JP6298744B2

JP6298744B2 - エンジン

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Publication number: JP6298744B2
Application number: JP2014180246A
Authority: JP
Inventors: 洪志表
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: JP2016053347A

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。

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。

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。

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。

特開２００８−０３８６５７号公報

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。

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。

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。

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。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

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。

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。

本発明の第一実施形態に係るエンジンと過給機との構成を示す概略図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの排気マニホールドの構成を示す概略図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの制御構成を示す概略図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの任意の回転数における負荷率毎の開閉弁の状態と燃費との関係を表すグラフを示す図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの回転数毎の燃費を最小にする開閉弁の状態と負荷率との関係を表すグラフ（マップ）を示す図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの開閉弁の制御態様を表すフローチャートを示す図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの開閉弁の制御態様のうち開閉弁制御を表すフローチャートを示す図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの開閉弁の制御態様のうち一方の条件における開閉弁補正制御を表すフローチャートを示す図。本発明の第一実施形態に係るエンジンの開閉弁の制御態様のうち他方の条件における開閉弁補正制御を表すフローチャートを示す図。本発明の第二実施形態に係るエンジンと過給機との構成を示す概略図。本発明の第二実施形態に係るエンジンの制御構成を示す概略図。本発明の第二実施形態に係るエンジンの任意の回転数における負荷率毎の開閉弁の状態と燃費との関係を表すグラフを示す図。本発明の第二実施形態に係るエンジンの回転数毎の燃費を最小にする開閉弁の状態と負荷率との関係を表すグラフ（マップ）を示す図。本発明の第二実施形態に係るエンジンの開閉弁の制御態様のうち開閉弁制御を表すフローチャートを示す図。本発明に係るエンジンが搭載される船舶の構成を示す概略図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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）。

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）。

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）。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

排気装置２０は、排気マニホールド２１・２２を具備している。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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
エンジン。
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請求項１に記載のエンジン。
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請求項１または請求項２に記載のエンジン。