(57)【要約】【課題】過給機付内燃機関において、熱効率向上の運転範囲を広げると共に、急加速又は急減速時、円滑な速度変化を保ち、瞬時的遅れを無くし、かつ、黒煙の発生を抑制する。【解決手段】複数の排気通路を統合した２以上の集合管１０、１１を、それぞれ過給機１のタービン部１ａに連通し、集合管１０、１１の間を連通管１２により連通し、該連通管１２に開閉弁１５を設ける。弁開閉の基準として、高速高負荷側の弁開領域と、低速低負荷側の弁閉領域とに区分けし、第１の制御は、機関回転速度及び機関負荷が前記弁閉領域の時には、前記開閉弁を閉じ、機関回転速度及び機関負荷が弁開領域の時には開閉弁を開く。第２の制御は、機関回転速度から演算により機関回転速度の変化率を求め、弁開領域にあっても、加速時又は減速時の機関回転速度の変化率が所定値以上の時には、開閉弁を閉じるように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の排気通路を集合した２以上の集合管を、それぞれ過給機のタービン部に連通し、前記集合管の間を連通管により連通すると共に、該連通管に開閉弁を設けている過給機付内燃機関の排気制御方法において、
機関回転速度と機関負荷との相関図において、高速低負荷側から低速高負荷又は中速高負荷側へと延びる弁切り替えラインを設定し、該弁切り替えラインにより、高速高負荷側の定格運転を含む弁開領域と、低速低負荷側のアイドリング状態を含む弁閉領域とに区分けし、
第１の制御として、機関回転速度及び機関負荷を検出し、機関回転速度及び機関負荷が前記弁閉領域の時には前記開閉弁を閉じ、機関回転速度及び機関負荷が前記弁開領域の時には開閉弁を開き、
第２の制御として、機関回転速度から演算により機関回転速度の変化率を求め、機関回転速度及び機関負荷が前記弁開領域にあっても、機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上の時には、開閉弁を閉じるように制御することを特徴とする過給機付内燃機関の排気制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の過給機付内燃機関の排気制御方法において、
前記第２の制御として、機関回転速度の変化率の代わりに、アクセル開度の変位率を用い、機関回転速度及び機関負荷が前記弁開領域にあっても、アクセル開度の変位率の絶対値が所定値以上の時には、開閉弁を閉じるように制御することを特徴とする過給機付内燃機関の排気制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付内燃機関の排気制御方法に関し、特に、複数の排気通路を集合した２以上の集合管を、それぞれ過給機のタービン部に連通した過給機付内燃機関の排気制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種過給機付内燃機関の排気制御方法において、従来、集合管の間を連通管により連通し、該連通管に開閉弁を設け、定格運転時に連通管の開閉弁を開き、両集合管を共用することにより実質的に排気断面積を広げ、定格運転時の熱効率を向上させる方法が開発されている。従来技術としては特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００１−１６４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記従来技術のように、定格運転時だけ、開閉弁を開いて集合管の間を連通させる方法では、定格運転時の熱効率の改善はできるが、実際の過給機付内燃機関では、定格運転時以外でも、ある一定の運転範囲内であれば、開閉弁を開くことにより、熱効率を改善できる場合がある。
【０００４】
図６は、機関回転速度と機関負荷（出力）との相関図であり、前記従来技術のように定格運転Ｐｎ付近のみで開閉弁を開く構成に加え、たとえば、高速中負荷運転Ｐ２、高速低負荷運転Ｐ３、中速高負荷運転Ｐ４及び低速高負荷運転Ｐ５を含む領域Ｘ３まで、開閉弁を開く領域を広げても、前記各運転Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５等において熱効率が改善できる場合がある。一方、領域Ｘ３内において、運転状態によっては、開閉弁を開いていると、黒煙の発生量が増加したり、円滑な加速あるいは減速が妨げられたり、また、エンストを起こしたりする場合もある。
【０００５】
たとえば、図６の曲線Ｇ３は、アイドリング状態Ｐ0から定格運転Ｐｎまで急加速する場合の機関負荷の変化を示し、曲線Ｇ１、２は、舶用の過給機付内燃機関において、前進定格運転Ｐnからアイドリング状態Ｐ0まで急減速し、後進に切り替え、続いてアイドリング状態Ｐ0から後進定格運転Ｐn'まで急加速する場合、すなわち、クラッシュアスターン時の機関負荷の変化を示している。
【０００６】
前記急加速運転Ｇ３においては、増速途中で領域Ｘ３に入ることにより、開閉弁が閉状態から急に開くことになり、それにより給気圧力が低下し、燃料供給過多で黒煙の発生量が増加したり、加速時間が遅れたりするおそれがある。また、クラッシュアスターンＧ１、２においては、前進定格運転Ｐnからアイドリング状態Ｐ0まで急減速する時（Ｇ１部分）に、減速途中で開閉弁が開状態から急に閉状態に変化することになり、減速度が急激に変化し、円滑な減速ができない場合がある。また、クラッシュアスターンＧ１、Ｇ２において、アイドリング状態Ｐ0で後進に切り替えて後進定格運転Ｐｎ‘へと加速する場合（Ｇ２部分）でも、後進切り替え時間の遅れや、前記加速運転Ｇ３の場合と同様に、黒煙の発生量の増加や、後進定格までの加速時間の遅れが懸念される。
【０００７】
本発明の目的は、過給機付内燃機関において、広範囲の運転状況において熱効率を向上させることができると共に、急加速時、急減速時及び舶用内燃機関におけるクラッシュアスターン時等の特殊な運転状態においては、黒煙の発生を防止すると共に、円滑、かつ速やかに減速及び増速が行え、また、エンストを回避することができる排気制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の排気通路を集合した２以上の集合管を、それぞれ過給機のタービン部に連通し、前記集合管の間を連通管により連通すると共に、該連通管に開閉弁を設けている過給機付内燃機関の排気制御方法において、機関回転速度と機関負荷との相関図において、高速低負荷側から低速高負荷又は中速高負荷側へと延びる弁切り替えラインを設定し、該弁切り替えラインにより、高速高負荷側の定格運転を含む弁開領域と、低速低負荷側のアイドリング状態を含む弁閉領域とに区分けし、第１の制御として、機関回転速度及び機関負荷を検出し、機関回転速度及び機関負荷が前記弁閉領域の時には前記開閉弁を閉じ、機関回転速度及び機関負荷が前記弁開領域の時には開閉弁を開き、第２の制御として、機関回転速度から演算により機関回転速度の変化率を求め、機関回転速度及び機関負荷が前記弁開領域にあっても、機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上の時には、開閉弁を閉じるように制御する。
【０００９】
また、前記第２の制御として、機関回転速度の変化率の代わりに、アクセル開度の変位率を用い、機関回転速度及び機関負荷が前記弁開領域にあっても、アクセル開度の変位率の絶対値が所定値以上の時には、開閉弁を閉じるように制御することも可能である。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によると、連通管に配置した開閉弁を開く運転範囲を、定格運転だけでなく、高速中負荷、高速低負荷及び中速高負荷等を含む範囲まで広げているので、広範囲の運転状況において熱効率を向上させ、内燃機関の出力の向上と燃費の節約が行える。しかも、急加速、急減速、又はアクセル開度の急激な増減時には、機関回転速度及び機関負荷が弁開領域内であっても、開閉弁を閉じることにより、急加速時の過給遅れによる燃料過多を防ぎ、黒煙の発生量の増加を抑制でき、また、円滑な減速運転又は増速運転を行え、エンストも防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図３は本発明の一実施に形態を示しており、これらの図面に基づいて、本発明による排気制御方法を説明する。図１は本発明による排気制御方法を実施する舶用の過給機付内燃機関の概略図であり、過給機１を備えた内燃機関２は、６つの気筒Ｉ−VIを備えており、各気筒Ｉ−VIの排気出口には、それぞれ排気通路４、５、６、７、８、９が接続している。第１〜第３気筒I−IIIの排気通路４、５、６は第１の集合管１０に集合され、第４〜第６気筒IV-VIの排気通路７、８、９は第２の集合管１１に接続され、第１及び第２の集合管１０、１１は、個々に過給機１のタービン部１ａに接続され、排気をタービン部１ａに供給し、タービン駆動するようになっている。タービン部１ａはタービン軸１ｃを介して給気圧縮用のコンプレッサ部１ｂに連結している。
【００１２】
第１の集合管１０と第２の集合管１１とは、タービン部１ａの近傍で連通管１２により相互に接続されており、該連通管１２内には開閉弁１５が配置され、該開閉弁１５を開くことにより両集合管１０、１１を連通状態とし、開閉弁１５を閉じることにより、両集合管１０、１１の間を遮断するようになっている。なお、開閉弁１５を開いている場合には、排気断面積が広がり、これにより、定格、高速中負荷、高速低負荷及び中速高負荷等を含む範囲において熱効率が向上し、一方、開閉弁１５を閉じていると、各集合管１０、１１から独立してタービン部１ａに排気が供給され、加速時等において給気圧力が上昇し易くなる。
【００１３】
開閉弁１５はコントローラ２０に電気的に接続されており、該コントローラ２０の入力部には、機関回転速度検出センサー（機関回転数検出センサー）２１と、機関負荷検出センサー２２とが電気的に接続されている。機関回転速度センサー２２は、たとえばクランク軸の回転速度を検出してコントローラ２０に入力し、また、機関負荷センサー２２は、燃料供給装置の燃料ラック量を検出し、コントローラ２０に入力するようになっている。
【００１４】
コントローラ２０は、一般的なコンピュータと同様であり、入力部、出力部、プロセッサー（ＣＰＵ）及びメモリ等を備え、以下のようなマップ及びプログラムが予め組み込まれている。
【００１５】
（１）図２は機関回転速度と機関負荷の相関図であり、この図２において、高速低負荷側から低速高負荷又は中速高負荷側へと延びる弁切り替えラインＨを設定し、該弁切り替えラインＨにより、高速高負荷側の定格運転Ｐｎを含む弁開領域Ｘ１と、低速低負荷側のアイドリング状態Ｐ0を含む弁閉領域Ｘ２とに区分けしたマップが、予めメモリに書き込まれている。弁開領域Ｘ１は、具体的には、前記定格運転Ｐｎと共に、高速中負荷運転Ｐ２、高速低負荷運転Ｐ３、中速高負荷運転Ｐ４及び低速高負荷運転ｐ５も含んでいる。
【００１６】
（２）第１の制御のプログラムとして、図１の機関回転速度センサー２１及び機関負荷センサー２２により検出された機関回転速度及び機関負荷の値が、図２のマップ上で弁開領域Ｘ１側に存在するか否かを判別する。すなわち、座標点（機関回転速度、機関負荷）が前記弁開領域Ｘ１内か否かを判別し、弁開領域Ｘ１内に存在する時には、前記開閉弁１５を開き、一方、座標点（機関回転速度、機関負荷）が弁閉領域Ｘ２の時には、開閉弁１５を閉じるように開閉弁１５を制御する。
【００１７】
（３）第２の制御のプログラムとして、前記機関回転速度センサー２１で検出された機関回転速度を微分することより機関回転速度の変化率を計算し、前述のように座標点（機関回転速度、機関負荷）が弁開領域Ｘ１の場合でも、加速時又は減速時の機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上の時には、第１の制御にかかわらず、開閉弁１５を閉じるように開閉弁１５を制御する。すなわち、機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上の急加速又は急減速時には、弁開領域Ｘ１であっても開閉弁１５を閉じるように制御する。
【００１８】
（具体的作用）
次に、図３のフロー図に基づいて、クラッシュアスターン時における制御の流れを説明する。なお、機関回転速度センサー２１及び機関負荷センサー２２による機関回転速度及び機関負荷の検出及び入力は、機関運転中は常時実施されているが、図３では、理解を容易にするために、各判別記号の前にそれぞれの検出の処理記号（データ入力記号）を挿入している。
【００１９】
（１）図３において、ステップＳ１の前進定格運転Ｐｎからアクセルを閉じることにより、ステップＳ２の機関減速状態に進み、そして、ステップ３のように検出された機関回転速度及び機関負荷を入力する。ステップＳ１〜Ｓ３では開閉弁１５は開いている。
【００２０】
（２）ステップ４において、入力した機関回転速度及び機関負荷の座標点が、弁開領域Ｘ１に存在するか否かを判別し、ＮＯの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）が弁開領域Ｘ１から弁閉領域Ｘ２に移行している場合には、ステップ６に進み、開閉弁１５を閉じ、機関減速を続行する。
【００２１】
一方、ステップ４において、ＹＥＳの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）がまだ弁開領域Ｘ１に存在している場合には、ステップ５に進む。
【００２２】
（３）ステップＳ５において、機関回転速度から微分により機関回転速度の変化率を求め、該変化率の絶対値が所定値以上か否かを判別し、ＹEＳの場合、すなわち急減速の場合には、ステップＳ６に進み、弁開領域Ｘ１内であるにも拘わらず、開閉弁１５を閉じ、機関減速を続行する。
【００２３】
（４）ステップＳ６の状態から機関減速を続行してアイドリング状態Ｐ0付近まで機関回転速度が低下すると、ステップＳ７において、前後進切替クラッチにより前進から中立を経て後進に切り替え、アクセルを全開し、加速する。この時、船自体は前進状態であり、一方、プロペラは逆回転（後進）するので、急激に大きな負荷がかかることになる。また、開閉弁１５は閉状態である。
【００２４】
（５）ステップＳ７からステップＳ８に進み、機関回転速度及び機関負荷を入力し、ステップＳ９において、座標点（機関回転速度、機関負荷）が、弁開領域Ｘ１に移行したか否かを判別し、ＮＯの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）がまだ弁閉領域Ｘ２に存在している場合には、弁閉状態を維持しつつ、ステップＳ８に戻る。
【００２５】
一方、ステップＳ９において、ＹＥＳの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）が既に弁開領域Ｘ１に移行している場合には、ステップＳ１０に進む。
【００２６】
（６）ステップＳ１０において、機関回転速度から微分により機関回転速度の変化率を求め、該変化率の絶対値が所定値以上か否かを判別し、ＹＥＳの場合、すなわち急加速の場合には、開閉弁１５は閉じた状態でステップＳ８に戻る。
【００２７】
一方、ステップＳ１０において、ＮＯの場合、すなわち、弁開領域Ｘ１において、加速時の機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上でない場合には、ステップＳ１１に進み、開閉弁１５を開き、増速を続行する。そして、ステップＳ１２の後進定格運転Ｐｎ‘に至る。この後進定格運転Ｐ'ｎの状態では、開閉弁１５は開いている。
【００２８】
（実施の形態の効果）
図２のグラフＧ１、２は、前記図６と同様、クラッシュアスターン時の機関負荷の変化の一例を示しており、Ｇ１部分は、前進定格運転Ｐｎからアイドリング状態Ｐ0までの減速運転であり、Ｇ２部分は、アイドリング状態Ｐ0から後進定格運転Ｐ'nまでの加速運転である。
【００２９】
クラッシュアスターン操作前の前進定格運転Ｐｎでは、開閉弁１５を開いていることにより、熱効率が向上した運転状態となっている。この前進定格運転Ｐｎから減速する場合に、機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上になる急減速時には、たとえ弁開領域Ｘ１であっても開閉弁１５を閉じ、弁閉状態を保ったまま弁閉領域Ｘ２に移行して、アイドリング状態Ｐ0まで減速される。したがって、急減速途中で弁開から弁閉に急激に変化することはなく、アイドリング状態Ｐ0まで円滑に減速することができる。
【００３０】
また、アイドリング状態Ｐ0において、前後進切替クラッチを中立から後進に切り替えた時、プロペラが逆回転することにより、急激に負荷がかかり、ラック量が急激に増加するが、クラッシュアスターンを開始し、機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上になる急減速に伴い、瞬時的に開閉弁１５は閉じられるため、また、弁開領域Ｘ１に入っても、加速時の機関回転速度の変化率の絶対値が所定値以上の時には、すなわち急加速時には、開閉弁１５は閉じた状態で後進定格運転Ｐn‘まで増速されるので、過給遅れが防止され、黒煙の発生が抑制され、かつ、後進定格運転Ｐn’まで、円滑に、速やかに加速することができる。これにより、中立状態→後進状態→中立状態の切替操作の回数が、従来より半数以下に減少し、中立状態の時間も半分以下に減少し、後進切り替え時間を最小限にすることが可能となる。また、アイドリング状態Ｐ0まで減速せずに、中速付近までの減速の場合もあり、前者以上に円滑な切り替えが行える。
【００３１】
［別の実施の形態］
図１の仮想線で示すように、機関回転速度検出センサー２１及び機関回転負荷検出センサー２２に加えて、アクセル開度センサー２３を備え、このアクセル開度センサー２３により検出したアクセル開度からアクセル開度の変位率を演算し、前記実施の形態の第２の制御として、回転速度変化率の代わりに、アクセル開度変位率を利用する。すなわち、アクセル開度変位率（絶対値）が所定値以上のときには、図２の弁開領域Ｘ１においても、開閉弁１５を閉じるように制御する。
【００３２】
図４は、アクセル開度を弁開閉のパラメータの一つとして用いた場合におけるクラッシュアスターンのフロー図である。実質的には、前記図３の場合と同様であり、重複的になるが説明しておく。
【００３３】
（１）ステップＳ１の前進定格運転Ｐｎからアクセルを閉じることにより、ステップＳ２の機関減速状態に進み、そして、ステップＳ３のように検出された機関回転速度、機関負荷及びアクセル開度を入力する。ステップＳ１〜Ｓ３では開閉弁１５は開いている。
【００３４】
（２）ステップＳ４において、入力した機関回転速度及び機関負荷の座標点が、弁開領域Ｘ１に存在するか否かを判別し、ＮＯの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）が弁開領域Ｘ１から弁閉領域Ｘ２に移行している場合には、ステップＳ６に進み、開閉弁１５を閉じ、機関減速を続行する。
【００３５】
一方、ステップＳ４において、ＹＥＳの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）がまだ弁開領域Ｘ１に存在している場合には、ステップＳ５に進む。
【００３６】
（３）ステップＳ５において、アクセル開度から演算により求めたアクセル開度の変位率の絶対値が、所定値以上か否かを判別し、ＹEＳの場合、すなわち急減速の場合には、ステップＳ６に進み、弁開領域Ｘ１内であるにも拘わらず、開閉弁１５を閉じ、機関減速を続行する。
【００３７】
（４）ステップＳ６の状態で、機関減速を続行してアイドリング状態Ｐ0付近まで機関回転速度が低下すると、ステップＳ７において、前後進切替クラッチにより前進から中立を経て後進に切り替え、アクセルを全開し、加速する。
【００３８】
（５）ステップＳ７からステップＳ８に進み、機関回転速度及び機関負荷を入力し、ステップＳ９において、座標点（機関回転速度、機関負荷）が、弁開領域Ｘ１に移行したか否かを判別し、ＮＯの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）がまだ弁閉領域Ｘ２に存在している場合には、弁閉状態を維持しつつ、ステップＳ８に戻る。
【００３９】
一方、ステップＳ９において、ＹＥＳの場合、すなわち座標点（機関回転速度、機関負荷）が既に弁開領域Ｘ１に移行している場合には、ステップＳ１０に進む。
【００４０】
（６）ステップＳ１０において、アクセル開度の変位率（絶対値）が、所定値以上か否かを判別し、所定値以上の場合、すなわち急加速の場合には、開閉弁１５は閉じた状態でステップＳ８に戻る。
【００４１】
一方、ステップＳ１０において、ＮＯの場合、すなわち、弁開領域Ｘ１において、加速時のアクセル開度の変位率（絶対値）が所定値以上でない場合には、ステップＳ１１に進み、開閉弁１５を開き、増速を続行する。そして、ステップＳ１２の後進定格運転Ｐｎ‘に至る。後進定格運転Ｐｎ’の状態では、開閉弁１５は開いている。
【００４２】
上記のようにクラッシュアスターンを制御することにより、前進定格運転Ｐｎでは、開閉弁１５を開き、熱効率を向上させることができる。前進定格運転Ｐｎから減速する場合、アクセル開度の変位率の絶対値が所定値以上になった時には、すなわちラック量が急激の減少した時には、たとえ弁開領域Ｘ１であっても開閉弁１５を閉じ、弁閉状態で弁閉領域Ｘ２に移行して、アイドリング運転Ｐ0まで減速される。したがって、急減速途中で弁開から弁閉に急激に変化することはなく、アイドリング運転Ｐ0まで、機関回転速度の上下の変動なく、円滑に減速することができる。
【００４３】
また、アイドリング運転Ｐ0において、前後進切替クラッチを中立から後進に切り替えた時、プロペラが逆回転することにより、急激に負荷がかかり、ラック量が急激に増加するが、クラッシュアスターンを開始し、アクセル開度の変位率の絶対値が所定値以上になる急減速に伴い、瞬時的に開閉弁１５は閉じられるため、また、弁開領域Ｘ１に入っても、加速時のアクセル開度の変位率の絶対値が所定値以上の時には、開閉弁１５は閉じた状態で後進定格運転Ｐn‘まで増速されるので、過給遅れが防止され、黒煙の発生が抑制され、かつ、後進定格運転Ｐn’まで、円滑に、速やかに加速することができる。
【００４４】
「その他の実施の形態」
（１）図５は、６気筒エンジンにおいて、第１、第４及び第５気筒I、IV、Vの排気通路４、７、８を第１の集合管１０に集合し、第２、第３及び第６気筒II、III、VIの排気通路５、６、９を第２の集合管１１に集合した過給機付内燃機関であり、このような内燃機関にも本発明は適用可能である。連通管１３は、具体的には第１の集合管１０の最上流端（第５気筒Vの排気通路８の下流端）と、第２の集合管１１の最上流端（第６気筒VIの排気通路９の下流端）との間を連通している。なお、図５において、図１と同じ部品には同じ符号を付してある。
【００４５】
（２）本発明は、図１及び図５のような排気通路及び集合管のレイアウトに限定されず、複数の排気通路を集合する複数の集合管を備え、集合管の間を連通管により連通して、開閉弁を設ける構造であれば、如何なる排気装置を備えた内燃機関でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による排気制御方法を実施する舶用過給機付内燃機関の概略図である。
【図２】機関回転速度と機関負荷との相関関係図である。
【図３】クラッシュアスターン時の制御の流れを示すフロー図である。
【図４】別の実施の形態におけるクラッシュアスターン時の制御の流れを示すフロー図である。
【図５】本発明による制御方法を実施する内燃機関の別の例を示す概略図である。
【図６】従来例における機関回転速度と機関負荷との相関図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  過給機
１ａ  タービン部
２  内燃機関
排気通路
１０、１１  集合管  
１２、１３  連通管
１５  開閉弁
２０  コントローラ
２１  機関回転速度センサー
２２  機関負荷センサー
２３  アクセル開度センサー
【図１】
2008038657.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008038657.tif 000007
【図６】
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