JP3464891B2 - 排気タービン過給機のエアアシスト制御装置 - Google Patents
排気タービン過給機のエアアシスト制御装置Info
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- Supercharger (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
機を備えたディーゼル機関の負荷急増に伴う機関回転数
の低下を抑えるエアアシスト制御装置に関する。
均有効圧力の高いディーゼル機関では、運転時に負荷が
急激に増加した場合、排気タービン過給機の追従の遅れ
により、機関回転数が低下し、瞬時および整定時の速度
変動率が所定範囲を逸脱し、甚だしくは機関がストール
に至ることがある。また、その際、燃焼不良によりスモ
ーク(黒煙)が多量に発生する。ここで、速度変動率δn
とは、過渡状態における回転速度の変化量と定格回転速
度nnとの比をいい、δn=(nm−n1)/nn(但し、nmは
変動中の最大の回転速度,n1は負荷変化前の回転速度)
で表わされる。そして、上記所定範囲は、例えば船級協
会の規格によれば、速度変動率が5%になるまでの時間
が0→50%負荷増加の際に5秒以内などと規定されて
いる。ところが、平均有効圧力の高いディーゼル機関で
は、上記規定を満たせない場合があり、甚だしくは機関
がストールしたり、多量のスモークが発生するのであ
る。
動率が所定範囲を逸脱したり、機関がストールしたり、
多量のスモークが発生した場合、過給機の仕様やフライ
ホイールの仕様を大型のものに変更したり、機関の機種
を変更するなどして、速度変動率を所定範囲内に収める
ことで対応していた。
設計変更による従来の対策では、平均有効圧力が益々高
くなって上記問題の頻出が予想される将来のディーゼル
機関に柔軟に対応することができず、ディーゼル機関の
汎用性が低下するうえ、設計変更に手間と時間が浪費さ
れるという問題がある。
の運転に関する定数および計測値に基づいて、負荷急増
時に燃焼に必要な空気量と実際の空気供給量を比較し
て、自動的に排気タービン過給機のブロワ部に圧縮空気
を補助供給して、ディーゼル機関の速度変動率の所定範
囲からの逸脱を、機関に関する設計変更をすることなく
確実かつ正確に防止することができ、ディーゼル機関の
ストールやスモークの発生を無くすることができる排気
タービン過給機のエアアシスト制御装置を提供すること
にある。
め、本発明の請求項1に記載のエアアシスト制御装置
は、ディーゼル機関と、排気タービン過給機と、この排
気タービン過給機のブロワ部と加圧空気源との間に設け
られた開閉弁と、上記排気タービン過給機の吐出圧力を
検出する圧力センサと、上記ディーゼル機関の燃料噴射
量を検出する燃料センサと、上記燃料センサの検出信号
が表わす燃料噴射量と上記圧力センサの検出信号が表わ
す吐出圧力とに基づいて空気過剰率を演算する演算手段
と、この演算手段により算出された空気過剰率が1未満
であるか否かを判別する判別手段と、この判別手段が肯
と判別したとき、上記開閉弁を開いて上記ブロワ部へ加
圧空気を補助供給させる制御手段を備えたことを特徴と
する。
ーゼル機関の運転中に、圧力センサは排気タービンの吐
出圧力を検出し、燃料センサはディーゼル機関の燃料噴
射量を検出する。演算手段は、上記燃料センサの検出信
号が表わす燃料噴射量と上記圧力センサの検出信号が表
わす吐出圧力に基づいて空気過剰率を演算し、この演算
手段で算出された空気過剰率が1未満か否かを判別手段
が判別し、この判別手段が肯と判別したとき、制御手段
が、排気タービン過給機のブロワ部と加圧空気源との間
に設けられた開閉弁を開く。従って、ディーゼル機関の
運転中に負荷が急増すると、空気過剰率が1未満になっ
て、判別手段が演算手段の算出値が1未満と判別し、制
御手段による開閉弁の開放で排気タービン過給機のブロ
ワ部に加圧空気が補助供給される。これにより、負荷急
増に伴って供給が増える燃料は、自動的に補助供給され
る圧縮空気で完全燃焼せしめられ、機関回転数の低下が
抑えられ、速度変動率の所定範囲からの逸脱が確実かつ
正確に防止され、機関のストールやスモークの発生が無
くなる。
装置は、ディーゼル機関と、排気タービン過給機と、こ
の排気タービン過給機のブロワ部と加圧空気源との間に
設けられた開閉弁と、上記ディーゼル機関の機関回転数
を検出する回転数センサと、この回転数センサの検出信
号に基づいて機関回転数の時間に関する微係数を演算す
る演算手段と、この演算手段により算出された微係数が
負の一定値より小さいか否かを判別する判別手段と、こ
の判別手段が肯と判別したとき、上記開閉弁を開いて上
記ブロワ部へ加圧空気を補助供給させる制御手段を備え
たことを特徴とする。
ーゼル機関の運転中に、回転数センサはディーゼル機関
の機関回転数を検出する。演算手段は、上記回転数セン
サの検出信号に基づいて機関回転数の時間に関する微係
数を演算し、この演算手段で算出された微係数が負の一
定値より小さいか否かを判別手段が判別し、この判別手
段が肯と判別したとき、制御手段が、排気タービン過給
機のブロワ部と加圧空気源との間に設けられた開閉弁を
開く。従って、ディーゼル機関の運転中に負荷が急増す
ると、機関回転数の微係数が上記一定値よりも小さくな
って、判別手段が演算手段の算出値が上記一定値より小
さいと判別し、制御手段による開閉弁の開放で排気ター
ビン過給機のブロワ部に加圧空気が補助供給される。こ
れにより、負荷急増に伴って供給が増える燃料は、自動
的に補助供給される圧縮空気で完全燃焼せしめられ、機
関回転数の低下が抑えられ、速度変動率の所定範囲から
の逸脱が確実かつ正確に防止され、機関のストールやス
モークの発生が無くなる。
により詳細に説明する。図1は、請求項1のエアアシス
ト制御装置の一例を示す概略図であり、このエアアシス
ト制御装置は、ディーゼル機関1と、このディーゼル機
関1の排気口1bにタービンの入口2cが,機関1の吸気
口1aにブロワの吐出口2bが夫々接続された排気タービ
ン過給機2と、この排気タービン過給機2のブロワ入口
2eと空気圧源3を接続する補助空気管4に介設された
開閉弁としての電磁弁5と、上記ブロワの吐出口2bに
吐出圧力を検出すべく設けられた圧力センサ6と、燃料
噴射ポンプ7のラック7aを動かすコモンロッド8の位
置によって燃料噴射量を検出する燃料センサ9と、機関
1の出力軸10の回転数を検出する回転数センサ11
と、上記圧力センサ6,燃料センサ9,回転数センサ11
からの検出信号に基づいて上記電磁弁5を制御し、後述
する演算手段,判別手段,制御手段を兼ねる制御ユニット
12で構成される。
cから入って排気出口2dに抜ける機関1からの排気ガス
でタービンを回転させ、このタービンに同軸に取り付け
られたブロワを回転駆動して、吸入口2aから吸い込ん
だ空気を上記ブロワで圧縮して吐出口2bから機関1の
吸気口1aに供給する。一方、上記空気圧源3からブロ
ワ入口2eに供給される空気の圧力は、例えば8気圧で
ある。上記コモンロッド8は、矢印Aの方向に回転する
と、ラック7aの移動により燃料噴射ポンプ7の燃料噴
射量を増加させる。速度スイッチユニット13は、上記
回転数センサ11からの検出信号を受けて、この検出信
号が表わす機関回転数が、定格回転数の90%以上にな
ったとき規定速度信号を、定格回転数の30%以下にな
ったとき低速度信号を上記制御ユニット12に夫々出力
するようになっている。
て、燃料センサ9の検出信号が表わす燃料噴射量と圧力
センサ6の検出信号が表わす吐出圧力とに基づいて空気
過剰率λを次のように演算する。空気過剰率λは、燃料
噴射量Yの関数である必要空気量Vfに対する吐出圧力
Pbの関数である供給空気量Vsの比Vs/Vfであり、必
要空気量Vf,供給空気量Vsは、夫々次式で表わされ
る。 Vf=Y・γf・N・B・10-3 但し、Y:1サイクル当たりの燃料噴射量(mm3),γf:燃
料比重(g/cm3),N:機関回転数(rps),B:理論空気量(k
g/kg) Vs=ηc・Vc・γb・N 但し、ηc:充填効率,Vc:シリンダ容積(cm3),γb:給
気比重(g/cm3) なお、給気比重γbは、給気圧力つまり上記吐出圧力を
Pb(kg/cm2),給気温度をTb(°C),0°C,1気圧で
の空気比重をγb0とすれば、次式で求まる。 γb=γb0・273(1.033+Pb)/{(273+Tb)1.033} …(1) 従って、空気過剰率λは、(1)式で与えられる。 λ=ηc・Vc・γb・103/(Y・γf・B) …(2) 上記(1)式中の定数γb0(=1.277・10-3),Tb(=35°C)
および上記(2)式中の定数ηc(=1),Vc,γf(=0.856
7),B(=14)は、制御ユニット12のメモリに予め初期
値として与えられて記憶されているので(図2のS1参
照)、制御ユニット12は、演算手段として上記検出信
号が表わす燃料噴射量Y,吐出圧力Pbに基づいて(図2
のS5参照)上記(1),(2)式により空気過剰率λを算出
する(図2のS6参照)のである。
として、上記算出した空気過剰率λが1未満であるか否
かを判別するとともに(図2のS7参照)、肯と判別した
とき、制御手段として、ディーゼル機関1の図示しない
第1燃料遮断装置および第2燃料遮断装置のいずれから
も燃料供給遮断を表わす信号を受けないとき(図2のS
7,S8参照)、内蔵のタイマが一定時間を計時し終わる
まで(図2のS11参照)、励磁信号を出力し続けて電磁
弁5を開かせ(図2のS10参照)、空気圧源3から排気
タービン過給機2のブロワ入口2eに圧縮空気を補助供
給する。なお、上記一定時間tには、図3で後述する確
認試験のデータから、空気過剰率λが1になるまでの時
間でなく(図3(B))、圧縮空気の補助供給により機関回
転数Nの時間微係数が負から零になるまでの時間(図3
(A))を求めて、この時間tを設定する。なぜなら、前
者にすると、電磁弁5の開放時間が長すぎて却って速度
変動率に悪影響を及ぼすからである。さらに、制御ユニ
ット12は、速度スイッチユニット13から機関回転数
が定格回転数の90%以上になったことを表わす規定速
度信号が入力されている場合のみに、上記演算手段,判
別手段,制御手段として作動し(図2のS2参照)、速度
スイッチユニット13から機関回転数が定格回転数の3
0%以下になったことを表わす低速度信号が入力される
と、上記各手段の作動を終了する(図2のS13参照)。
は、図2のフローチャートにしたがって次のように動作
する。エアアシスト制御装置の制御ユニット12は、ス
テップS1で、空気過剰率λの演算および制御に必要な
シリンダ容積Vc,燃料比重γf,機関の定格回転数Ns等
の定数を初期値として読み込んでメモリに記憶させる。
次いで、ステップS2で、速度スイッチユニット13か
ら規定速度信号が入力されているか否かを判断し、肯な
ら、ディーゼル機関1が略定格回転数Nsに達したとし
て、ステップS3に進んで、まず電磁弁5のソレノイド
を消磁して空気圧源3からの補助空気の供給を断ち、ス
テップS4で、電磁弁5を開放する一定時間tを計時す
るタイマをリセットする。次に、制御ユニット12は、
ステップS5で、空気過剰率λの演算に必要な変数であ
る燃料噴射量Yを燃料センサ9の検出信号として、給気
圧力つまり吐出圧力Pbを圧力センサ6の検出信号とし
て夫々入力され、ステップS6で、演算手段として必要
空気量Vfに対する供給空気量Vsの比として空気過剰率
λを算出する。
7で、算出された上記空気過剰率λが1未満であるか否
かを判別手段として判別し、肯なら、空気の供給が不足
しているとしてステップS8,S9に進んで、第1,第2
燃料遮断装置から燃料供給遮断を表わす信号が入力され
ているか否かを夫々判断する一方、ステップS7での判
別が否なら、問題なしとしてステップS3に戻る。上記
ステップS8,S9で共に否と判断した場合は、燃料供
給が続いているので、排気タービン過給機2に補助空気
を供給する必要があるから、ステップS10に進んで、
制御手段として励磁信号を出力して電磁弁5を開かせ、
空気圧源3から排気タービン過給機2のブロワ入口2e
に圧縮空気を補助供給し、この補助供給を、ステップS
11でタイマが一定時間t(図3(B)参照)を計時し終わ
るまで続けた後、ステップS4に戻る。
自動的な補助供給によって、ディーゼル機関1の負荷急
増に伴って供給が増える燃料は、シリンダ内に供給され
る十分な空気により完全燃焼せしめられ、機関回転数の
低下が抑えられ、速度変動率の所定範囲からの逸脱が確
実かつ正確に防止され、ディーゼル機関1のストールや
スモークの発生が無くなる。一方、ステップS8または
ステップS9のいずれかで肯と判断した場合は、燃料供
給が断たれているので、ディーゼル機関1は停止に至る
から、圧縮空気の補助供給は必要ないとして、ステップ
S12で、電磁弁5を消磁したまま、ステップS13
で、速度スイッチユニット13から低速度信号が入力さ
れているか否かを判断し、肯なら、ディーゼル機関1は
略停止したとして、エアアシスト制御を終了する。
荷が急増した場合の上記エアアシスト制御による機関回
転数N,空気過剰率λの時間変化を夫々示している。図
から明らかなように、負荷の急増で機関回転数Nが920r
pmから900rpmに僅かに低下すると、空気過剰率λが1未
満になったことを判別した制御ユニット12によって、
電磁弁5を一定時間t(図3(B)のハッチング部参照)だ
け開放させて圧縮空気の補助供給が行なわれるので、負
荷急増から略3秒程度で、機関回転数Nも空気過剰率λ
も定常値に安定し、従来例で述べた船級協会の速度変動
率に関する規格を十分満足することが分かる。
の一例を示す概略図であり、このエアアシスト制御装置
は、図1で述べたエアアシスト制御装置と比べて、圧力
センサ6と燃料センサ9を省略し、演算手段,判別手段,
制御手段を兼ねる制御ユニット22の構成が図1の制御
ユニット12と相違する点を除いて同じ構成であり、同
じ部材には同一番号を付して説明を省略する。制御ユニ
ット22は、演算手段として、回転数センサ11から速
度スイッチユニット13を経て入力される検出信号に基
づいて、機関回転数Nの時間に関する微係数λ=dN/d
tを演算し(図5のS25参照)、判別手段として、上記
算出された微係数λが負の一定値λ0より小さいか否か
を判別するとともに(図5のS26参照)、肯と判別した
とき、制御手段として、第1,第2燃料遮断装置のいず
れからも燃料供給遮断を表わす信号を受けないとき(図
5のS27,S28参照)、上記微係数λが正になるまで
(図5のS30参照)、ton秒(図6(B)参照)の間だけ励
磁信号を出力し続けて電磁弁5を開かせ(図5のS29
参照)、空気圧源3から排気タービン過給機2のブロワ
入口2eに圧縮空気を補助供給する。
算は、図5のステップS25および図6に示すように、
実際にはdt=0.2秒毎に測定される機関回転数Nの前回
値と今回値の変化率dN/dt=(Nn−Nn-1)/dtで計算
され、判別の基準となる一定値λ0は、図6(B)から分
かるように、上記測定単位時間0.2秒当たり−10回転,
従って1秒当たり−50回転である。
は、図5のフローチャートにしたがって次のように動作
する。エアアシスト制御装置の制御ユニット22は、ス
テップS21で、機関回転数の微係数の判別の基準とな
る一定値λ0を初期値として読み込んでメモリに記憶さ
せる。次いで、ステップS22で、速度スイッチユニッ
ト13から規定速度信号が入力されているか否かを判断
し、肯なら、ディーゼル機関1が略定格回転数Nsに達
したとして、ステップS23に進んで、まず電磁弁5の
ソレノイドを消磁して空気圧源3からの補助空気の供給
を断ち、ステップS24で、回転数センサ11から速度
スイッチユニット13を経て入力される検出信号を受
け、ステップS25で、演算手段としてdt=0.2秒毎に
上記検出信号が表わす機関回転数の前回値Nn-1と今回
値Nnの変化量dN=(Nn−Nn-1)を算出する。
6で、算出された上記変化量が−10回転より小さいか
否か、つまり算出された機関回転数の微係数λが一定値
λ0より小さいか否かを判別手段として判別し、肯な
ら、急激に機関回転数が減少していて補助空気の供給が
必要としてステップS27,S28に進んで、第1,第2
燃料遮断装置から燃料供給遮断を表わす信号が入力され
ているか否かを夫々判断する一方、ステップS26での
判別が否なら、問題なしとしてステップS23に戻る。
上記ステップS27,S28で共に否と判断した場合
は、燃料供給が続いているので、排気タービン過給機2
に補助空気を供給する必要があるから、ステップS29
に進んで、制御手段として励磁信号を出力して電磁弁5
を開かせ、空気圧源3から排気タービン過給機2のブロ
ワ入口2eに圧縮空気を補助供給し、この補助供給を、
ステップS30で上記算出される機関回転数の微係数λ
が正になるまで(図6(B)参照)続けた後、ステップS2
3に戻る。
自動的な補助供給によって、ディーゼル機関1の負荷急
増に伴って供給が増える燃料は、シリンダ内に供給され
る十分な空気により完全燃焼せしめられ、機関回転数の
低下が抑えられ、速度変動率の所定範囲からの逸脱が確
実かつ正確に防止され、ディーゼル機関1のストールや
スモークの発生が無くなる。一方、ステップS27また
はステップS28のいずれかで肯と判断した場合は、燃
料供給が断たれているので、ディーゼル機関1は停止に
至るから、圧縮空気の補助供給は必要ないとして、ステ
ップS31で、電磁弁5を消磁したまま、ステップS3
2で、速度スイッチユニット13から低速度信号が入力
されているか否かを判断し、肯なら、ディーゼル機関1
は略停止したとして、エアアシスト制御を終了する。
荷が急増した場合の上記エアアシスト制御による機関回
転数N,この機関回転数の微係数dNの時間変化を夫々示
している。図から明らかなように、負荷の急増で機関回
転数Nが920rpmから910rpmに僅かに低下すると、機関回
転数のdt=0.2秒当たりの微係数dNが−10回転未満に
なったことを判別した制御ユニット22によって、電磁
弁5を微係数dNが正になるまで(図6(B)のハッチング
部参照)開放させて圧縮空気の補助供給が行なわれるの
で、負荷急増から略3秒程度で、機関回転数Nもその微
係数dNも定常値に安定し、従来例で述べた船級協会の
速度変動率に関する規格を十分満足することが分かる。
異なり、圧力センサ6と燃料センサ9を省略しているの
で、エアアシスト装置を簡素かつ安価に構成できるとい
う利点がある。また、図1,図4のいずれの実施の形態
も、機関回転数が定格回転数の90%に達してからエア
アシスト制御を開始し、第1,第2燃焼遮断装置が燃料
供給を遮断している場合は、エアアシストを行なわず、
機関回転が所定の低速になるとエアアシスト制御を終了
するので、無駄な演算,判別,制御をなくして、制御の能
率化を図れるという利点がある。さらに、上記両実施の
形態では、機関回転数の微係数が負から零になったとき
にエアアシストを終了しているので、過剰なエアアシス
トで機関の速度変動率が損なわれることもない。
請求項1に記載の排気タービン過給機のエアアシスト制
御装置は、燃料センサの検出信号が表わす燃料噴射量と
圧力センサの検出信号が表わす排気タービン過給機の吐
出圧力とに基づいて、演算手段で空気過剰率を算出し、
算出された空気過剰率が1未満であるか否かを判別手段
で判別するとともに、この判別手段が肯と判別したと
き、制御手段により、加圧空気源と排気タービン過給機
のブロワ部との間に設けられた開閉弁を開いて加圧空気
を補助供給するようにしているので、ディーゼル機関の
負荷急増に伴って供給が増える燃料を、自動的な加圧空
気の補助供給で完全燃焼させて、機関回転数の低下を抑
えて、負荷急増時の速度変動率を所定範囲内に確実かつ
正確に維持することができ、ディーゼル機関のストール
やスモークの発生を無くすることができる。
スト制御装置は、回転数センサの検出信号が表わすディ
ーゼル機関の機関回転数に基づいて、演算手段で機関回
転数の時間微係数を算出し、算出された微係数が負の一
定値より小さいか否かを判別手段で判別するとともに、
この判別手段が肯と判別したとき、制御手段により、加
圧空気源と排気タービン過給機のブロワ部との間に設け
られた開閉弁を開いて加圧空気を補助供給するようにし
ているので、ディーゼル機関の負荷急増に伴って供給が
増える燃料を、自動的な加圧空気の補助供給で完全燃焼
させて、機関回転数の低下を抑えて、負荷急増時の速度
変動率を所定範囲内に確実かつ正確に維持することがで
き、ディーゼル機関のストールやスモークの発生を無く
することができる。
一例を示す概略図である。
ローチャートである。
関回転数と空気過剰率の時間変化を示す図である。
一例を示す概略図である。
ローチャートである。
関回転数とその微係数の時間変化を示す図である。
気圧源、4…補助空気管、5…電磁弁、6…圧力セン
サ、7…燃料噴射ポンプ、7a…ラック、8…コモンロ
ッド、9…燃料センサ、10…出力軸、11…回転数セ
ンサ、12,22…制御ユニット。
Claims (2)
- 【請求項1】 ディーゼル機関と、 排気タービン過給機と、 この排気タービン過給機のブロワ部と加圧空気源との間
に設けられた開閉弁と、 上記排気タービン過給機の吐出圧力を検出する圧力セン
サと、 上記ディーゼル機関の燃料噴射量を検出する燃料センサ
と、 上記燃料センサの検出信号が表わす燃料噴射量と上記圧
力センサの検出信号が表わす吐出圧力とに基づいて空気
過剰率を演算する演算手段と、 この演算手段により算出された空気過剰率が1未満であ
るか否かを判別する判別手段と、 この判別手段が肯と判別したとき、上記開閉弁を開いて
上記ブロワ部へ加圧空気を補助供給させる制御手段を備
えたことを特徴とする排気タービン過給機のエアアシス
ト制御装置。 - 【請求項2】 ディーゼル機関と、 排気タービン過給機と、 この排気タービン過給機のブロワ部と加圧空気源との間
に設けられた開閉弁と、 上記ディーゼル機関の機関回転数を検出する回転数セン
サと、 この回転数センサの検出信号に基づいて機関回転数の時
間に関する微係数を演算する演算手段と、 この演算手段により算出された微係数が負の一定値より
小さいか否かを判別する判別手段と、 この判別手段が肯と判別したとき、上記開閉弁を開いて
上記ブロワ部へ加圧空気を補助供給させる制御手段を備
えたことを特徴とする排気タービン過給機のエアアシス
ト制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25188797A JP3464891B2 (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 排気タービン過給機のエアアシスト制御装置 |
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JP25188797A JP3464891B2 (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 排気タービン過給機のエアアシスト制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1193679A JPH1193679A (ja) | 1999-04-06 |
JP3464891B2 true JP3464891B2 (ja) | 2003-11-10 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020003964A1 (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-02 | 株式会社ジャパンエンジンコーポレーション | 舶用内燃機関 |
WO2020003963A1 (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-02 | 株式会社ジャパンエンジンコーポレーション | 舶用内燃機関 |
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