[发明专利]柴油机的控制方法和控制装置、以及具备该控制装置的船舶

说明书

技术领域

本发明涉及具有增压机（superchargers）的柴油机的控制方法和控制装置、以及具备该控制装置的船舶。

背景技术

在柴油机中，为了提高扫气（Scavenging）压力或吸气压力，提高柴油机的输出，有时候附设增压机。图5表示这样的柴油机的扫气系统和排气系统。在柴油机中，对从扫气管51提供给汽缸52内的扫气气体中喷射燃料，燃料着火膨胀，能量作为旋转动力输出。燃烧产生的排气从排气阀（未图示）向排气管53集合。从排气管53来的排气，在向柴油机外排出之前通过增压机54。在增压机54，排气使排气透平机54a旋转，再使排气透平机54a上连结的空压机54b旋转。空压机54b能够将大气压缩，将该压缩气体输送到扫气管51。还有，在柴油机负荷低的情况下，排气的能量小，因此增压机54能够提供的压缩气体量小，从而，不足的部分由辅助鼓风机55提供。如果负荷在某种程度上升，则由于利用增压机54提供压缩气体，辅助鼓风机55停止。

已经知道，在船舶等用的具有多个增压机的柴油机中，通过减少增压机的运行台数，即所谓削减增压机，能够减少使柴油机低负荷运行的情况下的燃料消耗量。削减增压机通过关闭排气管与增压机排气透平机之间以及增压机压缩机与扫气管之间的增压机截止阀56进行。柴油机低负荷时，增压机在转速低、效率低的领域运行，因此能量的回收也不理想，但是一旦削减增压机，排气集中于正在运行的增压机中流动，因此在柴油机低负荷时也能够提高增压机效率，能够提高能量回收率。又，在削减压缩机的情况下，从排气管流出的排气量被减少，排气管压力上升，通过汽缸，扫气管压力也上升，因此汽缸内的压缩压力的最高压力也上升，柴油机的燃烧效率得到提高。也就是说，总体上，在低负荷运行时，削减压缩机比使全部增压机运行更能够节省燃料消耗量。

在专利文献1中，记载着作为削减增压机和类似的运行形态，削减增压机的压缩机侧和透平机侧的容量的例子。该例子也是想要改善低负荷等情况下的增压机的效率、改善燃耗的例子。

专利文献1：日本特开2003－328763号公报。

发明内容

如上所述削减增压机时，虽然具有柴油机低负荷时改善燃料消耗的优点，但是负荷增加时，运行中的增压机的运行速度有可能超速。也就是说，可以认为，由于削减压缩机，运行停止的压缩机中没有排气流动，相应数量的排气集中地提供给正在运行的增压机，会引起速度超速。因此在削减增压机时，向来通常是限制柴油机转速，使其不进行高负荷运行。

但是，即使是限制柴油机转速，也未必一定能防止增压机超速。例如在船用柴油机的情况下，如果是在水面稳定时，柴油机负荷与柴油机转速的3次方成正比，因此如果对柴油机转速设定限制，则既会限制柴油机负荷，也会限制增压机转速，但是由于操舵或潮流方向等原因螺旋桨负荷增加时，有时候即使是柴油机转速相同，柴油机负荷也会变大。在这样的情况下，利用对柴油机转速进行限制不能够可靠地给增压机予以保护。

本发明是为了有效防止增压机超速运行的目的而作出的。

本发明是具有增压机的柴油机的控制方法，其中，根据增压机的运行状况对柴油机的燃料喷射量进行限制。

这样，在本发明中不是像上述已有技术的例子那样对柴油机转速进行限制，而是根据增压机的运行状况限制燃料喷射量。燃料喷射量是与柴油机输出直接相关的因素，与增压机转速有密切的关系。由于是对这样的燃料喷射量根据增压机的运行状况加以限制，因此能够有效防止增压机超速运行。

最好是检测运行中的增压机的转速，根据检测出的增压机的转速决定燃料限制值，根据该燃料限制值决定燃料喷射量。在利用调节器装置等进行的燃料喷射量控制中，通常在输入柴油机转速设定值与实际测量出的柴油机转速之差外，还有转矩限制器来的信号和扫气压限制器来的信号送来。在本发明中，除了这样的信号外，还将根据运行中的增压机的转速决定的燃料限制值作为燃料喷射量控制用的信号使用。因此能够有效而且可靠地防止增压机超速运行。

更理想的是对燃料限制值进行修正，以使检测出的增压机的转速在其允许的转速以下。根据增压机的转速决定的燃料限制值只要是合适的数值即可，但是因柴油机的运行状况的不同，可能有不充分的情况。也就是说，有检测出的增压机转速超过允许转速的情况，最好是根据状况将燃料限制值修正为更理想的数值。本发明在检测出的增压机转速超过允许转速的情况下，将燃料限制值进一步向更严格限制的方向修正，因此能够更加合适地实施此后的控制。