JP6509610B2 - Control method of supercharged internal combustion engine and supercharger internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダ内に燃料を供給して燃焼させることにより、ピストンを作動させて動力を発生させる過給機付きレシプロ式内燃機関とその制御方法に係わり、詳しくは過給機アシストエアの制御の方法およびその装置に関するものである。本発明が適用される内燃機関としては、ディーゼル機関、デュアルフューエル機関等があり、その用途は問わないが、これ等の機関は、外部機器としての発電装置、ポンプ、推進装置に連結して駆動源として使用することができる。 The present invention relates to a supercharger-equipped reciprocating internal combustion engine that operates a piston to generate power by supplying fuel and burning it in a cylinder, and a control method thereof, and more specifically, controls supercharger assist air. And a device thereof. The internal combustion engine to which the present invention is applied includes a diesel engine, a dual fuel engine, and the like, and the application thereof is not limited. However, these engines are connected to a power generation device as an external device, a pump, and a propulsion device to drive It can be used as a source.
ディーゼル機関やデュアルフューエル機関においては、始動時・負荷投入時の黒煙発生や、負荷投入時の速度低下による問題( 例えば、外部機器である発電装置における周波数の変動等) が知られている。 In diesel engines and dual fuel engines, problems such as black smoke generation at start-up and load application and speed decrease at load application (for example, fluctuation of frequency in a power generator as an external device) are known.
さらに、例えば高圧力比過給機を搭載した高出力機関を非常用機関に適用する場合、非常用機関として要求される最重要特性は、非常時の防災・保安負荷の瞬時投入特性である。しかし、高出力機関といえども排気ガスで駆動する過給機で必要燃焼空気を供給する方式であるため、機関始動時および無負荷運転時には排気ガスエネルギーが低く、燃焼空気量の供給は無過給機関とほぼ同等な状態である。従って、機関始動時および無負荷状態から負荷が投入される場合、排気ガスエネルギーが増大し過給機回転速度が上昇する特性は一次遅れ特性であり瞬時負荷投入の許容値は大幅に改善されず非常用機関に高出力機関を適用するメリットがない状態となっている。 Furthermore, for example, when a high power engine equipped with a high pressure ratio supercharger is applied to an emergency engine, the most important characteristic required of the emergency engine is the instantaneous load characteristic of disaster prevention and safety load at the time of emergency. However, even with a high-power engine, the necessary combustion air is supplied by a supercharger driven by exhaust gas, so the energy of exhaust gas is low at engine start-up and no-load operation, and the supply of combustion air amount is zero. It is almost equivalent to the feeding agency. Therefore, the characteristic that the exhaust gas energy increases and the turbocharger rotational speed increases when the load is input from the time of engine start and no load condition is the first-order lag characteristic, and the allowable value of instantaneous load application is not significantly improved There is no merit to apply a high output engine to the emergency engine.
このため、ディーゼル機関の始動時および負荷投入時において、過給機にアシストエアを押し込むことにより、始動時における黒煙の発生抑制や負荷投入時における瞬時速度変動率の改善を図ることが行われている。 For this reason, when the diesel engine is started and load is applied, assist air is pushed into the supercharger to suppress generation of black smoke at the start and improve the instantaneous speed fluctuation rate at load. ing.
下記特許文献１乃至下記特許文献４に例示するように、過給機のアシストエアシステムについては多くの提案が種々の技術的観点からなされている。しかし、これらのアシストエアシステムは、どのようなタイミングでアシストエアを供給するかに関しては明確な決定根拠が示されておらず、アシストエアの有効性が充分に発揮されていない。
As exemplified in
本発明は、適切なタイミングでディーゼル機関を制御し、燃焼室に取込む燃焼空気を適切に増大させ、完全燃焼出来る燃料量を増やすことにより、機関始動時の立ち上り特性の改善および許容瞬時負荷投入量の改善を図り、黒煙発生をより適切に抑制することが可能な過給機付き内燃機関の制御方法及び過給機付き内燃機関を提供することを目的としている。 The present invention controls the diesel engine at an appropriate timing, appropriately increases the amount of combustion air taken into the combustion chamber, and increases the amount of fuel that can be completely burned, thereby improving start-up characteristics at engine start and allowable instantaneous load input. It is an object of the present invention to provide a control method of a supercharger-equipped internal combustion engine capable of improving the quantity and more appropriately suppressing the generation of black smoke and a supercharger-equipped internal combustion engine.
請求項１に記載された過給機付き内燃機関の制御方法は、
内燃機関の回転速度の制御をガバナによる燃料噴射量の制御で行う内燃機関の制御方法であって、
機関始動指令によって過給機へのアシストエア供給を開始し、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記機関始動指令を実行する制御と、
負荷投入指令によって過給機へのアシストエア供給を開始し、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記負荷投入指令を実行する制御のうち、
少なくとも何れか一方の制御を行うことを特徴としている。
The control method of a supercharger-equipped internal combustion engine according to
A control method for an internal combustion engine, which controls the rotational speed of the internal combustion engine by controlling a fuel injection amount by a governor.
Start the assist air supply to the engine start directive to result supercharger, at the timing when the rotational speed increase is first turned to zero or negative per minute time unit of the supercharger by the assist air, before Symbol agencies and control to run the start-up finger Ordinance,
The load on command is started at the timing when the assist air supply to the turbocharger is started by the load on command, and the increase in rotational speed per minute time unit of the supercharger by the assist air first becomes zero or negative. Of the controls to be performed,
It is characterized in that at least one control is performed .
アシストエアの供給先は、過給機のコンプレッサに供給する場合と、特開２０１４−０５８９５８の如く過給機の排気タービンに供給する場合とがある。本実施形態は、過給機コンプレッサにアシストエアを供給する場合を示している。
「負荷投入」とは、内燃機関が始動後所定の回転速度（例えば所定の定格回転速度等）になった後に、発電機の電路遮断器の接続や船舶のクラッチ嵌入によるプロペラ負荷の接続など、内燃機関に負荷を接続することを意味する。
「微少時間単位」とは、例えば過給機の軸端に取り付けた電磁ピックアップ、回転速度ピックアップセンサ等の回転速度検出センサで検出し、回転速度の増加分を算出するまでの時間であり、通常２５０ms（ミリ秒）〜５００ms間隔で回転速度増加分を検出すれば充分である。
「微少時間単位当たりの回転速度増加分」とは「微少時間単位当たりの回転数増加分」と同意語である。なお、本明細書においては、「微少時間単位当たりの回転速度増加分」を特に「回転速度の増加分」という場合がある。「所定値以下」の所定値とは、限りなく回転速度増加分がゼロに近い値が好ましい。
The supply destination of assist air may be supplied to the compressor of the turbocharger or may be supplied to the exhaust turbine of the turbocharger as disclosed in JP-A-2014-058958. This embodiment shows the case where assist air is supplied to the turbocharger compressor.
“Loading on” refers to the connection of a circuit breaker of a generator or the connection of a propeller load by the insertion of a ship clutch, after the internal combustion engine reaches a predetermined rotation speed (for example, a predetermined rated rotation speed) after startup. It means connecting a load to an internal combustion engine.
The “minute time unit” is, for example, the time taken to calculate an increase in rotational speed, which is detected by a rotational speed detection sensor such as an electromagnetic pickup or rotational speed pickup sensor attached to the shaft end of the turbocharger. It is sufficient to detect an increase in rotational speed at intervals of 250 ms (milliseconds) to 500 ms.
The "rotational speed increment per minute time unit" is synonymous with "the rotational speed increment per minute time unit". In the present specification, "the increase in rotational speed per minute time unit" may be particularly referred to as "the increase in rotational speed". As the predetermined value of “below the predetermined value”, it is preferable that the rotational speed increase be as close to zero as possible.
請求項２に記載された過給機付き内燃機関の制御方法は、請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御方法において、
前記過給機へのアシストエア供給の停止は、
前記機関始動指令の場合には、前記機関始動指令を実行した後に過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分がゼロ又はマイナスになったタイミングと、前記機関始動指令を実行した後に機関回転速度が設定回転速度になったタイミングからなる群から選択された一のタイミングで行い、
前記負荷投入指令の場合には、負荷投入後の機関回転速度が設定回転速度に復帰したタイミングで行うことを特徴としている。
A control method of a supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 2 is the control method of the supercharger-equipped internal combustion engine according to
The stop of the assist air supply to the supercharger is
In the case of the engine start instruction, the timing at which the rotational speed increase per minute time unit of the supercharger becomes zero or negative after performing the engine start command, the engine rotation after performing the engine start command performed at one timing selected from the group consisting of timing the speed reaches a set rotational speed,
In the case of the load application instruction it is characterized by performing at timing where the engine rotational speed after load application is returned to the set rotation speed.
上記「燃料増加指令」は、後述する請求項５、６に係わる「燃料噴射量の増加を所定の範囲量に制限する燃料ラック制限」を行っていない場合も含み、機関始動指令や負荷投入指令によって、通常ガバナが多量の燃料噴射位置にまで燃料噴射ポンプラックを動かす場合も含んでおり、最も広義に解するものとする。
The above-mentioned "fuel increase command" also includes the case where "the fuel rack limitation for limiting the increase of the fuel injection amount to the predetermined range amount" according to
請求項３に記載された過給機付き内燃機関の制御方法は、請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関の制御方法において、
前記機関始動指令又は前記負荷投入指令の実行からアシストエア供給の停止までの間、前記ガバナの制御による燃料噴射量の増加を所定の範囲量に制限する燃料ラック制限を行うことを特徴としている。
A control method of a supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 3 is the control method of the supercharger-equipped internal combustion engine according to
It is characterized in that a fuel rack restriction is performed to limit the increase of the fuel injection amount by the control of the governor to a predetermined range amount from the execution of the engine start command or the load input command to the stop of the assist air supply.
請求項４に記載された過給機付き内燃機関の制御方法は、請求項３に記載の過給機付き内燃機関の制御方法において、
前記燃料ラック制限においては、
前記燃料噴射量の増加を、
前記機関始動指令の場合は、機関始動トルクに相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、
また前記負荷投入指令の場合は、投入負荷量に相当する定常負荷運転時の燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、制限することを特徴としている。
A control method of a supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 4 is the control method of a supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 3.
At the fuel rack limit:
The increase of the fuel injection amount,
In the case of the engine start command, in the range of 110 to 115% of the fuel injection amount corresponding to the engine start torque,
Further, in the case of the load input command, it is characterized in that it is limited to a range of 110 to 115% of the fuel injection amount at the time of steady load operation corresponding to the input load amount.
機関始動時は、機関回転速度が上昇し機関出力は回転速度の上昇に伴って増大するが、機関トルクは略一定であるため機関始動トルクとしている。従って、「機関始動トルクに相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限する」とは、必要機関開始トルクを得るために必要な燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限することを意味し、「投入負荷量に相当する定常負荷運転時の燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限する」とは、定めた投入負荷量を定常的に（一定にして）かけた際に必要となる燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限することを意味する。 At the time of engine start, the engine rotational speed increases and the engine output increases with the increase of the rotational speed, but since the engine torque is substantially constant, the engine start torque is used. Therefore, “limit to 110 to 115% of the fuel injection amount corresponding to the engine start torque” means to limit to 110 to 115% of the fuel injection amount necessary to obtain the required engine start torque. “To limit the range of 110 to 115% of the fuel injection amount during steady load operation corresponding to the input load amount” means that the defined input load amount is applied constantly (with a constant value). It means limiting to the range of 110 to 115% of the fuel injection amount required for the
前記燃料噴射量を通常負荷運転又は定常負荷運転に相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限する燃料噴射量制限は、前記過給機コンプレッサへのアシストエア供給の停止と共に停止される。通常負荷運転と定常負荷運転とは、同義語として扱う。 The fuel injection amount limitation that restricts the fuel injection amount to a range of 110 to 115% of the fuel injection amount corresponding to the normal load operation or the steady load operation is stopped together with the stop of the assist air supply to the turbocharger compressor. . The normal load operation and the steady load operation are treated as synonyms.
請求項３〜４に記載された負荷投入時の燃料制限制御において、負荷投入時の機関回転速度制御はガバナによる燃料増制御であり、負荷投入量が大きい場合には機関回転速度が急激に低下しその結果としてガバナが最大燃料噴射位置にまで燃料噴射ポンプラックを動かすことになる。しかし、この状態ではアシストエア供給により燃焼空気の取込量を増やしたとしても、投入負荷量に必要な燃料よりも多大な燃料が燃焼室に噴射され、燃焼空気不足となり多量の黒煙が発生することになる。この対策として、投入負荷量に相当する定常運転時の燃料噴射ポンプのラック目盛り量を確認し、負荷投入により低下した機関回転速度の復帰と外気温度の変化に対する余裕として10〜15% 増しの燃料噴射量となる燃料噴射ポンプラック目盛りに制限している（機関始動時や負荷投入時等の過渡状態での燃焼は外気温度等の影響を受けやすいため燃料噴射量を制限しつつ余裕を設けている。）。 In the fuel restriction control at the time of load input described in claims 3 to 4 , the engine rotational speed control at the time of load input is the fuel increase control by the governor, and the engine rotational speed decreases rapidly when the load input amount is large. As a result, the governor moves the fuel injection pump rack to the maximum fuel injection position. However, in this state, even if the intake amount of combustion air is increased by the assist air supply, a larger amount of fuel is injected into the combustion chamber than the fuel necessary for the input load, and the combustion air runs short, generating a large amount of black smoke. It will be done. As a countermeasure, check the rack scale of the fuel injection pump during steady operation corresponding to the input load, and increase the engine rotational speed decreased by the load input and fuel by 10 to 15% as a margin for changes in outside air temperature. It is limited to the scale of the fuel injection pump rack that will be the injection amount (combustion in transient conditions such as engine start and load input is likely to be affected by the outside air temperature etc.) Yes).
これ等の燃料制限に関しては、負荷投入と同時に電気ガバナによって、またはエアシリンダ等で各燃料噴射ポンプラックに連結されているレーシャフトの動きを拘束し、負荷投入時に過大な燃料が噴射されないようにする。 With regard to these fuel restrictions, the movement of the race shaft connected to each fuel injection pump rack by the electric governor or with an air cylinder etc. is restrained simultaneously with load input so that excessive fuel is not injected at load input. Do.
ガバナは、機関回転速度の低下で燃料増指令を出すメカニズムであり、投入負荷が大きいほど機関回転速度の低下は急激であり、燃料噴射ポンプの最大噴射まで燃料を増大する。その噴射量を制限するのである。 The governor is a mechanism that issues a fuel increase command with a decrease in engine rotation speed. The decrease in engine rotation speed is more rapid as the input load is larger, and the fuel is increased to the maximum injection of the fuel injection pump. The injection amount is limited.
また、機関始動時も同様に機関始動に必要な燃料噴射ポンプラック目盛りの10から15% 負荷増しの燃料噴射量となる燃料噴射ポンプラック目盛りとなるように機関始動指令と同時に電気ガバナによって、またはエアシリンダ等により各燃料噴射ポンプラックに連結されているレーシャフトの動きを拘束し、始動時に過大な燃料が噴射されないようにすることを特徴としている。 Also, at the same time as starting the engine, the electric injection governor simultaneously with the engine start command or by the electric governor so that the fuel injection pump rack scale becomes 10 to 15% load increase fuel injection amount necessary for engine start It is characterized in that the movement of the lay shaft connected to each fuel injection pump rack is restrained by an air cylinder or the like so that excessive fuel is not injected at the start.
ガバナ指令による燃料増指令を適切な燃料噴射量に制限することで、黒煙発生の少ない環境に適合した機関を提供することが可能となる。 By limiting the fuel increase command by the governor command to an appropriate fuel injection amount, it becomes possible to provide an engine adapted to an environment with less black smoke generation.
請求項５に記載された過給機付き内燃機関は、
回転速度の制御をガバナによる燃料噴射量の制御で行う内燃機関であって、
機関始動指令又は負荷投入指令によって過給機へのアシストエアを供給するアシストエア供給手段と、
前記過給機の回転速度を測定する過給機回転速度測定手段と、
前記機関始動指令によって過給機へのアシストエア供給が開始された後、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記機関始動指令を実行する制御と、前記負荷投入指令によって過給機へのアシストエア供給が開始された後、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記負荷投入指令を実行する制御のうち、少なくとも何れか一方の制御を行うための制御信号を発する制御手段と、
を備えたことを特徴としている。
The supercharged internal combustion engine according to claim 5 is
An internal combustion engine that performs control of rotational speed by control of fuel injection amount by a governor,
Assist air supply means for supplying assist air to the turbocharger according to an engine start command or a load input command;
A turbocharger rotational speed measuring means for measuring the rotational speed of the turbocharger;
After the assist air supply to the supercharger has been started by the engine start command, at the timing when the rotational speed increase is first turned to zero or negative per minute time unit of the supercharger by the assist air, before Symbol a control for executing the engine start directive, the load after the closing command is the assist air supply to the supercharger is started, the rotational speed increase is initially zero per a minute time unit of the supercharger by the assist air Or control means for generating a control signal for performing at least one of the control for executing the load application command at the timing when it becomes negative ;
It is characterized by having.
請求項６に記載された過給機付き内燃機関は、請求項５に記載の過給機付き内燃機関において、
前記制御手段は、
前記機関始動指令の場合には、前記機関始動指令を実行した後に過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分がゼロ又はマイナスになったタイミングと、前記機関始動指令を実行した後に機関回転速度が設定回転速度になったタイミングからなる群から選択された一のタイミングで前記過給機へのアシストエア供給の停止信号を発し、
前記負荷投入指令の場合には、負荷投入後の機関回転速度が設定回転速度に復帰したタイミングで前記過給機へのアシストエア供給の停止信号を発することを特徴としている。
The supercharged internal combustion engine according to
The control means
In the case of the engine start instruction, the timing at which the rotational speed increase per minute time unit of the supercharger becomes zero or negative after performing the engine start command, the engine rotation after performing the engine start command issues a stop signal of the assist air supply of the to turbocharger at one timing selected from the group consisting of timing the speed reaches a set rotational speed,
In the case of the load application instruction, it is characterized by emitting a stop signal of the assist air supply to the front Symbol supercharger in timing of the engine rotational speed after load application is returned to the set rotation speed.
請求項７に記載された過給機付き内燃機関は、請求項５又は６に記載の過給機付き内燃機関において、
前記制御手段は、前記機関始動指令又は前記負荷投入指令の実行からアシストエア供給の停止までの間、前記ガバナの制御による燃料噴射量の増加を所定の範囲量に制限する燃料ラック制限を行う指令を発することを特徴としている。
An internal combustion engine with a supercharger according to claim 7 is the internal combustion engine with a supercharger according to
The control means is a command for performing a fuel rack restriction that restricts the increase of the fuel injection amount by the control of the governor to a predetermined range amount from the execution of the engine start command or the load input command to the stop of assist air supply. It is characterized by emitting.
燃料ラック制限は、機関始動又は負荷投入と同時に電気ガバナによって、またはエアシリンダ等で各燃料噴射ポンプラックに連結されているレーシャフトの動きを拘束するように燃料ラック制限制御電磁弁等を作動させて、機関始動時および負荷投入時に過大な燃料が噴射されないようにするものである。 The fuel rack limit operates the fuel rack limit control solenoid valve etc. so as to restrain the movement of the race shaft connected to each fuel injection pump rack by the electric governor or with the air cylinder etc. simultaneously with engine start or load input. Thus, excessive fuel is prevented from being injected when the engine is started and when the load is applied.
請求項８に記載された過給機付き内燃機関は、請求項７に記載の過給機付き内燃機関において、
前記制御手段は、前記燃料ラック制限において、
前記燃料噴射量の増加を、
前記機関始動指令の場合は、機関始動トルクに相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、
また前記負荷投入指令の場合は、投入負荷量に相当する定常負荷運転時の燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、
制限することを特徴としている。
The supercharged internal combustion engine according to claim 8 is the supercharged internal combustion engine according to claim 7.
In the fuel rack limitation, the control means may
The increase of the fuel injection amount,
In the case of the engine start command, in the range of 110 to 115% of the fuel injection amount corresponding to the engine start torque,
In the case of the load input command, the fuel injection amount during steady load operation corresponding to the input load amount is 110% to 115% of the fuel injection amount,
It is characterized by restriction.
本発明によれば、アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分、すなわち、アシストエアによる過給機の回転速度の増加分を測定して、ディーゼル機関の機関始動指令又は負荷投入指令の実行を行う。すなわち、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が所定値以下になったタイミングで、機関始動指令にあっては機関の始動を行い、負荷投入指令にあっては負荷投入を行う。このように、アシストエアによる過給機の回転速度の増加分を計測することによって、適切なタイミングでディーゼル機関を制御することができ、燃焼室に取込む燃焼空気を適切に増大させ、完全燃焼出来る燃料量を増やすと共に、許容瞬時負荷投入量の向上を簡単な制御で的確に図ることが出来、黒煙発生をより適切に抑制することが可能となる。 According to the present invention, the increase in the rotational speed of the turbocharger per minute time unit by the assist air, that is, the increase in the rotational speed of the turbocharger by the assist air is measured, and the engine start command or load of the diesel engine is measured. Execute the input command. That is, at the timing when the increase in rotational speed per unit of minute time of the supercharger by the assist air becomes less than the predetermined value, the engine start command is started, and the load input command is loaded. Make an input. Thus, by measuring the increase in rotational speed of the turbocharger by assist air, it is possible to control the diesel engine at an appropriate timing, appropriately increase the combustion air taken into the combustion chamber, and complete the combustion. While the amount of fuel that can be increased can be increased, the improvement of the allowable instantaneous load input can be accurately achieved by a simple control, and the generation of black smoke can be more appropriately suppressed.
本実施形態は、非常用発電機関等の負荷を駆動する過給機付きレシプロ式内燃機関と、その制御方法に関するものである。一般的に、非常用発電機関の場合には、非常時における防災負荷の瞬時投入量が大きく、機関の体格は機関の最大出力ではなく許容負荷投入量で決定される場合が殆どである。特に近年開発される、高圧力比過給機を搭載し、燃焼空気の取込み量を増大している高過給機関では、最大出力時の正味平均有効圧力は2.5MPaに達しているものもある。しかし、高過給機関といえども、無負荷運転状態からの負荷投入に関しては、無負荷状態では排気ガスエネルギーが少ないため過給機の回転速度が低く給気圧力が上昇せず、無過給機関と同様な大気圧給気状態となる。 The present embodiment relates to a supercharger-equipped reciprocating internal combustion engine that drives a load such as an emergency power generation engine and a control method thereof. Generally, in the case of an emergency power generation engine, the instantaneous load of disaster prevention load in an emergency is large, and the physical size of the engine is determined not by the maximum output of the engine but by the allowable load load in most cases. In particular, high-supercharged engines equipped with high-pressure-ratio superchargers developed in recent years and increasing the amount of intake of combustion air may have a net average effective pressure of 2.5 MPa at maximum output. . However, even with highly-supercharged engines, with regard to load input from no-load operating conditions, the rotational speed of the supercharger is low and the charging pressure does not rise because the exhaust gas energy is low in no-load conditions, so no non-supercharge It will be in the same atmospheric pressure supply condition as the engine.
このように、高過給機関であっても、負荷投入時の過給機回転速度は排気ガスエネルギーが増大してから一次遅れ特性で上昇してくるため、許容瞬時負荷投入量に関しては無過給機関の投入量である正味平均有効圧力0.5 〜0.6MPaと大差はなく、最大出力が大きな機関でも、無過給機関と比較して許容瞬時負荷投入量がそれほど大きくならないため、非常用機関としての適用時には高過給機関のメリットが生かされていない状況となっている。 As described above, even in the case of a high supercharged engine, the turbocharger rotational speed at the time of load input increases with the first-order lag characteristic after the exhaust gas energy increases. There is no big difference with the net average effective pressure of 0.5 to 0.6MPa, which is the input of the feed engine, and the allowable instantaneous load input does not increase so much compared with the non-supercharged engine even in the engine with the largest output. At the time of application, the benefits of high
本実施形態は、上述した問題点を解決することを目的の一つとしており、高過給機関の負荷投入に際し、過給機へのアシストエア供給のタイミングの適正化により、燃焼室に取込む燃焼空気を増大させて完全燃焼出来る燃料量を増やすことにより、許容瞬時負荷投入量の向上を図るとともに、ガバナ指令による燃料増指令を適切な燃料噴射量に制限することで黒煙発生を抑制することを可能としている。 The present embodiment has an object to solve the above-mentioned problems, and is incorporated into the combustion chamber by optimizing the timing of the assist air supply to the supercharger when the load of the high supercharged engine is input. By increasing the amount of fuel that can be completely burned by increasing the amount of combustion air, while improving the allowable instantaneous load input amount, restrict the fuel increase command by the governor command to an appropriate fuel injection amount and suppress the generation of black smoke It is possible to do that.
このような過給機へのアシストエア供給のタイミングの適正化を図ることで、高出力機関の許容瞬時負荷投入量を増大させることが可能となり、設備全体的なコストメリットが得られるとともに、負荷投入時にも黒煙発生の少ない環境に与える負荷の小さい機関を提供することが可能となった。 By optimizing the timing of the assist air supply to such a supercharger, it is possible to increase the allowable instantaneous load input amount of the high-power engine, and the cost merit of the entire equipment can be obtained, and the load can be obtained. It has become possible to provide an engine that has a low impact on the environment where black smoke does not occur at the time of injection.
ここで、本実施形態の過給機付きディーゼル機関の場合、詳細は後述するが、シリンダへ適切な空気量を供給する手段として、例えば高圧空気源である高圧空気槽または別個に設けたアシスト用空気槽と、これら空気槽から減圧弁を経由して適切に減圧したアシスト空気を任意に供給及び遮断ができるアシストエア電磁弁とを設けておき、アシストエア電磁弁の制御によって過給機のコンプレッサのブレード（翼）の外周にエアを必要に応じて吹付けるようにした。これにより、機関始動および負荷投入前に過給機の回転速度を上昇させて供給燃焼空気量を増やすと同時に、アシスト空気自体がシリンダ内に取り込まれ燃焼空気として利用されるようにした。このようにして燃焼空気量を増やす過給機へのアシストエア供給と機関始動や負荷投入とのタイミングの適正化により、機関の始動時や負荷投入時に必要な空気量を確保し、機関出力の向上および黒煙の発生を抑制することができる。 Here, in the case of the supercharged diesel engine of the present embodiment, the details will be described later, but as means for supplying an appropriate amount of air to the cylinder, for example, high pressure air tank which is a high pressure air source or for separately provided assist An air tank and an assist air solenoid valve capable of arbitrarily supplying and shutting off assist air appropriately decompressed from these air tanks via a pressure reducing valve are provided, and the compressor of the turbocharger is controlled by the control of the assist air solenoid valve. Air was blown on the outer circumference of the blade of the case as required. As a result, the rotational speed of the supercharger is increased to increase the amount of supplied combustion air before engine start and load input, and at the same time assist air itself is taken into the cylinder and utilized as combustion air. In this way, by adjusting assist air supply to the turbocharger to increase the amount of combustion air and the timing of the engine start and load input, the required air amount at engine start and load input is secured, and the engine output It is possible to improve and suppress the generation of black smoke.
まず、実施形態の制御方法について、詳細に述べる。
図１及び図２を参照して実施形態の制御方法が適用されるディーゼル機関１の構成を説明する。
図１に示すように、ディーゼル機関１には、図示しないコンプレッサにより高圧空気が貯留される高圧空気槽２が設けられている。高圧空気槽２には供給用の主配管３が接続されており、主配管３は減圧弁４を経て複数（図示例では２個）の空気操作弁５の入口に接続され、各空気操作弁５の出口は伸縮継手６を経てディーゼル機関１の過給機７に接続されている。
First, the control method of the embodiment will be described in detail.
The configuration of the
As shown in FIG. 1, the
図１に示すように、高圧空気槽２には制御空気配管８が接続されている。制御空気配管８は、空気制御箱９に設けられた減圧弁１０と、空気制御箱９に設けられたアシストエア電磁弁１１を経て、各空気操作弁５に接続されており、アシストエア電磁弁１１を開とすることにより各空気操作弁５に制御用空気を送ってこれを開とし、高圧空気槽２の高圧空気をアシストエアとして各過給機７に供給できるようになっている。
本実施形態においては、高圧空気槽２、主配管３及び空気操作弁５でアシストエア供給手段が構成されている。前記制御用空気は、別系統の計装用空気を用いてもよい。空気操作弁５に代えて制御用空気の不要な電磁弁を用いてもよい。
As shown in FIG. 1, a control air pipe 8 is connected to the high pressure air tank 2. The control air piping 8 is connected to each air operation valve 5 through a pressure reducing valve 10 provided in the
In the present embodiment, the high pressure air tank 2, the main pipe 3 and the air control valve 5 constitute an assist air supply means. The control air may use instrumentation air of another system. Instead of the air operation valve 5, an unnecessary solenoid valve for control air may be used.
図２に示すように、実施形態のディーゼル機関１は、複数のシリンダ１５（図示例では一つのシリンダ１５を代表して図示）と、シリンダ１５の内部に昇降自在に設けられたピストン１６と、シリンダ１５の上部に設けられたシリンダヘッド１７を有している。シリンダヘッド１７には、吸気弁１８で開閉される吸気ポート１９及び排気弁２０で開閉される排気ポート２１が形成され、吸気ポート１９と排気ポート２１には、それぞれ吸気管２２及び排気管２３が連通されている。また、シリンダヘッド１７には、燃料カム２４に連動する燃料噴射ポンプ２５に接続された燃料噴射弁２６がシリンダ１５内に向けて設けられている。
As shown in FIG. 2, the
図２に示すように、実施形態のディーゼル機関１は、過給機７（ターボチャージャ）を有している。過給機７は、タービン軸３０に連結された回動自在のタービン３１及びコンプレッサ３２を備えている。タービン３１は、排気管２３に接続された排気ガス出口管３３において、タービンノズル３４の下流に設けられている。コンプレッサ３２は、吸気管２２に接続された吸気入口管３５において、吸気デフューザ３６の上流側に設けられている。吸気デフューザ３６と吸気管２２の間には空気冷却器３７が設けられている。高圧空気槽２から空気操作弁５（図１参照）を介して過給機７に送り込まれるアシストエアは、図２に示す一例では、吸気入口管３５においてコンプレッサ３２の上流に設けられたアシストノズル４０に供給されるようになっている。但し、排気ガス出口管３３においてタービン３１に上流側からアシストエアを供給することとしてもよい。但し、吸気側であるコンプレッサ３２の上流に供給した方がシリンダ１５内に供給される空気量が増えるので好ましい。
As shown in FIG. 2, the
図１及び図２に示す実施形態のディーゼル機関１において、機関始動時および負荷投入時にエアアシスト制御を行い、過給機７のコンプレッサ３２の駆動を空気力でアシストする。すなわち、機関始動指令および負荷投入指令がＯＮとなった時、アシストエア電磁弁１１が開となり、高圧空気槽２からの高圧空気が減圧弁１０で適切な圧力に減圧された制御エアとなり、空気操作弁５を操作して開とする。すると、高圧空気槽２からの高圧のアシストエアが主配管３及び減圧弁４で適切な圧力に減圧され空気操作弁５を経由し、過給機７のコンプレッサ３２の外周近傍のアシストノズル４０に供給され、コンプレッサ３２の回転をアシストする。そして、過給機７の回転速度、すなわちタービン軸３０の回転速度の上昇が飽和した時点で、機関始動または負荷投入が行われる。
In the
前記機関始動が行われた後には、機関始動後の過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミング又は前記機関始動後の機関回転速度が設定回転速度になったタイミング若しくは燃料増加指令が解除されたタイミングで、アシストエア電磁弁１１の操作により空気操作弁５を閉としてアシストエアの過給機７への供給をＯＦＦとする。
一方、前記負荷投入が行われた後には、機関回転速度が設定回転速度に達した時点で、アシストエア電磁弁１１の操作により空気操作弁５を閉としてアシストエアの過給機７への供給をＯＦＦとする。
After the start of the engine, the timing when the increase of the turbocharger rotational speed after the engine start falls below a predetermined value or the timing when the engine rotational speed after the engine start reaches the set rotational speed or the fuel increase command At the timing when the air pressure is released, the air operation valve 5 is closed by the operation of the assist air solenoid valve 11, and the supply of assist air to the turbocharger 7 is turned off.
On the other hand, after the load is applied, when the engine rotational speed reaches the set rotational speed, the air operation valve 5 is closed by the operation of the assist air solenoid valve 11 to supply the assist air to the turbocharger 7 Turn off.
上記エアアシスト制御において、エアアシストの停止のタイミングを図るため、機関回転速度測定手段である回転速度検出センサによって機関回転速度（単位時間当たりの回転数）を測定し、また過給機回転速度測定手段である回転速度検出センサによって過給機回転速度（単位時間当たりの回転数）を測定する。具体的な一構成例を説明すれば、機関回転速度を回転速度検出センサによって計測する場合を説明する。図２に示すピストン１６は、図示しない連接棒を介してクランク軸に連結されており、このクランク軸の軸端にはフライホイールが取り付けられている。このフライホイールの端面外周側には反射板が取付けられており、図示しないフォトセンサ等の回転速度検出センサによってこの反射板による反射光を検出し、その出力信号によってディーゼル機関１の回転速度を検出することができる。
なお、これら回転速度検出センサの詳細については図５及び図６を参照して後述する。
In the air assist control, the engine rotational speed (rotation speed per unit time) is measured by the rotational speed detection sensor, which is an engine rotational speed measurement unit, in order to adjust the timing of stopping the air assist, and the turbocharger rotational speed is measured. The turbocharger rotational speed (rotation speed per unit time) is measured by the rotational speed detection sensor which is a means. If one specific configuration example is described, the case where the engine rotational speed is measured by a rotational speed detection sensor will be described. The piston 16 shown in FIG. 2 is connected to a crankshaft via a connecting rod (not shown), and a flywheel is attached to the shaft end of the crankshaft. A reflective plate is attached to the outer periphery of the end face of the flywheel, and a reflected light from the reflective plate is detected by a rotational speed detection sensor such as a photosensor (not shown), and the rotational speed of the
The details of these rotational speed detection sensors will be described later with reference to FIGS. 5 and 6.
このディーゼル機関１の始動から燃料運転までの過程を図１及び図２を参照して説明する。先ず、ディーゼル機関１を始動する始動指令信号によりアシストエア電磁弁１１が励磁される。アシストエア電磁弁１１が励磁により開弁すると、制御用空気配管８からの制御用空気が空気操作弁５を開状態とする。すると、高圧空気槽２から主配管３を経て減圧弁４で減圧調整された高圧空気が開となった空気操作弁５を経由してアシストエアとして過給機７のコンプレッサ３２近傍のアシストノズル４０に供給される。過給機７は、この時点では、供給されたアシストエアにより回転駆動されているだけであり、排気ガスによって駆動されている状態ではない。
The process from start of the
なお、過給機７を回転駆動したアシストエアは、ディーゼル機関１の吸気弁１８の開いているシリンダ１５に入り充満すると同時に吸気弁１８と排気弁２０がオーバラップして開いているシリンダ１５に入り、排気管２３を経由して外部に排出される。さらに過給機回転速度が上昇して供給空気量が増大すると、供給空気系の圧力バランスの関係から過給機７がサージングを発生して過給機回転速度が変動する現象が発生するので、サージングが発生する前に機関を始動する。
The assist air, which rotationally drives the turbocharger 7, fills the
アシストエアによる過給機回転速度上昇がゼロまたマイナスになった信号もしくは機関回転速度が設定回転速度に到達した信号を受けて、図示しない機関始動電磁弁が励磁されて開弁し、高圧空気槽２からの制御用空気が図示しない始動弁を開状態とするので、高圧空気槽２から圧縮空気がディーゼル機関１のシリンダ１５内に供給され、ピストン１６を押してディーゼル機関１を始動させる。ピストン１６が作動し始めると同時に、過給機７に供給されていたアシストエアが、開弁される排気弁２０及び吸気弁１８を経てシリンダ１５内に流入し、所謂、機関始動時のエアアシストとしても作用するようになる。また、機関始動時と同様に図示しないクランク軸にて駆動されるギヤトレインにより燃料噴射ポンプ２５も作動され、液体燃料が燃料噴射弁２６から噴射される。
The engine start solenoid valve (not shown) is excited and opened in response to a signal that the increase in the turbocharger rotational speed due to the assist air has become zero or negative or the signal that the engine rotational speed has reached the set rotational speed. Since the control air from 2 opens the start valve (not shown), the compressed air is supplied from the high pressure air tank 2 into the
ここで、過給機７の駆動を補助するアシストエアの供給圧力について説明する。
図１に示す減圧弁４から、図２に示すアシストノズル４０までのアシストエア配管系（アシストエア供給システム）においては、配管サイズ、配管長さ等により圧力損失や容量等が異なるので、必要供給圧力も異なる。アシストエアの供給圧力としては、この抵抗による圧力低下を考慮し、アシストノズル４０の位置において最大の質量流量が確保できる臨界圧力比（０．５３）以下となる圧力を維持し、過給機７のコンプレッサへ一定のアシストエア質量流量が確保できる圧力とする。
Here, the supply pressure of the assist air for assisting the drive of the turbocharger 7 will be described.
In the assist air piping system (assist air supply system) from the pressure reducing valve 4 shown in FIG. 1 to the assist nozzle 40 shown in FIG. 2, the pressure loss, capacity, etc. differ depending on the piping size, piping length, etc. The pressure is also different. As the supply pressure of the assist air, in consideration of the pressure drop due to this resistance, the pressure at which the maximum mass flow rate can be secured at the position of the assist nozzle 40 is maintained at or below the critical pressure ratio (0.53). The pressure at which a constant assist air mass flow rate can be secured to the compressor of
上記最大の質量流量が確保できるノズルの臨界圧力比（０．５３）以下となる圧力とは、
（アシストノズル４０後の圧力ＰＬ／アシストノズル４０前の圧力ＰＨ≦０．５３）＋減圧弁４からアシストノズル４０までの圧力損失△Ｐ
であるから、高圧空気槽２の下流に設けた減圧弁４の出口位置での二次圧力は、
ＰＨ＋△Ｐである（ここで、△Ｐは減圧弁４からアシストノズル４０までの圧力損失、ＰＨ≧ＰＬ／０．５３）
一般的に減圧弁４の二次側圧力は０．７ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度である。
The pressure at which the critical pressure ratio (0.53) or less of the nozzle that can ensure the maximum mass flow is less than
(Pressure PL after assist nozzle 40 / pressure PH before assist nozzle 40 ≦ 0.53) + pressure loss ΔP from pressure reducing valve 4 to assist nozzle 40
Therefore, the secondary pressure at the outlet position of the pressure reducing valve 4 provided downstream of the high pressure air tank 2 is
PH + ΔP (here, ΔP is a pressure loss from the pressure reducing valve 4 to the assist nozzle 40, PH ≧ PL / 0.53)
Generally, the secondary pressure of the pressure reducing valve 4 is about 0.7 MPa to 1.0 MPa.
このように本実施形態の制御方法によれば、アシストエアによる過給機の回転速度の増加分を計測し、
機関始動に際しては、過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミングで機関始動を実行し、機関始動後の過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミング又は前記機関始動後の機関回転速度が設定回転速度になったタイミング若しくは燃料増加指令が解除されたタイミングで、アシストエア供給の停止を行い、
負荷投入に際しては、過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミングで負荷投入を実行し、機関回転速度が設定回転速度に到達したタイミングでアシストエア供給の停止を行うので、
適切なタイミングでディーゼル機関を制御することができ、燃焼室に取込む燃焼空気を適切に増大させ、完全燃焼出来る燃料量を増やすと共に、許容瞬時負荷投入量の向上を簡単な制御で的確に図ることが出来、黒煙発生をより適切に抑制することが可能となる。
As described above, according to the control method of the present embodiment, an increase in the rotational speed of the turbocharger due to the assist air is measured.
When starting the engine, the engine start is performed at the timing when the increase of the turbocharger rotational speed becomes less than a predetermined value, and the timing when the increase of the turbocharger speed after the engine start becomes less than a predetermined value Assist air supply is stopped at the timing when the engine rotation speed later reaches the set rotation speed or when the fuel increase command is canceled.
When loading is performed, loading is performed at the timing when the increase in the turbocharger rotational speed falls below a predetermined value, and assist air supply is stopped at the timing when the engine rotational speed reaches the set rotational speed.
The diesel engine can be controlled at an appropriate timing, the combustion air taken into the combustion chamber can be appropriately increased, the amount of fuel that can be completely burned can be increased, and the improvement of the allowable momentary load input can be accurately achieved by a simple control. It is possible to reduce black smoke generation more appropriately.
次に、以上説明したアシストエアのさらに具体的な制御方法を、図３及び図４に示す流れ図を参照して詳細に説明する。
図３及び図４は一連の制御手順を示す流れ図であるが、図示の便宜上、前半（図３）及び後半（図４）の２図に分割して示したものである。
Next, a more specific control method of the assist air described above will be described in detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. 3 and 4.
FIGS. 3 and 4 are flow charts showing a series of control procedures, which are shown divided into two parts, the first half (FIG. 3) and the second half (FIG. 4), for convenience of illustration.
まず、図３の手順について説明する。
図３において、適宜の入力手段によりガバナに機関回転速度ＮＧを設定する（Ｓ１）。次に、適宜の入力手段により制御部５０に機関始動指令を与える（Ｓ２）。アシストエアの供給が開始され（Ｓ３）、過給機回転速度ｎｔの計測がサンプリング間隔（微少時間単位）Δｔで開始される（Ｓ４）。アシスト開始後、ｉ時間後の過給機回転速度ｎｔｉと、ｉ＋Δｔ時間後の過給機回転速度ｎｔｉ＋Δｔとの差Δｎｔを演算し（Ｓ５）、これが正（Δｎｔ＞０）の場合は、回転速度が上昇中であり、Ｓ３に戻ってアシストエアを継続する。しかし、差Δｎｔが０以下（Δｎｔ≦０）の場合は、回転速度が十分上昇してこれ以上増加はしない状態、すなわち飽和しているものとして、ここで機関始動を実行する（Ｓ６）。
First, the procedure of FIG. 3 will be described.
In FIG. 3, the engine rotational speed NG is set to the governor by appropriate input means (S1). Next, an engine start command is given to the
この「機関始動実行」（Ｓ６）工程の実行の後、後述する「負荷投入またはクラッチＯＮ指令」（Ｓ１２）までの制御は、以下に説明する第１の制御方法（Ｓ７〜Ｓ１１を経由する制御）と、第２の制御方法（Ｓ３０〜Ｓ３５を経由する制御）のどちらか一方を採用すればよい。第１の制御方法における手順Ｓ７〜Ｓ１１は、過給機回転速度に基づくアシストエア停止等の制御に係り、第２の制御方法における手順Ｓ３０〜Ｓ３５は、機関回転速度に基づくアシストエア停止等の制御に係る。これら第１及び第２の制御方法の互いに異なる部分、すなわち手順Ｓ７〜Ｓ１１と手順Ｓ３０〜Ｓ３５の部分は、何れか一方のみを行うＯＲ処理となっている。すなわち、図３及び図４に示す流れ図は２つの制御方法を一括して示すものである。 After the execution of the "engine start execution" (S6) step, the control until the "load on or clutch on command" (S12) described later is the first control method (control via S7 to S11 described below) Or the second control method (control via S30 to S35) may be employed. Steps S7 to S11 in the first control method relate to control such as assist air stop based on the turbocharger rotational speed, and steps S30 to S35 in the second control method include assist air stop based on the engine rotational speed Involved in control. The mutually different portions of the first and second control methods, that is, the portions of steps S7 to S11 and steps S30 to S35, are OR processing in which only one of them is performed. That is, the flowcharts shown in FIG. 3 and FIG. 4 collectively show two control methods.
以下の説明では、まず第１の制御方法について説明し、その後に、第２の制御方法のうち、第１の制御方法とは異なる部分について説明する。なお、これら異なる制御方法を実現する内燃機関の制御系は、制御方法ごとに異なる構成となっており、その詳細については次項で図５及び図６を参照して説明する。 In the following description, the first control method will be described first, and then, portions of the second control method that are different from the first control method will be described. The control system of the internal combustion engine that implements these different control methods is configured differently for each control method, and the details thereof will be described with reference to FIGS. 5 and 6 in the next section.
第１の制御方法について説明する。
機関始動実行（Ｓ６）後、燃料ラック制限が開始され（Ｓ７）、過給機回転速度ｎｔの計測がサンプリング間隔（微少時間単位）Δｔで開始される（Ｓ８）。アシスト開始後、ｉ時間後の過給機回転速度ｎｔｉと、ｉ＋Δｔ時間後の過給機回転速度ｎｔｉ＋Δｔとの差Δｎｔを演算し（Ｓ９）、これが正（Δｎｔ＞０）の場合は、回転速度が上昇中であり、エアアシストを継続する。しかし、差Δｎｔが０以下（Δｎｔ≦０）の場合は、回転速度が十分上昇してこれ以上増加しない状態、すなわち飽和しているものとして、ここで燃料ラック制限を終了し（Ｓ１０）、アシストエアも停止する（Ｓ１１）。
The first control method will be described.
After engine start execution (S6), fuel rack limitation is started (S7), and measurement of the turbocharger rotational speed nt is started at a sampling interval (minute time unit) Δt (S8). Calculate the difference Δnt between the supercharger rotational speed nti after i hours after the start of the assist and the supercharger rotational speed nti + Δt after i + Δt time (S9), and if it is positive (Δnt> 0), the rotational speed Is rising and continues air assist. However, if the difference Δnt is less than or equal to 0 (Δnt ≦ 0), the fuel rack restriction is ended here (S10), assuming that the rotational speed is sufficiently increased and no further increased, ie, saturated. Air is also stopped (S11).
図４において、機関の運転中、機関に発電機負荷を接続する負荷投入指令、または舶用機関におけるクラッチＯＮ指令が発令される（Ｓ１２）。アシストエアの供給が開始され（Ｓ１３）、過給機回転速度ｎｔの計測がサンプリング間隔（微少時間単位）Δｔで開始される（Ｓ１４）。アシスト開始後、ｉ時間後の過給機回転速度ｎｔｉと、ｉ＋Δｔ時間後の過給機回転速度ｎｔｉ＋Δｔとの差Δｎｔを演算し（Ｓ１５）、これが正（Δｎｔ＞０）の場合は、回転速度が上昇中であり、手順Ｓ１３に戻ってエアアシストを継続する。しかし、差Δｎｔが０以下（Δｎｔ≦０）の場合は、回転速度が十分上昇してこれ以上増加はしない状態、すなわち飽和しているものとして、ここで負荷投入またはクラッチＯＮを実行する（Ｓ１６）。 In FIG. 4, while the engine is operating, a load on command for connecting a generator load to the engine or a clutch on command in a marine engine is issued (S12). The supply of assist air is started (S13), and measurement of the turbocharger rotational speed nt is started at a sampling interval (minute time unit) Δt (S14). Calculate the difference Δnt between the supercharger rotational speed nti after i hours after the start of the assist and the supercharger rotational speed nti + Δt after i + Δt time (S15). If this is positive (Δnt> 0), the rotational speed Is rising, and returns to step S13 to continue the air assist. However, if the difference Δnt is less than or equal to 0 (Δnt ≦ 0), it is assumed that the rotational speed has risen sufficiently and does not increase any more, that is, the load is applied or the clutch is turned on (S16). ).
その後、燃料ラック制限を開始し（Ｓ１７）、機関回転速度ｎｇの計測が開始される（Ｓ１８）。測定した機関回転速度ｎｇと、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧとを比較演算し（Ｓ１９）、測定した機関回転速度ｎｇの方が、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧよりも小さい場合には（ｎｇ＜ＮＧ）、回転速度が上昇中であり、燃料ラック制限とエアアシストを継続する。しかし、測定した機関回転速度ｎｇの方が、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧ以上である場合には（ｎｇ≧ＮＧ）、回転速度が必要なだけ上昇したものとして（Ｓ２０）、燃料ラック制限を終了するとともに（Ｓ２１）、アシストエアも停止する（Ｓ２２）。 Thereafter, the fuel rack restriction is started (S17), and the measurement of the engine rotational speed ng is started (S18). The measured engine rotation speed ng is compared with the engine rotation speed NG set in the governor (S19), and when the measured engine rotation speed ng is smaller than the engine rotation speed NG set in the governor ( ng <NG), the rotational speed is rising, and the fuel rack restriction and air assist are continued. However, if the measured engine rotational speed ng is equal to or higher than the engine rotational speed NG set in the governor (ng ≧ NG), it is assumed that the rotational speed has increased as necessary (S20), and the fuel rack restriction is When the process is finished (S21), the assist air is also stopped (S22).
次に、第２の制御方法において、第１の制御方法と異なる部分について説明する。すなわち、手順Ｓ１〜Ｓ６及びＳ１２〜Ｓ２２までは、第１の制御方法同じであるので、機関始動実行（Ｓ６）の後、負荷投入又はクラッチＯＮ指令（Ｓ１２）までを説明する。 Next, in the second control method, portions different from the first control method will be described. That is, since the procedures S1 to S6 and S12 to S22 are the same as the first control method, after the engine start execution (S6), a description will be given up to the load on or clutch on command (S12).
機関始動実行（Ｓ６）後、燃料ラック制限を開始し（Ｓ３０）、機関回転速度ｎｇの計測が開始される（Ｓ３１）。測定した機関回転速度ｎｇと、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧとを比較演算し（Ｓ３２）、測定した機関回転速度ｎｇの方が、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧよりも小さい場合には（ｎｇ＜ＮＧ）、回転速度が上昇中であり、燃料ラック制限とエアアシストを継続する。しかし、測定した機関回転速度ｎｇの方が、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧ以上である場合には（ｎｇ≧ＮＧ）、ガバナに設定した機関回転速度ＮＧに到達し、交流発電機関であれば同期回転速度になり、クラッチつきの舶用機関であればクラッチ嵌入速度に到達したものとし（Ｓ３３）、燃料ラック制限を終了するとともに（Ｓ３４）、アシストエアも停止する（Ｓ３５）。そして、負荷投入又はクラッチＯＮ指令（Ｓ１２）の発令に至る。 After engine start execution (S6), fuel rack restriction is started (S30), and measurement of engine rotational speed ng is started (S31). The measured engine rotation speed ng is compared with the engine rotation speed NG set in the governor (S32). If the measured engine rotation speed ng is smaller than the engine rotation speed NG set in the governor (S32) ng <NG), the rotational speed is rising, and the fuel rack restriction and air assist are continued. However, if the measured engine rotational speed ng is equal to or higher than the engine rotational speed NG set in the governor (ng ≧ NG), the engine rotational speed NG set in the governor is reached, and if it is an AC power generation engine The synchronous rotation speed is reached, and if it is a marine engine with a clutch, it is assumed that the clutch insertion speed is reached (S33), the fuel rack restriction is ended (S34), and the assist air is also stopped (S35). Then, a load on or a clutch on command (S12) is issued.
３．実施形態の制御方法を実現するための構成について
以上説明したような制御方法を実現するために必要な過給機付き内燃機関における構成、特に制御系の構成について、図５及び図６の機能ブロック図を参照して説明するとともに、この過給機付き内燃機関におけるアシストエア制御及び燃料ラック制限制御について再度説明する。
なお、以下の説明では、アシストエア電磁弁１１の参照符号は、図示の都合上、その操作状況により符号１１Ａ（開、供給開始）と符号１１Ｂ（閉、供給停止）を使い分けることとするが、２つの電磁弁が存在することを意味するものではない。同様に、燃料ラック制限制御電磁弁も符号６０Ａ（開、燃料ラック制限を開始）と符号６０Ｂ（閉、燃料ラック制限を終了）を使い分けることとする。
3. Regarding Configuration for Implementing Control Method of Embodiment The configuration of the supercharger-equipped internal combustion engine necessary to implement the control method as described above, in particular, the configuration of the control system, the functional blocks in FIG. 5 and FIG. While explaining with reference to the drawings, assist air control and fuel rack limit control in this supercharger-equipped internal combustion engine will be described again.
In the following description, for the convenience of illustration, reference numerals of the assist air solenoid valve 11 are selectively used as 11A (open, supply start) and 11B (close, supply stop) depending on the operation condition. It does not mean that there are two solenoid valves. Similarly, the fuel rack limit control solenoid valve also uses 60A (open, fuel rack limit start) and 60B (close, fuel rack limit end).
図５は、図３及び図４を参照して説明した制御方法のうち、手順Ｓ７〜Ｓ１１、を含む第１の制御方法に係る制御系の構成を示す機能ブロック図である。
制御手段５０は、入力手段７０から「機関始動指令」５１を与えられた場合と、「負荷投入指令（クラッチ嵌指令）」５２を与えられた場合に、アシストエア電磁弁１１Ａに各指令を与えてアシストエア電磁弁１１Ａを「開」すなわち「供給開始」とし、アシストエアの過給機７への供給を開始させる。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration of a control system according to a first control method including steps S7 to S11 among the control methods described with reference to FIGS. 3 and 4.
The control means 50 gives each command to the assist
制御手段５０は、過給機回転速度比較器５４を有する。過給機回転速度比較器５４は、前記過給機７に設けられた回転速度検出センサ５５から「過給機回転速度信号」を取得し、連続した微小時間ごとに２つの回転速度の差を算出し、その差が増大しなくなったとき、「機関始動指令」５１を与えられていた場合は、「機関始動１」を実行すると共に燃料ラック制限制御電磁弁６０Ａを「開」とし「燃料ラック制限を開始」し、「負荷投入指令（クラッチ嵌指令）」５２を与えられていた場合には、「負荷投入５７」を実行すると共に燃料ラック制限制御電磁弁６０Ａを「開」とし「燃料ラック制限を開始」する。
The control means 50 has a turbocharger
また、「機関始動指令」５１を与えられていた場合は、すなわち、「機関始動１」を実行している場合は、過給機回転速度比較器５４は、回転速度検出センサ５５から「過給機回転速度信号」を取得し、連続した微小時間ごとに２つの回転速度の差を算出し、その差が増大しなくなったとき、アシストエア電磁弁１１Ｂを「閉」としてアシストエアを「供給停止」とすると共に、燃料ラック制限制御電磁弁６０Ｂを「閉」として「燃料ラック制限を終了」させる。
Further, when the “engine start command” 51 is given, that is, when the “engine start 1” is executed, the supercharger
制御手段５０は、機関回転速度比較器６１を有する。機関回転速度比較器６１は、「負荷投入指令（クラッチ嵌指令）」５２を与えられていた場合は、すなわち、「負荷投入５７」を実行している場合は、入力手段７０において実行された「機関回転速度設定」６２によってガバナに設定された機関回転速度ＮＧと、機関１の回転速度を検出する回転検出センサ６３が実際に取得した「機関回転速度信号」との差を演算し、ガバナに設定された機関回転速度ＮＧよりも実際の「機関回転速度信号」が大きくなったとき、アシストエア電磁弁１１Ｂを「閉」としてアシストエアを「供給停止」とし、また燃料ラック制限制御電磁弁６０Ｂを「閉」として「燃料ラック制限を終了」させる。
The control means 50 has an
以上説明したように、図５に示した制御系の構成によれば、「機関始動指令」５１を与えられていた場合、すなわち、「機関始動１」を実行している場合のアシストエア電磁弁１１Ｂの閉（停止）によるアシストエアの停止操作と、燃料ラック制限制御弁６０Ｂの終了操作は、過給機回転速度比較器５４における比較結果によって実行するとともに、「負荷投入指令（クラッチ嵌指令）」５２を与えられていた場合、すなわち、「負荷投入５７」を実行している場合のアシストエア電磁弁１１Ｂの閉（停止）によるアシストエアの停止操作と、燃料ラック制限制御弁６０Ｂの終了操作は、機関回転速度比較器６１における比較結果に応じて実行している。
As described above, according to the configuration of the control system shown in FIG. 5, when the "engine start command" 51 is given, that is, when the "engine start 1" is executed, the assist air solenoid valve The stop operation of the assist air by closing (stop) of 11 B and the end operation of the fuel rack
図６は、図３及び図４を参照して説明した制御方法のうち、手順Ｓ３０〜Ｓ３５を含む第２の制御方法に係る制御系の構成を示す機能ブロック図である。図６に示す制御方法によれば、過給機回転速度比較器５４が、前記過給機７に設けられた回転速度検出センサ５５から「過給機回転速度信号」を取得し、連続した微小時間ごとに２つの回転速度の差を算出し、その差が増大しなくなったとき、「機関始動指令」５１を与えられていた場合は、「機関始動１」を実行すると共に燃料ラック制限制御電磁弁６０Ａを「開」とし「燃料ラック制限を開始」し、「負荷投入指令（クラッチ嵌指令）」５２を与えられていた場合には、「負荷投入５７」を実行すると共に、燃料ラック制限制御電磁弁６０Ａを「開」とし「燃料ラック制限を開始」する点は、第１の制御方法に係る制御系の構成と変わりがない。
しかし、「機関始動１」を実行している場合と「負荷投入５７」を実行している場合とのアシストエア電磁弁１１Ｂの閉（停止）によるアシストエアの停止操作と、燃料ラック制限制御弁６０Ｂの終了操作は、機関回転速度比較器６１の比較結果のみに応じて実行しており、過給機回転速度比較器５４の比較結果に基づいて実行することはない。
FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration of a control system according to a second control method including steps S30 to S35 among the control methods described with reference to FIGS. 3 and 4. According to the control method shown in FIG. 6, the supercharger
However, the stop operation of the assist air by closing (stopping) the assist
４．実施形態の制御実例について
次に、図７〜図１０を参照し、本実施形態のディーゼル機関１を発電機関とした場合の始動時及び負荷投入時と、本実施形態のディーゼル機関１を舶用機関とした場合の始動時及び負荷投入時について、過給機回転速度・機関回転速度・オパシティメータ値の各項目の時間的変動を、実施形態と従来例を比較しつつ説明する。
4. Regarding Control Example of Embodiment Next, referring to FIGS. 7 to 10, at the time of start and load when the
図７は、発電機関の始動時の図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施形態を示す図である。
従来は、分図（ａ）に示すように、機関始動後、機関の回転速度が、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧに上昇するまでの間、空気が不足し、オパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇するという問題があった。
FIG. 7 is a view at the time of start of the power generation engine, in which (a) shows a conventional example and (b) shows the present embodiment.
Conventionally, as shown in the diagram (a), after the engine start, there is insufficient air until the rotational speed of the engine rises to the set rotational speed NG set in the governor, and the value of the opacity meter indicates engine rotation There was a problem that it increased rapidly with the increase in speed.
本実施形態では、分図（ｂ）に示すように、機関始動指令が発令された後、実際に機関始動が実行される前に、アシストエアの供給が開始されるので、十分な量の空気が供給されるため、オパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇することがなく、低い値を維持することができる。また、機関の回転速度が、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧまで上昇するために要する時間も短縮され、立ち上がりが円滑である。この制御は、図３において、Ｓ２〜Ｓ１１、Ｓ３０〜Ｓ３５に相当する。 In this embodiment, as shown in the diagram (b), after the engine start command is issued, the assist air supply is started before the engine start is actually executed, so a sufficient amount of air can be obtained. Therefore, the value of the opacity meter does not increase rapidly with the increase of the engine speed, and can maintain a low value. Further, the time required for the rotational speed of the engine to rise to the set rotational speed NG set in the governor is also shortened, and the rise is smooth. This control corresponds to S2 to S11 and S30 to S35 in FIG.
図８は、舶用機関の始動時の図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施形態を示す図である。
舶用機関では、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧ、すなわち始動回転速度としては、定格回転速度ＮＲの０．３〜０．４倍に設定されている場合が多い。
従来は、分図（ａ）に示すように、機関始動後、機関の回転速度が、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧに上昇するまでの間、空気が不足し、オパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇するという問題があった。
FIG. 8 is a view at the time of starting of the marine engine, and (a) shows a conventional example, and (b) shows the present embodiment.
In marine engines, the setting rotational speed NG set in the governor, that is, the starting rotational speed is often set to 0.3 to 0.4 times the rated rotational speed NR.
Conventionally, as shown in the diagram (a), after the engine start, there is insufficient air until the rotational speed of the engine rises to the set rotational speed NG set in the governor, and the value of the opacity meter indicates engine rotation There was a problem that it increased rapidly with the increase in speed.
本実施形態では、分図（ｂ）に示すように、舶用機関の始動指令が発令された後、実際に機関始動が実行される前に、アシストエアの供給が開始されるので、十分な量の空気が供給されるため、オパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇することがなく、低い値を維持することができる。また、機関の回転速度が、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧまで上昇するために要する時間も短縮され、立ち上がりが円滑である。この制御は、図３において、Ｓ２〜Ｓ１１、Ｓ３０〜Ｓ３５に相当する。
In this embodiment, as shown in the diagram (b), after the marine engine start command is issued, the assist air supply is started before the actual engine start is performed, so a sufficient amount can be obtained. Thus, the value of the opacity meter does not increase rapidly with the increase of the engine speed, and can maintain a low value. Further, the time required for the rotational speed of the engine to rise to the set rotational speed NG set in the governor is also shortened, and the rise is smooth. This control corresponds to S2 to S11 and S30 to S35 in FIG.
図９は、発電機関の負荷投入時の図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施形態を示す図である。
発電機関では、負荷投入前は、機関はガバナに設定した設定回転速度ＮＧ（定格回転速度）で運転されているが、発電機負荷は接続されておらず、発電はされていない状態にある。
従来は、分図（ａ）に示すように、負荷投入後、発電機負荷が接続されて発電が始まり、機関回転速度が急激に低下するので、この低下に応じてガバナのフィードバック制御により燃料の供給量を増加させるが、過給機７の回転速度は燃料の供給量増加に追随できず、空気不足となり、そのためオパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇するという問題があった。
FIG. 9 is a view at the time of load input of the power generation engine, in which (a) shows a conventional example and (b) shows the present embodiment.
In the power generation engine, before the load is applied, the engine is operated at the set rotation speed NG (rated rotation speed) set in the governor, but the generator load is not connected and power generation is not performed.
Conventionally, as shown in Figure (a), after the load is applied, the generator load is connected and power generation starts, and the engine rotational speed decreases sharply. Although the supply amount is increased, the rotational speed of the supercharger 7 can not follow the increase in the supply amount of fuel and there is a shortage of air, so that the value of the opacity meter increases rapidly with the increase of the engine rotational speed. there were.
本実施形態では、分図（ｂ）に示すように、負荷投入指令が発令された後、実際に負荷投入される前に、アシストエアの供給が開始され、十分な量の空気が供給されるため、負荷投入後、発電機負荷が接続されて発電が始まった際、機関回転速度の低下が少なくて済む。その後、ガバナのフィードバック制御により燃料の供給量が増加するが、過給機７の回転速度は燃料の供給量増加に追随して増大し、十分な空気を供給するため、オパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇することがなく、低い値を維持することができる。また、機関の回転速度が、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧまで上昇するために要する時間も短縮され、立ち上がりが円滑である。この制御は、図４において、Ｓ１２〜Ｓ２２に相当する。 In this embodiment, as shown in the diagram (b), after the load input command is issued, before the load is actually input, the supply of assist air is started, and a sufficient amount of air is supplied. Therefore, when the generator load is connected and the power generation starts after the load is applied, the decrease in the engine rotational speed may be small. Thereafter, although the fuel supply amount is increased by feedback control of the governor, the rotational speed of the turbocharger 7 is increased following the increase of the fuel supply amount to supply sufficient air, so the value of the opacity meter is the engine A low value can be maintained without rapidly increasing with the increase of the rotational speed. Further, the time required for the rotational speed of the engine to rise to the set rotational speed NG set in the governor is also shortened, and the rise is smooth. This control corresponds to S12 to S22 in FIG.
図１０は、舶用機関の負荷投入時の図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施形態を示す図である。
始動後の舶用機関は、ガバナに設定した設定回転速度ＮＧ、すなわち始動回転速度として、定格回転速度ＮＲの０．３〜０．４倍の回転速度で運転されている。
従来は、分図（ａ）に示すように、負荷投入後、機関回転速度が急激に低下するので、この低下に応じてガバナのフィードバック制御により燃料の供給量を増加させるが、過給機７の回転速度は燃料の供給量増加に追随できず、空気不足となり、そのためオパシティメータの値が機関回転速度の増加に伴って急激に上昇するという問題があった。
FIG. 10 is a view at the time of load input of the marine engine, in which (a) shows a conventional example and (b) shows the present embodiment.
The marine engine after start-up is operated at a set rotational speed NG set in the governor, that is, at a rotational speed 0.3 to 0.4 times the rated rotational speed NR as a starting rotational speed.
Conventionally, as shown in Figure (a), after the load is applied, the engine rotational speed sharply decreases, so the amount of fuel supplied is increased by feedback control of the governor according to this decrease. The rotational speed of the engine can not keep up with the increase in the amount of fuel supply, and there is a shortage of air, which causes the value of the opacity meter to increase rapidly with the increase in the engine rotational speed.
本実施形態では、分図（ｂ）に示すように、負荷投入指令が発令された後、実際に負荷投入される前に、アシストエアの供給が開始され、十分な量の空気が供給されるため、負荷投入後、機関回転速度の変動が少なくて済む。また、オパシティメータの値は機関回転速度の維持に伴って低い一定の値を維持することができる。この制御は、図４において、Ｓ１２〜Ｓ２２に相当する。 In this embodiment, as shown in the diagram (b), after the load input command is issued, before the load is actually input, the supply of assist air is started, and a sufficient amount of air is supplied. Therefore, after the load is applied, the fluctuation of the engine rotational speed can be reduced. In addition, the value of the opacity meter can maintain a low constant value as the engine rotational speed is maintained. This control corresponds to S12 to S22 in FIG.
５．実施形態の作用及び効果
以上説明した実施形態の過給機付き内燃機関及びその制御方法によれば、次のような作用効果が得られる。
ディーゼル機関１に始動指令を与えた後、さらに発電機関の負荷投入または舶用機関のクラッチ等のＯＮ指令を出すと同時に、過給機７のコンプレッサ３２へのアシストエア供給を開始して過給機回転速度を上昇させる。始動指令直後は機関１はまだ始動はされておらず、また負荷投入指令の直後は発電機関の負荷投入または舶用機関のクラッチＯＮもまだ実行されていない。その後、微小時間ｔ毎に過給機回転速度を検出し、過給機回転速度の上昇がゼロとなった時点、すなわちアシストエアでの過給機回転速度上昇がサチュレート（飽和）したタイミングで、機関始動、負荷投入およびクラッチがＯＮとなる。これにより、機関に始動負荷および負荷投入による負荷が掛かる前に燃焼空気量を最大限度にまで増大させることが可能となり、燃焼改善による機関の立ち上り特性の改善、許容負荷投入量の増大を図り、黒煙の発生を低減することができる。
5. Operation and Effect of the Embodiment According to the supercharger-equipped internal combustion engine and the control method thereof of the embodiment described above, the following operation and effect can be obtained.
After the start command is given to the
また、このような方法を採用した場合でも、発電機系の慣性モーメントが大きく始動トルクが大きい場合および大負荷投入時には、ガバナによる制御のため機関は最大量の燃料噴射状態となり、これを完全燃焼させるに必要な燃焼空気量確保が不可能なケースもある。このため、機関始動に必要なトルクおよび投入負荷量に見合った燃料噴射量となるように、エアシリンダ等によるストッパまたは電気ガバナに組込まれているトルクリミッタを利用した燃料制御を併用することで、機関始動時および負荷投入時の燃料噴射量を適正に制限して黒煙発生を大幅に削減することが出来る。 Even when such a method is adopted, the engine is in the maximum fuel injection state due to the control by the governor when the inertia moment of the generator system is large and the start torque is large and when a large load is applied, and this is completely burned In some cases, it is impossible to secure the amount of combustion air required to For this reason, by using fuel control using a torque limiter incorporated in a stopper or an electric governor such as an air cylinder to achieve a fuel injection amount corresponding to the torque and the input load amount necessary for engine start, The amount of fuel injection at engine start-up and load input can be appropriately limited to significantly reduce black smoke generation.
負荷投入後のアシストエアをＯＦＦとするタイミングは、負荷がステップ状に投入される場合やランプ状（ramp傾斜路状）に投入される場合等があるので、負荷投入指令およびクラッチＯＮ指令から機関回転速度が所定の設定回転速度、例えば発電機の場合は定格回転速度に復帰するまでの間とする。 The timing at which the assist air is turned off after the load is applied may be when the load is applied step-wise or in the form of a ramp (ramp ramp shape). It is in a period until the rotational speed returns to a predetermined set rotational speed, for example, a rated rotational speed in the case of a generator.
なお、ここで定格回転速度とは、機関銘板に打刻されている回転速度であり、発電機関の場合には発生周波数と発電機極数から決まる同期回転速度であり、舶用機関の場合は機関銘板に打刻されている定格出力すなわち連続最大出力（Maximum Continuous Rating ）が出せる機関回転速度である。 Here, the rated rotational speed is the rotational speed stamped on the engine nameplate, and in the case of a generator engine, it is a synchronous rotation speed determined from the generated frequency and the number of generator poles, and in the case of a marine engine This is the engine speed that can produce the rated output or maximum continuous rating that is stamped on the nameplate.
機関始動時および負荷投入時の機関回転速度制御に関しては、機関始動時には、ブースターにより燃料増指令が出され、負荷投入およびクラッチＯＮ時には、負荷投入時の機関回転速度の急激な低下に応えてガバナにより燃料増指令が出され、いずれの場合も燃料増方向に燃料噴射ポンプ２５が駆動される。 With regard to the engine speed control at engine start and load input, the fuel increase command is issued by the booster at engine start, and at load input and clutch ON, the governor responds to a sharp drop in engine speed at load input. Thus, a fuel increase command is issued, and in any case, the fuel injection pump 25 is driven in the fuel increase direction.
しかし、この状態では、前述したようなアシストエア制御を採用して燃焼空気量を増やしたとしても、機関始動に必要なトルクおよび投入負荷に必要なトルク発生量よりも多大な燃料が燃焼室に噴射されるために燃焼空気不足状態となり黒煙が発生することになる。この対策として、機関始動時は、機関立上げに必要なトルクを発生させるに必要な燃料噴射ラック目盛りを確認し、負荷投入時およびクラッチＯＮ時には投入負荷量およびクラッチＯＮ時の投入負荷量に相当する定常運転時の燃料噴射ポンプラック目盛り量を確認し、それらのラック目盛りに対し、外気温度変化に対する余裕分として１０〜１５％増しの燃料噴射量となる燃料噴射ポンプラック目盛りに制限する。これ等の燃料制限は、始動指令、負荷投入指令およびクラッチＯＮ指令と同時にガバナのトルクリミッタ又はエアシリンダ等により各燃料噴射ポンプ２５のラックに連結されているレーシャフトの動きを拘束することにより行うことが好ましい。 However, in this state, even if the amount of combustion air is increased by adopting the assist air control as described above, a larger amount of fuel is generated in the combustion chamber than the torque required for engine start and the torque required for input load. Because of the injection, the combustion air shortage occurs and black smoke is generated. As measures against this, check the fuel injection rack scale necessary to generate the torque necessary for engine start-up at the time of engine start, and correspond to the input load amount at load on and clutch on and the input load on clutch on. Check the fuel injection pump rack scale at the time of steady operation, and limit the fuel injection pump rack scale to be a fuel injection amount that is increased by 10 to 15% as a margin for changes in outside air temperature with respect to the rack scale. These fuel restrictions are performed by constraining the movement of the rae shaft connected to the rack of each fuel injection pump 25 by the torque limiter or air cylinder of the governor simultaneously with the start command, load input command and clutch ON command. Is preferred.
このように、本実施形態による過給機付き内燃機関の制御方法によれば、燃料噴射量の増加を、機関始動指令の場合は、機関始動トルクに相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限し、また負荷投入指令の場合は、投入負荷量に相当する定常負荷運転時の燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に制限している。 As described above, according to the control method of the supercharger-equipped internal combustion engine according to the present embodiment, the increase of the fuel injection amount is 110% to 115% of the fuel injection amount corresponding to the engine start torque in the case of the engine start command. It is limited to the range, and in the case of the load input command, it is limited to 110% to 115% of the fuel injection amount during steady load operation corresponding to the input load amount.
ここで、機関が発生する機関始動トルクについて検討すると、
I : 機関始動状態および負荷投入状態での機関全体としての慣性モーメント
ω0 : 機関始動指令時の機関始動前の機関停止時の角回転速度ω0 = 0
ω1 : 機関始動後の設定機関回転速度の角回転速度
ｔ: 機関立上げ時間
Ｔ: ｔ時間で機関立上げに必要なトルク（機関始動トルク）
とした場合、運動量の変化が力積であるから、
Ｉ×( ω1 −ω0) = Ｔ×ｔ
となり、従って、
Ｔ = Ｉ×( ω1 −ω0)/ ｔ
となる。
また、機関の発生トルクは正味平均有効圧力に比例し、正味平均有効圧力は燃料噴射量に比例するので、機関立上げ時に必要な機関トルクを発生するための燃料噴射量が特定できる。
Here, when considering the engine starting torque generated by the engine,
I: Inertial moment as a whole of the engine in the engine start state and the load application state ω0: Angular rotational speed ω0 = 0 at the time of the engine stop before the engine start at the time of the engine start command
ω1: Angular rotational speed of set engine rotational speed after engine start t: Engine startup time T: Torque required for engine startup in t time (engine starting torque)
If the change in momentum is the impulse,
I x (ω1-ω0) = T x t
And therefore,
T = I x (ω1-ω0) / t
It becomes.
Further, since the generated torque of the engine is proportional to the net average effective pressure and the net average effective pressure is proportional to the fuel injection amount, it is possible to specify the fuel injection amount for generating the engine torque necessary at engine startup.
以上説明したように、本実施形態の過給機付きディーゼル機関及びその制御方法によれば、機関の始動や負荷の投入が発令された場合には、始動や投入に先立ってアシストエアを過給機に投入し、アシストエアによる過給機の単位時間当たりの回転速度の増加分を測定し、過給機の回転速度の上昇が飽和したことを検出してから機関を実際に始動し、又は負荷を実際に投入する。
すなわち、本実施形態の制御方法によれば、アシストエアによる過給機の回転速度の増加分を計測し、
機関始動に際しては、過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミングで機関始動を実行し、機関始動後の過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミング又は前記機関始動後の機関回転速度が設定回転速度になったタイミング若しくは燃料増加指令が解除されたタイミングで、アシストエア供給の停止を行い、
負荷投入に際しては、過給機回転速度の上昇が所定値以下になったタイミングで負荷投入を実行し、機関回転速度が設定回転速度に到達したタイミングでアシストエア供給の停止を行うので、
適切なタイミングでディーゼル機関を制御することができ、ディーゼル機関の制御において燃焼室に取込む燃焼空気を適切に増大させ、完全燃焼出来る燃料量を増やすと共に、許容瞬時負荷投入量の向上を簡単な制御で的確に図ることが出来、黒煙発生をより適切に抑制することが可能となった。
As described above, according to the supercharged diesel engine of the present embodiment and the control method thereof, when start of the engine or load input is instructed, the assist air is supercharged prior to start or input. The engine is actually started after detecting that the increase in rotational speed of the supercharger has become saturated, after charging the engine, measuring the increase in rotational speed per unit time of the supercharger by assist air, or Load the load actually.
That is, according to the control method of the present embodiment, the increase in the rotational speed of the turbocharger by the assist air is measured,
When starting the engine, the engine start is performed at the timing when the increase of the turbocharger rotational speed becomes less than a predetermined value, and the timing when the increase of the turbocharger speed after the engine start becomes less than a predetermined value Assist air supply is stopped at the timing when the engine rotation speed later reaches the set rotation speed or when the fuel increase command is canceled.
When loading is performed, loading is performed at the timing when the increase in the turbocharger rotational speed falls below a predetermined value, and assist air supply is stopped at the timing when the engine rotational speed reaches the set rotational speed.
The diesel engine can be controlled at an appropriate timing, and the control of the diesel engine appropriately increases the amount of combustion air taken into the combustion chamber, increases the amount of fuel that can be completely burned, and easily increases the allowable instantaneous load input. It is possible to properly plan by control, and it has become possible to more appropriately suppress the generation of black smoke.
１…内燃機関としてのディーゼル機関
２…アシストエア供給手段の一部分である高圧空気槽
５…空気操作弁
７…過給機
１１（１１Ａ、１１Ｂ）…アシストエア供給手段の一部分であるアシストエア電磁弁
２５…燃料噴射ポンプ
２６…燃料噴射弁
３１…タービン
３２…コンプレッサ
４０…アシストノズル
５０…制御手段
５４…過給機回転速度比較器
５５…過給機回転速度測定手段としての回転検出センサ
５７…負荷
６０（６０Ａ、６０Ｂ）…燃料ラック制限制御電磁弁
６１…機関回転速度比較器
６３…機関回転速度測定手段としての回転検出センサ
７０…機関回転速度設定、機関始動指令及び負荷投入指令を実行可能な入力手段
ＮＧ…設定された機関回転速度
ｎｇ…計測された機関回転速度
Δｎｔ…単位時間Δｔあたりの過給機回転速度の増分
DESCRIPTION OF
Claims (8)
機関始動指令によって過給機へのアシストエア供給を開始し、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記機関始動指令を実行する制御と、
負荷投入指令によって過給機へのアシストエア供給を開始し、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記負荷投入指令を実行する制御のうち、
少なくとも何れか一方の制御を行うことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御方法。 A control method for an internal combustion engine, which controls the rotational speed of the internal combustion engine by controlling a fuel injection amount by a governor.
Start the assist air supply to the engine start directive to result supercharger, at the timing when the rotational speed increase is first turned to zero or negative per minute time unit of the supercharger by the assist air, before Symbol agencies and control to run the start-up finger Ordinance,
The load on command is started at the timing when the assist air supply to the turbocharger is started by the load on command, and the increase in rotational speed per minute time unit of the supercharger by the assist air first becomes zero or negative. Of the controls to be performed,
A control method for a supercharger-equipped internal combustion engine, comprising performing at least one control.
前記機関始動指令の場合には、前記機関始動指令を実行した後に過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分がゼロ又はマイナスになったタイミングと、前記機関始動指令を実行した後に機関回転速度が設定回転速度になったタイミングからなる群から選択された一のタイミングで行い、
前記負荷投入指令の場合には、負荷投入後の機関回転速度が設定回転速度に復帰したタイミングで行うことを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御方法。 The stop of the assist air supply to the supercharger is
In the case of the engine start instruction, the timing at which the rotational speed increase per minute time unit of the supercharger becomes zero or negative after performing the engine start command, the engine rotation after performing the engine start command performed at one timing selected from the group consisting of timing the speed reaches a set rotational speed,
Wherein when the load closing command, the control method for an internal combustion engine with a supercharger according to claim 1, characterized in that at timing of the engine rotational speed after load application is returned to the set rotation speed.
前記燃料噴射量の増加を、
前記機関始動指令の場合は、機関始動トルクに相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、
また前記負荷投入指令の場合は、投入負荷量に相当する定常負荷運転時の燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、制限することを特徴とする請求項３に記載の過給機付き内燃機関の制御方法。 At the fuel rack limit:
The increase of the fuel injection amount,
In the case of the engine start command, in the range of 110 to 115% of the fuel injection amount corresponding to the engine start torque,
The supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 3, wherein, in the case of the load input command, it is limited to 110% to 115% of the fuel injection amount at the time of steady load operation corresponding to the input load amount. How to control the engine.
機関始動指令又は負荷投入指令によって過給機へのアシストエアを供給するアシストエア供給手段と、
前記過給機の回転速度を測定する過給機回転速度測定手段と、
前記機関始動指令によって過給機へのアシストエア供給が開始された後、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記機関始動指令を実行する制御と、前記負荷投入指令によって過給機へのアシストエア供給が開始された後、前記アシストエアによる過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分が最初にゼロ又はマイナスになったタイミングで、前記負荷投入指令を実行する制御のうち、少なくとも何れか一方の制御を行うための制御信号を発する制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関。 An internal combustion engine that performs control of rotational speed by control of fuel injection amount by a governor,
Assist air supply means for supplying assist air to the turbocharger according to an engine start command or a load input command;
A turbocharger rotational speed measuring means for measuring the rotational speed of the turbocharger;
After the assist air supply to the supercharger has been started by the engine start command, at the timing when the rotational speed increase is first turned to zero or negative per minute time unit of the supercharger by the assist air, before Symbol a control for executing the engine start directive, the load after the closing command is the assist air supply to the supercharger is started, the rotational speed increase is initially zero per a minute time unit of the supercharger by the assist air Or control means for generating a control signal for performing at least one of the control for executing the load application command at the timing when it becomes negative ;
An internal combustion engine with a supercharger characterized by comprising.
前記機関始動指令の場合には、前記機関始動指令を実行した後に過給機の微少時間単位当たりの回転速度増加分がゼロ又はマイナスになったタイミングと、前記機関始動指令を実行した後に機関回転速度が設定回転速度になったタイミングからなる群から選択された一のタイミングで前記過給機へのアシストエア供給の停止信号を発し、
前記負荷投入指令の場合には、負荷投入後の機関回転速度が設定回転速度に復帰したタイミングで前記過給機へのアシストエア供給の停止信号を発することを特徴とする請求項５に記載の過給機付き内燃機関。 The control means
In the case of the engine start instruction, the timing at which the rotational speed increase per minute time unit of the supercharger becomes zero or negative after performing the engine start command, the engine rotation after performing the engine start command issues a stop signal of the assist air supply of the to turbocharger at one timing selected from the group consisting of timing the speed reaches a set rotational speed,
Wherein when the load application instruction, according to claim 5, characterized in that to emit a stop signal of the assist air supply to the front Symbol supercharger in timing of the engine rotational speed after load application is returned to the setting rotational speed Internal combustion engine with supercharger.
前記燃料噴射量の増加を、
前記機関始動指令の場合は、機関始動トルクに相当する燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、
また前記負荷投入指令の場合は、投入負荷量に相当する定常負荷運転時の燃料噴射量の１１０〜１１５％の範囲に、
制限することを特徴とする請求項７に記載の過給機付き内燃機関。 In the fuel rack limitation, the control means may
The increase of the fuel injection amount,
In the case of the engine start command, in the range of 110 to 115% of the fuel injection amount corresponding to the engine start torque,
In the case of the load input command, the fuel injection amount during steady load operation corresponding to the input load amount is 110% to 115% of the fuel injection amount,
The supercharged internal combustion engine according to claim 7 , characterized in that the restriction is made.
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