JP2006144671A - ウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時においても、エンジンの高負荷、高回転運転時にスロットルバルブの開度を小さくすることなくエンジンを正常運転可能として、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避して熱効率の低下を防止できる排気ターボ過給機付きエンジンを提供する。
【解決手段】 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えた排気ターボ過給機付きエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記排気ターボ過給機のコンプレッサ入口の吸入気体の温度あるいは該コンプレッサ入口の吸入気体の湿度のいずれか一方または双方に従い前記ウェストゲートバルブの開度を調整するウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として４サイクルガスエンジンに適用され、排気通路の排気ターボ過給機入口からタービンをバイパスして過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えた排気ターボ過給機付きエンジン及びその運転方法に関する。

図８は、４サイクルガスエンジンの全体構成を示す系統図であり、図において、１００はエンジン（ガスエンジン）、１０１は排気タービン１０１ａ及びコンプレッサ１０１ｂからなる排気ターボ過給機、１１０は前記エンジン１００の排気出口と排気タービン１０１ａとを接続する排気通路、１１１は前記コンプレッサ１０１ｂとエンジン１００の吸気入口とを接続する吸気通路である。１０４は前記排気タービン１０１ａ出口側の排気通路１１０に設けられた排熱回収装置である。

１０７は前記吸気通路１１１に設けられてエンジン１００への吸気量を調整するスロットルバルブ、１０９は該スロットルバルブ１０７の開度を制御するスロットルバルブアクチュエータ、１０８は吸気冷却器である。
１１５は燃料ガス通路、１０６は該燃料ガス通路１１５に設けられて燃料ガス量を調整するガス量制御弁、１１６は吸入空気通路、１０５は前記燃料ガス通路１１５からの燃料ガスと吸入空気通路１１６からの吸入空気とを混合して混合ガスを生成するミキサーである。

かかるガスエンジンの運転時において、エンジン１００からの排気ガスは排気通路１１０を通って排気ターボ過給機１０１の排気タービン１０１ａに導入されて該排気タービン１０１ａを回転駆動した後、排熱回収装置１０４で排熱を回収され外部に排出される。
一方、吸入空気通路１１６からの吸入空気はミキサー１０５で燃料ガス通路１１５からの燃料ガスと混合されて混合ガスとなり排気ターボ過給機１０１のコンプレッサ１０１ｂに吸入される。
前記排気タービン１０１ａにより同軸駆動される前記コンプレッサ１０１ｂによって加圧された混合ガスは、前記スロットルバルブ１０７で流量を調整され、吸気通路１１１を通り、吸気冷却器１０８で冷却、降温されてエンジン１００に供給される。

３は前記エンジン１００のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器、１は前記
吸気通路１１１中の混合ガス（吸気）の圧力（吸気圧力）を検出する吸気圧力センサ、２は前記吸気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサである。
４はスロットルバルブコントローラで、前記エンジン回転数検出器３からのエンジン回転数の検出値に基づき前記スロットルバルブアクチュエータ１０９を制御してスロットルバルブ１０７の開度を変化せしめる。５はガス量制御弁コントローラで、前記エンジン回転数検出器３からのエンジン回転数の検出値、前記吸気圧力センサ１からの吸気圧力の検出値及び前記吸気温度センサ２からの吸気温度の検出値に基づき前記ガス量制御弁１０６の開度を変化させて、前記ミキサー１０５へのガス量を制御する。

また、特許文献１（特開平５−１８０００８号公報）には、４サイクルガスエンジンにおいて、ミキサーから吸気弁の間に、絞り弁と、クランク軸の回転に同期して回転するロータリー弁とを配設して、負荷により前記絞り弁及びロータリー弁の開度を制御して、ＮＯｘ排出濃度を抑制するとともに、熱効率を上昇せしめるように構成したスロットル制御手段が開示されている。

特開平５−１８０００８号公報

図８に示されるガスエンジンのような、吸気通路にスロットルバルブを備えたエンジンにおいては、冬季や寒冷地での運転時のような、エンジンへの吸入空気の温度（吸入温度）や吸入空気の湿度（吸入湿度）が低くなる運転時には、空気密度の増加によって排気ターボ過給機１０１の過給圧力つまり吸気圧力が高くなる。
従って、前記吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時には、空気過剰率を一定の目標値に保持するために、スロットルバルブ１０７の開度を前記吸入温度や吸入湿度が高くなる夏季等での運転時に比べて小さくすることを要し、このため特に高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失（圧力損失）が増大して熱効率が低下する。

また、前記特許文献１（特開平５−１８０００８号公報）の技術にあっては、エンジン負荷により、ミキサーから吸気弁の間に設けた絞り弁及びクランク軸の回転に同期して回転するロータリー弁の開度を制御して、ＮＯｘ排出濃度を抑制するとともに熱効率を上昇せしめるように構成しているにとどまり、吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時における高負荷、高回転運転時においての、シリンダ内のポンプ損失（圧力損失）の増大を回避する手段は提供されていない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時においても、エンジンの高負荷、高回転運転時にスロットルバルブの開度を小さくすることなくエンジンを正常運転可能として、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避して熱効率の低下を防止できる排気ターボ過給機付きエンジンを提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えた排気ターボ過給機付きエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記排気ターボ過給機のコンプレッサ入口の吸入気体の温度（吸入温度）あるいは該コンプレッサ入口の吸入気体の湿度（吸入湿度）のいずれか一方または双方に従い前記ウェストゲートバルブの開度を調整するウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とする。

かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
（１）前記コンプレッサ入口の吸入温度を検出して前記ウェストゲートバルブコントローラに入力する吸入温度センサを備え、前記ウェストゲートバルブコントローラは、前記吸入温度センサからの吸入温度検出値に基づき、該吸入温度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加するように構成されてなる。
（２）前記コンプレッサ入口の吸入湿度を検出して前記ウェストゲートバルブコントローラに入力する吸入湿度センサを備え、前記ウェストゲートバルブコントローラは、前記吸入湿度センサからの吸入湿度検出値に基づき、該吸入湿度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加するように構成されてなる。

また、前記ウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法として、エンジンの一定出力以上の運転時において前記排気ターボ過給機のコンプレッサ入口の吸入気体の温度（吸入温度）あるいは該コンプレッサ入口の吸入気体の湿度（吸入湿度）のいずれか一方または双方を検出し、該吸入温度あるいは吸入湿度のいずれか一方または双方に基づき、該吸入温度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加し、あるいは、該吸入湿度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加することを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法を提案する。

前述のように、ガスエンジン等のスロットルバルブ付きエンジンにおいては、冬季や寒冷地での運転時のような、エンジンへの吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時には、空気密度の増加によって過給機の過給圧力つまり吸気圧力が高くなり、従って、空気過剰率を一定の目標値に保持するためにスロットルバルブの開度を、前記吸入温度や吸入湿度が高くなる運転時に比べて小さくすることを要し、かかる操作により特に高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失（圧力損失）が増大して熱効率が低下する。

然るにかかる発明によれば、エンジンの一定出力以上の運転時つまり高負荷、高回転運転時に、好ましくは吸入温度センサあるいは吸入湿度センサで前記吸入温度あるいは吸入湿度を検出し、この吸入温度検出値あるいは吸入湿度検出値をウェストゲートバルブコントローラに入力し、該ウェストゲートバルブコントローラにおいて、吸入温度の低下あるいは吸入湿度の低下に従いウェストゲートバルブの開度を増加して排気ターボ過給機の排気タービンに作用する排気ガス流量を減少せしめる。

かかる制御により排気ターボ過給機のコンプレッサからエンジンに供給される吸気量が減少せしめられるので、エンジン出力を目標出力に維持するためスロットルバルブの開度を増加する。
これにより、冬季や寒冷地での運転時のような、吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時においても、前記ウェストゲートバルブコントローラの制御によるウェストゲートバルブの開度増加によって、エンジンの一定出力以上の運転時つまり高負荷、高回転運転時に、スロットルバルブの開度を小さくすることなくエンジンを正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避でき熱効率の低下を防止できる。

また本発明は、排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブを備えるとともに、前記排気ターボ過給機とエンジンとの間の吸気通路に該エンジンへの吸気量を制御するスロットルバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度に従い前記ウェストゲートバルブの開度を制御し、該スロットルバルブの開度が所定開度よりも小さくなったとき前記ウェストゲートバルブの開度を増加せしめるウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とする。

そしてかかる排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法として、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度が所定開度よりも小さくなったとき前記ウェストゲートバルブの開度を増加することを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法を提案する。

かかる発明によれば、シリンダ内のポンプ損失の増大を抑制できるスロットルバルブの許容最小開度を設定しておき、エンジンへの吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時等において、スロットルバルブの開度が前記許容最小開度よりも小さくなったときに、ウェストゲートバルブコントローラによりウェストゲートバルブの開度を増加して、排気ターボ過給機の排気タービンに作用する排気ガス流量を減少せしめる。

これにより前記発明と同様に、排気ターボ過給機のコンプレッサからエンジンに供給される吸気量が減少せしめられることとなって、エンジン出力を目標出力に維持するため前記スロットルバルブの開度が増加せしめられる。従ってエンジンの高負荷、高回転運転時に、スロットルバルブの開度を小さくすることなくエンジンを正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避でき熱効率の低下を防止できる。
そして、かかる発明の場合は、吸入温度を検出する吸入温度センサや吸入湿度を検出する吸入湿度センサ等のセンサ類が不要となるので、制御機器類を簡単、低コスト化できるとともに、フィードバック制御が不要であるので、制御も簡単になる。

また本発明は、排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブを備えるとともに、燃料ガスの量を制御するガス量制御弁と、前記燃料ガスと空気との混合ガスからなる吸気の量（吸気量）を制御するスロットルバルブとを備えた排気ターボ過給機付きガスエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に保持し、前記ガス量制御弁により燃料ガス量を制御するとともに、前記ウェストゲートバルブの開度を前記エンジンの空気過剰率が目標値になるように制御するウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とする。

そしてかかる排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法として、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に保持し、燃料ガス量を所定の目標値に制御するとともに前記ウェストゲートバルブの開度を前記エンジンの空気過剰率が所定の目標値になるように制御することを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法を提案する。

かかる発明によれば、ガスエンジンの高負荷、高回転運転時にスロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に設定しておき、燃料ガス量をガス量制御弁の開度制御によって所定の目標値に制御するとともに、ウェストゲートバルブコントローラによりウェストゲートバルブの開度をエンジンの空気過剰率が所定の目標空気過剰率になるように空気量を制御するので、スロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に保持して
ガス量制御弁の開度制御及びウェストゲートバルブの開度制御によって空気過剰率を目標値に保持できる。

これにより、エンジンの高負荷、高回転運転時に、スロットルバルブの開度を大きく保持してエンジンを所要の空気過剰率で以って正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避でき熱効率の低下を防止できる。
そして、かかる発明の場合は、前記発明と同様に、吸入温度を検出する吸入温度センサや吸入湿度を検出する吸入湿度センサ等のセンサ類が不要となるので、制御機器類を簡単、低コスト化できるとともに、フィードバック制御が不要であるので、制御も簡単になる。

本発明によれば、高負荷、高回転運転時に、好ましくは吸入温度検出値あるいは吸入湿度検出値をウェストゲートバルブコントローラに入力し、該ウェストゲートバルブコントローラにおいて、吸入温度の低下あるいは吸入湿度の低下に従いウェストゲートバルブの開度を増加して排気ターボ過給機の排気タービンに作用する排気ガス流量を減少せしめる制御を行うことにより、エンジンに供給される吸気量が減少せしめられ、エンジン出力を目標出力に維持するためスロットルバルブの開度を増加することが可能となる。
これにより、吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時においても、前記ウェストゲートバルブコントローラの制御によるウェストゲートバルブの開度増加によって、エンジンの高負荷、高回転運転時に、スロットルバルブの開度を小さくすることなくエンジンを正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避でき熱効率の低下を防止できる。

また本発明によれば、エンジンの一定出力以上の運転時においてスロットルバルブの開度が所定開度よりも小さくなったときウェストゲートバルブの開度を増加するように構成し、あるいはエンジンの一定出力以上の運転時においてスロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に保持し、燃料ガス量を所定の目標値に制御するとともに前記ウェストゲートバルブの開度を前記エンジンの空気過剰率が所定の目標値になるように制御するように構成することにより、吸入温度を検出する吸入温度センサや吸入湿度を検出する吸入湿度センサ等のセンサ類が不要となるので、制御機器類を簡単、低コスト化できるとともに、フィードバック制御が不要であるので、制御も簡単になる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の第１実施例に係る４サイクルガスエンジンの全体構成を示す系統図である。
図１において、１００はエンジン（ガスエンジン）、１０１は排気タービン１０１ａ及びコンプレッサ１０１ｂからなる排気ターボ過給機、１１０は前記エンジン１００の排気出口と排気タービン１０１ａとを接続する排気通路、１１１は前記コンプレッサ１０１ｂとエンジン１００の吸気入口とを接続する吸気通路である。１０４は前記排気タービン１０１ａ出口側の排気通路１１０に設けられた排熱回収装置である。
１０７は前記吸気通路１１１に設けられてエンジン１００への吸気量を調整するスロットルバルブ、１０９は該スロットルバルブ１０７の開度を制御するスロットルバルブアクチュエータである。１０８は前記吸気を冷却する吸気冷却器である。
１１５は燃料ガス通路、１０６は該燃料ガス通路１１５に設けられて燃料ガス量を調整するガス量制御弁、１１６は吸入空気通路、１０５は前記燃料ガス通路１１５からの燃料ガスと吸入空気通路１１６からの吸入空気とを混合して混合ガスつまりエンジンへの吸気を生成するミキサーである。

かかるガスエンジンの運転時においては、エンジン１００からの排気ガスは排気通路１１０を通って排気ターボ過給機１０１の排気タービン１０１ａに導入されて該排気タービン１０１ａを回転駆動した後、排熱回収装置１０４で排熱を回収され外部に排出される。
一方、吸入空気通路１１６からの吸入空気はミキサー１０５で燃料ガス通路１１５からの燃料ガスと混合されて混合ガス（吸気）となり排気ターボ過給機１０１のコンプレッサ１０１ｂに吸入される。
前記排気タービン１０１ａにより同軸駆動される前記コンプレッサ１０１ｂによって加圧された混合ガスは、前記スロットルバルブ１０７で流量を調整され、吸気通路１１１を通り、吸気冷却器１０８で冷却、降温されてエンジン１００に供給される。

３は前記エンジン１００のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器、１は前記
吸気通路１１１中の混合ガス（吸気）の圧力（吸気圧力）を検出する吸気圧力センサ、２は前記吸気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサである。
４はスロットルバルブコントローラで、前記エンジン回転数検出器３からのエンジン回転数の検出値に基づき前記スロットルバルブアクチュエータ１０９を制御してスロットルバルブ１０７の開度を変化せしめる。
５はガス量制御弁コントローラで、前記吸気圧力センサ１からの吸気圧力の検出値及び前記吸気温度センサ２からの吸気温度の検出値、並びにエンジン回転数検出器３からのエンジン回転数の検出値に基づきエンジン出力を算出し、該エンジン出力に対応する前記ガス量制御弁１０６の開度を算出して、該ガス量制御弁１０６により前記ミキサー１０５へのガス量を調整せしめる。

以上の基本構成は、図８に示される従来のガスエンジンと同様である。
本発明においては、前記排気通路１１０の排気タービン１０１ａ入口から該排気タービン１０１ａをバイパスして排気タービン１０１ａ出口に接続される排気バイパス通路１１２と、ウェストゲートバルブアクチュエータ１０３によって操作され該排気バイパス通路を開閉するウェストゲートバルブ１０２と、該ウェストゲートバルブアクチュエータ１０３を介して前記ウェストゲートバルブ１０２の開度を調整するウェストゲートバルブコントローラ６とを備えたことを特徴としている。

即ち図１において、７は前記排気ターボ過給機１０１のコンプレッサ１０１ｂ入口、具体的には前記ミキサー１０５入口の吸入空気の温度（吸入温度）を検出する吸入温度センサで、該吸入温度センサ７で検出された吸入温度の検出値は前記ウェストゲートバルブコントローラ６に入力される。
また、前記ガス量制御弁コントローラ５で算出されたエンジン出力信号も前記ウェストゲートバルブコントローラ６に入力されるようになっている。

図２は本発明の第２実施例に係る４サイクルガスエンジンの全体構成を示す系統図で、図１対応図である。
かかる第２実施例においては、前記吸入温度センサ７に加えて、前記ミキサー１０５入口の吸入空気の湿度（吸入湿度）を検出する吸入湿度センサ８を設け、該吸入湿度センサ８で検出された吸入湿度の検出値を前記ウェストゲートバルブコントローラ６に入力している。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材あるいは要素は同一の符号で示す。

次に、図３に示される制御ブロック図に基づき、前記記第１実施例及び第２実施例の動作を説明する。
前記吸気圧力センサ１からの吸気圧力の検出値及び前記吸気温度センサ２からの吸気温度の検出値は、前記ガス量制御弁コントローラ５の吸気量算出部６１に入力され、該吸気量算出部６１においては前記吸気圧力及び吸気温度の検出値に基づき吸気量を算出し、エンジン出力算出部６２に入力する。
該エンジン出力算出部６２においては前記吸気量と前記エンジン回転数検出器３からのエンジン回転数の検出値とに基づきエンジン出力を算出し、ウェストゲートバルブコントローラ６のウェストゲート作動判断部６３に入力する。
該ウェストゲート作動判断部６３においては、予めウェストゲートバルブ１０２が作動するエンジンの一定出力以上の高出力（高負荷）が設定されており、前記エンジン出力算出部６２で算出されたエンジン出力が前記設定出力以上になると、ウェストゲートバルブ１０２作動の判断をしてその作動判断信号をウェストゲート開度算出部６４に入力する。

一方、前記ウェストゲート開度算出部６４には、前記吸入温度センサ７からの吸入温度の検出値及び前記吸入湿度センサ８からの吸入湿度の検出値が入力されている。６５はウェストゲート開度／吸入温度設定部、６６はウェストゲート開度／吸入湿度設定部で、前記ウェストゲート開度／吸入温度設定部６５には図６のＡ線のように、前記吸入温度の低下に従いウェストゲートバルブ１０２の開度を増加するように設定されている。
また前記ウェストゲート開度／吸入湿度設定部６６には図６のＢ線のように、前記吸入湿度の低下に従いウェストゲートバルブ１０２の開度を増加するように設定されている。
前記ウェストゲート開度算出部６４においては、前記吸入温度の検出値あるいは吸入湿度の検出値に対応するウェストゲートバルブ１０２の開度を前記ウェストゲート開度／吸入温度設定部６５あるいはウェストゲート開度／吸入湿度設定部６６から算出し、アクチュエータ操作部６７に入力する。
該アクチュエータ操作部６７においては、ウェストゲートバルブ１０２を操作して前記ウェストゲートバルブ１０２の開度算出値に設定する。

かかる実施例においては、前記のように、吸入温度センサ７からの吸入温度の検出値及び吸入湿度センサ８からの吸入湿度の検出値の双方によってウェストゲートバルブ１０２の開度を算出しているが、吸入温度センサ７からの吸入温度の検出値あるいは吸入湿度センサ８からの吸入湿度の検出値のいずれか一方を用いてウェストゲートバルブ１０２の開度を算出してもよい。

かかる第１、第２実施例によれば、エンジンの一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時に、吸入温度センサ７あるいは吸入湿度センサ８で前記吸入温度あるいは吸入湿度を検出し、この吸入温度検出値あるいは吸入湿度検出値をウェストゲートバルブコントローラ６に入力し、該ウェストゲートバルブコントローラ６において、吸入温度の低下あるいは吸入湿度の低下に従いウェストゲートバルブ１０２の開度を増加して、前記排気バイパス通路１１２を流れるバイパス排気流量を増加し、排気ターボ過給機１０１の排気タービン１０１ａに作用する排気ガス流量を減少せしめる。

かかる制御により排気ターボ過給機１０１のコンプレッサ１０１ｂからエンジン１００に供給される吸気量が減少せしめられるので、エンジン出力を目標出力に維持するため、前記スロットルバルブコントローラ４によってスロットルバルブ１０７の開度を増加する。
これにより、冬季や寒冷地での運転時のような、吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時においても、前記ウェストゲートバルブコントローラ６の制御によるウェストゲートバルブ１０２の開度増加によって、エンジン１００の一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時に、スロットルバルブ１０７の開度を小さくすることなくエンジンを正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避できる。

図４は本発明の第３実施例に係る４サイクルガスエンジンの全体構成を示す系統図で、図１対応図である。
かかる第３実施例においては、前記ウェストゲートバルブコントローラ６を、前記エンジン１００の一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時において、前記スロットルバルブ１０７の開度が所定の基準開度よりも小さくなったとき、該ウェストゲートバルブ６の開度を増加する制御を行うように構成している。

即ち、前記ウェストゲートバルブコントローラ６には、前記スロットルバルブコントローラ６からスロットルバルブ１０７の開度の制御信号が入力されるとともに、前記ガス量制御弁コントローラ５からエンジン出力の算出信号が入力されている。
前記スロットルバルブ１０７の開度は、図７のＢ線のようにエンジン出力の増加に従い増加する。また、前記ウェストゲートバルブ１０２の開度は、図７のＡ線のようにエンジン出力の増加に従い減少して排気タービン１０１ａへの排気ガス量を増加せしめる。

かかる第３実施例においては、前記ウェストゲートバルブコントローラ６において、シリンダ内のポンプ損失の増大を抑制できるスロットルバルブ１０７の許容最小開度をエンジン出力に対応して設定しておく。
そして、エンジン１００への前記吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時には、前記のように、空気過剰率を一定の目標値に保持するためにスロットルバルブの開度を吸入温度や吸入湿度が高くなる運転時に比べて小さくすることを要するが、かかる第３実施例においては、ウェストゲートバルブコントローラ６において、エンジンの一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時に、前記スロットルバルブコントローラ６から入力されるスロットルバルブ１０７開度が前記許容最小開度よりも小さくなったとき、ウェストゲートアクチュエータ１０３を介してウェストゲートバルブ１０２の開度を増加して、排気ターボ過給機１０１の排気タービン１０１ａに作用する排気ガス流量を減少せしめる。

これにより、排気ターボ過給機１０１のコンプレッサ１０１ｂからエンジン１００に供給される吸気量が減少せしめられることとなって、エンジン出力を目標出力に維持するため前記スロットルバルブ１０７の開度が増加せしめられる。従ってエンジンの高負荷、高回転運転時に、スロットルバルブ１０７の開度を小さくすることなくエンジン１００を正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避でき熱効率の低下を防止できる。
そして、かかる第３実施例の場合は、前記第１〜第２実施例のように、吸入温度を検出する吸入温度センサ７や吸入湿度を検出する吸入湿度センサ８等のセンサ類が不要となるので、制御機器類を簡単、低コスト化できるとともに、フィードバック制御が不要であるので、制御も簡単になる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材あるいは要素は同一の符号で示す。

図５は本発明の第４実施例に係る４サイクルガスエンジンの全体構成を示す系統図で、図１対応図である。
かかる第４実施例においては、エンジン１００の一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時において、前記スロットルバルブコントローラ４によりスロットルバルブ１０７の開度を全開あるいはその近傍の開度に保持し、前記ガス量制御弁コントローラ５により燃料ガス量を所定の目標値に制御し、前記ウェストゲートバルブコントローラ６によりウェストゲートバルブ１０２の開度を前記エンジン１００の空気過剰率が所定の目標値になるように制御するように構成している。

即ち、前記ウェストゲートバルブコントローラ６には、前記スロットルバルブコントローラ６からスロットルバルブ１０７の開度の制御信号が入力されるとともに、前記ガス量制御弁コントローラ５からエンジン出力の算出信号及び空気過剰率の実測信号が入力されている。
前記スロットルバルブ１０７の開度は、図７のＢ線のようにエンジン出力の増加に従い増加する。また、前記ウェストゲートバルブ１０２の開度は、図７のＡ線のようにエンジン出力の増加に従い減少して排気タービン１０１ａへの排気ガス量を増加せしめる。

かかる第４実施例においては、エンジン１００の一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時で、前記スロットルバルブコントローラ６によりスロットルバルブ１０７の開度を全開あるいはその近傍の開度に設定しておく。
一方、前記ガス量制御弁コントローラ５によって、燃料ガス量をガス量制御弁１０６の開度制御を行い所定の目標値に制御する。
そして、エンジン１００への前記吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時には、前記のように、空気過剰率を一定の目標値に保持するためにスロットルバルブ１０７の開度を吸入温度や吸入湿度が高くなる運転時に比べて小さくすることを要するが、かかる第４実施例においては、前記のようにスロットルバルブ１０７の開度を全開あるいはその近傍の開度に設定しておき、ウェストゲートバルブコントローラ６によって、前記ガス量制御弁コントローラ５からの空気過剰率の実測値と空気過剰率の目標値との差が小さくなるようにウェストゲートアクチュエータ１０３を介してウェストゲートバルブ１０２の開度を制御する。

かかる第４実施例によれば、エンジン１００の一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時にスロットルバルブ１０７の開度を全開あるいはその近傍の開度に設定しておき、燃料ガス量をガス量制御弁１０６の開度制御によって所定の目標値に制御するとともに、ウェストゲートバルブコントローラ６によりウェストゲートバルブ１０２の開度をエンジン１００の空気過剰率が所定の目標空気過剰率になるように空気量を制御するので、スロットルバルブ１０７の開度を全開あるいはその近傍の開度に保持して、ガス量制御弁１０６の開度制御及びウェストゲートバルブ１０２の開度制御によって空気過剰率を目標値に保持できる。

これにより、エンジン１００の一定出力以上の運転時つまり高出力（高負荷）、高回転運転時に、スロットルバルブ１０７の開度を大きく保持してエンジン１００を所要の空気過剰率で以って正常運転することができ、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避でき熱効率の低下を防止できる。
そして、かかる第４実施例の場合は前記第３実施例と同様に、吸入温度を検出する吸入温度センサ７や吸入湿度を検出する吸入湿度センサ８等のセンサ類が不要となるので、制御機器類を簡単、低コスト化できるとともに、フィードバック制御が不要であるので、制御も簡単になる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材あるいは要素は同一の符号で示す。

本発明によれば、吸入温度や吸入湿度が低くなる運転時においても、エンジンの高負荷、高回転運転時にスロットルバルブの開度を小さくすることなくエンジンを正常運転することが可能となり、前記高負荷、高回転運転時において、シリンダ内のポンプ損失の増大を回避して熱効率の低下を防止できる排気ターボ過給機付きエンジンを提供できる。

本発明の第１実施例に係る４サイクルガスエンジンの全体構成を示す系統図である。 本発明の第２実施例を示す図１対応図である。 前記第１実施例及び第２実施例における制御ブロック図である。 本発明の第３実施例を示す図１対応図である。 本発明の第４実施例を示す図１対応図である。 前記第１〜第２実施例におけるウェストゲートバルブの開度線図である。 前記第３〜第４実施例におけるウェストゲートバルブの開度線図である。 従来技術を示す図１対応図である。

符号の説明

１ 吸気圧力センサ
２ 吸気温度センサ
３ エンジン回転数検出器
４ スロットルバルブコントローラ
５ ガス量制御弁コントローラ
６ ウェストゲートバルブコントローラ
７ 吸入温度センサ
８ 吸入湿度センサ
１００ エンジン
１０１ 排気ターボ過給機
１０１ａ 排気タービン
１０１ｂ コンプレッサ
１０２ ウェストゲートバルブ
１０３ ウェストゲートバルブアクチュエータ
１０５ ミキサー
１０６ ガス量制御弁
１０７ スロットルバルブ
１０９ スロットルバルブアクチュエータ
１１０ 排気通路
１１１ 吸気通路
１１２ 排気バイパス通路
１１６ 吸入空気通路

Claims (8)

1. 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えた排気ターボ過給機付きエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記排気ターボ過給機のコンプレッサ入口の吸入気体の温度（吸入温度）あるいは該コンプレッサ入口の吸入気体の湿度（吸入湿度）のいずれか一方または双方に従い前記ウェストゲートバルブの開度を調整するウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン。
2. 前記コンプレッサ入口の吸入温度を検出して前記ウェストゲートバルブコントローラに
   入力する吸入温度センサを備え、前記ウェストゲートバルブコントローラは、前記吸入温度センサからの吸入温度検出値に基づき、該吸入温度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン。
3. 前記コンプレッサ入口の吸入湿度を検出して前記ウェストゲートバルブコントローラに入力する吸入湿度センサを備え、前記ウェストゲートバルブコントローラは、前記吸入湿度センサからの吸入湿度検出値に基づき、該吸入湿度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン。
4. 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えるとともに、前記排気ターボ過給機とエンジンとの間の吸気通路に該エンジンへの吸気量を制御するスロットルバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度に従い前記ウェストゲートバルブの開度を制御し、該スロットルバルブの開度が所定開度よりも小さくなったとき前記ウェストゲートバルブの開度を増加せしめるウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン。
5. 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えるとともに、燃料ガスの量を制御するガス量制御弁と、前記燃料ガスと空気との混合ガスからなる吸気の量（吸気量）を制御するスロットルバルブとを備えた排気ターボ過給機付きガスエンジンにおいて、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に保持し、前記ガス量制御弁により燃料ガス量を制御するとともに、前記ウェストゲートバルブの開度を前記エンジンの空気過剰率が目標値になるように制御するウェストゲートバルブコントローラを備えたことを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン。
6. 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法において、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記排気ターボ過給機のコンプレッサ入口の吸入気体の温度（吸入温度）あるいは該コンプレッサ入口の吸入気体の湿度（吸入湿度）のいずれか一方または双方を検出し、該吸入温度あるいは吸入湿度のいずれか一方または双方に基づき、該吸入温度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加し、あるいは、該吸入湿度の低下に従い前記ウェストゲートバルブの開度を増加することを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法。
7. 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えるとともに、前記排気ターボ過給機とエンジンとの間の吸気通路に該エンジンへの吸気量を制御するスロットルバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法において、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度が所定開度よりも小さくなったとき前記ウェストゲートバルブの開度を増加することを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法。
8. 排気通路の排気ターボ過給機入口から該過給機のタービンをバイパスして排気ターボ過給機出口に接続される排気バイパス通路と、該排気バイパス通路を開閉してエンジン出力を調整するウェストゲートバルブとを備えるとともに、燃料ガスの量を制御するガス量制御弁と、前記燃料ガスと空気との混合ガスからなる吸気の量（吸気量）を制御するスロットルバルブとを備えた排気ターボ過給機付きガスエンジンの運転方法において、前記エンジンの一定出力以上の運転時において前記スロットルバルブの開度を全開あるいはその近傍の開度に保持し、燃料ガス量を所定の目標値に制御するとともに前記ウェストゲートバルブの開度を前記エンジンの空気過剰率が所定の目標値になるように制御することを特徴とするウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジンの運転方法。

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