JP6298744B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明はエンジンに関する。詳しくは過給機付きエンジンに関する。 The present invention relates to an engine. Specifically, it relates to a turbocharged engine.
従来、過給機付きのエンジンにおいて、各気筒のうち同位相の気筒からなる複数の気筒群に独立した排気マニホールドをそれぞれ設けて動圧過給を行うエンジンが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine with a supercharger, an engine that performs dynamic pressure supercharging by providing independent exhaust manifolds to a plurality of cylinder groups composed of cylinders in the same phase among the cylinders is known.
このようなエンジンにおいて、高速域での燃費を改善するために、各排気マニホールドが開閉弁を介して連通されたエンジンが公知である。このエンジンは、開閉弁を開状態にすることで動圧過給方式の排気マニホールドを静圧方式の排気マニホールドに変更可能に構成されたものである。これにより、エンジンは、排気マニホールド同士が連通されて実質の配管径を大きくすることで熱損失による燃費悪化を抑制することができる。例えば、特許文献1に記載の如くである。
In such an engine, in order to improve fuel efficiency in a high speed range, an engine in which each exhaust manifold is communicated via an on-off valve is known. This engine is configured so that a dynamic pressure supercharging exhaust manifold can be changed to a static pressure exhaust manifold by opening an on-off valve. Thereby, the engine can suppress deterioration in fuel consumption due to heat loss by communicating the exhaust manifolds and increasing the actual pipe diameter. For example, as described in
特許文献1に記載のエンジンは、エンジン回転速度とエンジン負荷との関係から設定されている低速低負荷の弁閉領域と高速高負荷の弁開領域とに基づいて全ての開閉弁が開状態と閉状態とのどちらか一方の状態に制御される。しかし、運転状態に応じて全ての開閉弁を開状態または閉状態にする制御態様では、定常状態における低速回転時の過給機の応答性向上と高速回転時のエンジンの燃費向上、および過渡状態における過給機の応答性の向上を両立させることが難しい場合があった。
In the engine described in
本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、定常状態における低速回転時の過給機の応答性向上と高速回転時のエンジンの燃費向上、および過渡状態における過給機の応答性の向上を両立させることができるエンジンの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and improves the responsiveness of the turbocharger during low-speed rotation in the steady state, improves the fuel consumption of the engine during high-speed rotation, and the response of the supercharger in the transient state. An object of the present invention is to provide an engine capable of achieving both improvement in performance.
即ち、本発明においては、過給機と過給機回転速度検出手段を備え、複数の排気マニホールドが過給機にそれぞれ接続されているエンジンであって、過給機に各排気マニホールドが連結管によってそれぞれ連結され、連結管には排気マニホールドを独立した状態にする開閉弁が設けられ、エンジンの回転数毎にエンジンの負荷率における第一基準値と第二基準値とが設定され、負荷率が第一基準値未満の場合、全ての開閉弁を閉状態にし、負荷率が第一基準値以上であって第二基準値未満の場合、一部または全ての開閉弁を開状態にし、負荷率が第二基準値以上の場合、全ての開閉弁を開状態にし、過給機回転速度検出手段が検出する過給機回転速度に基づいて開閉弁の開度を補正し、前記負荷率の単位時間当たりの増減値が基準値以上かつ前記過給機回転速度が基準速度以上の場合、全ての前記開閉弁を閉状態するとともに過給機回転速度に基づいて閉状態の開閉弁の開度を補正するものである。 That is, in the present invention, the engine is provided with a supercharger and a supercharger rotation speed detecting means, and a plurality of exhaust manifolds are connected to the supercharger, respectively, and each exhaust manifold is connected to the supercharger by a connecting pipe. The connection pipe is provided with an open / close valve that makes the exhaust manifold independent, and the first reference value and the second reference value for the engine load factor are set for each engine speed. Is less than the first reference value, all on-off valves are closed, and if the load factor is greater than or equal to the first reference value and less than the second reference value, some or all of the on-off valves are opened and the load When the rate is equal to or greater than the second reference value, all the on-off valves are opened, the opening degree of the on-off valve is corrected based on the supercharger rotation speed detected by the supercharger rotation speed detection means , and the load factor Increase / decrease value per unit time is over the standard value and If serial supercharger rotational speed is equal to or higher than the reference speed, and corrects the opening degree of the on-off valve in a closed state based on all of the on-off valve in the turbocharger rotational speed as well as the closed state.
本発明においては、前記負荷率の単位時間当たりの増減値が基準値以上かつ前記過給機回転速度が基準速度未満の場合、全ての前記開閉弁を閉状態するとともに前記過給機の減速時に過給機回転速度に基づいて閉状態の開閉弁の開度を補正するものである。 In the present invention, when the increase / decrease value per unit time of the load factor is not less than a reference value and the turbocharger rotational speed is less than the reference speed, all the on-off valves are closed and the turbocharger is decelerated. The opening degree of the open / close valve in the closed state is corrected based on the supercharger rotation speed.
本発明においては、前記負荷率の単位時間当たりの増減値が基準値未満かつ前記過給機回転速度が基準速度以上の場合、前記過給機の加速時に過給機回転速度に基づいて開状態の前記開閉弁の開度を補正するものである。 In the present invention, when the increase / decrease value per unit time of the load factor is less than a reference value and the turbocharger rotation speed is greater than or equal to a reference speed, the load ratio is opened based on the turbocharger rotation speed when the turbocharger is accelerated. The opening of the on-off valve is corrected.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
即ち、本発明によれば、過給機の運転状態を考慮しつつエンジンの負荷率に基づいて過給機に供給される排気の圧力状態が変更される。これにより、定常状態における低速回転時の過給機の応答性向上と高速回転時のエンジンの燃費向上、および過渡状態における過給機の応答性の向上を両立させることができる。 That is, according to the present invention, the pressure state of the exhaust gas supplied to the supercharger is changed based on the load factor of the engine while considering the operating state of the supercharger. As a result, it is possible to achieve both improvement of the responsiveness of the supercharger during low-speed rotation in the steady state, improvement of the fuel consumption of the engine during high-speed rotation, and improvement of the responsiveness of the supercharger in the transient state.
即ち、本発明によれば、過給機の脈動が予想される高速回転時において排気の圧力変動がなまり過給機の脈動が抑制される。これにより、高速回転時のエンジンの燃費を向上させることができる。 That is, according to the present invention, the exhaust gas pressure fluctuation is reduced at the time of high-speed rotation where the pulsation of the supercharger is expected, and the pulsation of the supercharger is suppressed. Thereby, the fuel consumption of the engine at the time of high speed rotation can be improved.
始めに、図1から図3を用いて、本発明の第一実施形態に係る過給機3を備えるエンジン1について説明する。
First, the
図1に示すように、エンジン1は、ディーゼルエンジンであり、本実施形態においては、八つの気筒を有する直列八気筒エンジンである。なお、本実施形態において、一つの段過給機3を具備する直列八気筒エンジンとしたがこれに限定されるものではなく、過給機3を具備する直列六気筒エンジン等、過給機3を具備する多気筒エンジンであればよい。
As shown in FIG. 1, the
エンジン1は、外部の空気と燃料噴射弁15から供給される燃料とを各気筒1aの内部において混合して燃焼させることで出力軸を回転駆動させる。エンジン1は、外気を取り入れる吸気装置2と排気を外部に排出する排気装置7を具備する。また、エンジン1は、エンジン回転速度検出センサー14、燃料噴射弁15の噴射量検出センサー16、過給機回転速度検出センサー17および制御装置であるECU18を具備する。
The
吸気装置2は、過給機3のコンプレッサ部3a、給気管4、インタークーラー5、給気マニホールド6、を具備している。
The
過給機3は、排気の排気圧を駆動源として吸気を加圧圧縮するものである。過給機3は、コンプレッサ部3aとタービン部3bとを備えている。
The supercharger 3 compresses and compresses the intake air using the exhaust pressure of the exhaust as a drive source. The
過給機3のコンプレッサ部3aは、吸気を加圧圧縮するものである。コンプレッサ部3aは、連結軸3cによってタービン部3bと連結される。コンプレッサ部3aは、タービン部3bからの回転動力が連結軸3cを介して伝達可能に構成されている。コンプレッサ部3aは、給気管4を介してインタークーラー5が接続されている。
The
インタークーラー5は、給気を冷却するものである。インタークーラー5は、図示しない冷却水ポンプによって供給される冷却水と加圧された吸気(以下、加圧後の吸気を給気と記す)との間で熱交換を行うことで給気を冷却する。インタークーラー5は、給気マニホールド6が接続されている。
The
給気マニホールド6は、給気をエンジン1の各気筒1aに分配するものである。給気マニホールド6は、エンジン1の各気筒に接続されている。給気マニホールド6は、エンジン1の各気筒1aにインタークーラー5で冷却された給気が供給可能に構成されている。
The
排気装置7は、排気マニホールド8・9・10・11、過給機3のタービン部3bを具備している。
The exhaust device 7 includes
排気マニホールド8・9・10・11は、エンジン1の同位相の気筒からなる4つの気筒群(本実施形態において第1、第8気筒と、第2、第7気筒と、第3、第6気筒と、第4、第5気筒)に排気マニホールド8・9・10・11がそれぞれ独立して接続されている。つまり、排気マニホールド8は第1、第8気筒からの排気を、排気マニホールド9は第2、第7気筒からの排気を、排気マニホールド10は第3、第6気筒からの排気を、排気マニホールド11は第4、第5気筒からの排気を、合わせて排気する。
The
図2に示すように、排気マニホールド8・9・10・11には、端部(一側端部)に連結管12(網掛け部分)が着脱自在に連結されている。また、排気マニホールド8・9・10・11は、他側端部に過給機3が接続されている。
As shown in FIG. 2, a connecting pipe 12 (shaded portion) is detachably connected to an end portion (one side end portion) of the
連結管12は、屈曲管12a、開閉弁12b、分岐管12c、開閉弁12d、分岐管12e、開閉弁12fおよび延長管12gから構成されている。屈曲管12a、開閉弁12b、分岐管12c、開閉弁12d、分岐管12e、開閉弁12fおよび延長管12gは、排気マニホールド8・9・10・11に加え、互いに着脱可能に構成されている。このように構成されていることにより、連結管12は、3以上の独立した排気マニホールドを互いに連結可能に構成されている。
The connecting pipe 12 includes a
隣り合う排気マニホールド8と排気マニホールド9とは、排気マニホールド8の一側端部に屈曲管12aの一側端部が連結され、屈曲管12aの他側端部に開閉弁12b、分岐管12cを介して排気マニホールド9が連結されている。隣り合う排気マニホールド9と排気マニホールド10とは、排気マニホールド9に連結されている分岐管12cに開閉弁12d、分岐管12eを介して排気マニホールド10が連結されている。隣り合う排気マニホールド10と排気マニホールド11とは、排気マニホールド10に連結されている分岐管12eに開閉弁、延長管12gを介して排気マニホールド11が連結されている。つまり、排気マニホールド8・9・10・11は、連結管12によって互いに連結されている。
In the
このように構成することで、排気マニホールド8・9・10・11は、一側端部同士が連結管12で連結されている。つまり、連結管12が各排気マニホールド8・9・10・11の一側端部に集中的に配置されている。このように構成することで、排気装置7は、連結管12の着脱や開閉弁12b、開閉弁12dおよび開閉弁12fのメンテナンスが容易な構成で動圧過給方式と静圧過給方式とに切り替え可能な排気マニホールド8・9・10・11を構成することができる。
With this configuration, the
図1と図2とに示すように、過給機3のタービン部3bは、排気の圧力によって回転動力を発生させるものである。タービン部3bは、連結軸3cによってコンプレッサ部3aと連結されコンプレッサ部3aに回転動力を伝達可能に構成されている。タービン部3bは、排気マニホールド8・9・10・11が接続されている。また、タービン部3bは、排気管13を介して外部に連通されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
以上より、吸気装置2は、上流側(外部)から過給機3のコンプレッサ部3a、給気管4、インタークーラー5、給気マニホールド6が順に接続されている。また、排気装置7は、上流側(エンジン1)から排気マニホールド8・9・10・11、過給機3のタービン部3b、排気管13が順に接続されている。
As described above, in the
排気装置7は、全ての開閉弁12b・12d・12fを閉状態にした場合、排気マニホールド8・9・10・11がそれぞれ独立して過給機3のタービン部3bに接続される。これにより、排気装置7は、動圧過給方式に対応した排気マニホールドが構成される。
In the exhaust device 7, when all the on-off
排気装置7は、一部の開閉弁12b・12fを開状態にした場合、排気マニホールド8と排気マニホールド9とが連通され、排気マニホールド10と排気マニホールド11とが連通される。つまり、連通された排気マニホールド8・9と連通された排気マニホールド10・11とが独立して過給機3のタービン部3bに接続される。これにより、排気装置7は、二組の静圧過給方式に対応した排気マニホールド8・9と排気マニホールド10・11とが構成される。
In the exhaust device 7, when some of the on-off
排気装置7は、一部の開閉弁12b・12dを開状態にした場合、排気マニホールド8と排気マニホールド9と排気マニホールド10とが連通される。つまり、連通された排気マニホールド8・9・10と排気マニホールド11とが独立して過給機3のタービン部3bに接続される。これにより、排気装置7は、静圧過給方式に対応した排気マニホールド8・9・10と動圧過給方式に対応した排気マニホールド11とが混在して構成される。
In the exhaust device 7, the
排気装置7は、全ての開閉弁を開状態にした場合、排気マニホールド8・9・10・11が連通された状態で過給機3のタービン部3bに接続される。すなわち、排気装置7は、静圧過給方式に対応した排気マニホールド8・9・10・11が構成される。
The exhaust device 7 is connected to the
吸気装置2において、外部の空気(吸気)は、過給機3のコンプレッサ部3aによって吸入されるとともに加圧圧縮される。この際、吸気は、加圧圧縮されることにより圧縮熱が発生し温度が上昇する。コンプレッサ部3aで加圧圧縮された吸気は、過給機3から給気として排出される。
In the
過給機3から排出された給気は、給気管4を介してインタークーラー5に供給される。インタークーラー5に供給された給気は、冷却された後に給気マニホールド6を介してエンジン1に供給される。
The supply air discharged from the
排気装置7において、エンジン1からの排気は、排気マニホールド8・9・10・11を介して過給機3のタービン部3bに供給される。タービン部3bは、排気によって回転される。タービン部3bの回転動力は、連結軸3cを介してコンプレッサ部3aに伝達される。タービン部3bに供給された排気は、排気管13、図示しない浄化装置等を介して外部に排出される。
In the exhaust device 7, the exhaust from the
次に、図3を用いて、エンジン1の制御構成について説明する。
Next, the control configuration of the
図3に示すように、エンジン回転速度検出センサー14は、エンジン1のエンジン回転数であるエンジン回転速度Nを検出するものである。エンジン回転速度検出センサー14は、センサーとパルサーとから構成され、エンジン1の出力軸に設けられる。なお、本実施形態において、エンジン回転速度検出センサー14をセンサーとパルサーとから構成しているが、エンジン回転速度Nを検出することができるものであればよい。
As shown in FIG. 3, the engine rotation
噴射量検出センサー16は、燃料噴射弁15から噴射される燃料の噴射量Fを検出するものである。噴射量検出センサー16は、図示しない燃料供給管の途中部に設けられる。噴射量検出センサー16は、流量センサーから構成される。なお、本実施形態において、噴射量検出センサー16を流量センサーで構成しているがこれに限定するものでなく、燃料の噴射量Fを検出できるものであればよい。
The injection
過給機回転速度検出センサー17は、過給機3の過給機回転速度NT(n)を検出するものである。過給機回転速度検出センサー17は、図示しないコンプレッサケーシングに取り付けられる。過給機回転速度検出センサー17は、筐体の内部に磁界を発生する図示しないコイルを有する。過給機回転速度検出センサー17は、コイルが発生する磁界を図示しない過給機3のブレードが通過した際に発生するインダクタンスの変化によって、ブレードの通過を検出する。つまり、過給機回転速度検出センサー17は、ブレードが通過した際に発生するインダクタンスの変化によって過給機回転速度NT(n)を検出する。なお、本実施形態において、過給機回転速度検出センサー17は、第2タービン部11の過給機回転速度NT(n)を検出することができるものであればよい。ここで、過給機回転速度NT(n)は、n番目に取得した過給機回転速度NTを言う。
The supercharger rotational
ECU18は、エンジン1を制御するものである。具体的には、エンジン1本体や開閉弁12b・12d・12fを制御する。ECU18には、エンジン1の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。ECU18は、CPU、ROM、RAM、HDD等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのLSI等からなる構成であってもよい。
The
ECU18は、エンジン回転速度検出センサー14に接続され、エンジン回転速度検出センサー14が検出するエンジン回転速度Nを取得することが可能である。
The
ECU18は、燃料噴射弁15と接続され、燃料噴射弁15を制御することが可能である。
The
ECU18は、噴射量検出センサー16に接続され、噴射量検出センサー16が検出する噴射量Fを取得することが可能である。
The
ECU18は、排気マニホールド8・9・10・11の開閉弁12b・12d・12fに接続され、開閉弁12b・12d・12fの開閉状態を制御することが可能である。
The
ECU18は、過給機回転速度検出センサー17に接続され、過給機回転速度検出センサー17が検出する過給機回転速度NT(n)を取得することが可能である。
The
ECU18には、取得したエンジン回転速度Nと取得した噴射量Fとに基づいてエンジン1の出力トルクTを算出するための出力トルクマップM1が格納される。さらに、ECU18には、取得したエンジン回転速度Nと算出した出力トルクTとに基づいてエンジン1の負荷率L(n)を算出するための負荷率算出マップM2が格納される。ここで、負荷率L(n)は、n番目に算出した負荷率Lを言う。さらに、ECU18には、取得したエンジン回転速度Nと算出した負荷率L(n)に基づいてエンジン1の燃費FCを最小にする開閉弁12b・12d・12fの開閉状態を決定するための開閉弁マップM3が格納される。ECU18には、取得した過給機回転速度NT(n)に基づいて開閉弁12b・12d・12fの開閉弁の開度Voを開度Vo(n)に補正する開度補正マップM4が格納される。ここで、開度Vo(n)は、n番目に算出した開度Voを言う。
The
図4と図5とを用いて、ECU18に格納される開閉弁マップM3について説明する。開閉弁マップM3は、取得したエンジン回転速度Nと算出したエンジン1の負荷率L(n)とに基づいて開閉弁12b・12d・12fの開閉状態を決定するための基準となる負荷率である第一基準値Laと第二基準値Lbとが示されている。
The on-off valve map M3 stored in the
図4に示すように、第一基準値Laは、エンジン1の任意のエンジン回転速度Nにおいて、開閉弁12b・12d・12fのうち全ての開閉弁が閉状態のときにエンジン1の燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲と一部の開閉弁(例えば開閉弁12b・12f)が開状態のときに燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲との境の負荷率をいう。また、第二基準値Lbは、任意のエンジン回転速度Nにおいて、開閉弁12b・12d・12fのうち一部の開閉弁が開状態のときにエンジン1の燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲と全ての開閉弁が開状態のときに燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲との境の負荷率をいう。つまり、エンジン1は、任意のエンジン回転速度N毎に、負荷率L(n)と第一基準値Laとの関係および負荷率L(n)と第二基準値Lbとの関係から燃費FCを最小にするための開閉弁の状態が定まる。
As shown in FIG. 4, the first reference value La is the fuel efficiency FC of the
図5に示すように、エンジン1のエンジン回転速度N毎の第一基準値Laと第二基準値Lbとから開閉弁マップM3が構成される。つまり、開閉弁マップM3は、エンジン回転速度N毎にエンジン1の燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲と各開閉弁12b・12d・12fの状態との関係が示されている。
As shown in FIG. 5, an on-off valve map M <b> 3 is configured from the first reference value La and the second reference value Lb for each engine speed N of the
次に、本発明に係るエンジン1の開閉弁12b・12d・12fの制御態様について説明する。
Next, the control mode of the on-off
ECU18は、取得したエンジン回転速度Nと取得した噴射量Fとに基づいて出力トルクマップM1と負荷率算出マップM2とからエンジン1の負荷率L(n)を算出する。ECU18は、負荷率L(n)の単位時間当たりの増減値が基準値Lc未満の場合、エンジン1の運転状態が一定であると判断する。すなわち、ECU18は、船舶100が燃費を重視する一定航走モードで運航されていると判断する。そして、ECU18は、取得したエンジン回転速度Nおよび算出した負荷率L(n)に基づいて開閉弁マップM3からエンジン1の開閉弁12b・12d・12fの開閉状態を決定する。
The
ECU18は、負荷率L(n)の単位時間当たりの増減値が基準値Lc以上になった場合、エンジン1の運転状態が変動していると判断する。すなわち、ECU18は、船舶100が加減速のレスポンスを重視する過渡モードで運航されていると判断する。そして、ECU18は、取得したエンジン回転速度Nおよび算出した負荷率L(n)に関わらず全ての開閉弁12b・12d・12fを閉状態にする。
The
さらに、ECU18は、所定の場合に負荷率L(n)の単位時間当たりの増減値および過給機回転速度NT(n)の単位時間当たりの増減(過給機3の加減速)に基づいて、開閉弁12b・12d・12fの開度を過給機回転速度NT(n)に応じた開度Vo(n)に補正する。
Further, the
次に、図6から図9を用いて、エンジン1の開閉弁12b・12d・12fの制御態様について具体的に説明する。
Next, control modes of the on-off
図6に示すように、ステップS110において、ECU18は、エンジン回転速度検出センサー14が検出するエンジン回転速度N、噴射量検出センサー16が検出する噴射量Fおよび過給機回転速度検出センサー17が検出する過給機回転速度NT(n)を取得し、ステップをステップS120に移行させる。
As shown in FIG. 6, in step S110, the
ステップS120において、ECU18は、取得したエンジン回転速度Nと取得した噴射量Fとに基づいて出力トルクマップM1からエンジン1の出力トルクTを算出し、ステップをステップS130に移行させる。
In step S120, the
ステップS130において、ECU18は、取得したエンジン回転速度Nと算出した出力トルクTとに基づいて負荷率算出マップM2からエンジン1の負荷率L(n)を算出し、ステップをステップS140に移行させる。
In step S130, the
ステップS140において、ECU18は、取得した過給機回転速度NT(n)に基づいて開度補正マップM4から開閉弁12b・12d・12fの開度Vo(n)を算出し、ステップをステップS150に移行させる。
In step S140, the
ステップS150において、ECU18は、算出した負荷率L(n)と負荷率L(n−1)との差の絶対値が基準値Lc未満か否か判定する。その結果、算出した負荷率L(n)と負荷率L(n−1)との差の絶対値が基準値Lc未満であると判定した場合、ECU18はステップをステップS160に移行させる。一方、算出した負荷率L(n)と負荷率L(n−1)との差の絶対値が基準値Lc未満でないと判定した場合、すなわち、算出した負荷率L(n)と負荷率L(n−1)との差の絶対値が基準値Lc以上であると判定した場合、ECU18はステップをステップS260に移行させる。
In step S150, the
ステップS160において、ECU18は、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値の絶対値が速度差ΔNT未満か否か判定する。その結果、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値の絶対値が速度差ΔNT未満であると判定した場合、すなわち、過給機3が所定の加速度以上で加減速していないと判定した場合、ECU18はステップをステップS300に移行させる。一方、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値の絶対値が速度差ΔNT未満でないと判定した場合、すなわち、過給機3が所定の加速度以上で加減速していると判定した場合、ECU18は、ステップをステップS260に移行させる。
In step S160, the
ステップS300において、ECU18は、開閉弁制御Aを開始し、ステップをステップ310に移行させる(図7参照)。
In step S300, the
ステップS400において、ECU18は、開閉弁補正制御Bを開始し、ステップをステップ410に移行させる(図8参照)。
In step S400, the
ステップS170において、ECU18は、n=n+1として、ステップをステップS110に移行させる。
In step S170, the
ステップS260において、ECU18は、排気マニホールドの全ての開閉弁12b・12d・12fを閉状態にし、ステップをステップS500に移行させる(図7参照)。
In step S260, the
ステップS500において、ECU18は、開閉弁補正制御Cを開始し、ステップをステップ510に移行させる(図9参照)。
In step S500, the
図7に示すように、ステップS310において、ECU18は、算出した負荷率L(n)が開閉弁マップM3の第一基準値La以上か否か判定する。その結果、算出した負荷率L(n)が第一基準値La以上であると判定した場合、ECU18はステップをステップS320に移行させる。一方、算出した負荷率L(n)が第一基準値La以上でないと判定した場合、すなわち、算出した負荷率L(n)が第一基準値La未満であると判定した場合、ECU18はステップをステップS350に移行させる。
As shown in FIG. 7, in step S310, the
ステップS320において、ECU18は、算出した負荷率L(n)が第二基準値Lb以上か否か判定する。その結果、算出した負荷率L(n)が第二基準値Lb以上であると判定した場合、ECU18はステップをステップS330に移行させる。一方、算出した負荷率L(n)が第二基準値Lb以上でないと判定した場合、すなわち、算出した負荷率L(n)が第一基準値La以上であって第二基準値Lb未満であると判定した場合、ECU18はステップをステップS340に移行させる。
In step S320, the
ステップS330において、ECU18は、排気マニホールドの全ての開閉弁12b・12d・12fを開状態にして開閉弁制御Aを終了してステップをステップS400に移行させる(図8参照)。
In step S330, the
ステップS340において、ECU18は、排気マニホールドの一部の開閉弁12b・12fまたは開閉弁12b・12dを開状態にし、開閉弁制御Aを終了してステップをステップS400に移行させる(図8参照)。
In step S340, the
ステップS350において、ECU18は、排気マニホールドの全ての開閉弁12b・12d・12fを閉状態にし、開閉弁制御Aを終了してステップをステップS400に移行させる(図8参照)。
In step S350, the
図8に示すように、ステップS410において、取得した過給機回転速度NT(n)が基準速度NTs以上であるか否か判定する。その結果、取得した過給機回転速度NT(n)が基準速度NTs以上であると判断した場合、ECU18はステップをステップS420に移行させる。一方、取得した過給機回転速度NT(n)が基準速度NTs以上でないと判定した場合、ECU18は、開閉弁補正制御Bを終了してステップをステップS170に移行させる(図6参照)。
As shown in FIG. 8, in step S410, it is determined whether or not the acquired turbocharger rotational speed NT (n) is equal to or higher than the reference speed NTs. As a result, when it is determined that the acquired turbocharger rotational speed NT (n) is equal to or higher than the reference speed NTs, the
ステップS420において、ECU18は、取得した過給機回転速度NT(n)と過給機回転速度NT(n−1)との差が速度差ΔNT以上か否か判定する。その結果、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値が速度差ΔNT以上であると判定した場合、すなわち、過給機3が所定の加速度以上で加速していると判定した場合、ECU18はステップをステップS430に移行させる。一方、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値が速度差ΔNT以上でないと判定した場合、すなわち、過給機3が所定の加速度以上で加速していないと判定した場合、ECU18は、開閉弁補正制御Bを終了してステップをステップS170に移行させる(図6参照)。
In step S420, the
ステップS430において、ECU18は、算出した開度Vo(n)に基づいて開閉弁12b・12d・12fのうち開状態の開閉弁の開度Voを開度Vo(n)とし、開閉弁補正制御Bを終了してステップをステップS170に移行させる(図6参照)。
In step S430, the
図9に示すように、ステップS510において、ECU18は、取得した過給機回転速度NT(n)が基準速度NTs未満であるか否か判定する。その結果、取得した過給機回転速度NT(n)が基準速度NTs未満であると判断した場合、ECU18はステップをステップS520に移行させる。一方、取得した過給機回転速度NT(n)が基準速度NTs未満でないと判定した場合、ECU18は開閉弁補正制御Cを終了してステップをステップS170に移行させる(図6参照)。
As shown in FIG. 9, in step S510, the
ステップS520において、ECU18は、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値が速度差(−ΔNT)以下か否か判定する。その結果、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値が速度差(−ΔNT)以下であると判定した場合、すなわち、過給機3が所定の減速度以上で減速していると判定した場合、ECU18はステップをステップS530に移行させる。一方、取得した過給機回転速度NT(n)から過給機回転速度NT(n−1)を減じた値が速度差(−ΔNT)以下でないと判定した場合、すなわち、過給機3が所定の減速度以上で減速していないと判定した場合、ECU18は、開閉弁補正制御Cを終了してステップをステップS170に移行させる(図6参照)。
In step S520, the
ステップS540において、ECU18は、算出した開度Vo(n)に基づいて開閉弁12b・12d・12fのうち開状態の開閉弁の開度Voを開度Vo(n)とし、開閉弁補正制御Cを終了してステップをステップS170に移行させる(図6参照)。
In step S540, the
以上のごとく、本発明に係るエンジン1は、エンジン回転速度Nと負荷率L(n)に基づいて排気マニホールド8・9・10・11の開閉弁12b・12d・12fの開閉状態を切り換えることで過給機3に供給される排気の圧力状態が変更される。さらに、過給機3の過給機回転速度NT(n)に基づいて開閉弁12b・12d・12fの開度Voが補正される。これにより、過給機3の運転状態を考慮しつつエンジン1の負荷率L(n)に基づいて過給機3に供給される排気の圧力状態が変更される。これにより、定常状態における低速回転時の過給機3の応答性向上と高速回転時のエンジン1の燃費向上、および過渡状態における過給機3の応答性の向上を両立させることができる。また、過給機3の脈動が予想される高速回転時において排気の圧力変動がなまり過給機3の脈動が抑制される。これにより、高速回転時のエンジン1の燃費を向上させることができる。
As described above, the
次に、図10を用いて、本発明の第二実施形態に係る過給機3を備えるエンジン19について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
Next, the
図10に示すように、エンジン19は、ディーゼルエンジンであり、本実施形態においては、六つの気筒を有する直列六気筒エンジンである。
As shown in FIG. 10, the
排気装置20は、排気マニホールド21・22を具備している。
The
排気マニホールド21・22は、エンジン19の同位相の気筒からなる2つの気筒群(本実施形態において第1気筒から第3気筒と第4気筒から第6気筒)に排気マニホールド21・22がそれぞれ独立して接続されている。つまり、排気マニホールド21は第1気筒から第3気筒からの排気を、排気マニホールド22は第4気筒から第6気筒の排気を合わせて排気する。
The exhaust manifolds 21 and 22 are separated into two cylinder groups (in this embodiment, from the first cylinder to the third cylinder and from the fourth cylinder to the sixth cylinder) that are composed of cylinders in the same phase of the
排気マニホールド21・22は、一側端部同士が弁の開度を任意に変更可能な開閉弁23を介して連結されている。このように構成することで動圧過給方式と静圧過給方式とに切り替え可能な排気マニホールド21・22を構成することができる。
The exhaust manifolds 21 and 22 are connected to each other through an opening / closing
以上より、排気装置20は、上流側(エンジン19)から排気マニホールド21・22、過給機3のタービン部3b、排気管13が順に接続されている。
As described above, in the
排気装置20は、開閉弁23を全閉状態にした場合、排気マニホールド21・22がそれぞれ独立して過給機3のタービン部3bに接続される。これにより、排気装置20は、動圧過給方式に対応した排気マニホールド21・22が構成される。
In the
排気装置20は、開閉弁23を全開状態にした場合、排気マニホールド21と排気マニホールド22とが連通された状態で過給機3のタービン部3bに接続される。これにより、排気装置20は、静圧過給方式に対応した排気マニホールド21・22が構成される。
When the on-off
排気装置20において、エンジン19からの排気は、排気マニホールド21・22を介して過給機3のタービン部3bに供給される。タービン部3bは、排気によって回転される。タービン部3bの回転動力は、連結軸3cを介してコンプレッサ部3aに伝達される。タービン部3bに供給された排気は、排気管13、図示しない浄化装置等を介して外部に排出される。
In the
次に、図11を用いて、エンジン19の制御構成について説明する。
Next, the control configuration of the
図11に示すように、ECU18は、排気マニホールド21・22の開閉弁23に接続され、開閉弁23の開閉状態を制御することが可能である。
As shown in FIG. 11, the
ECU18には、取得したエンジン回転速度Nと算出した負荷率L(n)に基づいてエンジン19の燃費FCを最小にする開閉弁23の開度を決定するための開閉弁マップM5が格納される。
The
図12と図13とを用いて、ECU18に格納される開閉弁マップM5について説明する。開閉弁マップM5は、取得したエンジン回転速度Nと算出したエンジン19の負荷率L(n)とに基づいて開閉弁23の開閉状態を決定するための基準となる負荷率である第一基準値Ldと第二基準値Leとが示されている。
The on-off valve map M5 stored in the
図12に示すように、第一基準値Ldは、エンジン19の任意のエンジン回転速度Nにおいて、開閉弁23が全閉状態のときにエンジン19の燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲と開閉弁23が一部開状態(所定の割合で開状態)のときに燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲との境の負荷率をいう。また、第二基準値Leは、任意のエンジン回転速度Nにおいて、開閉弁23が一部開状態(所定の割合で開状態)のときにエンジン19の燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲と開閉弁23が全開状態のときに燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲との境の負荷率をいう。つまり、エンジン19は、任意のエンジン回転速度N毎に、負荷率L(n)と第一基準値Ldとの関係および負荷率L(n)と第二基準値Leとの関係から燃費FCを最小にするための開閉弁の状態が定まる。
As shown in FIG. 12, the first reference value Ld is a load factor L (n) at which the fuel efficiency FC of the
図13に示すように、エンジン19のエンジン回転速度N毎の第一基準値Ldと第二基準値Leとから開閉弁マップM5が構成される。つまり、開閉弁マップM5は、エンジン回転速度N毎にエンジン19の燃費FCが最小となる負荷率L(n)の範囲と各開閉弁23の状態との関係が示されている。
As shown in FIG. 13, an on-off valve map M <b> 5 is configured from the first reference value Ld and the second reference value Le for each engine speed N of the
次に、本発明に係るエンジン19の開閉弁23の制御態様について説明する。
Next, the control mode of the on-off
ECU18は、取得したエンジン回転速度Nと取得した噴射量Fとに基づいて出力トルクマップM1と負荷率算出マップM2とからエンジン19の負荷率L(n)を算出する。ECU18は、負荷率L(n)の単位時間当たりの増減値が基準値Lc未満の場合、エンジン19の運転状態が一定であると判断する。すなわち、ECU18は、船舶100が燃費を重視する一定航走モードで運航されていると判断する。そして、ECU18は、取得したエンジン回転速度Nおよび算出した負荷率L(n)に基づいて開閉弁マップM5からエンジン19の開閉弁23の開閉状態を決定する。
The
ECU18は、負荷率L(n)の単位時間当たりの増減値が基準値Lc以上になった場合、エンジン19の運転状態が変動していると判断する。すなわち、ECU18は、船舶100が加減速のレスポンスを重視する過渡モードで運航されていると判断する。そして、ECU18は、取得したエンジン回転速度Nおよび算出した負荷率L(n)に関わらず開閉弁23を全閉状態にする。
The
さらに、ECU18は、所定の場合に負荷率L(n)の単位時間当たりの増減値および過給機回転速度NT(n)の単位時間当たりの増減(過給機3の加減速)に基づいて、開閉弁23の開度を過給機回転速度NT(n)に応じた開度Vo(n)に補正する。
Further, the
次に、図6、図8、図9および図14を用いて、エンジン19の開閉弁23の制御態様について具体的に説明する。
Next, the control mode of the on-off
図14に示すように、ステップS360において、ECU18は、算出した負荷率L(n)が開閉弁マップM3の第一基準値Ld以上か否か判定する。その結果、算出した負荷率L(n)が第一基準値Ld以上であると判定した場合、ECU18はステップをステップS370に移行させる。一方、算出した負荷率L(n)が第一基準値Ld以上でないと判定した場合、すなわち、算出した負荷率L(n)が第一基準値Ld未満であると判定した場合、ECU18はステップをステップS382に移行させる。
As shown in FIG. 14, in step S360, the
ステップS370において、ECU18は、算出した負荷率L(n)が第二基準値Le以上か否か判定する。その結果、算出した負荷率L(n)が第二基準値Le以上であると判定した場合、ECU18はステップをステップS380に移行させる。一方、算出した負荷率L(n)が第二基準値Le以上でないと判定した場合、すなわち、算出した負荷率L(n)が第一基準値Ld以上であって第二基準値Le未満であると判定した場合、ECU18はステップをステップS381に移行させる。
In step S370, the
ステップS380において、ECU18は、開閉弁23を全開状態にして開閉弁制御Aを終了してステップをステップS400に移行させる(図8参照)。
In step S380, the
ステップS381において、ECU18は、開閉弁23を所定割合だけ開状態にし、開閉弁制御Aを終了してステップをステップS400に移行させる(図8参照)。
In step S381, the
ステップS382において、ECU18は、開閉弁23を全閉状態にし、開閉弁制御Aを終了してステップをステップS400に移行させる(図8参照)。
In step S382, the
以上のごとく、本発明に係るエンジン1は、エンジン回転速度Nと負荷率L(n)に基づいて排気マニホールド21・22の開閉弁23の開閉状態を切り換えることで過給機3に供給される排気の圧力状態が変更される。さらに、過給機3の過給機回転速度NT(n)に基づいて開閉弁23の開度Voが補正される。これにより、過給機3の運転状態を考慮しつつエンジン1の負荷率L(n)に基づいて過給機3に供給される排気の圧力状態が変更される。
As described above, the
ここで、図15を用いて本発明に係る過給機を備えるエンジン1が搭載される船舶の一実施形態である船舶100について説明する。なお、本実施形態において、エンジン1は、船舶100に搭載されているがこれに限定するものではなく小型船舶、自動車および作業車両等に搭載されていてもよい。
Here, the
図15に示すように、船舶100は、船体101、船橋102、機関室103、プロペラ104および舵108を具備している。船舶100は、船体101の上部に操縦室等を有する船橋102が設けられている。また、船舶100は、船体101の後方に機関室103が設けられている。機関室103には、プロペラ104を駆動する内燃機関である主機105と、発電機107を駆動する内燃機関である補機106とが設けられている。船体101の船尾には、プロペラ104と舵108とが設けられている。船舶100は、プロペラ軸104aを介して主機105の動力がプロペラ104に伝達可能に構成されている。
As shown in FIG. 15, the
主機105と補機106とは、軽油若しくは重油を燃料とするディーゼルエンジンであるエンジン1から構成される。エンジン1は、外気と燃料とを混合して燃焼させることで出力軸を回転駆動させる。なお、エンジン1は、ディーゼルエンジンに限定されるものではない。
The
1 エンジン
3 過給機
8 排気マニホールド
9 排気マニホールド
10 排気マニホールド
11 排気マニホールド
12b 開閉弁
12d 開閉弁
12f 開閉弁
17 過給機回転速度検出センサ
L(n) 負荷率
Vo(n) 開度
La 第一基準値
Lb 第二基準値
DESCRIPTION OF
Claims (3)
過給機に各排気マニホールドが連結管によってそれぞれ連結され、
連結管には排気マニホールドを独立した状態にする開閉弁が設けられ、
エンジンの回転数毎にエンジンの負荷率における第一基準値と第二基準値とが設定され、
負荷率が第一基準値未満の場合、全ての開閉弁を閉状態にし、
負荷率が第一基準値以上であって第二基準値未満の場合、一部または全ての開閉弁を開状態にし、
負荷率が第二基準値以上の場合、全ての開閉弁を開状態にし、
過給機回転速度検出手段が検出する過給機回転速度に基づいて開閉弁の開度を補正し、
前記負荷率の単位時間当たりの増減値が基準値以上かつ前記過給機回転速度が基準速度以上の場合、全ての前記開閉弁を閉状態するとともに過給機回転速度に基づいて閉状態の開閉弁の開度を補正する
エンジン。 An engine comprising a supercharger and a supercharger rotation speed detection means, wherein a plurality of exhaust manifolds are respectively connected to the supercharger,
Each exhaust manifold is connected to the turbocharger by a connecting pipe,
The connecting pipe is provided with an open / close valve that makes the exhaust manifold independent,
A first reference value and a second reference value for the engine load factor are set for each engine speed,
If the load factor is less than the first reference value, close all open / close valves,
If the load factor is greater than or equal to the first reference value and less than the second reference value, open some or all of the on-off valves,
If the load factor is greater than or equal to the second reference value, open all the open / close valves,
Based on the turbocharger rotation speed detected by the turbocharger rotation speed detection means, the opening degree of the on-off valve is corrected ,
When the increase / decrease value per unit time of the load factor is equal to or higher than a reference value and the turbocharger rotation speed is equal to or higher than the reference speed, all the on-off valves are closed and closed according to the turbocharger rotation speed. An engine that corrects the opening of the valve .
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