各活塞12的往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10中設(shè)置有測(cè)定曲軸11的轉(zhuǎn)速、即發(fā)動(dòng)機(jī)主體10的轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速儀14。
[0030]又，發(fā)動(dòng)機(jī)主體10具備位于各汽缸13的上游側(cè)的共同的掃氣管15、和位于各汽缸13的下游側(cè)的共同的排氣管16。掃氣管15將由增壓器20壓縮的空氣暫時(shí)積留后向各汽缸13供給。在掃氣管15中設(shè)置有測(cè)定掃氣管15內(nèi)的壓力(以下稱為“掃氣壓”)的掃氣壓計(jì)17。排氣管16將從汽缸13排出的排氣暫時(shí)積留后向增壓器20以及動(dòng)力渦輪30供給。發(fā)動(dòng)機(jī)主體10具備掃氣管15以及排氣管16，從而能夠抑制因各汽缸13的燃燒循環(huán)而引起的脈動(dòng)。另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)主體10的負(fù)荷(以下稱為“發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷”)增大時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣的量也隨之增加。
[0031]增壓器20是將從外部引入的空氣進(jìn)行壓縮后向發(fā)動(dòng)機(jī)主體10供給的裝置。增壓器20具有渦輪部21和壓縮機(jī)部22。從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10 (排氣管16)排出的排氣向渦輪部21供給。渦輪部21利用從排氣管16處供給的排氣的能量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過(guò)渦輪部21的排氣經(jīng)由增壓器出口配管46導(dǎo)入至煙道。壓縮機(jī)部22通過(guò)連接軸23與渦輪部21連接。因此，隨著渦輪部21旋轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)部22也旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)部22將從外部引入的空氣進(jìn)行壓縮，并且向掃氣管15供給。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣的量小于增壓器20所需的量，但是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大而從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣的量逐漸增加并超過(guò)增壓器20所需的量。
[0032]動(dòng)力渦輪30是利用排氣能量輔助發(fā)動(dòng)機(jī)主體10工作的裝置。動(dòng)力渦輪30具有渦輪部31、和可變噴嘴32。在排氣供給至動(dòng)力渦輪30時(shí)，渦輪部31通過(guò)供給的排氣的能量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。渦輪部31通過(guò)減速器33與發(fā)動(dòng)機(jī)主體10的曲軸11連接，渦輪部21的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)減速器33傳遞至曲軸11。另外，利用排氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力渦輪30的旋轉(zhuǎn)方向保持一定，只有在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10正轉(zhuǎn)時(shí)才能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)主體10工作。
[0033]可變噴嘴32設(shè)置于動(dòng)力渦輪30的入口側(cè)，并且主要由配置為環(huán)狀的多個(gè)可動(dòng)葉片構(gòu)成。通過(guò)改變?cè)摽蓜?dòng)葉片的角度，可以調(diào)節(jié)可動(dòng)噴嘴32的開(kāi)口面積(開(kāi)度)。通過(guò)調(diào)節(jié)可變噴嘴32的開(kāi)度，改變向渦輪部21的流入速度，從而高效地運(yùn)用動(dòng)力渦輪30。S卩，在供給至動(dòng)力渦輪30的排氣的流量較大時(shí)，增大可變噴嘴32的開(kāi)度，在供給至動(dòng)力渦輪30的排氣的流量較小時(shí)，減小可變噴嘴32的開(kāi)度。另一方面，由于可變噴嘴32的開(kāi)口面積可改變，因此還發(fā)揮“節(jié)流部”的功能?？勺儑娮?2的作為節(jié)流部的功能對(duì)于本實(shí)施形態(tài)十分重要。S卩，在本實(shí)施形態(tài)中，調(diào)節(jié)可變噴嘴32的開(kāi)度，以此不僅使動(dòng)力渦輪30 (渦輪部31)高效地旋轉(zhuǎn)，而且還控制供給至增壓器20的排氣的量(供給至增壓器20的排氣的量相對(duì)于從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣的量的比例)(排氣流量控制)。
[0034]根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100具備增壓器入口配管41、動(dòng)力渦輪入口配管42、動(dòng)力渦輪出口配管43、抽氣配管44以及發(fā)動(dòng)機(jī)入口配管45。其中，增壓器入口配管41是連接排氣管16與增壓器20的渦輪部21，且將從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣導(dǎo)入至增壓器20的配管。又，渦輪入口配管42是從增壓器入口配管41分叉并向動(dòng)力渦輪30延伸，且將增壓器入口配管41內(nèi)的排氣的一部分導(dǎo)入至動(dòng)力渦輪30的配管。又，動(dòng)力渦輪輸出配管43是配置于動(dòng)力渦輪30的下游側(cè)，且將通過(guò)動(dòng)力渦輪30的排氣導(dǎo)入至煙道的配管。又，抽氣配管44是將動(dòng)力渦輪入口配管42的比下述的開(kāi)閉閥51靠近下游側(cè)的部分與動(dòng)力渦輪出口配管43進(jìn)行連接的配管。又，發(fā)動(dòng)機(jī)入口配管45是連接增壓器20的壓縮機(jī)部22與掃氣管15，且將通過(guò)增壓器20壓縮的空氣導(dǎo)入至掃氣管15的配管。
[0035]開(kāi)閉閥51是設(shè)置于動(dòng)力渦輪入口配管42的閥。開(kāi)閉閥51在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10反轉(zhuǎn)時(shí)(船舶101后退時(shí))以及在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小時(shí)閉合。在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10反轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力渦輪30和發(fā)動(dòng)機(jī)主體10 (曲軸11)向相抵抗的方向旋轉(zhuǎn)，因此關(guān)閉開(kāi)閉閥51而停止排氣向動(dòng)力渦輪30的流入，從而防止動(dòng)力渦輪30驅(qū)動(dòng)。又，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣的量較小，因此如果不將全部排氣都供給至增壓器20，則發(fā)動(dòng)機(jī)主體10的燃燒室構(gòu)件的溫度上升。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，關(guān)閉開(kāi)閉閥51，以此將從發(fā)動(dòng)機(jī)主體10排出的排氣全部供給至增壓器20。另外，本實(shí)施形態(tài)的開(kāi)閉閥51只要是能夠維持“打開(kāi)”和“關(guān)閉”這兩個(gè)狀態(tài)的閥即可，但是也可以是能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的閥。
[0036]抽氣閥52是設(shè)置于抽氣配管44的閥。在關(guān)閉上述開(kāi)閉閥51時(shí)，動(dòng)力渦輪30不會(huì)由排氣驅(qū)動(dòng)，但是動(dòng)力渦輪30與曲軸11連接，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的期間，動(dòng)力渦輪30由曲軸11 (發(fā)動(dòng)機(jī)主體10)驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，動(dòng)力渦輪30起到如送風(fēng)機(jī)的作用。在本實(shí)施形態(tài)中，在關(guān)閉開(kāi)閉閥51時(shí)，打開(kāi)抽氣閥52，以此形成通過(guò)動(dòng)力渦輪30的氣體循環(huán)的循環(huán)流路(循環(huán)流路形成控制)。即，在開(kāi)閉閥51閉合時(shí)打開(kāi)抽氣閥52，以此無(wú)論是在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10正轉(zhuǎn)時(shí)還是在反轉(zhuǎn)時(shí)，氣體都依次流入動(dòng)力渦輪出口配管43、動(dòng)力渦輪30、動(dòng)力渦輪入口配管42、抽氣配管44、動(dòng)力渦輪出口配管43，形成圖1中逆時(shí)針的循環(huán)流路。
[0037]假設(shè)不具備抽氣配管44以及抽氣閥52、且關(guān)閉開(kāi)閉閥51時(shí)不能形成循環(huán)流路，則在該情況下引起如下問(wèn)題。無(wú)論是在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10正轉(zhuǎn)時(shí)還是在反轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力渦輪30都會(huì)試圖將動(dòng)力渦輪出口配管43內(nèi)的氣體送入動(dòng)力渦輪入口配管42。然而，在開(kāi)閉閥51閉合時(shí)，動(dòng)力渦輪入口配管42內(nèi)的壓力逐漸上升，動(dòng)力渦輪30的前后壓差增大，其結(jié)果是驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪30對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主體10造成較大的負(fù)荷。因此，在本實(shí)施形態(tài)中，在關(guān)閉開(kāi)閉閥51時(shí)形成循環(huán)流路，從而避免上述問(wèn)題。另外，在本實(shí)施形態(tài)的情況下，抽氣閥52只要是能夠維持“開(kāi)”和“閉”這樣的兩種狀態(tài)的閥即可，但是也可以是能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度的閥。
[0038]接著，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的設(shè)定。如上所述，在開(kāi)閉閥51被打開(kāi)時(shí)，排氣向增壓器20的供給量是，通過(guò)可變噴嘴32的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這里，向增壓器20供給適當(dāng)量排氣的可變噴嘴32的開(kāi)度被稱為“適當(dāng)量供給開(kāi)度”。又，此時(shí)規(guī)定量的排氣供給至動(dòng)力渦輪30，而使該排氣量流入動(dòng)力渦輪30時(shí)能夠使動(dòng)力渦輪30以最高效率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的可變噴嘴32的開(kāi)度被稱為“最高效率開(kāi)度”。如此一來(lái)，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100中，該“適當(dāng)量供給開(kāi)度”和“最高效率開(kāi)度”設(shè)定為在任何發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下都大致一致(例如，誤差為5%以內(nèi))。S卩，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100設(shè)定為在任何發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下，只要調(diào)節(jié)可變噴嘴32的開(kāi)度并將適當(dāng)量的排氣供給至增壓器20，就必然使動(dòng)力渦輪30高效地旋轉(zhuǎn)。另外，可以通過(guò)改變動(dòng)力渦輪30渦輪部31的渦輪翼與可變噴嘴32的組合、或者改變?cè)鰤浩?0的渦輪噴嘴、渦輪翼、壓縮機(jī)葉輪、壓縮機(jī)擴(kuò)壓器等的要項(xiàng)，進(jìn)行上述設(shè)定。
[0039]<控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)>
接著，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100具備控制整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的控制裝置60。控制裝置60由CPU、R0M、RAM等構(gòu)成。圖2是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的控制系統(tǒng)的框圖。如圖2所示，控制裝置60與操作船舶101的駕駛操作盤(pán)104、測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)主體10的轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)14、測(cè)定燃料向汽缸13內(nèi)的投入量的燃料投入量指示器18、以及測(cè)定掃氣壓的掃氣壓計(jì)17電氣地連接?？刂蒲b置60基于來(lái)自這些各種設(shè)備的輸入信號(hào)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)主體10的旋轉(zhuǎn)方向、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃料投入量、掃氣壓等各種信息。
[0040]又，控制裝置60基于來(lái)自上述各種設(shè)備的輸入信號(hào)執(zhí)行各種運(yùn)算等，并且控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的各部。在本實(shí)施形態(tài)中，控制裝置60與開(kāi)閉閥51、抽氣閥52以及可變噴嘴32電氣地連接，并且基于根據(jù)各輸入信號(hào)進(jìn)行的運(yùn)算等的結(jié)果，向開(kāi)閉閥51、抽氣閥52以及可變噴嘴32發(fā)送控制信號(hào)。
[0041]此外，作為控制裝置60的功能性結(jié)構(gòu)，具有閥控制部61和可變噴嘴控制部62。其中，閥控制部61是控制開(kāi)閉閥51以及抽氣閥52的開(kāi)閉的部分，并且執(zhí)行后述的循環(huán)流路形成控制。另一方面，可變噴嘴控制部62是決定可變噴嘴32的開(kāi)度的部分，并且執(zhí)行后述的排氣流量控制。以下，依次說(shuō)明通過(guò)控制裝置60進(jìn)行的循環(huán)流路形成控制以及排氣流量控制。
[0042]<循環(huán)流路形成控制>
首先，參照?qǐng)D3說(shuō)明循環(huán)流路形成控制。圖3是示出發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的控制內(nèi)容的流程圖。在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100運(yùn)行的期間，控制裝置60重復(fù)圖3的步驟S1?S16的循環(huán)。圖3中的步驟S1?S10是與循環(huán)流路形成控制相關(guān)的部分。如上已概要說(shuō)明，循環(huán)流路形成控制是在關(guān)閉開(kāi)閉閥51時(shí)打開(kāi)抽氣閥52以此形成通過(guò)動(dòng)力渦輪30的氣體的循環(huán)流路的控制。
[0043]首先，控制裝置60獲取各種信息(步驟S1 )。具體而言，控制裝置60基于來(lái)自各設(shè)備的輸入信號(hào)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)方向、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃料投入量、掃氣壓。
[0044]接著，控制裝置60判定發(fā)動(dòng)機(jī)主體10是否進(jìn)行正轉(zhuǎn)(步驟S2)。發(fā)動(dòng)機(jī)主體10正轉(zhuǎn)時(shí)(步驟S2中“是”)，進(jìn)行步驟S3，在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10逆轉(zhuǎn)時(shí)(步驟S2中“否”)，進(jìn)行步驟S4。其中，在步驟S4中，在關(guān)閉開(kāi)閉閥51的同時(shí)打開(kāi)抽氣閥52，之后返回至步驟S1。像這樣，在發(fā)動(dòng)機(jī)主體10反轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉開(kāi)閉閥51是為了避免動(dòng)力渦輪30與曲軸11之間動(dòng)力相互抵消。又，在關(guān)閉開(kāi)閉閥51時(shí)打開(kāi)抽氣閥52是如上所述為了形成通過(guò)動(dòng)力渦輪30的氣體進(jìn)行循環(huán)的循環(huán)流路以便減輕發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。
[0045]在步驟S3中，判定當(dāng)前是否為開(kāi)閉閥51閉合且抽氣閥52打開(kāi)。S卩，在步驟S3中，判定(確認(rèn))在前一個(gè)循環(huán)中開(kāi)閉閥51以及抽氣閥52的開(kāi)閉如何被決定。另外，至少在步驟S3中判定時(shí)，開(kāi)閉閥51被打開(kāi)