CN111094726B - 发动机的运转方法及发动机*** - Google Patents

Abstract

在船舶推进用的四冲程双燃料发动机(1)中，通过从以下模式中任选其一进行切换而运转：气体模式，以气体燃料为主要热源，进行气体燃料的调速控制；辅助模式，以气体燃料及液体燃料两者为燃料，进行液体燃料的调速控制；以及柴油模式，仅以液体燃料为燃料，进行调速控制。发动机(1)的控制部(22)具有：进行发动机的运转控制的运转控制部(49)、进行气体燃料的供给量的调速控制的气体调速器(44)、以及进行液体燃料的供给量的调速控制的柴油调速器(48)。在基于辅助模式的运转中，当发动机1的输出进入包括船舶用立方特性线的前后的区域即辅助关闭区域，则移至气体模式。在基于气体模式的运转中，当发动机(1)的输出进入输出大于辅助关闭区域的辅助开启区域，则移至辅助模式。

Description

发动机的运转方法及发动机***

技术领域

本发明涉及一种例如船舶推进用的四冲程双燃料发动机的运转方法及发动机***。

背景技术

近年来，对船舶推进用的发动机导致的大气污染物质的排出的限制得到了强化。因此，期望双燃料发动机的导入，其能够将气体等气体燃料作为燃料使用，减少大气污染物质的排出量，能够满足废气限制。双燃料发动机是能够以气体燃料和液体燃料两者为燃料使用的发动机。

例如，专利文献1中所记载的发动机装置，记载了使运转状态在气体模式和柴油模式之间转换时的燃料控制。在将运转模式从气体模式切换到柴油模式的情况下，对燃料气体供给量进行调速控制，同时使燃料油单调增加，当燃料油供给量达到切换阈值以上时，则对燃料油供给量进行调速控制，同时使燃料气体的供给量单调减少。在将运转模式从柴油模式切换到气体模式的情况下，通过相反的步骤进行控制。另外，设为只有从气体模式向柴油模式的切换才能够进行瞬时切换。

专利文献2所记载的柴油机公开了一种沿纵向扫气的二冲程大型柴油机。作为该大型柴油机的运转方法，在以气体模式运转期间，如果检测到负荷强烈变化的状态，则以过渡模式运转。在过渡模式下，针对大型柴油机的每一工作循环，具有确定燃料的气体量的上限阈值的步骤和确定除了气体之外还导入燃烧空间的液体燃料的追加量的步骤。

专利文献3所记载的发动机的控制装置是用于控制能够使用液体燃料及气体燃料两者进行驱动的发动机的方法。在该方法中记载有，将应从发动机输出的总输出的大小按照预定的比例分为液体燃料的负担量和气体燃料的负担量。

众所周知，在能够进行基于气体燃料的运转和基于液体燃料的运转两者的双燃料发动机中，通常进行基于气体燃料的运转(气体模式)，在紧急情况、非稳定情况下，进行基于液体燃料的运转(柴油模式)或基于气体燃料和液体燃料两者的运转。

另外，已知在使用液体燃料的柴油发动机中具备可变进气阀正时(VariableIntake Valve timing；VIVT)机构。

例如，在图17所示的可变阀正时机构的驱动机构的例子中，经由推杆128与摇臂127连结的排气阀摆臂103或进气阀摆臂105与曲柄状的连杆轴104的挺杆轴106(摆臂的支点位置)连接。通过由致动器变更(转动)曲柄状的连杆轴104的相位，改变进气阀摆臂105或排气阀摆臂103的支点位置，其结果，到凸轮轴108的接点位置发生改变。

由此，将用凸轮轴108按压排气阀摆臂103或进气阀摆臂105使凸轮轴108的偏心凸轮108a进退的正时设为可变。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－57774号公报

专利文献2：日本特开2016－217348号公报

专利文献3：日本专利4975702号公报

发明内容

本发明所要解决的问题

然而，在船舶推进用的四冲程发动机中，为了应对各种运转状况，进行调速器(调速装置)进行的对燃料供给量的调速控制。在该调速控制中，未预定应供给的燃料的量，而随时控制燃料的供给量，以保持恒定的目标旋转速度。在进行调速控制的双燃料发动机中，例如，如专利文献1所记载，能够在短时间内进行从气体模式向柴油模式的切换。但是，在短时间内进行从柴油模式向气体模式的切换存在困难。

即，在气体模式下，因为将能够进行得到适当的燃料的运转的空燃比范围限制在狭窄的范围，所以以维持适当的空燃比的状态对气体燃料的供给量适当地进行调速控制需要先进的技术，是困难的。而且，从柴油模式向快速的气体模式的切换成为引发爆震或失火的原因。在如专利文献1所记载的双燃料发动机的情况下，在实际的运转中，存在从柴油模式向气体模式的切换需要数十秒以上的时间的问题。

在现有技术中，因为从基于液体燃料的调速控制的运转模式向基于气体燃料的调速控制的运转模式的切换需要时间，所以向使用液体燃料的运转模式的转换被定位为非正常情况的方案，在输出剧烈变动的条件下，向基于气体燃料的调速控制的运转模式的返回是困难的。

本发明鉴于上述的问题而提出，其目的在于，提供一种双燃料发动机的运转方法和发动机***，其在进行调速器进行的燃料供给量的调速控制的情况下，能够以更短的时间顺畅地进行使用气体燃料的运转和使用液体燃料的运转之间的相互转换。

用于解决问题的技术方案

本发明提供了一种双燃料发动机的运转方法，其特征在于，具有以下步骤：在以气体燃料为主要热源的第一运转中，结束对气体燃料的供给量的调速控制，以将气体燃料的供给量降低到规定值，并且开始对液体燃料的供给量的调速控制，由此，移至以气体燃料和液体燃料两者为燃料的第二运转；以及在第二运转的运转中，结束对液体燃料的供给量的调速控制，以降低液体燃料的供给量，并且开始对气体燃料的供给量的调速控制，由此，返回到第一运转。

在本发明中，在从第一运转移至第二运转时，结束对气体燃料的供给量的调速控制，并且开始对液体燃料的供给量的调速控制，且将气体燃料的供给量降低到规定值。例如以1秒以内左右的极短时间进行该将气体燃料的供给量降低到规定值的操作。如果气体燃料的供给量降低，则通过液体燃料的调速控制的作用增加液体燃料的供给量，以维持发动机的目标旋转速度。因此，实施从第一运转向第二运转的转换，而不对发动机的旋转速度产生大的影响。

在从第二运转返回到第一运转时，结束对液体燃料的供给量的调速控制，并且开始对气体燃料的供给量的调速控制，且连续降低液体燃料的供给量。如果连续降低液体燃料的供给量，则通过气体燃料的调速控制的作用增加气体燃料的供给量，以维持发动机的目标旋转速度。因此，实施从第二运转向第一运转的返回，而不对发动机的旋转速度产生大的影响。

另外，优选的是，在发动机的输出降低的过程中实施返回到第一运转的步骤。

通过在发动机的输出降低的过程中实施向第一运转返回的步骤，短时间内向第一运转的返回变得容易。向第一运转返回时爆震或失火的发生成为问题，但在发动机的输出降低的过程中，因为是确保了足够的空气量的状态，所以容易维持适当的空燃比，在调速控制方面是限制燃料的供给的方向，因此，能够抑制气体燃料的急剧增加，不易产生爆震或失火。因此，通过按照该正时进行向第一运转的返回，维持适当的燃烧，同时能够进行短时间内的返回。

另外，在返回到第一运转的步骤中，优选的是，降低液体燃料的供给量的工序具有以较高的速度降低液体燃料的供给量的第一阶段和以较低的速度降低液体燃料的供给量的第二阶段。

在使用机械式燃料喷射泵对液体燃料供给的情况下，第二阶段相当于机械式燃料喷射泵的无喷射区域，实质上成为不喷射液体燃料的状态。

另外，也可以是，当发动机的输出进入在相对于船舶用立方特性线±10％的范围设定的辅助关闭线的下侧区域时，实施返回到第一运转的步骤，当发动机的输出进入设定于辅助关闭线的上侧的辅助开启线的上侧的区域时，实施移至第二运转的步骤。

在此，如果在相对于船舶用立方特性线±10％的输出范围设定辅助关闭线，并且发动机的输出进入辅助关闭线的下侧的区域(辅助关闭区域)，则进行向第一运转的返回。另外，如果在辅助关闭线的上侧设定辅助开启线，发动机的输出进入辅助开启线的上侧的区域(辅助开启区域)，则移至第二运转。

另外，在移至第二运转的步骤中，发动机的输出越大，气体燃料的供给量的值就越大。

即使在发动机的输出大的区域，也能够快速地进行从第二运转向第一运转的返回。

本发明提供了一种发动机的运转方法，其特征在于，具有以下步骤：以气体燃料和进行调速控制的液体燃料两者为燃料进行第二运转；以及在该步骤中结束对液体燃料的调速控制，连续降低液体燃料的供给量，并且进行以气体燃料为主要热源且进行调速控制的第一运转。

本发明的发动机的运转方法可以快速进行从第二运转向第一运转的转换。

本发明提供了一种发动机的运转方法，其特征在于，从以下模式中任选其一进行切换来运转发动机：气体模式，以气体燃料为主要热源，进行对气体燃料的调速控制；辅助模式，以气体燃料及液体燃料两者为燃料，进行对液体燃料的调速控制；以及柴油模式，仅以液体燃料为燃料进行调速控制，在基于辅助模式的运转中，当发动机的输出进入沿着船舶用立方特性线设定的辅助关闭区域时，移至气体模式，在基于气体模式的运转中，当发动机的输出进入输出大于辅助关闭区域的辅助开启区域时，移至辅助模式。

根据本发明，因为可以快速地进行从辅助模式向气体模式的返回，所以在与发动机的输出相应的条件下，在气体模式和辅助模式之间稳定地随时而且快速地进行运转模式的转换和返回。由此，能够事先避免气体模式中的爆震或失火的发生，并且辅助模式中的运转仅限于在输出大幅增加的非正常情况下运用的富扭矩(トルクリッチ)区域，从基于废气限制的环境措施的侧面来看也是优选的。

另外，在基于辅助模式的运转中，优选的是，在发动机的运转中进行控制的运转参数使用与气体模式共通的设定。

本发明提供了一种发动机***，其特征在于，具备控制部，所述控制部具有：运转控制部，其进行对发动机的运转控制；气体调速器，其进行对气体燃料的供给量的调速控制；以及柴油调速器，其进行对液体燃料的供给量的调速控制，在运转控制部进行的以气体燃料为主要热源的第一运转中，结束气体调速器进行的对气体燃料的调速控制，以降低气体燃料的供给量，并且开始柴油调速器进行的对液体燃料的调速控制，由此，移至以气体燃料及液体燃料两者为燃料的第二运转，在第二运转中，结束柴油调速器进行的对液体燃料的调速控制，以降低液体燃料的供给量，并且开始气体调速器进行的对气体燃料的调速控制，由此，返回到第一运转。

在本发明中，在从运转控制部进行的第一运转移至第二运转时，结束气体调速器进行的对气体燃料的供给量的调速控制，并且将气体燃料的供给量降低到规定值，开始柴油调速器进行的对液体燃料的供给量的调速控制。例如以1秒以内左右的极短时间进行将气体燃料的供给量降低到规定值的操作。如果气体燃料的供给量降低，则通过液体燃料的调速控制的作用增加液体燃料的供给量，以维持发动机的目标旋转速度。

在从第二运转返回到第一运转时，结束柴油调速器进行的对液体燃料的供给量的调速控制，并且连续降低液体燃料的供给量，开始气体调速器进行的对气体燃料的供给量的调速控制。如果降低液体燃料的供给量，则通过气体燃料的调速控制的作用增加气体燃料的供给量，以维持发动机的目标旋转速度。因此，实施第一运转和第二运转之间的转换和返回，而能够不对发动机的旋转速度产生大的影响。

发明效果

根据本发明提供的发动机的运转方法和发动机***，能够使第一运转和第二运转相互切换，而且在从第一运转移至第二运转时和从第二运转返回到第一运转时，能够以极短时间顺畅地进行各个转换，不会对发动机的旋转速度产生大的影响。

另外，在第一运转中能够事先避免爆震或失火的发生，并且因为第二运转仅限于在非稳定情况下运用的富扭矩区域，所以从基于废气限制的环境措施侧面来看也是优选的。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施方式的船舶用双燃料发动机的主要部分结构的框图。

图2A是表示双燃料发动机中的柴油模式的图。

图2B是表示双燃料发动机中的气体模式的图。

图2C是表示双燃料发动机中的辅助模式的图。

图3是表示输出、旋转速度、以及VIVT指令值的关系的立体图。

图4是表示输出、旋转速度、以及进气阀的闭阀正时的关系的立体图。

图5是表示在输出轴的旋转速度恒定的情况和变化的情况下，输出和最佳的VIVT指令值的关系的图表。

图6是表示各种不同VIVT指令值的情况下的燃料气体供给阀的开阀正时和THC浓度的关系的图表。

图7是表示在输出轴的旋转速度恒定的情况和变化的情况下，输出和燃料气体供给阀的开阀正时的关系的图表。

图8是表示与VIVT指令值对应的燃料气体供给开始时期的图表。

图9是表示进行船舶用双燃料发动机的PID控制的控制装置的结构的图。

图10是表示在气体调速器中进行PID控制，以使实际转速成为目标旋转速度的工序的图。

图11是表示在柴油调速器中进行PID控制，以使实际转速成为目标旋转速度的工序的图。

图12是通常情况和提前角时的进气阀和燃料气体供给阀的开闭动作的正时曲线图。

图13是表示船舶用立方特性线、辅助开启区域、以及辅助关闭区域的关系的图表。

图14是表示从气体模式向辅助模式转换时的输出和调速器指令值的图表。

图15是表示从辅助模式向气体模式返回时的输出和调速器指令值的图表。

图16A是发动机的燃烧循环的通常的循环的工序图。

图16B是发动机的燃烧循环的米勒循环的工序图。

图17是表示现有的可变进气阀正时机构的图。

具体实施方式

作为本发明的双燃料发动机，首先最初对可变进气阀正时(Variable IntakeValve Timing；VIVT)机构进行说明。

即，本发明人发现，以各VIVT角度变更燃料气体供给阀的开阀(供给开始)正时，根据THC浓度、燃烧状态确定最佳的值，按照VIVT角度设定燃料气体供给阀的开阀正时，由此能够抑制在使气体燃料发动机的输出上升时发生的爆震，并缩短负荷提高时间，而且，能够在富扭矩区域、贫扭矩(トルクプア)区域改善燃料气体供给阀的开阀正时引起的燃烧波动和旋转速度波动。

作为发动机的爆震抑制技术，能够使用可变进气阀正时(VIVT)机构降低有效压缩比。关于该点，通过图16A、16B对爆震抑制技术进行说明。图16A表示通常的四冲程循环的工序，图16B表示米勒循环的工序。

例如在气体燃料发动机中，通常，进气阀在活塞的下止点处关闭(参照图16A)。另一方面，如图16B所示，如果将关闭的正时设为早于下止点，则在进气阀关闭后，混合气的膨胀也继续，筒内温度Ts低于图16A的情况(Ts＊＜Ts)。相应地，上止点时的最高压缩温度也下降(Tc＊＜Tc)，从而，能够防止自燃，抑制爆震。

作为米勒循环的缺陷，因为压缩温度降低而低负荷区的着火性恶化，所以在启动时或低负荷时，需要返回图16A所示的通常的进气阀的开阀正时，仅在高负荷时将进气阀的开阀正时提早。

以下，作为根据本发明的实施方式的发动机，基于附图对用于船舶用发动机的例如四冲程的双燃料发动机1进行说明。

图1及图2所示的船舶用的双燃料发动机1(以下有时简称为发动机1)在运转中能够切换到柴油模式D、气体模式G以及辅助模式As中的任一个。图1所示的双燃料发动机1具备曲柄轴2的机构作为与螺旋桨等连结的输出轴，曲柄轴2与设置于气缸体3内的活塞4连结。由设置于气缸体3内的活塞4和发动机头5形成燃烧室6。

燃烧室6通过安装于发动机头5的进气阀8及排气阀9、在柴油模式D下使用的燃料喷射阀10密闭。在发动机头5上设置有在气体模式下使用的微型先导喷油阀11。在燃料喷射阀10处连接有燃料喷射泵12。在设置了发动机头5的进气阀8的吸气口处连接有进气管13，在设置了排气阀9的排气口处设置有排气管14。在进气管13处设置有由控制气体喷射的电磁阀构成的燃料气体供给阀15，在其上游侧设置有空气冷却机16和与排气管14连通的增压器17。

在此，如图2A、2B以及2C所示，根据本实施方式的双燃料发动机1能够切换到柴油模式D、气体模式G以及辅助模式As中的任一个进行运转。在图2A所示的柴油模式D下，例如能够以A重油等作为燃料油从未图示的燃料箱供给至燃料喷射泵，从燃料喷射阀10机械喷射到燃烧室6内的压缩空气，使其着火并燃烧。

在图2B所示的气体模式G下，由燃料气体供给阀15将天燃气等燃料气体供给至进气管13，与空气流预混合，将混合气供给至燃烧室6内，在混合气的压缩状态下通过点火装置进行点火，在该实施例中，从微型先导喷油阀11喷射先导燃料使其着火并燃烧。微型先导喷油阀11例如被电子控制，作为强力的点火源少量喷射先导燃料。燃料气体供给阀15是能够以微小的冲程形成大的开口并以短时间使大量的气体流动的电磁阀。

在图2C所示的辅助模式As下，通过调速控制将燃料油从燃料喷射阀10喷射到燃烧室6内，并且将燃料气体从燃料气体供给阀15供给至进气管13内。

气体模式G包括仅使用气体燃料(气体燃料)作为燃料通过火花塞进行点火的运转方式、以及对占据主要热源的气体燃料的点火使用少量的液体燃料(先导油)的喷射的运转方式两者。在通常的情况下，后者的运转方式中的所有燃料中的液体燃料的比例在额定输出的热量对比中为总热量的1％～10％左右。从实现对于废气的环境限制的观点来看，期望为3％以下。

辅助模式As是以气体燃料和液体燃料两者为燃料，而且进行对液体燃料的供给量的调速控制的运转方式。从环境措施的侧面来看，使用液体燃料的辅助模式As优选将运转时间设为所需要的最小限，当不再需要辅助模式时立即返回到气体模式。在辅助模式As下，将燃料油从燃料喷射阀10喷射到燃烧室6内使其燃烧，并且也将先导燃料从微型先导喷油阀11喷射到燃烧室6内使其燃烧。

柴油模式D是主要用于发动机的起动时及停止时且仅以液体燃料为燃料进行运转的运转方式。

发动机1以通过燃料喷射阀10将液体燃料喷射到燃烧室6内的柴油模式D进行起动。在确认了向发动机1供给基准值以上的气体压力之后，由燃料气体供给阀15将气体燃料供给至进气管13，使其与空气混合之后流入燃烧室6内，使气体燃料燃烧的气体模式G进行运转。

在停止时再次变更到柴油模式D，之后进行停止。在起动和停止以外能够变更柴油模式D和气体模式G。

在稳定的运转时，理论上沿着船舶用立方特性线按照旋转速度和输出的关系以气体模式进行发动机1的运转。船舶用立方特性是指在使用固定间距螺旋桨的船舶中，输出与旋转速度的立方成比例的船舶用主燃机(发动机1)的特性。在稳定运转以外，在进行暴风雨天气时的船舶的航行或快速的路径变更等的驾船的情况下，有时要求大大超过船舶用立方特性的、常用的运转区域以上的输出，气体模式G下的运转输出不足而难以运转，因此，暂时将液体燃料供给到燃烧室6内与气体燃料一同以辅助模式As进行运转。辅助模式As下的运转优选，因为通过调速控制使用液体燃料，所以考虑对环境的影响而在所需要的最小限度的时间内进行处理，当不再需要辅助模式As时快速返回到气体模式G。

根据本实施方式的双燃料发动机1具备在气体模式G进行负荷上升时的输出控制的气体发动机***。对该气体发动机***的构造进行说明。

在图1中，在曲柄轴2上安装有旋转速度传感器20和扭矩传感器21，由旋转速度传感器20测量曲柄轴2的旋转速度(转速)，由扭矩传感器21测量发动机扭矩。能够使用例如通过形变检测施加于轴的扭矩的传感器作为扭矩传感器21。由旋转速度传感器20和扭矩传感器21测量的测定数据分别作为信号输出到控制发动机1的控制部22。

在控制部22中，基于来自旋转速度传感器20和扭矩传感器21等的信号检测发动机1的运转状态。即，将由旋转速度传感器20测量的曲柄轴2的旋转速度(转速)设为n，将由扭矩传感器21测量的扭矩设为T，利用下述的式(1)和式(2)计算发动机1的输出(负荷)A。其中，将Lt设为发动机1的额定输出。

输出Lo＝2πTn/60 (1)

输出(负荷)A＝Lo/Lt×100 (2)

此外，作为求发动机1的输出(负荷)的方法，有根据除燃料的供给量之外的与发动机1的运转状态相关的信息推测的方法、和在发动机1的输出轴的动力传递***中具备扭矩传感器21，实际上进行扭矩的测定而求出输出的方法。在气体燃料发动机中，因为成为燃料的气体是弹性体，所以与液体燃料相比，得到准确的燃料的供给量相对困难。因此，优选的是，通过由扭矩传感器21实际上进行扭矩的测定来计算输出。

在将旋转速度n设为恒定的情况下，输出A和扭矩测定值T为正比例的关系。希望的是，在旋转速度n恒定的条件下，输出A越大，即扭矩数据T越大，关闭进气阀8的正时的提前角设定的比例越大。

在控制部22中存储有预先创建的确定进气阀开闭正时的第一电信号的第一图24、和根据第一电信号及开闭正时确定第二电信号的第二图25。在控制部22中，基于与通过旋转速度传感器20和扭矩传感器21测定的发动机1的输出A对应的旋转速度数据n和扭矩数据T，通过上述(1)及(2)式计算发动机1的输出A。通过旋转速度n和输出A在第一图24中选择与进气阀8的开闭正时对应的第一电信号。基于该第一电信号在第二图25中确定与第一电信号对应的进气阀8的开闭正时。此外，在后文叙述第一图24和第二图25的创建方法。

将由控制部22设定的开闭正时的第二电信号发送到电动气动转换器27，由电动气动转换器27将开闭正时的信号转换成空气压力。将该空气压力送到致动器28，控制可变进气阀正时机构30的驱动。从第一减压调节器34和电动气动转换器27向致动器28供给驱动用和控制用的空气压力P1、P2。

此外，向致动器28供给的空气压力由空气压缩机32压缩，储存于空气箱33。空气箱33内的空气压力通过第一减压调节器34减压到所需的压力。此时的压力通过变更第一减压调节器34的阀开度来调整，作为驱动用的空气压力P1供给至致动器28。在由压力计36测量的压力P1是规定值以下的情况下，发动机1无法起动。

第二减压调节器37将来自第一减压调节器34的用于驱动电动气动转换器27的空气压力进一步减压后进行供给。电动气动转换器27将与输入的开闭正时的第二电信号对应的空气压力作为用于调整致动器28的动作的空气压力P2供给至致动器28。基于这些空气压力P1、P2使致动器28的杆28a动作，从而使可变进气阀正时机构30工作。

致动器28例如是公知的P汽缸(带***的汽缸)，基于从第一减压调节器34和电动气动转换器27输入的压力P1、P2控制杆28a的进退。通过改变致动器28的杆28a的移动长度，控制可变进气阀正时机构30的驱动，将关闭进气阀8的正时从吸入下止点提前(提前角)或延迟(延迟角)，由此降低压缩比，以进行控制。因为进气阀8的开阀正时和闭阀正时之间的时间不变，所以如果开阀的正时从吸入下止点提前，则闭阀的正时也从吸入上止点提前相同时间。而且，在本实施方式中，通过根据发动机1的输出变更开阀和闭阀的正时，来抑制爆震并缩短负荷提高时间。基于发动机1的输出A和旋转速度n，通过控制部22内的第一图24和第二图25设定进气阀8的开闭正时，通过致动器28和可变进气阀正时机构30将进气阀8的开阀和闭阀的正时以能够抑制爆震的方式进行调整。

可变进气阀正时机构30的结构是已知的，具有与图17所示的结构相同的构造。即，可变进气阀正时机构30与例如根据致动器28的杆28a的移动长度设定旋转角度范围的连杆轴和具备偏心凸轮的凸轮轴平行配设。在连杆轴上连接有排气用摆臂，在设置于设为连杆轴的偏心的位置的挺杆轴上连接有进气用摆臂。在进气用摆臂上连接有进气阀8，在排气用摆臂上连接有排气阀9。

根据与连杆轴的旋转相应的挺杆轴的旋转角度，凸轮轴和进气用摆臂的距离发生变化，凸轮轴的偏心凸轮开始碰触的正时发生变化。由此，能够将闭阀正时变更为提前角(或延迟角)。从挺杆轴到凸轮轴中心的距离离开越远，进气阀8的闭阀正时越早。挺杆轴的旋转角度根据致动器28的杆28a的移动长度而变更。杆28a的移动长度通过向致动器28供给的控制用空气的压力P1、P2而任意变更。

进气阀8的开闭正时即提前角的大小由凸轮轴的偏心凸轮开始碰触与连杆轴的挺杆轴连结的进气用摆臂的正时决定。

可变进气阀正时机构30中的挺杆轴的旋转装置也可以使用未图示的伺服电机取代致动器28。在该情况下，将从控制部22的第二图25发送的开闭正时的信号输入到伺服电机。伺服电机使连杆轴旋转与接收到的信号对应的量，使挺杆轴回转，由此，能够使其接近和远离凸轮轴，变更进气阀8的开闭正时。此外，在使用伺服电机的情况下，不需要致动器28和从空气压缩机32到压力计38的结构。另外，利用控制器取代电动气动转换器27来驱动伺服电机。

另外，对向在进气管13中控制气体喷射的燃料气体供给阀15供给气体燃料的供给机构进行说明。在图1中，将气体燃料从贮存了天燃气等气体燃料的LNG气体箱40供给至气体气化器41，而且，气体压力通过气体调节器42减压到所需的气体压力。

该气体压力在燃料气体压力计43显示，通过变更气体调节器42的阀开度进行调整，作为燃烧用的气体燃料从燃料气体供给阀15供给至进气管13内。在进气管13内，将气体燃料和由空气冷却机16冷却的增压的空气混合并供给至燃烧室6。在负荷提高时，通过燃料气体供给阀15的动作增加气体燃料的供给量。

将由控制部22设定的开闭正时的第二电信号与电动气动转换器27分开地经由气体调速器44发送到燃料气体供给阀15。气体调速器44在气体模式下进行对气体燃料的供给量的调速控制(调速器控制)。而且，气体调速器44以根据进气阀8关闭的正时的提前角打开燃料气体供给阀15以将气体燃料供给至进气管13内的开阀正时提前的方式进行控制。使调整气体压的气体调节器42和使燃料气体供给阀15的开阀正时提前且进行调速控制的气体调速器44包括在燃料气体供给阀正时机构45中。此外，气体调速器44也可以设置于控制部22的外部。燃料气体供给阀正时机构45能够接收来自第二图25的第二电信号，根据进气阀8关闭的正时的提前角使燃料气体供给阀15的开阀正时提前即可。

而且，在控制部22设置有在辅助模式As时进行对液体燃料的调速控制的柴油调速器48。柴油调速器48接收开闭正时的第二电信号，供给至燃料喷射泵12并控制从燃料喷射阀10喷射到燃烧室6内的燃料油的供给量。柴油调速器48也可以设置于控制部22的外部。

柴油调速器48在辅助模式As下进行液体燃料的调速控制，对液体燃料的供给量进行调速控制，以符合发动机1的目标旋转速度。在从辅助模式As回到气体模式G时，结束对液体燃料的调速控制。

此外，在控制部22中，将包括第一图24和第二图25的结构作为运转控制部49，与运转控制部49分开地具有气体调速器44和柴油调速器48。

接下来，对存储于控制部22内的第一图24和第二图25的创建方法进行说明。图3是表示根据曲柄轴2的旋转速度和发动机1的输出(负荷率)确定VIVT指令值(进气阀关闭曲柄角度，Intake Valve Closed timing，IVC)即进气阀8关闭时的曲柄角度的第一图24的详情的立体图。

在图3中，用虚线表示常用(实用)运转的区域B。与此相对，用箭头线C表示与在发电中进行的将旋转速度设为恒定的情况下输出的变化相对的VIVT指令值的变化(提前角)，用箭头线D表示在船舶使用中进行的旋转速度和输出(负荷率)同时变化的情况下VIVT指令值的变化(提前角)。箭头线D表示船舶用立方特性。船舶用立方特性表示输出与旋转速度的立方成比例的船舶用主燃机的代表性的特性，是由燃机的额定旋转速度、额定输出确定的旋转速度和输出的特性曲线。在常用的运转区域B的区域内，输出(负荷率)高于船舶用立方特性线D的区域表示富扭矩区域，输出(负荷率)低于船舶用立方特性线D的区域表示贫扭矩区域。

第一图24基于下面的实验步骤(1)至(18)的行程而创建。

在实验中，使用在实际中使用的相同机型的双燃料发动机1。

(1)启动发动机1，将旋转速度(转速)n设定为400min^－1，将输出(负荷)A设定为10％，将进气阀8的闭阀正时设定为545deg(在构造上最晚的闭阀正时)。

(2)测量在发动机1驱动时发生的称为爆震的异常燃烧和此时的排气温度。爆震的发生通过安装于各发动机头5的未图示的爆震传感器来检测。在爆震现象发生时，形成高频的压力波动与通常的燃烧波形重叠的波形。

另外，通过安装于排气管14的温度传感器测定爆震测定时的排气温度。

(3)在上述的爆震测定时的排气温度的测定结束之后，将进气阀8的闭阀正时减少5deg，再次进行(2)的测量。将闭阀正时变更到500deg(在构造上最早的闭阀正时)进行测量。

(4)上述(3)的测量结束后，将输出A以每次10％阶梯式地增加到110％，再次反复进行(2)和(3)的测量。

(5)通过上述(1)～(4)的测量，将爆震强度是基准值以下且排气温度是500℃以下的情况判断为抑制爆震且发动机1能够安全运转。

(6)根据上述(5)的测量结果，在将X轴设定为输出A，将Y轴设定为旋转速度n，将Z轴设定为开闭正时的图4的立体图表中，在能够安全运转的测量点上标绘●(黑圆)，在不安全的测量点上标绘x。由此，能够选定输出A、转速n以及闭阀正时的关系的爆震抑制范围。

(7)将旋转速度n以每次100min^－1上升到900min^－1来进行上述(1)～(6)的测量工序，测量每一旋转速度n的能够安全运转的范围。

(8)由旋转速度n、输出A以及闭阀正时的三个轴表示上述(7)的测量结果的图表是图4。在图4中，由直线包围的范围是抑制爆震且发动机1能够安全运转的范围。

(9)在通过上述(1)～(8)的实验测量的图4所示的能够安全运转发动机的由直线包围的立体区域的范围内，以寻找氮氧化物(以下称为NOx)为基准值以下，热效率最高的设定为目的进一步进行实验。

将发动机旋转速度n设定为400min^－1，将输出A设定为10％，将进气阀8的闭阀正时设定为545deg。

(10)接下来测量NOx和热效率。NOx由安装于排气管14的废气分析器进行测量。热效率通过由从安装于燃料配管的燃料流量计测量的燃料流量L和扭矩传感器21的测量结果计算的输出A，利用下述的(3)式计算。

热效率η＝360Lo/H/L (3)

其中，H：燃料气体的低位发热量(J/Nm³)

Lo：目前的输出

L：燃料流量

(11)在上述(10)的测定结束后，以每次5deg逐次减少进气阀8的闭阀正时，再次进行(10)的测量。将闭阀正时变更到505deg进行测量(参照图9)。

(12)上述(10)和(11)的测量结束后，将输出以每次10％阶梯式地增加到110％，再次反复进行(10)及(11)的测量。闭阀正时在图4所示的能够安全运转的范围内变更。

(13)将旋转速度n以每次100min^－1阶梯式地上升到900min^－1来进行上述(9)～(12)的测量，确定每一旋转速度的性能最好的测量点。

(14)针对每一旋转速度n和输出A设定NOx为规定值以下，且热效率最高的进气阀8的闭阀正时。根据该结果，创建图3所示的第一图的原案。

(15)以任意的负荷提高模式使旋转速度n和输出A上升，来检测爆震。负荷提高模式是指输出A(负荷率)和旋转速度n随时间的变化状态，根据船舶用推进装置的螺旋桨规格(形状、转速)而变化。

(16)将在上述(15)中检测到的爆震强度为基准值以上的测量点的闭阀正时减少3deg。

(17)重复进行(15)和(16)的工序，直至爆震强度达到基准值以下为止，确定抑制了爆震的闭阀正时。如果减少闭阀正时，则热效率恶化。将得到NOx和爆震强度为基准值以下且热效率最高的结果的闭阀正时的设定设为旋转速度n和输出A的设定值。

(18)以各旋转速度n和输出A分别测量通过上述(17)抑制了爆震的闭阀正时，根据其结果创建图3所示的最终的第一图24。

在图3中，与旋转速度和输出相应的VIVT指令值由立体平面的图表表示，图中上侧是进一步提前闭阀正时的方向。在立体平面上，由虚线表示的区域是在实际的船舶推进装置的运转中使用的实用的运转区域，由船舶用立方特性线D表示良好的负荷提高模式的一个示例。在实用的运转区域中提高负荷，进行控制，以随着燃机的输出增大，增大闭阀正时的提前角。

在由船舶用立方特性线D表示的良好的负荷提高模式的一个示例中，在旋转速度和输出较小的图中右下的位置将提前角设为最少，随着旋转速度和输出增加而增大提前角。增大提前角的比例不是恒定的，但作为整体，输出越增加，提前角越大。此外，因为输出(负荷率)由扭矩和旋转速度的积求出，所以也能够表现为输出轴的扭矩越增加，提前角越大。

接下来，由下述的实验创建第二图25。

在通过致动器28对可变进气阀正时机构30进行旋转控制时，通过下面的步骤创建第二图25。

(1)通过致动器28变更闭阀正时，测量变更为各闭阀正时时的压力。

(2)根据电动气动转换器27的规格检查供给上述(1)的压力所需的第二电信号。

(3)根据上述(1)及(2)的结果，创建在横轴上表示在上述第一图24中选择的第一电信号且在纵轴上表示闭阀正时(第二电信号)的第二图25。

此外，上述的说明是使用致动器28的情况，对于取代致动器28而通过伺服电机对可变进气阀正时机构30进行旋转控制的情况，进行如下操作。

(1)基于伺服电机变更闭阀正时，测量变更为各闭阀正时时的第二电信号。

(2)根据上述(1)的结果，创建在横轴上表示第一电信号且在纵轴上表示闭阀正时(第二电信号)的第二图25。

第二图25是表示闭阀正时(第二电信号)和第一电信号的关系的图。

在图3所示的立体图中，在实线C所示的发电用的特性线和船舶用立方特性线D上，最佳的VIVT指令值根据输出而不同。即，如在图5中作为一示例示出的那样，即使在输出相同的情况下，在旋转速度不同时最佳的VIVT指令值的进气阀关闭曲柄角度不同。

在本实施方式中，对应VIVT指令值的变化，即，相对于各种进气阀关闭曲柄角度，以进气阀8和排气阀9的气门交叠时引起的未燃烧燃料气体向排气管14的窜气变少的方式设定将燃料气体供给至进气管13的燃料气体供给阀15的开阀正时。为此，首先设定与旋转速度和输出对应的VIVT指令值。严格来说，虽然优选空燃比或点火时期也将热效率或NOx作为标准设定成最佳的值，但在此，假设发动机1能够稳定运转，则不设定这些条件。

作为设定燃料气体供给阀15的开阀正时的一个示例，以下对与船舶用立方特性线D中的最佳VIVT指令值一致的发动机运转条件下的气体调速器44进行的燃料气体供给阀15的开阀正时的确定方法进行说明。

首先，在将发动机的输出(负荷率)设为25％、50％、75％、100％的各运转条件下，以打开进气阀8的正时为标准从燃料气体供给阀15供给燃料气体，但因为向进气管13内供给燃料气体，所以燃料气体不会瞬间到达进气阀8。因此，考虑到从燃料气体供给阀15到进气阀8的距离，假定燃料气体供给阀15的开阀正时时的曲柄角度位置。而且，将燃料气体供给阀15的开阀正时时的曲柄角度位置在其前后每次变更5deg，测定此时的增压器17的气体轮机出口的废气中的未燃烧气体即总烃浓度(THC浓度)。在各个运转条件下重复进行THC浓度的测量。THC浓度优选通过氢焰电离法(JIS B 7956)测定。

根据各条件变更燃料气体供给阀15的开阀正时，将各VIVT指令值(进气阀关闭曲柄角度)设定为例如40％、65％、85％、100％，图6表示各VIVT指令值的燃料气体开阀正时和测定的THC浓度的关系。

如图6所示，燃料气体供给阀15的开阀正时在阀交叠时未燃烧燃料气体的窜气少且THC浓度最低的曲柄角度设定为基准。另一方面，如果燃料气体供给阀15的开阀正时因输出变化而急剧变化，则与上述的燃烧变动或旋转速度变动相连。因此，以与输出相应的燃料气体供给阀15的开阀正时的变化量变为尽可能小的倾向的方式，在从选定的基准±5deg.C.A的范围内选定成为燃料气体供给阀15的最佳的燃料气体开阀正时的曲柄角度，在各个条件下确定与最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时对应的曲柄角度。

由图7的“旋转速度变化”的折线表示这样确定的、船舶用立方特性线D的最佳的VIVT指令值中的最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时的曲柄角度和输出(负荷率)的关系。

同样地，由图7的“旋转速度恒定”的折线表示由图3的发电用特性线C进行的设为旋转速度恒定的输出中的最佳的VIVT指令值中的最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时的曲柄角度和输出(负荷率)的关系。

如图7所示，结果是：即使输出相同，最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时在旋转速度变化的条件下和旋转速度恒定的条件下不同。

但是，如图8所示，如果将横轴调整为VIVT指令值来取代输出，则船舶用立方特性线D的最佳的VIVT指令值中的最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时的曲柄角度和发电用特性线C(旋转速度恒定)的最佳的VIVT指令值中的最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时的曲柄角度呈现一致的一个线状图特性。即，判断为最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时不依赖输出，而依赖VIVT指定值(进气阀关闭曲柄角度)。

从图8可知，如果通过可变进气阀正时机构30变更进气阀8的闭阀时期，则进气阀8关闭正时越提前，燃料气体供给阀15的供给开始正时的提前角的程度越大。

因此，通过气体调速器44，以VIVT指令值为基准设定在各条件下确定的最佳的燃料气体供给阀15的开阀正时的曲柄角度，由此，能够实现基于VIVT指令值的燃料气体供给阀15的开阀正时的最优化。此外，在图8中，未测量的VIVT指令值或燃料气体供给开始时期等通过连结测定点前后的数据的近似线确定即可。

接下来，通过图9～图11对燃料气体供给阀15进行的燃料气体供给结束的正时控制进行说明。

图9表示图1所示的发动机1的主要部分结构。在图9中，在控制部22的外部设置有目标旋转速度指令部50，将预先设定的目标旋转速度输入控制部22。在控制部22的气体供给时间计算部51中，基于通过旋转速度传感器20的测定值计算的实际转速和目标旋转速度的偏差，直接对燃料气体供给阀15的开阀期间进行PID控制。

在与气体供给时间计算部51连接的气体供给阀控制部52中，以以下的方式进行反馈控制：以燃料气体供给阀15的开阀正时为起点，计算应开阀的时间，输出到燃料气体供给阀15，将燃料气体供给阀15打开应开阀的时间。

在控制部22内配设有齿条目标值设定单元57，该齿条目标值设定单元57通过由目标旋转速度指令部50设定的目标旋转速度设定未图示的控制齿条的目标位置。通过由齿条目标值设定单元57设定的齿条位置的目标值，对燃料喷射阀10的齿条位置进行反馈控制。

如下进行燃料气体供给阀15的闭阀正时控制。即，如图10所示，在控制部22中基于由目标旋转速度指令部50设定的目标旋转速度和实际转速的偏差，直接对燃料气体供给阀15的开阀期间进行PID控制。具体而言，基于目标旋转速度和实际转速的偏差，通过气体调速器44，以实际转速通过反馈控制追随目标旋转速度的方式控制各燃料气体供给阀15开阀的时间。

在气体供给阀控制部52中，基于以燃料气体供给阀15的开阀正时为起点算出的开阀期间进行各燃料气体供给阀15的闭阀正时的控制。控制部22以不预先计算供给的燃料气体量而实际转速与目标旋转速度一致的方式直接对燃料气体供给阀15的开阀期间进行PID控制。

控制燃料气体的供给压力，以消除对以发动机1的输出和旋转速度的数据为参数设定的压力ΔP值加上由设置于进气管13内的增压压力计54检测到的增压压力后所得的值与燃料气体压力计43的值的偏差的方式，对燃料气体的压力调整器55进行反馈控制。

如下进行液体燃料的燃料喷射泵12及燃料喷射阀10的控制。即，如图11所示，控制部22基于由目标旋转速度指令部50设定的目标旋转速度和实际转速的偏差，直接对燃料喷射泵12的齿条位置进行PID控制。具体而言，基于目标旋转速度和实际转速的偏差，通过柴油调速器48，以实际转速通过反馈控制追随目标旋转速度的方式变更燃料喷射泵12的齿条位置，由此，从燃料喷射阀10喷射的液体燃料的喷射量增加或减少，从而，发动机1的旋转速度增加或减少。

图12表示显示上述的结果的可变进气阀正时机构30的提前角与气体调速器44进行的燃料气体供给阀15的供给开始及结束的正时的关系。

图12表示了发动机1的曲柄角度与进气阀8及排气阀9的阀升程的关系。在表示进气阀8的开闭动作的曲线中，实线所示为VIVT(可变进气阀正时)指令值是0％的情况，点划线表示提前角时(VIVT指令值为100％)的情况的开闭动作图像。而且，相对于VIVT指令值为0％的情况的燃料气体供给阀15的开阀期间，提前角时(VIVT指令值为100％)的燃料气体供给阀15的开阀期间变得更长。

另外，优选的是，随着进气阀8的闭阀正时提前而升高燃料气体的供给压力并增大燃料供给量。因此，在图9中，燃料气体向进气管13内的供给压力设定为对由设置于进气管13内的增压压力计54检测到的增压压力加上压力ΔP值的大小。压力ΔP将预先测定的多个发动机1的输出和旋转速度的数据设定为参数。其结果，从燃料气体供给阀15供给的燃料气体的供给压力随着关闭进气阀8的正时的提前角而升高。

接下来，对由控制部22控制的发动机1的运转中的船舶用立方特性线与辅助开启(ON)区域和辅助关闭(OFF)区域的关系进行说明。在图13的图表中，横轴表示发动机1的旋转速度，纵轴是输出(kw)。

船舶用立方特性线是在使用固定间距螺旋桨的船舶中输出与旋转速度的立方成比例的船舶用主燃机的特性，是发动机1的基本控制输出水平。但是，输出和旋转速度的关系不限于准确地与立方成比例，有时也具有某种程度的偏移。在图中，由虚线表示对于船舶用立方特性线加减10％的范围。在该加减10％的范围中设定辅助关闭线。优选的是，辅助关闭线沿着船舶用立方特性线设定，在本实施方式中，在图中，如长虚线所示，设定为在船舶用立方特性线的稍微上方沿着船舶用立方特性线的线。将该辅助关闭线的下侧的区域设为辅助关闭区域。另外，在辅助关闭线的上侧设定辅助开启线。优选的是，在船舶用立方特性线的某种程度的上方的不常用运转的输出中根据发动机1的特性设定辅助开启线。在本实施方式中，如图中点划线所示，设定为随着从空转速度到中间旋转速度以一定比例超过船舶用立方特性线、并随着从中间旋转速度达到额定旋转速度接近船舶用立方特性线的线。将该辅助开启线的上侧的区域设为辅助开启区域。此外，这些辅助开启线、辅助关闭线等表示控制中的概念，并不意味物理上的线，优选安装为计算机的程序中的功能。

气体模式G下的运转在船舶用立方特性线的附近稳定地进行，但如箭头(A)所示，有时输出暂时相对于旋转速度升高。在基于气体模式G的运转中，如果输出升高，进入辅助开启区域，则移至基于辅助模式As下的运转。之后，如果输出相对于旋转速度升高的状态被消除，则如箭头(B)所示，输出降低到船舶用立方特性线附近。如果输出降低，进入辅助关闭区域，则返回到气体模式G下的运转。

因为辅助模式As下的运转局限于输出增大的富扭矩区域，所以从环境措施的侧面来看也是优选的。另外，在辅助模式As下，在图中，如气体调速器的指令图像的虚线所示，进行气体调速器的控制，该气体调速器的控制进行与旋转速度相应的规定值的气体燃料的供给。

接下来，利用图14及图15所示的正时曲线图对气体模式G和辅助模式As之间的转换时的动作进行说明。

图14是表示从气体模式G移至辅助模式As时的动作的正时曲线图。在暴风雨天气时进行船舶的航行或快速的路径变更等驾船的情况下，相对于旋转速度的输出(负荷)上升。如果输出(负荷)超过预先设定的辅助开启线，则移至辅助模式As。在该情况下，气体调速器44结束对气体燃料的供给量的调速控制。大致与此同时，由柴油调速器48开始对液体燃料的供给量的调速控制，且将基于气体调速器44的气体燃料的供给量快速降低到与由图13说明的旋转速度相应的规定值，以低输出使其稳定。该低输出的气体调速器指令值根据旋转速度而变化。

以极短时间(例如1秒以内)进行将气体燃料的供给量降低到规定值的操作。如果气体燃料的供给量降低到规定值，则通过液体燃料的调速控制的作用增加液体燃料的供给量，以维持发动机1的目标旋转速度。其结果，实施从气体模式G向辅助模式As的转换，而不对发动机1的旋转速度产生大的影响。能够通过该气体调速器44和柴油调速器48，与向柴油模式D的转换相同地以极短时间(例如1秒以内)进行从气体模式G向辅助模式As的转换。

接下来，通过图15对表示从辅助模式As向气体模式G返回时的动作的正时曲线图进行说明。

在辅助模式As下运转中，如果相对于旋转速度的输出(负荷)下降，输出(负荷)低于预先设定的辅助关闭线，则返回到气体模式G。在从辅助模式As返回到气体模式G时，由柴油调速器48结束对液体燃料的供给量的调速控制，并且，大致与此同时由气体调速器44开始对气体燃料的供给量的调速控制。而且，柴油调速器48在例如两个阶段连续降低液体燃料的供给量，最终将供给量设为零或极小的量。

连续降低基于柴油调速器48的液体燃料的供给量的模式能够设为直线、曲线、或者具有与这些在实质上相同的作用的多级的台阶状，但在本实施方式中，设为分成两个阶段直线下降。如图15所示，在机械式的燃料喷射泵12的第一阶段f1中，使液体燃料的供给量相对快速地下降，以降低输出，在第二阶段f2的区域中以低速进行输出的下降。实质上将第二阶段f2设为不喷射液体燃料的无喷射区域，而且，期望其输出降低的转换期间慢慢地降低。在第一阶段f1和第二阶段f2的边界，将柴油调速器48的指令设为空转程度的调速器指令。

与上述的降低气体燃料的供给量的操作比较，通过柴油调速器48连续降低液体燃料的供给量的操作期望以长的时间进行。直至基于柴油调速器48的液体燃料的供给结束为止的时间根据输出而不同，但实质上设为数秒左右。如果连续降低液体燃料的供给量，则通过气体调速器44进行的气体燃料的调速控制的作用增加气体燃料的供给量，以维持发动机1的目标旋转速度。其结果，实施从辅助模式As向气体模式G的返回，而不对发动机1的旋转速度产生大的影响。

在此，在向气体模式G返回前的辅助模式As中，因为供给规定量的气体燃料，所以能够在开始向气体模式G返回的步骤的时刻立即开始对气体燃料的供给量的调速控制。一般来说，在从零开始气体燃料的供给的情况下，开端不稳定，进行稳定的控制需要时间。但是，在该辅助模式As中，因为已经以规定值的供给量继续供给气体燃料，所以能够迅速地开始对气体燃料的调速控制，开始后的调速控制的追随性也变高。

由此，虽然根据输出而不同，但在从辅助模式As向气体模式G的转换中，能够以数秒停止实质的液体燃料的供给。

接下来，对根据本实施方式的船舶推进用的四冲程双燃料的发动机1的运转方法进行说明。

在发动机1起动时，以柴油模式D启动并移至气体模式G。在气体模式G下，在船舶用立方特性线上稳定地运转。在控制部22中，由气体调速器44进行气体燃料的供给量的调速控制，在图13中，即使相对于船舶用立方特性线在某种程度上存在输出的偏移，在不到达辅助开启线的情况下，在气体模式G下进行旋转速度和输出的控制并稳定运转。在气体模式G下，以仅将气体燃料用作燃料并由火花塞进行点火的运转方式、或对占据主要热源的气体燃料的点火使用少量的液体燃料(先导油)的喷射的运转方式中的任一个进行运转。在包括少量的液体燃料的运转方式的情况下，液体燃料的比例通常在额定输出的热量对比中为总热量的1％～10％左右，但从实现对于废气的环境限制的观点来看，期望为3％以下。

在气体模式G的运转中，通过设置于曲柄轴2的旋转速度传感器20和扭矩传感器21检测发动机的输出(负荷)。由旋转速度传感器20测量曲柄轴2的旋转速度(转速)，由扭矩传感器21测量发动机扭矩。将由旋转速度传感器20和扭矩传感器21测量到的测定数据作为信号分别输出到发动机1的控制部22。

在控制部22中，基于来自旋转速度传感器20和扭矩传感器21等的信号检测发动机1的运转状态的输出。在由于发动机1的加减速或海的暴风雨等而输出(负荷)上升，输出(负荷)超过预先设定的辅助开启线的情况下，从气体模式G移至辅助模式As(参照图14)。

在从气体模式G向辅助模式As转换时，气体调速器44进行的对气体燃料的调速控制结束，调速器指令值快速下降，使气体燃料的供给量下降到规定值，与此同时，由柴油调速器48开始对液体燃料的供给量的调速控制。例如以1秒以内的极短时间进行气体燃料的供给量的下降。同时，通过柴油调速器D进行的调速控制增加液体燃料的供给量，以维持发动机的目标旋转速度。其结果，以短时间从气体模式G移至辅助模式As，而不对发动机的旋转速度产生大的影响。由此，能够事先避免气体模式G中的爆震或失火。

此外，因为辅助模式As下的运转使用一定比例的液体燃料，所以从环境措施的侧面来看，设为运转所需的最小限度的时间，在不再需要辅助模式As的时刻迅速返回到气体模式。

在辅助模式As下的发动机1的输出(负荷)下降，且达到辅助关闭线以下的情况下，结束辅助模式As，移至气体模式G(参照图15)。

在从辅助模式As返回到气体模式G时，柴油调速器48结束对液体燃料的供给量的调速控制，并且，大致与此同时通过气体调速器44开始对气体燃料的供给量的调速控制。而且，柴油调速器48例如历经两个阶段连续降低液体燃料的供给量，最终设为零或极小的量。

在液体燃料的供给量降低时，柴油调速器48的指令值在第一阶段f1快速降低供给量，在第二阶段f2中实质上将液体燃料设为无喷射状态，较缓和地降低调速器指令值。与上述的在辅助模式转换时降低气体燃料的供给量的操作比较，连续降低液体燃料的供给量的操作花费较长的时间例如数秒来进行。

如果液体燃料的供给量连续降低，则通过气体调速器44进行的气体燃料的调速控制快速增加气体燃料的供给量，以维持发动机1的目标旋转速度。这样，实施从辅助模式As向气体模式G的返回，而不对发动机1的旋转速度产生大的影响。

而且，因为在辅助模式As的阶段继续供给规定量的气体燃料，所以能够在向气体模式G返回的时刻立即开始对气体燃料的调速控制。因此，能够迅速开始对气体燃料的供给量的调速控制，开始后的调速控制的追随性和稳定性变高。因此，在从辅助模式As向气体模式G转换时，能够以数秒进行实质的对气体燃料的调速控制和液体燃料的供给停止或限制。

另外，通过在发动机1的输出降低的过程中实施向气体模式G返回的步骤，短时间内的向气体模式的返回变得容易。在向气体模式返回时，可能发生爆震或失火，但在发动机1的输出降低的过程中，因为是确保了足够的空气量的状态，所以容易维持适当的空燃比。

而且，在发动机1的输出降低的过程中，因为在调速控制方面是限制燃料的供给的方向，所以能够抑制气体燃料的急剧增加，不易发生爆震或失火。因此，通过按照发动机输出下降的正时进行向气体模式G的返回，能够维持适当的燃烧，同时进行短时间内的向气体模式G的返回。发动机1的输出越大，辅助模式As下的气体燃料的供给量的值越大。由此，即使在发动机1的输出大的区域，也能够快速地进行从辅助模式As向气体模式G的返回。

此外，在基于气体模式G的运转中，即使在预想负荷增大而发生爆震或失火的状况下，也能够通过从气体模式G移至辅助模式As，来继续发动机1的运转。另一方面，因为在辅助模式As下使用一定比例的液体燃料，所以从环境措施的侧面来看，将辅助模式As下的运转设为所需要的最小限度。而且，如果到达不再需要辅助模式As的状态，则立即返回到基于气体模式G的运转。

因为船舶用立方特性线表示发动机1的输出和旋转速度的关系，所以在向辅助模式As的转换和向气体模式G的返回的控制中，快速进行基于发动机1的输出和旋转速度的相互关系与连续性的切换，即使在输出和旋转速度复杂地变化的现实驾船状态中，也进行适当的转换和返回。而且，因为辅助模式As在输出高于船舶用立方特性线的富扭矩区域进行，所以从环境措施的方面来看也是优选的。

另外，因为船舶推进用的发动机1大致在船舶用立方特性线上稳定地运转，所以仅在必要的情况下进行向辅助模式As的转换，如果不再需要辅助模式As，则立即向气体模式G返回。因此，根据本实施方式的发动机1及其运转方法能够更适用于输出变动剧烈的拖船或作业船用的发动机。

在本实施方式中，在气体模式G和柴油模式D下，将在发动机1的运转中进行控制的运转参数，例如与增压压力相关的设定值、变更进气阀的闭阀正时的情况下的可变进气阀正时机构30的控制(VIVT指令值)的设定值、以及与点火条件相关的设定值设为在各个运转模式中最优化的设定值。另一方面，在辅助模式As下，对这些运转参数，即与增压压力相关的设定值、变更进气阀的闭阀正时的情况下的可变进气阀正时机构30的控制(VIVT指令值)的设定值、以及微型先导喷射阀11或火花塞等点火装置的设定值中的至少一个以上使用与气体模式G共通的设定值。

如上所述，根据本实施方式的双燃料发动机1和其运转方法，能够以例如1秒这样的极短时间快速对从气体模式G向辅助模式As的转换进行转换控制，能够以数秒这样的极短时间快速对从辅助模式As向气体模式G的返回进行转换控制。因此，能够事先避免气体模式G中的爆震或失火的发生。辅助模式As中的运转局限于输出(负荷)大幅增加的富扭矩区域，在不再需要使用液体燃料的辅助模式As的情况下，因为快速返回到气体模式G，所以从环境措施的方面来看也得到了优越的效果。

此外，本发明的发动机不限于上述的实施方式的双燃料发动机1和其运转方法，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当的变更或替换等。以下对本发明的变形例等进行说明，但对与上述的实施方式中说明的零件或部件等相同或相似的内容使用相同的符号，并省略说明。

工业适用性

本发明提供了一种发动机运转方法和发动机***，其能够在以气体燃料为主要热源的第一运转、和在该运转时输出(负荷)增大时以气体燃料和液体燃料两者为燃料的第二运转两个运转状态之间，根据输出(负荷)的变化而相互且快速转换。

符号说明

1：双燃料发动机

2：曲柄轴

8：进气阀

9：排气阀

10：燃料喷射阀

11：微型先导喷油阀

12：燃料喷射泵

13：进气管

14：排气管

15：燃料气体供给阀

20：旋转速度传感器

21：扭矩传感器

22：控制部

24：第一图

25：第二图

30：可变进气阀正时机构

44：气体调速器

45：燃料气体供给阀正时机构

48：柴油调速器。

Claims (9)

1.一种发动机的运转方法，所述发动机是双燃料发动机，其特征在于，具有以下步骤：

在以气体燃料为主要热源的第一运转中，结束对所述气体燃料的供给量的调速控制，以将所述气体燃料的供给量降低到规定值，并且开始对液体燃料的供给量的调速控制，由此，移至以所述气体燃料和所述液体燃料两者为燃料的第二运转；以及

在所述第二运转的运转中，结束对所述液体燃料的供给量的调速控制，以降低所述液体燃料的供给量，并且开始对所述气体燃料的供给量的调速控制，由此，返回到所述第一运转，

在返回到所述第一运转的步骤中，降低所述液体燃料的供给量的工序具有以较高的速度降低液体燃料的供给量的第一阶段和以较低的速度降低所述液体燃料的供给量的第二阶段。

2.根据权利要求1所述的发动机的运转方法，其中，

在所述发动机的输出降低的过程中实施返回到所述第一运转的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的发动机的运转方法，其中，

当所述发动机的输出进入在相对于船舶用立方特性线±10％的范围设定的辅助关闭线的下侧区域时，实施返回到所述第一运转的步骤，

当所述发动机的输出进入设定于所述辅助关闭线的上侧的辅助开启线的上侧区域时，实施移至所述第二运转的步骤。

4.根据权利要求1或2所述的发动机的运转方法，其中，

在移至所述第二运转的步骤中，所述发动机的输出越大，所述气体燃料的供给量的值就越大。

5.根据权利要求3所述的发动机的运转方法，其中，

在移至所述第二运转的步骤中，所述发动机的输出越大，所述气体燃料的供给量的值就越大。

6.一种发动机的运转方法，所述发动机是双燃料发动机，其特征在于，所述运转方法具有以下步骤：

以气体燃料和进行调速控制的液体燃料两者为燃料进行第二运转；以及

结束所述步骤中对液体燃料的调速控制，以连续降低液体燃料的供给量，并且进行以所述气体燃料为主要热源且进行调速控制的第一运转，

其中，在返回到所述第一运转时，降低所述液体燃料的供给量的工序具有以较高的速度降低液体燃料的供给量的第一阶段和以较低的速度降低所述液体燃料的供给量的第二阶段。

7.一种发动机的运转方法，所述发动机是双燃料发动机，其特征在于，从以下模式中任选其一进行切换来运转发动机：

气体模式，以气体燃料为主要热源，进行对所述气体燃料的调速控制；

辅助模式，以所述气体燃料及液体燃料两者为燃料，进行对所述液体燃料的调速控制；以及

柴油模式，仅以所述液体燃料为燃料进行调速控制，

其中，

在基于所述辅助模式的运转中，当所述发动机的输出进入在相对于船舶用立方特性线±10％的范围且在船舶用立方特性线的上方沿着船舶用立方特性线设定的辅助关闭线的下侧区域时，移至所述气体模式，

在基于所述气体模式的运转中，当所述发动机的输出进入在所述发动机的额定旋转速度以外的速度范围中向所述辅助关闭线的上侧偏离设定的辅助开启线的上侧区域时，移至所述辅助模式，

在所述气体模式的运转中，结束对所述气体燃料的调速控制，以将所述气体燃料的供给量降低到规定值，并且开始对液体燃料的调速控制，由此，移至所述辅助模式。

8.根据权利要求7所述的发动机的运转方法，其中，

在基于所述辅助模式的运转中，在发动机的运转中进行控制的运转参数使用与所述气体模式共通的设定。

9.一种发动机***，所述发动机是双燃料发动机，其特征在于，具备控制部，所述控制部具有：

运转控制部，其进行对发动机的运转控制；

气体调速器，其进行对气体燃料的供给量的调速控制；以及

柴油调速器，其进行对液体燃料的供给量的调速控制，

在所述运转控制部进行的以所述气体燃料为主要热源的第一运转中，结束所述气体调速器进行的对气体燃料的调速控制，以将所述气体燃料的供给量降低到规定值，并且开始所述柴油调速器进行的对液体燃料的调速控制，由此，移至以所述气体燃料及液体燃料两者为燃料的第二运转，

在所述第二运转中，结束所述柴油调速器进行的对所述液体燃料的调速控制，以降低所述液体燃料的供给量，并且开始所述气体调速器进行的对气体燃料的调速控制，由此，返回到所述第一运转，

在返回到所述第一运转时，以较高的速度降低所述液体燃料的供给量，接着以较低的速度降低所述液体燃料的供给量。

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