過給機付内燃機関の排気再循環システム
【課題】過給機通過前の排ガスを再循環させる高圧ＥＧＲ技術を適用した過給機付内燃機関において、過給機通過風量が大きく減少する高ＥＧＲ率の運転時でも、運転状態に応じて高い過給性能を発揮させる。
【解決手段】内燃機関２からの排ガスを導く排気通路３に対して並列接続された複数の過給機６Ａ，６Ｂと、複数の過給機６Ａ，６Ｂより発生する圧縮ガスを内燃機関２に供給するための給気又は掃気通路１０と排気通路３とをバイパスするＥＧＲ通路２５と、ＥＧＲ通路２５を流れる排ガス量の全排ガス量に対する割合であるＥＧＲ率を調整する制御を実行する制御装置３０とを備え、制御装置３０は更に、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて、複数の過給機６Ａ，６Ｂのそれぞれを動作させるか否かを決定する制御を実行する構成となっている。
【解決手段】内燃機関２からの排ガスを導く排気通路３に対して並列接続された複数の過給機６Ａ，６Ｂと、複数の過給機６Ａ，６Ｂより発生する圧縮ガスを内燃機関２に供給するための給気又は掃気通路１０と排気通路３とをバイパスするＥＧＲ通路２５と、ＥＧＲ通路２５を流れる排ガス量の全排ガス量に対する割合であるＥＧＲ率を調整する制御を実行する制御装置３０とを備え、制御装置３０は更に、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて、複数の過給機６Ａ，６Ｂのそれぞれを動作させるか否かを決定する制御を実行する構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備えた内燃機関に適用される排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＮＯｘ排出量の低減や燃費の向上を目的として、排ガスを内燃機関に再循環させる技術を適用した内燃機関が知られ、当該技術は一般に「排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation ）」と呼ばれている。この内燃機関においては、排気通路と給気又は掃気通路とをバイパスするＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられ、このＥＧＲ弁の開度を変えることによってＥＧＲ通路を介して再循環される排ガス量を変更可能にしている。内燃機関の制御装置は、図５に示すようにＥＧＲ率が増加するとＮＯｘ排出量が単純減少するという関係に基づき、ＮＯｘ排出量が所望値となるようＥＧＲ弁の開度を調整する制御を実行する。
【０００３】
また、複数の過給機を備えた内燃機関も良く知られている。例えば特許文献１には、内燃機関の回転数に応じて排ガスの流量が変化するという事情に鑑み、互いの容量が異なる２つの過給機を備えた内燃機関が開示されている。この内燃機関には、過給機タービン上流の排ガスを過給機コンプレッサ下流に循環させる、所謂高圧ＥＧＲ技術が用いられている。
【０００４】
この内燃機関の制御装置は、内燃機関の回転数及び燃料噴射量に応じて、小容量の過給機のみを動作させるシングルモード、及び両方の過給機を動作させるツインモードの２つの動作モードから１つを選択的に設定する制御を実行する。これにより、内燃機関の回転数又は燃料噴射量が変化しても、その変化に追従してなるべく高い過給性能が発揮され得るようにしている。
【０００５】
なお、シングルモードからツインモードへ動作モードを移行する時には、停止していた大容量の過給機を始動させなければならない。そこで、この内燃機関の制御装置は、ツインモードへの移行時にＥＧＲ弁を絞る制御を実行する。これにより、再循環されるべき排ガスが過給機側へ供給され、この大容量の過給機の予回転に必要な流量を確保可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７５１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように従来の制御装置によれば、排気再循環技術を適用した内燃機関に備えられている複数の過給機の動作の制御が、回転数と燃料噴射量のみに基づいて実行されている。しかし、回転数及び燃料噴射量が同じであってもＥＧＲ弁の開度が変更されると、過給機側に供給される排ガス量が変更されてしまう。このため、過給機側に実際に供給されている排ガス量に基づいた最適な動作モードを設定することができないおそれがある。
【０００８】
また、制御装置が選択的に設定可能な動作モードは２つであり、運転状態に応じた最適な過給性能を発揮することが難しいおそれがある。特に、再循環される排ガス量を変更可能に構成された内燃機関においては、再循環される排ガス量の全排ガス量に対する割合（所謂ＥＧＲ率）が、過給機側に供給される排ガス量を決める重要な要素であり、このＥＧＲ率の変化に応じてキメ細かい過給機の制御を実行可能にすることが求められている。
【０００９】
更に、従来の制御装置によれば、動作モードの移行時に過給機を予回転させるに際し、ＥＧＲ弁の開度を変えて再循環されるべき排ガス量を変更するようにしている。前述したように、ＥＧＲ弁の開度は元来、ＮＯｘ排出量を所望値に抑えることを目的にして調整されている。このため、過給機の動作モードの移行のためにＥＧＲ弁の開度が変更されると、この元来の目的を達成することができなくなるおそれがある。
【００１０】
そこで本発明は、排ガスを再循環させる技術を適用した過給機付内燃機関において、運転状態によらず高い過給性能を発揮させることを目的とし、過給機通過風量が大きく減少する高ＥＧＲ率の運転時であっても高い過給性能を発揮させることを目的としている。更には、過給機の動作の制御と、ＥＧＲ率を決める制御との干渉を防ぐことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る過給機付内燃機関の排気再循環システムは、内燃機関からの排ガスを導く排気通路と、前記排気通路に対して並列接続された複数の過給機と、前記複数の過給機より発生する圧縮ガスを前記内燃機関に供給するための給気又は掃気通路と、前記排気通路と前記給気又は掃気通路とをバイパスするＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れる排ガス量の全排ガス量に対する割合であるＥＧＲ率を調整する制御を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は更に、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に応じて、前記複数の過給機のそれぞれを動作させるか否かを決定する制御を実行する構成であることを特徴としている。
【００１２】
このような構成とすることにより、ＥＧＲ率が変更されて過給機側に供給される排ガス量が変化したとしても、その排ガス量の変化に追従して最適な過給機の動作態様を選択することができるようになる。また、複数の過給機のそれぞれについて、これを動作させるか否かを決定するようにしているため、動作させる過給機の組み合わせが多様化する。このため、内燃機関の負荷及びＥＧＲ率に応じて、キメ細く過給機の動作態様を変更することができ、そのときの運転状態に応じてできる限り高い過給性能を発揮させることができるようになる。
【００１３】
前記排気通路には、前記内燃機関から延びる排気集合通路と、該排気集合通路より互いに分岐して前記複数の過給機の各々に接続される複数の排気分岐通路とが含まれ、前記各排気分岐通路に設けられた排気開閉弁を更に備え、前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐排気通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐排気通路を閉鎖するよう、複数の前記排気開閉弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、上記のように、複数の過給機のそれぞれについてこれを動作させるか否かを選択するための構成を実現することができる。
【００１４】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、前記各分岐通路に設けられた開閉弁を更に備え、前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう、複数の前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、動作させるべき過給機からの圧縮ガスが給気又は掃気通路を介して内燃機関に供給されるようになると共に、停止させるべき過給機にこの圧縮ガスが逆流するのを防ぐことができる。
【００１５】
前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路を更に備え、前記制御装置は、前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行する構成であってもよい。これにより、始動すべき過給機の予回転に、排ガスを利用する必要がなくなる。つまり、例えばＥＧＲ率を小さくして再循環されるべき排ガスを過給機側に回すような必要がなくなる。このように、過給機の動作の制御が、ＮＯｘ排出量を低減することを目的としたＥＧＲ率を決める制御に干渉するのを避けることができる。
【００１６】
前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁を更に備え、前記制御装置は、前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、始動すべき過給機を予回転させているときに、サージングが発生するのを避けることができる。
【００１７】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、前記各分岐通路に設けられた開閉弁と、前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路と、前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁とを更に備え、前記制御装置は、前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行すると共に、少なくとも前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動すると共に前記始動すべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動すると共に当該分岐通路を開放するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、始動すべき過給機を予回転させているときに、当該過給機のコンプレッサからの圧縮ガスが内燃機関に供給されるのを防ぐことができ、内燃機関の挙動が不安定になるのを避けることができる。また、過給機の予回転時に他の過給機からの圧縮ガスが逆流するのを防止することができ、過給機の予回転を安定して行わせることができる。
【００１８】
前記複数の過給機の容量が互いに相違していてもよい。これにより、例えば部分負荷時には容量の小さい過給機を動作させ、中高負荷時には容量の大きい過給機を動作させるなどの制御が実行可能となり、運転状態の変化に関わらず高い過給性能を発揮させることができるようになる。
【００１９】
前記制御装置は、前記ＥＧＲ率を所定の下限値と所定の上限値との間の範囲で調整する制御を実行し、前記複数の過給機のうち最小容量の過給機は、前記内燃機関の負荷が低負荷であり前記ＥＧＲ率を前記上限値に調整したときに当該過給機まで導かれる排ガスの流量に基づいて、その容量が設定されていてもよい。内燃機関が低負荷であってＥＧＲ率が上限値に設定されているときとは、過給機側に供給される排ガスの流量が最も小さくなる状況である。このような状況に合わせて過給機の容量を設定していることにより、このような状況においても高い過給性能を発揮することができるようになる。
【００２０】
前記複数の過給機が、第１の過給機と、該第１の過給機と比べて容量の小さい第２の過給機とからなり、前記制御装置は、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に基づいて、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させる状態、前記第１の過給機のみを動作させる状態、及び前記第２の過給機のみを動作させる状態のうちいずれか１つの状態を選択する制御を実行する構成であってもよい。これにより、２つの過給機を備える内燃機関において、運転状態に応じた過給機の動作の制御をキメ細かく実行することができる。
【００２１】
前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力を調整するための可変ノズルを更に備え、前記制御装置は、前記ＥＧＲ率が０であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、前記ＥＧＲ率が０より大きく所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、且つ前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力が所定の必要圧力以上となるよう前記可変ノズルを動作させる制御を実行する構成であってもよい。これにより、再循環されるべき排ガス量が０であって、全排ガスが過給機に供給される状況においては、少なくとも大容量の第１の過給機を動作させることにより、できる限り高い過給性能を発揮することができる。この第１の過給機に可変ノズルを設けておけば、ＥＧＲ率が０から徐々に増加したときに、この可変ノズルの動作によって最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００２２】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値以上であって、前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させ、前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第１の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であってもよい。これにより、内燃機関の負荷が高負荷の状態にあるときにおいて、ＥＧＲ率が低い又は０であるときには、過給機側に比較的大量の排ガスが供給されるため、２つの過給機を共に動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。ＥＧＲ率が高いときには、小容量の第２の過給機を停止することにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００２３】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値未満であって、前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１の過給機のみを動作させ、前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第２の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であってもよい。これにより、内燃機関の負荷が低負荷の状態にあるときにおいて、ＥＧＲ率が高いときには、過給機側に供給される排ガスの量が少なくなるため、小容量の第２の過給機のみを動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。ＥＧＲ率が低い又は０であるときには、第２の過給機に替えて第１の過給機のみを動作させることにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明によると、排ガスを再循環させる技術を適用した過給機付内燃機関において、内燃機関の負荷及びＥＧＲ率等の運転状態に応じて高い過給性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る排気再循環システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すシステムの制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の負荷及びＥＧＲ率と、過給機の動作態様との対応関係についての説明図である。
【図４】図２に示すターボ制御部が実行するターボ制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ＥＧＲ率とＮＯｘ排出率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、これら図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示す本発明の実施形態に係る排気再循環システム（以下単に「システム」と呼ぶ）１は、過給機を備えた内燃機関２に適用されている。この内燃機関２は、２サイクルエンジン及び４サイクルエンジンの何れでもよく、ガソリンエンジン、ガスエンジン及びディーゼルエンジンの何れでもよい。また、この内燃機関２は、四輪車や船舶等の輸送機だけでなくその他様々な機器の原動機として利用され得る。ここでは便宜的に、舶用２サイクルディーゼルエンジンであるものとして説明する。
【００２７】
内燃機関２は図示しない燃焼室を有し、該燃焼室からは排ガスを導くための排気通路３が延びている。排気通路３は、内燃機関２から延びる１系統の集合排気通路４と、この集合排気通路４から互いに分かれて延びる２つの分岐排気通路５Ａ，５Ｂとを有している。
【００２８】
各分岐排気通路５Ａ，５Ｂには、過給機６Ａ，６Ｂがそれぞれ接続されている。言い換えると、本システム１は２つの過給機６Ａ，６Ｂを備えており、これら過給機６Ａ，６Ｂは、分岐排気通路５Ａ，５Ｂを介して集合排気通路４に対し並列的に接続されている。
【００２９】
これら２つの過給機６Ａ，６Ｂは互いに容量が相違しており、以降では、大容量の過給機６Ａを「第１過給機６Ａ」、小容量の過給機６Ｂを「第２過給機６Ｂ」と呼ぶ。また、第１過給機６Ａに接続された分岐排気通路５Ａを「第１分岐排気通路５Ａ」、第２過給機６Ｂに接続された分岐排気通路５Ｂを「第２分岐排気通路５Ｂ」と呼ぶ。
【００３０】
第１過給機６Ａはタービン７Ａ及びコンプレッサ８Ａを有しており、タービン７Ａは、第１分岐排気通路５Ａを流れる排ガスによって回転される。コンプレッサ８Ａは、タービン７Ａの回転トルクが伝達されることによって回転し、これによりコンプレッサ８Ａで空気が圧縮される。タービン７Ａの入口部には、タービン７Ａに流入する排ガスの流路断面を変化させる可変ノズル９Ａが設けられており、この可変ノズル９Ａの動作によってコンプレッサ８Ａより流出する圧縮ガスの圧力を調整可能になっている。
【００３１】
第２過給機６Ｂの構造は可変ノズルを有していない点を除いて第１過給機６Ａと同一であるため、その重複説明を省略する。図１中の符号７Ｂ，８Ｂは、第２過給機６Ｂのタービン及びコンプレッサである。
【００３２】
過給機６Ａ，６Ｂには、過給機６Ａ，６Ｂからの圧縮ガスを内燃機関２の燃焼室へ供給する掃気通路１０が接続されている。なお、内燃機関が４サイクルエンジンである場合には、これら過給機は給気通路に接続されることとなる。
【００３３】
掃気通路１０は、第１過給機６Ａのコンプレッサ８Ａ側から延びる第１分岐掃気通路１１Ａと、第２過給機６Ｂのコンプレッサ８Ｂ側から延びる第２分岐掃気通路１１Ｂと、これら分岐掃気通路１１Ａ，１１Ｂが集合して内燃機関２に向けて１系統で延びる集合掃気通路１２とを有している。つまり、２つの過給機６Ａ，６Ｂは、分岐掃気通路１１Ａ，１１Ｂを介して集合掃気通路１２に対しても並列的に接続されている。
【００３４】
このため本システム１によれば、各過給機６Ａ，６Ｂは、内燃機関２から排出されて排気通路３を流れる排ガスのエネルギーを使って空気を圧縮し、その高温の圧縮ガスを掃気通路１０を介して内燃機関２へと供給することができる。集合掃気通路１２にはエアクーラ１３が設けられており、過給機６Ａ，６Ｂからの高温の圧縮ガスは、このエアクーラ１３において冷却された上で内燃機関２に供給されるようになっている。
【００３５】
本システム１は、第１分岐排気通路５Ａを開閉する第１排気開閉弁１４Ａと、第２分岐排気通路５Ｂを開閉する第２排気開閉弁１４Ｂとを備えている。第１排気開閉弁１４Ａが第１分岐排気通路５Ａを開放する状態にあると、第１分岐排気通路５Ａを介して排ガスが第１過給機６Ａに供給され、第１過給機６Ａを動作させることができる。逆に第１排気開閉弁１４Ａが第１分岐排気通路５Ａを閉鎖する状態にあると、第１過給機６Ａを停止させることができる。第２排気開閉弁１４Ｂの状態と、第２過給機６Ｂの動作との関係もこれと同様である。
【００３６】
また、各分岐排気通路５Ａ，５Ｂには、圧縮器１５が発生する圧縮空気を蓄圧するリザーバ１６から延びる過給機予回転用の圧縮空気通路１７が接続されている。この予回転用の圧縮空気通路１７は、リザーバ１６から延びる集合圧縮空気通路１８と、集合圧縮空気通路１８から分岐して第１分岐排気通路５Ａに接続された第１分岐圧縮空気通路１９Ａと、第２分岐排気通路５Ｂに接続された第２分岐圧縮空気通路１９Ｂとを有している。
【００３７】
なお、リザーバ１６は過給機の予回転に専用のものとしてもよいし、他の機器を駆動するためのものと併用されていてもよい。船舶には、圧縮空気を利用して駆動される機器が多数あり、これに対応してリザーバが配設されている。そのため、内燃機関２近傍に配置されたリザーバの一つを、過給機の予回転に容易に利用可能であり、過給機の予回転に専用のリザーバを設ける必要性が少ない。
【００３８】
各分岐圧縮空気通路１９Ａ，１９Ｂの下流端は、第１分岐排気通路５Ａ及び第２分岐排気通路５Ｂにそれぞれ接続されており、リザーバ１６に蓄えられている圧縮空気を各過給機６Ａ，６Ｂのタービン７Ａ，７Ｂに供給することができる。言い換えると、２つの過給機６Ａ，６Ｂは、分岐排気通路５Ａ，５Ｂ及び分岐圧縮空気通路１９Ａ，１９Ｂを介し、リザーバ１６に対して並列的に接続されている。
【００３９】
本システム１は、第１分岐圧縮空気通路１９Ａを開閉する第１圧縮空気開閉弁２０Ａと、第２分岐圧縮空気通路１９Ｂを開閉する第２圧縮空気開閉弁２０Ｂとを備えている。第１圧縮空気開閉弁２０Ａが第１分岐圧縮空気通路１９Ａを開放する状態にあると、圧縮空気が第１過給機６Ａのタービン７Ａに供給され、該圧縮空気によってタービン７Ａを回転させることができる。逆に第１圧縮空気開閉弁２０Ａが第１分岐圧縮空気通路１９Ａを閉鎖する状態にあると、圧縮空気をタービン７Ａへ供給することができなくなる。なお、第２圧縮空気開閉弁１９Ｂの状態と、第２過給機６Ｂのタービン７Ｂの動作との関係もこれと同様である。
【００４０】
過給機６Ａ，６Ｂのコンプレッサ８Ａ，８Ｂに接続されている各分岐掃気通路１１Ａ，１１Ｂには、圧縮ガスを大気に開放するための第１及び第２逃がし通路２２Ａ，２２Ｂがそれぞれ接続されており、本システム１は、第１逃がし通路２２Ａを開閉する第１逃がし弁２３Ａと、第２逃がし通路２２Ｂを開閉する第２逃がし弁２３Ｂとを備えている。第１逃がし弁２３Ａが第１逃がし通路２２Ａを開放する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスが第１逃がし通路２２Ａを介して外部に放出される。逆に、第１逃がし弁２３Ａが第１逃がし通路２２Ａを閉鎖する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスが外部に放出されるのを防止することができる。更に、本システム１は、第１分岐掃気通路１１Ａを開閉する第１掃気開閉弁２４Ａと、第２分岐掃気通路１１Ｂを開閉する第２掃気開閉弁２４Ｂとを備えている。第１掃気開閉弁２４Ａが第１分岐掃気通路１１Ａを開放する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスを集合掃気通路１２へ供給することができる。逆に第１掃気開閉弁２４Ａが第１分岐掃気通路１１Ａを閉鎖する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスを集合掃気通路１２へ供給することができなくなる。なお、第２逃がし弁２３Ｂ及び第２掃気開閉弁２４Ｂの状態と、第２分岐掃気通路１１Ｂ内の圧縮ガスの挙動との関係もこれと同様である。
【００４１】
集合排気通路４は、ＥＧＲ通路２５を介して集合掃気通路１２とバイパス接続されている。このため、内燃機関２からの排ガスは、各過給機６Ａ，６Ｂを経由することなく、このＥＧＲ通路２５を介して掃気通路１０へと導かれ、内燃機関２へと再循環され得るようになっている。すなわち、本システム１は、ＥＧＲ通路が排気通路のうち過給機に対して上流側の部分と、給気又は掃気通路のうち過給機に対して下流側の部分とをバイパスする所謂高圧ＥＧＲの技術が適用されており、そのためコンプレッサ８Ａ，８Ｂの汚損を防ぎながら排ガスを再循環することができるなどの利点を有している。
【００４２】
このＥＧＲ通路２５上にはＥＧＲ弁２６、スクラバ２７、ブロア２８、及びＥＧＲエアクーラ２９が排気通路３側からこの順で介在している。ＥＧＲ弁２６は例えばバタフライバルブ等によって構成されてその開度が可変となっており、ＥＧＲ弁２６の開度を変更することによってＥＧＲ率が変更され得るようになっている。この「ＥＧＲ率」とは、燃焼室より排気通路３に送り込まれた全排ガス量に対し、ＥＧＲ通路２５を介して内燃機関２へと再循環された排ガス量の割合である。図５を参照して前述したように、ＥＧＲ率を増加させることにより、ＮＯｘ排出率を減少させることができる。その一方、本システム１は所謂高圧ＥＧＲの技術を適用しているため、ＥＧＲ率を増加させると過給機６Ａ，６Ｂ側に供給される排ガス量の減少を招くこととなる。
【００４３】
なお、スクラバ２７は排ガスの脱塵、脱硫及び冷却を行い、再循環される排ガスの清浄化に寄与するデバイスである。ブロア２８は排ガスを昇圧するためのデバイスである。舶用ディーゼルエンジンにおいては再循環される排ガスの圧力よりも掃気圧のほうが高くなりがちであるため、掃気通路への再循環に際して排ガスの圧力をこのブロアによって掃気圧程度に高めることにより、排ガスの再循環を円滑に行わせることができる。なお、ブロア２８の駆動源は、電動モータでもよいし内燃機関２のクランク軸でもよく、また上記第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂとは別の過給機であってもよい。そして、排気通路３からＥＧＲ通路２５に流入した高温の排ガスはＥＧＲエアクーラ２９において冷却された上で掃気通路１０を介して内燃機関２まで再循環されるようになっている。
【００４４】
次に、図２を参照して本システム１の制御系について説明する。本システム１は、内燃機関２の動作を統括的に制御するコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、外部のセンサ及び制御対象のデバイス等と情報の入出力を行うための入出力インターフェース（図示せず）、制御プログラムや入力した情報を記憶するメモリ（図示せず）、及びこの制御プログラムを実行するＣＰＵ（図示せず）を有している。この制御プログラムには、例えば、内燃機関２の負荷を制御するための処理手順を指示する負荷制御のプログラム、ＥＧＲ率を調整するための処理手順を指示するＥＧＲ制御のプログラム、及び過給機６Ａ，６Ｂの動作を制御するための処理手順を指示するターボ制御のプログラム等が含まれる。即ち、コントローラ３０はその機能ブロックとして、内燃機関２の負荷を制御する負荷制御部３１、ＥＧＲ率を調整する制御を実行するＥＧＲ制御部３２、及び過給機６Ａ，６Ｂの動作の制御を実行するターボ制御部３３を有している。コントローラ３０は、これら制御部３１〜３３により実行される制御において参照すべきシステム１の運転状態を検知する種々のセンサと接続されており、これらセンサより運転状態を表す信号がコントローラ３０へと出力されるよう構成されている。
【００４５】
また、コントローラ３０は、各制御部３１〜３３により実行される制御の対象となるデバイスとして、可変ノズル９Ａ、各排気開閉弁１４Ａ，１４Ｂ、予回転用の各圧縮空気開閉弁２０Ａ，２０Ｂ、各逃がし弁２３Ａ，２３Ｂ、各掃気開閉弁２４Ａ，２４Ｂ、ＥＧＲ弁２６、及び燃料噴射装置３５と接続されている。ここで挙げた弁はそれぞれ電気又は空気的手段を用いて駆動され得る弁である。但し、常開弁であるか常閉弁であるかは限定されない。
【００４６】
負荷制御部３１は、システム１の運転状態を表す入力信号に応じて燃料噴射量の指令値を求め、該指令値の燃料噴射量が燃焼室に噴射されるよう燃料噴射装置３５の動作を制御する。これによりコントローラ３０への入力信号に応じて内燃機関２の負荷を制御することができる。
【００４７】
ＥＧＲ制御部３２は、図５に示す関係性に基づきＮＯｘ排出率が所望値となるようＥＧＲ率を調整すべくＥＧＲ弁２６の開度の指令値を求め、ＥＧＲ弁２６の開度が該指令値となるようＥＧＲ弁２６を駆動する制御を実行する。これにより内燃機関２からのＮＯｘ排出量を所望値に抑えることができるようになる。内燃機関２を舶用２サイクルディーゼルエンジンとする本実施形態においては、ＥＧＲ制御部３２により、ＥＧＲ率が例えば０％から３０％の範囲で調整される。
【００４８】
ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて、第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂのそれぞれを動作させるか否かを決定し、該決定に基づいて過給機６Ａ，６Ｂの動作を制御する構成となっている。つまり、ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて、第１及び第２排気開閉弁１４Ａ，１４Ｂを駆動制御、及び可変ノズル９Ａの駆動制御を実行する構成となっている。更にターボ制御部３３は、後述するように、予回転用の各圧縮空気開閉弁２０Ａ，２０Ｂ、各逃がし弁２３Ａ，２３Ｂ、各掃気開閉弁２４Ａ，２４Ｂの駆動制御も併せて実行する構成となっている。ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷を検知するために負荷制御部３１が求めた燃料噴射量の指令値を参照し、ＥＧＲ率を検知するためにＥＧＲ制御部３２が求めたＥＧＲ弁２６の開度の指令値を参照する構成となっている。
【００４９】
図３には内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率と、過給機の動作態様との対応関係を示している。ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷が「高負荷」及び「低負荷」の２つの状態のうち何れであるのかに基づき、且つＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」、「低ＥＧＲ」、「中ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」の４つの状態のうち何れであるのかに基づいて、動作させる過給機を決定する。「高負荷」とは、内燃機関２の負荷がコントローラ３０に予め記憶された所定の負荷閾値以上であることを表し、「低負荷」とは該負荷閾値未満であることを表している。「ＥＧＲ無し」とは、ＥＧＲ弁２６が全閉しておりＥＧＲ率が０であって全排ガスが過給機６Ａ，６Ｂ側に供給される状態であることを表し、「低ＥＧＲ」とは、ＥＧＲ率が０より大きくコントローラ３０に予め記憶された所定の第１ＥＧＲ閾値未満であることを表し、「高ＥＧＲ」とは、ＥＧＲ率が該第１ＥＧＲ閾値よりも大きい値である所定の第２ＥＧＲ閾値以上であることを表し、「中ＥＧＲ」は、ＥＧＲ率が第１ＥＧＲ閾値以上第２ＥＧＲ閾値未満であることを表している。
【００５０】
内燃機関２の負荷が「高負荷」である場合において、ＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」及び「低ＥＧＲ」であれば、第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂの両方を動作させる。但し、「ＥＧＲ無し」であれば、第１過給機６Ａの可変ノズル９Ａの開度を全開状態にする。「低ＥＧＲ」であれば、可変ノズル９Ａを動作させ、可変ノズル９Ａの開度を全開状態よりも小さい所定の開度にする。ＥＧＲ率が「中ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」であれば、第１過給機６Ａのみ動作させて第２過給機６Ｂを停止させる。但し、「中ＥＧＲ」であれば、第１過給機６Ａの可変ノズル９Ａの開度を全開状態にする。「高ＥＧＲ」であれば、可変ノズル９Ａを動作させ、可変ノズル９Ａの開度を全開状態よりも小さい所定の開度にする。
【００５１】
内燃機関２の負荷が「低負荷」である場合において、ＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」及び「低ＥＧＲ」であれば、第１過給機６Ａのみを動作させて第２過給機６Ｂを停止させる。と同時に、可変ノズル９Ａの開度を全開状態よりも小さい所定の開度にする。「高ＥＧＲ」であれば、第２過給機６Ｂのみ動作させて第１過給機６Ａを停止させる。
【００５２】
このように本実施形態では、「低負荷」である場合にはＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」、「低ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」の３つの状態のうち何れであるのかに基づいて過給機の動作態様が決定されるようにしている。内燃機関２の負荷が「低負荷」であって、ＥＧＲ率が上記のようにして定義される「中ＥＧＲ」である場合には、図３に示す「低ＥＧＲ」である場合と同じ動作態様が決定されてもよいし、「高ＥＧＲ」である場合と同じ動作態様が決定されてもよい。なお、内燃機関２の負荷が「高負荷」であるときと「低負荷」であるときとで、ＥＧＲ率の状態を区分するために用いるＥＧＲ閾値の値を異ならせてもよい。
【００５３】
このように、ターボ制御部３３は、ＥＧＲ率が０であるときには、少なくとも第１過給機６Ａを動作させ、ＥＧＲ率が０より大きく所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、少なくとも第１過給機６Ａを動作させると共に、可変ノズル９Ａを動作させる制御を実行する構成となっている。このように、再循環されるべき排ガス量が０であって、全排ガスが過給機側に供給される状況においては、少なくとも大容量の第１過給機６Ａを動作させることにより、高い過給性能を発揮することができる。ＥＧＲ率が０から僅かに増加して「低ＥＧＲ」の状態になったときには可変ノズル９Ａを動作させるが、このときに所定の必要掃気圧となるようにして可変ノズル９Ａを動作させることにより、ＥＧＲ率の変化に追従して最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００５４】
また、ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷が「高負荷」であって、ＥＧＲ率が「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、両方の過給機６Ａ，６Ｂを動作させ、ＥＧＲ率が「中ＥＧＲ」又は「高ＥＧＲ」であるときには、第１過給機６Ａのみを動作させる制御を実行する構成となっている。これにより、「高負荷」であって「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、過給機側に比較的大量の排ガスが供給されるため、２つの過給機６Ａ，６Ｂを共に動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。「中ＥＧＲ」又は「高ＥＧＲ」であるときには、小容量の第２過給機６Ｂを停止することにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００５５】
また、ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷が「低負荷」であって、ＥＧＲ率が「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、第１過給機６Ａのみを動作させ、ＥＧＲ率が「高ＥＧＲ」であるときには、第２過給機６Ｂのみを動作させる制御を実行する構成となっている。これにより、「低負荷」であって「高ＥＧＲ」であるときには、過給機側に供給される排ガスの量が少なくなるため、小容量の第２過給機６Ｂのみを動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、第２過給機６Ｂに替えて大容量の第１過給機６Ａのみを動作させることにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００５６】
このように「低負荷」且つ「高ＥＧＲ」であるときとは、本システム１において過給機側に導かれる排ガス量が最も少なくなるときである。この状況で過給機側に導かれる排ガスの流量をシステム１の設計段階で予め把握しておき、該流量に基づいて第２過給機６Ｂの容量を設定しておくことが好ましい。これにより、排ガス量が最も少なくなるような状況においても、高い過給性能を維持することができるようになる。
【００５７】
ここで、図３の括弧内の数字は、「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」である場合の全排ガス量を１０としたときの、各過給機６Ａ，６Ｂに供給される排ガス量の許容値を表している。言い換えると、各過給機６Ａ，６Ｂは括弧内の数字の分まで排ガスを流せる容量があるということである。このように「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」である場合には、本システム１において過給機側に供給される排ガス量が最大となる。「低負荷」且つ「高ＥＧＲ」である場合には、同排ガス量が最小となるが、ここではその排ガス量が上記最大の排ガス量の２０％となるとする。小容量の第２過給機６Ｂの容量は、このような状況において高い過給性能を発揮し得るように設定される。但し、この割合は単に一例を示すものであり、この値の変化に応じて第２過給機６Ｂの容量も適宜変更される。
【００５８】
そして、第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂの容量の合計が、過給機側に導かれる排ガス量が最大となる「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」である場合に高い過給性能を発揮し得るように設定される。第２過給機６Ｂはこの最大の排ガス量の２０％を分担するとしているため、第１過給機６Ａの容量は、残りの８０％が供給される状況において高い過給性能を発揮し得るように設定されることとなる。
【００５９】
このように、前述した過給機６Ａ，６Ｂの動作態様は、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて決まる過給機側への排ガス供給量に加えて、各過給機６Ａ，６Ｂの容量に基づいて、決定される。
【００６０】
「低負荷」且つ「ＥＧＲ無し」又は「低ＥＧＲ」である場合には、過給機側に供給される排ガス量が減るので、第１過給機６Ａのみを動作させ、この排ガス量の推移に応じて可変ノズル９Ａの開度を変更することにより、できる限り高い過給機性能を維持可能となる。
【００６１】
次に、図４を参照してターボ制御部３３が実行するターボ制御の処理手順について説明する。図４に示すフローは、ターボ制御部３３によって所定の制御周期毎に繰り返し実行されるようになっている。まずターボ制御部３３は、負荷制御部３１及びＥＧＲ制御部３２からの入力に従って内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率を検知する（ステップＳ１）。そして、検知した負荷及びＥＧＲ率をそれぞれ負荷閾値及びＥＧＲ閾値と比較し（ステップＳ２）、内燃機関２の負荷が「高負荷」及び「低負荷」の何れの状態に該当するのかを導出すると共に、ＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」、「低ＥＧＲ」、「中ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」のうち何れの状態に該当するのかを導出する（ステップＳ３）。
【００６２】
次に、ターボ制御部３３は、今回導出された状態が前回導出された状態から変化しているか否かを判断する（ステップＳ４）。状態に変化がなければ（Ｓ４：ＮＯ）、処理を終了して現在設定されている過給機の動作態様を継続する。状態に変化があるときには（Ｓ４：ＹＥＳ）、今回導出された状態と、図３に示した対応関係とに従って、新たな過給機の動作態様を選定する（ステップＳ５）。
【００６３】
そして、現在設定されている過給機の動作態様と、新たに選定された過給機の動作態様とを比較し、これに基づいて現在は停止しているものの新たに選定された動作態様に従って始動させる必要のある過給機が存在するのか否かを判断する（ステップＳ６）。つまり、前回の処理の実行から所定制御周期が経過する間において、例えば「高負荷」且つ「高ＥＧＲ」から「高負荷」且つ「低ＥＧＲ」へと状態が変化した場合、新たに第２過給機６Ｂを始動させる必要がある。他方、例えば「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」から「高負荷」且つ「低ＥＧＲ」へと状態が変化した場合には、過給機の動作態様は変更されるものの新たに始動させる必要のある過給機は存在しない。
【００６４】
始動させる必要のある過給機が存在しない場合には（Ｓ６：ＮＯ）、選定された動作態様に従って各排気開閉弁１４Ａ，１４Ｂ及び各掃気開閉弁２４Ａ，２４Ｂ、可変ノズル９Ａの駆動制御を実行し（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００６５】
新たに始動させる必要のある過給機が存在する場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、この過給機に対応する予回転用の分岐圧縮空気通路及び逃がし通路を開放するよう分岐圧縮空気開閉弁及び逃がし弁をそれぞれ駆動制御する（ステップＳ７）。そして、これらの駆動制御を実行してから所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ８）。
【００６６】
上記のように各通路が開閉された状態が所定時間継続している間、リザーバ１６からの圧縮空気が始動させるべき過給機へと供給され、この過給機のタービンが圧縮空気によって予回転されるようになる。これによりコンプレッサも予回転され、空気が圧縮される。この予回転で発生した圧縮空気の圧力は稼動中の内燃機関２の必要掃気圧よりも低くなりがちである。そこで、掃気通路からコンプレッサへの逆流を防ぐため、分岐掃気通路の掃気開閉弁を閉鎖状態にして過給機を内燃機関２から遮断する。同時に逃がし弁を開状態として逃がし通路を開放し、予回転で発生した低圧の圧縮空気を逃がすことで、サージングの発生を防いでいる。また、予回転のために利用する圧縮空気は排気通路３とは独立した系統より供給されるため、過給機の予回転のために排ガスを利用しなくてもよくなる。そのため、過給機の始動に由来してＥＧＲ率が影響を受けることがなく、過給機の始動がＥＧＲ制御に干渉するのを避けることができ、ＮＯｘ排出量を所望値に維持することができる。
【００６７】
ステップＳ８において所定時間が経過したと判断されると（Ｓ８：ＹＥＳ）、分岐圧縮空気通路及び逃がし通路を閉鎖するよう圧縮空気開閉弁及び逃がし弁をそれぞれ駆動制御し（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進んで、分岐排気通路及び分岐掃気通路を開放するよう排気開閉弁及び掃気開閉弁をそれぞれ駆動制御し、処理を終了する。これにより、排気通路３内の排ガスが予回転した過給機に供給され、この過給機が排ガスの流量に基づいてスムーズに動作するようになる。
【００６８】
これまで本発明の実施形態について説明したが、上記の構成は本発明の範囲内において適宜変更可能である。過給機の数は２個に限られず、排気通路と、掃気又は給気通路とにそれぞれ並列的に接続された３個以上の過給機がシステムに備えられていてもよい。また、可変ノズルを備える過給機の個数は１個に限られず、複数の過給機に可変ノズルが備えられていてもよい。また、過給機の容量は必ずしも互いに相違していなくてもよく、各過給機の容量が互いに同じであってもよい。
【００６９】
また、ＥＧＲ通路上のスクラバ、ブロア、ＥＧＲエアクーラは必要に応じて設けられるものであり、適宜省略可能である。
【００７０】
本実施形態では、内燃機関を舶用２サイクルディーゼルエンジンに適用するとしたが、他の用途の４サイクルエンジン又はガソリンエンジンに適用してもよい。但し、ディーゼルエンジンは、三元触媒を利用してＮＯｘ排出率の低減を図るガソリンエンジンと比べ、ＥＧＲ率がより高く設定される傾向にあり、ＥＧＲ率を入力パラメータとして過給機の動作態様を決めるという本システムを好適に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、過給機通過前の排ガスを再循環させる高圧ＥＧＲ技術を適用した過給機付内燃機関において、運転状態に応じて高い過給性能を発揮させることができるという作用効果を奏し、例えば舶用ディーゼルエンジンに適用すると有益である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 排気再循環システム
２ 内燃機関
３ 排気通路
４ 集合排気通路
５Ａ，５Ｂ 分岐排気通路
６Ａ 第１過給機
６Ｂ 第２過給機
９Ａ 可変ノズル
１０ 掃気通路
１１Ａ，１１Ｂ 分岐掃気通路
１２ 集合掃気通路
１４Ａ，１４Ｂ 排気開閉弁
１６ リザーバ
１７ 圧縮空気通路
２２Ａ，２２Ｂ 逃がし通路
２３Ａ，２３Ｂ 逃がし弁
２４Ａ，２４Ｂ 掃気開閉弁
２５ ＥＧＲ通路
２６ ＥＧＲ弁
３０ コントローラ
３３ ターボ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備えた内燃機関に適用される排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＮＯｘ排出量の低減や燃費の向上を目的として、排ガスを内燃機関に再循環させる技術を適用した内燃機関が知られ、当該技術は一般に「排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation ）」と呼ばれている。この内燃機関においては、排気通路と給気又は掃気通路とをバイパスするＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられ、このＥＧＲ弁の開度を変えることによってＥＧＲ通路を介して再循環される排ガス量を変更可能にしている。内燃機関の制御装置は、図５に示すようにＥＧＲ率が増加するとＮＯｘ排出量が単純減少するという関係に基づき、ＮＯｘ排出量が所望値となるようＥＧＲ弁の開度を調整する制御を実行する。
【０００３】
また、複数の過給機を備えた内燃機関も良く知られている。例えば特許文献１には、内燃機関の回転数に応じて排ガスの流量が変化するという事情に鑑み、互いの容量が異なる２つの過給機を備えた内燃機関が開示されている。この内燃機関には、過給機タービン上流の排ガスを過給機コンプレッサ下流に循環させる、所謂高圧ＥＧＲ技術が用いられている。
【０００４】
この内燃機関の制御装置は、内燃機関の回転数及び燃料噴射量に応じて、小容量の過給機のみを動作させるシングルモード、及び両方の過給機を動作させるツインモードの２つの動作モードから１つを選択的に設定する制御を実行する。これにより、内燃機関の回転数又は燃料噴射量が変化しても、その変化に追従してなるべく高い過給性能が発揮され得るようにしている。
【０００５】
なお、シングルモードからツインモードへ動作モードを移行する時には、停止していた大容量の過給機を始動させなければならない。そこで、この内燃機関の制御装置は、ツインモードへの移行時にＥＧＲ弁を絞る制御を実行する。これにより、再循環されるべき排ガスが過給機側へ供給され、この大容量の過給機の予回転に必要な流量を確保可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７５１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように従来の制御装置によれば、排気再循環技術を適用した内燃機関に備えられている複数の過給機の動作の制御が、回転数と燃料噴射量のみに基づいて実行されている。しかし、回転数及び燃料噴射量が同じであってもＥＧＲ弁の開度が変更されると、過給機側に供給される排ガス量が変更されてしまう。このため、過給機側に実際に供給されている排ガス量に基づいた最適な動作モードを設定することができないおそれがある。
【０００８】
また、制御装置が選択的に設定可能な動作モードは２つであり、運転状態に応じた最適な過給性能を発揮することが難しいおそれがある。特に、再循環される排ガス量を変更可能に構成された内燃機関においては、再循環される排ガス量の全排ガス量に対する割合（所謂ＥＧＲ率）が、過給機側に供給される排ガス量を決める重要な要素であり、このＥＧＲ率の変化に応じてキメ細かい過給機の制御を実行可能にすることが求められている。
【０００９】
更に、従来の制御装置によれば、動作モードの移行時に過給機を予回転させるに際し、ＥＧＲ弁の開度を変えて再循環されるべき排ガス量を変更するようにしている。前述したように、ＥＧＲ弁の開度は元来、ＮＯｘ排出量を所望値に抑えることを目的にして調整されている。このため、過給機の動作モードの移行のためにＥＧＲ弁の開度が変更されると、この元来の目的を達成することができなくなるおそれがある。
【００１０】
そこで本発明は、排ガスを再循環させる技術を適用した過給機付内燃機関において、運転状態によらず高い過給性能を発揮させることを目的とし、過給機通過風量が大きく減少する高ＥＧＲ率の運転時であっても高い過給性能を発揮させることを目的としている。更には、過給機の動作の制御と、ＥＧＲ率を決める制御との干渉を防ぐことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る過給機付内燃機関の排気再循環システムは、内燃機関からの排ガスを導く排気通路と、前記排気通路に対して並列接続された複数の過給機と、前記複数の過給機より発生する圧縮ガスを前記内燃機関に供給するための給気又は掃気通路と、前記排気通路と前記給気又は掃気通路とをバイパスするＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れる排ガス量の全排ガス量に対する割合であるＥＧＲ率を調整する制御を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は更に、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に応じて、前記複数の過給機のそれぞれを動作させるか否かを決定する制御を実行する構成であることを特徴としている。
【００１２】
このような構成とすることにより、ＥＧＲ率が変更されて過給機側に供給される排ガス量が変化したとしても、その排ガス量の変化に追従して最適な過給機の動作態様を選択することができるようになる。また、複数の過給機のそれぞれについて、これを動作させるか否かを決定するようにしているため、動作させる過給機の組み合わせが多様化する。このため、内燃機関の負荷及びＥＧＲ率に応じて、キメ細く過給機の動作態様を変更することができ、そのときの運転状態に応じてできる限り高い過給性能を発揮させることができるようになる。
【００１３】
前記排気通路には、前記内燃機関から延びる排気集合通路と、該排気集合通路より互いに分岐して前記複数の過給機の各々に接続される複数の排気分岐通路とが含まれ、前記各排気分岐通路に設けられた排気開閉弁を更に備え、前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐排気通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐排気通路を閉鎖するよう、複数の前記排気開閉弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、上記のように、複数の過給機のそれぞれについてこれを動作させるか否かを選択するための構成を実現することができる。
【００１４】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、前記各分岐通路に設けられた開閉弁を更に備え、前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう、複数の前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、動作させるべき過給機からの圧縮ガスが給気又は掃気通路を介して内燃機関に供給されるようになると共に、停止させるべき過給機にこの圧縮ガスが逆流するのを防ぐことができる。
【００１５】
前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路を更に備え、前記制御装置は、前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行する構成であってもよい。これにより、始動すべき過給機の予回転に、排ガスを利用する必要がなくなる。つまり、例えばＥＧＲ率を小さくして再循環されるべき排ガスを過給機側に回すような必要がなくなる。このように、過給機の動作の制御が、ＮＯｘ排出量を低減することを目的としたＥＧＲ率を決める制御に干渉するのを避けることができる。
【００１６】
前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁を更に備え、前記制御装置は、前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、始動すべき過給機を予回転させているときに、サージングが発生するのを避けることができる。
【００１７】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、前記各分岐通路に設けられた開閉弁と、前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路と、前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁とを更に備え、前記制御装置は、前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行すると共に、少なくとも前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動すると共に前記始動すべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動すると共に当該分岐通路を開放するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であってもよい。これにより、始動すべき過給機を予回転させているときに、当該過給機のコンプレッサからの圧縮ガスが内燃機関に供給されるのを防ぐことができ、内燃機関の挙動が不安定になるのを避けることができる。また、過給機の予回転時に他の過給機からの圧縮ガスが逆流するのを防止することができ、過給機の予回転を安定して行わせることができる。
【００１８】
前記複数の過給機の容量が互いに相違していてもよい。これにより、例えば部分負荷時には容量の小さい過給機を動作させ、中高負荷時には容量の大きい過給機を動作させるなどの制御が実行可能となり、運転状態の変化に関わらず高い過給性能を発揮させることができるようになる。
【００１９】
前記制御装置は、前記ＥＧＲ率を所定の下限値と所定の上限値との間の範囲で調整する制御を実行し、前記複数の過給機のうち最小容量の過給機は、前記内燃機関の負荷が低負荷であり前記ＥＧＲ率を前記上限値に調整したときに当該過給機まで導かれる排ガスの流量に基づいて、その容量が設定されていてもよい。内燃機関が低負荷であってＥＧＲ率が上限値に設定されているときとは、過給機側に供給される排ガスの流量が最も小さくなる状況である。このような状況に合わせて過給機の容量を設定していることにより、このような状況においても高い過給性能を発揮することができるようになる。
【００２０】
前記複数の過給機が、第１の過給機と、該第１の過給機と比べて容量の小さい第２の過給機とからなり、前記制御装置は、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に基づいて、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させる状態、前記第１の過給機のみを動作させる状態、及び前記第２の過給機のみを動作させる状態のうちいずれか１つの状態を選択する制御を実行する構成であってもよい。これにより、２つの過給機を備える内燃機関において、運転状態に応じた過給機の動作の制御をキメ細かく実行することができる。
【００２１】
前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力を調整するための可変ノズルを更に備え、前記制御装置は、前記ＥＧＲ率が０であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、前記ＥＧＲ率が０より大きく所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、且つ前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力が所定の必要圧力以上となるよう前記可変ノズルを動作させる制御を実行する構成であってもよい。これにより、再循環されるべき排ガス量が０であって、全排ガスが過給機に供給される状況においては、少なくとも大容量の第１の過給機を動作させることにより、できる限り高い過給性能を発揮することができる。この第１の過給機に可変ノズルを設けておけば、ＥＧＲ率が０から徐々に増加したときに、この可変ノズルの動作によって最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００２２】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値以上であって、前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させ、前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第１の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であってもよい。これにより、内燃機関の負荷が高負荷の状態にあるときにおいて、ＥＧＲ率が低い又は０であるときには、過給機側に比較的大量の排ガスが供給されるため、２つの過給機を共に動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。ＥＧＲ率が高いときには、小容量の第２の過給機を停止することにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００２３】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値未満であって、前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１の過給機のみを動作させ、前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第２の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であってもよい。これにより、内燃機関の負荷が低負荷の状態にあるときにおいて、ＥＧＲ率が高いときには、過給機側に供給される排ガスの量が少なくなるため、小容量の第２の過給機のみを動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。ＥＧＲ率が低い又は０であるときには、第２の過給機に替えて第１の過給機のみを動作させることにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明によると、排ガスを再循環させる技術を適用した過給機付内燃機関において、内燃機関の負荷及びＥＧＲ率等の運転状態に応じて高い過給性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る排気再循環システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すシステムの制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の負荷及びＥＧＲ率と、過給機の動作態様との対応関係についての説明図である。
【図４】図２に示すターボ制御部が実行するターボ制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ＥＧＲ率とＮＯｘ排出率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、これら図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示す本発明の実施形態に係る排気再循環システム（以下単に「システム」と呼ぶ）１は、過給機を備えた内燃機関２に適用されている。この内燃機関２は、２サイクルエンジン及び４サイクルエンジンの何れでもよく、ガソリンエンジン、ガスエンジン及びディーゼルエンジンの何れでもよい。また、この内燃機関２は、四輪車や船舶等の輸送機だけでなくその他様々な機器の原動機として利用され得る。ここでは便宜的に、舶用２サイクルディーゼルエンジンであるものとして説明する。
【００２７】
内燃機関２は図示しない燃焼室を有し、該燃焼室からは排ガスを導くための排気通路３が延びている。排気通路３は、内燃機関２から延びる１系統の集合排気通路４と、この集合排気通路４から互いに分かれて延びる２つの分岐排気通路５Ａ，５Ｂとを有している。
【００２８】
各分岐排気通路５Ａ，５Ｂには、過給機６Ａ，６Ｂがそれぞれ接続されている。言い換えると、本システム１は２つの過給機６Ａ，６Ｂを備えており、これら過給機６Ａ，６Ｂは、分岐排気通路５Ａ，５Ｂを介して集合排気通路４に対し並列的に接続されている。
【００２９】
これら２つの過給機６Ａ，６Ｂは互いに容量が相違しており、以降では、大容量の過給機６Ａを「第１過給機６Ａ」、小容量の過給機６Ｂを「第２過給機６Ｂ」と呼ぶ。また、第１過給機６Ａに接続された分岐排気通路５Ａを「第１分岐排気通路５Ａ」、第２過給機６Ｂに接続された分岐排気通路５Ｂを「第２分岐排気通路５Ｂ」と呼ぶ。
【００３０】
第１過給機６Ａはタービン７Ａ及びコンプレッサ８Ａを有しており、タービン７Ａは、第１分岐排気通路５Ａを流れる排ガスによって回転される。コンプレッサ８Ａは、タービン７Ａの回転トルクが伝達されることによって回転し、これによりコンプレッサ８Ａで空気が圧縮される。タービン７Ａの入口部には、タービン７Ａに流入する排ガスの流路断面を変化させる可変ノズル９Ａが設けられており、この可変ノズル９Ａの動作によってコンプレッサ８Ａより流出する圧縮ガスの圧力を調整可能になっている。
【００３１】
第２過給機６Ｂの構造は可変ノズルを有していない点を除いて第１過給機６Ａと同一であるため、その重複説明を省略する。図１中の符号７Ｂ，８Ｂは、第２過給機６Ｂのタービン及びコンプレッサである。
【００３２】
過給機６Ａ，６Ｂには、過給機６Ａ，６Ｂからの圧縮ガスを内燃機関２の燃焼室へ供給する掃気通路１０が接続されている。なお、内燃機関が４サイクルエンジンである場合には、これら過給機は給気通路に接続されることとなる。
【００３３】
掃気通路１０は、第１過給機６Ａのコンプレッサ８Ａ側から延びる第１分岐掃気通路１１Ａと、第２過給機６Ｂのコンプレッサ８Ｂ側から延びる第２分岐掃気通路１１Ｂと、これら分岐掃気通路１１Ａ，１１Ｂが集合して内燃機関２に向けて１系統で延びる集合掃気通路１２とを有している。つまり、２つの過給機６Ａ，６Ｂは、分岐掃気通路１１Ａ，１１Ｂを介して集合掃気通路１２に対しても並列的に接続されている。
【００３４】
このため本システム１によれば、各過給機６Ａ，６Ｂは、内燃機関２から排出されて排気通路３を流れる排ガスのエネルギーを使って空気を圧縮し、その高温の圧縮ガスを掃気通路１０を介して内燃機関２へと供給することができる。集合掃気通路１２にはエアクーラ１３が設けられており、過給機６Ａ，６Ｂからの高温の圧縮ガスは、このエアクーラ１３において冷却された上で内燃機関２に供給されるようになっている。
【００３５】
本システム１は、第１分岐排気通路５Ａを開閉する第１排気開閉弁１４Ａと、第２分岐排気通路５Ｂを開閉する第２排気開閉弁１４Ｂとを備えている。第１排気開閉弁１４Ａが第１分岐排気通路５Ａを開放する状態にあると、第１分岐排気通路５Ａを介して排ガスが第１過給機６Ａに供給され、第１過給機６Ａを動作させることができる。逆に第１排気開閉弁１４Ａが第１分岐排気通路５Ａを閉鎖する状態にあると、第１過給機６Ａを停止させることができる。第２排気開閉弁１４Ｂの状態と、第２過給機６Ｂの動作との関係もこれと同様である。
【００３６】
また、各分岐排気通路５Ａ，５Ｂには、圧縮器１５が発生する圧縮空気を蓄圧するリザーバ１６から延びる過給機予回転用の圧縮空気通路１７が接続されている。この予回転用の圧縮空気通路１７は、リザーバ１６から延びる集合圧縮空気通路１８と、集合圧縮空気通路１８から分岐して第１分岐排気通路５Ａに接続された第１分岐圧縮空気通路１９Ａと、第２分岐排気通路５Ｂに接続された第２分岐圧縮空気通路１９Ｂとを有している。
【００３７】
なお、リザーバ１６は過給機の予回転に専用のものとしてもよいし、他の機器を駆動するためのものと併用されていてもよい。船舶には、圧縮空気を利用して駆動される機器が多数あり、これに対応してリザーバが配設されている。そのため、内燃機関２近傍に配置されたリザーバの一つを、過給機の予回転に容易に利用可能であり、過給機の予回転に専用のリザーバを設ける必要性が少ない。
【００３８】
各分岐圧縮空気通路１９Ａ，１９Ｂの下流端は、第１分岐排気通路５Ａ及び第２分岐排気通路５Ｂにそれぞれ接続されており、リザーバ１６に蓄えられている圧縮空気を各過給機６Ａ，６Ｂのタービン７Ａ，７Ｂに供給することができる。言い換えると、２つの過給機６Ａ，６Ｂは、分岐排気通路５Ａ，５Ｂ及び分岐圧縮空気通路１９Ａ，１９Ｂを介し、リザーバ１６に対して並列的に接続されている。
【００３９】
本システム１は、第１分岐圧縮空気通路１９Ａを開閉する第１圧縮空気開閉弁２０Ａと、第２分岐圧縮空気通路１９Ｂを開閉する第２圧縮空気開閉弁２０Ｂとを備えている。第１圧縮空気開閉弁２０Ａが第１分岐圧縮空気通路１９Ａを開放する状態にあると、圧縮空気が第１過給機６Ａのタービン７Ａに供給され、該圧縮空気によってタービン７Ａを回転させることができる。逆に第１圧縮空気開閉弁２０Ａが第１分岐圧縮空気通路１９Ａを閉鎖する状態にあると、圧縮空気をタービン７Ａへ供給することができなくなる。なお、第２圧縮空気開閉弁１９Ｂの状態と、第２過給機６Ｂのタービン７Ｂの動作との関係もこれと同様である。
【００４０】
過給機６Ａ，６Ｂのコンプレッサ８Ａ，８Ｂに接続されている各分岐掃気通路１１Ａ，１１Ｂには、圧縮ガスを大気に開放するための第１及び第２逃がし通路２２Ａ，２２Ｂがそれぞれ接続されており、本システム１は、第１逃がし通路２２Ａを開閉する第１逃がし弁２３Ａと、第２逃がし通路２２Ｂを開閉する第２逃がし弁２３Ｂとを備えている。第１逃がし弁２３Ａが第１逃がし通路２２Ａを開放する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスが第１逃がし通路２２Ａを介して外部に放出される。逆に、第１逃がし弁２３Ａが第１逃がし通路２２Ａを閉鎖する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスが外部に放出されるのを防止することができる。更に、本システム１は、第１分岐掃気通路１１Ａを開閉する第１掃気開閉弁２４Ａと、第２分岐掃気通路１１Ｂを開閉する第２掃気開閉弁２４Ｂとを備えている。第１掃気開閉弁２４Ａが第１分岐掃気通路１１Ａを開放する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスを集合掃気通路１２へ供給することができる。逆に第１掃気開閉弁２４Ａが第１分岐掃気通路１１Ａを閉鎖する状態にあると、第１分岐掃気通路１１Ａ内の圧縮ガスを集合掃気通路１２へ供給することができなくなる。なお、第２逃がし弁２３Ｂ及び第２掃気開閉弁２４Ｂの状態と、第２分岐掃気通路１１Ｂ内の圧縮ガスの挙動との関係もこれと同様である。
【００４１】
集合排気通路４は、ＥＧＲ通路２５を介して集合掃気通路１２とバイパス接続されている。このため、内燃機関２からの排ガスは、各過給機６Ａ，６Ｂを経由することなく、このＥＧＲ通路２５を介して掃気通路１０へと導かれ、内燃機関２へと再循環され得るようになっている。すなわち、本システム１は、ＥＧＲ通路が排気通路のうち過給機に対して上流側の部分と、給気又は掃気通路のうち過給機に対して下流側の部分とをバイパスする所謂高圧ＥＧＲの技術が適用されており、そのためコンプレッサ８Ａ，８Ｂの汚損を防ぎながら排ガスを再循環することができるなどの利点を有している。
【００４２】
このＥＧＲ通路２５上にはＥＧＲ弁２６、スクラバ２７、ブロア２８、及びＥＧＲエアクーラ２９が排気通路３側からこの順で介在している。ＥＧＲ弁２６は例えばバタフライバルブ等によって構成されてその開度が可変となっており、ＥＧＲ弁２６の開度を変更することによってＥＧＲ率が変更され得るようになっている。この「ＥＧＲ率」とは、燃焼室より排気通路３に送り込まれた全排ガス量に対し、ＥＧＲ通路２５を介して内燃機関２へと再循環された排ガス量の割合である。図５を参照して前述したように、ＥＧＲ率を増加させることにより、ＮＯｘ排出率を減少させることができる。その一方、本システム１は所謂高圧ＥＧＲの技術を適用しているため、ＥＧＲ率を増加させると過給機６Ａ，６Ｂ側に供給される排ガス量の減少を招くこととなる。
【００４３】
なお、スクラバ２７は排ガスの脱塵、脱硫及び冷却を行い、再循環される排ガスの清浄化に寄与するデバイスである。ブロア２８は排ガスを昇圧するためのデバイスである。舶用ディーゼルエンジンにおいては再循環される排ガスの圧力よりも掃気圧のほうが高くなりがちであるため、掃気通路への再循環に際して排ガスの圧力をこのブロアによって掃気圧程度に高めることにより、排ガスの再循環を円滑に行わせることができる。なお、ブロア２８の駆動源は、電動モータでもよいし内燃機関２のクランク軸でもよく、また上記第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂとは別の過給機であってもよい。そして、排気通路３からＥＧＲ通路２５に流入した高温の排ガスはＥＧＲエアクーラ２９において冷却された上で掃気通路１０を介して内燃機関２まで再循環されるようになっている。
【００４４】
次に、図２を参照して本システム１の制御系について説明する。本システム１は、内燃機関２の動作を統括的に制御するコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、外部のセンサ及び制御対象のデバイス等と情報の入出力を行うための入出力インターフェース（図示せず）、制御プログラムや入力した情報を記憶するメモリ（図示せず）、及びこの制御プログラムを実行するＣＰＵ（図示せず）を有している。この制御プログラムには、例えば、内燃機関２の負荷を制御するための処理手順を指示する負荷制御のプログラム、ＥＧＲ率を調整するための処理手順を指示するＥＧＲ制御のプログラム、及び過給機６Ａ，６Ｂの動作を制御するための処理手順を指示するターボ制御のプログラム等が含まれる。即ち、コントローラ３０はその機能ブロックとして、内燃機関２の負荷を制御する負荷制御部３１、ＥＧＲ率を調整する制御を実行するＥＧＲ制御部３２、及び過給機６Ａ，６Ｂの動作の制御を実行するターボ制御部３３を有している。コントローラ３０は、これら制御部３１〜３３により実行される制御において参照すべきシステム１の運転状態を検知する種々のセンサと接続されており、これらセンサより運転状態を表す信号がコントローラ３０へと出力されるよう構成されている。
【００４５】
また、コントローラ３０は、各制御部３１〜３３により実行される制御の対象となるデバイスとして、可変ノズル９Ａ、各排気開閉弁１４Ａ，１４Ｂ、予回転用の各圧縮空気開閉弁２０Ａ，２０Ｂ、各逃がし弁２３Ａ，２３Ｂ、各掃気開閉弁２４Ａ，２４Ｂ、ＥＧＲ弁２６、及び燃料噴射装置３５と接続されている。ここで挙げた弁はそれぞれ電気又は空気的手段を用いて駆動され得る弁である。但し、常開弁であるか常閉弁であるかは限定されない。
【００４６】
負荷制御部３１は、システム１の運転状態を表す入力信号に応じて燃料噴射量の指令値を求め、該指令値の燃料噴射量が燃焼室に噴射されるよう燃料噴射装置３５の動作を制御する。これによりコントローラ３０への入力信号に応じて内燃機関２の負荷を制御することができる。
【００４７】
ＥＧＲ制御部３２は、図５に示す関係性に基づきＮＯｘ排出率が所望値となるようＥＧＲ率を調整すべくＥＧＲ弁２６の開度の指令値を求め、ＥＧＲ弁２６の開度が該指令値となるようＥＧＲ弁２６を駆動する制御を実行する。これにより内燃機関２からのＮＯｘ排出量を所望値に抑えることができるようになる。内燃機関２を舶用２サイクルディーゼルエンジンとする本実施形態においては、ＥＧＲ制御部３２により、ＥＧＲ率が例えば０％から３０％の範囲で調整される。
【００４８】
ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて、第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂのそれぞれを動作させるか否かを決定し、該決定に基づいて過給機６Ａ，６Ｂの動作を制御する構成となっている。つまり、ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて、第１及び第２排気開閉弁１４Ａ，１４Ｂを駆動制御、及び可変ノズル９Ａの駆動制御を実行する構成となっている。更にターボ制御部３３は、後述するように、予回転用の各圧縮空気開閉弁２０Ａ，２０Ｂ、各逃がし弁２３Ａ，２３Ｂ、各掃気開閉弁２４Ａ，２４Ｂの駆動制御も併せて実行する構成となっている。ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷を検知するために負荷制御部３１が求めた燃料噴射量の指令値を参照し、ＥＧＲ率を検知するためにＥＧＲ制御部３２が求めたＥＧＲ弁２６の開度の指令値を参照する構成となっている。
【００４９】
図３には内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率と、過給機の動作態様との対応関係を示している。ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷が「高負荷」及び「低負荷」の２つの状態のうち何れであるのかに基づき、且つＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」、「低ＥＧＲ」、「中ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」の４つの状態のうち何れであるのかに基づいて、動作させる過給機を決定する。「高負荷」とは、内燃機関２の負荷がコントローラ３０に予め記憶された所定の負荷閾値以上であることを表し、「低負荷」とは該負荷閾値未満であることを表している。「ＥＧＲ無し」とは、ＥＧＲ弁２６が全閉しておりＥＧＲ率が０であって全排ガスが過給機６Ａ，６Ｂ側に供給される状態であることを表し、「低ＥＧＲ」とは、ＥＧＲ率が０より大きくコントローラ３０に予め記憶された所定の第１ＥＧＲ閾値未満であることを表し、「高ＥＧＲ」とは、ＥＧＲ率が該第１ＥＧＲ閾値よりも大きい値である所定の第２ＥＧＲ閾値以上であることを表し、「中ＥＧＲ」は、ＥＧＲ率が第１ＥＧＲ閾値以上第２ＥＧＲ閾値未満であることを表している。
【００５０】
内燃機関２の負荷が「高負荷」である場合において、ＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」及び「低ＥＧＲ」であれば、第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂの両方を動作させる。但し、「ＥＧＲ無し」であれば、第１過給機６Ａの可変ノズル９Ａの開度を全開状態にする。「低ＥＧＲ」であれば、可変ノズル９Ａを動作させ、可変ノズル９Ａの開度を全開状態よりも小さい所定の開度にする。ＥＧＲ率が「中ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」であれば、第１過給機６Ａのみ動作させて第２過給機６Ｂを停止させる。但し、「中ＥＧＲ」であれば、第１過給機６Ａの可変ノズル９Ａの開度を全開状態にする。「高ＥＧＲ」であれば、可変ノズル９Ａを動作させ、可変ノズル９Ａの開度を全開状態よりも小さい所定の開度にする。
【００５１】
内燃機関２の負荷が「低負荷」である場合において、ＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」及び「低ＥＧＲ」であれば、第１過給機６Ａのみを動作させて第２過給機６Ｂを停止させる。と同時に、可変ノズル９Ａの開度を全開状態よりも小さい所定の開度にする。「高ＥＧＲ」であれば、第２過給機６Ｂのみ動作させて第１過給機６Ａを停止させる。
【００５２】
このように本実施形態では、「低負荷」である場合にはＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」、「低ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」の３つの状態のうち何れであるのかに基づいて過給機の動作態様が決定されるようにしている。内燃機関２の負荷が「低負荷」であって、ＥＧＲ率が上記のようにして定義される「中ＥＧＲ」である場合には、図３に示す「低ＥＧＲ」である場合と同じ動作態様が決定されてもよいし、「高ＥＧＲ」である場合と同じ動作態様が決定されてもよい。なお、内燃機関２の負荷が「高負荷」であるときと「低負荷」であるときとで、ＥＧＲ率の状態を区分するために用いるＥＧＲ閾値の値を異ならせてもよい。
【００５３】
このように、ターボ制御部３３は、ＥＧＲ率が０であるときには、少なくとも第１過給機６Ａを動作させ、ＥＧＲ率が０より大きく所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、少なくとも第１過給機６Ａを動作させると共に、可変ノズル９Ａを動作させる制御を実行する構成となっている。このように、再循環されるべき排ガス量が０であって、全排ガスが過給機側に供給される状況においては、少なくとも大容量の第１過給機６Ａを動作させることにより、高い過給性能を発揮することができる。ＥＧＲ率が０から僅かに増加して「低ＥＧＲ」の状態になったときには可変ノズル９Ａを動作させるが、このときに所定の必要掃気圧となるようにして可変ノズル９Ａを動作させることにより、ＥＧＲ率の変化に追従して最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００５４】
また、ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷が「高負荷」であって、ＥＧＲ率が「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、両方の過給機６Ａ，６Ｂを動作させ、ＥＧＲ率が「中ＥＧＲ」又は「高ＥＧＲ」であるときには、第１過給機６Ａのみを動作させる制御を実行する構成となっている。これにより、「高負荷」であって「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、過給機側に比較的大量の排ガスが供給されるため、２つの過給機６Ａ，６Ｂを共に動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。「中ＥＧＲ」又は「高ＥＧＲ」であるときには、小容量の第２過給機６Ｂを停止することにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００５５】
また、ターボ制御部３３は、内燃機関２の負荷が「低負荷」であって、ＥＧＲ率が「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、第１過給機６Ａのみを動作させ、ＥＧＲ率が「高ＥＧＲ」であるときには、第２過給機６Ｂのみを動作させる制御を実行する構成となっている。これにより、「低負荷」であって「高ＥＧＲ」であるときには、過給機側に供給される排ガスの量が少なくなるため、小容量の第２過給機６Ｂのみを動作させることにより高い過給性能を発揮することができる。「低ＥＧＲ」又は「ＥＧＲ無し」であるときには、第２過給機６Ｂに替えて大容量の第１過給機６Ａのみを動作させることにより、最適な過給性能が発揮される状態を維持することができる。
【００５６】
このように「低負荷」且つ「高ＥＧＲ」であるときとは、本システム１において過給機側に導かれる排ガス量が最も少なくなるときである。この状況で過給機側に導かれる排ガスの流量をシステム１の設計段階で予め把握しておき、該流量に基づいて第２過給機６Ｂの容量を設定しておくことが好ましい。これにより、排ガス量が最も少なくなるような状況においても、高い過給性能を維持することができるようになる。
【００５７】
ここで、図３の括弧内の数字は、「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」である場合の全排ガス量を１０としたときの、各過給機６Ａ，６Ｂに供給される排ガス量の許容値を表している。言い換えると、各過給機６Ａ，６Ｂは括弧内の数字の分まで排ガスを流せる容量があるということである。このように「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」である場合には、本システム１において過給機側に供給される排ガス量が最大となる。「低負荷」且つ「高ＥＧＲ」である場合には、同排ガス量が最小となるが、ここではその排ガス量が上記最大の排ガス量の２０％となるとする。小容量の第２過給機６Ｂの容量は、このような状況において高い過給性能を発揮し得るように設定される。但し、この割合は単に一例を示すものであり、この値の変化に応じて第２過給機６Ｂの容量も適宜変更される。
【００５８】
そして、第１及び第２過給機６Ａ，６Ｂの容量の合計が、過給機側に導かれる排ガス量が最大となる「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」である場合に高い過給性能を発揮し得るように設定される。第２過給機６Ｂはこの最大の排ガス量の２０％を分担するとしているため、第１過給機６Ａの容量は、残りの８０％が供給される状況において高い過給性能を発揮し得るように設定されることとなる。
【００５９】
このように、前述した過給機６Ａ，６Ｂの動作態様は、内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率に応じて決まる過給機側への排ガス供給量に加えて、各過給機６Ａ，６Ｂの容量に基づいて、決定される。
【００６０】
「低負荷」且つ「ＥＧＲ無し」又は「低ＥＧＲ」である場合には、過給機側に供給される排ガス量が減るので、第１過給機６Ａのみを動作させ、この排ガス量の推移に応じて可変ノズル９Ａの開度を変更することにより、できる限り高い過給機性能を維持可能となる。
【００６１】
次に、図４を参照してターボ制御部３３が実行するターボ制御の処理手順について説明する。図４に示すフローは、ターボ制御部３３によって所定の制御周期毎に繰り返し実行されるようになっている。まずターボ制御部３３は、負荷制御部３１及びＥＧＲ制御部３２からの入力に従って内燃機関２の負荷及びＥＧＲ率を検知する（ステップＳ１）。そして、検知した負荷及びＥＧＲ率をそれぞれ負荷閾値及びＥＧＲ閾値と比較し（ステップＳ２）、内燃機関２の負荷が「高負荷」及び「低負荷」の何れの状態に該当するのかを導出すると共に、ＥＧＲ率が「ＥＧＲ無し」、「低ＥＧＲ」、「中ＥＧＲ」及び「高ＥＧＲ」のうち何れの状態に該当するのかを導出する（ステップＳ３）。
【００６２】
次に、ターボ制御部３３は、今回導出された状態が前回導出された状態から変化しているか否かを判断する（ステップＳ４）。状態に変化がなければ（Ｓ４：ＮＯ）、処理を終了して現在設定されている過給機の動作態様を継続する。状態に変化があるときには（Ｓ４：ＹＥＳ）、今回導出された状態と、図３に示した対応関係とに従って、新たな過給機の動作態様を選定する（ステップＳ５）。
【００６３】
そして、現在設定されている過給機の動作態様と、新たに選定された過給機の動作態様とを比較し、これに基づいて現在は停止しているものの新たに選定された動作態様に従って始動させる必要のある過給機が存在するのか否かを判断する（ステップＳ６）。つまり、前回の処理の実行から所定制御周期が経過する間において、例えば「高負荷」且つ「高ＥＧＲ」から「高負荷」且つ「低ＥＧＲ」へと状態が変化した場合、新たに第２過給機６Ｂを始動させる必要がある。他方、例えば「高負荷」且つ「ＥＧＲ無し」から「高負荷」且つ「低ＥＧＲ」へと状態が変化した場合には、過給機の動作態様は変更されるものの新たに始動させる必要のある過給機は存在しない。
【００６４】
始動させる必要のある過給機が存在しない場合には（Ｓ６：ＮＯ）、選定された動作態様に従って各排気開閉弁１４Ａ，１４Ｂ及び各掃気開閉弁２４Ａ，２４Ｂ、可変ノズル９Ａの駆動制御を実行し（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００６５】
新たに始動させる必要のある過給機が存在する場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、この過給機に対応する予回転用の分岐圧縮空気通路及び逃がし通路を開放するよう分岐圧縮空気開閉弁及び逃がし弁をそれぞれ駆動制御する（ステップＳ７）。そして、これらの駆動制御を実行してから所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ８）。
【００６６】
上記のように各通路が開閉された状態が所定時間継続している間、リザーバ１６からの圧縮空気が始動させるべき過給機へと供給され、この過給機のタービンが圧縮空気によって予回転されるようになる。これによりコンプレッサも予回転され、空気が圧縮される。この予回転で発生した圧縮空気の圧力は稼動中の内燃機関２の必要掃気圧よりも低くなりがちである。そこで、掃気通路からコンプレッサへの逆流を防ぐため、分岐掃気通路の掃気開閉弁を閉鎖状態にして過給機を内燃機関２から遮断する。同時に逃がし弁を開状態として逃がし通路を開放し、予回転で発生した低圧の圧縮空気を逃がすことで、サージングの発生を防いでいる。また、予回転のために利用する圧縮空気は排気通路３とは独立した系統より供給されるため、過給機の予回転のために排ガスを利用しなくてもよくなる。そのため、過給機の始動に由来してＥＧＲ率が影響を受けることがなく、過給機の始動がＥＧＲ制御に干渉するのを避けることができ、ＮＯｘ排出量を所望値に維持することができる。
【００６７】
ステップＳ８において所定時間が経過したと判断されると（Ｓ８：ＹＥＳ）、分岐圧縮空気通路及び逃がし通路を閉鎖するよう圧縮空気開閉弁及び逃がし弁をそれぞれ駆動制御し（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進んで、分岐排気通路及び分岐掃気通路を開放するよう排気開閉弁及び掃気開閉弁をそれぞれ駆動制御し、処理を終了する。これにより、排気通路３内の排ガスが予回転した過給機に供給され、この過給機が排ガスの流量に基づいてスムーズに動作するようになる。
【００６８】
これまで本発明の実施形態について説明したが、上記の構成は本発明の範囲内において適宜変更可能である。過給機の数は２個に限られず、排気通路と、掃気又は給気通路とにそれぞれ並列的に接続された３個以上の過給機がシステムに備えられていてもよい。また、可変ノズルを備える過給機の個数は１個に限られず、複数の過給機に可変ノズルが備えられていてもよい。また、過給機の容量は必ずしも互いに相違していなくてもよく、各過給機の容量が互いに同じであってもよい。
【００６９】
また、ＥＧＲ通路上のスクラバ、ブロア、ＥＧＲエアクーラは必要に応じて設けられるものであり、適宜省略可能である。
【００７０】
本実施形態では、内燃機関を舶用２サイクルディーゼルエンジンに適用するとしたが、他の用途の４サイクルエンジン又はガソリンエンジンに適用してもよい。但し、ディーゼルエンジンは、三元触媒を利用してＮＯｘ排出率の低減を図るガソリンエンジンと比べ、ＥＧＲ率がより高く設定される傾向にあり、ＥＧＲ率を入力パラメータとして過給機の動作態様を決めるという本システムを好適に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、過給機通過前の排ガスを再循環させる高圧ＥＧＲ技術を適用した過給機付内燃機関において、運転状態に応じて高い過給性能を発揮させることができるという作用効果を奏し、例えば舶用ディーゼルエンジンに適用すると有益である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 排気再循環システム
２ 内燃機関
３ 排気通路
４ 集合排気通路
５Ａ，５Ｂ 分岐排気通路
６Ａ 第１過給機
６Ｂ 第２過給機
９Ａ 可変ノズル
１０ 掃気通路
１１Ａ，１１Ｂ 分岐掃気通路
１２ 集合掃気通路
１４Ａ，１４Ｂ 排気開閉弁
１６ リザーバ
１７ 圧縮空気通路
２２Ａ，２２Ｂ 逃がし通路
２３Ａ，２３Ｂ 逃がし弁
２４Ａ，２４Ｂ 掃気開閉弁
２５ ＥＧＲ通路
２６ ＥＧＲ弁
３０ コントローラ
３３ ターボ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスを導く排気通路と、
前記排気通路に対して並列接続された複数の過給機と、
前記複数の過給機より発生する圧縮ガスを前記内燃機関に供給するための給気又は掃気通路と、
前記排気通路の前記過給機の上流側と前記給気又は掃気通路の前記過給機の下流側とをバイパスするＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れる排ガス量の全排ガス量に対する割合であるＥＧＲ率を調整する制御を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は更に、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に応じて、前記複数の過給機のそれぞれを動作させるか否かを決定する制御を実行する構成であることを特徴とする過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項２】
前記排気通路には、前記内燃機関から延びる排気集合通路と、該排気集合通路より互いに分岐して前記複数の過給機の各々に接続される複数の排気分岐通路とが含まれ、
前記各排気分岐通路に設けられた排気開閉弁を更に備え、
前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐排気通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐排気通路を閉鎖するよう、複数の前記排気開閉弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項３】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、
前記各分岐通路に設けられた開閉弁を更に備え、
前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう、複数の前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項４】
前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路を更に備え、
前記制御装置は、前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項５】
前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁とを更に備え、
前記制御装置は、前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項４に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項６】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、
前記各分岐通路に設けられた開閉弁と、前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路と、前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁とを更に備え、
前記制御装置は、
前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行すると共に、
少なくとも前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動すると共に前記始動すべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動すると共に当該分岐通路を開放するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項７】
前記複数の過給機の容量が互いに相違することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記ＥＧＲ率を所定の下限値と所定の上限値との間の範囲で調整する制御を実行し、
前記複数の過給機のうち最小容量の過給機は、前記内燃機関の負荷が低負荷であり前記ＥＧＲ率を前記上限値に調整したときに当該過給機まで導かれる排ガスの流量に基づいて、その容量が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項９】
前記複数の過給機が、第１の過給機と、該第１の過給機と比べて容量の小さい第２の過給機とからなり、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に基づいて、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させる状態、前記第１の過給機のみを動作させる状態、及び前記第２の過給機のみを動作させる状態のうちいずれか１つの状態を選択する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項７又は８に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１０】
前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力を調整するための可変ノズルを更に備え、
前記制御装置は、
前記ＥＧＲ率が０であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、
前記ＥＧＲ率が０より大きく所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、且つ前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力が所定の必要圧力以上となるよう前記可変ノズルを動作させる制御を実行する構成であることを特徴とする請求項９に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値以上であって、
前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させ、
前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第１の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値未満であって、
前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１の過給機のみを動作させ、
前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第２の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１】
内燃機関からの排ガスを導く排気通路と、
前記排気通路に対して並列接続された複数の過給機と、
前記複数の過給機より発生する圧縮ガスを前記内燃機関に供給するための給気又は掃気通路と、
前記排気通路の前記過給機の上流側と前記給気又は掃気通路の前記過給機の下流側とをバイパスするＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れる排ガス量の全排ガス量に対する割合であるＥＧＲ率を調整する制御を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は更に、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に応じて、前記複数の過給機のそれぞれを動作させるか否かを決定する制御を実行する構成であることを特徴とする過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項２】
前記排気通路には、前記内燃機関から延びる排気集合通路と、該排気集合通路より互いに分岐して前記複数の過給機の各々に接続される複数の排気分岐通路とが含まれ、
前記各排気分岐通路に設けられた排気開閉弁を更に備え、
前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐排気通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐排気通路を閉鎖するよう、複数の前記排気開閉弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項３】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、
前記各分岐通路に設けられた開閉弁を更に備え、
前記制御装置は、動作させるべき過給機に接続された分岐通路を開放すると共に、停止させるべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう、複数の前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項４】
前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路を更に備え、
前記制御装置は、前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項５】
前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁とを更に備え、
前記制御装置は、前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項４に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項６】
前記給気又は掃気通路には、前記複数の過給機にそれぞれ接続された複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路が集合されて前記内燃機関へと延びる集合通路とが含まれ、
前記各分岐通路に設けられた開閉弁と、前記排気通路とは独立して設けられ、前記複数の過給機のそれぞれに予回転用の圧縮空気を供給するための圧縮空気通路と、前記複数の過給機のコンプレッサの各々の下流側に接続され、過給機からの圧縮ガスを大気開放するための複数の逃がし通路と、前記各逃がし通路に設けられた逃がし弁とを更に備え、
前記制御装置は、
前記過給機の始動に際し、始動すべき過給機に対し、所定期間前記圧縮空気通路を介して予回転用の圧縮空気を供給する制御を実行すると共に、
少なくとも前記所定期間が経過する間、前記始動すべき過給機に対応する逃がし通路を開放するよう前記逃がし弁を駆動すると共に前記始動すべき過給機に接続された分岐通路を閉鎖するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行し、前記所定期間の経過後に当該逃がし通路を閉鎖するよう前記逃がし弁を駆動すると共に当該分岐通路を開放するよう前記開閉弁を駆動する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項７】
前記複数の過給機の容量が互いに相違することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記ＥＧＲ率を所定の下限値と所定の上限値との間の範囲で調整する制御を実行し、
前記複数の過給機のうち最小容量の過給機は、前記内燃機関の負荷が低負荷であり前記ＥＧＲ率を前記上限値に調整したときに当該過給機まで導かれる排ガスの流量に基づいて、その容量が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項９】
前記複数の過給機が、第１の過給機と、該第１の過給機と比べて容量の小さい第２の過給機とからなり、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷及び前記ＥＧＲ率に基づいて、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させる状態、前記第１の過給機のみを動作させる状態、及び前記第２の過給機のみを動作させる状態のうちいずれか１つの状態を選択する制御を実行する構成であることを特徴とする請求項７又は８に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１０】
前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力を調整するための可変ノズルを更に備え、
前記制御装置は、
前記ＥＧＲ率が０であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、
前記ＥＧＲ率が０より大きく所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、少なくとも前記第１の過給機を動作させ、且つ前記第１の過給機からの圧縮ガスの圧力が所定の必要圧力以上となるよう前記可変ノズルを動作させる制御を実行する構成であることを特徴とする請求項９に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値以上であって、
前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１及び第２の過給機の両方を動作させ、
前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第１の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値未満であって、
前記ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ閾値未満であるときに、前記第１の過給機のみを動作させ、
前記ＥＧＲ率が前記ＥＧＲ閾値以上であるときに、前記第２の過給機のみを動作させる制御を実行する構成であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の排気再循環システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３６４７５（Ｐ２０１０−２３６４７５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８７０９０（Ｐ２００９−８７０９０）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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