特許 6016600 排気タービン式過給機関及びその負荷投入方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6016600

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】排気タービン式過給機関及びその負荷投入方法

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/00 20060101AFI20161013BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20161013BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/00 301F

   F02D29/06 B

   F02D29/06 M

   F02B37/18 A

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-267522(P2012-267522)

(22)【出願日】2012年12月6日

(65)【公開番号】特開2013-174237(P2013-174237A)

(43)【公開日】2013年9月5日

【審査請求日】2015年5月27日

(31)【優先権主張番号】特願2012-11361(P2012-11361)

(32)【優先日】2012年1月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120352

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100128901

【弁理士】

【氏名又は名称】東 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 大樹

(72)【発明者】

【氏名】染澤 俊介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕紀

【審査官】 寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４５８００９２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭６１−００４８２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３３／００ − ４１／１０

Ｆ０２Ｄ ２９／００ − ２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料及び燃焼用空気からなる混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより、クランク軸の回転を維持するエンジンと、
前記エンジンの排気路に設けられる排気タービンに前記燃焼室から排出される排気ガスを供給し、前記排気タービンに連結される状態で給気路に設けられる給気コンプレッサによって前記燃焼室に給気される混合気を過給する過給機と、
前記エンジンの回転数を計測する回転数計測手段と、
前記回転数計測手段の計測結果に基づいて、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する回転数維持手段とを備えている排気タービン式過給機関にて使用する負荷投入方法であって、
前記エンジンの回転数の維持制御を実行している状態において、
前記給気路にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を調整する給気圧力調整手段にて、前記給気コンプレッサに導かれる混合気を前記給気コンプレッサに通流させながら、当該混合気の圧力を低下させて、前記過給機の仕事を増大させる給気圧力低下処理を行った後に、前記エンジンへ初期負荷を投入する負荷投入方法。

【請求項2】

前記エンジンへの初期負荷を投入した後で、初期負荷投入完了を判定した後に、前記給気圧力低下処理を解除する請求項１に記載の負荷投入方法。

【請求項3】

前記回転数維持手段が、前記給気コンプレッサの下流側で前記エンジンの上流側に設けられたスロットル弁の開度の調整、燃料供給量の調整、及び前記排気路で前記排気タービンをバイパスするバイパス路に設けられるウエストゲート弁の開度の調整の少なくとも何れか１つ以上の調整により、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する手段である請求項１又は２に記載の負荷投入方法。

【請求項4】

前記給気圧力調整手段が、前記給気コンプレッサの上流側の給気路に設けられた給気圧力調整弁であると共に、
前記給気圧力低下処理において、前記給気圧力調整弁の開度を縮小させて、前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させ、
前記エンジンへの初期負荷の投入に伴って、前記回転数維持手段が前記エンジンの回転数の維持制御を実行することにより前記給気コンプレッサの下流側で前記エンジンの上流側に設けられたスロットル弁の開度が拡大された際に、前記給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力よりも低くなるように、前記給気圧力低下処理において縮小させる前記給気圧力調整弁の開度を設定する請求項１〜３の何れか１項に記載の負荷投入方法。

【請求項5】

燃料及び燃焼用空気からなる混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより、クランク軸の回転を維持するエンジンと、
前記エンジンの排気路に設けられる排気タービンに前記燃焼室から排出される排気ガスを供給し、前記排気タービンに連結される状態で給気路に設けられる給気コンプレッサによって前記燃焼室に給気される混合気を過給する過給機と、
前記エンジンの回転数を計測する回転数計測手段と、
前記回転数計測手段の計測結果に基づいて、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する回転数維持手段とを備えた排気タービン式過給機関であって、
前記給気路にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を制御する給気圧力調整手段とを備え、
前記回転数維持手段にて回転数維持制御を実行している状態において、前記給気圧力調整手段にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気を前記給気コンプレッサに通流させながら、当該混合気の圧力を低下させて、前記過給機の仕事を増大させる給気圧力低下処理を行った後に、前記エンジンへの初期負荷の投入を行う圧力制御手段を備えた排気タービン式過給機関。

【請求項6】

前記エンジンは、非常用発電機を回転駆動するものである請求項５に記載の排気タービン式過給機関。

【請求項7】

前記給気圧力調整手段が、前記給気コンプレッサの上流側の前記給気路に設けられた給気圧力調整弁であり、
前記圧力制御手段が、前記給気圧力低下処理において、前記給気圧力調整弁の開度を縮小させて、前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させる請求項５又は６に記載の排気タービン式過給機関。

【請求項8】

前記回転数維持手段が、前記給気コンプレッサの下流側で前記エンジンの上流側に設けられたスロットル弁の開度の制御により、前記エンジンの回転数の維持制御を実行する手段であり、
前記圧力制御手段が、前記エンジンへの初期負荷の投入に伴って、前記回転数維持手段が前記エンジンの回転数の維持制御を実行することにより前記スロットル弁の開度が拡大された際に、前記給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力よりも低くなるように、前記給気圧力低下処理において縮小させる前記給気圧力調整弁の開度を設定する請求項７に記載の排気タービン式過給機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料及び燃焼用空気からなる混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより、クランク軸の回転を維持するエンジンと、前記エンジンの排気路に設けられる排気タービンに前記燃焼室から排出される排気ガスを供給し、前記排気タービンに連結される状態で給気路に設けられる給気コンプレッサにより前記燃焼室に給気される混合気を過給する過給機と、前記エンジンの回転数を計測する回転数計測手段と、前記回転数計測手段の計測結果に基づいて、前記給気コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁の開度を調整して、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する回転数維持手段と、前記給気路にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を調整する給気圧力調整手段とを備えている排気タービン式過給機関にて使用する負荷投入方法、及び排気タービン式過給機関に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの軸出力にて回転駆動されるエンジン駆動式発電機では、負荷の急変に対する追従性が求められる。特に、非常用発電機である場合、エンジンが起動した後、無負荷の状態からなるべく大きな負荷を投入できることが求められる（初期負荷投入）。初期負荷投入率が高ければ、停電が発生しても優先的に給電が必要な重要負荷に迅速且つ安定的に給電することができる。
一方で、排ガスの排気エネルギーにて回転する排気タービンと、当該排気タービンにより駆動力が与えられる過給機を備えた過給式のエンジンでは、負荷が急増した際、エンジンの調速装置の遅れに加え、過給機の応答遅れにより、迅速に必要な燃料（混合気）をエンジンに供給することができず、エンジン回転数が低下し、ストール（エンジン停止）に至る場合がある。
このような課題に対し、初期負荷投入時に過給機の回転上昇、つまり給気圧力の上昇による投入燃料量の増加を促すために、初期負荷投入時に排気タービン前に圧縮窒素を導入するもの（特許文献１を参照）、初期負荷投入時に一時的に空気補充源から圧縮空気をエンジンに供給するもの（特許文献２を参照）、初期負荷投入時に大きな負荷を投入する前に小さな負荷を投入するように負荷投入状態を切り替えるもの（特許文献３を参照）等が、提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５８００９２号公報

【特許文献2】特許第３６０８７７５号公報

【特許文献3】特許第３５９２５５５号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１〜３に開示の技術の夫々には、以下に示す課題があった。特許文献１に開示の技術では、圧縮窒素を常備する必要があり、高コストになると共に、構成が複雑となる。
特許文献２に開示の技術では、エンジンが非常用発電機兼用の常用発電機を回転駆動する場合、運転中に給気圧力の一部を蓄圧することが可能であるが、エンジンが非常用発電機を回転駆動する場合は、上記特許文献１に開示の技術と同じく、圧縮空気を常備する必要があり高コストになると共に、構成が複雑となる。
特許文献３に開示の技術では、負荷投入状態を切り替える必要があり、その負荷切替に適合する負荷を準備する必要があり、汎用性に欠けるという問題があった。

【0005】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡易な構成を維持しながらも、初期負荷投入に対する過給機の応答性が高く、エンジンがストールに陥ることを防止できる排気タービン式過給機関及びその負荷投入方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の負荷投入方法は、
燃料及び燃焼用空気からなる混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより、クランク軸の回転を維持するエンジンと、
前記エンジンの排気路に設けられる排気タービンに前記燃焼室から排出される排気ガスを供給し、前記排気タービンに連結される状態で給気路に設けられる給気コンプレッサによって前記燃焼室に給気される混合気を過給する過給機と、
前記エンジンの回転数を計測する回転数計測手段と、
前記回転数計測手段の計測結果に基づいて、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する回転数維持手段とを備えている排気タービン式過給機関にて使用する負荷投入方法であって、その特徴構成は、
前記エンジンの回転数の維持制御を実行している状態において、
前記給気路にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を調整する給気圧力調整手段にて、前記給気コンプレッサに導かれる混合気を前記給気コンプレッサに通流させながら、当該混合気の圧力を低下させて、前記過給機の仕事を増大させる給気圧力低下処理を行った後に、前記エンジンへ初期負荷を投入する点にある。
尚、本願において回転数とは回転速度を示す。

【0007】

上記特徴構成によれば、回転数維持手段にてエンジンの回転数を目標回転数に維持している状態において、エンジンに初期負荷を投入する前に、給気圧力調整手段にて給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させる給気圧力低下処理を行って、一時的に給気コンプレッサの前（上流側）の圧力を降下して、事実上の負圧状態（コンプレッサが現在の回転数で吸引できる通常の混合気量に対して上流側の混合気量が不足する状態）にし、過給機の仕事を増大させ過給機の回転数を上昇させることができる。過給機の応答性は、回転数が高い状態のほうが高いため、この状態にて、エンジンへ初期負荷を投入することにより、エンジンの応答性を改善できる。
ここで、本発明において、一時的に給気コンプレッサの前の圧力を負圧にしたときに、過給機の仕事が増大して回転数が上昇する点について、説明を加える。
給気圧力調整手段を働かせて、一時的に給気コンプレッサの前の圧力を負圧にする場合、エンジンに導かれる混合気の流量が低下して、エンジンの回転数が低下するので、回転数維持手段が、エンジン回転数を維持すべく、例えば、スロットル弁の開度を増大させる。このとき給気圧力の低下により増大するポンプロスに相当する給排気仕事を補うために、エンジンに導かれる混合気（燃料と燃焼用空気の混合気）の流量が増加するが、このとき、エンジンは無負荷であるので、排気エネルギー（排ガスの流量）が増大する。結果、増大した排気エネルギーにて排気タービンの回転数が増加し、排気タービンに連結される給気コンプレッサの回転数も増加して、過給機の仕事が増大して回転数が上昇するのである。

【0008】

本発明の負荷投入方法の更なる特徴構成は、
前記エンジンへの初期負荷を投入した後で、初期負荷投入完了を判定した後に、前記給気圧力低下処理を解除する点にある。

【0009】

給気圧力低下処理を実行して、給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させている状態では、給気路にて圧力損失（ポンピングロス）が発生している状態なので、運転効率の観点からは、この状態を継続するのは好ましくない。
そこで、上記特徴構成によれば、エンジンに初期負荷を投入した後で、初期負荷投入完了を判定した後に、給気圧力低下処理を解除して、給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を通常圧力に戻して、エンジンの熱効率の向上を図っている。
ここで、初期負荷投入完了の判定は、例えば、初期負荷が投入され始めた時点から、３０％程度の負荷投入が完了するまでの時間である初期負荷投入時間が経過することにより判定する。

【0010】

本発明の負荷投入方法の更なる特徴構成は、
前記回転数維持手段が、前記給気コンプレッサの下流側で前記エンジンの上流側に設けられたスロットル弁の開度の調整、燃料供給量の調整、及び前記排気路で前記排気タービンをバイパスするバイパス路に設けられるウエストゲート弁の開度の調整の少なくとも何れか１つ以上の調整により、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する手段である点にある。

【0011】

即ち、回転数維持手段が、スロットル弁の開度の調整、燃料供給量の調整、およびウエストゲート弁の開度の調整の少なくとも何れか１つ以上の調整により、エンジンの回転数を目標回転数に維持する状態で、給気圧力低下処理を実行することで、過給機の回転数を良好に上昇させて、本願の目的を達成できる。

【0012】

本発明の負荷投入方法の更なる特徴構成は、
前記給気圧力調整手段が、前記給気コンプレッサの上流側の給気路に設けられた給気圧力調整弁であると共に、
前記給気圧力低下処理において、前記給気圧力調整弁の開度を縮小させて、前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させ、
前記エンジンへの初期負荷の投入に伴って、前記回転数維持手段が前記エンジンの回転数の維持制御を実行することにより前記給気コンプレッサの下流側で前記エンジンの上流側に設けられたスロットル弁の開度が拡大された際に、前記給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力よりも低くなるように、前記給気圧力低下処理において縮小させる前記給気圧力調整弁の開度を設定する点にある。

【0013】

即ち、エンジンへの初期負荷の投入に伴って、回転数維持手段は、エンジンの出力を上昇させてエンジンの回転数を維持する維持制御を実行するにあたり、給気コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁の開度を急激に拡大させてエンジンに導かれる燃料及び混合気の流量を急激に増加させたり、燃料供給量を急激に増加させたりする。また、後者のように、燃料供給量を急激に増加させる場合には、燃焼室に吸気される混合気の空燃比を所望の空燃比に維持するために、空気供給量を増加させるべくスロットル弁の開度が急激に拡大される。
そして、このようにエンジンへの初期負荷投入に伴ってスロットル弁の開度が急激に拡大された際に、給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に低下することになる。そして、給気コンプレッサの上流側に設けられた給気圧力調整弁の開度が小さいほど、給気コンプレッサの出口側の圧力の低下幅は大きくなる。そこで、給気圧力低下処理が実行されて、負荷投入に伴ってスロットル弁の開度が拡大された際に、給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力よりも低くなる所謂減圧状態となるとこで、給気コンプレッサによる給気の圧縮仕事量が負になるので、給気コンプレッサの回転数を増加させることができる。そして、この状態にて、エンジンへ初期負荷を投入することにより、エンジンの応答性を一層改善できる。

【0014】

上記目的を達成するための本発明の排気タービン式過給機関は、
燃料及び燃焼用空気からなる混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより、クランク軸の回転を維持するエンジンと、
前記エンジンの排気路に設けられる排気タービンに前記燃焼室から排出される排気ガスを供給し、前記排気タービンに連結される状態で給気路に設けられる給気コンプレッサによって前記燃焼室に給気される混合気を過給する過給機と、
前記エンジンの回転数を計測する回転数計測手段と、
前記回転数計測手段の計測結果に基づいて、前記エンジンの回転数を目標回転数に維持する回転数維持手段とを備えた排気タービン式過給機関であって、
前記給気路にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を制御する給気圧力調整手段とを備え、
前記回転数維持手段にて回転数維持制御を実行している状態において、前記給気圧力調整手段にて前記給気コンプレッサに導かれる混合気を前記給気コンプレッサに通流させながら、当該混合気の圧力を低下させて、前記過給機の仕事を増大させる給気圧力低下処理を行った後に、前記エンジンへの初期負荷の投入を行う圧力制御手段を備えた点にある。

【0015】

上述の排気タービン式過給機関は、これまで説明した負荷投入方法にて奏する作用効果と略同等の作用効果を発揮する。
即ち、上記特徴構成を有する排気タービン式過給機関によれば、回転数維持手段にてエンジンの回転数を目標回転数に維持している状態において、エンジンに初期負荷を投入する前に、圧力制御手段にて、給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させる給気圧力低下処理を実行して、一時的に給気コンプレッサの前の圧力を降下、事実上の負圧状態（コンプレッサが現在の回転数で吸引できる通常の混合気量に対して上流側の混合気量が不足する状態）にし、無負荷状態における過給機の仕事を増大させ過給機の回転数を上昇させることができる。過給機の応答性は、回転数が高い状態のほうが高いため、この状態にて、エンジンへ初期負荷を投入することにより、エンジンの応答性を改善できる。
結果、給気圧力調整手段を設けるという比較的簡易な構成により、初期負荷投入時の応答性の高い排気タービン式過給機関を提供することができる。

【0016】

本発明の排気タービン式過給機関の更なる特徴構成は、
前記エンジンは、非常用発電機を回転駆動するものである点にある。

【0017】

上記特徴構成によれば、初期負荷投入時の応答性が高いエンジンが、非常用発電機を回転駆動するように構成されているので、商用電力の供給が停止する等の非常時でも、確実に非常用発電機を回転駆動することができる。

【0018】

本発明の排気タービン式過給機関の更なる特徴構成は、
前記給気圧力調整手段が、前記給気コンプレッサの上流側の前記給気路に設けられた給気圧力調整弁であり、
前記圧力制御手段が、前記給気圧力低下処理において、前記給気圧力調整弁の開度を縮小させて、前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力を低下させる点にある。

【0019】

上記特徴構成によれば、給気圧力調整手段を、給気コンプレッサの上流側の給気路に設けられる給気圧力調整弁にて構成することで、圧力を低下させる場合には、給気圧力調整弁の開度を縮小（言い換えれば給気圧力調整弁を閉じ側に制御）し、圧力を上昇させる場合には、給気圧力調整弁の開度を増加（言い換えれば給気圧力調整弁を開き側に制御）するという、比較的簡易な制御により、給気コンプレッサの上流側の圧力を制御することができる。

【0020】

本発明の排気タービン式過給機関の更なる特徴構成は、
前記回転数維持手段が、前記給気コンプレッサの下流側で前記エンジンの上流側に設けられたスロットル弁の開度の制御により、前記エンジンの回転数の維持制御を実行する手段であり、
前記圧力制御手段が、前記エンジンへの初期負荷の投入に伴って、前記回転数維持手段が前記エンジンの回転数の維持制御を実行することにより前記スロットル弁の開度が拡大された際に、前記給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に前記給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力よりも低くなるように、前記給気圧力低下処理において縮小させる前記給気圧力調整弁の開度を設定する点にある。

【0021】

上記特徴構成によれば、回転数維持手段をスロットル弁の開度の制御によりエンジンの回転数の維持制御を実行する手段として構成した場合において、エンジンへの初期負荷の投入に伴って、回転数維持手段がエンジンの回転数の維持制御を実行することにより給気コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁の開度が急激に拡大された際に、給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に低下することになる。そして、給気コンプレッサの上流側に設けられた給気圧力調整弁の開度が小さいほど、給気コンプレッサの出口側の圧力の低下幅は大きくなる。そこで、圧力制御手段により、給気圧力低下処理を実行して、負荷投入に伴ってスロットル弁の開度を拡大した際に、給気コンプレッサの出口側の圧力が一時的に給気コンプレッサに導かれる混合気の圧力よりも低くなる所謂減圧状態となるとこで、給気コンプレッサによる給気の圧縮仕事量が負になるので、給気コンプレッサの回転数を増加させることができる。そして、この状態にて、エンジンへ初期負荷を投入することにより、エンジンの応答性を一層改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の排気タービン式過給機関の概略構成図である。

【図2】本発明の負荷投入方法に係るフローチャートである。

【図3】本発明の負荷投入方法に係るタイムチャートである。

【図4】負荷投入時における給気コンプレッサの入口側圧力に対する出口側圧力の圧力比の変化状態を示すグラフ図である。

【図5】負荷投入時における過給機の回転数の変化状態を示すグラフ図である。

【図6】負荷投入時におけるエンジンの出力の変化状態を示すグラフ図である。

【図7】本発明の排気タービン式過給機関の別実施形態に係る概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明に係る排気タービン式過給機関１００、及び排気タービン式過給機関１００に使用される負荷投入方法は、比較的簡易な構成を維持しながらも、初期負荷投入に対する過給機３０の応答性が高く、エンジン２６がストールに陥ることを防止することができる点に特徴がある。
そこで、以下では、排気タービン式過給機関１００の基本構成を、図１に基づいて説明した後、その特徴構成について説明する。

【0024】

本発明に係る排気タービン式過給機関１００は、燃料及び燃焼用空気からなる混合気を燃焼室（図示せず）にて圧縮して燃焼させることにより、クランク軸５０の回転を維持するエンジン２６と、当該エンジン２６の排気路２７に設けられる排気タービン３２に燃焼室（図示せず）から排出される排気ガスを供給し、排気タービン３２に連結される状態で給気路２０に設けられる給気コンプレッサ３１によって燃焼室(図示せず)に給気される混合気を過給する過給機３０と、エンジン２６の回転数を計測する回転数センサ５１（回転数計測手段の一例）とを備えて構成されている。

【0025】

本発明の排気タービン式過給機関１００は、都市ガス等のガス燃料と燃焼用空気とが予混合された混合気にて駆動される予混合式に構成されている。
給気路２０には、燃焼用空気を浄化するエアクリーナ２１、燃焼用空気に燃料を適切な比率で混合するベンチュリーミキサ１４、及びベンチュリーミキサ１４にて混合された混合気を圧縮する給気コンプレッサ３１、エンジン２６の回転数を目標回転数（当該実施形態では、一定）に維持するスロットル弁２４、混合気を冷却するインタークーラ２５が、その上流側から記載順に設けられている。
スロットル弁２４は、回転数センサ５１にて計測されたエンジン２６の回転数に基づいて、エンジン２６の回転数を目標回転数に維持するように、その開度が制御装置４０（回転数維持手段４２の一例）にて制御される。
混合気は、給気コンプレッサ３１にて圧縮された後、スロットル弁２４を介して所定の流量に調整され、インタークーラ２５にて冷却されて、エンジン２６の燃焼室（図示せず）に導かれる。

【0026】

ベンチュリーミキサ１４に燃料を導く燃料供給路１１には、ベンチュリーミキサ１４の上流側の給気路２０における燃焼用空気の圧力と燃料供給路１１の燃料の圧力の差を一定に保つ差圧レギュレータ１２、ベンチュリーミキサ１４に供給される燃料の供給量を目標の供給量に調整する燃料流量調整弁１３が設けられている。当該燃料流量調整弁１３は、制御装置４０（出力制御手段４３の一例）により、目標の出力制御になるように、その開度が制御される。

【0027】

エンジン２６は、そのクランク軸５０が非常用発電機２８に連結されており、非常用発電機２８を回転駆動可能に構成されている。非常用発電機２８にて発電された電力は、電力負荷２９に供給可能に構成されている。尚、当該電力負荷２９は、通常状態においては、商用電力系統（図示せず）から電力供給されるように構成されている。
即ち、本発明の排気タービン式過給機関１００は、停電等の非常事態が発生した場合に、電力負荷２９に対して迅速に電力供給するものである。

【0028】

エンジン２６の排気路２７には、エンジン２６から排出された排気ガスにて回転駆動する排気タービン３２が設けられている。当該排気タービン３２の駆動力が、排気タービン３２に連結されている給気コンプレッサ３１に伝達され、給気コンプレッサ３１が混合気を圧縮するように構成されている。

【0029】

以上が、本発明の排気タービン式過給機関１００の基本構成であるが、以下、その特徴構成である初期負荷投入に係る構成、及び初期負荷投入方法について、図１〜３に基づいて説明する。

【0030】

図１に示すように、本発明の排気タービン式過給機関１００では、給気路２０において、ベンチュリーミキサ１４の下流側で給気コンプレッサ３１の上流側に、給気コンプレッサ３１の上流側の給気路２０の流路断面積を調整することにより、給気コンプレッサ３１に導かれる混合気の圧力を調整する絞り弁である給気圧力調整弁２２が設けられると共に、給気圧力調整弁２２にて調整された混合気の圧力を計測する圧力センサ２３が設けられている。
制御装置４０は、初期負荷投入の指令があると、エンジン２６に初期負荷を投入する前に、圧力センサ２３にて計測される圧力（即ち、給気コンプレッサ３１の前（上流側）の圧力）が一時的に負圧となるように、給気圧力調整弁２２を閉じ側に調整する圧力制御手段４１として働く。
これにより、過給機３０（給気コンプレッサ３１及び排気タービン３２）の仕事量を増やし回転数を高める。過給機３０は、回転数が高いほうが負荷への応答性が高いので、この状態で、初期負荷投入を行うことで、過給機３０の回転数をスムーズに初期負荷投入に追従させて、エンジン２６に適切に混合気を供給し、初期負荷に対して、エンジン２６の運転状態を良好に追従させることができる。

【0031】

次に、上述した負荷投入方法を、図２のフローチャート、及び図３のタイムチャートに基づいて、より詳細に説明する。

【0032】

制御装置４０は、エンジン２６への起動指令があると、当該起動指令に基づいて、燃料流量調整弁１３の開度等を調整して、エンジン２６を起動させる（♯０１）。
その後、制御装置４０（回転数維持手段４２の一例）は、回転数センサ５１にて計測されるエンジン２６の回転数に基づいて、エンジン２６の回転数が一定の目標回転数となるように、スロットル弁２４の開度を制御する回転数維持制御を実行する（♯０２）。
尚、制御装置４０は、エンジン２６が起動されている間、当該回転数維持制御を実行し続ける。

【0033】

次に、制御装置４０の圧力制御手段４１は、初期負荷投入指令があると、当該初期負荷投入指令に基づいて、給気圧力低下処理を実行する（♯０３、０４）。

【0034】

説明を加えると、初期負荷投入が行われる前、即ち、エンジン２６が無負荷の状態において、図３の♯０４のタイミングで、制御装置４０は、給気コンプレッサ３１に導かれる混合気が一時的に負圧になるように、給気圧力調整弁２２の開度を閉じ側に調整して縮小させる。このとき、制御装置４０は、給気圧力調整弁２２と給気コンプレッサ３１との間の圧力を計測する圧力センサ２３の計測結果に基づいて、給気圧力調整弁２２の開度を制御する圧力制御手段４１として働く。
この状態では、一時的にエンジン２６に導かれる混合気の流量が低下する。このため、制御装置４０は、エンジン２６の回転数を一定に維持すべく、スロットル弁２４の開度を開き側に調整して拡大させる。このとき給気圧力の低下により増大するポンプロスに相当する給排気仕事を補うために、エンジン２６に導かれる燃料及び混合気の流量が増加する。エンジン２６は、無負荷状態であるので、その軸出力は変化せず、排気ガスとして排気路２７に導かれる排気エネルギーが増大する。これにより、排気タービン３２の回転数が増加し、当該排気タービン３２に連結される給気コンプレッサ３１の回転数も増加することで、過給機３０が従来よりも多くの仕事をすることとなる。

【0035】

制御装置４０は、給気圧力低下処理が実行され、過給機３０の回転数が増加している状態で、初期負荷投入を実行する。即ち、エンジン２６の軸出力にて非常用発電機２８を、回転駆動し始める（♯０５）。
このとき、過給機３０は、図３に示すように、初期負荷投入（♯０５）のタイミングにて、回転数が高い状態で駆動しており、負荷への応答性が高くなっているので、投入された初期負荷に対して、その回転数を良好に追従させる。結果、エンジン２６では、初期負荷投入に追従して適切に混合気が供給されることとなり、初期負荷が投入された後に、大幅に回転数を落としてストールに陥ることが防止される。

【0036】

制御装置４０は、初期負荷投入が開始されてから、初期負荷投入時間が経過すると、初期負荷投入が完了したと判定して、給気圧力低下処理を解除する（♯０６）。
即ち、制御装置４０は、給気圧力調整弁２２の開度を、完全に開放すると共に、それに伴って、エンジン２６の回転数を一定に維持するように、スロットル弁２４の開度を制御する。

【0037】

制御装置４０は、給気圧力低下処理を解除した後、定格負荷まで上昇させ、エンジン２６の出力を上昇させる（♯０７）。

【0038】

更に、圧力制御手段４１は、上記のようにエンジン２６への初期負荷の投入に伴って、回転数維持手段４２がエンジン２６の回転数の維持制御を実行することによりスロットル弁２４の開度が拡大された際に、給気コンプレッサ３１の出口側の圧力（以下「出口側圧力」と呼ぶ。）が、一時的に、給気コンプレッサ３１に導かれる混合気の圧力（以下「入口側圧力」と呼ぶ。）、即ち圧力センサ２３で検出される圧力よりも低くなるように、上記給気圧力低下処理において縮小される給気圧力調整弁２２の開度（以下「縮小開度」と呼ぶ。）を設定する。
具体的には、図４の実線に示すように、上記給気圧力調整弁２２の縮小開度を２０％に設定することで、給気コンプレッサ３１の入口側圧力に対する出口側圧力の圧力比が１未満となって、給気コンプレッサ３１の出口側圧力が入口側圧力よりも低くなる。
このように、給気コンプレッサ２３の出口側圧力が一時的に入口側圧力よりも低くなる所謂減圧状態となるとこで、給気コンプレッサ２３による給気の圧縮仕事量が負になり、図５の実線に示すように給気コンプレッサの回転数が一層増加し、図６の実線に示すようにエンジン２６の出力を早期に増加させることができる。
一方、図４の破線に示すように、上記給気圧力低下処理における給気圧力調整弁２２の縮小開度を１００％〜３０％に設定すると、給気コンプレッサ３１の入口側圧力に対する出口側圧力の圧力比が１以上となって、給気コンプレッサ３１の出口側圧力が入口側圧力よりも高くなる。すると、図５の破線に示すように給気コンプレッサの回転数の増加は殆どなく、図６の破線に示すようにエンジン２６の出力を早期に増加させることができなくなる。

【0039】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、エンジン２６の回転数を一定に維持する構成として、制御装置４０が、エンジン２６の回転数が一定になるように、スロットル弁２４の開度を制御する構成を示した。
ここで、エンジン２６の回転数を一定に維持する他の構成として、制御装置４０が、エンジン２６の回転数が一定になるように、燃料流量調整弁１３の弁開度を制御するように構成しても構わない。尚、エンジンへの初期負荷の投入に伴って、回転数維持手段が、エンジンの出力を上昇させてエンジンの回転数を維持する維持制御を実行するにあたり、燃料流量調整弁１３の弁開度を増加させて燃料供給量を増加させる場合には、燃焼室に吸気される混合気の空燃比を所望の空燃比に維持するために、空気供給量を増加させるべくスロットル弁２４の開度も拡大されることになる。
また、エンジン２６の回転数を一定に維持する他の構成として、排気路２７にて排気タービン３２をバイパスするバイパス路（図示せず）にウエストゲート弁（図示せず）を設ける構成を採用し、制御装置４０が、エンジン２６の回転数が一定になるように、当該ウエストゲート弁開度を制御するように構成しても構わない。

【0040】

（２）上記実施形態では、初期負荷投入完了の判定につき、エンジンへの初期負荷を投入した後で、初期負荷投入時間（一定時間）が経過したときに、初期負荷投が完了したと判定した。
しかしながら、初期負荷投入完了の判定につき、エンジン２６の回転数やエンジン２６にて回転駆動される非常用発電機２８の発電電力の周波数の変動が収まったときに、初期負荷投入が完了したと判定するように構成してもよい。

【0041】

（３）上記実施形態においては、給気路２０で給気圧力調整弁２２と給気コンプレッサ３１との間で混合気の圧力を計測する圧力センサ２３を設け、初期負荷投入時において、給気圧力調整弁２２の弁開度を、当該圧力センサ２３にて計測される圧力が一時的に負圧となるように制御する構成を示した。
しかしながら、給気圧力調整弁２２の弁開度は、エンジン２６の負荷と圧力制御弁２２の開度に対する給気圧力の関係に基づいて、制御するように構成しても構わない。この場合、上述の圧力センサ２３は省略することができる。

【0042】

（４）上記実施形態では、初期負荷投入の指令に基づいて、給気圧力低下処理を実行する構成を例に説明した。
しかしながら、エンジン２６の起動時、無負荷時（又は低負荷時）は常時、給気圧力調整弁２２の弁開度を、圧力センサ２３にて計測される圧力が一時的に負圧となる程度に、閉じ側とする制御をすることで、初期負荷投入の指令を省略できる。
即ち、当該制御を採用することで、エンジン２６の起動時、無負荷時（又は低負荷時）は常時、給気圧力低下処理を実行する状態を維持でき、突然の負荷投入にも迅速に対応できる。

【0043】

（５）本願にあっては、図７に示すように、給気コンプレッサ３１に新気を導く給気路２０が、給気コンプレッサ３１の上流側で複数の枝管２０ａ、２０ｂ（図７では、２つ）とそれらが合流した本管２０ｃとから成る構成において、給気圧力調整弁２２を、複数の枝管２０ａ、２０ｂのうち、どれか１つに設けるように構成しても良い。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明の排気タービン式過給機関及びその負荷投入方法は、比較的簡易な構成を維持しながらも、初期負荷投入に対する過給機の応答性が高く、エンジンがストールに陥ることを防止できる排気タービン式過給機関及びその負荷投入方法として、有効に利用可能である。

【符号の説明】

【0045】

２０ ：給気路
２２ ：給気圧力調整弁（給気圧力調整手段の一例）
２４ ：スロットル弁
２６ ：エンジン
２７ ：排気路
２８ ：非常用発電機
２９ ：電力負荷
３０ ：過給機
３１ ：給気コンプレッサ
３２ ：排気タービン
４０ ：制御装置
４１ ：圧力制御手段
４２ ：回転数維持手段
４３ ：出力制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】