JPS6043126A - 過給機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変ピッチノズル付過給機全装備した内燃機
関において、内燃機関の運転状態に応じイ過給機のター
ビンノズルピッチ全制御する制御装置に関する。

近年、内燃機関の燃費の低減と出力率の向上の見地から
、静圧過給が当然のように行なわれるようになシ、過給
機の効率向上のために種々の研究が実施されている。一
般に、内燃機関の燃費の低減には、爆発圧力と給気圧力
の比が大きい方が良いことが知られている。爆発圧力は
内燃機関の強度上から制約があり、あまり犬、きくでき
ないので、給気圧力を低くすることにより爆発圧力と給
気圧力の比を上げることが燃費の改善に有効である。

しかし、給気圧力を低くするために、過給機のタービン
ノズルをあまり拡げると、低負荷域での内燃機関性能の
確保に問題が生じる。

従来の過給機は、タービンノズルのピンチすなわち絞シ
の大きさが固定されていて、低負荷域での内燃機関性能
の悪化と常用域での不充分な燃費の改善といった問題点
を有している。そしてこの問題全解決する念めに、ター
ビン入口ガス通路に遮断弁を配し、低負荷域で複数台あ
る過給機のうち１台を停止する装置が提案されている。

しかし、このような装置では、過給機の運転または停止
は、内燃機関の運転に大きな変化を与えないようゆっく
りと操作されるので、負荷の急激な変化に追従すること
ができない。また過給機の運転か停止かの制御であるの
で、負荷状態に応じたきめ細かい制御ができず、燃費の
低減効果は小さい。さらに２台の過給機金有する内燃機
関において、１台全停止すれば、風量の不足からサージ
ング奮起こすので、このような制御装置は、過給機を３
台以上有する大型の内燃機関に限定されるという欠点を
有している。

過給機のタービンノズル面積を可変にすれば、内燃機関
の常用域での燃費低減と低負荷域での性能確保の両方に
有効である。そして、過給機が１台または２台の内燃機
関にも適用できる。′またタービンノズル面積全連続的
に制御すれば、負荷の変化にスムーズに追従できるし、
内燃機関の負荷状態に応じたきめ細かいｆｕ制御ができ
、広い運転域において燃費の改善が期待できる。

タービンノズル面積が可変ガ可変ピッチノズル付過給機
の制御装置として、内燃機関の回転数全検出して、その
回転数に応じてタービンノズルのピッチを操作する装置
が考えられる。また発電機全駆動する内燃機関の場合は
、回転数の代シに発電機出力すなわち発生電力に応じて
タービンノズルのピッチ全制御する装置が考えられる。

しかしこのような装置は、設計計算や工場運転により予
め定めたノズルピッチと回転数（または電力）の関係に
従ってノズルピッチを制御するので、内燃機関の状態や
運転の周囲条件が設計計算時や工場運転時のそれと相異
する場合は、最適々運転ができないという欠点がある。

つまり、同一回転数、同一負荷で内燃機関全運転しても
、気温、気圧、冷却海水温度等の周囲条件が変化すれば
、内燃機関特性は異なる。また、経年変化により過給機
や中間冷却器が汚れ、内燃機関の状態が変化すれば、内
燃機関特性は変わる。このように内燃機関特性が変−化
すれば、最適なノズルピッチと回転数（または電力）の
関係も異なることになる。

さらに減筒運転等によって運転する気筒数が変化する場
合には、内燃機関特性が大幅に変化し、回転数（または
電力）によるノズルピッチの制御は、可変ピッチノズル
付過給機の有意性を充分に引き出すことができ々い。

本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、内燃機関
の状態や運転の周囲条件に応じた最適な制御を行なうこ
とができるようにした過給機の制御装＠を提供すること
である。

従来のタービンノズルピッチが固定の過給機においては
、低負荷域での性能全確保しつつ、ｎ用域で低燃費を達
成する必要があり、内燃機関に適合した過給機を選定す
ることが望まれる。しかし、゛充分適合した過給機でも
１、負荷が低下すると熱負荷の増大や燃費の悪化等の問
題が生じる。これは負荷゛の大きさに比べて、過給機の
容量が大き過ぎるために起こるものであり、負荷の低下
に応じて過給機容量も小さくできれは、このような問題
は生じない。事実ノズルピッチが固定の従来の過給機全
搭載した内燃機関において、給気圧力の低下の割合より
大きい。

内燃機関の性能は空燃比により太きく影響され、空燃比
を一定に保てば、内燃機関性能もほぼ一定に維持できる
。一方、気筒内に充填される空気量は給気圧力によシ支
配され、気前に供給される燃料量は負荷に依存する。し
たがって内燃機関負荷が変化しても負荷と給気圧力との
比を一定に保つことができれば、常用域での空燃比が低
負荷域でも維持でき、低負荷域での性能の劣化は未然に
防ける。

本発明は、内燃機関の負荷状態と給気圧力と全検出し、
これらの比を計算し、この比を負荷の大きさに応じて変
わる最適値に一致させるべく、ノズルピッチの駆動部に
信号を出力して、内燃機関の負荷や周囲条件に応じた過
給機の制御装置を提供することである。。

以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

過給機１は、タービン５とプロワ４とが同軸に連結され
ており、大気から吸込んだ空気はブロワ４で圧縮され、
空気出口２から内燃機関（図示せず）に送られる。内燃
機関で燃焼済の排気ガスはガス入口３に送られ、タービ
ン５を駆動する。タービン５の外周には羽根６が取付け
られており、排気ガスのエネルギ全シービン５の回転エ
ネルギに変換する。羽根６の上流側には可変ピンチノズ
ル７が設けられており、リンク８を介して排気ガスの流
路断面積全変更できるように構成されている。

制御回”ＪＪ”、Ｓ　１０には、内燃機関の各負荷（Ｐ
゛ｌ やトルクや燃料量など）に対する給気圧力の“目標値ケ
予め怖納した記憶回路２１が内蔵されている。

この第１図回路２１には、負荷検出器２４からライフ１
９を介して負荷信号が人力される。減算器２２では、給
気圧力検出器１４からライン、１５を介して入力される
給気圧力信号ｐ　と、記憶回路２ｌから出力される前記
給気圧力の目標値としてのρ　と全比較演算する。減算
器′２２からの偏差信号は増幅器１２に入力される。増
幅された偏差信号は、リミッタ１１に送出される。リミ
ッタ１１は、ノズルピンチの可変範囲に応じて、上下限
全設定する。制御回路１０からの制御信号はライン２０
を介して駆動部９に入力され、パワー増幅されてリンク
８を介して、可変ピッチノズル７を駆動する。

給気圧力検出器１４は、内燃機関の吸入空気集合管（図
示せず）内に取付けられ、集合管内の圧力ｐ８を検出す
る。負荷検出器２４は、図示しない気筒内の圧力全検出
するインジケータ１６を内蔵する。インジケータ１６と
ピストン速度計１７とからの信号は演算回路１８に入力
され、そこで平均有効圧力ｐｍｉが計算される。

計算方法は、たとえば ここに　Ｓ；ビストンストローク（ａｍ）ｐ；インジケ
ータ出力（ｌｃｇ／ｃｍ２）Ｃ；ピストン速度（ｃｍ／
ｓ） であり、積分器と適当な係数器とによシー行稈毎の平均
有効圧力ｐｍｉが演算される。Ｉ）ｍｉ　の演算方法は
他の周知の方法を利用してもよい。本実施例では、平均
有効圧力ｐｍｉが負荷信号としてライン１９を介して制
御回路１０に出力される。

この実施例では、最適な給気圧力の目標値ｎを予め陸上
試運転等で調べて記憶回路２１に記憶させておき、給気
圧力が前記の最適な給気圧力となるようにノズルピッチ
を制御する。この場合、目標値６は平均有効圧力Ｐｍｉ
に応じて、たとえば第２１ン１に示されるように変化す
る。周囲条件の風や波浪の影替により、一時的にＧやｐ
ｍｉが変動することがあるので、制御回路１０または駆
動部９に若干の時間遅れをもたせてもよい。適当な大き
ざの時間遅れは、制御系を安定にする。

このような実施例において、その動作を説明する。内燃
機関の負荷が低下すると、ライン１９を介して記憶回路
２１に送られる負荷信号も小さくなるので記憶回路２１
の出力らも小さくなる。

一方、負荷の低下の割合を上回って給気圧力が低下する
のでライン１５を介して減算器２２に送られる給気圧力
信号ｐ′　はＧｋ下回る。この結果、制御偏差は小さく
なるので、制御回路１０からの制御信号は小さくなり、
タービン５のノズルピッチは絞られる。タービン５のノ
ズルピッチが絞うれると給気圧力は上昇し、最適な給気
圧力の目標値Ｇに保持される。内燃機関の負荷が上昇す
る場合は上記と逆の動作全行ない、ノズルピッチが広げ
られ、給気圧力は最適な目標値向に保持さへ１ れる。目標値ｐ８の値は、内燃機関型式により若干異な
るか、たとえば船用大型２サイクル内燃機関の場合、ｐ
８／Ｐｍｉ　＝０．２程度となる。

制御回路１０の他の実施例として、第３図に示されるよ
うにマイクロコンピュータ５０を使用してもよい。マイ
クロコンピュータ５０を採用すれば、リミッタ１１、減
算器２２などは、プログラムに置換えられる。そして、
プログラムを格納する記憶回路５１の他に、給気圧力信
号や負荷信号々どをマイクロコンピュータ５０に読込む
ためのアナログ／デジタｉ変換器５２や制御信号全出力
するためのデジタル／アナログ変換器５３が別途必要と
なる。ライｙ１５．１９’（ｉ＝介する信号は、それぞ
れアナログ／デジタル変換器５２によってデジタル量に
変換され、マイクロコンピュータ５０に読込まれる。マ
イクロコンピュータ５０は記憶回路５１に内蔵されたプ
ログラムに従って命令を実行し、制御出力をデジタル／
アナログ変換器５３でアナログ搦°に変換して出力する
。

第４図は第３図の実施例の動作全説明するためのフロー
チャートである。電源が投入されるとステップ１００を
実行し、各種レジスタやフラグの初期セットを行ない、
制御系の初期化を行なう。

次にステップ１０１，１０２に移り、それぞれ負荷信号
と給気圧力信号と全アナログ／デジタル変換器５２を介
して、−マイクロコンピュータ５０に読込む。ステップ
１０３では、目標値ｐ８が計算され、ステップ１０４で
は制御偏差ε（＝ｒ−ＲＯ）が計算される。ステップ１
０５では、ゲインＡが乗算され（ｙ＝Ａ・ε）、ステッ
プ１０６ではリミッタ１１により制限される（ｙｍｉｎ
≦ｙ≦ｙｒｎａｘ）。次にステップ１０７に移り、デジ
タル／アナログ変換器５３でアナログ量に変換され、制
御信号として駆動部９に出力される。次に再びステップ
１０１に戻り、以下のステップを逐次繰返す。

第５図は本発明の他の実施例を示す構成図である。この
実施例では、給気温度検出器１３がらライン２５全介し
て給気温度信号が制御回路１ｏに内蔵される補正回路２
６に入力される。この補正回路２６では、記憶回路２１
がらの出力と給気温度信号と全補正演算して給気圧力の
目標値ρを減算器２２へ出力する。

周囲温度が変わったり、プロワや中間冷却器が汚れて給
気温度Ｔｓが変化すれば、給気の密度が変わるので最適
なＧの値も変化する。Ｔｓによる補正方法は、たとえば
気筒内に充填される空気量が（３５０＋Ｔ８）に逆比例
すること全利用して、 ただし　Ｔｓ；給気温度（給気温度検出器１３の出力）
（０Ｃ） Ｔｓ’；基準状態における給気温度（’Ｃ）ｐｓ　ν基
準状態における最適な給気圧力　（ａｔａ　） ６；修正後の給気圧力の目標値（ａｔａ）としてよい。

負荷検出器の他の実施例として、内燃機関の出力軸にト
ルク語ヲ設け、このトルク計の出力全負荷信号としても
よいが、トルク計は高価である。

トルク計を負荷検出器として利用する場合、内燃機関の
機械効率の分だけ目標値６を大きくしておく必要がある
。

負荷検出器のさらに他の実施例として、ピストンの一行
程当りの燃料量全検知する手段を利用してもよい。たと
えば、ディーゼル機関の場合は、燃料噴射ポンプのラッ
ク位ｆ＆’にたとえば差動トランス式変位計により検出
すれば、−行程当りの噴射量が、検出できる。また蓄圧
式噴射においては、燃料圧力と噴射時間とにより噴射量
が計算できる。

本実施例によれば、他の実施例に比べ比較的安価に負荷
検出器が゛実現できる。

発電機全駆動する内燃機関の場合は、負荷検出器として
発電機の出力を検出する電力計全利用してもよい。電力
計を利用する場合は、発電機の損失全考慮して、目標値
８を決める必要がある。

また負荷検出器として、内燃機関吸込風量計または内燃
機関回転数計を用いてもよい。

また始動や逆転で負荷が急変するときは、タービンノズ
ルピッチをある一定値に固定するなどして、制御系が不
安定になるのを防ぐ必要がある。

以上のように本発明によれば、給気圧力と内燃機関負荷
とを検出し、負荷が低下して給気圧力が負荷に比べて低
下し過ぎるの全検出して、可変ピッチノズル付過給機の
ノズルピッチを絞ることにより、負荷に見合った給気圧
力を実現したので、常用域での燃費の低減および低負荷
域での内燃機関性能の確保が可能となる。

１だ気温、気圧、冷却海水温度等の周囲条件が変化した
り、経年変化により過給機や中間冷却器が汚れて内燃機
関の状態が変化しても、これらの変化に対応して変わる
給久圧力全検知し、負荷に見合った給気圧力全常に実現
できる。

さらに本発明によれば、ｐｓ／ｐｍｉ’計算する必要が
ないので、構成が簡単に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は目標
値向と負荷信号ｐｍｉとの関係を示したグラフ、第３図
は制御回路１０の他の実施例全示すブロック図、第４図
は第３図の実施例の動作全説明するためのフローチャー
ト、第５図は本発明の他の実施例全示す構成図である。 】・・・過給機、９・・・駆動部、１０・・・制御回路
、１１・・・リミッタ、１３・・・給気温度検出器、１
４・・・給気圧力検出器、２１・・・記憶回路、２２・
・・減算器、２４・・・負荷検出器、２６・・・補正回
路代理人　弁理士　西教圭一部 第１図 ２１　＼１０ 第２図 ｍｉ 第３図 ｓ４図 第５図 千−続補正書 特許庁長官　殿 １１事件の表示 特願昭５８−１５２２７０ ２・発分の名称 過給機の制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住所 名称（０９７）　Ｊｌｌ呵曵工業株式会社代表者　′ ４、代理人 住所　大阪市西区西本町１丁目１３番３８号　新興産ビ
ル６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）　ｌ：１１細偶第６頁第５行目において「の割合
より大きい。」とあるを［の割合は負葡の低下の割合よ
り大きい。」に訂正する。 （２）明細書第１１頁第１７行目〜第１８行目において
ｒ、（＝、ｒ−ＲＯ）Ｊとあるをｒ　（−ｐｓ−ｐ５）
Ｊに訂正する。 以　−ヒ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、可変ピッチノズル付過給機を装備した内燃機関
   において、ノズルピッチを変更する駆動部と、内燃機関
   の負荷状態全検出する負荷検、出器と、吸入空気、集合
   管内の圧力を検出する給気圧力検出器と、前記負荷横用
   器からの負荷信号と前記給気圧力検出器からの給気圧力
   信号とに応答し、前記駆動部に制御信号を送出する制御
   回路とを含み、−前記制御回路は、各負荷に対する給気
   圧力の目標値ｗ４め格納した記憶回路と、この給気圧力
   の目標値と前記給気圧力検出器の出力とを比較して前記
   駆動部に送出する制御信号全演算する演算回路とを含む
   ことを特徴とする過給機の制御装置。
2. （２）前記制御回路には、吸入空気集合管内の温度を検
   出する給気温度検出器からの出力によって給気圧力の目
   標値全補正演算する補正回路を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の過給機の制御装置。