JP4452163B2

JP4452163B2 - 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

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Publication number: JP4452163B2
Application number: JP2004336335A
Authority: JP
Inventors: 浩之遠藤; 裕巳下田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006144671A

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、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、エンジン吸気通路中の吸気圧力を検出する吸気圧力センサと、前記吸気通路中の吸気温度を検出する吸気温度センサと、前記吸気圧力及び吸気温度の検出値に基づき前記エンジン吸気通路よりのエンジン吸気量を算出する吸気量算出部と、前記吸気量算出部より得たエンジン吸気通路よりのエンジン吸気量とエンジン回転数の検出値に基づきエンジン出力を算出するエンジン出力算出部と、前記エンジン出力算出部で算出したエンジン出力とエンジン回転数に基づきウェストゲートの作動を判断する作動判断部と、前記ウェストゲートバルブの開度を制御するウェストゲートバルブコントローラとを備え、前記ウェストゲートバルブコントローラは、前記作動判断部で検知した前記エンジン出力とエンジン回転数に基づき、前記作動判断部にてエンジンの高負荷、高回転運転状態の有無を判断し、該高負荷、高回転運転時にウェストゲートバルブの開度制御を許容させ、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。

かかる発明において、具体的には次のように構成する。
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。

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、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、エンジン吸気通路中の吸気圧力を検出する吸気圧力センサと、前記吸気通路中の吸気温度を検出する吸気温度センサと、前記吸気圧力及び吸気温度の検出値に基づき前記エンジン吸気通路よりのエンジン吸気量を算出する吸気量算出部と、前記吸気量算出部より得たエンジン吸気量とエンジン回転数の検出値に基づきエンジン出力を算出するエンジン出力算出部と、前記エンジン出力算出部で算出したエンジン出力とエンジン回転数に基づきウェストゲートの作動を判断する作動判断部と、前記ウェストゲートバルブの開度を制御するウェストゲートバルブコントローラとを用意し、前記ウェストゲートバルブコントローラにより、前記作動判断部で検知した前記エンジン出力とエンジン回転数に基づき、前記作動判断部にてエンジンの高負荷、高回転運転状態の有無を判断し、該高負荷、高回転運転時にウェストゲートバルブの開度制御を許容させ、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させることを特徴とする。

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。

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。

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。

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で前記吸入温度を検出し、この吸入温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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）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例（参考例）の場合は前記第３例（参考例）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例（参考例）を示す図１対応図である。本発明の第４例（参考例）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例（参考例）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。

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

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、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、
エンジン吸気通路中の吸気圧力を検出する吸気圧力センサと、
前記吸気通路中の吸気温度を検出する吸気温度センサと、
前記吸気圧力及び吸気温度の検出値に基づき前記エンジン吸気通路よりのエンジン吸気量を算出する吸気量算出部と、
前記吸気量算出部より得たエンジン吸気通路よりのエンジン吸気量とエンジン回転数の検出値に基づきエンジン出力を算出するエンジン出力算出部と、
前記エンジン出力算出部で算出したエンジン出力とエンジン回転数に基づきウェストゲートの作動を判断する作動判断部と、
前記ウェストゲートバルブの開度を制御するウェストゲートバルブコントローラとを備え、
前記ウェストゲートバルブコントローラは、前記作動判断部で検知した前記エンジン出力とエンジン回転数に基づき、前記作動判断部にてエンジンの高負荷、高回転運転状態の有無を判断し、該高負荷、高回転運転時にウェストゲートバルブの開度制御を許容させ、
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。
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、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、
エンジン吸気通路中の吸気圧力を検出する吸気圧力センサと、
前記吸気通路中の吸気温度を検出する吸気温度センサと、
前記吸気圧力及び吸気温度の検出値に基づき前記エンジン吸気通路よりのエンジン吸気量を算出する吸気量算出部と、
前記吸気量算出部より得たエンジン吸気量とエンジン回転数の検出値に基づきエンジン出力を算出するエンジン出力算出部と、
前記エンジン出力算出部で算出したエンジン出力とエンジン回転数に基づきウェストゲートの作動を判断する作動判断部と、
前記ウェストゲートバルブの開度を制御するウェストゲートバルブコントローラとを用意し、
前記ウェストゲートバルブコントローラにより、前記作動判断部で検知した前記エンジン出力とエンジン回転数に基づき、前記作動判断部にてエンジンの高負荷、高回転運転状態の有無を判断し、該高負荷、高回転運転時にウェストゲートバルブの開度制御を許容させ、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させ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。