JP6554159B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、舶用または発電用のディーゼル機関、ガス機関などの内燃機関を備えた大型のエンジンシステムであって、特に過給機及びＥＧＲブロワを備えた比較的複雑な構造のエンジンシステムに関する。

昨今、自動車などと同様に、船舶等についてもＮＯｘの排出規制が強化される傾向にある。ＮＯｘの生成を抑える方法として、エンジン本体から排出される排気ガスの一部を燃焼室に戻し、シリンダ内の酸素濃度を低減させる排気ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」と称す）がある。排気ガスをエンジン本体に再循環させることにより、酸素濃度が低下し、燃焼温度が抑えられ、ＮＯｘの生成を抑えることができる（特許文献１参照）。

大型のエンジンシステムでＥＧＲを行う場合には、過給機の他、排気ガス（ＥＧＲガス）を昇圧するためのＥＧＲブロワを備えるなど、同じようにＥＧＲを行う自動車のエンジン等に比べて構造が複雑となる。そのため、自動車で採用されているＥＧＲの技術をそのまま大型のエンジンシステムに適用することはできない。また、大型エンジンシステムのＥＧＲは、昨今のＮＯｘ排出規制強化に伴って開発が進められた技術であって比較的新しく、現在は実用化に向けての研究が行われている段階である。

特開２０１１−１５７９５９号公報

ＥＧＲを行う大型エンジンシステムの実用化に向けて検討すべき事項の一つが、急激な状況変化におけるエンジンシステムの挙動である。特に、本発明の発明者らは、異常の検知による強制停止や停電などによってエンジンシステムが急停止する際、当該エンジンシステムを安全に停止させる技術に着目した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、過給機及びＥＧＲブロワを有する複雑な構造のエンジンシステムであって、急停止の際に安全な停止が行えるエンジンシステムを提供することを目的とする。

本発明のある形態に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、タービン部及びコンプレッサ部を有する過給機と、前記エンジン本体から前記過給機のタービン部へ排気ガスを導く排気流路と、前記過給機のコンプレッサ部から前記エンジン本体へ供給ガスを導く供給流路と、前記タービン部よりも上流から排気ガスの一部を抽出して前記エンジン本体へ導くＥＧＲ流路と、前記ＥＧＲ流路に設けられ抽出された排気ガスを昇圧するＥＧＲブロワと、を備えたエンジンシステムであって、当該エンジンシステムの急停止後における前記過給機の過回転を回避する安全停止機構をさらに備えている。

ここで、エンジンシステムの急停止後であっても、エンジン本体は慣性エネルギにより回転し続け、排気流路に空気を排出する。ＥＧＲブロワも同様に回転するが、イナーシャが小さいことからエンジン本体よりも早く回転が止まる。そうすると、ＥＧＲ通路へ流れていた空気が全て過給機のタービン部に流れることになり、過給機が過回転となって破損するおそれがある。これに対し、上記のエンジンシステムの構成によれば、エンジンシステムの急停止後における過給機の過回転が回避されるため、当該エンジンシステムは急停止する際に安全に停止することができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記安全停止機構は、当該エンジンシステムの急停止から所定時間、前記ＥＧＲブロワを駆動させる安全停止制御部を有していてもよい。かかる構成によれば、エンジンシステムの急停止後もＥＧＲ流路に空気が流れ続けるため、過給機に流れる空気の量を抑えて、過給機の過回転を回避することができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記安全停止制御部は、当該エンジンシステムの急停止後に前記ＥＧＲブロワの回転数を徐々に低減するようにしてもよい。かかる構成によれば、ＥＧＲブロワの不要な回転を抑えることができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記安全停止制御部は、前記過給機の回転数及び前記過給機のタービン部の吸込圧の一方又は両方に基づいて、当該エンジンシステムの急停止後における前記ＥＧＲブロワの回転数を決定してもよい。かかる構成によれば、過給機の過回転を回避しつつ、ＥＧＲブロワが必要以上に回転するのを抑えることができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲブロワは電動モータによって駆動されており、当該エンジンシステムは予め電力を蓄積し停電時に前記電動モータに電力を供給する蓄電装置を備えていてもよい。かかる構成によれば、停電時においても安全に停止することができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲブロワは油圧モータによって駆動されており、当該エンジンシステムは予め昇圧された作動油を蓄積し停電時に前記油圧モータに昇圧された作動油を供給する蓄圧装置を備えていてもよい。かかる構成の場合も、停電時において安全に停止することができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記安全停止機構は、前記排気流路から分岐するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ当該エンジンシステムの急停止後に開放されるバイパス弁と、を有していてもよい。かかる構成によれば、エンジンシステムの急停止後に過給機のタービン部に流入する空気の量を減らすことができるため、過給機の過回転を回避することができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記安全停止機構は、前記過給機の回転数及び前記過給機のタービン部の吸込圧の一方又は両方に基づいて、当該エンジンシステムの急停止後における前記バイパス弁の開閉又は開度を決定する安全停止制御部をさらに有していてもよい。かかる構成によれば、より精度の高い制御が可能となる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記過給機は、前記タービン部の入口に設けられた可変ノズルを有し、前記安全停止機構は、当該エンジンシステムの急停止後に前記タービン部の効率が低下するよう前記可変ノズルのノズル面積を調整する安全停止制御部を有していてもよい。かかる構成によれば、エンジンシステムの急停止後に過給機の効率を低下させることができるため、過給機の過回転を回避することができる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記安全停止制御部は、前記過給機の回転数及び前記過給機のタービン部の吸込圧の一方又は両方に基づいて、当該エンジンシステムの急停止後における前記可変ノズルのノズル面積を決定してもよい。かかる構成によれば、より精度の高い制御が可能となる。

上記のエンジンシステムにおいて、前記過給機を複数備え、前記安全停止機構は、少なくとも一つの前記過給機のタービン部の入口に設けられ、当該エンジンシステムの急停止時に閉止状態にあるときには急停止後に開放される開閉弁を有していてもよい。かかる構成によれば、エンジンシステムの急停止時に駆動していた過給機のタービン部に流入する空気の量を減らすことができるため、当該過給機の過回転を回避することができる。

上述したエンジンシステムによれば、急停止の際に過給機の過回転を回避することができるため、安全な停止を行うことができる。

図１は、第１実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。 図２は、図１に示すＥＧＲブロワの制御のフローチャートである。 図３は、図１に示すＥＧＲブロワの他の制御のフローチャートである。 図４は、図３の測定回転数と第１減速値の関係及び測定吸込圧と第２減速値の関係を示した図である。 図５は、図１の変形例に係るエンジンシステムのブロック図である。 図６は、第２実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。 図７は、図６に示すバイパス弁の制御のフローチャートである。 図８は、第３実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。 図９は、図８に示す可変ノズルの制御のフローチャートである。 図１０は、第４実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
＜エンジンシステムの全体構成＞
まず、第１実施形態に係るエンジンシステム１００について説明する。図１は、エンジンシステム１００のブロック図である。図１のうち太い実線はエンジン本体１０に供給される供給ガスの流れを示しており、太い破線はエンジン本体１０から排出された排気ガスの流れを示している。後述するように、本実施形態のエンジン本体１０は２ストロークエンジンであるため、上記の「供給ガス」はいわゆる「掃気ガス」である。ただし、エンジン本体１０が４ストロークエンジンの場合には、いわゆる「給気ガス」となる。

本実施形態に係るエンジンシステム１００は、大型船舶に搭載されるものであって、エンジン本体１０と、過給機２０と、排気流路３０と、供給流路４０と、ＥＧＲ流路５０と、ＥＧＲブロワ６０と、制御装置７０と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。

本実施形態におけるエンジン本体１０は、船舶の推進用主機であり、２ストロークディーゼルエンジンである。ただし、エンジン本体１０は、４ストロークエンジンであってもよく、ガスエンジンであってもよい。また、エンジン本体１０は船舶推進機に用いられるものに限らず、発電設備等に用いられるものであってもよい。

過給機２０は、外部から取り込んだ新気を昇圧してエンジン本体１０に供給する装置である。過給機２０は、タービン部２１と、コンプレッサ部２２とを有している。タービン部２１はエンジン本体１０から排出される排気ガスのエネルギによって回転する。タービン部２１とコンプレッサ部２２はシャフト部２３により連結されており、タービン部２１が回転することによりコンプレッサ部２２も回転する。また、過給機２０には、過給機２０の回転数を測定する回転計２４と、タービン部２１の入口における吸込圧を測定する圧力計２５が設けられている。

排気流路３０は、エンジン本体１０と過給機２０のタービン部２１とを連結しており、エンジン本体１０から排出された排気ガスを過給機２０のタービン部２１へ導く流路である。

供給流路４０は、エンジン本体１０と過給機２０のコンプレッサ部２２とを連結しており、過給機２０のコンプレッサ部２２で昇圧された新気（供給ガス）をエンジン本体１０へ導く流路である。

ＥＧＲ流路５０は、タービン部２１よりも上流から排気ガスの一部を抽出してエンジン本体１０へ導く流路である。なお、タービン部２１よりも下流から排気ガスを抽出して、コンプレッサ部２２の上流へ戻す方式のＥＧＲ（低圧ＥＧＲ）もあるが、本実施形態のようにタービン部２１の上流から排気ガスを抽出するＥＧＲ（高圧ＥＧＲ）は、排気ガスを体積が小さい状態で扱えるため、エンジンシステム１００の縮小化には有効である。また、本実施形態では、ＥＧＲ流路５０は排気流路３０から分岐して供給流路４０に連結しているが、エンジン本体１０から図外の排気管を介して直接排気ガスを抽出してもよく、エンジン本体１０に図外の掃気管を介して直接排気ガスを供給してもよい。

ＥＧＲブロワ６０は、ＥＧＲ流路５０に配置されており、抽出された排気ガス（ＥＧＲガス）を昇圧してエンジン本体１０に供給する装置である。ＥＧＲブロワ６０は、ＥＧＲ駆動モータ６１によって駆動される。本実施形態のＥＧＲ駆動モータ６１は、いわゆる電動モータである。ＥＧＲ駆動モータ６１には船体に搭載された発電機などの電源供給装置６２からブロワ制御盤６３を介して電力が供給される。また、本実施形態に係るエンジンシステム１００は、電源供給装置６２とブロワ制御盤６３の間に無停電電源装置（ＵＰＳ）などの蓄電装置６４を備えている。そのため、電源供給装置６２から電力が供給されない状態、すなわち停電が発生しても、蓄電装置６４に蓄えられた電力によって停電後の所定時間はＥＧＲ駆動モータ６１に電力が供給される。

制御装置７０は、エンジンシステム１００の全体を制御する装置であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。制御装置７０は、回転計２４及び圧力計２５と電気的に接続されている。制御装置７０は、これらの計器から送信される測定信号に基づいて、過給機２０の回転数、及び過給機２０のタービン部２１の入口における吸込圧を取得する。また、制御装置７０は、ブロワ制御盤６３と電気的に接続されており、ブロワ制御盤６３に制御信号を送信して、ＥＧＲブロワ６０を制御する。制御装置７０は、機能的な構成として、安全停止制御部７１を有している。本実施形態では、この安全停止制御部７１によって、安全停止機構８０が構成されている。

＜エンジンシステムの急停止時における挙動等＞
ここで、エンジンシステム１００の急停止の際における挙動について説明する。ここでいうエンジンシステム１００の急停止には、緊急停止要因（潤滑油の圧力低下やエンジン本体の過回転）検出によるエンジンシステム１００の強制停止と停電によるエンジンシステム１００の停止が含まれる。従来の強制停止の制御では、エンジン本体１０への燃料供給を停止し、同時にモータなど回転駆動装置も停止する。そのため、従来の制御によれば、強制停止が行われると、ＥＧＲ駆動モータ６１（ＥＧＲブロワ６０）も停止されることになる。また、停電時には、燃料ポンプが停止してエンジン本体１０に燃料が供給されなくなり、さらに、ＥＧＲ駆動モータ６１（ＥＧＲブロワ６０）も停止する。ただし、船舶の場合であれば、停電時には補助電源供給装置（バッテリでバックアップされたＤＣ２４Ｖ電源装置など）が作動し、この補助電源供給装置から電力が供給される制御装置、制御弁、アクチュエータ、及びセンサー類は、所定の間（例えば３０分間）であれば稼働可能である。

前述のようにエンジンシステム１００の急停止の際にはエンジン本体１０への燃料供給が停止する。しかしながら、エンジンシステム１００の急停止後であっても慣性エネルギによりエンジン本体１０はしばらく回転し、排気流路３０に空気が排出される。また、ＥＧＲブロワ６０もエンジンシステム１００の急停止後しばらくは回転するが、エンジン本体１０よりもイナーシャが小さいため、エンジン本体１０よりも早く回転が止まる。ＥＧＲブロワ６０の回転が止まると、エンジン本体１０から排出される空気のうち、ＥＧＲ流路５０に流れていた分の空気が全て排気流路３０を介して過給機２０に流れることになる。その結果、過給機２０は過回転となって破損の危険性が生じる。

安全停止機構８０は、以上を踏まえ、エンジンシステム１００の急停止後における過給機２０の過回転を回避するように構成されている。エンジンシステム１００は、この安全停止機構８０を備えることにより、エンジンシステム１００の急停止の際、安全に停止することができる。本実施形態の場合、安全停止機構８０を構成する安全停止制御部７１は、エンジンシステム１００の急停止から所定時間、ＥＧＲブロワ６０を駆動させる。これにより、エンジンシステム１００の急停止後にエンジン本体１０が排出する空気をＥＧＲ流路５０に流し続けることができる。そのため、過給機２０のタービン部２１に供給される空気の増加を抑え、過給機２０が過回転となるのを防止することができる。

＜ＥＧＲブロワの制御方法１＞
次に、ＥＧＲブロワ６０の具体的な制御方法について説明する。本実施形態ではエンジンシステム１００の急停止から所定時間ＥＧＲブロワ６０を駆動することは上述したとおりであるが、その回転数は一定であってもよく、一定の割合で低減してもよい。ただし、本実施形態では、図２に示す制御方法でＥＧＲブロワ６０の回転数を決定している。図２は、エンジンシステム１００の急停止後のＥＧＲブロワ６０の制御方法を示したフローチャートである。この制御は安全停止制御部７１によって遂行される。

まず、安全停止制御部７１は、過給機２０の回転数（以下、「測定回転数」と称する）とタービン部２１の入口における吸込圧（以下、「測定吸込圧」と称する）を取得する（ステップＳ１）。なお、制御開始時におけるＥＧＲブロワ６０の回転数は、エンジンシステム１００の急停止直前の回転数とする。

続いて、安全停止制御部７１は、測定回転数が予め設定した危険回転数よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。測定回転数が危険回転数よりも小さいとき（ステップＳ２でＹＥＳ）はステップＳ４へ進み、測定回転数が危険回転数以上のとき（ステップＳ２でＮＯ）はステップＳ３に進む。ここで、「危険回転数」とは、過給機２０が過回転となるおそれがあるときの過給機２０の回転数である。

ステップＳ３では、安全停止制御部７１は、ブロワ制御盤６３に所定の制御信号を送信し、ＥＧＲブロワ６０の回転数を現状のまま維持する。このように、測定回転数が危険回転数よりも大きいとき、すなわち過給機２０が過回転になるおそれがあるときは、ＥＧＲブロワ６０の回転数を低減せずに現状の回転数を維持する。

ステップＳ４では、安全停止制御部７１は、測定吸込圧が予め設定した危険吸込圧よりも小さいか否かを判定する。測定吸込圧が危険吸込圧よりも小さいとき（ステップＳ４でＹＥＳ）はステップＳ５へ進み、測定吸込圧が危険吸込圧以上のとき（ステップＳ４でＮＯ）はステップＳ３へ進む。ここで、「危険吸込圧」とは、過給機２０が過回転になるおそれがあるときのタービン部２１の入口における吸込圧である。なお、本実施形態では過給機２０のタービン部２１の下流側はファンネル（煙突）を介して大気開放されている場合を想定して、タービン部２１の吸込圧に基づいて過給機２０が過回転になるおそれがあるか否かを判定しているが、過給機のタービン部２１の下流側に何らかの装置が設けられているような場合は、タービン部２１の吸込圧と吐出圧の差圧に基づいて前記判定を行ってもよい。

ステップＳ３では、前述したとおり、安全停止制御部７１は、ブロワ制御盤６３に所定の制御信号を送信し、ＥＧＲブロワ６０の回転数を現状まま維持させる。このように、測定吸込圧が危険吸込圧以上のとき、すなわち過給機２０が過回転になるおそれがあるときは、ＥＧＲブロワ６０の回転数を低減せずに現状の回転数を維持する。

ステップＳ５では、安全停止制御部７１は、所定の制御信号をブロワ制御盤６３に送信し、ＥＧＲブロワ６０の回転数を現状から一定の値だけ低減する。このように、測定回転数が危険回転数よりも小さく、かつ測定吸込圧が危険吸込圧よりも小さいとき、すなわち過給機２０が過回転になるおそれがないときは、ＥＧＲブロワ６０の回転数を現状から一定の値だけ低減する。

以上の各ステップを経た後は、再度ステップＳ１に戻って、ＥＧＲブロワ６０の回転数がゼロになるまで上記の各ステップを繰り返す。このように、図２に示す制御方法によれば、測定回転数及び測定吸込圧に基づいてエンジンシステム１００の急停止後のＥＧＲブロワ６０の回転数が決定されるため、過給機２０が過回転となるのを回避しつつ、ＥＧＲブロワ６０が必要以上に回転するのを抑えることができる。

＜ＥＧＲブロワの制御方法２＞
次に、ＥＧＲブロワ６０の他の制御方法について説明する。図３は、エンジンシステム１００の急停止後のＥＧＲブロワ６０の制御方法であって、図２に示す制御方法とは別の制御方法を示したフローチャートである。この制御は安全停止制御部７１によって遂行される。

まず、安全停止制御部７１は、測定回転数（過給機２０の回転数）と測定吸込圧（タービン部２１の入口における吸込圧）を取得する（ステップＳ１１）。なお、制御開始時におけるＥＧＲブロワ６０の回転数は、エンジンシステム１００の急停止直前の回転数とする。

続いて、安全停止制御部７１は、測定回転数に基づいて第１減速値を算出する（ステップＳ１２）。第１減速値は、測定回転数の観点から、当該値だけＥＧＲブロワ６０の回転数を低減しても過給機２０が過回転となるおそれのない値である。第１減速値は、測定回転数を変数とする予め用意された数式又はマップから算出する。

なお、第１減速値は、測定回転数が大きいときには小さくなる傾向にある。例えば、図４の左図に示すように、測定回転数がＮ２以上のときには第１減速値をゼロとし、測定回転数がＮ１以下であるときには第１減速値をＲ１とし、測定回転数がＮ１以上Ｎ２以下のときには測定回転数が小さくなるに従って第１減速値がゼロからＲ１まで次第に大きくなるように両者の関係を設定しても良い。

続いて、安全停止制御部７１は、測定吸込圧に基づいて第２減速値を算出する（ステップＳ１３）。第２減速値は、測定吸込圧の観点から、当該値だけＥＧＲブロワ６０の回転数を低減しても過給機２０が過回転となるおそれのない値である。第２減速値は、測定吸込圧を変数とする予め用意された数式又はマップから算出する。

なお、第２減速値は、測定吸込圧が大きいときには小さくなる傾向にある。例えば、図４の右図に示すように、測定吸込圧がＰ２以上のときには第２減速値をゼロとし、測定回転数がＰ１以下であるときには第２減速値をＲ２とし、測定吸込圧がＰ１以上Ｐ２以下のときには測定吸込圧が小さくなるに従って第２減速値がゼロからＲ２まで次第に大きくなるように両者の関係を設定しても良い。

続いて、安全停止制御部７１は、ブロワ制御盤６３に所定の制御信号を送信し、第１減速値及び第２減速値のうち小さい方の減速値の分だけＥＧＲブロワ６０の回転数を低減して減速する（ステップＳ１４）。前述の図２に示す制御方法ではＥＧＲブロワ６０の回転数を低減する際の低減値は一定であったのに対し、図３に示す制御方法では、過給機２０の回転数及び過給機２０のタービン部２１の吸込圧に基づいて低減値（減速値）を決定している。そのため、図３に示す制御方法によれば、図２に示す制御方法よりもＥＧＲブロワ６０の不要な回転を抑えることができる。

以上では、測定回転数及び測定吸込圧の両方に基づいて、ＥＧＲブロワ６０の回転数を低減するか否かを決定し又は低減量を決定したが、測定回転数及び測定吸込圧のいずれか一方に基づいて当該決定を行ってもよい。

なお、図１に示すエンジンシステム１００の構成に代えて、図５に示す構成を採用してもよい。図５に示すエンジンシステム１００では、ＥＧＲ駆動モータ６１が油圧モータであり、油圧源装置６５によって昇圧した作動油が蓄圧装置６６及び油圧制御装置６７を介してＥＧＲ駆動モータ６１に供給される。かかる構成によれば、停電によって油圧源装置６５が停止したとしても、蓄圧装置６６に蓄積された作動油を動力源としてＥＧＲ駆動モータ６１（ＥＧＲブロワ６０）を回転させることができる。そのため、停電後においても、上述したＥＧＲブロワ６０の制御が可能となる。

（第２実施形態）
＜エンジンシステムの全体構成＞
次に、第２実施形態に係るエンジンシステム２００について説明する。図６は、本実施形態に係るエンジンシステム２００のブロック図である。図６に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム２００は、排気流路３０から分岐するバイパス流路３１と、バイパス流路３１に設けられたバイパス弁３２を備えている。また、制御装置７０はバイパス弁３２と電気的に接続されており、バイパス弁３２に制御信号を送信する。本実施形態では、バイパス流路３１、バイパス弁３２、及び、制御装置７０の安全停止制御部７１によって、安全停止機構８０が構成されている。

なお、第２実施形態から第４実施形態においては、エンジンシステムの急停止に伴ってＥＧＲ駆動モータ６１に電力が供給されず、エンジンシステムの急停止後にＥＧＲブロワ６０の制御は行われないものとする。そのため、エンジンシステム２００は図１に示すような蓄電装置６４や図５に示すような蓄圧装置６６を備えていない。また、バイパス弁３２は、停電時においても前述した補助電源供給装置から供給される電力によって、停電後から所定時間は稼働可能である。

＜バイパス弁の制御方法＞
次に、バイパス弁３２の制御方法について説明する。図７は、エンジンシステム２００の急停止後のバイパス弁３２の制御方法を示したフローチャートである。この制御は安全停止制御部７１によって遂行される。

まず、安全停止制御部７１は、測定回転数（過給機２０の回転数）と測定吸込圧（タービン部２１の入口における吸込圧）を取得する（ステップＳ２１）。

続いて、安全停止制御部７１は、測定回転数が予め設定した危険回転数よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２２）。測定回転数が危険回転数よりも小さいとき（ステップＳ２２でＹＥＳ）はステップＳ２４へ進み、測定回転数が危険回転数以上のとき（ステップＳ２２でＮＯ）はステップＳ２３に進む。なお、「危険回転数」については前述したとおりである。

ステップＳ２３では、安全停止制御部７１は、バイパス弁３２に制御信号を送信し、バイパス弁３２を開放する。このように、測定回転数が危険回転数よりも大きいとき、すなわち過給機２０が過回転になるおそれがあるときは、バイパス弁３２を開放する。これにより、エンジン本体１０から排出された空気の一部をバイパス流路３１へ導き、過給機２０のタービン部２１に流れる空気を低減することで、過給機２０の過回転を回避することができる。なお、バイパス弁３２の開放に連動して開度が小さくなる絞り弁または連動して閉止される閉止弁（いずれも図示せず）を過給機２０のタービン部２１の入口に設けてもよい。かかる構成によれば、過給機２０のタービン部２１への空気の流れを一層抑制し、過給機２０の過回転を回避することができる。

ステップＳ２４では、安全停止制御部７１は、測定吸込圧が予め設定した危険吸込圧よりも小さいか否かを判定する。測定吸込圧が危険吸込圧よりも小さいとき（ステップＳ２４でＹＥＳ）はステップＳ２１へ戻り、測定吸込圧が危険吸込圧以上のとき（ステップＳ２４でＮＯ）はステップＳ２３へ進む。なお、「危険吸込圧」について前述したとおりである。

ステップＳ２３は、前述したとおり、安全停止制御部７１は、バイパス弁３２に制御信号を送信し、バイパス弁３２を開放する。このように、測定吸込圧が危険吸込圧以上のとき、すなわち過給機２０が過回転になるおそれがあるときは、バイパス弁３２を開放する。これにより、過給機２０の過回転を回避することができる。

ステップＳ２３を経た後は、再度ステップＳ２１に戻って各ステップを繰り返す。このように、図７に示す制御方法によれば、過給機２０の回転数及び過給機２０のタービン部２１の吸込圧の両方に基づいて、エンジンシステム２００の急停止後のバイパス弁３２の開閉が決定されるため、過給機２０の過回転を確実に回避することができる。

（第３実施形態）
＜エンジンシステムの全体構成＞
次に、第３実施形態に係るエンジンシステム３００について説明する。図８は、本実施形態に係るエンジンシステム３００のブロック図である。図８に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム３００では、過給機２０がタービン部２１の入口に設けられた可変ノズル２６と、可変ノズル２６を所定のノズル面積に設定する（角度を変える）ノズルアクチュエータ２７を有している。また、制御装置７０の安全停止制御部７１は、ノズルアクチュエータ２７と電気的に接続されており、ノズルアクチュエータ２７に制御信号を送信することで、可変ノズル２６を制御する。本実施形態では、可変ノズル２６、ノズルアクチュエータ２７、及び安全停止制御部７１によって安全停止機構８０が構成されている。なお、ノズルアクチュエータ２７は、停電時においても前述した補助電源供給装置から供給される電力によって、停電後から所定時間は稼働可能である。

＜タービンノズルの制御方法＞
次に、可変ノズル２６の制御方法について説明する。図９は、エンジンシステム３００の急停止後の可変ノズル２６の制御方法を示したフローチャートである。この制御は安全停止制御部７１によって遂行される。

まず、安全停止制御部７１は、測定回転数（過給機２０の回転数）と測定吸込圧（タービン部２１の入口における吸込圧）を取得する（ステップＳ４１）。

続いて、安全停止制御部７１は、測定回転数に基づいて第１ノズル面積を算出する（ステップＳ４２）。第１ノズル面積は、測定回転数の観点から、可変ノズル２６を当該面積に設定しても過給機２０が過回転となるおそれがないノズル面積である。第１ノズル面積は、測定回転数を変数とする予め用意された数式又はマップから算出する。

続いて、安全停止制御部７１は、測定吸込圧に基づいて第２ノズル面積を取得する（ステップＳ４３）。第２ノズル面積は、測定吸込圧の観点から、可変ノズル２６を当該面積に設定しても過給機２０が過回転となるおそれがないノズル面積である。第２ノズル面積は、測定吸込圧を変数とする予め用意された数式又はマップから取得する。

続いて、安全停止制御部７１は、ノズルアクチュエータ２７に制御信号を送信し、第１ノズル面積及び第２ノズル面積のうち、タービン部２１の効率が悪くなる方のノズル面積を選択し、可変ノズル２６をそのノズル面積となるように設定する（ステップＳ４４）。このように、図９に示す制御方法によれば、過給機２０が過回転になるおそれがあるときは、タービン部２１の効率を低下させることで、過給機２０の過回転を回避することができる。なお、本実施形態の安全停止機構８０は、可変ノズル２６、ノズルアクチュエータ２７、及び安全停止制御部７１によって構成されているが、これに加え、図６に示すバイパス流路３１及びバイパス弁３２を加えてもよい。すなわち、本実施形態の安全停止機構８０と第２実施形態の安全停止機構８０を組み合わせてもよい。

なお、以上では、測定回転数及び測定吸込圧の両方に基づいて、可変ノズル２６のノズル面積を決定しているが、測定回転数及び測定吸込圧のいずれか一方に基づいて可変ノズル２６のノズル面積を決定してもよい。

（第４実施形態）
＜エンジンシステムの全体構成＞
次に、第４実施形態に係るエンジンシステム４００について説明する。図１０は、本実施形態に係るエンジンシステム４００のブロック図である。図１０に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム４００は、並列に配置された第１過給機２０と第２過給機２９とを備えている。エンジン本体１０から延びる排気流路３０は所定の分岐点で分岐して第１過給機２０のタービン部２１及び第２過給機２９のタービン部２１に至っている。また、第１過給機２０のコンプレッサ部２２及び第２過給機２９のコンプレッサ部２２から延びる供給流路４０は所定の合流点で合流してエンジン本体１０へ至っている。また、供給通路４０のうち、第２過給機２９のコンプレッサ部２２と合流点との間には、大気に通ずる空気放出通路３６が連結されている。

排気流路３０のうち、分岐点と第２過給機２９のタービン部２１との間には開閉弁２８が設けられている。また、供給通路４０のうち、空気放出通路３６が連結されている部分と合流点との間には連通弁３４が設けられている。さらに、空気放出通路３６には放風弁３８が設けられている。

制御装置７０の安全停止制御部７１は開閉弁２８と電気的に接続されており、開閉弁２８に制御信号を送信する。本実施形態では、開閉弁２８及び安全停止制御部７１によって、安全停止機構８０が構成されている。

＜開閉弁の制御方法＞
次に、開閉弁２８の制御方法について説明する。ここで、エンジンシステム４００の急停止時においては、第１過給機２０が駆動する一方、第２過給機２９は開閉弁２８と連通弁３４が閉状態で、放風弁３８が開状態にあり停止していたものとする。開閉弁２８の制御方法は、図７で説明したバイパス弁３２の制御方法と基本的に同じである。つまり、第１過給機２０の測定回転数及び測定吸込圧に基づいて、第１過給機２０が過回転となるおそれがあるときは、エンジンシステム４００の急停止後に開閉弁２８を開放する。かかる構成によれば、エンジンシステム４００の急停止時に停止していた第２過給機２９のタービン部２１に空気が流れ、駆動していた第１過給機２０のタービン部２１に流入する空気の量が減ることで、第１過給機２０の過回転を回避するこができる。なお、連通弁３４と放風弁３８はエンジンシステム４００の急停止直前の開閉状態を維持するものとする。

以上、本発明の実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、過給機及びＥＧＲブロワを有するエンジンシステムを急停止の際に安全に停止させることができる。よって、エンジンシステムの技術分野において有益である。

１０ エンジン本体
２０ 過給機（第１過給機）
２１ タービン部
２２ コンプレッサ部
２６ 可変ノズル
２８ 開閉弁
２９ 第２過給機
３０ 排気流路
３１ バイパス流路
３２ バイパス弁
４０ 供給流路
５０ ＥＧＲ流路
６０ ＥＧＲブロワ
６１ ＥＧＲ駆動モータ
６４ 蓄電装置
６６ 蓄圧装置
７０ 制御装置
７１ 安全停止制御部
８０ 安全停止機構
１００、２００、３００、４００ エンジンシステム

Claims (6)

1. エンジン本体と、
   タービン部及びコンプレッサ部を有する過給機と、
   前記エンジン本体から前記過給機のタービン部へ排気ガスを導く排気流路と、
   前記過給機のコンプレッサ部から前記エンジン本体へ供給ガスを導く供給流路と、
   前記タービン部よりも上流から排気ガスの一部を抽出して前記エンジン本体へ導くＥＧＲ流路と、
   前記ＥＧＲ流路に設けられ抽出された排気ガスを昇圧するＥＧＲブロワと、を備えたエンジンシステムであって、
   当該エンジンシステムの急停止後に前記ＥＧＲブロワが前記エンジン本体よりも早く回転が止まり前記過給機へ流れる空気が増加することによる前記過給機の過回転を回避する制御又は動作を開始する安全停止機構をさらに備えた、エンジンシステム。
2. 前記安全停止機構は、
   前記排気流路から分岐するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられ当該エンジンシステムの急停止後に開放されるバイパス弁と、を有する請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記安全停止機構は、前記過給機の回転数及び前記過給機のタービン部の吸込圧の一方又は両方に基づいて、当該エンジンシステムの急停止後における前記バイパス弁の開閉又は開度を決定する安全停止制御部をさらに有する、請求項２に記載のエンジンシステム。
4. 前記過給機は、前記タービン部の入口に設けられた可変ノズルを有し、
   前記安全停止機構は、当該エンジンシステムの急停止後に前記タービン部の効率が低下するよう前記可変ノズルのノズル面積を調整する安全停止制御部を有する、請求項１に記載のエンジンシステム。
5. 前記安全停止制御部は、前記過給機の回転数及び前記過給機のタービン部の吸込圧の一方又は両方に基づいて、当該エンジンシステムの急停止後における前記可変ノズルのノズル面積を決定する、請求項４に記載のエンジンシステム。
6. 前記過給機を複数備え、
   前記安全停止機構は、少なくとも一つの前記過給機のタービン部の入口に設けられ、当該エンジンシステムの急停止時に閉止状態にあるときには当該エンジンシステムの急停止後に開放される開閉弁を有する、請求項１に記載のエンジンシステム。

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