JP4163970B2 - エンジンの吸気制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比を変更可能な吸気スワール可変装置を備えたエンジンの吸気制御方法に関し、特に舶用エンジンに適した吸気制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの運転特性を状況に応じて最適なものとするため、可変型ターボ過給機（バリアブルジオメトリーターボチャージャ、以下「ＶＧＴ」と称する）や、吸気スワール可変装置を備えたエンジンは開発されており、ＶＧＴについては、たとえば特許文献１等があり、吸気スワール可変装置については特許文献２等がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８２２３４号公報。
【特許文献２】
特開平１０−２２７２２３号公報。
【０００４】
ＶＧＴを備えたエンジンでは、一般に、エンジン負荷が増加した時にはＶＧＴ開度を閉じ方向に制御することにより、ブースト圧を上げ、また、低速回転域でＶＧＴ開度を閉じ方向に制御することにより、ブースト圧を維持し、エンジントルクを増加させる効果を有している。
【０００５】
一方、吸気スワール可変装置を備えたエンジンでは、エンジン負荷が増加した時にはスワール比を大きくすることにより燃焼効率（機関効率）を上げ、また、機関の低速回転域でスワール比を大きくすることにより燃焼効率を上げ、エンジントルクを増加させる効果を有している。
【０００６】
すなわち、ＶＧＴ及び吸気スワール可変装置のいずれも、低速回転域でのエンジントルクを増加させる効果を有している。
【０００７】
さらに自動車に搭載されるエンジンでは、ＶＧＴと吸気スワール可変装置の両方を備えたものも開発されており、ＶＧＴと吸気スワール可変装置との相乗効果により、低速回転域でのトルク増加に対する効果をさらに高めている。
【０００８】
このようにＶＧＴと吸気スワール可変装置の両方を備えた自動車用エンジンにおいて、現在では、エンジン回転数の変化又はエンジン負荷の変化に対して、まず、ＶＧＴの可変翼開度の調節を先行させ、それにより最適なブースト圧制御を行ない、その後スワール比を調節することにより燃焼効率を最適なものとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところがＶＧＴの可変翼開度調節によるブースト圧制御は、応答性が遅く、時間遅れ（いわゆるターボラグ）が生じるため、このＶＧＴの可変翼開度制御を先行させていると、たとえば急加速時等では、シリンダ内が酸素不足になり、黒煙発生の原因になると共に、加速性能の低下につながることがある。特に、舶用エンジンでは、自動車用エンジンと比較して、エンジン回転数及びプロペラ回転数の急激な変化並びにプロペラの急激な逆転等を行なう場合が多く、これらにより急激なエンジン回転数変動及びエンジン負荷変動が生じると、自動車用エンジンのようにＶＧＴをスワール比に対して先行制御させる方法では、速やかな応答性を確保することが難しく、前記効果が薄くなる。
【００１０】
【発明の目的】
本願発明の目的は、エンジンの吸気制御方法において、スワール比可変制御とＶＧＴの可変翼開度制御とを組み合わせると共に、制御順序を工夫することにより、状況に応じた運転性能の向上と、急加速時等、エンジン回転数及びエンジン負荷の変化の過渡期における性能の維持を図ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比が変更可能な吸気スワール可変装置を備えたエンジンの吸気制御方法において、可変型ターボ過給機の可変翼閉方向への制御に先行して、吸気スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御し、エンジン回転数を検出し、エンジン回転数の増加に伴い、吸気スワール可変装置を吸気スワール比減少方向に制御すると共に可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御し、通常運転時には、スワール比制御は回転数に対応した比例制御とし、急加速時には、急加速の検知と同時にスワール比制御をオンオフ制御に切換えて最大スワール比とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速の判別手段として、レギュレータ操作部材の変位動作の加速度を検知し、所定値以上の加速度で変位動作が行なわれるのを検知することにより、急加速と判別し、スワール比制御をオンオフ制御に切換える。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速の検知により最大スワール比となった後、機関回転数が所定回転数以上になった時点でスワール比制御を比例制御に変更する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速の検知により最大スワール比となった後、急加速終了と認識した時点で比例制御に変更する。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速時、回転数増加に伴い、設定許容ブースト圧とブースト圧の差が一定値以内になった時に、可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御する。
【００１６】
請求項６記載の発明は、可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比が変更可能な吸気スワール可変装置を備えた舶用エンジンの吸気制御方法において、可変型ターボ過給機の可変翼閉方向への制御に先行して、吸気スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御し、エンジン回転数を検出し、エンジン回転数の増加に伴い、吸気スワール可変装置を吸気スワール比減少方向に制御すると共に可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御し、通常運転時には、スワール比制御はエンジン回転数に対応した比例制御とし、変速装置をリバース位置に変更した時あるいはプロペラの逆回転を認識した時に、スワール比制御をオンオフ制御に切換えて最大スワール比とすると共に可変型ターボ過給機を全閉方向に制御する。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のエンジンの吸気制御方法において、最大スワール比となった後、機関回転数が所定回転数以上になった時点で比例制御に変更する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
[ エンジンの概略 ]
図１は、本願発明の制御方法を実施するための舶用エンジンの一例を示しており、該エンジンには、可変型ターボ過給機２、インタークーラ３、吸気スワール可変装置４及び電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５が装備されており、船舶全体としては、本願発明に関わる主な装置あるいは部品として、エンジン本体１の出力軸に連結されたクラッチ付減速逆転機（変速機）７及びプロペラ軸８等を備えると共に、変速レバー９及びスロットルレバー１０等を備えている。
【００２８】
シリンダ１１の天井壁には一対の第１、第２の吸気ポート１５，１６と、一対の排気ポート１７，１８が形成されると共に、略中央に燃料噴射弁１９が設けられており、上記両吸気ポート１５，１６はそれぞれ第１、第２の吸気通路２０，２１に連通し、両吸気通路２０，２１は途中で吸気マニホールド２２に合流して、インタークーラ３の出口に接続している。インタークーラ３の入口は吸気管２５を介して可変型ターボ過給機２のコンプレッサ部２ａに接続し、該コンプレッサ部２ａの空気入口は空気取入管２６を介して外気に連通している。両排気ポート１７，１８はそれぞれ排気通路２８，２９に連通し、両排気通路２８，２９は途中で排気マニホールド２７に合流して可変型ターボ過給機２のタービン部２ｂに接続し、該タービン部２ｂの出口は外部に連通している。
【００２９】
吸気スワール可変装置４は、吸気通路１５，１６の一方、たとえば第２の吸気通路１６内に開度調節可能な開閉弁（バタフライ弁）３０を回動可能に備えており、この開閉弁３０をモータ等のアクチュエータ３１で駆動して開度を変更することにより、スワール比を変更できるようになっている。開閉弁３０が全開状態の時は、たとえばノーマル状態であって、通常使用する最小スワール比（たとえばスワール比＝２．２）となり、開閉弁３０を閉じるに従い吸気断面積が減少することによりスワール比が増加し、開閉弁３０が全閉状態の時は最大スワール比（たとえば３．０）となる。アクチュエータ３１はＥＣＵ５に電気的に接続し、ＥＣＵ５からの制御信号によりその動作が制御されるようになっている。
【００３０】
可変型ターボ過給機２は、吸気管２５に接続する前記コンプレッサ部２ａと排気マニホールド２７に接続するタービン部２ｂを備えており、図２に示すようにタービン部２ｂ内には、タービンの外周側にノズルを構成する多数の可変翼３２が配置されている。この可変翼３２の角度を調節することにより、図２に示す全開状態（流通面積最大状態）から図３に示す全閉（流通面積最小）に至るまで、ノズル開口面積を変更することができ、これによってタービン効率を制御し、ブースト圧を変更することが可能となる。たとえば上記全開状態をノーマル状態とすると、該ノーマル状態から可変翼開度を閉じ方向に制御することにより、ブースト圧を上昇させることができる。上記可変翼３２はアクチュエータ３３の駆動により角度が調整されるようになっており、該アクチュエータ３３は図１のＥＣＵ５に電気的に接続し、ＥＣＵ５からの制御信号によりその動作が制御されるようになっている。
【００３１】
[センサー類の配置]
図１には本願発明を実施するための各種センサーを記載してあるが、常に総てのセンサーを利用するものではなく、各発明の必要に応じて選択的に利用される。吸気スワール可変装置４のアクチュエータ３１には、開閉弁３０の開度を検出する開度センサー３５が内蔵されており、検出した開閉弁３５の開度をＥＣＵ５に入力できるようになっている。
【００３２】
可変型タービン過給機２の可変翼駆動用のアクチュエータ３３には、可変翼角度（ノズル開度）を検出する開度センサー３６が内蔵されており、可変翼３２の開度（角度）をＥＣＵ５に入力できるようになっている。
【００３３】
クランク軸３７又はクランク軸３７に固着されたフライホイールあるいはギヤ３８には、エンジン回転数センサー４０が配置され、検出したエンジン回転数ＮをＥＣＵ５に入力できるようになっている。
【００３４】
プロペラ軸８にはプロペラ回転数センサー４１が配置され、検出したプロペラ回転数をＥＣＵ５に入力すると共に、プロペラ軸８の正逆の回転方向も判別して入力できるようになっている。
【００３５】
アクセルレバー（レギュレータレバー）１０には、アクセル開度により燃料噴射量を検出するアクセル開度センサー４３が配置され、検出したアクセル開度（燃料噴射量）をＥＣＵ５に入力できるようになっている。燃料噴射量は基本的にはエンジン負荷に対応するので、アクセル開度センサー４３はエンジン負荷センサーの役割を果たしている。
【００３６】
空気取入管２６には吸気量センサー４４が配置され、検出した吸気量をＥＣＵ５に入力できるようになっており、吸気マニホールド２２（又は吸気管２５）にはブースト圧センサー（吸気圧センサー）４６が配置され、検出したブースト圧（吸気圧）をＥＣＵ５に入力するようになっている。また、排気タービン部２ｂの排気入口にはタービン入口圧センサー４５が配置され、検出したタービン入口圧をＥＣＵ５に入力するようになっている。
【００３７】
[エンジン負荷の増減及びエンジン回転数の増減に対する基本制御]
図１のＥＣＵ５内の記憶手段には、エンジン負荷の増減及びエンジン回転数の増減に対して、最適な運転状態（トルク及び燃焼）となるスワール比及びＶＧＴ２の可変翼開度（以下「ＶＧＴ開度」という。）のマップが予め記憶されており、図６及び図７にその一例を示してあり、このマップにしたがってスワール比及びＶＧＴ開度が制御される。
【００３８】
上記エンジン回転数Ｎは図１のエンジン回転数センサー４０により、パルス方式でクランク軸３７のギヤ３８等の回転数を検出するか、又はプロペラ回転数センサー４１によりプロペラ軸８の回転数を検出する。エンジン負荷は、アクセルレバー１０に設けられたアクセル開度センサー４３によりアクセル開度を検出し、燃焼噴射量に換算する。
【００３９】
図６はエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍに対するスワール比のマップであり、エンジン回転数Ｎの増加に応じてスワール比が減少し、エンジン回転数Ｎの減少に応じてスワール比が増加するように設定されると共に、所定のエンジン回転数Ｎｂより大きくなるとスワール比の上記比例制御を解除し、たとえばノーマル状態（開閉弁全開状態）とするように設定されている。エンジン負荷Ｍに関しては、エンジン負荷Ｍが増加するのに比例してスワール比が増加し、エンジン負荷Ｍが減少するのに比例してスワール比が減少するように設定されている。
【００４０】
図７はエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍに対するＶＧＴ開度のマップであり、エンジン回転数Ｎの増加に応じてＶＧＴ開度が開方向に変化することによりブースト圧を下げ、エンジン回転数Ｎの減少に応じてＶＧＴ開度が閉方向に変化することによりブースト圧を増加させるように設定されており、所定のエンジン回転数Ｎｂより大きくなるとＶＧＴ開度の上記比例制御を解除し、たとえばＶＧＴ開度全開のノーマル状態にもどるように設定されている。エンジン負荷Ｍに関しては、エンジン負荷Ｍの増加に比例してＶＧＴ開度を閉方向に変化させることによりブースト圧を上げ、エンジン負荷Ｍの減少に比例してＶＧＴ開度を開方向に変化させることによりブースト圧を下げるように設定されている。
【００４１】
図４はスワール比の可変の有無によるトルク特性の相違を示す図であり、実線で示す曲線Ａ1は、全回転速度域に亘って開閉弁３０が全開のノーマル状態（又は一定の大きな開度）に固定した場合のトルク特性であり、破線で示す曲線Ａ2は、全回転速度域に亘って上記開閉弁３０を比例制御した場合のトルク特性である。両曲線Ａ1，Ａ2を比較した場合、比例制御の曲線Ａ2では、前記所定の回転数Ｎｂより低い低速回転域では、開閉弁３０を比例制御してブースト圧を上げることによりエンジントルクを増加させることができ、一方、所定回転数Ｎｂを越えると、比例制御によりスワール比を上げても反対にエンジントルクが低下することになる。このため、前述のようにスワール比の比例制御は所定回転数Ｎｂ以下の低速回転域で行ない、所定回転数Ｎｂを越えると比例制御を解除し、ノーマル状態に戻すように設定してある。
【００４２】
図５はＶＧＴ開度の制御の有無によるトルク特性の相違を示す図であり、実線で示す曲線Ｂ1は、ＶＧＴ開度を全回転速度域に亘って全開のノーマル状態（又は一定の大きな開度）に固定した場合のトルク特性であり、破線で示す曲線Ｂ2は、全回転速度域に亘ってＶＧＴ開度を比例制御した場合のトルク特性である。両曲線Ｂ1，Ｂ2を比較した場合、全回転域に亘ってＶＧＴ開度の比例制御を行なった場合の曲線Ｂ2の方が、エンジントルクを増加させることができるが、所定回転数Ｎｂを越えた頃から、下段の燃費グラフに破線で示すように、燃費が増加し、コストの浪費となる。このため、前述のようにＶＧＴ開度の比例制御は所定回転数Ｎｂ以下の低速回転域で行ない、所定回転数Ｎｂを越えると、燃費向上のために、比例制御を解除し、ノーマル状態に戻すように設定してある。
【００４３】
[スワール比の可変制御とＶＧＴ開度の可変制御の先後関係]
上述のようにスワール比の可変制御とＶＧＴ開度の可変制御を行なうエンジンにおいて、本願発明では、エンジン回転数及びエンジン負荷の変化に対して、常にスワール比の可変制御を先行させ、その後、遅れてＧＶＴ開度の制御を行なうように設定する。
【００４４】
後から行なわれるＶＧＴ開度の制御は、たとえば、エンジン回転数及びエンジン負荷の変化に対して、スワール比制御から、予め設定された時間差Ｔ1を経過した後、実施する。その時の設定時間差Ｔ1は、あらかじめ記憶された各エンジン回転数及びエンジン負荷の最適値に自動的に近付くように設定されている。
【００４５】
図８はエンジン回転数（又はプロペラ回転数）の変化に対するスワール比及びＶＧＴ開度の制御フローを示しており、ステップＳ1において、エンジン回転数（又はプロペラ回転数）を検知し、ステップＳ2において、検出されたエンジン回転数Ｎが増加又は減少しているかを判別する。
【００４６】
ステップＳ2においてエンジン回転数の変化がない場合はステップＳ1に戻る。
【００４７】
ステップＳ2においてエンジン回転数Ｎが減少している場合は、ステップＳ3に進み、まず、スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御する。それからステップＳ4に進み、ＶＧＴ開度を閉方向に制御し、ブースト圧を増加させる。
【００４８】
ステップＳ2においてエンジン回転数Ｎが増加している場合は、ステップＳ5に進み、まず、スワール可変装置をスワール比減少方向に制御する。それからステップＳ6に進み、ＶＧＴ開度を開方向に制御し、ブースト圧を下げる。このようにエンジン回転数増加又はエンジン回転数の減少時に、応答性の早いスワール比制御を先行させることにより、過渡時における機関性能を良好に維持する。
【００４９】
なお、該実施の形態では、図８の制御フローは、前述の図４の説明から理解できるように、所定回転数Ｎｂより低速回転域での制御であり、高速回転域では、前述のように、スワール比及びＶＧＴ開度はいずれもノーマル状態に維持される。
【００５０】
図９はエンジン負荷の変化に対するスワール比及びＶＧＴ開度の制御フローを示しており、ステップＳ1において、エンジン負荷（アクセル開度、燃料噴射量）を検知し、ステップＳ2において、検出されたエンジン負荷Ｍが増加又は減少しているかを判別する。
【００５１】
ステップＳ2においてエンジン負荷が変化なしの場合はステップＳ1に戻る。
【００５２】
ステップＳ2においてエンジン負荷Ｍが減少している場合は、ステップＳ3に進み、まず、スワール可変装置をスワール比減少方向に制御する。それからステップＳ4に進み、ＶＧＴ開度を開方向に制御し、ブースト圧を低下させる。
【００５３】
ステップＳ2においてエンジン負荷が増加している場合は、ステップＳ5に進み、まず、スワール可変装置をスワール比増加方向に制御する。それからステップＳ6に進み、ＶＧＴ開度を閉方向に制御し、ブースト圧を上げる。
【００５４】
なお、図９の制御フローも、前述の図５の説明から理解できるように、所定回転数Ｎｂより低速回転域での制御であり、高速回転域でのスワール比及びＶＧＴ開度はいずれもノーマル状態に維持される。
【００５５】
図１０は、スワール比制御後、吸気量Ｑ、吸気圧（ブースト圧）又はＶＧＴ開度を検知して、予め設定されたマップの吸気量、吸気圧又はＶＧＴ開度と比較し、フィードバック制御する方法を加えた例である。
【００５６】
吸気量は図１の吸気量センサー４４で検知し、吸気圧は吸気圧センサー４６で検知し、ＶＧＴ開度はＶＧＴ開度センサー３６で検知する。
【００５７】
図１０の制御フロー図において、エンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍの変動に対し、ステップＳ1でまずスワール比を比例制御し、ステップＳ2に進み、スワール比制御から所定時間Ｔ1経過したか否かを判別し、ＮＯであればステップＳ1に戻り、ＹＥＳであれば、ステップＳ3に進んで、ＶＧＴ開度の比例制御を行なう。
【００５８】
ＶＧＴ開度の制御後、ステップＳ4に進み、検出された吸気量、吸気圧又はＶＧＴ開度とマップの値とを比較し、等しければいずれも適性値と判断し、ステップＳ5に進んで、スワール比制御及び／又はＶＧＴ開度制御を解除する。
【００５９】
ステップＳ4において、検出吸気量等がマップの値と異なっていれば、大小いずれの場合でもステップＳ3に戻り、ＶＧＴ開度制御を行なう。
【００６０】
このように、設定時間差Ｔ1による制御に加え、吸気量、吸気圧又はアクセル開度をフィードバックする制御を行なうことにより、一層、各運転状態に応じた最適な運転を行なうことができる。
【００６１】
図１１及び図１２は、急加速時における制御例である。図１１において、船舶用エンジンが通常運転時に使用する舶用ラインＣ１（破線）上の運転、またはエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍの急激な変動が伴わない運転領域Ｓ１内の運転においては、前述のようにスワール比制御及びＶＧＴ開度制御は、エンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍの変動に比例した制御を行なう。他方、急加速時においては、加速時作動ラインＣ３（仮想線）上を通るように変化するが、この変化に対して上記比例制御を適用すると、応答性が遅く、遅れが生じることになる。これに対して、本願発明では、急加速を検知し、急加速の判別と同時に、スワール可変装置を最大スワール比に切換えると共にＶＧＴ開度を全閉状態に切換えるように設定されている。すなわち、急加速時には、急加速の判別と同時に、スワール制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御からオンオフ制御に切換えるように設定されている。
【００６２】
急加速開始の判別手段としては、図１において、アクセルレバー１０のアクセル開度センサー４３を利用することができ、アクセルレバー１０の急加速操作時の角速度を検知し、予め設定された角速度の値を越えた時に、急加速と判別する。また別の急加速開始の判別手段としては、図１の吸気圧センサー４６を利用し、吸気圧、すなわちブースト圧とブースト圧マップ値との差が、予め設定された値を越えた時に、急加速と判別する。
【００６３】
また、該実施の形態では、急加速終了を判別して、上記オンオフ制御を解除するようにも設定されており、急加速終了の判別手段としては、図１のエンジン回転数センサー４０を利用し、定格回転数以下の予め設定されたエンジン回転数に達した時、たとえば定格回転数の７０％以上のエンジン回転数になった時に、急加速終了と判別する。別の急加速終了の判別手段としては、図１の吸気圧センサー４６を利用し、吸気圧、すなわちブースト圧とブースト圧マップ値との差が、予め設定された範囲内に入った時に、急加速終了と判別する。さらに別の急加速終了判別手段としては、定常運転状態が、予め設定された時間継続するのを認識した場合に、急加速終了を判別する。
【００６４】
図１２は制御フローを示しており、ステップＳ1において、前記いずれかの急加速の判別手段により、急加速を開始したか否かを判別し、ＮＯの場合には、ステップＳ5に進み、スワール比及びＶＧＴ開度を、比例制御する。
【００６５】
ステップＳ1において、急加速の開始を判別した場合には、ステップＳ2に進み、まず、スワール可変装置をオンオフ制御することにより、一気にスワール比を最大に制御し、その後、ステップＳ3に進み、ＶＧＴ開度もオンオフ制御することにより、一気にＶＧＴ開度を全閉に制御することにより、ブースト圧を最大に上げる。
【００６６】
上記急加速時の制御後、ステップＳ4に進み、急加速終了の判別手段により、加速が終了したか否かを判別し、加速が終了した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ5に進み、スワール比制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御に戻す。
【００６７】
ステップＳ4でＮＯの場合、すなわち急加速が終了していない場合には、ステップＳ1に戻る。
【００６８】
また、上記のように、急加速時にスワール比及びＶＧＴ開度をオンオフ制御に切換えた場合に、急加速時の回転数増加に伴い、ＶＧＴ開度全閉によりブースト圧が速やかに増加し、図１３の破線の曲線Ｄ2ようにブースト圧が、予め設定された設定ブースト圧Ｐnに対して所定差(Ｐn−Ｐn1)内に近づいた時に、それを検知し、ＶＧＴ開度を開方向に制御し、仮想線で示す曲線Ｄ3のように、ブースト圧の増加を設定（許容）ブースト圧Ｐn以下に抑える制御を行なうことも可能である。
【００６９】
図１３において、実線で示す曲線Ｄ1は、ＶＧＴ開度を全開に固定した場合のの変化であり、これに対して破線の曲線Ｄ2は、前述のようにＶＧＴ開度全閉によりブースト圧を速やかに増加させた場合の曲線であり、曲線Ｄ2においてブースト圧がＰn1まで達した時に、ＶＧＴ開度を開方向に制御して、仮想線Ｄ3のようにブースト圧の超過等を防ぎ、シリンダが傷むのを防止できるようにする。ちなみに、ブースト圧Ｐn１においてＶＧＴ開度の開制御をしない場合は、ブースト圧は破線の曲線Ｄ2の延長のように、設定ブースト圧Ｐnを越えることになり、これはタービン入口圧力の異常増加も招き、ＶＧＴに悪影響を与える。
【００７０】
[ プロペラの逆回転時の制御 ]
図１４はプロペラを逆回転させた場合における制御例である。プロペラ逆転判別手段を利用し、プロペラが逆転した場合に、この逆転を検知し、逆転と同時に、スワール可変装置をオンオフ制御に切換えて一気に最大スワール比にすると共に、ＶＧＴ開度もオンオフ制御に切換えて全閉状態とするように設定されている。すなわち、アスターン時等のように、逆転に切換えた時に急激に大きな負荷がかかる場合に、スワール制御及びＶＧＴ開度制御を、比例制御からオンオフ制御に切換えるように設定する。
【００７１】
また、該実施の形態では、逆転終了判別により、逆転が終了した時に上記オンオフ制御を解除するように設定されている。
【００７２】
プロペラ逆転の判別手段及び終了判別手段としては、図１において、たとえば減速逆転機７の変速レバー９を利用することができ、変速レバー９のリバース位置を検知することにより、逆転を判別し、リバース位置以外の位置を検知することにより、逆転終了を判別する。別のプロペラ逆転及び終了判別手段としては、プロペラ軸８のプロぺラ回転数センサー４１を利用でき、プロペラ軸８の逆転や正転を検知する。さらに逆転プロペラ逆転終了判別装置としては、エンジン回転数センサー４０を利用し、定格回転数以下の予め設定された回転数に達した時、たとえば定格回転数の７０％以上の回転数になった時に、逆転終了と判別することもできる。
【００７３】
図１４は逆転時における制御フローを示しており、ステップＳ1において、前記任意のプロペラ逆転判別手段により、プロペラが逆転したか否かを判別し、逆転していない場合には、ステップＳ5に進み、スワール比及びＶＧＴ開度を、比例制御する。
【００７４】
ステップＳ1において、プロペラが逆転していると判別した場合には、ステップＳ2に進み、まず、スワール可変装置をオンオフ制御することにより、スワール比を最大に制御し、その後、ステップＳ3に進み、ＶＧＴ開度もオンオフ制御することにより、ＶＧＴ開度を全閉に制御し、ブースト圧を最大に上げる。
【００７５】
逆転制御後、ステップＳ4に進み、逆転終了判別手段により、プロペラの逆転が終了したか否かを判別し、終了した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ5に進み、スワール比制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御に戻す。ステップＳ4でＮＯの場合、すなわち逆転が終了していない場合には、ステップＳ1に戻る。
【００７６】
【その他の発明の実施の形態】
（１）本願発明は前述のように舶用エンジンに適したものであるが、舶用エンジン以外のエンジンであって、特に、エンジン回転数及びエンジン負荷の変動が激しい状況で使用されるエンジンに適用しても、十分に効果を発揮することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本願発明によると次のような利点がある。
（１）エンジンが、あるエンジン回転数及び／又はある負荷状態から他の状態に変化する場合に、ＶＧＴ制御では、応答の遅れにより、いわゆるターボラグが生じ、黒煙の発生や加速性の低下の原因になり易いが、本願発明のように、応答性の高いスワール比制御を組み合わせると共に、このスワール比制御をＶＧＴ開度の制御に先行して行なうようにすることにより、エンジン回転数及びエンジン負荷等の状態変化に対して速やかに応答でき、エンジンの運転状態の過渡時における機関性能を維持し、黒煙の発生や加速性の低下を回避することができる。
【００７８】
（２）スワール比及び／又はＶＧ開度の制御を、エンジン回転数及び／又は負荷の変化に応じて行なうことにより、たとえば低速回転域において、エンジン負荷の増加に応じてスワール比を増加させると共にＶＧＴ開度を閉じ方向に制御し、エンジン回転数の増加に応じてスワール比を減少させると共にＶＧＴ開度を開方向に制御することにより、運転条件を燃費や排ガスに対して最適に制御することができる。
【００７９】
（３）舶用ライン上の運転等、通常運転時において、先行するスワール比制御と後続のＶＧＴ開度制御とを、予め設定された最適の時間差で制御することにより、簡単な制御プログラムで上記（２）項等の制御を行なうことができる。
【００８０】
（４）上記時間差設定に加え、あるいはそれとは別に、先行するスワール比制御と後続のＶＧＴ開度制御を、実際の吸気量、吸気圧等の検出値に基づいてフィードバック制御するようにすると、燃費、排ガス及び騒音を、より効果的に改善することができる。
【００８１】
（５）エンジン回転数及び／又はエンジン負荷の変化に対応するスワール比及びＶＧＴ開度の制御を、所定のエンジン回転数を越えた場合に解除することにより、言いかえれば、所定の回転数以下の低速回転域のみで上記制御を行なうようにすることにより、低速及び高速のいずれの回転数域においても、それぞれ最適な条件での運転を可能とすることができる。
【００８２】
（６）急加速の場合に、比例制御では燃料の増加に比べてブースト圧の上昇が遅く、シリンダ内に酸素不足が生じて黒煙発生の原因となり得るが、本願発明では、急加速の場合に、スワール比及びＶＧＴ開度の制御を、共にオンオフ制御に切換え、急加速の判別と同時に、最大スワール比及びＶＧＴ開度全閉状態に制御することにより、前記比例制御又はフィードバック制御に比べて、酸素不足の時間を短縮することができ、黒煙の発生及び加速性の低下を抑制することができる。
【００８３】
（７）また、上記効果（６）で説明した急加速時の制御に加え、急加速終了を判別して、元の比例制御又はフィードバック制御に戻すようにすると、急加速後の通常運転において、その運転状態における最適なスワール比及びＶＧＴ開度へと制御できる。
【００８４】
（８）また、急加速時に、回転数増加に伴い、ブースト圧が、予め設定された設定ブースト圧に所定差内に近づいた場合に、それを検知して、ＶＧＴ開度を開方向に制御するようにすると、ブースト圧の超過（あるいはタービン入口圧力の異常増加）を防ぎ、シリンダが傷むのを防止できる。
【００８５】
（９）船舶には、通常、プロペラを逆転可能な減速逆転機が装備されており、船舶の姿勢操作のために、いわゆるアスターンが頻繁に使用され、このアスターン時には、無負荷の状態から突然大きな負荷が投入されることになり、トルク不足に陥り易いが、本願発明のように、プロペラ逆転時に、大きな負荷が投入されると同時に、スワール比及びＶＧＴ開度の制御を、共にオンオフ制御に切換え、最大スワール比及びＶＧＴ開度全閉状態に制御すると、速やかにトルクが増加し、アスターン時のエンスト及び黒煙の発生を回避あるいは抑制できる。
【００８６】
（１０）また、アスターンが行なわれた時に、定格回転数以下の予め設定された回転数の達した時、たとえば定格回転数の７０％以上の回転数になった時に、逆転終了と判断し、スワール比制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御に戻すようにすると、ブースト圧の超過（あるいはタービン入口圧力の異常増加）を防ぎ、シリンダが傷むのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の制御方法を実施するための可変型ターボ過給機付舶用エンジンの概略図である。
【図２】 可変型ターボ過給機の一例を示しており、可変翼全開時の断面略図である。
【図３】 図２と同じ可変型ターボ過給機であって、可変翼全閉時の断面略図である。
【図４】 可変スワール比の効果を示すトルク特性線図である。
【図５】 ＶＧＴの効果を示すトルク特性線図である。
【図６】 エンジン回転数及び負荷の変化に対して本願発明にしたがって制御されるスワール比の変化を示すマップの一例である。
【図７】 エンジン回転数及び負荷の変化に対して本願発明にしたがって制御されるＶＧＴ開度の変化を示すマップの一例である。
【図８】 エンジン回転数の変化に対する本願発明による制御を示すフロー図である。
【図９】 エンジン負荷の変化に対する本願発明による制御を示すフロー図である。
【図１０】 スワール比及びＶＧＴ開度の所定時間差制御及び吸気量等によるフィードバック制御を加えた場合のフロー図である。
【図１１】 急加速の場合の制御を示す図である。
【図１２】 急加速時の場合の制御を示すフロー図である。
【図１３】 急加速時における上記制御に加え、ブースト圧超過を防ぐ制御を示す図である。
【図１４】 プロペラ逆転時の制御を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 可変型ターボ過給機
４ スワール可変装置
５ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
７ 減速逆転機
８ プロペラ軸
９ 変速レバー
１０ スロットルレバー
１１ シリンダ
１５，１６ 吸気ポート
２０，２１ 吸気通路
３０ スワール可変装置の開閉弁
３５ スワール可変装置の開度センサー
３６ 可変型ターボ過給機の開度センサー
３７ クランク軸
４０ エンジン回転数センサー
４１ プロペラ軸回転数センサー
４３ アクセル開度センサー（噴射量検知センサー）
４４ 吸気量センサー
４５ タービン入口圧センサー
４６ ブースト圧センサー
【発明の属する技術分野】
本願発明は、可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比を変更可能な吸気スワール可変装置を備えたエンジンの吸気制御方法に関し、特に舶用エンジンに適した吸気制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの運転特性を状況に応じて最適なものとするため、可変型ターボ過給機（バリアブルジオメトリーターボチャージャ、以下「ＶＧＴ」と称する）や、吸気スワール可変装置を備えたエンジンは開発されており、ＶＧＴについては、たとえば特許文献１等があり、吸気スワール可変装置については特許文献２等がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８２２３４号公報。
【特許文献２】
特開平１０−２２７２２３号公報。
【０００４】
ＶＧＴを備えたエンジンでは、一般に、エンジン負荷が増加した時にはＶＧＴ開度を閉じ方向に制御することにより、ブースト圧を上げ、また、低速回転域でＶＧＴ開度を閉じ方向に制御することにより、ブースト圧を維持し、エンジントルクを増加させる効果を有している。
【０００５】
一方、吸気スワール可変装置を備えたエンジンでは、エンジン負荷が増加した時にはスワール比を大きくすることにより燃焼効率（機関効率）を上げ、また、機関の低速回転域でスワール比を大きくすることにより燃焼効率を上げ、エンジントルクを増加させる効果を有している。
【０００６】
すなわち、ＶＧＴ及び吸気スワール可変装置のいずれも、低速回転域でのエンジントルクを増加させる効果を有している。
【０００７】
さらに自動車に搭載されるエンジンでは、ＶＧＴと吸気スワール可変装置の両方を備えたものも開発されており、ＶＧＴと吸気スワール可変装置との相乗効果により、低速回転域でのトルク増加に対する効果をさらに高めている。
【０００８】
このようにＶＧＴと吸気スワール可変装置の両方を備えた自動車用エンジンにおいて、現在では、エンジン回転数の変化又はエンジン負荷の変化に対して、まず、ＶＧＴの可変翼開度の調節を先行させ、それにより最適なブースト圧制御を行ない、その後スワール比を調節することにより燃焼効率を最適なものとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところがＶＧＴの可変翼開度調節によるブースト圧制御は、応答性が遅く、時間遅れ（いわゆるターボラグ）が生じるため、このＶＧＴの可変翼開度制御を先行させていると、たとえば急加速時等では、シリンダ内が酸素不足になり、黒煙発生の原因になると共に、加速性能の低下につながることがある。特に、舶用エンジンでは、自動車用エンジンと比較して、エンジン回転数及びプロペラ回転数の急激な変化並びにプロペラの急激な逆転等を行なう場合が多く、これらにより急激なエンジン回転数変動及びエンジン負荷変動が生じると、自動車用エンジンのようにＶＧＴをスワール比に対して先行制御させる方法では、速やかな応答性を確保することが難しく、前記効果が薄くなる。
【００１０】
【発明の目的】
本願発明の目的は、エンジンの吸気制御方法において、スワール比可変制御とＶＧＴの可変翼開度制御とを組み合わせると共に、制御順序を工夫することにより、状況に応じた運転性能の向上と、急加速時等、エンジン回転数及びエンジン負荷の変化の過渡期における性能の維持を図ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比が変更可能な吸気スワール可変装置を備えたエンジンの吸気制御方法において、可変型ターボ過給機の可変翼閉方向への制御に先行して、吸気スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御し、エンジン回転数を検出し、エンジン回転数の増加に伴い、吸気スワール可変装置を吸気スワール比減少方向に制御すると共に可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御し、通常運転時には、スワール比制御は回転数に対応した比例制御とし、急加速時には、急加速の検知と同時にスワール比制御をオンオフ制御に切換えて最大スワール比とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速の判別手段として、レギュレータ操作部材の変位動作の加速度を検知し、所定値以上の加速度で変位動作が行なわれるのを検知することにより、急加速と判別し、スワール比制御をオンオフ制御に切換える。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速の検知により最大スワール比となった後、機関回転数が所定回転数以上になった時点でスワール比制御を比例制御に変更する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速の検知により最大スワール比となった後、急加速終了と認識した時点で比例制御に変更する。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、急加速時、回転数増加に伴い、設定許容ブースト圧とブースト圧の差が一定値以内になった時に、可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御する。
【００１６】
請求項６記載の発明は、可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比が変更可能な吸気スワール可変装置を備えた舶用エンジンの吸気制御方法において、可変型ターボ過給機の可変翼閉方向への制御に先行して、吸気スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御し、エンジン回転数を検出し、エンジン回転数の増加に伴い、吸気スワール可変装置を吸気スワール比減少方向に制御すると共に可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御し、通常運転時には、スワール比制御はエンジン回転数に対応した比例制御とし、変速装置をリバース位置に変更した時あるいはプロペラの逆回転を認識した時に、スワール比制御をオンオフ制御に切換えて最大スワール比とすると共に可変型ターボ過給機を全閉方向に制御する。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のエンジンの吸気制御方法において、最大スワール比となった後、機関回転数が所定回転数以上になった時点で比例制御に変更する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
[ エンジンの概略 ]
図１は、本願発明の制御方法を実施するための舶用エンジンの一例を示しており、該エンジンには、可変型ターボ過給機２、インタークーラ３、吸気スワール可変装置４及び電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５が装備されており、船舶全体としては、本願発明に関わる主な装置あるいは部品として、エンジン本体１の出力軸に連結されたクラッチ付減速逆転機（変速機）７及びプロペラ軸８等を備えると共に、変速レバー９及びスロットルレバー１０等を備えている。
【００２８】
シリンダ１１の天井壁には一対の第１、第２の吸気ポート１５，１６と、一対の排気ポート１７，１８が形成されると共に、略中央に燃料噴射弁１９が設けられており、上記両吸気ポート１５，１６はそれぞれ第１、第２の吸気通路２０，２１に連通し、両吸気通路２０，２１は途中で吸気マニホールド２２に合流して、インタークーラ３の出口に接続している。インタークーラ３の入口は吸気管２５を介して可変型ターボ過給機２のコンプレッサ部２ａに接続し、該コンプレッサ部２ａの空気入口は空気取入管２６を介して外気に連通している。両排気ポート１７，１８はそれぞれ排気通路２８，２９に連通し、両排気通路２８，２９は途中で排気マニホールド２７に合流して可変型ターボ過給機２のタービン部２ｂに接続し、該タービン部２ｂの出口は外部に連通している。
【００２９】
吸気スワール可変装置４は、吸気通路１５，１６の一方、たとえば第２の吸気通路１６内に開度調節可能な開閉弁（バタフライ弁）３０を回動可能に備えており、この開閉弁３０をモータ等のアクチュエータ３１で駆動して開度を変更することにより、スワール比を変更できるようになっている。開閉弁３０が全開状態の時は、たとえばノーマル状態であって、通常使用する最小スワール比（たとえばスワール比＝２．２）となり、開閉弁３０を閉じるに従い吸気断面積が減少することによりスワール比が増加し、開閉弁３０が全閉状態の時は最大スワール比（たとえば３．０）となる。アクチュエータ３１はＥＣＵ５に電気的に接続し、ＥＣＵ５からの制御信号によりその動作が制御されるようになっている。
【００３０】
可変型ターボ過給機２は、吸気管２５に接続する前記コンプレッサ部２ａと排気マニホールド２７に接続するタービン部２ｂを備えており、図２に示すようにタービン部２ｂ内には、タービンの外周側にノズルを構成する多数の可変翼３２が配置されている。この可変翼３２の角度を調節することにより、図２に示す全開状態（流通面積最大状態）から図３に示す全閉（流通面積最小）に至るまで、ノズル開口面積を変更することができ、これによってタービン効率を制御し、ブースト圧を変更することが可能となる。たとえば上記全開状態をノーマル状態とすると、該ノーマル状態から可変翼開度を閉じ方向に制御することにより、ブースト圧を上昇させることができる。上記可変翼３２はアクチュエータ３３の駆動により角度が調整されるようになっており、該アクチュエータ３３は図１のＥＣＵ５に電気的に接続し、ＥＣＵ５からの制御信号によりその動作が制御されるようになっている。
【００３１】
[センサー類の配置]
図１には本願発明を実施するための各種センサーを記載してあるが、常に総てのセンサーを利用するものではなく、各発明の必要に応じて選択的に利用される。吸気スワール可変装置４のアクチュエータ３１には、開閉弁３０の開度を検出する開度センサー３５が内蔵されており、検出した開閉弁３５の開度をＥＣＵ５に入力できるようになっている。
【００３２】
可変型タービン過給機２の可変翼駆動用のアクチュエータ３３には、可変翼角度（ノズル開度）を検出する開度センサー３６が内蔵されており、可変翼３２の開度（角度）をＥＣＵ５に入力できるようになっている。
【００３３】
クランク軸３７又はクランク軸３７に固着されたフライホイールあるいはギヤ３８には、エンジン回転数センサー４０が配置され、検出したエンジン回転数ＮをＥＣＵ５に入力できるようになっている。
【００３４】
プロペラ軸８にはプロペラ回転数センサー４１が配置され、検出したプロペラ回転数をＥＣＵ５に入力すると共に、プロペラ軸８の正逆の回転方向も判別して入力できるようになっている。
【００３５】
アクセルレバー（レギュレータレバー）１０には、アクセル開度により燃料噴射量を検出するアクセル開度センサー４３が配置され、検出したアクセル開度（燃料噴射量）をＥＣＵ５に入力できるようになっている。燃料噴射量は基本的にはエンジン負荷に対応するので、アクセル開度センサー４３はエンジン負荷センサーの役割を果たしている。
【００３６】
空気取入管２６には吸気量センサー４４が配置され、検出した吸気量をＥＣＵ５に入力できるようになっており、吸気マニホールド２２（又は吸気管２５）にはブースト圧センサー（吸気圧センサー）４６が配置され、検出したブースト圧（吸気圧）をＥＣＵ５に入力するようになっている。また、排気タービン部２ｂの排気入口にはタービン入口圧センサー４５が配置され、検出したタービン入口圧をＥＣＵ５に入力するようになっている。
【００３７】
[エンジン負荷の増減及びエンジン回転数の増減に対する基本制御]
図１のＥＣＵ５内の記憶手段には、エンジン負荷の増減及びエンジン回転数の増減に対して、最適な運転状態（トルク及び燃焼）となるスワール比及びＶＧＴ２の可変翼開度（以下「ＶＧＴ開度」という。）のマップが予め記憶されており、図６及び図７にその一例を示してあり、このマップにしたがってスワール比及びＶＧＴ開度が制御される。
【００３８】
上記エンジン回転数Ｎは図１のエンジン回転数センサー４０により、パルス方式でクランク軸３７のギヤ３８等の回転数を検出するか、又はプロペラ回転数センサー４１によりプロペラ軸８の回転数を検出する。エンジン負荷は、アクセルレバー１０に設けられたアクセル開度センサー４３によりアクセル開度を検出し、燃焼噴射量に換算する。
【００３９】
図６はエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍに対するスワール比のマップであり、エンジン回転数Ｎの増加に応じてスワール比が減少し、エンジン回転数Ｎの減少に応じてスワール比が増加するように設定されると共に、所定のエンジン回転数Ｎｂより大きくなるとスワール比の上記比例制御を解除し、たとえばノーマル状態（開閉弁全開状態）とするように設定されている。エンジン負荷Ｍに関しては、エンジン負荷Ｍが増加するのに比例してスワール比が増加し、エンジン負荷Ｍが減少するのに比例してスワール比が減少するように設定されている。
【００４０】
図７はエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍに対するＶＧＴ開度のマップであり、エンジン回転数Ｎの増加に応じてＶＧＴ開度が開方向に変化することによりブースト圧を下げ、エンジン回転数Ｎの減少に応じてＶＧＴ開度が閉方向に変化することによりブースト圧を増加させるように設定されており、所定のエンジン回転数Ｎｂより大きくなるとＶＧＴ開度の上記比例制御を解除し、たとえばＶＧＴ開度全開のノーマル状態にもどるように設定されている。エンジン負荷Ｍに関しては、エンジン負荷Ｍの増加に比例してＶＧＴ開度を閉方向に変化させることによりブースト圧を上げ、エンジン負荷Ｍの減少に比例してＶＧＴ開度を開方向に変化させることによりブースト圧を下げるように設定されている。
【００４１】
図４はスワール比の可変の有無によるトルク特性の相違を示す図であり、実線で示す曲線Ａ1は、全回転速度域に亘って開閉弁３０が全開のノーマル状態（又は一定の大きな開度）に固定した場合のトルク特性であり、破線で示す曲線Ａ2は、全回転速度域に亘って上記開閉弁３０を比例制御した場合のトルク特性である。両曲線Ａ1，Ａ2を比較した場合、比例制御の曲線Ａ2では、前記所定の回転数Ｎｂより低い低速回転域では、開閉弁３０を比例制御してブースト圧を上げることによりエンジントルクを増加させることができ、一方、所定回転数Ｎｂを越えると、比例制御によりスワール比を上げても反対にエンジントルクが低下することになる。このため、前述のようにスワール比の比例制御は所定回転数Ｎｂ以下の低速回転域で行ない、所定回転数Ｎｂを越えると比例制御を解除し、ノーマル状態に戻すように設定してある。
【００４２】
図５はＶＧＴ開度の制御の有無によるトルク特性の相違を示す図であり、実線で示す曲線Ｂ1は、ＶＧＴ開度を全回転速度域に亘って全開のノーマル状態（又は一定の大きな開度）に固定した場合のトルク特性であり、破線で示す曲線Ｂ2は、全回転速度域に亘ってＶＧＴ開度を比例制御した場合のトルク特性である。両曲線Ｂ1，Ｂ2を比較した場合、全回転域に亘ってＶＧＴ開度の比例制御を行なった場合の曲線Ｂ2の方が、エンジントルクを増加させることができるが、所定回転数Ｎｂを越えた頃から、下段の燃費グラフに破線で示すように、燃費が増加し、コストの浪費となる。このため、前述のようにＶＧＴ開度の比例制御は所定回転数Ｎｂ以下の低速回転域で行ない、所定回転数Ｎｂを越えると、燃費向上のために、比例制御を解除し、ノーマル状態に戻すように設定してある。
【００４３】
[スワール比の可変制御とＶＧＴ開度の可変制御の先後関係]
上述のようにスワール比の可変制御とＶＧＴ開度の可変制御を行なうエンジンにおいて、本願発明では、エンジン回転数及びエンジン負荷の変化に対して、常にスワール比の可変制御を先行させ、その後、遅れてＧＶＴ開度の制御を行なうように設定する。
【００４４】
後から行なわれるＶＧＴ開度の制御は、たとえば、エンジン回転数及びエンジン負荷の変化に対して、スワール比制御から、予め設定された時間差Ｔ1を経過した後、実施する。その時の設定時間差Ｔ1は、あらかじめ記憶された各エンジン回転数及びエンジン負荷の最適値に自動的に近付くように設定されている。
【００４５】
図８はエンジン回転数（又はプロペラ回転数）の変化に対するスワール比及びＶＧＴ開度の制御フローを示しており、ステップＳ1において、エンジン回転数（又はプロペラ回転数）を検知し、ステップＳ2において、検出されたエンジン回転数Ｎが増加又は減少しているかを判別する。
【００４６】
ステップＳ2においてエンジン回転数の変化がない場合はステップＳ1に戻る。
【００４７】
ステップＳ2においてエンジン回転数Ｎが減少している場合は、ステップＳ3に進み、まず、スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御する。それからステップＳ4に進み、ＶＧＴ開度を閉方向に制御し、ブースト圧を増加させる。
【００４８】
ステップＳ2においてエンジン回転数Ｎが増加している場合は、ステップＳ5に進み、まず、スワール可変装置をスワール比減少方向に制御する。それからステップＳ6に進み、ＶＧＴ開度を開方向に制御し、ブースト圧を下げる。このようにエンジン回転数増加又はエンジン回転数の減少時に、応答性の早いスワール比制御を先行させることにより、過渡時における機関性能を良好に維持する。
【００４９】
なお、該実施の形態では、図８の制御フローは、前述の図４の説明から理解できるように、所定回転数Ｎｂより低速回転域での制御であり、高速回転域では、前述のように、スワール比及びＶＧＴ開度はいずれもノーマル状態に維持される。
【００５０】
図９はエンジン負荷の変化に対するスワール比及びＶＧＴ開度の制御フローを示しており、ステップＳ1において、エンジン負荷（アクセル開度、燃料噴射量）を検知し、ステップＳ2において、検出されたエンジン負荷Ｍが増加又は減少しているかを判別する。
【００５１】
ステップＳ2においてエンジン負荷が変化なしの場合はステップＳ1に戻る。
【００５２】
ステップＳ2においてエンジン負荷Ｍが減少している場合は、ステップＳ3に進み、まず、スワール可変装置をスワール比減少方向に制御する。それからステップＳ4に進み、ＶＧＴ開度を開方向に制御し、ブースト圧を低下させる。
【００５３】
ステップＳ2においてエンジン負荷が増加している場合は、ステップＳ5に進み、まず、スワール可変装置をスワール比増加方向に制御する。それからステップＳ6に進み、ＶＧＴ開度を閉方向に制御し、ブースト圧を上げる。
【００５４】
なお、図９の制御フローも、前述の図５の説明から理解できるように、所定回転数Ｎｂより低速回転域での制御であり、高速回転域でのスワール比及びＶＧＴ開度はいずれもノーマル状態に維持される。
【００５５】
図１０は、スワール比制御後、吸気量Ｑ、吸気圧（ブースト圧）又はＶＧＴ開度を検知して、予め設定されたマップの吸気量、吸気圧又はＶＧＴ開度と比較し、フィードバック制御する方法を加えた例である。
【００５６】
吸気量は図１の吸気量センサー４４で検知し、吸気圧は吸気圧センサー４６で検知し、ＶＧＴ開度はＶＧＴ開度センサー３６で検知する。
【００５７】
図１０の制御フロー図において、エンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍの変動に対し、ステップＳ1でまずスワール比を比例制御し、ステップＳ2に進み、スワール比制御から所定時間Ｔ1経過したか否かを判別し、ＮＯであればステップＳ1に戻り、ＹＥＳであれば、ステップＳ3に進んで、ＶＧＴ開度の比例制御を行なう。
【００５８】
ＶＧＴ開度の制御後、ステップＳ4に進み、検出された吸気量、吸気圧又はＶＧＴ開度とマップの値とを比較し、等しければいずれも適性値と判断し、ステップＳ5に進んで、スワール比制御及び／又はＶＧＴ開度制御を解除する。
【００５９】
ステップＳ4において、検出吸気量等がマップの値と異なっていれば、大小いずれの場合でもステップＳ3に戻り、ＶＧＴ開度制御を行なう。
【００６０】
このように、設定時間差Ｔ1による制御に加え、吸気量、吸気圧又はアクセル開度をフィードバックする制御を行なうことにより、一層、各運転状態に応じた最適な運転を行なうことができる。
【００６１】
図１１及び図１２は、急加速時における制御例である。図１１において、船舶用エンジンが通常運転時に使用する舶用ラインＣ１（破線）上の運転、またはエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍの急激な変動が伴わない運転領域Ｓ１内の運転においては、前述のようにスワール比制御及びＶＧＴ開度制御は、エンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷Ｍの変動に比例した制御を行なう。他方、急加速時においては、加速時作動ラインＣ３（仮想線）上を通るように変化するが、この変化に対して上記比例制御を適用すると、応答性が遅く、遅れが生じることになる。これに対して、本願発明では、急加速を検知し、急加速の判別と同時に、スワール可変装置を最大スワール比に切換えると共にＶＧＴ開度を全閉状態に切換えるように設定されている。すなわち、急加速時には、急加速の判別と同時に、スワール制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御からオンオフ制御に切換えるように設定されている。
【００６２】
急加速開始の判別手段としては、図１において、アクセルレバー１０のアクセル開度センサー４３を利用することができ、アクセルレバー１０の急加速操作時の角速度を検知し、予め設定された角速度の値を越えた時に、急加速と判別する。また別の急加速開始の判別手段としては、図１の吸気圧センサー４６を利用し、吸気圧、すなわちブースト圧とブースト圧マップ値との差が、予め設定された値を越えた時に、急加速と判別する。
【００６３】
また、該実施の形態では、急加速終了を判別して、上記オンオフ制御を解除するようにも設定されており、急加速終了の判別手段としては、図１のエンジン回転数センサー４０を利用し、定格回転数以下の予め設定されたエンジン回転数に達した時、たとえば定格回転数の７０％以上のエンジン回転数になった時に、急加速終了と判別する。別の急加速終了の判別手段としては、図１の吸気圧センサー４６を利用し、吸気圧、すなわちブースト圧とブースト圧マップ値との差が、予め設定された範囲内に入った時に、急加速終了と判別する。さらに別の急加速終了判別手段としては、定常運転状態が、予め設定された時間継続するのを認識した場合に、急加速終了を判別する。
【００６４】
図１２は制御フローを示しており、ステップＳ1において、前記いずれかの急加速の判別手段により、急加速を開始したか否かを判別し、ＮＯの場合には、ステップＳ5に進み、スワール比及びＶＧＴ開度を、比例制御する。
【００６５】
ステップＳ1において、急加速の開始を判別した場合には、ステップＳ2に進み、まず、スワール可変装置をオンオフ制御することにより、一気にスワール比を最大に制御し、その後、ステップＳ3に進み、ＶＧＴ開度もオンオフ制御することにより、一気にＶＧＴ開度を全閉に制御することにより、ブースト圧を最大に上げる。
【００６６】
上記急加速時の制御後、ステップＳ4に進み、急加速終了の判別手段により、加速が終了したか否かを判別し、加速が終了した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ5に進み、スワール比制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御に戻す。
【００６７】
ステップＳ4でＮＯの場合、すなわち急加速が終了していない場合には、ステップＳ1に戻る。
【００６８】
また、上記のように、急加速時にスワール比及びＶＧＴ開度をオンオフ制御に切換えた場合に、急加速時の回転数増加に伴い、ＶＧＴ開度全閉によりブースト圧が速やかに増加し、図１３の破線の曲線Ｄ2ようにブースト圧が、予め設定された設定ブースト圧Ｐnに対して所定差(Ｐn−Ｐn1)内に近づいた時に、それを検知し、ＶＧＴ開度を開方向に制御し、仮想線で示す曲線Ｄ3のように、ブースト圧の増加を設定（許容）ブースト圧Ｐn以下に抑える制御を行なうことも可能である。
【００６９】
図１３において、実線で示す曲線Ｄ1は、ＶＧＴ開度を全開に固定した場合のの変化であり、これに対して破線の曲線Ｄ2は、前述のようにＶＧＴ開度全閉によりブースト圧を速やかに増加させた場合の曲線であり、曲線Ｄ2においてブースト圧がＰn1まで達した時に、ＶＧＴ開度を開方向に制御して、仮想線Ｄ3のようにブースト圧の超過等を防ぎ、シリンダが傷むのを防止できるようにする。ちなみに、ブースト圧Ｐn１においてＶＧＴ開度の開制御をしない場合は、ブースト圧は破線の曲線Ｄ2の延長のように、設定ブースト圧Ｐnを越えることになり、これはタービン入口圧力の異常増加も招き、ＶＧＴに悪影響を与える。
【００７０】
[ プロペラの逆回転時の制御 ]
図１４はプロペラを逆回転させた場合における制御例である。プロペラ逆転判別手段を利用し、プロペラが逆転した場合に、この逆転を検知し、逆転と同時に、スワール可変装置をオンオフ制御に切換えて一気に最大スワール比にすると共に、ＶＧＴ開度もオンオフ制御に切換えて全閉状態とするように設定されている。すなわち、アスターン時等のように、逆転に切換えた時に急激に大きな負荷がかかる場合に、スワール制御及びＶＧＴ開度制御を、比例制御からオンオフ制御に切換えるように設定する。
【００７１】
また、該実施の形態では、逆転終了判別により、逆転が終了した時に上記オンオフ制御を解除するように設定されている。
【００７２】
プロペラ逆転の判別手段及び終了判別手段としては、図１において、たとえば減速逆転機７の変速レバー９を利用することができ、変速レバー９のリバース位置を検知することにより、逆転を判別し、リバース位置以外の位置を検知することにより、逆転終了を判別する。別のプロペラ逆転及び終了判別手段としては、プロペラ軸８のプロぺラ回転数センサー４１を利用でき、プロペラ軸８の逆転や正転を検知する。さらに逆転プロペラ逆転終了判別装置としては、エンジン回転数センサー４０を利用し、定格回転数以下の予め設定された回転数に達した時、たとえば定格回転数の７０％以上の回転数になった時に、逆転終了と判別することもできる。
【００７３】
図１４は逆転時における制御フローを示しており、ステップＳ1において、前記任意のプロペラ逆転判別手段により、プロペラが逆転したか否かを判別し、逆転していない場合には、ステップＳ5に進み、スワール比及びＶＧＴ開度を、比例制御する。
【００７４】
ステップＳ1において、プロペラが逆転していると判別した場合には、ステップＳ2に進み、まず、スワール可変装置をオンオフ制御することにより、スワール比を最大に制御し、その後、ステップＳ3に進み、ＶＧＴ開度もオンオフ制御することにより、ＶＧＴ開度を全閉に制御し、ブースト圧を最大に上げる。
【００７５】
逆転制御後、ステップＳ4に進み、逆転終了判別手段により、プロペラの逆転が終了したか否かを判別し、終了した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ5に進み、スワール比制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御に戻す。ステップＳ4でＮＯの場合、すなわち逆転が終了していない場合には、ステップＳ1に戻る。
【００７６】
【その他の発明の実施の形態】
（１）本願発明は前述のように舶用エンジンに適したものであるが、舶用エンジン以外のエンジンであって、特に、エンジン回転数及びエンジン負荷の変動が激しい状況で使用されるエンジンに適用しても、十分に効果を発揮することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本願発明によると次のような利点がある。
（１）エンジンが、あるエンジン回転数及び／又はある負荷状態から他の状態に変化する場合に、ＶＧＴ制御では、応答の遅れにより、いわゆるターボラグが生じ、黒煙の発生や加速性の低下の原因になり易いが、本願発明のように、応答性の高いスワール比制御を組み合わせると共に、このスワール比制御をＶＧＴ開度の制御に先行して行なうようにすることにより、エンジン回転数及びエンジン負荷等の状態変化に対して速やかに応答でき、エンジンの運転状態の過渡時における機関性能を維持し、黒煙の発生や加速性の低下を回避することができる。
【００７８】
（２）スワール比及び／又はＶＧ開度の制御を、エンジン回転数及び／又は負荷の変化に応じて行なうことにより、たとえば低速回転域において、エンジン負荷の増加に応じてスワール比を増加させると共にＶＧＴ開度を閉じ方向に制御し、エンジン回転数の増加に応じてスワール比を減少させると共にＶＧＴ開度を開方向に制御することにより、運転条件を燃費や排ガスに対して最適に制御することができる。
【００７９】
（３）舶用ライン上の運転等、通常運転時において、先行するスワール比制御と後続のＶＧＴ開度制御とを、予め設定された最適の時間差で制御することにより、簡単な制御プログラムで上記（２）項等の制御を行なうことができる。
【００８０】
（４）上記時間差設定に加え、あるいはそれとは別に、先行するスワール比制御と後続のＶＧＴ開度制御を、実際の吸気量、吸気圧等の検出値に基づいてフィードバック制御するようにすると、燃費、排ガス及び騒音を、より効果的に改善することができる。
【００８１】
（５）エンジン回転数及び／又はエンジン負荷の変化に対応するスワール比及びＶＧＴ開度の制御を、所定のエンジン回転数を越えた場合に解除することにより、言いかえれば、所定の回転数以下の低速回転域のみで上記制御を行なうようにすることにより、低速及び高速のいずれの回転数域においても、それぞれ最適な条件での運転を可能とすることができる。
【００８２】
（６）急加速の場合に、比例制御では燃料の増加に比べてブースト圧の上昇が遅く、シリンダ内に酸素不足が生じて黒煙発生の原因となり得るが、本願発明では、急加速の場合に、スワール比及びＶＧＴ開度の制御を、共にオンオフ制御に切換え、急加速の判別と同時に、最大スワール比及びＶＧＴ開度全閉状態に制御することにより、前記比例制御又はフィードバック制御に比べて、酸素不足の時間を短縮することができ、黒煙の発生及び加速性の低下を抑制することができる。
【００８３】
（７）また、上記効果（６）で説明した急加速時の制御に加え、急加速終了を判別して、元の比例制御又はフィードバック制御に戻すようにすると、急加速後の通常運転において、その運転状態における最適なスワール比及びＶＧＴ開度へと制御できる。
【００８４】
（８）また、急加速時に、回転数増加に伴い、ブースト圧が、予め設定された設定ブースト圧に所定差内に近づいた場合に、それを検知して、ＶＧＴ開度を開方向に制御するようにすると、ブースト圧の超過（あるいはタービン入口圧力の異常増加）を防ぎ、シリンダが傷むのを防止できる。
【００８５】
（９）船舶には、通常、プロペラを逆転可能な減速逆転機が装備されており、船舶の姿勢操作のために、いわゆるアスターンが頻繁に使用され、このアスターン時には、無負荷の状態から突然大きな負荷が投入されることになり、トルク不足に陥り易いが、本願発明のように、プロペラ逆転時に、大きな負荷が投入されると同時に、スワール比及びＶＧＴ開度の制御を、共にオンオフ制御に切換え、最大スワール比及びＶＧＴ開度全閉状態に制御すると、速やかにトルクが増加し、アスターン時のエンスト及び黒煙の発生を回避あるいは抑制できる。
【００８６】
（１０）また、アスターンが行なわれた時に、定格回転数以下の予め設定された回転数の達した時、たとえば定格回転数の７０％以上の回転数になった時に、逆転終了と判断し、スワール比制御及びＶＧＴ開度制御を比例制御に戻すようにすると、ブースト圧の超過（あるいはタービン入口圧力の異常増加）を防ぎ、シリンダが傷むのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の制御方法を実施するための可変型ターボ過給機付舶用エンジンの概略図である。
【図２】 可変型ターボ過給機の一例を示しており、可変翼全開時の断面略図である。
【図３】 図２と同じ可変型ターボ過給機であって、可変翼全閉時の断面略図である。
【図４】 可変スワール比の効果を示すトルク特性線図である。
【図５】 ＶＧＴの効果を示すトルク特性線図である。
【図６】 エンジン回転数及び負荷の変化に対して本願発明にしたがって制御されるスワール比の変化を示すマップの一例である。
【図７】 エンジン回転数及び負荷の変化に対して本願発明にしたがって制御されるＶＧＴ開度の変化を示すマップの一例である。
【図８】 エンジン回転数の変化に対する本願発明による制御を示すフロー図である。
【図９】 エンジン負荷の変化に対する本願発明による制御を示すフロー図である。
【図１０】 スワール比及びＶＧＴ開度の所定時間差制御及び吸気量等によるフィードバック制御を加えた場合のフロー図である。
【図１１】 急加速の場合の制御を示す図である。
【図１２】 急加速時の場合の制御を示すフロー図である。
【図１３】 急加速時における上記制御に加え、ブースト圧超過を防ぐ制御を示す図である。
【図１４】 プロペラ逆転時の制御を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 可変型ターボ過給機
４ スワール可変装置
５ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
７ 減速逆転機
８ プロペラ軸
９ 変速レバー
１０ スロットルレバー
１１ シリンダ
１５，１６ 吸気ポート
２０，２１ 吸気通路
３０ スワール可変装置の開閉弁
３５ スワール可変装置の開度センサー
３６ 可変型ターボ過給機の開度センサー
３７ クランク軸
４０ エンジン回転数センサー
４１ プロペラ軸回転数センサー
４３ アクセル開度センサー（噴射量検知センサー）
４４ 吸気量センサー
４５ タービン入口圧センサー
４６ ブースト圧センサー
Claims (7)
- 可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比が変更可能な吸気スワール可変装置を備えたエンジンの吸気制御方法において、
可変型ターボ過給機の可変翼閉方向への制御に先行して、吸気スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御し、
エンジン回転数を検出し、エンジン回転数の増加に伴い、吸気スワール可変装置を吸気スワール比減少方向に制御すると共に可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御し、
通常運転時には、スワール比制御は回転数に対応した比例制御とし、急加速時には、急加速の検知と同時にスワール比制御をオンオフ制御に切換えて最大スワール比とすることを特徴とするエンジンの吸気制御方法。 - 請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、
急加速の判別手段として、レギュレータ操作部材の変位動作の加速度を検知し、所定値以上の加速度で変位動作が行なわれるのを検知することにより、急加速と判別し、スワール比制御をオンオフ制御に切換えることを特徴とするエンジンの吸気制御方法。 - 請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、
急加速の検知により最大スワール比となった後、機関回転数が所定回転数以上になった時点でスワール比制御を比例制御に変更することを特徴とするエンジンの吸気制御方法。 - 請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、
急加速の検知により最大スワール比となった後、急加速終了と認識した時点で比例制御に変更することを特徴とするエンジンの吸気制御方法。 - 請求項１記載のエンジンの吸気制御方法において、
急加速時、回転数増加に伴い、設定許容ブースト圧とブースト圧の差が一定値以内になった時に、可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御することを特徴とするエンジンの吸気制御方法。 - 可変翼の開度を変更することによりタービンへの排気流通断面積を変化させる可変型ターボ過給機と、吸気スワール比が変更可能な吸気スワール可変装置を備えた舶用エンジンの吸気制御方法において、
可変型ターボ過給機の可変翼閉方向への制御に先行して、吸気スワール可変装置を、スワール比増加方向に制御し、
エンジン回転数を検出し、エンジン回転数の増加に伴い、吸気スワール可変装置を吸気スワール比減少方向に制御すると共に可変型ターボ過給機を可変翼開方向に制御し、
通常運転時には、スワール比制御はエンジン回転数に対応した比例制御とし、変速装置をリバース位置に変更した時あるいはプロペラの逆回転を認識した時に、スワール比制御をオンオフ制御に切換えて最大スワール比とすると共に可変型ターボ過給機を全閉方向に制御することを特徴とする舶用エンジンの吸気制御方法。 - 請求項６記載のエンジンの吸気制御方法において、
最大スワール比となった後、機関回転数が所定回転数以上になった時点で比例制御に変更することを特徴とするエンジンの吸気制御方法。
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