(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体と、
主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、
前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、
前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、
前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、
前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、
前記放風配管に設けられた放風弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記主過給機及び前記副過給機が運転した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を閉じて前記副過給機を停止させ、過給機の運転台数を減らす際、
副過給機回転数に基づいて所定のサージマージンを有する停止時基準圧を決定し、副コンプレッサ出口圧が前記停止時基準圧よりも高いときに前記放風弁の開度を増加させ、前記副コンプレッサ出口圧が前記停止時基準圧よりも低いときに前記放風弁の開度を減少させるように構成されている、エンジンシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記放風弁の開度を増加させる際、前記副コンプレッサ出口圧と前記停止時基準圧との差が小さいほど前記放風弁の開度の増加量を小さくするように構成されている、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
エンジン本体と、
主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、
前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、
前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、
前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、
前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、
前記放風配管に設けられた放風弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記主過給機が運転し前記副過給機が停止した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を開いて前記副過給機を運転させ、過給機の運転台数を増やす際、
副過給機回転数に基づいて所定のサージマージンを有する運転時基準圧を決定し、副コンプレッサ出口圧が前記運転時基準圧よりも高いときに前記放風弁の開度を増加させ、前記副コンプレッサ出口圧が前記運転時基準圧よりも低いときに前記放風弁の開度を減少させるように構成されている、エンジンシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記放風弁の開度を増加させる際、前記副コンプレッサの出口圧と前記運転時基準圧との差が小さいほど前記放風弁の開度の増加量を小さくするように構成されている、請求項３に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記制御装置は、過給機の運転台数を増やす際、前記副タービン入口弁を開放し始めた後、副過給機回転数が所定の切替回転数以上となったときに前記副コンプレッサ出口弁の開放を開始し、前記切替回転数はエンジン負荷に応じて決定するように構成されている、請求項３又は４に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
エンジン本体と、
主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、
前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、
前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、
前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、
前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、
前記放風配管に設けられた放風弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記主過給機が運転し前記副過給機が停止した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を開いて前記副過給機を運転させ、過給機の運転台数を増やす際、
前記放風弁を所定の開度で開いた状態で前記副タービン入口弁の開放を開始した後、副過給機回転数が所定の第１切替回転数以上となったときに前記放風弁の閉止を開始し、副過給機回転数が前記第１切替回転数よりも大きい第２切替回転数以上となったときに前記副コンプレッサ出口弁の開放を開始するように構成されており、
前記制御装置は、エンジン負荷に基づいて所定のサージマージンを有する前記副コンプレッサの第１切替動作点を決定し、前記第１切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第１切替回転数とするように構成されているエンジンシステム。
【請求項７】
前記制御装置は、エンジン負荷に基づいて所定のサージマージンを有する前記副コンプレッサの第２切替動作点を決定し、前記第２切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第２切替回転数とするように構成されている、請求項６に記載のエンジンシステム。
【請求項８】
前記制御装置は、過給機の運転台数を増やす際、主コンプレッサ出口圧を取得し、副過給機回転数が前記第２切替回転数以上であり、かつ、取得した主コンプレッサ出口圧が前記第２切替動作点における副コンプレッサ出口圧よりも小さいときに副コンプレッサ出口弁を開き始めるように構成されている、請求項７に記載のエンジンシステム。
【請求項９】
エンジン本体と、
主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、
前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、
前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、
前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、
前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、
前記放風配管に設けられた放風弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記主過給機が運転し前記副過給機が停止した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を開いて前記副過給機を運転させ、過給機の運転台数を増やす際、
前記放風弁を所定の開度で開いた状態で前記副タービン入口弁の開放を開始した後、副過給機回転数が所定の第１切替回転数以上となったときに前記放風弁の閉止を開始し、副過給機回転数が前記第１切替回転数よりも大きい第２切替回転数以上となったときに前記副コンプレッサ出口弁の開放を開始するように構成されており、
前記制御装置は、主コンプレッサ出口圧を取得し、取得した主コンプレッサ出口圧に等しい値を第２切替圧とし、当該第２切替圧においてサージが発生する副コンプレッサ流量に所定流量を加えた値を第２切替流量とし、前記第２切替圧でかつ前記第２切替流量である動作点を第２切替動作点とし、前記第２切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第２切替回転数とするように構成されているエンジンシステム。
【請求項１０】
前記制御装置は、取得した主コンプレッサ出口圧に基づいてエンジン負荷を推定し、推定したエンジン負荷に基づいて所定のサージマージンを有する前記副コンプレッサの第１切替動作点を決定し、前記第１切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第１切替回転数とするように構成されている、請求項９に記載のエンジンシステム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記放風弁を閉じる際、前記副過給機回転数と前記第１切替回転数との差が小さくなるほど前記放風弁の開度の減少量を小さくするように構成されている、請求項６乃至１０のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の過給機を備え、運転状況に応じて過給機の運転台数を変えることができるエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に過給機を備えたエンジンシステムでは、エンジン本体が高負荷のときに効率のよい運転ができるように過給機が選定される。ただし、燃費等の観点から、エンジン本体を中負荷及び低負荷で運転することが多いエンジンシステムでは、主過給機と副過給機の２台の過給機を備える場合もある。このエンジンシステムでは、エンジン本体を高負荷で運転する場合には主過給機と副過給機の両方を運転させ、エンジン本体を中負荷及び低負荷で運転する場合には主過給機のみを運転させる。このような構成とすれば、エンジン本体を高負荷で運転する場合のみならず、中負荷及び低負荷で運転する場合も効率のよい運転が可能である。【０００３】
また、排気ガスをエンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットを備えたエンジンシステムの場合は、ＥＧＲ運転時には通常運転時よりも過給機に供給する排気ガスの量が減少するため、ＥＧＲ率とエンジン負荷に応じて過給機の運転台数を変えれば過給機のサージを防ぎつつ、効率のよい運転が可能である。【０００４】
エンジンの運転を継続しながら過給機の運転台数を減らすためには、主過給機を運転させたまま副過給機を停止させなければならない。この場合、主過給機で昇圧した外気が副過給機に逆流してしまうことから、過給機の運転台数を変えるエンジンシステムでは、副過給機のコンプレッサの出口側に弁が設けられている。この弁を閉じれば、逆流を防止することができる。ただし、この逆流防止用の弁を閉じたまま副過給機の運転が続くと、副過給機のコンプレッサの背圧が高くなることから、サージが発生してしまう。そこで、このようなエンジンシステムでは、副過給機のコンプレッサと逆流防止用の弁の間の空気を外部へ導く放風配管と、この放風配管に設けられた放風弁を備えている。そして、逆流防止用の弁を閉じる前から放風弁を開放することで、サージの発生を回避している（特許文献１乃至３参照）。【０００５】
なお、特許文献２では、副排気タービン過給機のコンプレッサ部の出口圧力が、給気マニホールドの圧力以上のときに開状態となる逆止弁を備えた舶用ディーゼル機関が開示されている。特許文献２に記載の発明では、逆流現象を防止することはできるが、サージが発生するような条件であるか否かの判断は行っていない。また、特許文献３に記載の発明は、特許文献２に記載の発明において逆止弁を制御弁に代えたものである。この制御弁は、コンプレッサ部の出口圧力と給気マニホールドの圧力との差圧が所定値以下になったときに開状態となる。特許文献３に記載の発明においても、サージが発生するような条件であるか否かの判断は行っていない。いずれも配管内バルブ前後の差圧という副排気タービン過給機のサージ発生場所とは異なる場所の配管内状態数との因果関係から間接的に制御を掛けているため制御に限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１６６７１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１６７７９９号公報
【特許文献３】特開２０１１−４７３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来のエンジンシステムでは、サージを確実に回避するために、早期に放風弁を開放し、その後に逆流防止用の弁を閉じている。そのため、エンジン本体へ供給できるはずの空気まで外部へ排出してしまい、その結果、エンジン本体へ供給する掃気ガスの圧力（掃気圧）が低下して、エンジン本体を効率よく運転することができない。【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、過給機の運転台数を変更する際に、過給機にサージが発生するのを防止しつつ、エンジン本体の効率が低下するのを抑えることができるエンジンシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、前記放風配管に設けられた放風弁と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記主過給機及び前記副過給機が運転した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を閉じて前記副過給機を停止させ、過給機の運転台数を減らす際、副過給機回転数に基づいて所定のサージマージンを有する停止時基準圧を決定し、副コンプレッサ出口圧が前記停止時基準圧よりも高いときに前記放風弁の開度を増加させ、前記副コンプレッサ出口圧が前記停止時基準圧よりも低いときに前記放風弁の開度を減少させるように構成されている。【００１０】
かかる構成によれば、放風弁は副コンプレッサ出口圧が停止時基準圧よりも低いときには閉止される。つまり、サージが発生する可能性が低いときは、放風弁を閉じて副コンプレッサで昇圧した外気をエンジン本体に供給する。これにより、副コンプレッサで昇圧された空気が無駄に外部へ放出されるのが抑えられ、エンジン本体の掃気圧の低下を抑えることができる。その結果、過給機の運転台数を減らす際に、エンジン本体の効率が低下するのを抑制することができる。【００１１】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記放風弁の開度を増加させる際、前記副コンプレッサ出口圧と前記停止時基準圧との差が小さいほど前記放風弁の開度の増加量を小さくするように構成されていてもよい。【００１２】
かかる構成によれば、副コンプレッサの運転点がサージ領域の近くにない場合には放風弁の開度の増加量は小さくなる。つまり、副コンプレッサにサージが発生する可能性が高くない場合には、副コンプレッサで昇圧した外気はあまり外部に放出されない。これにより、より一層、副コンプレッサにサージが発生するのを抑えつつ、掃気圧を高めてエンジン本体を効率よく運転することができる。【００１３】
また、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、主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、前記放風配管に設けられた放風弁と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記主過給機が運転し前記副過給機が停止した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を開いて前記副過給機を運転させ、過給機の運転台数を増やす際、副過給機回転数に基づいて所定のサージマージンを有する運転時基準圧を決定し、副コンプレッサ出口圧が前記運転時基準圧よりも高いときに前記放風弁の開度を増加させ、前記副コンプレッサ出口圧が前記運転時基準圧よりも低いときに前記放風弁の開度を減少させるように構成されている。【００１４】
かかる構成によれば、副コンプレッサの出口圧が運転時基準圧よりも低いときには放風弁の開度が減少する。つまり、サージが発生する可能性が低いときは、放風弁の開度を小さくして副コンプレッサで昇圧した空気をエンジン本体に多く供給する。これにより、副コンプレッサで昇圧された空気が無駄に外部へ放出されるのが抑えられ、エンジン本体の掃気圧の低下を抑えることができる。その結果、過給機の運転台数を増やす際に、エンジン本体の効率が低下するのを抑制することができる。【００１５】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記放風弁の開度を増加させる際、前記副コンプレッサの出口圧と前記運転時基準圧との差が小さいほど前記放風弁の開度の増加量を小さくするように構成されていてもよい。【００１６】
かかる構成によれば、副コンプレッサの運転点がサージ領域の近くにない場合には放風弁の開度の増加量は小さくなる。つまり、副コンプレッサにサージが発生する可能性が高くない場合には、副コンプレッサで昇圧した外気はあまり外部に放出されない。これにより、より一層、副コンプレッサにサージが発生するのを抑えつつ、掃気圧を高めてエンジン本体を効率よく運転することができる。【００１７】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、過給機の運転台数を増やす際、前記副タービン入口弁を開放し始めた後、副過給機回転数が所定の切替回転数以上となったときに前記副コンプレッサ出口弁の開放を開始し、前記切替回転数はエンジン負荷に応じて決定するように構成されていてもよい。切替回転数は、副コンプレッサの出口圧と掃気圧を比較して決定するのではなく、副コンプレッサ出口弁を開く直前から切替完了後までの、副コンプレッサの動作曲線（副コンプレッサ流量と副コンプレッサ出口圧の関係）を予測し、副コンプレッサがサージしないように考慮し決定される。【００１８】
かかる構成によれば、過給機の運転台数を増やす際に、副過給機回転数が切替回転数に達するまで副コンプレッサ出口弁を閉じておくため、主コンプレッサで昇圧した外気を副コンプレッサに逆流することなく、掃気としてエンジン本体に供給することができる。そのため、エンジン本体を効率よく運転することができる。また、切替回転数はエンジン負荷に応じて決定されるため、サージを回避しつつ、エンジン本体のより効率のよい運転が可能である。【００１９】
また、本発明の他の形態に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、主タービン及び主コンプレッサを有する少なくとも一台の主過給機と、前記エンジン本体に対して前記主過給機と並列に配置され、副タービン及び副コンプレッサを有する少なくとも一台の副過給機と、前記副タービンの入口側に設けられた副タービン入口弁と、前記副コンプレッサの出口側に設けられた副コンプレッサ出口弁と、前記副コンプレッサで昇圧された外気を前記副コンプレッサ出口弁の上流から外部へ導く放風配管と、前記放風配管に設けられた放風弁と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記主過給機が運転し前記副過給機が停止した状態から、前記主過給機を運転させたまま前記副タービン入口弁及び前記副コンプレッサ出口弁を開いて前記副過給機を運転させ、過給機の運転台数を増やす際、前記放風弁を所定の開度で開いた状態で前記副タービン入口弁の開放を開始した後、副過給機回転数が所定の第１切替回転数以上となったときに前記放風弁の閉止を開始し、副過給機回転数が前記第１切替回転数よりも大きい第２切替回転数以上となったときに前記副コンプレッサ出口弁の開放を開始するように構成されている。【００２０】
かかる構成によれば、放風弁がある程度閉まった状態で副コンプレッサ出口弁が開き始めるため、副コンプレッサで昇圧した外気が放風弁を介して外部に放出されるのを抑えることができる。また、主コンプレッサで昇圧した外気が副コンプレッサへ逆流するのを抑えることができる。よって、エンジン本体の効率が低下するのを抑えることができる。【００２１】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、エンジン負荷に基づいて所定のサージマージンを有する前記副コンプレッサの第１切替動作点（副コンプレッサ流量と副コンプレッサ出口圧）を決定し、前記第１切替動作点を通過する圧力曲線（副過給機の各回転数における副コンプレッサ流量と副コンプレッサ出口圧の関係）の副過給機回転数を前記第１切替回転数とするように構成されていてもよい。第１切替回転数は、副コンプレッサの出口圧と掃気圧を比較して決定するのではなく、エンジン負荷に基づいて放風弁を閉じ始める直前から副コンプレッサ出口弁を開き始める直前までの、副コンプレッサの動作曲線を予測し、副コンプレッサがサージしないように考慮し決定される。【００２２】
かかる構成によれば、エンジン負荷に基づいて第１切替動作点を決定し、さらにこの第１切替動作点を用いて第１切替回転数を決定することになる。そのため、副コンプレッサ出口圧等の圧力を測定することなく放風弁の開閉を制御することができる。よって、他の条件によっては、副コンプレッサ出口圧等の圧力を測定する圧力計が不要となる。【００２３】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、エンジン負荷に基づいて所定のサージマージンを有する前記副コンプレッサの第２切替動作点を決定し、前記第２切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第２切替回転数とするように構成されてもよい。第２切替回転数は、副コンプレッサの出口圧と掃気圧を比較して決定するのではなく、エンジン負荷に基づいて副コンプレッサ出口弁を開き始める直前から開き終わる（切替完了）までの、副コンプレッサの動作曲線を予測し、副コンプレッサがサージしないように考慮し決定される。【００２４】
かかる構成によれば、エンジン負荷に基づいて第２切替動作点を決定し、さらにこの第２切替動作点を用いて第２切替回転数を決定することになる。そのため、副コンプレッサ出口圧等の圧力を測定することなく副コンプレッサ出口弁を開放し始めるタイミングを決定することができる。よって、他の条件によっては、副コンプレッサ出口圧等の圧力を測定する圧力計が不要となる。【００２５】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、過給機の運転台数を増やす際、主コンプレッサ出口圧を取得し、副過給機回転数が前記第２切替回転数以上であり、かつ、取得した主コンプレッサ出口圧が前記第２切替動作点における副コンプレッサ出口圧よりも小さいときに副コンプレッサ出口弁を開き始めるように構成されていてもよい。【００２６】
エンジン負荷に基づいて副コンプレッサ出口弁を開放するタイミングを決定する場合、エンジン負荷が急激に変動する状況では主コンプレッサ出口圧が想定した圧力より高い場合があり、そのとき主コンプレッサ出口弁を開放すると、主コンプレッサで昇圧した外気が副コンプレッサへ逆流するおそれがある。これに対し、上記の構成では、実際の主コンプレッサ出口圧を取得して、逆流が発生するおそれがある場合には副コンプレッサ出口圧弁を開放しないため、副コンプレッサに逆流が生じるのを防ぐことができる。【００２７】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、取得した主コンプレッサ出口圧に等しい値を第２切替圧とし、当該第２切替圧においてサージが発生する副コンプレッサ流量に所定流量を加えた値を第２切替流量とし、前記第２切替圧でかつ前記第２切替流量である動作点を第２切替動作点とし、前記第２切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第２切替回転数とするように構成されていてもよい。【００２８】
かかる構成によれば、第２切替回転数は、エンジン負荷を用いず主コンプレッサ出口圧に基づいて決定されるため、エンジン負荷が急激に変動する状況で副過給機の台数を増加したとしても、副コンプレッサに逆流が生じるのを防ぐことができる。【００２９】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、取得した主コンプレッサ出口圧に基づいてエンジン負荷を推定し、推定したエンジン負荷に基づいて所定のサージマージンを有する前記副コンプレッサの第１切替動作点を決定し、前記第１切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を前記第１切替回転数とするように構成されていてもよい。【００３０】
かかる構成によれば、主コンプレッサ出口圧に基づいて第１切替回転数を決定することができるため、第２切替回転数のみならず第１切替回転数を決定する際にもエンジン負荷を直接取得する必要がない。つまり、運転台数増加制御においてエンジン負荷の取得が省略できることから、運転台数減少制御においてもエンジン負荷の取得を省略できる場合には、エンジンシステムを簡略化することができる。【００３１】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記放風弁を閉じる際、副過給機回転数と前記第１切替回転数との差が小さくなるほど前記放風弁の開度の減少量を小さくするように構成されていてもよい。【００３２】
かかる構成によれば、副コンプレッサにサージが発生する可能性が低い場合には、素早く放風弁を閉じることができるため、エンジン本体の効率の低下をさらに抑えることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上のとおり、上記のエンジンシステムによれば、過給機にサージが発生するのを防止しつつ、過給機の運転台数を変更する際に、エンジン本体の効率が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るエンジンシステム全体の概略構成図である。
【図２】図２は、エンジンシステムの制御系のブロック図である。
【図３】図３は、過給機運転台数削減制御方法を示したフロー図である。
【図４】図４は、過給機運転台数削減制御時における各弁の開度のタイムチャートである。
【図５】図５は、サージラインと停止時基準圧との関係を示したグラフである。
【図６】図６は、副コンプレッサ出口圧及び掃気圧のタイムチャートである。
【図７】図７は、第１実施形態の過給機運転台数増加制御の方法を示したフロー図である。
【図８】図８は、第１実施形態の過給機運転台数増加制御時における各弁の開度のタイムチャートである。
【図９】図９は、エンジン負荷と切替回転数の関係を示したグラフである。
【図１０】図１０は、図１の変形例に係るエンジンシステムの全体概略図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の過給機運転台数増加制御の方法を示したフロー図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の過給機運転台数増加制御時における各弁の開度及び副過給機の回転数のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、エンジン負荷と第１切替圧及び第２切替圧との関係を示したグラフである。
【図１４】図１４は、エンジン負荷と第１切替流量及び第２切替流量との関係を示したグラフである。
【図１５】図１５は、第２実施形態の第１切替回転数及び第２切替回転数を決定する方法を説明する図である。
【図１６】図１６は、第３実施形態に係るエンジンシステム全体の概略構成図である。
【図１７】図１７は、第３実施形態の過給機運転台数増加制御の方法を示したフロー図である。
【図１８】図１８は、第４実施形態の過給機運転台数増加制御の方法を示したフロー図である。
【図１９】図１９は、主コンプレッサ出口圧とエンジン負荷の関係を示したグラフである。
【図２０】図２０は、第４実施形態の第２切替回転数を決定する方法を説明する図である。
【図２１】図２１は、図１の他の変形例に係るエンジンシステムの全体概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
（第１実施形態）
はじめに第１実施形態について説明する。
【００３７】
＜エンジンシステムの全体構成＞
まず、本実施形態に係るエンジンシステム１００の全体構成について説明する。図１は、エンジンシステム１００の全体の概略構成図である。図１において、太く描いた破線は排気ガスの流れを示しており、太く描いた実線は掃気ガスの流れを示している。図１に示すように、エンジンシステム１００は、エンジン本体１０と、主過給機２０と、副過給機３０と、副タービン入口弁４１と、副コンプレッサ出口弁４２と、放風弁４３と、を備えている。
【００３８】
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、大型の２ストロークディーゼルエンジンである。エンジン本体１０には、エンジン本体１０の回転数（エンジン回転数）を測定するエンジン回転計１１（図２参照）が設けられている。また、エンジン本体１０は、燃料の噴射量を調整する燃料供給装置１２（図２参照）を有している。なお、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、ガスエンジンやガソリンエンジンであってもよい。以下の説明における「掃気」は、４ストロークエンジンの場合には「給気」と読み替えられる。
【００３９】
主過給機２０は、エンジン本体１０の運転状態にかかわらず常に運転する過給機である。エンジン本体１０から排出された排気ガスは主排気配管２１を介して主タービン２２に供給される。主タービン２２は供給された排気ガスのエネルギにより回転する。主タービン２２と主コンプレッサ２３は連結シャフト２４により連結されており、主タービン２２の回転に伴って主コンプレッサ２３も回転する。主コンプレッサ２３が回転すると、外部から取り込んだ空気（外気）が昇圧され、昇圧された外気は掃気ガスとして主掃気配管２５を介してエンジン本体１０に供給される。
【００４０】
副過給機３０は、エンジン本体１０の運転状態に応じて、運転又は停止する過給機である。副過給機３０はエンジン本体１０に対して主過給機２０と並列に配置されている。なお、副過給機３０は、主過給機２０と同じ仕様（容量）であってもよく異なる仕様であってもよい。エンジン本体１０から排出された排気ガスは副排気配管３１を介して副タービン３２に供給される。副タービン３２は供給された排気ガスのエネルギにより回転する。副タービン３２と副コンプレッサ３３は連結シャフト３４により連結されており、副タービン３２の回転に伴って副コンプレッサ３３も回転する。副コンプレッサ３３が回転すると、外部から取り込んだ空気（外気）が昇圧され、昇圧された外気は掃気ガスとして副掃気配管３５および主掃気配管２５を介してエンジン本体１０に供給される。
【００４１】
本実施形態では、副掃気配管３５は主掃気配管２５に連結されている。そして、主掃気配管２５の副掃気配管３５が連結されている部分よりも下流には掃気ガスを冷却するエアクーラ５０が設けられている。ただし、掃気ガスを冷却しない場合及び過給機２０、３０ごとにエアクーラ５０を設ける場合などには、副掃気配管３５を主掃気配管２５に連結せず、エンジン本体１０に直接連結してもよい。なお、副過給機３０には、副過給機３０（副コンプレッサ３３）の回転数を測定する副過給機回転計３６が設けられている。また、副コンプレッサ３３の出口付近には副コンプレッサ３３によって昇圧された外気の圧力（副コンプレッサ出口圧）を測定する副コンプレッサ出口圧計３７が設けられている。
【００４２】
副タービン入口弁４１は、副排気配管３１に設けられており、副タービン３２の入口側に位置する弁である。副コンプレッサ出口弁４２は、副掃気配管３５に設けられており、副コンプレッサ３３の出口側に位置する弁である。副掃気配管３５の副コンプレッサ出口弁４２よりも上流側の部分には、放風配管４４が連結されている。放風配管４４は、副コンプレッサ３３で昇圧された外気を外部へ導く配管である。放風弁４３は、この放風配管４４に設けられている。上述した弁のうち、副タービン入口弁４１及び副コンプレッサ出口弁４２は、本実施形態においては全閉又は全開のいずれかに切り替えられる開閉弁であるが、開度の調整ができる調整弁であってもよい。これらの弁の開閉の切り替えには多少の時間がかかる（図４参照）。一方、放風弁４３は、本実施形態では、開度の調整が可能である調整弁である。ただし、放風弁４３は開閉弁であってインチング操作（開指令／閉指令による操作）により開度を調整してもよい。
【００４３】
＜制御系の構成＞
次に、エンジンシステム１００の制御系の構成について説明する。図２は、エンジンシステム１００の制御系のブロック図である。図２に示すように、エンジンシステム１００は、エンジンシステム１００全体を制御する制御装置６０を備えている。制御装置６０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。
【００４４】
制御装置６０は、エンジン回転計１１、燃料供給装置１２、副過給機回転計３６、及び副コンプレッサ出口圧計３７と電気的に接続されている。制御装置６０は、これらの機器から送信される信号に基づいて、エンジン回転数、燃料噴射量、副過給機回転数、及び副コンプレッサ出口圧等を取得する。制御装置６０は、上記の各機器からの入力信号に基づいて種々の演算を行い、エンジンシステム１００の各部を制御する。本実施形態では、制御装置６０は、副タービン入口弁４１、副コンプレッサ出口弁４２、及び放風弁４３と電気的に接続されており、各種の演算等の結果に基づいて、これらの機器へ制御信号を送信する。
【００４５】
＜運転台数削減制御＞
続いて、主過給機２０及び副過給機３０が運転した状態から、主過給機２０を運転させたまま副過給機３０を停止させ、過給機の運転台数を減らす制御（運転台数削減制御）について説明する。図３は、運転台数削減制御の方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、制御装置６０によって遂行される。また、図４は副タービン入口弁４１、副コンプレッサ出口弁４２、及び放風弁４３の各開度を示したタイムチャートである。なお、図４は概念的に示すものであり、実際の値とは必ずしも一致しない（以下で説明する他のタイムチャート及びグラフも同様）。
【００４６】
まず、処理が開始されると、制御装置６０は、副タービン入口弁４１と副コンプレッサ出口弁４２を同時に閉じる（ステップＳ１）。これにより、副タービン３２にエンジン本体１０から排出される排気ガスが供給されなくなり、副過給機３０の回転数が次第に低下していく。なお、図４に示すように、これらの弁が全開から全閉となるには多少の時間がかかる。このため、副タービン入口弁４１を閉じ始めてから副過給機３０が停止するまでには多少の時間がかかることから、副タービン入口弁４１から少し遅れて副コンプレッサ出口弁４２を閉じ始めたとしても、主コンプレッサ２３で昇圧した外気が副コンプレッサ３３へ逆流するのを防止することができる。
【００４７】
続いて、制御装置６０は、副過給機回転計３６及び副コンプレッサ出口圧計３７から送信される信号を読み込み、これらの信号に基づいて副過給機回転数及び副コンプレッサ出口圧を取得する（ステップＳ２）。
【００４８】
続いて、制御装置６０は、ステップＳ２で取得した副過給機回転数に基づいて停止時基準圧を決定する（ステップＳ３）。ここで、図５は、副過給機３０の各回転数における副コンプレッサ流量と副コンプレッサ出口圧の関係を示した図、すなわち各回転数における圧力曲線を示した図（コンプレッサマップ）である。図中の太線は各回転数においてサージが発生する点をつないだ線（サージライン）を示している。図中の破線は、サージラインから所定の間隔（サージマージン）を有するように予め設定された停止時基準圧ラインである。上述した「停止時基準圧」は、この圧力曲線と停止時基準圧ラインとが交差する点の圧力である。制御装置６０は、副過給機３０の回転数ごとの停止時基準圧のデータを記憶している。そのため、取得した副過給機３０の回転数に基づいて停止時基準圧を決定することができる。
【００４９】
続いて、制御装置６０は、副コンプレッサ出口圧が、停止時基準圧よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、副コンプレッサ３３にサージが発生する危険性があるか否かを判定する。副コンプレッサ出口圧が停止時基準圧以下であると判定した場合には（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ５へ進む。つまり、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性がないと判断した場合にはステップＳ５へ進む。一方、副コンプレッサ出口圧が停止時基準圧よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ６へ進む。つまり、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性があると判断した場合にはステップＳ６へ進む。
【００５０】
副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性がないとしてステップＳ５へ進んだ場合、制御装置６０は、放風弁４３に制御信号を送信して放風弁４３の開度を減少させる。一方、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性があるとしてステップＳ６へ進んだ場合、制御装置６０は、放風弁４３に制御信号を送信して放風弁４３の開度を増加させる。なお、本実施形態では、副コンプレッサ出口圧と停止時基準圧との差に応じて放風弁４３の開度の変化量を決定する。つまり、副コンプレッサ出口圧と停止時基準圧との差が小さくなるに従って放風弁４３の開度の増減量を小さくする。
【００５１】
続いて、ステップＳ５又はＳ６を経た後、制御装置６０は、副過給機３０が停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。つまり、副過給機回転数がゼロになったか否かを判定する。副過給機３０が停止したと判定した場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、処理を終了する。一方、副過給機３０が停止していないと判定した場合には（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ２に戻ってステップＳ２〜Ｓ８を繰り返す。
【００５２】
図４のうち放風弁４３の開度のタイムチャートを示す図（図４の下図）において、実線が本実施形態における放風弁４３の開度を示しており、破線が副タービン入口弁４１及び副コンプレッサ出口弁４２を閉じ始めるのと同時に放風弁４３が開き始めた場合（早期開放の場合）の放風弁４３の開度を示している。なお、前述した特許文献１乃至３に記載のものは、破線で示すものよりもさらに早いタイミングで放風弁４３を開き始めている。この図で示すように、本実施形態の場合は、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性がないときには放風弁４３が開き始めないため、放風弁４３の開き始めのタイミングを早期開放の場合に比べて遅らせることができる。さらに、本実施形態では、放風弁４３は一定の割合で開度が大きくなるのではなく、サージが発生する可能性が低いときには開度を減少させることもある。これにより、サージが発生しない範囲で、放風弁４３の開度を可能な限り小さくすることができる。
【００５３】
図６は、副コンプレッサ出口圧と掃気圧の時間変化を示した図である。図６において、実線は本実施形態の場合を示しており、破線は早期開放の場合を示している（図４の下図参照）。まず、図６のうち副コンプレッサ出口圧の時間変化を示す図（図６の上図）に着目すると、本実施形態の場合は早期開放の場合に比べ、放風弁４３の開き始めが遅いことから、副コンプレッサ出口圧が低下し始めるのも遅くなることがわかる。
【００５４】
続いて、図６のうち掃気圧の時間変化を示す図（図６の下図）に着目すると、本実施形態の場合は早期開放の場合に比べ、掃気圧の落ち込みが少ない。これは、本実施形態の場合、副コンプレッサ出口弁４２が閉まり始めた後であっても、副コンプレッサ３３で昇圧した外気を掃気ガスとして利用できるからである。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、過給機の運転台数を減らす際、従来のようにサージの発生を考慮して放風弁４３を早期に開き始める場合に比べ、副過給機３０を停止する間だけでなく停止した後においても、掃気圧の低下を抑制することができる。よって、本実施形態によれば従来の場合に比べて、エンジン本体１０を効率よく運転することができる。
【００５６】
＜運転台数増加制御＞
続いて、主過給機２０が運転し副過給機３０が停止している状態から、主過給機２０を運転させたまま副過給機３０を運転させ、過給機の運転台数を増やす制御（運転台数増加制御）について説明する。図７は、運転台数増加制御の方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、制御装置６０によって遂行される。また、図８は副タービン入口弁４１、副コンプレッサ出口弁４２、及び放風弁４３の開度を示したタイムチャートである。
【００５７】
まず、処理が開始されると、制御装置６０は、副タービン入口弁４１を開放する（ステップＳ１１）。これにより、副タービン３２に排気ガスが供給され副過給機３０は運転し始める。なお、副コンプレッサ出口弁４２は、副タービン入口弁４１と同時には開放しない。副過給機３０の回転数が少なく副コンプレッサ出口圧が小さい状態で副コンプレッサ出口弁４２を開いてしまうと、主コンプレッサ２３で昇圧された外気が副コンプレッサ３３に逆流してしまうからである。
【００５８】
続いて、制御装置６０は、エンジン回転計１１、燃料供給装置１２、副過給機回転計３６、及び副コンプレッサ出口圧計３７から送信される信号を読み込み、これらの信号に基づいてエンジン負荷（エンジン回転数及び燃料噴射量から推定）、副過給機回転数、及び副コンプレッサ出口圧を取得する（ステップＳ１２）。
【００５９】
続いて、制御装置６０は、切替回転数を決定する（ステップＳ１３）。ここでいう「切替回転数」とは、副コンプレッサ出口弁４２を開放し始めるときの副過給機回転数である。切替回転数はエンジン負荷に応じて決定する。具体的には、制御装置６０は、図９に示すグラフに対応するマップデータを記憶しており、取得したエンジン負荷に基づいて切替回転数を決定する。なお、図９に示すように、エンジン負荷が大きくなるに従って切替回転数は大きくなる。
【００６０】
続いて、制御装置６０は、ステップＳ１２で取得した副過給機回転数が、ステップＳ１３で決定した切替回転数以上か否かを判定する（ステップＳ１４）。副過給機回転数が切替回転数以上であると判定したとき（ステップＳ１４でＹＥＳ）、副コンプレッサ出口弁４２の開放を始め（ステップＳ１５）、その後ステップＳ１６へ進む。一方、副過給機回転数が切替回転数よりも小さいと判定したとき（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１５を経ずにステップＳ１６に進む。
【００６１】
続いて、制御装置６０は、ステップＳ１２で取得した副過給機回転数に基づいて運転時基準圧を決定する（ステップＳ１６）。運転時基準圧は、前述した停止時基準圧（図３のステップＳ３参照）と同様に予め設定された所定量のサージマージンを有する圧力である。制御装置６０は、副過給機回転数ごとの運転時基準圧のデータを記憶している。そのため、取得した副過給機回転数に基づいて運転時基準圧を決定することができる。なお、各副過給機回転数において、運転時基準圧と停止時基準圧とを同じ値にしてもよい。
【００６２】
続いて、制御装置６０は、副コンプレッサ出口圧が、運転時基準圧よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１７）。すなわち、副コンプレッサ３３にサージが発生する危険性があるか否かを判定する。副コンプレッサ出口圧が運転時基準圧以下であると判定した場合には（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ１８へ進む。つまり、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性がないと判断した場合にはステップＳ１８へ進む。一方、副コンプレッサ出口圧が運転時基準圧よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ステップＳ１９へ進む。つまり、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性があると判断した場合にはステップＳ１９へ進む。
【００６３】
副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性がないとしてステップＳ１８へ進んだ場合、制御装置６０は、放風弁４３に制御信号を送信して放風弁４３の開度を減少させる。一方、副コンプレッサ３３にサージが発生する可能性があるとしてステップＳ１９へ進んだ場合、制御装置６０は、放風弁４３に制御信号を送信して放風弁４３の開度を増加する。なお、放風弁４３の開度を増加させるとき、副コンプレッサ出口圧と運転時基準圧との差が小さくなるに従って、放風弁４３の開度の増減量を小さくする。
【００６４】
続いて、ステップＳ１８又はＳ１９を経た後、制御装置６０は、副コンプレッサ出口弁４２が全開になったか否かを判定する（ステップＳ２０）。なお、副コンプレッサ出口弁４２が全開になったか否かは、副コンプレッサ出口弁４２の全閉／全開確認用リミットスイッチや開放が開始されてからの時間等によって判断することができる。副コンプレッサ出口弁４２が全開になったと判定した場合には（ステップＳ２０でＹＥＳ）、処理を終了する。一方、副コンプレッサ出口弁４２が全開になっていないと判定した場合には（ステップＳ２０でＮＯ）、ステップＳ１２に戻ってステップＳ１２〜Ｓ２０を繰り返す。
【００６５】
以上のとおり、本実施形態の運転台数増加制御によれば、サージが発生しない範囲で可能な限り放風弁４３の開度（全閉も含む）が小さくなるように制御される。そのため、副コンプレッサ３３で昇圧した外気は、外部に排出されるのが抑えられて、副コンプレッサ出口弁４２が開き始めるとすぐに掃気ガスとしてエンジン本体１０に供給される。そのため、掃気圧を高めることができ、エンジン本体１０を効率よく運転することができる。
【００６６】
なお、本実施形態の運転台数増加制御では、エンジン負荷及び副過給機回転数に基づいて副コンプレッサ出口弁４２を開放するタイミングを決定している。ただし、副コンプレッサ出口弁４２を開放するタイミングは、これに限られない。例えば図１０に示すように副コンプレッサ出口弁４２の前後差圧を測定する差圧計３８を設け、当該前後差圧に基づいて副コンプレッサ出口弁４２を開放するタイミングを決定してもよい。具体的には、副コンプレッサ出口弁４２の上流側の圧力が下流側の圧力よりも高くなったときに副コンプレッサ出口弁４２を開放してもよい。
【００６７】
また、図１０に示すように、エアクーラ５０とエンジン本体１０の間に掃気圧を測定する掃気圧計３９を設け、副コンプレッサ出口圧と掃気圧の差圧が所定の閾値を越えたときに、副コンプレッサ出口弁４２を開放するようにしてもよい。さらに、副コンプレッサ出口弁４２として、副コンプレッサ３３で昇圧した外気がエンジン本体１０へ流れるが、主コンプレッサ２３で昇圧した外気が副コンプレッサ３３に流れないような逆止弁を採用してもよい。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、運転台数増加制御の方法が第１実施形態の場合と異なる。以下、本実施形態の運転台数増加制御について説明する。
【００６９】
図１１は、本実施形態の運転台数増加制御の方法を示したフローチャートである。また、図１２は、副タービン入口弁４１、副コンプレッサ出口弁４２、及び放風弁４３の開度、並びに副過給機３０の回転数を示したタイムチャートである。
【００７０】
図１１に示すように、運転台数増加制御の処理が開始されると、制御装置６０は、所定の開度となるように放風弁４３の開放を開始し（ステップＳ２１）、所定時間後に副タービン入口弁４１の開放を開始する（ステップＳ２２）。副タービン入口弁４１の開放を開始することにより、副過給機３０は運転し始める（図１２参照）。
【００７１】
続いて、制御装置６０は、エンジン回転計１１、燃料供給装置１２、及び副過給機回転計３６から送信される信号を読み込み、これらの信号に基づいてエンジン負荷（エンジン回転数及び燃料噴射量から推定）及び副過給機回転数を取得する（ステップＳ２３）。
【００７２】
続いて、制御装置６０は、第１切替動作点（副コンプレッサ流量と副コンプレッサ出口圧）を決定する（ステップＳ２４）。「第１切替動作点」は、所定のサージマージンを有する副コンプレッサ３３の動作点であって、放風弁４３を閉じ始める点である。放風弁４３の開閉によって副コンプレッサ３３の動作点は大きく変化するため、放風弁４３を閉じ始めるタイミングが異なれば副コンプレッサ３３の動作曲線（動作点の軌跡）も異なる。本実施形態では、副コンプレッサ３３がある動作点に達した時に放風弁４３を閉じ始めれば、放風弁４３を閉じ始める直前から副コンプレッサ出口弁４２を開き始める直前までの間にサージが生じない、つまりその間に動作曲線がサージ領域に達しないという条件を満たす動作点を第１切替動作点として設定する。ただし、第１切替動作点は、エンジン負荷に応じて変化する。なお、第１切替動作点における副コンプレッサ出口圧及び副コンプレッサ流量をそれぞれ第１切替圧及び第１切替流量とする（図１５参照）。制御装置６０は、図１３に示す第１切替圧のグラフに対応するマップデータを記憶しており、このマップデータとステップＳ２３で取得したエンジン負荷に基づいて第１切替圧を決定する。同様に、制御装置６０は、図１４に示す第１切替流量のグラフに対応するマップデータを記憶しており、このマップデータとステップＳ２３で取得したエンジン負荷に基づいて第１切替流量を決定する。なお、図１３、図１４に示すように、エンジン負荷が大きくなるほど第１切替圧及び第１切替流量は大きくなる。
【００７３】
続いて、制御装置６０は、第１切替回転数を決定する（ステップＳ２５）。本実施形態では、副コンプレッサ３３の第１切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を第１切替回転数とする。例えば、図１５で示すように第１切替動作点である点ＡをＸ％回転数の圧力曲線が通過する場合には、第１切替回転数をＸ％回転数とする。なお、エンジンの運転状況などによっては、副過給機回転数が第１切替回転数に達したときの副コンプレッサ３３の動作点が第１切替動作点と異なる場合がある。ただし、第１切替動作点は所定のサージマージンを有しているため、実際の動作点が第１切替動作点から多少ずれたとしても、放風弁４３を閉じ始める直前から副コンプレッサ出口弁４２を開き始める直前までの間は副コンプレッサ３３のサージを回避することができる。
【００７４】
続いて、制御装置６０は、副過給機回転数が第１切替回転数以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。副過給機回転数が第１切替回転数以上であると判定した場合には（ステップＳ２６でＹＥＳ）、放風弁４３の閉止を開始する（ステップＳ２７；図１２参照）。一方、副過給機回転数が第１切替回転数よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ２６でＮＯ）、ステップＳ２３に戻ってステップＳ２３〜Ｓ２６を繰り返す。
【００７５】
ステップＳ２７を経て放風弁４３の閉止を開始した後は、制御装置６０は、再度、エンジン回転計１１、燃料供給装置１２、及び副過給機回転計３６から送信される信号を読み込み、これらの信号に基づいてエンジン負荷及び副過給機回転数を取得する（ステップＳ２８）。
【００７６】
続いて、制御装置６０は、第２切替動作点を決定する（ステップＳ２９）。「第２切替動作点」は、所定のサージマージンを有する副コンプレッサ３３の動作点であって、副コンプレッサ出口弁４２を開き始める点である。第２切替動作点は、第１切替動作点と同様にして決定する。すなわち、副コンプレッサ３３がある動作点に達した時に副コンプレッサ出口弁４２を開き始めれば、副コンプレッサ出口弁４２を開き始める直前から開き終わる（切替完了）までの間にサージが生じない、つまりその間に動作曲線がサージ領域に達しないという条件を満たす動作点を第２切替動作点として設定する。第２切替動作点も第１切替動作点と同様に、エンジン負荷に応じて変化する。なお、第２切替動作点における副コンプレッサ出口圧及び副コンプレッサ流量をそれぞれ第２切替圧及び第２切替流量とする（図１５参照）。制御装置６０は、図１３、図１４に示す第２切替圧のグラフ及び第２切替流量に対応するマップデータ及びエンジン負荷に基づいて、第２切替圧及び第２切替流量を決定する。なお、エンジン負荷が同じである場合、第２切替圧及び第２切替流量は、それぞれ第１切替圧及び第１切替流量よりも高い値に決定される。
【００７７】
続いて、制御装置６０は、第２切替回転数を決定する（ステップＳ３０）。第１切替回転数の場合と同様に、副コンプレッサ３３の第２切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を第２切替回転数とする。例えば、図１５で示すように第２切替動作点である点ＢをＹ％回転数の圧力曲線が通過している場合には、第２切替回転数をＹ％回転数とする。なお、第２切替圧及び第２切替流量は、それぞれ第１切替圧及び第１切替流量よりも大きいことから、第２切替回転数は第１切替回転数よりも高くなる。また、エンジンの運転状況などによっては、副過給機回転数が第２切替回転数に達したときの副コンプレッサの動作点が第２切替動作点と異なる場合がある。ただし、第２切替動作点は所定のサージマージンを有しているため、実際の動作点が第２切替動作点から多少ずれたとしても、副コンプレッサ出口弁４２を開き始める直前から開き終わるまでの間は副コンプレッサ３３のサージを回避することができる。
【００７８】
続いて、制御装置６０は、副過給機回転数が第２切替回転数以上であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。副過給機回転数が第２切替回転数以上であると判定した場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始し（ステップＳ３２；図１２参照）、その後に処理を終了する。一方、副過給機回転数が第２切替回転数よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ３１でＮＯ）、ステップＳ２８に戻ってステップＳ２８〜Ｓ３１を繰り返す。
【００７９】
本実施形態の運転台数増加制御は以上のとおりである。運転台数増加制御を以上のように行うことにより、図１２に示すように、放風弁４３が所定の開度で開いた状態で副タービン入口弁４１の開放が開始された後、放風弁４３の閉止が開始し、さらにその後に副コンプレッサ出口弁４２の開放が開始されることになる。つまり、放風弁４３がある程度閉まった状態で副コンプレッサ出口弁４２の開放が開始されるため、副コンプレッサ３３で昇圧した外気が放風弁４３を介して外部に放出されるのを抑えることができる。また、副コンプレッサ３３で外気が十分に昇圧されるため、主コンプレッサ２３で昇圧した外気が副コンプレッサ３３へ逆流することを抑えることができる。よって、エンジン本体１０の効率が低下するのを抑えることができる。また、本実施形態の運転台数増加制御では、副コンプレッサ出口弁４２及び放風弁４３の開閉が、副過給機回転数に基づいて制御されるため、副コンプレッサ出口圧力の取得を省略することができる。そのため、例えば、運転台数減少制御をタイムスケジュールに基づいて行うなど、運転台数増加制御のみならず運転台数減少制御においても副コンプレッサ出口圧力を用いない場合には、図１における副コンプレッサ出口圧計３７を省略することができる。
【００８０】
なお、以上では、副過給機回転数が第１切替回転数以上であると判定した場合には、放風弁４３の閉止を開始することを説明したが（ステップＳ２６、Ｓ２７）、この放風弁４３を閉じる速度、すなわち放風弁４３の開度の減少率（変化率）は一定でなくてもよい。例えば、副過給機回転数と第１切替回転数の差が大きいほど放風弁４３を閉じる速度を大きく、すなわち放風弁４３の開度の減少量を大きくしてもよい。かかる構成によれば、副コンプレッサ３３のサージが発生する可能性が低い場合に、より素早く放風弁４３を閉じることができるため、エンジン本体１０の効率の低下をさらに抑えることができる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態において運転台数増加制御に所定のステップを追加したものである。以下、本実施形態の第２実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００８２】
図１６は、本実施形態に係るエンジンシステム２００の全体の概略構成図である。図１６に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム２００では、主掃気配管２５に主コンプレッサ出口圧計４０が設けられているが、それ以外は図１に示す第１実施形態及び第２実施形態に係るエンジンシステム１００と同じ構成である。主コンプレッサ出口圧計４０は主コンプレッサ２３の出口側であってエアクーラ５０の上流に位置している。主コンプレッサ出口圧計４０は制御装置６０と電気的に接続されており、制御装置６０は主コンプレッサ出口圧計４０から送信される信号に基づいて、主コンプレッサ出口圧を取得する。
【００８３】
図１７は、本実施形態の運転台数増加制御の方法を示したフローチャートであり、第２実施形態の図１１に相当する。図１７と図１１を対比すればわかるように、本実施形態の運転台数増加制御は、第２実施形態の運転台数増加制御にステップＳ４１、Ｓ４２を追加したものである。第２実施形態では、制御装置６０がステップＳ２９において副過給機回転数が第２切替回転数以上であると判定した場合、副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始していたが、本実施形態ではステップＳ３１において副過給機回転数が第２切替回転数以上であると判定した場合、すぐに副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始せずにステップＳ４１へ進む。
【００８４】
ステップＳ４１では、制御装置６０は、主コンプレッサ出口圧計４０から送信される信号を読み込み、この信号に基づいて主コンプレッサ出口圧を取得する。
【００８５】
続いて、制御装置６０は、ステップＳ４１で取得した主コンプレッサ出口圧が、ステップＳ２９において第２切替動作点を決定する際に用いた第２切替圧以下であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。主コンプレッサ出口圧が第２切替圧以下である場合は（ステップＳ４２でＹＥＳ）、副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始し（ステップＳ３２）、その後に処理を終了する。一方、主コンプレッサ出口圧が第２切替圧よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ４２でＮＯ）、ステップＳ２８に戻ってステップＳ２８〜Ｓ３１、Ｓ４１、Ｓ４２を繰り返す。
【００８６】
以上のとおり、本実施形態では、副過給機回転数が第２切替回転数以上であることに加え、主コンプレッサ出口圧が第２切替圧以下であるときに、はじめて副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始する。
【００８７】
ここで、船舶が一定速度で航行する場合であっても、海の状況によってはエンジン負荷が大きく変動する場合がある。エンジン負荷が下がったとき主コンプレッサ出口圧は下がるよう制御されるが、エンジン負荷が下がってから主コンプレッサ出口圧が下がるまでにはある程度の時間がかかる。そのため、エンジン負荷が下がるのと同時に運転台数増加制御を行った場合、主コンプレッサ出口圧はまだ高い状態にあるため主コンプレッサ２３で昇圧した外気が副コンプレッサ３３側へ逆流してしまうおそれがある。
【００８８】
これに対し、本実施形態では、主コンプレッサ出口圧が第２切替圧以下であるときにはじめて副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始する。もともと、副コンプレッサ出口圧が第２切替圧力となった時に副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始するのであるから、副コンプレッサ出口弁４２の開放が開始されたときの副コンプレッサ出口圧は第２切替圧である。そのため、本実施形態のように、主コンプレッサ出口圧が第２切替圧力以下であれば、副コンプレッサ出口弁４２の開放が開始されたときには、主コンプレッサ出口圧は副コンプレッサ出口圧より小さいことになる。よって、本実施形態によれば、エンジン負荷が変動するような場合であっても、主コンプレッサ２３で昇圧した外気が副コンプレッサ３３側へ逆流するようなことはない。
【００８９】
なお、本実施形態では、主コンプレッサ出口圧計４０を用いて主コンプレッサ出口圧を取得したが、例えば、主掃気配管２５のエアクーラ５０よりも下流に掃気圧計（図１０の符号３９参照）を設け、その掃気圧計が測定した掃気圧に基づいて主コンプレッサ出口圧を取得（推定）してもよい。この点は後述の第４実施形態の場合も同様である。
【００９０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態において第１切替回転数および第２切替回転数を決定する方法が異なるものである。以下、本実施形態における第１切替回転数および第２切替回転数の決定方法を中心に説明する。
【００９１】
本実施形態に係るエンジンシステムの全体構成は、図１６に示す第３実施形態のエンジンシステム２００と基本的に同じである。すなわち、本実施形態に係るエンジンシステムでは主掃気配管２５に主コンプレッサ出口圧計４０が設けられている。
【００９２】
図１８は、本実施形態の運転台数増加制御の方法を示したフローチャートであり、第２実施形態の図１１に相当する。図１８と図１１を対比すればわかるように、本実施形態の運転台数増加制御は、第２実施形態の運転台数増加制御のステップＳ２３、Ｓ２８、Ｓ２９をステップＳ５１、Ｓ５３、Ｓ５４に変更し、ステップＳ５２を追加したものである。
【００９３】
第２実施形態ではステップＳ２２を経た後、エンジン負荷及び副過給機回転数を取得していたところ（図１１のステップＳ２３参照）、本実施形態では、主コンプレッサ出口圧計４０及び副過給機回転計３６から送信される信号を読み込み、これらの信号に基づいて「主コンプレッサ出口圧」及び副過給機回転数を取得する（ステップＳ５１）。その後、制御装置６０は、ステップＳ５１で取得した主コンプレッサ出口圧に基づいてエンジン負荷を推定する（ステップＳ５２）。具体的には、制御装置６０は、図１９に示すグラフに対応するマップデータを記憶しており、このマップデータと取得したコンプレッサ出口圧に基づいてエンジン負荷を推定する。なお、図１９に示すように、コンプレッサ出口圧が大きくなるに従って推定されるエンジン負荷は大きくなる。
【００９４】
その後は、第２実施形態と同様に、推定したエンジン負荷に基づいて第１切替動作点を決定し（ステップＳ２４）、第１切替回転数を決定する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ５２で推定したエンジン負荷と実際のエンジン負荷とには多少の誤差があるものの、前述の通り第１切替動作点は所定のサージマージンを有しているため、当該誤差に起因して実際の動作点が第１切替動作点から多少ずれたとしても、放風弁４３を閉じ始める直前から副コンプレッサ出口弁４２を開き始める直前までの間は副コンプレッサ３３のサージを回避することができる。
【００９５】
また、本実施形態ではステップＳ２７を経た後、ステップＳ５１と同様に、主コンプレッサ出口圧及び副過給機回転数を取得する（ステップＳ５３）。その後、制御装置６０は、第２切替動作点を決定する（ステップＳ５４）。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ５３で取得した主コンプレッサ出口圧に等しい値を第２切替圧とする。そして、この第２切替圧においてサージが発生する副コンプレッサ３３の流量に所定流量（マージン流量）を加えた値を第２切替流量とする。さらに、副コンプレッサ出口圧が第２切替圧で、かつ、副コンプレッサ流量が第２切替流量である動作点を第２切替動作点とする。すなわち、図２０で示すように、サージラインにおける第２切替圧（主コンプレッサ出口圧）の点（サージ点）である点Ｃをとり、この点Ｃから所定のマージン流量分だけ副コンプレッサ流量の増加側にシフトした点Ｄを第２切替動作点とする。
【００９６】
続いて、図１８のステップＳ３０において、副コンプレッサ３３の第２切替動作点を通過する圧力曲線の副過給機回転数を第２切替回転数とする。例えば、図２０で示すように第２切替動作点である点ＤをＺ％回転数の圧力曲線が通過している場合には、第２切替回転数をＺ％回転数とする。第２切替回転数を決定した後の処理（ステップＳ３１、Ｓ３２）は、第２実施形態の場合と同様である。
【００９７】
なお、上記のマージン流量の値は特に限定されない。マージン流量は一定であってもよく、主コンプレッサ出口圧が高くなるほど大きくするなど変動させてもよい。また、以上では、サージ点である点Ｃから所定のマージン流量だけ副コンプレッサ流量の増加側にシフトした点Ｄを第２切替動作点としたが、上記のシフトの方向は副コンプレッサ流量の増加方向のみに限られない。例えば、サージ点（点Ｃ）から所定のマージン流量だけ副コンプレッサ流量の増加側にシフトすると共に、所定のマージン圧力だけ副コンプレッサ圧力の減少側にシフトさせた点を第２切替動作点としてもよい。
【００９８】
以上のとおり、本実施形態では、エンジン負荷ではなく主コンプレッサ出口圧に基づいて第１切替回転数および第２切替回転数を決定し、副過給機回転数がこの第１切替回転数以上であるとき放風弁４３の閉止を開始し、この第２切替回転数以上であるとき副コンプレッサ出口弁４２の開放を開始する。このように、放風弁４３を閉止するタイミングおよび副コンプレッサ出口弁４２を開放するタイミングは、エンジン負荷に影響されないため、エンジン負荷が変動する状況で稼働台数増加制御を行う場合は有効である。さらに、第１実施形態による運転台数減少制御を行うなど、運転台数増加制御のみならず運転台数減少制御においてもエンジン負荷を用いない場合には、図２における制御装置６０とエンジン回転計１１および燃料供給装置１２との接続を省略することができる。
【００９９】
以上、第１乃至４実施形態について説明した。以上では、エンジンシステム１００、２００が一台の主過給機２０と一台の副過給機３０を備える場合について説明したが、エンジンシステム１００、２００は主過給機２０を複数台備えていてもよく、副過給機３０を複数台備えていてもよい。例えば、第１実施形態であれば、エンジンシステム１００は、図２１に示すように、一台の主過給機２０と、二台の副過給機３０を備えていても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明に係るエンジンシステムによれば、過給機にサージが発生するのを防止しつつ、過給機の運転台数を変更する際に、エンジン本体の効率が低下するのを抑制することができる。よって、運転状況に応じて過給機の運転台数を変えるエンジンシステムの技術分野において有益である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  エンジン本体
２０  主過給機
２２  主タービン
２３  主コンプレッサ
３０  副過給機
３２  副タービン
３３  副コンプレッサ
４１  副タービン入口弁
４２  副コンプレッサ出口弁
４３  放風弁
４４  放風配管
６０  制御装置
１００、２００  エンジンシステム
【要約】
エンジンシステムは、主過給機及び副過給機が運転した状態から、主過給機を運転させたまま副タービン入口弁及び副コンプレッサ出口弁を閉じて副過給機を停止させ、過給機の運転台数を減らす際、副過給機の回転数に基づいて所定のサージマージンを有する停止時基準圧を決定し、副コンプレッサの出口圧が前記停止時基準圧よりも高いときに放風弁を開放し、副コンプレッサの出口圧が停止時基準圧よりも低いときに放風弁を閉止する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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