CN109983210B - 船舶用柴油发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使危险转速域中的燃烧稳定且以更好的条件使发动机主体运转的船舶用柴油发动机。具有：发动机主体，该发动机主体对排气阀进行开闭而控制来自燃烧室内的排气；及控制装置，该控制装置对发动机主体进行控制，基于排气阀关闭时机模式，对排气阀的动作进行控制，在排气阀关闭时机模式中，随着发动机主体的转速增加，燃烧循环中的关闭排气阀的时机延迟，排气阀关闭时机模式在包含发动机主体的转速通过危险转速域的期间的危险旋转范围和转速比危险旋转范围低的第一范围中，具有关闭排气阀的时机的变化相对于转速的上升的变化率发生变化的拐点，比拐点靠危险旋转范围侧的变化率小于比拐点靠第一范围侧的变化率。

Description

船舶用柴油发动机

技术领域

本发明涉及一种船舶用柴油发动机。

背景技术

船舶用柴油发动机在开始运转时使转速增加。发动机是旋转机械，因此存在产生共振等且禁止在该转速域中的长时间的运转的危险转速域(Barred Range/禁用范围、Critical Speed/临界转速)。在专利文献1中记载有如下内容：在发动机的转速达到危险转速域的状态下，调整喷射燃料的角度和打开对在燃烧区域中燃烧了的空气进行排气的排气阀的角度。具体而言，记载有使危险转速域中的排气角度小于比危险转速域低的区域中的排气角度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实用新型登记第3174346号公报

另外，在船舶用柴油发动机中，存在为了缩短在危险转速域中运转的时间而在危险转速域中执行用于以短时间使发动机的转速增加的控制的情况。这样，当执行使发动机的转速增加的控制时，发动机中的燃料与空气的平衡被破坏，燃料的燃烧变得不充分，有转速的增加速度降低或产生黑烟的担忧。

发明内容

本发明为了解决上述的课题而完成，其目的在于提供一种船舶用柴油发动机，能够使危险转速域中的燃烧稳定并以更好的条件使发动机主体运转。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的的本发明是一种船舶用柴油发动机，其特征在于，具有：发动机主体，该发动机主体对排气阀进行开闭，从而控制来自燃烧室内的排气；及控制装置，该控制装置对所述发动机主体进行控制，基于排气阀关闭时机模式，对所述排气阀的动作进行控制，在所述排气阀关闭时机模式中，随着所述发动机主体的负载或转速增加，燃烧循环中的关闭所述排气阀的时机延迟，在包含所述发动机主体的负载或转速通过危险转速域的期间的危险旋转范围和负载或转速比所述危险旋转范围低的第一范围中，具有关闭所述排气阀的时机的变化相对于所述负载或所述转速的上升的变化率发生变化的拐点，比所述拐点靠所述危险旋转范围侧的变化率小于比所述拐点靠所述第一范围侧的变化率。

船舶用柴油发动机设定随着发动机主体的转速增加而燃烧循环中的关闭排气阀的时机延迟的排气阀关闭时机模式，此外，使比排气阀关闭时机模式的拐点靠危险旋转范围侧的变化率小于比拐点靠第一范围侧的变化率。由此，船舶用柴油发动机在发动机主体以危险转速进行旋转的状态时，能够以将更多的空气保持于燃烧室的状态进行燃烧。由此，能够使危险转速域中的燃烧稳定。由此，能够更加提高在危险转速域中发动机的转速增加的速度且能够抑制燃烧时的黑烟的产生。

另外，优选的是，在所述排气阀关闭时机模式中，将利用包含转速的参数算出的所述发动机主体的负载与关闭所述排气阀的时机相关联，随着所述发动机主体的负载增加，燃烧循环中的关闭所述排气阀的时机延迟。

另外，优选的是，在所述排气阀关闭时机模式中，在所述危险旋转范围中，所述排气阀的关闭时机固定。

另外，优选的是，在所述排气阀关闭时机模式中，在所述发动机主体的负载或转速增加的情况下和所述发动机主体的负载或转速减少的情况下，所述危险旋转范围的所述发动机主体的负载或转速与关闭所述排气阀的时机的关系不同。

发明效果

根据本发明，即使在危险转速域中运转时，也能够使燃烧室中的空气量多，能够使危险转速域中的燃烧稳定。由此，能够更加提高危险转速域中发动机的转速增加的速度，且能够抑制燃烧时的黑烟的产生。

附图说明

图1是表示具备本实施方式的EGR系统的船舶用柴油发动机的概略图。

图2是表示本实施方式的EGR系统的概略结构图。

图3是表示本实施方式的发动机主体的概略结构的示意图。

图4是表示发动机负载与排气阀关闭时机的关系的曲线图。

图5是表示发动机负载与排气阀关闭时机的关系的其他例的曲线图。

图6是表示发动机主体的转速与排气阀关闭时机的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，不通过本实施方式对本发明进行限定，另外，在存在多个实施方式的情况下，也包含对各实施方式进行组合而成的结构。

图1是表示具备EGR系统的船舶用柴油发动机的概略图，图2是表示EGR系统的概略结构图。

如图1所示，本实施方式的船舶用柴油发动机10具备发动机主体(发动机)11、增压器12、EGR系统13。

如图2所示，发动机主体11是经由未图示的螺旋桨轴而驱动推进用螺旋桨旋转的推进用的机构(主机构)。该发动机主体11是单向扫排气式的十字头式柴油发动机，且是两冲程柴油发动机，将气缸内的进气/排气的流动设为从下方向上方的单方向，且无排气的残留。发动机主体11具备供活塞上下移动的多个气缸21、与各气缸21连通的扫气通道22及与各气缸21连通的排气歧管23。并且，在各气缸21与扫气通道22之间设置有扫气口24，在各气缸21与排气歧管23之间设置有排气流路25。并且，发动机主体11在扫气通道22连结有供气路径G1，在排气歧管23连结有排气路径G2。

图3是表示发动机主体的概略图。图3表示发动机主体11中的与一个活塞及气缸21对应的部分。发动机主体11具有位于下方的台板111、设置于台板111上的框架112及设置于框架112上的气缸套113。该台板111、框架112及气缸套113通过沿上下方向延伸的多个拉紧螺栓(系紧螺栓/连结部件)114及螺母115而紧固固定为一体。

在气缸套113设置有气缸衬套116，在该气缸衬套116的上端设置有气缸盖117。气缸衬套116和气缸盖117划分出空间部118，在该空间部118内活塞119设置为上下自如地往复移动，从而形成燃烧室120。另外，在气缸盖117设置有排气阀(排气阀)121。该排气阀121对燃烧室120与排气管122进行开闭。此外，排气阀121具有对燃烧室120与排气管122进行开闭的功能即可，不是必须设置于气缸盖117的中央部。

因此，通过对燃烧室120供给从燃料喷射泵供给的燃料和由增压器12压缩后的燃烧用气体，从而进行燃烧。并且，活塞119通过由该燃烧产生的能量而上下移动。另外，此时，当通过排气阀121将燃烧室120打开时，一方面，由燃烧产生的排气被向排气管122推出，另一方面，燃烧用气体被从扫气口24向燃烧室120导入。排气管122与排气歧管23连接。

活塞119连接于活塞杆123的上端部，并且连结为能够与活塞杆123一起沿活塞轴方向移动。台板111被设为曲柄箱，设置有将曲轴124支承为旋转自如的轴承125。另外，曲轴124经由曲柄126而转动自如地连结有连接杆127的下端部。在框架112中，沿上下方向延伸的一对引导板128空开规定间隔地固定，在一对引导板128之间，十字头129被支承为沿上下移动自如。十字头129将在活塞杆123的下端部设置的十字头销的下半部连结为连接于连接杆127的上端部的十字头轴承转动自如。

因此，传递了在气缸套113的燃烧室120产生的能量的活塞119与活塞杆123一起朝向发动机主体11的设置面(台板111侧的方向，即，活塞轴方向中的下方)下压。于是，活塞杆123将十字头129沿活塞轴方向下压，经由连接杆127及曲柄126而使曲轴124旋转。

在发动机主体11配置有转速检测部62和燃料投入量检测部64。转速检测部62对发动机主体11的转速(与螺旋桨轴连接的旋转轴的转速)进行检测。转速检测部62可以对插入到发动机主体11的旋转轴的转速进行检测，但也可以对螺旋桨轴的转速进行检测。燃料投入量检测部64对发动机主体11的燃料投入量进行检测。

发动机控制装置26对发动机主体11的运转进行控制。发动机控制装置26基于要求负载等各种输入条件及由转速检测部62和燃料投入量检测部64等各种传感器检测的结果而对发动机主体11的运转进行控制。发动机控制装置26对向气缸21的燃料的喷射时机、喷射量、排气阀121的开闭时机进行控制，从而对发动机主体11的燃料投入量、转速、燃烧室120中的燃烧进行控制。发动机控制装置26通过控制燃料投入量、转速而对发动机主体11的输出进行控制。

增压器12构成为压缩器(压缩机)31与涡轮32通过旋转轴33连结为一体地旋转。在该增压器12中，通过从发动机主体11的排气路径G2排出的排气而使涡轮32旋转，通过旋转轴33传递涡轮32的旋转而使压缩器31旋转，该压缩器31对空气及再循环气体中的至少一方进行压缩，作为压缩后的压缩气体从供气路径G1向发动机主体11供给。压缩器31与从外部(大气)吸入空气的吸入路径G6连接。

增压器12连结有将使涡轮32旋转的排气排出的排气路径G3，该排气路径G3与未图示的烟囱(风罩)连结。另外，在从排气路径G3到供气路径G1之间设置有EGR系统13。

EGR系统13具备排气再循环路径G4、G5、G7、洗涤器42、除雾器单元14、EGR鼓风机(送风机)47及EGR控制装置60。该EGR系统13使从发动机主体11排出的排气的一部分作为再循环气体与空气混合，之后，通过增压器12压缩而作为燃烧用气体向船舶用柴油发动机10再循环，从而抑制因燃烧导致的NO_x的生成。此外，在这里，从涡轮32的下游侧对排气的一部分进行抽气，但也可以从涡轮32的上游侧对排气的一部分进行抽气。

此外，在以下的说明中，排气是从发动机主体11排出到排气路径G2后，从排气路径G3向外部排出的气体。再循环气体是指从排气路径G3分离出的一部分的排气。再循环气体通过排气再循环路径G4、G5、G7而返回发动机主体11。

排气再循环路径G4的一端连接于排气路径G3的中途部。在排气再循环路径G4设置有EGR入口阀(开闭阀)41A，排气再循环路径G4的另一端连接于洗涤器42。EGR入口阀41A通过对排气再循环路径G4进行开闭，从而将从排气路径G3向排气再循环路径G4分流的排气开启/关闭。此外，也可以将EGR入口阀41A设为流量调整阀，对通过排气再循环路径G4的排气的流量进行调整。

洗涤器42是文丘里式的洗涤器，具备呈中空形状的喉部43、导入排气的文丘里部44及向原流速阶段性恢复的扩大部45。洗涤器42具备对导入到文丘里部44的再循环气体喷射水的水喷射部46。洗涤器42连结有将除去了SO_x、煤尘等的微粒(PM)这样的有害物质的再循环气体及含有有害物质的排水排出的排气再循环路径G5。此外，在本实施方式中，作为洗涤器而采用文丘里式，但不限定于该结构。另外，船舶用柴油发动机10也可以具备洗涤器42以外的排气清洁装置。

在排气再循环路径G5设置有除雾器单元14和EGR鼓风机47。

除雾器单元14对通过水喷射而除去了有害物质的再循环气体与排水进行分离。除雾器单元14设置有使排水向洗涤器42的水喷射部46循环的排水循环路径W1。并且，在该排水循环路径W1设置有暂时存储雾(排水)的保存箱49和泵50。

EGR鼓风机47将洗涤器42内的再循环气体从排气再循环路径G5经由除雾器单元14向压缩器31输送。

排气再循环路径G7的一端连接于EGR鼓风机47，并且另一端经由混合器(省略图示)而连接于压缩器31，通过EGR鼓风机47将再循环气体向压缩器31输送。在排气再循环路径G7设置有EGR出口阀(开闭阀或流量调整阀)41B。来自吸入路径G6的空气与来自排气再循环路径G7的再循环气体通过在混合器中混合而生成燃烧用气体。此外，该混合器可以与消声器分别设置，也可以不另外混合器而将消声器构成为附加了对再循环气体和空气进行混合的功能。并且，增压器12能够将压缩器31压缩后的燃烧用气体从供气路径G1向发动机主体11供给，在供气路径G1设置有空气冷却器(冷却器)48。该空气冷却器48通过使由压缩器31压缩而变为高温的燃烧用气体与冷却水进行热交换，从而对燃烧用气体进行冷却。另外，EGR系统13在供气路径G1或扫气通道22配置有氧气浓度检测部66。本实施方式的氧气浓度检测部66与空气冷却器48相比配置于发动机主体11侧。氧气浓度检测部66对向发动机主体11供给的空气的氧气浓度，即在EGR系统13运行的情况下对燃烧用气体的氧气浓度进行检测。

EGR控制装置60对EGR系统13的各部分的动作进行控制。EGR控制装置60从发动机控制装置26获取负载信息。EGR控制装置60向发动机控制装置26发送EGR系统13的开启、关闭的信息。EGR控制装置60从转速检测部62获取发动机主体11的转速信息。EGR控制装置60从燃料投入量检测部64获取发动机主体11的燃料投入量的信息。EGR控制装置60从氧气浓度检测部66获取向发动机主体11供给的燃烧用气体的氧气浓度的信息。EGR控制装置60基于获取的发动机主体11的负载信息和向发动机主体11供给的空气的氧气浓度，而对EGR鼓风机47的运转状态、从EGR系统13向发动机主体11供给的再循环气体的量进行控制。EGR控制装置60存储发动机主体11的负载与氧气浓度的目标值的关系，根据负载算出氧气浓度的目标值。EGR控制装置60基于发动机主体11的负载与氧气浓度的目标值的关系，而算出氧气浓度的目标值，基于算出的氧气浓度的目标值与获取的氧气浓度的关系和当前的EGR鼓风机47的频率而算出EGR鼓风机47的频率(运转频率)。EGR控制装置60以算出的EGR鼓风机47的频率使EGR鼓风机47旋转。EGR控制装置60也对EGR鼓风机47以外的各部分，例如，EGR入口阀41A、EGR出口阀41B的开闭、洗涤器42的运转进行控制。

以下，对本实施方式的EGR系统13的作用进行说明。如图2所示，在发动机主体11中，当从扫气通道22向气缸21内供给燃烧用气体时，通过活塞将该燃烧用气体压缩，通过对该高温的燃烧用气体喷射燃料而自然点火，从而燃烧。并且，产生的燃烧气体作为排气而被从排气歧管23向排气路径G2排出。从发动机主体11排出的排气在使增压器12中的涡轮32旋转之后排出到排气路径G3，在EGR入口阀41A及EGR出口阀41B封闭时，全部量被从排气路径G3向外部排出。

另一方面，在EGR入口阀41A及EGR出口阀41B打开时，排气的一部分作为再循环气体从排气路径G3向排气再循环路径G4流动。流动到排气再循环路径G4的再循环气体通过洗涤器42而除去有害物质。即，洗涤器42在再循环气体高速通过文丘里部44时，通过从水喷射部46喷射水而利用该水将再循环气体冷却，并且使有害物质与水一起落下而除去。并且，包含有害物质的雾(排水)与再循环气体一起流入除雾器单元14。

通过洗涤器42除去了有害物质的再循环气体被排出到排气再循环路径G5，在通过除雾器单元14将雾(排水)分离之后，通过排气再循环路径G7而被向增压器12输送。并且，该再循环气体与从吸入路径G6吸入的空气混合而成为燃烧用气体，在由增压器12的压缩器31压缩之后，在空气冷却器48中被冷却，并从供气路径G1向发动机主体11供给。

接下来，使用图4对船舶用柴油发动机10的由发动机控制装置26执行的发动机主体11的控制进行说明。图4是表示发动机负载与排气阀关闭时机的关系的曲线图。发动机控制装置26基于图4所示的作为发动机负载与排气阀关闭时机的关系的排气阀关闭时机模式，而根据发动机负载使排气阀关闭时机变化。排气阀关闭时机是在燃烧循环中将排气阀关闭的时机，能够由燃烧循环的角度表示。图4的实线所示的排气阀关闭时机模式210表示本实施方式的发动机负载与排气阀关闭时机的关系。图4的虚线所示的排气阀关闭时机模式212表示比较例的发动机负载与排气阀关闭时机的关系。排气阀关闭时机模式210、212均为当发动机负载增加时排气阀关闭时机延迟的关系。发动机控制装置26对发动机负载进行检测，基于检测到的发动机负载与图4的实线所示的排气阀关闭时机模式210的关系，而对关闭排气阀121的时机即排气阀关闭时机进行控制。

关闭排气阀121的时机如上述那样基于以发动机主体11的活塞的一冲程为360度的角度，即曲柄角度来控制。即，发动机控制装置26在曲柄角度成为设定的角度的情况下将排气阀121打开。当排气阀121关闭的时机延迟时，以曲柄角度为更大的角度将排气阀121关闭。

在比较例的排气阀关闭时机模式212中，排气阀关闭时机的变化量相对于发动机负载的变化量即变化率固定。此外，在图4的比较例中，将变化率设为固定，但变化量也可以变化。在此，排气阀关闭时机模式212是未考虑危险转速而在各发动机负载下算出燃油经济性等发动机性能高的排气阀关闭时机，并基于该结果而设定的成为理想线的发动机负载与排气阀关闭时机的关系。在此，对于理想线，首先根据发动机的设计输出确定燃烧时最大压力。之后，确定各负载的燃烧时压力，根据该燃烧时压力设计压缩压力，并以成为该压缩压力的方式确定计划的排气阀的闭时机。其后，通过试运转而在计划的排气阀关闭时机附近进行变更/调整，以燃油经济性及排气出口温度等参数变得最合适的方式确定排气阀关闭时机。在各负载下实施上述的排气阀关闭时机，在各负载下确定最合适的排气阀关闭时机的角度。以将此时各负载的时机平滑连接的方式实施微调整，从而确定排气阀关闭时机模式212。

在本实施方式的排气阀关闭时机模式210中，在发动机负载与危险转速域重叠的范围(发动机负载A₁以上且发动机负载A₂以下的范围)即危险旋转范围220中、在发动机负载比危险旋转范围220小的范围(小于发动机负载A₁的范围)即第一范围222中、及发动机负载比危险旋转范围220大的范围(比发动机负载A₂大的范围)即第二范围224中，排气阀关闭时机的变化量相对于发动机负载的变化率不同。在此，发动机负载A₂是比发动机负载A₁高的负载。另外，发动机负载根据发动机转速和燃料投入量等而变化。危险转速域是考虑在各种条件下变化的燃料投入量的变化幅度而转速到达成为危险转速域的负载的范围。发动机负载A₁基于在危险转速域中设想的燃料投入量的最小值和危险转速的最小值而算出。发动机负载A₂基于在危险转速域中设想的燃料投入量的最大值和危险转速的最大值而算出。此外，发动机负载基于燃料投入量以外的参数和发动机主体11的转速而算出。

排气阀关闭时机模式210在发动机负载A₁处存在变化率发生变化的拐点230，在发动机负载A₂处存在变化率发生变化的拐点232，在作为比发动机负载A₂高的值的发动机负载A₃处存在变化率发生变化的拐点234。排气阀关闭时机模式210的发动机负载比拐点230(发动机负载A₁)低的部分成为线段240，拐点230(发动机负载A₁)与拐点232(发动机负载A₂)之间成为线段242，拐点232(发动机负载A₂)与拐点234(发动机负载A₃)之间成为线段244，发动机负载比拐点234(发动机负载A₃)高的部分成为线段246。线段240和线段246与排气阀关闭时机模式212斜率相同。线段242连结线段240和线段244，变化率不发生变化，即，排气阀关闭时机不发生变化。线段244连结线段242和线段246，变化率比线段242及线段246大。因此，排气阀关闭时机模式210在包含发动机负载(发动机主体11的转速)通过危险转速域的期间的危险旋转范围220和转速比危险旋转范围220低的第一范围222中，具有关闭排气阀的时机的变化相对于转速的上升的变化率发生变化的拐点230，比拐点230靠危险旋转范围220侧的线段242的变化率小于比拐点230靠第一范围222侧的线段240的变化率。

发动机控制装置26基于排气阀关闭时机模式210对排气阀关闭时机进行控制，从而与以排气阀关闭时机模式212运转的情况相比，使危险旋转范围220中的排气阀关闭时机提前。由此，在以危险转速运转的情况下，与危险旋转范围220以外的情况相比，能够抑制与发动机主体11的负载(转速)的上升成比例的燃烧室120中的燃料燃烧时的氧气过剩率的降低。与以排气阀关闭时机模式212运转的情况相比，能够抑制在相同负载下的燃烧室120的氧气过剩率的降低。

对于发动机控制装置26，即使在危险旋转范围220中负载上升，也能够与向燃烧室120供给的燃料的增加对应地使氧气的量增加，能够抑制空气过剩率的降低，从而能够合适地进行燃料的燃烧。具体而言，发动机控制装置26为了以短时间通过危险旋转范围220的负载而执行使燃料投入量增加，使由燃烧产生的输出增加，以短时间使转速增速的处理。发动机控制装置26通过执行该处理而使燃料投入量增多。在此，在柴油发动机系统10中，当发动机负载上升时，增压器12的转速上升，因此每单位时间供给的空气量增加，但在危险旋转范围220中，相对于燃料的增加的上升，增压器12的转速的上升容易小，当排气阀关闭时机与其他区域同样地变化时，氧气量相对于燃料减少。发动机控制装置26基于排气阀关闭时机模式210对排气阀关闭时机进行控制，从而即使在燃料投入量增加的情况下，也能够与向燃烧室120供给的燃料的增加对应地将空气量保持得多，因此能够抑制氧气相对于向燃烧室120供给的燃料减少。由此，能够抑制氧气相对于燃料而燃烧变得不稳定，能够抑制在不完全燃烧下产生黑烟。另外，由于能够稳定地执行燃烧，因此能够得到所期望的输出，能够使转速合适地上升。尤其是，在本实施方式的船舶用柴油发动机10中，使EGR系统13运行，向燃烧室120供给的空气的氧气浓度降低，燃烧的不稳定性、黑烟产生的风险增大，但通过基于排气阀关闭时机模式210对排气阀关闭时机进行控制，而能够抑制燃烧变得不稳定，能够抑制在不完全燃烧下产生黑烟。另外，由于能够稳定地执行燃烧，因此能够得到所期望的输出，能够使转速合适地上升。

在排气阀关闭时机模式210中，通过使在危险旋转范围220中的排气阀的关闭时机固定，从而即使在危险旋转范围220中发动机负载上升，也能够使保持于燃烧室120内的氧气的量成为与发动机负载小的条件同等以上的量。另外，通过使危险旋转范围220中的排气阀的关闭时机固定，而能够简单地进行参数的设定，能够使控制简单。通过使控制简单而能够使发动机主体11的运转稳定。

另外，排气阀关闭时机模式210优选设为如下模式：除了危险旋转范围220的线段242和使排气阀关闭时机模式210接近排气阀关闭时机模式212的线段244以外，与以成为理想线的方式算出的排气阀关闭时机模式212一致。由此，在危险转速范围220以外的负载的范围中，能够使发动机主体11更高效地运转。

在此，排气阀关闭时机模式210优选线段242的变化率接近零。由此，在发动机主体11的负载在线段242的范围内增减的情况下，能够抑制排气阀关闭时机的变动变得过大而发动机主体11的运转变得不稳定。

另外，排气阀关闭时机模式210将利用包含转速的参数算出的发动机主体11的负载与关闭排气阀的时机相关联，并设为随着发动机主体11的负载增加而燃烧循环中的关闭排气阀的时机延迟的关系，从而能够提高发动机主体11的运转效率。

在此，排气阀关闭时机模式210在危险旋转范围220中将排气阀关闭时机设为固定，但本发明不限定于此。另外，发动机控制装置26在负载增加(上升)的情况下和减少的情况下，可以切换应用的排气阀关闭时机模式210。

图5是表示发动机负载与排气阀关闭时机的关系的其他例的曲线图。以下，使用图5对排气阀关闭时机模式的其他例进行说明。使用图5的发动机负载与排气阀关闭时机的关系的发动机控制装置26具有排气阀关闭时机模式250和排气阀关闭时机模式252。排气阀关闭时机模式250是在发动机负载增加的情况下应用的发动机负载与排气阀关闭时机的关系。排气阀关闭时机模式252是在发动机负载减少的情况下应用的发动机负载与排气阀关闭时机的关系。

排气阀关闭时机模式250在发动机负载A₁处存在变化率发生变化的拐点230a，在发动机负载A₂处存在变化率发生变化的拐点232a，在作为比发动机负载A₂高的值的发动机负载A₃处存在变化率发生变化的拐点234a。在排气阀关闭时机模式250中，发动机负载比拐点230a(发动机负载A₁)低的部分成为线段240a，拐点230a(发动机负载A₁)与拐点232a(发动机负载A₂)之间成为线段242a，拐点232a(发动机负载A₂)与拐点234a(发动机负载A₃)之间成为线段244a，发动机负载比拐点234a(发动机负载A₃)高的部分成为线段246a。线段240a及线段246a和与排气阀关闭时机模式210同样地基于理想线算出的排气阀关闭时机模式斜率相同。线段242a连结线段240a和线段244a，随着负载增加而排气阀关闭时机延迟。线段242a与线段240a相比变化率变小。即，在图5所示的以纵轴为排气阀关闭时机的角度并以横轴为发动机主体11的负载的曲线图中，线段242a与线段240a相比斜率小。线段244a连结线段242a和线段246a，变化率比线段242a及线段246a大。

这样，在排气阀关闭时机模式250中，虽然线段242a的变化率不为零，但在包含发动机负载(发动机主体的转速)通过危险转速域的期间的危险旋转范围220和转速比危险旋转范围220低的第一范围222中，具有关闭排气阀的时机的变化相对于转速的上升的变化率发生变化的拐点230a，满足比拐点230a靠危险旋转范围220侧的线段242a的变化率小于比拐点230a靠第一范围222侧的线段240a的变化率的关系。在发动机控制装置26中，即使在线段242a的变化率不为零的情况下，也满足比拐点230a靠危险旋转范围220侧的线段242a的变化率小于比拐点230a靠第一范围222侧的线段240a的变化率的关系，从而能够得到与上述相同的效果。另外，在排气阀关闭时机模式250中，虽然危险旋转范围220中的发动机主体11的运转与排气阀关闭时机模式210的情况相比有变得不稳定的担忧，但能够使运转的效率上升。

排气阀关闭时机模式252在负载小于发动机负载A₁的发动机负载A₄处存在变化率发生变化的拐点，在发动机负载A₁处存在变化率发生变化的拐点，且在发动机负载A₂处存在变化率发生变化的拐点。在排气阀关闭时机模式252中，发动机负载比发动机负载A₄低的部分成为线段240b，发动机负载A₄与发动机负载A₁之间成为线段248，发动机负载A₁与发动机负载A₂之间成为线段244b，且发动机负载比发动机负载A₂高的部分成为线段246b。线段240b及线段246b和与排气阀关闭时机模式250同样地基于理想线算出的排气阀关闭时机模式的斜率相同。线段248连结线段240b和线段244b，且变化率大于线段240b及线段244b。线段244b连结线段248和线段246b，且即使负载变化，排气阀关闭时机也不变化。线段244b的变化率为零。

发动机控制装置26在发动机主体11的负载减少的情况下，例如，在从以规定的船速航行的状态使发动机主体11停止的情况下，基于排气阀关闭时机模式252对排气阀关闭时机进行控制。发动机控制装置26在发动机主体11的负载减少的情况下，在危险旋转范围220中使燃料的投入变少，因此如排气阀关闭时机模式252所示，满足比拐点230a靠危险旋转范围220侧的线段244b的变化率小于比拐点230a靠第一范围222侧的线段248的变化率的关系，从而能够抑制危险旋转范围220中的排气阀关闭时机的变动。由此，能够抑制在危险旋转范围220中氧气过剩率急剧变化，能够使燃烧稳定。

在发动机控制装置26中，在发动机主体的转速增加的情况下和发动机主体的转速减少的情况下，通过使用不同的危险运转范围220的发动机负载与关闭排气阀的时机的关系作为排气阀关闭时机模式，从而能够使发动机主体11更稳定地运转。

另外，上述实施方式基于发动机负载对排气阀关闭时机进行控制，但不限定于此。发动机控制装置26也可以基于发动机主体11的转速对排气阀关闭时机进行控制。图6是表示发动机主体的转速与排气阀关闭时机的关系的曲线图。图6也表示作为与图4同样地以理想线算出的发动机主体的转速与排气阀关闭时机的关系的排气阀关闭时机模式262。图6所示的排气阀关闭时机模式260在发动机主体的转速与危险转速域重叠的范围(发动机转速B₁以上且发动机转速B₂以下的范围)即危险旋转范围220a、发动机转速比危险旋转范围220a小的范围(小于发动机转速B₁的范围)即第一范围222a、及发动机转速大于危险旋转范围220a的范围(比发动机转速B₂大的范围)即第二范围224a中，排气阀关闭时机的变化量相对于发动机转速的变化率不同。在此，发动机转速B₂是比发动机转速B₁高的转速。

在排气阀关闭时机模式260中，在发动机转速B₁处存在变化率发生变化的拐点230c，在发动机转速B₂处存在变化率发生变化的拐点232c，且在作为比发动机转速B₂高的值的发动机转速B₃处存在变化率发生变化的拐点234c。在排气阀关闭时机模式260中，发动机转速比拐点230c(发动机转速B₁)低的部分成为线段240c，拐点230c(发动机转速B₁)与拐点232c(发动机转速B₂)之间成为线段242c，拐点232c(发动机转速B₂)与拐点234c(发动机转速B₃)之间成为线段244c，且发动机转速比拐点234c(发动机转速B₃)高的部分成为线段246c。线段240c和线段246c与排气阀关闭时机模式262的倾斜度相同。线段242c连结线段240c和线段244c，且变化率不变化，即，排气阀关闭时机不变化。线段244c连结线段242c和线段246c，且变化率比线段242c及线段246c大。因此，排气阀关闭时机模式260在包含发动机转速(发动机主体的转速)通过危险转速域的期间的危险旋转范围220a和转速比危险旋转范围220a低的第一范围222a中，具有关闭排气阀的时机的变化相对于转速的上升的变化率发生变化的拐点230c，比拐点230c靠危险旋转范围220a侧的线段242c的变化率小于比拐点230c靠第一范围222a侧的线段240c的变化率。

发动机控制装置26通过基于排气阀关闭时机模式260对排气阀关闭时机进行控制，从而与以排气阀关闭时机模式262运转的情况相比，使危险旋转范围220a中的排气阀关闭时机提前。由此，在以危险转速运转的情况下，与危险旋转范围220a以外的情况相比，能够抑制燃烧室120中的燃料燃烧时的氧气过剩率与发动机主体11的负载(转速)的上升(增加)成比例地降低。即，能够减少氧气的量相对于投入的燃料的减少，与以排气阀关闭时机模式262运转的情况相比，能够增加在相同负载下的燃烧室120的氧气的量。这样，发动机控制装置26即使基于发动机主体11的转速而非发动机负载进行控制，也能够得到与发动机负载的情况相同的效果。

另外，发动机控制装置26除了排气阀关闭时机之外，也可以使打开排气阀的时机即排气阀打开时机在危险转速域和其他的转速域中变化率发生变化。

另外，在上述实施方式中，以具备EGR的内燃机为例，但也可以应用于不具备EGR的内燃机。

符号说明

10 船舶用柴油发动机

11 发动机主体

12 增压器

13 EGR系统

14 除雾器单元

26 发动机控制装置

41A EGR入口阀

41B EGR出口阀

42 洗涤器

47 EGR鼓风机

48 空气冷却器(冷却器)

60 EGR控制装置

62 转速检测部

64 燃料投入量检测部

66 氧气浓度检测部

111 台板

112 框架

113 气缸套

114 拉紧螺栓(系紧螺栓/连结部件)

115 螺母

116 气缸衬套

117 气缸盖

118 空间部

119 活塞

120 燃烧室

121 排气阀

122 排气管

123 活塞杆

124 曲轴

125 轴承

126 曲柄

127 连接杆

128 引导板

129 十字头

Claims (5)

1.(修改后)一种船舶用柴油发动机，其特征在于，具有：

发动机主体，该发动机主体对排气阀进行开闭，从而控制来自燃烧室内的排气；及

控制装置，该控制装置对所述发动机主体进行控制，基于排气阀关闭时机模式对所述排气阀的动作进行控制，在所述排气阀关闭时机模式中，随着所述发动机主体的负载或转速增加，燃烧循环中的关闭所述排气阀的时机延迟，

所述发动机主体的负载或转速具有作为通过危险转速域的期间的危险旋转范围和负载或转速比所述危险旋转范围低的第一范围以及负载或转速比所述危险旋转范围高的第二范围，所述危险转速域是产生共振且禁止在该转速域中的长时间的运转的转速域，

所述排气阀关闭时机模式具有关闭所述排气阀的时机的变化相对于所述负载或所述转速的上升的变化率发生变化的拐点，所述危险旋转范围中的变化率比所述第一范围中的变化率小，

在所述第二范围中，随着所述发动机主体的负载或转速增加，所述变化率先变得比所述第一范围中的所述变化率大，之后变得与所述第一范围中的所述变化率相同。

2.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，

在所述排气阀关闭时机模式中，将利用包含转速的参数算出的所述发动机主体的负载与关闭所述排气阀的时机相关联，

随着所述发动机主体的负载增加，燃烧循环中的关闭所述排气阀的时机延迟。

3.根据权利要求1或2所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，

在所述排气阀关闭时机模式中，在所述危险旋转范围中，所述排气阀的关闭时机固定。

4.根据权利要求1或2所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，

在所述排气阀关闭时机模式中，在所述发动机主体的负载或转速增加的情况下和所述发动机主体的负载或转速减少的情况下，所述危险旋转范围的所述发动机主体的负载或转速与关闭所述排气阀的时机的关系不同。

5.根据权利要求3所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，

在所述排气阀关闭时机模式中，在所述发动机主体的负载或转速增加的情况下和所述发动机主体的负载或转速减少的情况下，所述危险旋转范围的所述发动机主体的负载或转速与关闭所述排气阀的时机的关系不同。

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