燃料投入量、扫气压。

[0058] 接着，控制装置60判定发动机主体10是否进行正转（步骤S2）。发动机主体10正转时（步骤S2中“是”），进行步骤S3，在发动机主体10逆转时（步骤S2中“否”），进行步骤S4。其中，在步骤S4中，在关闭开闭阀51的同时打开抽气阀52，之后返回至步骤S1。像这样，在发动机主体10反转时关闭开闭阀51是为了避免动力涡轮30与曲轴11之间动力相互抵消。又，在关闭开闭阀51时打开抽气阀52是如上所述为了形成通过动力涡轮30的气体进行循环的循环流路以便减轻发动机负荷。

[0059] 在步骤S3中，判定当前是否为开闭阀51闭合且抽气阀52打开。即，在步骤S3中，判定（确认）在前一个循环中开闭阀51以及抽气阀52的开闭如何被决定。另外，至少在步骤S3中判定时，开闭阀51被打开则抽气阀52必定闭合，开闭阀51闭合则抽气阀52必定打开。在判定为开闭阀51闭合且抽气阀52打开的情况下（步骤S3中“是”），控制装置60进行步骤S5。又，在判定为开闭阀51被打开且抽气阀52闭合的情况下（步骤S3中“否”），进行步骤S6。

[0060] 在步骤S5中，基于发动机主体10的转速和燃料投入量算出发动机负荷，并且判定该发动机负荷是否为上升切换负荷以上。在步骤S3中判定为开闭阀51闭合的结果是进行步骤S5，因此可以认为至少在前一个循环中执行过关闭开闭阀51的控制。关闭开闭阀51是因为发动机负荷小，无法将排气供给至动力涡轮30。因此，在步骤S5中，判定发动机负荷是否处于较小的状态以致无法向动力涡轮30供给排气、或者发动机负荷是否上升至能够将排气供给至动力涡轮30的程度。即，步骤S5中的“上升切换负荷”是指发动机负荷上升并能够将排气供给至动力涡轮30时的发动机负荷，在本实施形态中例如设定为50%负荷（在将发动机主体10的最大负荷设为100%时的50%的负荷）。

[0061] 在步骤S5中，发动机负荷为上升切换负荷以上时（步骤S5中“是”）正是能够将排气供给至动力涡轮30的时候，因此打开开闭阀51，关闭抽气阀52（步骤S7）。然而，在本实施形态中，并不是将关闭开闭阀51和打开抽气阀52同时进行，而是在关闭抽气阀52后隔着一定时间后打开开闭阀51。假设打开开闭阀51的同时关闭抽气阀52，则开闭阀51和抽气阀52两者都打开的状态暂时发生，从而形成动力涡轮入口配管42内的气体不经由动力涡轮30而通过抽气配管44向动力涡轮出口配管43排出的旁通流路。该流路阻力较小，因此较多的排气流入该流路，其结果是通过增压器入口配管41的排气量降低。借助于此，由增压器20供给的空气的压力发生改变，存在发动机主体10变得不稳定的担忧。相对于此，在本实施形态中，在关闭抽气阀52后打开开闭阀51，以此抑制流入增压器20的排气量一下子减少。在经过步骤S7后进行步骤S11。

[0062] 在步骤S5中，在发动机负荷小于上升切换负荷时（步骤S5中“否”），处于无法继续将排气供给至动力涡轮30的状态，因此维持开闭阀51闭合且抽气阀52打开的状态（步骤S8）。经过步骤S8之后返回至步骤S1。

[0063] 在步骤S6中，基于步骤S1中获取的发动机转速和燃料投入量算出发动机负荷，并且判定该发动机负荷是否为下降切换负荷以上。在步骤S3中判断为开闭阀51被打开的结果是进行步骤S6，因此可以认为至少在前一个循环中执行过打开开闭阀51的控制。打开开闭阀51是因为发动机负荷较大，能够将排气供给至动力涡轮30。基于此，在步骤S6中，判定发动机负荷是否维持较大的状态以致能够将排气供给至动力涡轮30、或者发动机负荷是否降低至无法将排气供给至动力涡轮30的程度。即，步骤S6中的“下降切换负荷”是指发动机负荷下降而无法将排气供给至动力涡轮30时的发动机负荷，在本实施形态中例如设定为45%负荷（发动机主体的最大负荷设为100%时的45%的负荷）。另外，下降切换负荷与上升切换负荷的值不同是由所谓的滞后现象引起的。

[0064] 在步骤S6中，在发动机负荷为下降切换负荷以上时（步骤S6中“是”），继续维持能够将排气供给至发动机主体10的状态，因此维持开闭阀51打开且抽气阀52闭合的状态（步骤S9）。在经过步骤S9之后进行步骤S11。

[0065] 在步骤S6中，发动机负荷小于下降切换负荷时（步骤S6中“是”）正是无法将排气供给至动力涡轮30的时候，因此关闭开闭阀51，打开抽气阀52（步骤S10）。然而，在本实施形态中，开闭阀51的关闭和抽气阀52的打开不同时进行，而是在关闭开闭阀51后隔着一定时间后打开抽气阀52。像这样，在关闭开闭阀51后打开抽气阀52的理由与步骤S7中说明的理由相同，都是为了抑制流入增压器20的排气的量一下子减少。经过步骤S10后返回至步骤S1。

[0066] ＜排气流量控制＞

[0067] 接着，说明排气流量控制。图3的步骤S11～S16是与排气流量控制相关的部分。排气流量调节控制是：调节设置于动力涡轮30的可变喷嘴32的开度，以此向增压器20供给适当量的排气，且有效地运用动力涡轮30的控制。排气流量控制是在经过步骤S7或步骤S9后执行。即，排气流量控制仅在开闭阀51打开的状态时执行。另外，可以通过扫气压判断是否能够向增压器20供给适当量的排气。即，在扫气压高于规定值时能够判断出供给至增压器20的排气的量过剩，在扫气压低于规定值时能够判断出供给至增压器20的排气量不足。

[0068] 首先，控制装置60设定适当的扫气压的范围（步骤S11）。在这里，图4是示出适当的扫气压的范围的图表。图4的横轴是发动机负荷，纵轴是扫气压。在图中两根直线中，上方的直线表示上限扫气压，下方的直线表示下限扫气压。夹在该两根直线之间的部分为适当的扫气压的范围。例如，如图4所示，在发动机负荷为L1时，下限扫气压为PL，上限扫气压为PH。下限扫气压以及上限扫气压根据发动机负荷不同而不同，设定为随着发动机负荷增大而提高。在实际步骤S11中，利用表示图4的直线的数学式算出适当的扫气压的范围。

[0069] 接着，控制装置60判定在步骤S1中获取的实际的扫气压是否在适当范围内（步骤S12）。即，判定实际的扫气压是否大于步骤S11中设定的下限扫气压且小于上限扫气压。在扫气压位于适当范围内时（步骤S12中“是”），维持可变喷嘴32的开度（步骤S13），返回至步骤S1。因为，即便不改变可变喷嘴32的开度，也能够使适当量的排气供给至增压器20。又，如上所述，在调节可变喷嘴32的开度而使适当量的排气供给至增压器20时，动力涡轮30必然高效地驱动。

[0070] 另一方面，如果扫气压不在适当范围内（步骤S12中“否”），则判定实际的扫气压是否大于适当范围（步骤S14）。即，判定实际的扫气压是否大于上限扫气压。在扫气压大于适当范围时（步骤S14中“是”），增大可变喷嘴32的开度（步骤S15），返回至步骤S1。在该情况下，增压器20中流入所需以上的排气，因此执行增大可变喷嘴32的开度而减少流入增压器20侧的排气的量的控制。即，减少供给至增压器20的排气的量相对从发动机主体10排出的排气量的比例。又，如果像这样进行控制，则能够向增压器20供给适当量的排气，因此动力涡轮30也必然高效地驱动。

[0071] 在步骤S14中，在判定为实际的扫气压不大于适当范围时（在步骤S14中“否”），减小可变喷嘴32的开度（步骤S16），返回至步骤S1。在该情况下，实际的扫气压不大于适当范围，因此实际的扫气压小于适当范围（小于下限扫气压）。于是，在增压器20中排气的量不足，因此执行减小可变喷嘴32的开度而增加流入增压器20侧的排气的量的控制。即，供给至增压器20的排气的量相对于从发动机主体10排出的排气的量的比例增大。又，如果像这样进行控制，则能够将适当量的排气供给至增压器20，因此动力涡轮30也必然高效地驱动。

[0072] 如上所述，根据本实施形态的发动机系统100形成为如下结构：具备抽气配管44和抽气阀52，在开闭阀51闭合时打开抽气阀52而形成通过动力涡轮30的气体的循环流路。因此，在开闭阀51闭合时，即便动力涡轮30由曲轴11驱动，动力涡轮30的前后压差也不会过度增大，可以抑制发动机主体10中产生过度的负荷。

[0073] 又，根据本实施形态的发动机系统100通过动力涡轮30所具有的可变喷嘴32不仅能够改善动力涡轮30的效率，而且能够调节向增压器20供给的排气的量。因此，可以谋求发动机系统100整体的控制以及结构的简单化。

[0074] （第一实施形态的变形例）

[0075] 以上，说明了在发动机主体10正转且发动机主体10的负荷大于规定的切换负荷（以下称为“第一条件”）时打开开闭阀51，在发动机主体10反转时、或发动机主体10的负荷小于切换负荷（以下，称为“第二条件”）时关闭（全闭）开闭阀51的情况。然而，在第二条件时，也可以不关闭开闭阀51而设置为小开度。即，也可以执行如下控制：将图3的流程图中步骤S3、S8的“开闭阀闭合”替换为“开闭阀设置为小开度”，将步骤S4、S8、S10的“关闭开闭阀”替换为“将开闭阀设置为小开度”。

[0076] 在这里所说的“小开度”是指比第一条件时的开闭阀51的开度小的开度，包括第一小开度和第二小开度。第一小开度指通过了开闭阀51的排气处于由动力涡轮30搬运的状态和驱动动力涡轮30的状态的边界时的开闭阀51的开度。又，第二小开度是小于第一小开度，且排气少量地流入循环流路的状态时的开闭阀51的开度。

[0077] 如上所述，在关闭开闭阀51且打开抽气阀52时，通过动力涡轮30的气体通过循环流路后再次通过动力涡轮30，但是根据情况，存在循环流路内的气体的温度从动力涡轮30接收能量而过度上升的担忧。另一方面，在第二条件时，如果将开闭阀51设置为第一小开度或接近该第一小开度的开度，则循环流路内的气体从动力涡轮30接收的能量减少，可以抑制循环流路内的气体的温度过度上升。又，在第二条件时，在将开闭阀51设置为第二小开度时，排气少量地流入循环流路内，循环流路的气体被替换，因此可以抑制循环流路内的气体的温度过度上升。

[0078] （第二实施形态）

[0079] 接着，参照图5说明第二实施形态。图5是根据第二实施形态的发动机系统200的整体图。如图5所示，根据本实施形态的发动机系统200具备空气引入配管47、空气引入阀53、和动力涡轮出口阀54，这一点区别于根据第一实施形态的发动机系统100。除此以外，其结构与根据第一实施形态的发动机系统100基本相同。

[0080] 空气引入配管47形成为如下结构：在动力涡轮出口配管43中，连接于连接有抽气配管44的部分和动力涡轮30之间，能够将外气引入至动力涡轮出口配管43。又，空气引入阀53设置于空气引入配管47，其开闭由控制装置60控制。此外，动力涡轮出口阀54在动力涡轮出口配管43中，设置于连接有抽气配管44的部分和连接有空气引入配管47的部分之间，并且其开闭由控制装置60控制。

[0081] 然后，本实施形态的循环流路形成控制形成为如下结构：在打开开闭阀51且关闭抽气阀52时（第一条件时）关闭空气引入阀53，并且在关闭开闭阀51且打开抽气阀52时（第二条件时）打开空气引入阀53。

[0082] 根据本实施形态的发动机系统200形成为上述结构，因此即便在关闭开闭阀51且打开抽气阀52以使气体在通过动力涡轮30的循环流路中循环时，也能够将外气通过空气引入配管47引入至动力涡轮出口配管43，因此循环流路的气体（空气以及排气）被替换，能够抑制循环流路内的气体的温度过度上升。

[0083] 另外，动力涡轮出口阀54在打开开闭阀51且关闭抽气阀52时（第一条件时）被打开，在关闭开闭阀51且打开抽气阀52时（第二条件时）闭合。像这样进行控制，以此在将外气通过空气引入配管47引入至动力涡轮出口配管43时，可以防止排气伴随于此从烟道引入。借助于此，可以进一步抑制循环流路内的气体的温度过度上升。

[0084] （第三实施形态）

[0085] 接着，参照图6说明第三实施形态。图6是根据第三实施形态的发动机系统300的整体图。如图6所示，根据本实施形态的发动机系统300的抽气配管44以及动力涡轮出口配管43的连接位置与根据第一实施形态的发动机系统100的情况不同。除此以外的结构，与根据第一实施形态的发动机系统100基本相同。

[0086] 在本实施形态中，动力涡轮出口配管43与增压器出口配管46连接。因此，通过动力涡轮30的排气通过动力涡轮出口配管43以及增压器出口配管46导入至烟道。又，抽气配管44将动力涡轮入口配管42中比开闭阀51靠近下游侧的部分，与增压器出口配管46中比连接有动力涡轮出口配管的部分靠近下游侧的部分连接。

[0087] 根据本实施形态的发动机系统300形成为如上结构，因此在开闭阀51闭合且打开抽气阀52时，不会形成如第一实施形态的循环流路，从动力涡轮入口配管42抽出的气体排出至增压器出口配管46。因此，通过动力涡轮30的气体不会再次通过动力涡轮30，不会存在因动力涡轮30的能量而气体温度逐渐上升导致过度上升的情况。

[0088] 以上，参照附图说明实施形态，但是具体结构不限于这些实施形态，不脱离本发明的主旨的范围内的设计的变更等均属于本发明。

[0089] 另外，也存在如下情况：在发生异常、例如发动机系统的一部分部件破损等而导致增压器和动力涡轮等达到危险转速、或者扫气压达到危险扫气压等时，不执行以上说明的发动机系统的动作。然而，在正常时执行根据本发明的控制，则其发动机系统包含于本发明是不言而喻的。

[0090] 根据实施形态的发动机系统中，动力涡轮通过减速器与曲轴始终连接，然而，即便例如在减速器和曲轴之间设置离合器，且形成为能够解除动力涡轮与曲轴之间的连接的结构，但如果动力涡轮与曲轴保持连接状态，则在开闭阀闭合时也同样会发生过剩的负荷施加于发动机主体的问题。

[0091] 又，以上，说明了动力涡轮入口配管从增压器入口配管分叉的情况，但是也可以形成为动力涡轮入口配管与增压器入口配管独立地形成且各自从排气管向增压器或从排气管向动力涡轮搬运排气的结构。

[0092] 此外，在上述实施形态中，说明了发动机系统搭载于船舶的情况，但是即便是用于发电设备的发动机系统，如果具备本发明的结构，则理所当然地涵盖在本发明内。

[0093] 工业应用性：

[0094] 根据本发明的一种形态的发动机系统能够高效地回收废热能量，且能够谋求系统的简单化。又，根据本发明的另一种形态的发动机系统能够抑制在动力涡轮不由排气驱动时，对发动机主体产生过度的负荷的情况。因此，本发明的发动机系统在发动机系统的技术领域有益。

[0095] 符号说明：

[0096] 10       发动机主体；

[0097] 11       曲轴；

[0098] 15       扫气管；

[0099] 20       增压器；

[0100] 30       动力涡轮；

[0101] 32       可变喷嘴；

[0102] 41       增压器入口配管；

[0103] 42       动力涡轮入口配管；

[0104] 43       动力涡轮出口配管；

[0105] 44       抽气配管；

[0106] 47       空气引入配管；

[0107] 51       开闭阀；

[0108] 52       抽气阀；

[0109] 53       空气引入阀；

[0110] 100、200、300  发动机系统；

[0111] 101      船舶。