(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機を駆動させることにより前記過給機を駆動する場合、
前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記電動機に電力を供給する蓄電部が設けられ、前記制御装置は、前記蓄電部への蓄電を開始すると共に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電動機による前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機を駆動させることにより前記過給機を駆動する場合、
前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の掃気ポートと排気弁間が開放されているシリンダ部に対してだけ、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機を駆動させることにより前記過給機を駆動する場合、
前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の回転を開始する内燃機関回転開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止し、
前記内燃機関本体に燃料を供給せずに作動気体による前記内燃機関本体の回転を開始するための作動気体供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関回転開始信号が入力されると、予め設定された所定の第１待機時間の経過後に、前記作動気体供給装置を駆動する、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機を駆動させることにより前記過給機を駆動する場合、
前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記制御装置は、前記内燃機関本体の回転を開始する内燃機関回転開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止し、
前記内燃機関本体に燃料を供給せずに作動気体による前記内燃機関本体の回転を開始するための作動気体供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関回転開始信号が入力されると、前記作動気体供給装置を駆動する、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置は、前記内燃機関本体の回転を停止する場合、
前記内燃機関本体の回転停止後に前記電動機により前記過給機が駆動された状態であると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記制御装置は、前記過給機の駆動を停止するモータリング停止信号が入力されると、予め設定された所定の第２待機時間の経過後に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記電動機に電力を供給する電源部または蓄電部が設けられ、前記制御装置は、モータリング停止信号が入力されると、前記電動機への電力供給を停止した後、前記第２待機時間の経過後に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備える内燃機関において、
前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機により前記過給機を駆動する場合、前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記電動機に電力を供給する蓄電部が設けられ、前記制御装置は、前記蓄電部への蓄電を開始すると共に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備える内燃機関において、
前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機により前記過給機を駆動する場合、前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記内燃機関本体の掃気ポートと排気弁間が開放されているシリンダ部に対してだけ、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備える内燃機関において、
前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機により前記過給機を駆動する場合、前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記内燃機関本体の回転を開始する内燃機関回転開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止し、
前記内燃機関本体に燃料を供給せずに作動気体による前記内燃機関本体の回転を開始するための作動気体供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関回転開始信号が入力されると、予め設定された所定の第１待機時間の経過後に、前記作動気体供給装置を駆動する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、
前記過給機を駆動する電動機と、
前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、
前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、
を備える内燃機関において、
前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機により前記過給機を駆動する場合、前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放し、
前記内燃機関本体の回転を開始する内燃機関回転開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止し、
前記内燃機関本体に燃料を供給せずに作動気体による前記内燃機関本体の回転を開始するための作動気体供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関回転開始信号が入力されると、前記作動気体供給装置を駆動する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記内燃機関本体の回転を停止する場合、前記内燃機関本体の回転停止後に前記電動機により前記過給機が駆動された状態であると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
電動機を駆動開始して過給機を駆動する工程と、
前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に内燃機関のシリンダ部に設けられる排気弁を開放する工程と、
内燃機関回転開始信号が入力されると前記排気弁を閉止する工程と、
前記排気弁を閉止すると共に燃料を供給せずに前記内燃機関を回転する工程と、
前記内燃機関の回転数が予め設定された燃料供給開始回転数に到達すると前記内燃機関に燃料を供給する工程と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１５】
内燃機関停止信号が入力されると内燃機関への燃料の供給を停止する工程と、
前記内燃機関の回転停止後に前記電動機により前記過給機が駆動された状態であると前記内燃機関のシリンダ部に設けられる排気弁を開放する工程と、
モータリング停止信号が入力されると電動機による過給機の駆動を停止する工程と、
前記モータリング停止信号が入力されて予め設定された所定の第２待機時間の経過後に前記排気弁を閉止する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備える内燃機関、この内燃機関の制御装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、船舶に搭載される主機としての内燃機関は、燃費向上や排ガス中のＣＯ２を削減するために過給機が装着されている。この過給機は、内燃機関から排出される排ガスを利用してタービン及びコンプレッサを駆動することにより、内燃機関に燃焼用気体を圧縮供給して内燃機関の出力を向上させるものである。また、電動発電機を過給機のロータ軸に直結し、電動発電機によりロータ軸を駆動回転することで、コンプレッサ及びタービンを回転する一方、コンプレッサを駆動した余剰のエネルギを用いて発電機で発電を行う排気タービン過給機がある。
【０００３】
このような排気タービン過給機として、下記特許文献１や下記非特許文献１に記載されたものがある。特許文献１では、内燃機関の機関出力が増加する場合に、電動発電機が電動機として機能することで、内燃機関における一時的な燃焼用気体不足の発生を抑制することができる。また、非特許文献１では、内燃機関の起動時のように十分な燃焼用気体を内燃機関に吸気できない場合に、補助ブロワを用いて内燃機関に燃焼用気体を供給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２７２３９号公報
【特許文献２】特開２００９−１６７７９９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．４９  Ｎｏ．１（２０１２）新製品・新技術特集「排ガスで発電する大型舶用ハイブリッド過給機の実用化」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、内燃機関の起動時に、補助ブロワを用いず、電動発電機を電動機として機能させてコンプレッサを起動し、内燃機関に給気を行うようにしている。ところが、電動機により過給機が駆動されると、内燃機関のシリンダ部内に強制的に燃焼用気体を送り込むこととなる。すると、内燃機関の起動時よりも前の時点において、内燃機関のシリンダ部内からコンプレッサがシリンダ部に圧送する燃焼用気体を排出することができないため、サージングが発生するおそれがある。なお、サージングの発生を抑制するものとして、上記特許文献２に記載されたものがあるが、この技術は、内燃機関の起動時を考慮したものではない。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、内燃機関の起動時や停止時におけるサージングの発生を抑制して過給機の信頼性を向上する内燃機関、内燃機関の制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関本体と、前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、前記過給機を駆動する電動機と、前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機を駆動させることにより前記過給機を駆動する場合、前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
従って、内燃機関本体の起動開始前に、電動機を駆動させることにより過給機を駆動する場合、過給機の回転数がサージング回転数に到達する時点以前に、排気弁を開放する。即ち、内燃機関の停止時に、排気弁が開放されていることから、圧縮機によりシリンダ部内に供給された燃焼用気体が排気系に排出されることとなり、シリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の停止中におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記制御装置は、前記電動機による前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放することを特徴としている。
【００１１】
従って、モータリング開始信号が入力されると、排気弁を開放するのみであるため、制御系を簡素化することができると共に、適正時期に排気弁を開放してサージングの発生を適正に抑制することができる。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記電動機に電力を供給する蓄電部が設けられ、前記制御装置は、前記蓄電部への蓄電を開始すると共に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放することを特徴としている。
【００１３】
従って、蓄電部への蓄電を開始すると共に排気弁を開放することで、補助ブロワなどの別装置を使用することなく、圧縮機を駆動するための電動機を用いて内燃機関を起動することとなり、設備コストの増加を抑制しながら、内燃機関の起動性を向上することができる。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記制御装置は、前記内燃機関の掃気ポートと排気弁間が開放されているシリンダ部に対してだけ、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放することを特徴としている。
【００１５】
従って、圧縮機が駆動しても、ピストンにより掃気ポートと排気弁間が閉止しているシリンダ部に対しては燃焼用気体が供給されることはなく、掃気ポートと排気弁間が開放されているシリンダ部の排気弁だけを開放することで、このシリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の停止中におけるサージングの発生を抑制することができる。
【００１６】
本発明の内燃機関では、前記制御装置は、前記内燃機関本体の回転を開始する内燃機関回転開始信号が入力されると、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止することを特徴としている。
【００１７】
従って、内燃機関回転開始信号が入力されると、排気弁が閉止するため、内燃機関の起動時に、シリンダ部内の燃焼用気体の圧力を高圧とすることができ、内燃機関を適正に起動することができる。
【００１８】
本発明の内燃機関では、前記内燃機関本体に燃料を供給せずに作動気体による前記内燃機関本体の回転を開始するための作動気体供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関回転開始信号が入力されると、予め設定された所定の第１待機時間の経過後に、前記作動気体供給装置を駆動することを特徴としている。
【００１９】
従って、内燃機関回転開始信号が入力されると、第１待機時間の経過後に内燃機関の回転を開始するため、排気弁に作動遅れがあったとしても、この排気弁を完全に閉止してから内燃機関を起動することとなり、内燃機関のスムースな起動を実行することができる。
【００２０】
本発明の内燃機関では、前記内燃機関本体に燃料を供給せずに作動気体による前記内燃機関本体の回転を開始するための作動気体供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関回転開始信号が入力されると、前記作動気体供給装置を駆動することを特徴としている。
【００２１】
ピストンにより掃気ポートと排気弁間が閉止しているシリンダ部の排気弁が閉止していることから、内燃機関回転開始信号が入力されて内燃機関の回転を開始すると、排気弁が閉止しているシリンダ部内の燃焼用気体の圧力を高圧とすることができ、掃気ポートと排気弁間が開放されているシリンダ部の排気弁に作動遅れがあったとしても、内燃機関を適正に起動することができる。
【００２２】
また、本発明の内燃機関は、内燃機関本体と、前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、前記過給機を駆動する電動機と、前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関本体の回転を停止する場合、前記内燃機関本体の回転停止後に前記電動機により前記過給機が駆動された状態であると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、ことを特徴とするものである。
【００２３】
従って、内燃機関本体の回転を停止する場合、内燃機関本体の回転停止後に電動機により過給機が駆動された状態であると、排気弁を開放する。即ち、内燃機関の停止時に、排気弁が開放されていることから、圧縮機によりシリンダ部内に供給された燃焼用気体が排気系に排出されることとなり、シリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の停止時におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【００２４】
本発明の内燃機関では、前記制御装置は、前記過給機の駆動を停止するモータリング停止信号が入力されると、予め設定された所定の第２待機時間の経過後に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止することを特徴としている。
【００２５】
従って、モータリング停止信号が入力されると、第２待機時間の経過後に排気弁を閉止するため、過給機が完全に停止してから排気弁を閉止することとなり、サージングの発生を確実に抑制することができる。
【００２６】
本発明の内燃機関では、前記電動機に電力を供給する電源部または蓄電部が設けられ、前記制御装置は、モータリング停止信号が入力されると、前記電動機への電力供給を停止した後、前記第２待機時間の経過後に、前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を閉止することを特徴としている。
【００２７】
従って、モータリング停止信号が入力されると、前記電動機への電力供給を停止した後、第２待機時間の経過後に排気弁を閉止するため、蓄電部の蓄電を停止すると共に、過給機が完全に停止してから排気弁を閉止することとなり、サージングの発生を確実に抑制することができる。
【００２８】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関本体と、前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、前記過給機を駆動する電動機と、前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、を備える内燃機関において、前記内燃機関本体の起動開始前に前記電動機を駆動させることにより前記過給機を駆動する場合、前記過給機の駆動を開始するモータリング開始信号が入力されると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、ことを特徴とするものである。
【００２９】
従って、内燃機関の起動時に、排気弁が開放されていることから、圧縮機によりシリンダ部内に供給された燃焼用気体が排気系に排出されることとなり、シリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の起動時におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【００３０】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関本体と、前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に燃焼用気体を供給する圧縮機及び前記圧縮機と同軸回転するタービンを備える過給機と、前記過給機を駆動する電動機と、前記内燃機関本体のシリンダ部に設けられる排気弁を開閉操作する排気弁開閉装置と、前記電動機と前記排気弁開閉装置を駆動制御する制御装置と、を備える内燃機関において、前記内燃機関本体の回転を停止する場合、前記内燃機関本体の回転停止後に前記電動機により前記過給機が駆動された状態であると前記排気弁開閉装置を駆動して前記排気弁を開放する、ことを特徴とするものである。
【００３１】
従って、内燃機関の停止時に、排気弁が開放されていることから、圧縮機によりシリンダ部内に供給された燃焼用気体が排気系に排出されることとなり、シリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の停止時におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【００３２】
また、本発明の内燃機関の制御方法は、電動機を駆動開始して過給機を駆動する工程と、前記過給機の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に内燃機関のシリンダ部に設けられる排気弁を開放する工程と、内燃機関回転開始信号が入力されると前記排気弁を閉止する工程と、前記排気弁を閉止すると共に燃料を供給せずに前記内燃機関を回転する工程と、前記内燃機関の回転数が予め設定された燃料供給開始回転数に到達すると前記内燃機関に燃料を供給する工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００３３】
従って、過給機のモータリング駆動を使用した内燃機関の起動時に、排気弁が内燃機関の回転する直前まで開放されていることから、シリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の起動時におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【００３４】
本発明の内燃機関の制御方法は、内燃機関停止信号が入力されると内燃機関への燃料の供給を停止する工程と、前記内燃機関本体の回転停止後に前記電動機により前記過給機が駆動された状態であると前記内燃機関のシリンダ部に設けられる排気弁を開放する工程と、モータリング停止信号が入力されると電動機による過給機の駆動を停止する工程と、前記モータリング停止信号が入力されて予め設定された所定の第２待機時間の経過後に前記排気弁を閉止する工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００３５】
従って、内燃機関の停止後に、排気弁を開放することから、シリンダ部に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、内燃機関の停止時におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の内燃機関、内燃機関の制御装置及び方法によれば、内燃機関の起動時におけるサージングの発生を抑制することで、過給機の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、第１実施形態の内燃機関を表す概略構成図である。
【図２】図２は、内燃機関におけるシリンダ部を表す断面図である。
【図３】図３は、内燃機関の起動時における制御方法を表すフローチャートである。
【図４】図４は、内燃機関の停止時における制御方法を表すフローチャートである。
【図５】図５は、内燃機関の制御方法を表すタイムチャートである。
【図６】図６は、第２実施形態の内燃機関の制御方法を表すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る内燃機関、内燃機関の制御装置及び方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００３９】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の内燃機関を表す概略構成図、図２は、内燃機関におけるシリンダ部を表す断面図である。
【００４０】
第１実施形態にて、図１に示すように、内燃機関としての舶用ディーゼルエンジン１０は、ディーゼルエンジン本体１１と、排気タービン過給機（過給機）１２と、制御装置４０とを備えている。ディーゼルエンジン本体１１は、複数のシリンダ部１３が設けられており、それぞれのシリンダ部１３は、内部に後述するピストン５１（図２参照）がそれぞれ往復移動自在に支持されており、各ピストン５１は、図示しないが、下部がクロスヘッドを介してクランク軸に連結されている。
【００４１】
シリンダ部１３は、掃気ポート１４を介して掃気トランク１５が連結されると共に、排気ポート１６を介して排気マニホールド１７が連結されている。掃気トランク１５は、吸気管Ｌ１を介して排気タービン過給機１２のコンプレッサ（圧縮機）２１に連結されている。排気マニホールド１７は、排気管Ｌ２を介して排気タービン過給機１２のタービン２２に連結されている。また、シリンダ部１３は、排ガスを排気ポート１６に排出する排気弁１８が設けられている。更に、シリンダ部１３は、内部（燃焼室）に燃料（例えば、重油、天然ガスなど）を噴射する燃料供給装置としてのインジェクタ１９が設けられており、このインジェクタ１９は、図示しない燃料タンクが連結されている。
【００４２】
ここで、シリンダ部１３について詳細に説明する。図２に示すように、シリンダ部１３は、円筒形状をなし、内部にピストン５１が上下方向に沿って往復移動自在に支持されている。シリンダ部１３は、下部の側面に掃気ポート１４が設けられており、この掃気ポート１４が掃気トランク１５に連通している。また、シリンダ部１３は、上部に排気ポート１６が設けられており、この排気ポート１６が排気マニホールド１７に連通している。ピストン５１は、下端部にピストン棒５２の上端部が連結されており、ピストン棒５２の下端部がクロスヘッドを介してクランク軸に連結されている。シリンダ部１３は、上部内壁面とピストン５１の上面により燃焼室５３が区画されており、燃焼室５３に掃気ポート１４と排気ポート１６が連通している。排気弁１８は、シリンダ部１３における排気ポート１６との連通部を開閉可能であり、排気弁開閉装置５４により作動する。インジェクタ１９は、燃焼室５３に燃料を噴射する。
【００４３】
そのため、ピストン５１の下死点（図２の実線位置）に移動すると、掃気ポート１４が開くことで、掃気トランク１５の燃焼用気体が掃気ポート１４から燃焼室５３に導入され、ピストン５１が上昇すると、掃気ポート１４が閉じる。このとき、排気弁１８により排気ポート１６も閉じており、燃焼室５３内の燃焼用気体が圧縮される。ピストン５１が上死点（図２の二点鎖線位置）まで移動すると、燃焼室５３の圧力が所定の圧縮圧力になり、インジェクタ１９が燃料を噴射する。すると、燃焼室５３内で燃焼用気体と燃料が混合して燃焼し、燃焼エネルギによりピストン５１が下降する。このとき、排気弁１８により排気ポート１６が開くことで、燃焼室５３の排ガス（燃焼ガス）が排気ポート１６に排出される。
【００４４】
また、排気弁開閉装置５４において、排気弁１８は、上部にピストン５５が設けられており、このピストン５５は、ケース５６内で上下移動自在に支持されており、ケース５６は、内部がピストン５５により空気ばね室５６ａと作動油室５６ｂに区画されている。そして、空気ばね室５６ａは、加圧空気が充填されることで、ピストン５５の下部に所定の空気ばね力が作用し、ピストン５５を上昇させる圧力が発生する。そのため、排気弁１８は、空気ばね室５６ａの空気ばね圧により排気ポート１６を閉止する方向に付勢される。また、作動油室５６ｂは、作動油路５７を介して作動油供給装置（作動油供給源）５８が連結され、作動油路５７に制御弁５９が設けられている。そのため、作動油供給装置５８が作動して制御弁５９が開放されると、作動油が作動油路５７を通して作動油室５６ｂに供給され、ピストン５５を下降させる圧力が発生する。そして、作動油室５６ｂの油圧が空気ばね室５６ａの空気ばね圧より大きくなると、ピストン５５が下降し、排気ポート１６を閉止していた排気弁１８がこの排気ポート１６を開放する。
【００４５】
図１に示すように、各シリンダ部１３の排気弁１８に対して排気弁開閉装置５４が設けられており、各制御弁５９を開閉操作することで、各排気弁１８を独立して開閉制御することができる。
【００４６】
ディーゼルエンジン本体１１は、シリンダ部１３の内部（燃焼室５３）に燃料を噴射することなく、ディーゼルエンジン本体１１を回転可能な作動気体供給装置２４が設けられている。作動気体供給装置２４は、例えば、シリンダ部１３に作動気体（例えば、燃焼用気体としての空気）を供給することで、シリンダ部１３のピストン５１（図２参照）を作動させる装置である。作動気体供給装置２４は、作動気体供給源２５（例えば、アキュムレータやポンプなど）と、開閉弁２６と、作動気体供給管Ｌ５を備えている。作動気体供給管Ｌ５は、基端部に作動気体供給源２５が連結され、先端部が複数（本実施形態では、６個）に分岐され、それぞれのシリンダ部１３に連結されている。そして、作動気体供給管Ｌ５は、それぞれのシリンダ部１３に連結される分岐部に開閉弁２６がそれぞれ設けられている。作動気体供給装置２４は、ディーゼルエンジン本体１１の起動時に、それぞれの開閉弁２６を開閉制御することで、作動気体供給源２５の作動気体を作動気体供給管Ｌ５からシリンダ部１３に供給することができる。即ち、作動気体供給装置２４は、作動気体をシリンダ部１３に供給または供給停止を繰り返すことで、シリンダ部１３に燃料を噴射することなく、ピストン５１を作動させ、クロスヘッドを介してクランク軸の回転を開始することができる。
【００４７】
排気タービン過給機１２は、コンプレッサ２１とタービン２２が回転軸２３を介して同軸上に連結されて構成されており、コンプレッサ２１とタービン２２は、回転軸２３により一体回転することができる。コンプレッサ２１は、外部から吸気する吸気管Ｌ３が連結されると共に、掃気トランク１５に至る吸気管Ｌ１が連結されている。タービン２２は、排気マニホールド１７に至る排気管Ｌ２が連結されると共に、外部に排気する排気管Ｌ４が連結されている。
【００４８】
そのため、タービン２２は、排気マニホールド１７から排気管Ｌ２を通して導かれた排ガス（燃焼ガス）によって駆動し、コンプレッサ２１を駆動した後、排ガスを排気管Ｌ４から外部に排出する。一方、コンプレッサ２１は、タービン２２により駆動し、吸気管Ｌ３から吸気した空気等の気体を圧縮した後、圧縮した空気等の気体を燃焼用気体として吸気管Ｌ１から掃気トランク１５に圧送する。
【００４９】
排気タービン過給機１２は、ハイブリッド過給機であって、コンプレッサ２１及びタービン２２の回転軸２３と同軸上の回転軸３１を介して電動発電機（電動機）３２が連結されている。電動発電機３２は、図示しないが、回転軸３１に固定されるロータと、ケーシングに固定されてロータの周囲に配置されるステータにより構成される。この電動発電機３２は、排ガスにより駆動されることで発電する発電機能を備えると共に、コンプレッサ２１及びタービン２２を駆動回転する電動機能を有している。
【００５０】
排気タービン過給機１２は、電力変換装置３３を備えている。電力変換装置３３は、第１電力変換部３４と、蓄電部３５と、第２電力変換部３６とを備えている。第１電力変換部３４は、電動発電機３２に接続され、電動発電機３２の回生動作時に、電動発電機３２が発電した交流電力を直流電力に変換して出力する。第２電力変換部３６は、船内電力系統３７に接続され、電動発電機３２の回生動作時に、第１電力変換部３４からの直流電力を船内電力系統３７に適した三相交流電力に変換して船内電力系統３７に出力する。蓄電部３５は、第１電力変換部３４と第２電力変換部３６との間に接続され、第１電力変換部３４からの直流電力を所定量だけ蓄電する。蓄電部３５は、第２電力変換部３６に出力される電力を平滑化するために設けられ、電動発電機３２の回生動作開始時に蓄電した電力を第２電力変換部３６に出力する。回生動作開始後に第２電力変換部３６に出力される電力は、第１電力変換部３４を介して電動発電機３２から出力される。
【００５１】
また、第２電力変換部３６は、電動発電機３２の力行動作時に、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して第１電力変換部３４に出力する。第１電力変換部３４は、電動発電機３２の力行動作時に、第２電力変換部３６からの直流電力を交流誘電力に変換して電動発電機３２に出力する。蓄電部３５は、第２電力変換部３６からの直流電力を所定量だけ蓄電する。蓄電部３５は、第１電力変換部３４に出力される電力を平滑化するために設けられ、電動発電機３２の力行動作開始時に蓄電した電力を第１電力変換部３４に出力する。力行動作開始後に第１電力変換部３４に出力される電力は、第２電力変換部３６を介して船内電力系統３７から出力される。
【００５２】
ここで、電力変換装置３３の構成は、詳細に説明しないが、例えば、第１電力変換部３４は、コンバータ、蓄電部３５は、コンデンサ、第２電力変換部３６は、インバータである。
【００５３】
制御装置４０は、電動発電機３２を制御する第１制御装置４１と、ディーゼルエンジン本体１１を制御する第２制御装置４２とを備えている。
【００５４】
第１制御装置４１は、第１電力変換部３４と第２電力変換部３６を制御することで、電動発電機３２を制御することができる。即ち、第１制御装置４１は、電動発電機３２の駆動状態（回生動作状態、または、力行動作状態）に応じて第１電力変換部３４と第２電力変換部３６の機能を制御する。
【００５５】
第２制御装置４２は、ディーゼルエンジン本体１１におけるインジェクタ（燃料供給装置）１９、排気弁開閉装置５４、作動気体供給装置２４をそれぞれ駆動制御することができる。即ち、第２制御装置４２は、各インジェクタ１９を駆動制御して燃料噴射時期や燃料噴射量を制御する。また、第２制御装置４２は、排気弁開閉装置５４を構成する制御弁５９を開閉制御して排気弁１８の開閉時期や開閉時間を制御する。更に、第２制御装置４２は、作動気体供給装置２４を構成する開閉弁２６を開閉制御してシリンダ部１３への作動気体供給時期や作動気体供給量を制御する。
【００５６】
また、第１実施形態にて、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の起動時において、インジェクタ１９を駆動してシリンダ部１３内に燃料を噴射する前に、電動発電機３２を駆動して排気タービン過給機１２を駆動する場合、排気タービン過給機１２の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。具体的に、制御装置４０は、排気タービン過給機１２の駆動を開始するモータリング開始信号１０１が入力されると、第２電力変換部３６を制御することで、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電し、蓄電部３５の電圧を予め設定された待機電圧に到達させる。制御装置４０は、この蓄電部３５への蓄電開始と同時に、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放して排気弁１８を開放することで、燃焼室５３と排気ポート１６を連通する。
【００５７】
そして、制御装置４０は、蓄電部３５の電圧が待機電圧に到達すると、第１電力変換部３４を制御することで、蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２の駆動を開始する。その後、船内電力系統３７からの電力を電動発電機３２に出力してタービン回転数を予め設定されたエンジン回転開始回転数に到達させ、維持させる。ここで、タービン回転数は、コンプレッサ回転数（圧縮機回転数）であり、過給機回転数である。
【００５８】
制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転起動を開始するエンジン回転開始信号（内燃機関回転開始信号）１０２が入力されると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を閉止する。そして、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されると、予め設定された所定の第１待機時間の経過後に、作動気体供給装置２４を駆動する。即ち、作動気体供給装置２４にて、それぞれの開閉弁２６を開閉制御することで、ディーゼルエンジン本体１１のシリンダ部１３内に作動気体の供給と供給停止を繰り返すエアランを開始する。すると、ディーゼルエンジン本体１１のエンジン回転数が上昇する。制御装置４０は、エンジン回転数が予め設定された燃料供給開始回転数に到達すると、それぞれのインジェクタ１９を駆動することで、ディーゼルエンジン本体１１のシリンダ部１３内に燃料を供給する。すると、ディーゼルエンジン本体１１が燃焼による運転を開始する。
【００５９】
この第１待機時間は、排気弁開閉装置５４による排気弁１８の作動遅れを考慮した時間である。即ち、図２に示すように、作動油供給装置５８は、制御弁５９を開放して作動油が作動油室５６ｂに供給されることでピストン５５に油圧が作用し、この油圧が空気ばね室５６ａの空気ばね圧より大きくなると、ピストン５５が下降して排気弁１８が排気ポート１６を開放する。一方で、空気ばね室５６ａの空気ばね圧が作動油室５６ｂに供給される油圧より大きくなると、ピストン５５が上昇して排気弁１８が排気ポート１６を閉止する。そのため、制御弁５９が閉止されてから排気弁１８が排気ポート１６を閉止するまでに遅れ時間が発生する。第１待機時間は、排気弁１８の作動遅れ時間より長い時間であり、予め実験などにより設定される。
【００６０】
一方、図１に示すように、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の停止時において、インジェクタ１９の駆動を停止してシリンダ部１３内への燃料噴射を停止することで、ディーゼルエンジン本体１１の回転を停止する場合、電動発電機３２により排気タービン過給機１２が駆動された状態であると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。具体的に、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転数が予め設定されたエンジン停止回転数（内燃機関停止回転数）に到達すると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。ディーゼルエンジン本体１１の回転数は、回転数センサにより検出され、制御装置４０に出力されるが、ここで、検出誤差が発生するおそれがある。そのため、このエンジン停止回転数は、例えば、０ｒｐｍ〜５ｒｐｍの範囲に設定される。
【００６１】
そして、制御装置４０は、モータリング停止信号の入力、つまり、モータリング開始信号１０１の入力がなくなると、第２電力変換部３６を制御することで、船内電力系統３７から蓄電部３５への蓄電を停止した後、予め設定された第２待機時間の経過後に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を閉止する。この第２待機時間は、排気タービン過給機１２の回転が停止するまでの時間を考慮した時間である。即ち、排気タービン過給機１２は、電動発電機３２からの電力供給を停止しても、すぐに停止せずに所定時間にわたって遊転している。第２待機時間は、排気タービン過給機１２の遊転が停止するまでの時間より長い時間であり、予め実験などにより設定される。
【００６２】
なお、モータリング開始信号１０１とエンジン回転開始信号１０２は、船内の担当者が操作盤（図示略）を操作することで出力されるものであり、モータリング開始信号１０１を発信するためのスイッチと、エンジン回転開始信号１０２を発信するためのスイッチが設けられている。
【００６３】
ここで、第１実施形態の内燃機関の制御装置を用いた起制御法について、フローチャートとタイムチャートを用いて詳細に説明する。図３は、内燃機関の起動時における制御方法を表すフローチャート、図４は、内燃機関の停止時における制御方法を表すフローチャート、図５は、内燃機関の制御方法を表すタイムチャートである。
【００６４】
第１実施形態の内燃機関の起動方法において、図１及び図３に示すように、ステップＳ１にて、制御装置４０は、モータリング開始信号１０１が入力されたかどうかを判定する。ここで、モータリング開始信号１０１が入力されていないと判定（Ｎｏ）されると、このまま待機する。一方、モータリング開始信号１０１が入力されたと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２にて、制御装置４０は、第２電力変換部３６を制御することで、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電、つまり、プリチャージを開始する。また、ステップＳ３にて、制御装置４０は、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放することで、排気弁１８により排気ポート１６を開放する。そして、ステップＳ４にて、制御装置４０は、蓄電部３５のＤＣバス電圧を検出しており、蓄電部３５のＤＣバス電圧が規定値以上、つまり、前述した待機電圧以上に到達したかどうかを判定する。
【００６５】
ここで、蓄電部３５のＤＣバス電圧が待機電圧に到達していないと判定（Ｎｏ）されると、プリチャージを継続する。一方、蓄電部３５のＤＣバス電圧が待機電圧に到達したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ５にて、制御装置４０は、第１電力変換部３４を制御することで、蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２を駆動開始し、船内電力系統３７からの電力を電動発電機３２に出力し、モータリングを開始する。即ち、電動発電機３２により、排気タービン過給機１２のコンプレッサ２１及びタービン２２を駆動回転し、タービン回転数を上昇させる。そして、ステップＳ６にて、制御装置４０は、モータリングが安定し、タービン回転数がエンジン回転開始回転数に到達したかどうかを判定する。
【００６６】
タービン回転数がエンジン回転開始回転数に到達していないと判定（Ｎｏ）されると、タービン回転数を更に上昇させる。このとき、圧縮機２１が回転していることから、燃焼用気体が吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給されており、サージングが発生するおそれがある。しかし、ディーゼルエンジン本体１１が起動していないものの、ステップＳ３にて、排気弁開閉装置５４により排気弁１８が開放されている。そのため、吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給された燃焼用気体は、排気ポート１６を通して排気マニホールド１７に排出され、サージングの発生が抑制される。
【００６７】
そして、タービン回転数がエンジン回転開始回転数に到達したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ７にて、タービン回転数の上昇を停止し、この回転数を維持する。ここで、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２の入力を待つ。この場合、制御装置４０は、蓄電部３５のＤＣバス電圧を待機電圧（例えば、６００Ｖ）に維持し、タービン回転数をエンジン回転開始回転数（例えば、５００ｒｐｍ）に維持する。
【００６８】
その後、ステップＳ８にて、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されたかどうかを判定する。ここで、エンジン回転開始信号１０２が入力していないと判定（Ｎｏ）されると、この待機状態を維持する。一方、エンジン回転開始信号１０２が入力されたと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ９にて、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を閉止することで、排気弁１８により排気ポート１６を閉止する。そして、ステップＳ１０にて、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されてから第１待機時間が経過したかどうかを判定する。ここで、第１待機時間が経過していないと判定（Ｎｏ）されると、このまま待機する。一方、第１待機時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１１にて、開閉弁２６を開閉制御してディーゼルエンジン本体１１に作動気体を供給することで、エアランを実行してエンジン回転数を上昇させる。このエアランとは、ディーゼルエンジン本体１１のシリンダ部１３内に作動気体を供給・供給停止を繰り返すことでピストン５１を往復移動させ、クロスヘッドを介してクランク軸を回転させることである。
【００６９】
その後、ステップＳ１２にて、制御装置４０は、エンジン回転数が燃料供給開始回転数（例えば、５ｒｐｍ）に到達したかどうかを判定する。ここで、エンジン回転数が燃料供給開始回転数に到達していないと判定（Ｎｏ）されると、エアランを継続する。一方、エンジン回転数が燃料供給開始回転数に到達したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１３にて、各インジェクタ１９を駆動し、ディーゼルエンジン本体１１のシリンダ部１３内（燃焼室５３）に燃料を噴射する。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、シリンダ部１３内（燃焼室５３）で燃料に着火して燃焼を開始するため、燃焼運転を開始することができる。
【００７０】
また、第１実施形態の内燃機関の停止方法において、図１及び図４に示すように、ステップＳ２１にて、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されているかどうかを判定する。ここで、エンジン回転開始信号１０２が入力されていると判定（Ｙｅｓ）されると、このままエンジン駆動状態を継続する。一方、エンジン回転開始信号１０２の入力がなくなったと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ２２にて、各インジェクタ１９の駆動を停止し、ディーゼルエンジン本体１１のシリンダ部１３内（燃焼室５３）への燃料噴射を停止する。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、燃焼運転を停止してエンジン回転数が低下していく。
【００７１】
ステップＳ２３にて、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転数がエンジン停止回転数まで低下したかどうかを判定する。ここで、エンジン回転数がエンジン停止回転数まで低下していないと判定（Ｎｏ）されると、この状態を維持する。一方、電動発電機３２により排気タービン過給機１２が駆動された状態であると判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２４にて、制御装置４０は、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放することで、排気弁１８により排気ポート１６を開放する。
【００７２】
このとき、エンジン回転数が０ｒｐｍになっても、タービン回転数（圧縮機回転数）が直ぐに低下しないことから、燃焼用気体が吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給されており、サージングが発生するおそれがある。しかし、ディーゼルエンジン本体１１が停止しているものの、ステップＳ２４にて、排気弁開閉装置５４により排気弁１８が開放されている。そのため、吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給された燃焼用気体は、排気ポート１６を通して排気マニホールド１７に排出され、サージングの発生が抑制される。
【００７３】
ステップＳ２５にて、制御装置４０は、モータリング開始信号１０１が入力されているかどうかを判定する。ここで、モータリング開始信号１０１が入力されていると判定（Ｙｅｓ）されると、このまま待機する。一方、モータリング開始信号１０１の入力がなくなったと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ２６にて、制御装置４０は、第２電力変換部３６を制御することで、プリチャージを終了すると共に、電動発電機３２への給電を停止する。
【００７４】
また、ステップＳ２７にて、制御装置４０は、モータリング開始信号１０１の入力がなくなってから第２待機時間が経過したかどうかを判定する。ここで、第２待機時間が経過していないと判定（Ｎｏ）されると、このまま待機する。一方、第２待機時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２８にて、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を閉止することで、排気弁１８により排気ポート１６を閉止する。
【００７５】
そして、第１実施形態の内燃機関の制御装置の作動タイミングについて説明する。図１及び図５に示すように、時間ｔ１にて、モータリング開始信号１０１が出力されると、第２電力変換部３６が船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電することで、プリチャージが開始され、蓄電部３５のＤＣバス電圧が上昇する。また、このとき、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放（排気弁空気圧ＯＦＦ）すると、所定時間だけ遅れた時間ｔ２にて、排気弁１８により排気ポート１６が開放される。なお、蓄電部３５のＤＣバス電圧が待機電圧まで上昇して維持されると、第１電力変換部３４が蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２を駆動開始し、船内電力系統３７からの電力を電動発電機３２に出力することで、排気タービン過給機１２のタービン回転数が上昇する。そして、時間ｔ３にて、タービン回転数がエンジン回転開始回転数に到達すると、タービン回転数がこのエンジン回転開始回転数に維持される。
【００７６】
このとき、排気弁開閉装置５４により排気弁１８が開放されているため、吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給された燃焼用気体は、排気ポート１６を通して排気マニホールド１７に排出されるため、サージングの発生が抑制される。
【００７７】
タービン回転数がエンジン回転開始回転数に維持された状態で、エンジン回転開始信号１０２の入力を待つ。時間ｔ４にて、エンジン回転開始信号１０２が入力されると、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を閉止（排気弁空気圧ＯＮ）し、所定時間だけ遅れた時間ｔ５にて、排気弁１８により排気ポート１６が閉止される。また、エンジン回転開始信号１０２が入力されてから第１待機時間Ｔ１が経過した時間ｔ６にて、開閉弁２６の開放・開放停止を繰り返すエアランを実行することで、エンジン回転数が上昇する。このとき、エアランによりシリンダ部１３に供給された作動気体及びコンプレッサ２１が圧送する燃焼用気体が排出されることで、タービン２２が回転するため、タービン回転数も上昇する。そして、エアランが開始され、時間ｔ７にて、エンジン回転数が燃料供給開始回転数に到達すると、インジェクタ１９が駆動し、シリンダ部１３内に燃料を噴射する。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、シリンダ部１３内（燃焼室５３）で燃焼を開始し、エンジン回転数が規定回転数まで上昇して燃焼運転を開始する。
【００７８】
その後、時間ｔ１１にて、エンジン回転開始信号１０２の入力がなくなると、インジェクタ１９の駆動を停止し、シリンダ部１３内（燃焼室５３）への燃料噴射を停止する。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、燃焼運転を停止してエンジン回転数が低下すると共に、排気タービン過給機１２のタービン回転数も低下する。そして、ディーゼルエンジン本体１１の回転数がエンジン停止回転数まで低下した時間ｔ１２にて、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放（排気弁空気圧ＯＦＦ）すると、所定時間だけ遅れた時間ｔ１３にて、排気弁１８により排気ポート１６が開放される。そして、時間ｔ１４にて、タービン回転数が待機回転数に到達すると、タービン回転数がこの待機回転数に維持される。
【００７９】
このとき、排気弁開閉装置５４により排気弁１８が開放されているため、吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給された燃焼用気体は、排気ポート１６を通して排気マニホールド１７に排出され、サージングの発生が抑制される。
【００８０】
時間ｔ１５にて、モータリング開始信号１０１が出力されると、プリチャージを終了すると共に、電動発電機３２への給電を停止する。すると、排気タービン過給機１２のタービン回転数が低下する。そして、モータリング開始信号１０１の入力がなくなってから第２待機時間Ｔ２が経過した時間ｔ１６にて、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を閉止（排気弁空気圧ＯＮ）し、所定時間だけ遅れた時間ｔ１７にて、排気弁１８により排気ポート１６が閉止される。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、完全に停止する。
【００８１】
このように第１実施形態の内燃機関にあっては、ディーゼルエンジン本体１１と、排気タービン過給機１２と、電動発電機３２と、蓄電部３５と、作動気体供給装置２４と、燃料供給装置（インジェクタ１９）と、排気弁開閉装置５４と、電動発電機３２と作動気体供給装置２４とインジェクタ１９と排気弁開閉装置５４とを制御する制御装置４０とを設け、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の起動時においてインジェクタ１９を駆動させる前に電動発電機３２を駆動させることにより排気タービン過給機１２を駆動する場合、排気タービン過給機１２の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。
【００８２】
従って、ディーゼルエンジン本体１１の起動前に、電動発電機３２により排気タービン過給機１２を回転させるとき、排気タービン過給機１２の回転数がサージング回転数に到達する時点以前に排気弁１８を開放する。即ち、ディーゼルエンジン本体１１の停止時、排気弁１８が開放されていることから、圧縮機２１によりシリンダ部１３内に供給された燃焼用気体が排気ポート１６に排出されることとなり、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の停止中におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。この場合、排気弁１８を開放するタイミングは、排気タービン過給機１２の回転数がサージング回転数に到達する直前であることが好ましい。これにより、燃焼用気体の圧力比及び流量がサージラインを超えない程度でサージラインにより近づくため、電動発電機３２の消費電力をより小さくすることができる。
【００８３】
第１実施形態の内燃機関では、制御装置４０は、排気タービン過給機１２の駆動を開始するモータリング開始信号１０１が入力されると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。従って、モータリング開始信号１０１に基づいて排気弁１８の開閉を制御するのみであるため、制御系を簡素化することができると共に、適正時期に排気弁１８を開放してサージングの発生を適正に抑制することができる。
【００８４】
第１実施形態の内燃機関では、電動発電機３２に電力を供給する蓄電部３５を設け、制御装置４０は、蓄電部３５への蓄電を開始すると共に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。従って、蓄電部３５への蓄電を開始すると共に排気弁１８を開放することで、補助ブロワなどの別装置を使用することなく、圧縮機２１を駆動するための電動機を用いてディーゼルエンジン本体１１を起動することとなり、設備コストの増加を抑制しながら、ディーゼルエンジン本体１１の起動性を向上することができる。
【００８５】
第１実施形態の内燃機関では、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転起動を開始するエンジン回転開始信号１０２が入力されると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を閉止する。従って、ディーゼルエンジン本体１１の回転起動時に、排気弁１８が閉止しているため、シリンダ部１３内の燃焼用気体の圧力を高圧とすることができ、ディーゼルエンジン本体１１を適正に起動することができる。
【００８６】
第１実施形態の制御装置では、ディーゼルエンジン本体１１に燃料を供給せずにディーゼルエンジン本体１１の回転起動を開始する作動気体供給装置２４を設け、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されると、予め設定された所定の第１待機時間Ｔ１の経過後に、作動気体供給装置２４を駆動する。従って、第１待機時間Ｔ１を確保することで、排気弁１８に作動遅れがあったとしても、この排気弁１８を完全に閉止してからディーゼルエンジン本体１１を起動することとなり、ディーゼルエンジン本体１１のスムースな起動を実行することができる。
【００８７】
また、第１実施形態の内燃機関にあっては、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転を停止する場合、電動発電機３２により排気タービン過給機１２が駆動された状態であると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。
【００８８】
従って、ディーゼルエンジン本体１１の回転を停止する場合、電動発電機３２により排気タービン過給機１２が駆動された状態であると、排気弁１８を開放する。即ち、ディーゼルエンジン本体１１の停止時に、排気弁１８が開放されていることから、圧縮機２１によりシリンダ部１３内に供給された燃焼用気体が排気ポート１６に排出されることとなり、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の停止時におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。
【００８９】
第１実施形態の内燃機関では、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転数が予め設定されたエンジン停止回転数に到達すると排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。従って、ディーゼルエンジン本体１１がほぼ停止した状態で排気弁１８を開放することとなり、適正時期に排気弁１８を開放してサージングの発生を適正に抑制することができる。
【００９０】
第１実施形態の内燃機関では、制御装置４０は、排気タービン過給機１２の駆動を停止するモータリング停止信号が入力、つまり、モータリング開始信号１０１の入力がなくなると、蓄電部３５への蓄電を停止した後、予め設定された所定の第２待機時間Ｔ２の経過後に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を閉止する。従って、排気タービン過給機１２が完全に停止してから排気弁１８を閉止することとなり、サージングの発生を確実に抑制することができる。
【００９１】
また、第１実施形態の内燃機関の制御装置では、ディーゼルエンジン本体１１の起動時に、インジェクタ１９を駆動させる前に電動発電機３２を駆動させることにより排気タービン過給機１２を駆動する場合、排気タービン過給機１２の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放するようにしている。従って、圧縮機２１によりシリンダ部１３内に供給された燃焼用気体が排気ポート１６に排出されることとなり、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の起動時におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。
【００９２】
また、第１実施形態の内燃機関の制御装置では、ディーゼルエンジン本体１１の回転を停止する場合、電動発電機３２により排気タービン過給機１２が駆動された状態であると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放するようにしている。従って、圧縮機２１によりシリンダ部１３内に供給された燃焼用気体が排気ポート１６に排出されることとなり、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の停止時におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。
【００９３】
また、第１実施形態の内燃機関の制御方法にあっては、電動発電機３２を駆動開始して排気タービン過給機１２を駆動する工程と、排気タービン過給機１２の回転数がサージング回転数に到達する時点以前にシリンダ部１３に設けられる排気弁１８を開放する工程と、エンジン回転開始信号１０２が入力されると排気弁１８を閉止する工程と、排気弁１８を閉止すると共に燃料を供給せずにディーゼルエンジン本体１１を起動する工程と、ディーゼルエンジン本体１１の回転数が燃料供給開始回転数に到達するとシリンダ部１３に燃料を供給する工程とを備えている。従って、ディーゼルエンジン本体１１の起動時に、排気弁１８が開放されていることから、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の起動時におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。
【００９４】
また、第１実施形態の内燃機関の制御方法にあっては、エンジン回転開始信号１０２の入力がなくなるとシリンダ部１３への燃料の供給を停止する工程と、電動発電機３２により排気タービン過給機１２が駆動された状態であるとシリンダ部１３に設けられる排気弁１８を開放する工程と、モータリング開始信号１０１の入力がなくなると電動発電機３２による排気タービン過給機１２の駆動を停止する工程と、モータリング開始信号１０１入力がなくなって第２待機時間Ｔ２の経過後に排気弁１８を閉止する工程とを備えている。従って、ディーゼルエンジン本体１１の停止時に、排気弁１８が開放されていることから、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の停止時におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。
【００９５】
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の内燃機関の制御方法を表すタイムチャートである。なお、本実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１及び図２を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を備える部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９６】
第２実施形態において、図１に示すように、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の起動時において、インジェクタ１９を駆動してシリンダ部１３内に燃料を噴射する前に、電動発電機３２を駆動して排気タービン過給機１２を駆動する場合、排気タービン過給機１２の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。具体的に、制御装置４０は、排気タービン過給機１２の駆動を開始するモータリング開始信号１０１が入力されると、第２電力変換部３６を制御することで、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電し、蓄電部３５の電圧を予め設定された待機電圧に到達させる。制御装置４０は、この蓄電部３５への蓄電開始と同時に、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放して排気弁１８を開放することで、燃焼室５３と排気ポート１６を連通する。このとき、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の掃気ポートと排気弁１８との間、つまり、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３に対してだけ、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。
【００９７】
本実施形態にて、図１及び図２に示すように、ディーゼルエンジン本体１１は、６個のシリンダ部１３が設けられており、各シリンダ部１３に設けられたピストン５１は、同期して往復移動するものの、その移動位置が相違している。そのため、ディーゼルエンジン本体１１は、起動前の停止状態で、全ての排気弁１８は、排気ポート１６を閉止しているものの、掃気ポート１４は、開放されているシリンダ部１３と閉止されているシリンダ部１３が存在する。ここで、制御装置４０は、排気タービン過給機１２の駆動を開始するモータリング開始信号１０１が入力されると、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３の排気弁１８だけを開放する。
【００９８】
即ち、ディーゼルエンジン本体１１の停止時、排気弁１８が閉止している状態で、圧縮機２１が回転すると、燃焼用気体が掃気ポート１４からシリンダ部１３に供給されるが、開放部がないことから燃焼用気体の圧力が高まり、サージングが発生するおそれがある。しかし、排気弁１８を開放していれば、シリンダ部１３に供給された燃焼用気体が排気弁１８から排出されるためにサージングが発生するおそれがない。そこで、ディーゼルエンジン本体１１の起動時に、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３の排気弁１８だけを開放することで、サージングの発生を抑制する。
【００９９】
制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の回転起動を開始するエンジン回転開始信号１０２が入力されると、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を閉止する。そして、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されると同時に、作動気体供給装置２４を駆動する。ここで、制御装置４０は、第１実施形態のように、エンジン回転開始信号１０２が入力されると、第１待機時間を確保することなく、即座に作動気体供給装置２４を駆動する。
【０１００】
即ち、排気弁開閉装置５４により排気弁１８を開閉する場合、作動遅れ時間が発生するおそれがある。しかし、本実施形態では、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３の排気弁１８だけを開放し、掃気ポート１４が閉止されているシリンダ部１３の排気弁１８は閉止状態に維持されている。そのため、一部の排気弁１８の閉止動作が遅れても、排気弁１８が閉止しているシリンダ部１３は、シリンダ部１３に正常に燃焼用気体が供給されて高圧となることから、適正にディーゼルエンジン本体１１を回転起動することができる。そのため、第１待機時間が不要となる。
【０１０１】
その後、ディーゼルエンジン本体１１のエンジン回転数が上昇し、制御装置４０は、エンジン回転数が燃料供給開始回転数に到達すると、それぞれのインジェクタ１９を駆動することで、ディーゼルエンジン本体１１のシリンダ部１３内に燃料を供給する。すると、ディーゼルエンジン本体１１が燃焼による運転を開始する。
【０１０２】
ここで、第２実施形態の内燃機関の制御装置の作動タイミングについて説明する。図１及び図６に示すように、時間ｔ２１にて、モータリング開始信号１０１が出力されると、第２電力変換部３６が船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電することで、プリチャージが開始され、蓄電部３５のＤＣバス電圧が上昇する。また、このとき、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３だけに対して、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放（排気弁空気圧ＯＦＦ）すると、所定時間だけ遅れた時間ｔ２２にて、排気弁１８により排気ポート１６が開放される。なお、蓄電部３５のＤＣバス電圧が待機電圧まで上昇して維持されると、第１電力変換部３４が蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２を駆動開始し、船内電力系統３７からの電力を電動発電機３２に出力することで、排気タービン過給機１２のタービン回転数が上昇する。そして、時間ｔ２３にて、タービン回転数がエンジン回転開始回転数に到達すると、タービン回転数がこのエンジン回転開始回転数に維持される。
【０１０３】
このとき、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３の排気弁１８だけが開放されているため、吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給された燃焼用気体は、排気ポート１６を通してディーゼルエンジン本体１１の停止時に排出されるため、サージングの発生が抑制される。
【０１０４】
タービン回転数がエンジン回転開始回転数に維持された状態で、エンジン回転開始信号１０２の入力を待つ。時間ｔ２４にて、エンジン回転開始信号１０２が入力されると、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を閉止（排気弁空気圧ＯＮ）し、所定時間だけ遅れた時間ｔ２５にて、排気弁１８により排気ポート１６が閉止される。また、エンジン回転開始信号１０２が入力されると、直後に開閉弁２６の開放・開放停止を繰り返すエアランを実行することで、エンジン回転数が上昇する。このとき、エアランによりシリンダ部１３に供給された作動気体及びコンプレッサ２１が圧送する燃焼用気体が排出されることで、タービン２２が回転するため、タービン回転数も上昇する。そして、エアランが開始され、エンジン回転数が燃料供給開始回転数に到達すると、インジェクタ１９が駆動し、シリンダ部１３内に燃料を噴射する。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、シリンダ部１３内（燃焼室５３）で燃焼を開始し、エンジン回転数が規定回転数まで上昇して燃焼運転を開始する。
【０１０５】
その後、時間ｔ３１にて、エンジン回転開始信号１０２の入力がなくなると、インジェクタ１９の駆動を停止し、シリンダ部１３内（燃焼室５３）への燃料噴射を停止する。すると、舶用ディーゼルエンジン１０は、燃焼運転を停止してエンジン回転数が低下すると共に、排気タービン過給機１２のタービン回転数も低下する。そして、ディーゼルエンジン本体１１の回転数がエンジン停止回転数まで低下した時間ｔ３２にて、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を開放（排気弁空気圧ＯＦＦ）すると、所定時間だけ遅れた時間ｔ３３にて、排気弁１８により排気ポート１６が開放される。そして、時間ｔ３４にて、タービン回転数が待機回転数に到達すると、タービン回転数がこの待機回転数に維持される。
【０１０６】
このとき、排気弁開閉装置５４により排気弁１８が開放されているため、吸気管Ｌ１を通してシリンダ部１３に供給された燃焼用気体は、排気ポート１６を通してディーゼルエンジン本体１１の停止時に排出され、サージングの発生が抑制される。
【０１０７】
時間ｔ３５にて、モータリング開始信号１０１が出力されると、プリチャージを終了すると共に、電動発電機３２への給電を停止する。すると、排気タービン過給機１２のタービン回転数が低下する。そして、モータリング開始信号１０１の入力がなくなってから第２待機時間Ｔ２が経過した時間ｔ３６にて、排気弁開閉装置５４の制御弁５９を閉止（排気弁空気圧ＯＮ）し、所定時間だけ遅れた時間ｔ３７にて、排気弁１８により排気ポート１６が閉止される。
【０１０８】
このように第２実施形態の内燃機関にあっては、制御装置４０は、ディーゼルエンジン本体１１の起動時においてインジェクタ１９を駆動させる前に電動発電機３２を駆動させることにより排気タービン過給機１２を駆動する場合、排気タービン過給機１２の回転数が予め設定されたサージング回転数に到達する時点以前に、ディーゼルエンジン本体１１における掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３に対してだけ、排気弁開閉装置５４を駆動して排気弁１８を開放する。
【０１０９】
従って、ディーゼルエンジン本体１１の起動時、掃気ポート１４が開放している排気弁１８だけが開放されていることから、圧縮機２１によりシリンダ部１３内に供給された燃焼用気体が排気ポート１６に排出されることとなり、シリンダ部１３に圧送する燃焼用気体が低流量で高圧力になることが抑制され、ディーゼルエンジン本体１１の停止中におけるサージングの発生を抑制することで、排気タービン過給機１２の信頼性を向上することができる。
【０１１０】
第２実施形態の制御装置では、制御装置４０は、エンジン回転開始信号１０２が入力されると同時に、作動気体供給装置２４を駆動する。従って、ピストン５１により掃気ポート１４が閉止しているシリンダ部１３の排気弁１８が閉止していることから、エンジン回転開始信号１０２が入力されてディーゼルエンジン本体１１の回転を起動すると、排気弁１８が閉止しているシリンダ部１３内の燃焼用気体の圧力を高圧とすることができ、掃気ポート１４が開放されているシリンダ部１３の排気弁１８に作動遅れがあったとしても、ディーゼルエンジン本体１１を適正に起動することができる。
【０１１１】
なお、上述した各実施形態では、空気ばね室５６ａに作用する空気ばね圧により排気弁１８を排気ポート１６が閉止する方向に付勢し、作動油室５６ｂに油圧を作用させることで、排気弁１８を移動して排気ポート１６を開放するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、空気ばね圧をスプリングにより構成したり、油圧だけで排気弁１８を開閉動作したりするように構成してもよい。
【０１１２】
また、上述した各実施形態では、本発明の過給機としての排気タービン過給機１２をハイブリッド過給機とし、本発明の電動機を電動発電機３２としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、電動発電機３２を単なる電動機（モータ）とし、この電動機に蓄電部としてのバッテリを接続してもよい。
【０１１３】
また、上述した各実施形態では、作動気体供給装置２４を作動気体供給源２５、開閉弁２６、作動気体供給管Ｌ５により構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、作動気体供給装置を電動機とし、この電動機を内燃機関のクランク軸に接続し、電動機によりクランク軸を強制的に駆動回転してもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  舶用ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１  ディーゼルエンジン本体
１２  排気タービン過給機（過給機）
１３  シリンダ部
１４  掃気ポート
１５  掃気トランク
１６  排気ポート
１７  排気マニホールド
１８  排気弁
１９  インジェクタ（燃料供給装置）
２１  コンプレッサ（圧縮機）
２２  タービン
２４  作動気体供給装置
２５  作動気体供給源
２６  開閉弁
３２  電動発電機（電動機）
３３  電力変換装置
３４  第１電力変換部
３５  蓄電部
３６  第２電力変換部
３７  船内電力系統
４０  制御装置
４１  第１制御装置
４２  第２制御装置
５１  ピストン
５３  燃焼室
５４  排気弁開閉装置
５７  作動油路
５８  作動油供給装置
５９  制御弁
Ｌ１，Ｌ３  吸気管
Ｌ２，Ｌ４  排気管
Ｌ５  作動気体供給管
【図１】
0006650762.tif 000002
【図２】
0006650762.tif 000003
【図３】
0006650762.tif 000004
【図４】
0006650762.tif 000005
【図５】
0006650762.tif 000006
【図６】
0006650762.tif 000007