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2級舶用機関整備士指導書

 事業名 舶用機関整備士の資格検定事業
 団体名 日本舶用機関整備協会 注目度注目度5


2.9 過給装置
1)過給機
(1)過給の目的
 燃料油が燃焼するためには一定量の空気が必要である。したがって小さなシリンダでは吸入する空気量が少ないために燃焼できる燃料油の量が少なく出力も小さい。
 圧縮機(コンプレッサ)により大気圧以上に加圧した空気をシリンダ内に送り込めば、同容積のシリンダでも多量の空気を押し込むことになり、無過給の場合よりも多くの燃料油を燃焼させて出力を高めることができる。これが過給の目的である。この目的のためにエンジンに取付けられるものが過給機であり、現在実用化されている過給機は下記に大別される。また一般に多く使われている排気タービン過給機の概念図を2・146図に示す。
 
2・146図 排気タービン過給機概念図
(拡大画面:63KB)
 
(2)排気タービン過給機
(イ)排気ガス中のエネルギの回収
 排気タービン過給機は機関との間に機械的な連絡がなく、機関の排気ガスにより駆動されている。
 排気弁の開く際のシリンダ内のガス圧力は0.4〜0.8MPa(4〜8kgf/cm2)である。これをシリンダ内でさらに低圧膨張させるためには、機関のストロークを余程長くせねばならず、機関構造上の制限より不可能である。従来の無過給機関では排気はシリンダから無駄に大気に放出されているが、排気ガス中には2・147図および2・148図に示すように、燃料の全エネルギの約40%にもおよぶエネルギが含まれており、その中の1/4はさらに大気圧までガスを有効に膨張させることにより機械的に利用できるエネルギである。他の1/4は排気ボイラ等の熱交換器を用いれば、熱源として利用できるエネルギであるが、残りはいかにしても利用不可能なエネルギである。排気ガスを有効に膨張させれば上述のごとく理論上の持つ全エネルギの約10%、すなわち機関出力の約25〜30%が機械的仕事に回収できる可能性がある。この回収可能なエネルギの機関出力に対する割合は一般的には機関出力の増加とともに増加する。過給機はこの回収したエネルギにより給気圧力を上昇させ機関出力の増大を図っている。
 
2・147図 燃料の全「エネルギ」の交換
(拡大画面:24KB)
 
 
2・148図 排気ガスタービン過給機関熱平衝図
(拡大画面:24KB)
 
 
(ロ)過給方式
 ディーゼル機関の過給方法には吸排気管の慣性効果を利用したものもあるが、大半は排気タービン過給機によるものである。
 これは排気行程でシリンダから排出される高温度の排気ガスを利用して排気タービンを廻し、これに直結した圧縮機で加圧空気を作って吸入行程のシリンダ内に押し込むようにしたものである。過給の方式としては次の2つの方法がある。
(a)静圧過給方式
 各シリンダの排気を脈動エネルギが殆んど消失する位の比較的容積の大きい1本の排気集合管に集め、排気の脈動圧力をほぼ均整にして過給機の排気タービンの駆動力とする方式で大形機関に多く採用されている。
(b)動圧過給方式(ビュッヒ式)
 機関からサイクル毎に激しく排出される排気を、そのままの勢いで排気タービンに作用させる方式であって、主として排気始めの吹出しエネルギを直接タービンの駆動力とする方式で、中高速舶用機関に現在最も多く採用されている過給方式である。その名の示すように排気行程の排気ガスブローダウン時のガスの動圧エネルギを利用することを特長としており、ピストン頂部間隙容積内に残留する排気ガスを掃気し、吸入効率を改善するビュッヒ式掃気方式と併用することにより、十分な空気量を機関に供給でき、機関の性能は大幅に改善される。
 ビュッヒ式掃気方式では排気管をシリンダ数により2・149図のように2〜4群に分け、たとえば4シリンダ機関で着火順序が1−3−4−2の場合は第1および第4シリンダを1本の排気管、第2および第3シリンダを他の排気管に流入させるようにし、各排気管にはあるシリンダから排気が流入した後、つぎの排気が流入するまでの間にクランク軸が240度以上回転するようにする。排気管群を過給機のタービン入口ケースに導き、それぞれ分割された排気ガスをそのままタービンノズルよりタービンに噴出させる。各排気管内の圧力脈動は排気弁の開いた後約90度の間は高圧となっているが、それから後つぎの排気が始まるまでの間は2・150図に示すように低圧となる。すなわちピストンが上死点付近にあるとき低圧となる。このとき吸排気弁がともに開いていれば過給機のコンプレッサにより圧縮された吸気管内の空気は、排気管内より高圧であるので吸気弁、ピストン頂部間隙および排気弁を通り抜けて排気管内に流入する。この際完全な掃気と、燃焼室周辺の冷却が行われる。この後で排気弁が閉じシリンダ内は加圧された空気で充満される。
 
2・149図 ビュッヒ式掃気排気管配列
(拡大画面:35KB)
 
 
2・150図 排気タービン過給機関、排気管内圧力脈動線図
(拡大画面:25KB)
 
 このように、動圧過給方式では、排気管内を流れる排気の慣性を利用して掃気し、そのあと排気タービン過給機で加圧空気を押し込むものであるから、吸排気弁のオーバラップを2・151図に示すように大きくしている。
 
2・151図 排気タービン過給機関と無過給機関の弁とリフトの関係
(拡大画面:16KB)







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