JP3464896B2 - 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

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JP3464896B2
JP3464896B2 JP28540097A JP28540097A JP3464896B2 JP 3464896 B2 JP3464896 B2 JP 3464896B2 JP 28540097 A JP28540097 A JP 28540097A JP 28540097 A JP28540097 A JP 28540097A JP 3464896 B2 JP3464896 B2 JP 3464896B2
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正人 貝原
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、排気タービン過給
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
の低下とスモークの発生を抑えるエアアシスト制御装置
に関する。 【0002】 【従来の技術】一般に、排気タービン過給機を備えた平
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、燃焼不良によりスモーク
(黒煙)が発生する。特に、船舶に用いられるディーゼル
機関では、船舶が前後進を繰り返す際の機関増速の都
度、負荷の急増が生じて、スモークが多量に発生した
り、過給機にサージングが発生するのである。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】このような船舶に用い
られるディーゼル機関から発生する多量のスモークは、
フェリーボートなどの乗客から苦情が出るため、船主に
とっても避けて通れぬ問題である。しかるに、上記従来
のディーゼル機関では、このようなスモークに対する対
策が何らとられていないのが実情であり、1つの対策と
して、過給機の性能を大型化により向上させることが考
えられる。しかし、負荷急増時のみに生じるスモークの
ために過給機を大型のものに取り替えることは、ディー
ゼル機関の汎用性を狭めるばかりでなく、過給機の大型
化,高価格化によりディーゼル機関が必要以上に大型で
高価なものになるという問題がある。 【0004】そこで、本発明の目的は、ディーゼル機関
の運転中に負荷急増に応じて急増供給される燃料の燃焼
に必要な空気を、排気タービン過給機のブロワ部に圧縮
空気を自動的に補助供給することで補給して、ディーゼ
ル機関の機関回転数の低下を抑えて、スモークの発生や
過給機のサージング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。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
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、上記ディーゼル機関の燃料噴射量を検
出する燃料センサと、この燃料センサの検出信号に基づ
いて燃料噴射量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正の一定
値より大き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。 【0006】請求項1の排気タービン過給機付きのディ
ーゼル機関の運転中に、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
検出信号に基づいて燃料噴射量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正の一定値
より大き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、燃料噴射量の微係数が上記一定値よりも大きくなっ
て、判別手段が演算手段の算出値が上記一定値より大き
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、機関からのスモークの発生や
過給機のサージングが無くなる。 【0007】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
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、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。 【0008】上記排気タービン過給機2は、排気入口2
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。 【0009】上記制御ユニット12は、演算手段とし
て、燃料センサ9から入力される検出信号に基づいて、
燃料噴射量Rの時間に関する微係数λ=dR/dtを演算
し(図2のS5参照)、判別手段として、上記算出された
微係数λが正の一定値λ0より大きいか否かを判別する
とともに(図2のS6参照)、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2のS7,S8
参照)、上記微係数λの時間変化率dλ/dtが負になるま
で(図2のS10参照)、t0秒(図3(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2のS9
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。 【0010】上記制御ユニット12による微係数λの演
算は、図2のステップS5および図3に示すように、実
際にはdt=0.2秒毎に測定される燃料噴射量Rの前回値
と今回値の変化率dR/dt=(Rn−Rn-1)/dtで計算さ
れ、判別の基準となる一定値λ0は、図3(B)から分か
るように、上記測定単位時間0.2秒当たり1mm,従って1
秒当たり5mmである。 【0011】上記実施の形態のエアアシスト制御装置
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、燃料噴射量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S2で、速度スイッチユニット1
3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、燃料センサ9から入力される検出信号を
受け、ステップS5で、演算手段としてdt=0.2秒毎に
上記検出信号が表わすラック量の前回値Rn-1と今回値
nの変化量dR=(Rn−Rn-1)を算出する。 【0012】次に、制御ユニット12は、ステップS6
で、算出された上記変化量が1より大きいか否か、つま
り算出されたラック量の微係数λが一定値λ0より大き
いか否かを判別手段として判別し、肯なら、急激に燃料
供給が増加していて補助空気の供給が必要としてステッ
プS7,S8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S6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S7,S8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S9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S10で上記算出される
ラック量の微係数λの時間変化率dλ/dtが負になるま
で(図3(B)参照)続けた後、ステップS3に戻る。 【0013】上記圧縮空気の排気タービン過給機2への
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、ディーゼル機関1からのスモークの発
生や排気タービン過給機2のサージングが無くなる。一
方、ステップS7またはステップS8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S11で、電磁弁5を消磁した
まま、ステップS12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。 【0014】図3(A),(B)は、ディーゼル機関1の負
荷が急増した場合の上記エアアシスト制御によるラック
量(燃料噴射量)R,このラック量の微係数dR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
でラック量Rが6mmから急増し始めると、ラック量のdt
=0.2秒当たりの微係数dRが1以上になったことを判別
した制御ユニット12によって、上記微係数の時間変化
率d2R/dt2=dλ/dtが負になるまで電磁弁5を開放さ
せて(図3(B)のハッチング部参照)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、ラック
量ひいては機関回転数も定常値に安定し、スモークの発
生や排気タービン過給機2のサージングが無くなる。 【0015】上記実施の形態では、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。また、ラック量変化率の微係数が正から負に
変わ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。 【0016】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
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ディーゼル機
関の燃料噴射量に基づいて、演算手段で燃料噴射量の時
間微係数を算出し、算出された微係数が正の一定値より
大き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、負荷急増時のディーゼル機
関からのスモークの発生や排気タービン過給機のサージ
ングを無くすることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の請求項1のエアアシスト制御装置の
一例を示す概略図である。 【図2】 図1のエアアシスト制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。 【図3】 図1のエアアシスト制御装置の制御に用いら
れるラック量とその微係数の時間変化を示す図である。 【符号の説明】 1…ディーゼル機関、2…排気タービン過給機、3…空
気圧源、4…補助空気管、5…電磁弁、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…制御ユ
ニット、13…速度スイッチユニット。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 37/10 F02B 37/00 302 F02D 23/02 F02D 45/00 364

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【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、 上記ディーゼル機関の燃料噴射量を検出する燃料センサ
    と、 この燃料センサの検出信号に基づいて燃料噴射量の時間
    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正の一定値より
    大き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。
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