JP2002357138A - 制御弁付き副室式ガスエンジンとその運転方法 - Google Patents
制御弁付き副室式ガスエンジンとその運転方法Info
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 制御弁付き副室式ガスエンジンにおいて、ノ
ッキングの発生を回避しながら、エンジンの運転を常に
熱効率の高い運転領域に保つことができ、高い熱効率
で、ＮＯｘ排出量が著しく少なく、また、エンジンの燃
焼騒音が低い制御弁付き副室式ガスエンジン及びその運
転方法を提供する。 【解決手段】 制御弁付き副室式ガスエンジン１におい
て、ＥＧＲシステム４７，４８，４９と、制御弁開時期
とＥＧＲガス流量と空燃比を調整する制御手段５０を備
えると共に、ノッキングの発生を検知するノッキングセ
ンサ５１を備え、前記制御手段５０が、前記ノッキング
センサ５１によりノッキングの発生を検知した時に、ノ
ッキング回避制御を行うように構成する。
ッキングの発生を回避しながら、エンジンの運転を常に
熱効率の高い運転領域に保つことができ、高い熱効率
で、ＮＯｘ排出量が著しく少なく、また、エンジンの燃
焼騒音が低い制御弁付き副室式ガスエンジン及びその運
転方法を提供する。 【解決手段】 制御弁付き副室式ガスエンジン１におい
て、ＥＧＲシステム４７，４８，４９と、制御弁開時期
とＥＧＲガス流量と空燃比を調整する制御手段５０を備
えると共に、ノッキングの発生を検知するノッキングセ
ンサ５１を備え、前記制御手段５０が、前記ノッキング
センサ５１によりノッキングの発生を検知した時に、ノ
ッキング回避制御を行うように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスエンジンにお
いて、主室と副室を有し、この主室と副室との間に開閉
弁を設けた制御弁付き副室式ガスエンジンに関するもの
である。
いて、主室と副室を有し、この主室と副室との間に開閉
弁を設けた制御弁付き副室式ガスエンジンに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】天然ガス、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ
2 （水素）等の空気との混合が難しく、また、着火温度
が高く、着火し難いガス燃料を使用するガスエンジンに
は、火花点火方式や直噴射方式や予混合圧縮着火方式等
がある。
2 （水素）等の空気との混合が難しく、また、着火温度
が高く、着火し難いガス燃料を使用するガスエンジンに
は、火花点火方式や直噴射方式や予混合圧縮着火方式等
がある。
【０００３】この火花点火方式のガスエンジンでは、ガ
ソリンエンジンと同様に、吸気通路にミキサー、シング
ルポイント燃料噴射装置又はマルチポイント燃焼噴射装
置を取り付けて、ガス燃料を予混合気にしてからピスト
ンの吸気行程中にシリンダ内に導入し、圧縮行程後半の
上死点直前で、スパークプラグにより予混合気に点火し
燃焼させている。
ソリンエンジンと同様に、吸気通路にミキサー、シング
ルポイント燃料噴射装置又はマルチポイント燃焼噴射装
置を取り付けて、ガス燃料を予混合気にしてからピスト
ンの吸気行程中にシリンダ内に導入し、圧縮行程後半の
上死点直前で、スパークプラグにより予混合気に点火し
燃焼させている。
【０００４】この方式のガスエンジンは実用化されてお
り、ガソリンエンジンよりノッキングし難い傾向がある
ので比較的圧縮比を高くでき、熱効率も約３７％程度で
ガソリンエンジンより高い。
り、ガソリンエンジンよりノッキングし難い傾向がある
ので比較的圧縮比を高くでき、熱効率も約３７％程度で
ガソリンエンジンより高い。
【０００５】しかしながら、ガソリンエンジンよりは耐
ノッキングが高く、圧縮比もやや高くできるが、ノッキ
ングの発生により圧縮比が制限され、熱効率はディーゼ
ルエンジンに及ばないという問題や、点火装置が高価と
なり、また、煩雑なメンテナンスが必要となるという問
題がある。
ノッキングが高く、圧縮比もやや高くできるが、ノッキ
ングの発生により圧縮比が制限され、熱効率はディーゼ
ルエンジンに及ばないという問題や、点火装置が高価と
なり、また、煩雑なメンテナンスが必要となるという問
題がある。
【０００６】また、直噴射方式のガスエンジンでは、デ
ィーゼルエンジンと同様に、高圧にしたガス燃料を圧縮
上死点直前にシリンダ内に噴射し燃焼させる。このガス
エンジンでは、圧縮比をディーゼルエンジン並にでき、
熱効率もディーゼルエンジン並となる。
ィーゼルエンジンと同様に、高圧にしたガス燃料を圧縮
上死点直前にシリンダ内に噴射し燃焼させる。このガス
エンジンでは、圧縮比をディーゼルエンジン並にでき、
熱効率もディーゼルエンジン並となる。
【０００７】しかしながら、ガス燃料を圧縮上死点圧力
以上に圧縮する装置と燃料噴射装置が必要となるため、
装置が複雑になるという問題があり、また、点火装置が
必要で、火花点火方式と同様に、この点火装置が高価と
なり、また、煩雑なメンテナンスが必要となるという問
題がある。そのため、実用化されたものは僅かしかな
い。
以上に圧縮する装置と燃料噴射装置が必要となるため、
装置が複雑になるという問題があり、また、点火装置が
必要で、火花点火方式と同様に、この点火装置が高価と
なり、また、煩雑なメンテナンスが必要となるという問
題がある。そのため、実用化されたものは僅かしかな
い。
【０００８】そして、予混合圧縮着火方式のガスエンジ
ンでは、燃料を吸気通路又は圧縮行程早期に燃焼室内に
直接噴射し、予混合気を上死点付近で自己着火させる新
しい燃焼方式を採用している。現在は研究段階にある
が、熱効率が高く、超低ＮＯｘのガスエンジンとなる。
ンでは、燃料を吸気通路又は圧縮行程早期に燃焼室内に
直接噴射し、予混合気を上死点付近で自己着火させる新
しい燃焼方式を採用している。現在は研究段階にある
が、熱効率が高く、超低ＮＯｘのガスエンジンとなる。
【０００９】このガスエンジンでは、予混合気の圧縮上
死点付近での着火のコントロールが難かしく、ノッキン
グが発生し易く、また、運転範囲が狭いという問題があ
る。
死点付近での着火のコントロールが難かしく、ノッキン
グが発生し易く、また、運転範囲が狭いという問題があ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この予混合圧縮着火方
式のガスエンジンの問題点を解決するために、燃焼室を
主室と副室に分離し、シリンダヘッド側に設けた副室と
ピストン頂部の主室の間の両者を連通する連絡口に開閉
弁（制御弁）を設け、副室にガス燃料、主室に空気また
は予混合気を導入し、圧縮点火させる制御弁付き副室式
ガスエンジンが開発されている。
式のガスエンジンの問題点を解決するために、燃焼室を
主室と副室に分離し、シリンダヘッド側に設けた副室と
ピストン頂部の主室の間の両者を連通する連絡口に開閉
弁（制御弁）を設け、副室にガス燃料、主室に空気また
は予混合気を導入し、圧縮点火させる制御弁付き副室式
ガスエンジンが開発されている。
【００１１】この制御弁付き副室式ガスエンジンは、制
御弁を副室に設けることによって、燃料供給圧力が低圧
のままで、主室に供給した予混合気の圧縮着火を可能と
し、また、制御弁開時期をコントロールすることによ
り、主室の燃焼をコントロールできるものであり、これ
により、点火装置や複雑な直噴装置を不要にした圧縮着
火エンジンが実現でき、しかも、高い熱効率を達成でき
るエンジンとして、大きな可能性がある。
御弁を副室に設けることによって、燃料供給圧力が低圧
のままで、主室に供給した予混合気の圧縮着火を可能と
し、また、制御弁開時期をコントロールすることによ
り、主室の燃焼をコントロールできるものであり、これ
により、点火装置や複雑な直噴装置を不要にした圧縮着
火エンジンが実現でき、しかも、高い熱効率を達成でき
るエンジンとして、大きな可能性がある。
【００１２】しかしながら、この制御弁付き副室式エン
ジンにおいても、天然ガス、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2
（水素）等のガス燃料が空気との混合が難しく、また、
着火温度が８００℃以上と高いため、着火し難いが、一
旦着火燃焼が起こると一気に燃焼が進展するという特性
があるため、主室から副室へ予混合気が流入して着火燃
焼する時に、副室内の燃焼が激しく行われてノッキング
が発生し易いという問題があり、このノッキングの発生
により円滑なエンジンの運転と熱効率の向上が妨げられ
ているという問題がある。
ジンにおいても、天然ガス、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2
（水素）等のガス燃料が空気との混合が難しく、また、
着火温度が８００℃以上と高いため、着火し難いが、一
旦着火燃焼が起こると一気に燃焼が進展するという特性
があるため、主室から副室へ予混合気が流入して着火燃
焼する時に、副室内の燃焼が激しく行われてノッキング
が発生し易いという問題があり、このノッキングの発生
により円滑なエンジンの運転と熱効率の向上が妨げられ
ているという問題がある。
【００１３】特に、ノッキングが一旦発生すると、エン
ジン各部の温度が急上昇するので、更に激しいノッキン
グが発生することになり、この激しいノッキングが発生
すると、大きな圧力波がシリンダ内を往復して特定の周
波数の圧力変化を生じて振動や音を発生するので、エン
ジンが損傷したり、エンジンの騒音が増大するという問
題が生じる。
ジン各部の温度が急上昇するので、更に激しいノッキン
グが発生することになり、この激しいノッキングが発生
すると、大きな圧力波がシリンダ内を往復して特定の周
波数の圧力変化を生じて振動や音を発生するので、エン
ジンが損傷したり、エンジンの騒音が増大するという問
題が生じる。
【００１４】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたものであり、制御弁付き副室式ガスエンジンにお
いて、ノッキングの発生を回避しながら、エンジンの運
転を常に熱効率の高い運転領域に保つことができ、高い
熱効率で、ＮＯｘ排出量が著しく少なく、また、エンジ
ンの燃焼騒音が低い制御弁付き副室式ガスエンジン及び
その運転方法を提供することにある。
されたものであり、制御弁付き副室式ガスエンジンにお
いて、ノッキングの発生を回避しながら、エンジンの運
転を常に熱効率の高い運転領域に保つことができ、高い
熱効率で、ＮＯｘ排出量が著しく少なく、また、エンジ
ンの燃焼騒音が低い制御弁付き副室式ガスエンジン及び
その運転方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための制御弁付き副室式ガスエンジンは、次のよう
に構成される。
するための制御弁付き副室式ガスエンジンは、次のよう
に構成される。
【００１６】１）副室と主室と、前記副室と前記主室の
間に設けられ、ピストンの圧縮工程中に開弁する制御弁
とを備え、ガス燃料を前記副室と前記主室に供給し、前
記副室で着火させて、前記制御弁を開弁することによ
り、前記主室の燃焼を開始させる副室式ガスエンジンで
あって、排ガスの一部を吸気通路に戻し、前記主室へ予
混合気とともに供給するＥＧＲシステムと、制御弁開時
期とＥＧＲガス流量と空燃比を調整する制御手段を備え
ると共に、ノッキングの発生を検知するノッキングセン
サを備え、前記制御手段が、前記ノッキングセンサによ
りノッキングの発生を検知した時に、ノッキング回避制
御を行うように構成される。
間に設けられ、ピストンの圧縮工程中に開弁する制御弁
とを備え、ガス燃料を前記副室と前記主室に供給し、前
記副室で着火させて、前記制御弁を開弁することによ
り、前記主室の燃焼を開始させる副室式ガスエンジンで
あって、排ガスの一部を吸気通路に戻し、前記主室へ予
混合気とともに供給するＥＧＲシステムと、制御弁開時
期とＥＧＲガス流量と空燃比を調整する制御手段を備え
ると共に、ノッキングの発生を検知するノッキングセン
サを備え、前記制御手段が、前記ノッキングセンサによ
りノッキングの発生を検知した時に、ノッキング回避制
御を行うように構成される。
【００１７】２）また、上記の制御弁付き副室式ガスエ
ンジンにおいて、前記制御手段が、前記ノッキング回避
制御を、一サイクル毎、一定時間間隔毎、気筒毎のいず
れか一つ又はその組み合わせで行うように構成される。
ンジンにおいて、前記制御手段が、前記ノッキング回避
制御を、一サイクル毎、一定時間間隔毎、気筒毎のいず
れか一つ又はその組み合わせで行うように構成される。
【００１８】３）そして、上記の制御弁付き副室式ガス
エンジンにおいて、前記ノッキング回避制御が、制御弁
開時期の進角、空燃比の減少、ＥＧＲ量の増加のいずれ
か一つ又はその組合せを含むように構成される。
エンジンにおいて、前記ノッキング回避制御が、制御弁
開時期の進角、空燃比の減少、ＥＧＲ量の増加のいずれ
か一つ又はその組合せを含むように構成される。
【００１９】また、以上のような目的を達成するための
制御弁付き副室式ガスエンジンの運転方法は、次のよう
に構成される。
制御弁付き副室式ガスエンジンの運転方法は、次のよう
に構成される。
【００２０】１）副室と主室と、前記副室と前記主室の
間に設けられ、ピストンの圧縮工程中に開弁する制御弁
とを備え、ガス燃料を前記副室と前記主室に供給し、前
記副室で着火させて、前記制御弁を開弁することによ
り、前記主室の燃焼を開始させ、排ガスの一部を吸気通
路に戻し、前記主室へ予混合気とともに供給するＥＧＲ
システムと、制御弁開時期とＥＧＲガス流量と空燃比を
調整する制御手段を備えると共に、ノッキングの発生を
検知するノッキングセンサを備えた副室式ガスエンジン
において、前記制御手段で、前記ノッキングセンサの信
号からノッキングの発生を検知した時に、ノッキング回
避制御を行うように構成される。
間に設けられ、ピストンの圧縮工程中に開弁する制御弁
とを備え、ガス燃料を前記副室と前記主室に供給し、前
記副室で着火させて、前記制御弁を開弁することによ
り、前記主室の燃焼を開始させ、排ガスの一部を吸気通
路に戻し、前記主室へ予混合気とともに供給するＥＧＲ
システムと、制御弁開時期とＥＧＲガス流量と空燃比を
調整する制御手段を備えると共に、ノッキングの発生を
検知するノッキングセンサを備えた副室式ガスエンジン
において、前記制御手段で、前記ノッキングセンサの信
号からノッキングの発生を検知した時に、ノッキング回
避制御を行うように構成される。
【００２１】２）また、上記の制御弁付き副室式ガスエ
ンジンの運転方法において、前記ノッキング回避制御
を、一サイクル毎、一定時間間隔毎。気筒毎のいずれか
一つ又はその組み合わせで行うように構成される。
ンジンの運転方法において、前記ノッキング回避制御
を、一サイクル毎、一定時間間隔毎。気筒毎のいずれか
一つ又はその組み合わせで行うように構成される。
【００２２】３）そして、上記の制御弁付き副室式ガス
エンジンの運転方法において、前記ノッキング回避制御
を、制御弁開時期の進角、空燃比の減少、ＥＧＲ量の増
加のいずれか一つ又はその組合せで行うように構成され
る。
エンジンの運転方法において、前記ノッキング回避制御
を、制御弁開時期の進角、空燃比の減少、ＥＧＲ量の増
加のいずれか一つ又はその組合せで行うように構成され
る。
【００２３】以上の構成の制御弁付き副室式ガスエンジ
ンとその運転方法によれば、ノッキングセンサでノッキ
ングを感知した時に、エンジンの運転状況に応じて、制
御弁開時期の進角、ＥＧＲ流量の増加、空燃比の減少の
いずれか一つ又はその組合せで、ノッキングの発生し難
い運転状態にするので、激しいノッキングの発生を回避
でき、常に、運転状態を良好な状態に維持できる。
ンとその運転方法によれば、ノッキングセンサでノッキ
ングを感知した時に、エンジンの運転状況に応じて、制
御弁開時期の進角、ＥＧＲ流量の増加、空燃比の減少の
いずれか一つ又はその組合せで、ノッキングの発生し難
い運転状態にするので、激しいノッキングの発生を回避
でき、常に、運転状態を良好な状態に維持できる。
【００２４】なお、このノッキングには、ディーゼルノ
ックと同様な、燃焼初期に圧力上昇率が過大になるもの
も含む。
ックと同様な、燃焼初期に圧力上昇率が過大になるもの
も含む。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制御弁付き副
室式ガスエンジン及びその運転方法について、図面を参
照しながら説明する。
室式ガスエンジン及びその運転方法について、図面を参
照しながら説明する。
【００２６】図１は、本発明に係る制御弁付き副室式ガ
スエンジンの燃焼室の構成を示す図であり、図２は、制
御弁付き副室式ガスエンジンのシステム構成を示す図で
ある。そして、図３は、エンジン運転の制御フローを示
す図である。
スエンジンの燃焼室の構成を示す図であり、図２は、制
御弁付き副室式ガスエンジンのシステム構成を示す図で
ある。そして、図３は、エンジン運転の制御フローを示
す図である。
【００２７】この制御弁付き副室式ガスエンジン１の燃
焼室の構成は、図１に示すように、は、各シリンダ毎
に、シリンダ１１とピストン１２の上部で形成される主
室１３と、この主室１３と制御弁１５の開閉部を介して
連通する副室１４とを有して構成される。このシリンダ
１１は、ヘッドライナ１１ａとシリンダライナ１１ｂで
構成され、副室１４は、シリンダヘッド１７に形成され
る。
焼室の構成は、図１に示すように、は、各シリンダ毎
に、シリンダ１１とピストン１２の上部で形成される主
室１３と、この主室１３と制御弁１５の開閉部を介して
連通する副室１４とを有して構成される。このシリンダ
１１は、ヘッドライナ１１ａとシリンダライナ１１ｂで
構成され、副室１４は、シリンダヘッド１７に形成され
る。
【００２８】この制御弁１５は、図２に示すように、制
御手段であるコントローラ（ＥＣＵ）５０によって制御
される制御弁開時期可変装置１６を介してピストン１２
の圧縮工程中に開弁するように構成する。
御手段であるコントローラ（ＥＣＵ）５０によって制御
される制御弁開時期可変装置１６を介してピストン１２
の圧縮工程中に開弁するように構成する。
【００２９】そして、図２に示すように、この制御弁付
き副室式ガスエンジン１は、主室１３と副室１４を備え
たエンジン本体１０と、過給機２０と、主室１３にガス
燃料Ｆを供給する第１燃料供給通路３０と、副室１４に
ガス燃料Ｆを供給する第２燃料供給通路３５と、主室１
３に空気Ａを供給する吸気通路４０と、排気ガスＧを排
出する排気通路４５と、ＥＧＲガスＧｅの再循環をする
ためのＥＧＲ通路４７を備えて構成される。
き副室式ガスエンジン１は、主室１３と副室１４を備え
たエンジン本体１０と、過給機２０と、主室１３にガス
燃料Ｆを供給する第１燃料供給通路３０と、副室１４に
ガス燃料Ｆを供給する第２燃料供給通路３５と、主室１
３に空気Ａを供給する吸気通路４０と、排気ガスＧを排
出する排気通路４５と、ＥＧＲガスＧｅの再循環をする
ためのＥＧＲ通路４７を備えて構成される。
【００３０】第１燃料供給通路３０は、ガス燃料Ｆの供
給源に連結されると共に、第１燃料流量制御装置３１と
第１燃料供給装置３２を備えて主室１３に連通するよう
に形成され、第２燃料供給通路３５はガス燃料の供給源
に連結されると共に、第２燃料流量制御装置３６と第２
燃料供給装置３７を備えて副室１４連通するように形成
される。
給源に連結されると共に、第１燃料流量制御装置３１と
第１燃料供給装置３２を備えて主室１３に連通するよう
に形成され、第２燃料供給通路３５はガス燃料の供給源
に連結されると共に、第２燃料流量制御装置３６と第２
燃料供給装置３７を備えて副室１４連通するように形成
される。
【００３１】また、吸気通路４０は、空気流量制御装置
４１を介して過給機２０のコンプレッサー２１を経由し
て主室１３に連結され、一方、エンジン本体１０から出
る排気通路４５は過給機２０のタービン２２等を経由し
て外気と連通する。
４１を介して過給機２０のコンプレッサー２１を経由し
て主室１３に連結され、一方、エンジン本体１０から出
る排気通路４５は過給機２０のタービン２２等を経由し
て外気と連通する。
【００３２】ＥＧＲ通路４７は、ＥＧＲ弁等で構成され
るＥＧＲ流量制御装置４８とＥＧＲクーラー４９を備え
て、タービン２２より下流側の排気通路４５と、空気流
量制御装置４１とコンプレッサー２１の間の吸気通路４
０とを連結して形成される。なお、このＥＧＲクーラー
４９は、ＥＧＲガスＧｅを冷却して、ＮＯｘの発生を抑
制する役割を果たすものである。
るＥＧＲ流量制御装置４８とＥＧＲクーラー４９を備え
て、タービン２２より下流側の排気通路４５と、空気流
量制御装置４１とコンプレッサー２１の間の吸気通路４
０とを連結して形成される。なお、このＥＧＲクーラー
４９は、ＥＧＲガスＧｅを冷却して、ＮＯｘの発生を抑
制する役割を果たすものである。
【００３３】つまり、ガス燃料Ｆを副室１４と主室１３
の両方に供給する第１及び第２燃料供給通路３０，３５
を備えると共に、排ガスＧの一部Ｇｅを吸気通路４０に
戻して、主室１３へ予混合気とともに供給するＥＧＲ通
路４７を備える。
の両方に供給する第１及び第２燃料供給通路３０，３５
を備えると共に、排ガスＧの一部Ｇｅを吸気通路４０に
戻して、主室１３へ予混合気とともに供給するＥＧＲ通
路４７を備える。
【００３４】更に、図示しないが、ノッキングの発生を
検知するノッキングセンサ５１がエンジン本体１０に配
設される。このノッキングセンサとしては、エンジンブ
ロックの振動、シリンダ圧、燃焼音等を検出する方法の
ものがある。
検知するノッキングセンサ５１がエンジン本体１０に配
設される。このノッキングセンサとしては、エンジンブ
ロックの振動、シリンダ圧、燃焼音等を検出する方法の
ものがある。
【００３５】このエンジンブロックの振動を検知する方
法では、シリンダブロック等の取り付けられ、ノッキン
グの発生によって特定周波数の振動レベルが大きくなる
ので、この振動レベルを検出するが、この振動検出タイ
プには、圧電式ノックセンサや磁歪式ノックセンサがあ
る。
法では、シリンダブロック等の取り付けられ、ノッキン
グの発生によって特定周波数の振動レベルが大きくなる
ので、この振動レベルを検出するが、この振動検出タイ
プには、圧電式ノックセンサや磁歪式ノックセンサがあ
る。
【００３６】そして、コントローラ（ＥＣＵ）５０は、
エンジンの回転数、ノッキング、失火、Ｐmax 、燃料流
量、空気流量、ＥＧＲガス流量、吸気温度、吸気圧力、
排気温度、排気圧力、クランク角等のエンジン情報を入
力して、制御弁開時期可変装置１６、過給機２０、第１
燃料流量制御装置３１、第２燃料流量制御装置３６、空
気流量制御装置４１、ＥＧＲ流量制御装置５１とＥＧＲ
クーラー５２等を制御して、制御弁１６の弁開時期、Ｅ
ＧＲガス流量、空燃比等を調整制御するように構成され
る。
エンジンの回転数、ノッキング、失火、Ｐmax 、燃料流
量、空気流量、ＥＧＲガス流量、吸気温度、吸気圧力、
排気温度、排気圧力、クランク角等のエンジン情報を入
力して、制御弁開時期可変装置１６、過給機２０、第１
燃料流量制御装置３１、第２燃料流量制御装置３６、空
気流量制御装置４１、ＥＧＲ流量制御装置５１とＥＧＲ
クーラー５２等を制御して、制御弁１６の弁開時期、Ｅ
ＧＲガス流量、空燃比等を調整制御するように構成され
る。
【００３７】このＥＧＲガス流量の制御は、ＥＧＲ弁等
のＥＧＲ流量制御装置５１の調整制御でＥＧＲガス流量
を調整することで、また、空燃比の制御は、第１燃料流
量制御装置３１、第２燃料流量制御装置３６の調整制御
による燃料流量の調整と、過給機２０の制御と空気流量
制御装置４１の調整制御による空気流量の調整によって
行われる。
のＥＧＲ流量制御装置５１の調整制御でＥＧＲガス流量
を調整することで、また、空燃比の制御は、第１燃料流
量制御装置３１、第２燃料流量制御装置３６の調整制御
による燃料流量の調整と、過給機２０の制御と空気流量
制御装置４１の調整制御による空気流量の調整によって
行われる。
【００３８】次に、この制御弁付き副室式ガスエンジン
１を使用したガスエンジンの燃焼方法について説明す
る。
１を使用したガスエンジンの燃焼方法について説明す
る。
【００３９】この制御弁付き副室式ガスエンジン１にお
いては、副室１４にガス燃料Ｆを、主室１３にガス燃料
Ｆと空気Ａが混合した混合気とＥＧＲガスＧｅをそれぞ
れ導入し、制御弁１５をピストン１２の圧縮行程の適切
な時期に開弁すると、主室１３の混合気とＥＧＲガスＧ
ｅが副室１４に急速に流入し、副室１４内に混合気を形
成する。
いては、副室１４にガス燃料Ｆを、主室１３にガス燃料
Ｆと空気Ａが混合した混合気とＥＧＲガスＧｅをそれぞ
れ導入し、制御弁１５をピストン１２の圧縮行程の適切
な時期に開弁すると、主室１３の混合気とＥＧＲガスＧ
ｅが副室１４に急速に流入し、副室１４内に混合気を形
成する。
【００４０】そして、ピストン１２が上死点に近づく
と、圧縮による温度上昇で副室１４内に形成された混合
気が最初に着火し、この着火で燃焼したガスの膨張とピ
ストン１２の下降によって、副室１４の燃焼ガスが主室
１３に噴出し、高温の燃焼ガスが主室１３の混合気と混
合し、主室１３の混合気が着火する。
と、圧縮による温度上昇で副室１４内に形成された混合
気が最初に着火し、この着火で燃焼したガスの膨張とピ
ストン１２の下降によって、副室１４の燃焼ガスが主室
１３に噴出し、高温の燃焼ガスが主室１３の混合気と混
合し、主室１３の混合気が着火する。
【００４１】このとき、主室１３に、適量なＥＧＲガス
Ｇｅを存在させることにより、燃焼をノッキングを起さ
ない穏やかな燃焼とすることができる。そして、この主
室１３の燃焼は予混合気の自己着火であるので、穏やか
な燃焼にもかかわらず熱発生率パターンはピークが高
く、燃焼期間が短い燃えきりの良い燃焼となる。
Ｇｅを存在させることにより、燃焼をノッキングを起さ
ない穏やかな燃焼とすることができる。そして、この主
室１３の燃焼は予混合気の自己着火であるので、穏やか
な燃焼にもかかわらず熱発生率パターンはピークが高
く、燃焼期間が短い燃えきりの良い燃焼となる。
【００４２】この全体の熱発生パターンは、燃焼の前半
における副室１４の燃焼による低いピークと、後半にお
ける主室１３の燃焼による高いピークが現れる二山のパ
ターンになっている。この前半の低いピークが後半の燃
焼による過大な圧力上昇を抑え、静粛な燃焼を実現する
役割をしている。しかも、ＮＯｘの排出量はディーゼル
エンジンの１／１０〜１／１００となる極めて低い値と
なる。このような燃焼を常に行うことにより、高効率で
超低ＮＯｘの燃焼となる。
における副室１４の燃焼による低いピークと、後半にお
ける主室１３の燃焼による高いピークが現れる二山のパ
ターンになっている。この前半の低いピークが後半の燃
焼による過大な圧力上昇を抑え、静粛な燃焼を実現する
役割をしている。しかも、ＮＯｘの排出量はディーゼル
エンジンの１／１０〜１／１００となる極めて低い値と
なる。このような燃焼を常に行うことにより、高効率で
超低ＮＯｘの燃焼となる。
【００４３】そして、この制御弁付き副室式ガスエンジ
ン１の燃焼は、制御弁１５の弁開時期、ＥＧＲ率、空燃
比によって大きく影響を受けると共に、過大なノッキン
グの発生と失火によって運転条件が制限されるので、常
に最適な条件に保つ必要がある。特に、ノッキングの発
生は、制御弁開時期、ＥＧＲ率の影響が大きい。
ン１の燃焼は、制御弁１５の弁開時期、ＥＧＲ率、空燃
比によって大きく影響を受けると共に、過大なノッキン
グの発生と失火によって運転条件が制限されるので、常
に最適な条件に保つ必要がある。特に、ノッキングの発
生は、制御弁開時期、ＥＧＲ率の影響が大きい。
【００４４】そこで、ノッキングセンサ５１の検出値を
入力するコントローラ５０によって、ノッキングの発生
と、エンジン各部温度、吸気圧力、排気圧力等のエンジ
ンの運転状態を運転中に常時監視して、ノッキングが発
生していない時には、運転指令に応じた最適条件に設定
し、また、ノッキングが発生した時は、制御弁開時期、
ＥＧＲ率、空燃比を、一サイクル毎、あるいは、一定期
間毎、更には必要に応じて気筒毎に制御して、常に最適
な燃焼を実現する。
入力するコントローラ５０によって、ノッキングの発生
と、エンジン各部温度、吸気圧力、排気圧力等のエンジ
ンの運転状態を運転中に常時監視して、ノッキングが発
生していない時には、運転指令に応じた最適条件に設定
し、また、ノッキングが発生した時は、制御弁開時期、
ＥＧＲ率、空燃比を、一サイクル毎、あるいは、一定期
間毎、更には必要に応じて気筒毎に制御して、常に最適
な燃焼を実現する。
【００４５】次に、エンジンの運転フローについて、図
３を参照しながら説明する。
３を参照しながら説明する。
【００４６】エンジンの運転が開始され、制御フローが
スタートすると、ステップＳ１１で、エンジンの運転に
関する運転指令と、エンジンの状態を示すエンジンの情
報を読み込む。
スタートすると、ステップＳ１１で、エンジンの運転に
関する運転指令と、エンジンの状態を示すエンジンの情
報を読み込む。
【００４７】この運転指令には、目標のエンジンの回転
数や負荷等が含まれ、エンジンの情報には、エンジンの
状態を示す、エンジンの回転数、ノッキング、失火、Ｐ
max、燃料流量、空気流量、ＥＧＲガス流量、吸気温
度、吸気圧力、排気温度、排気圧力、クランク角等が含
まれている。
数や負荷等が含まれ、エンジンの情報には、エンジンの
状態を示す、エンジンの回転数、ノッキング、失火、Ｐ
max、燃料流量、空気流量、ＥＧＲガス流量、吸気温
度、吸気圧力、排気温度、排気圧力、クランク角等が含
まれている。
【００４８】そして、次のステップＳ１２で、この読み
込んだエンジンの運転指令に運転停止指令が有るか、否
かを判定し、有れば、ステップＳ１８に行き、エンジン
の運転停止処理を行い、この制御をストップする。
込んだエンジンの運転指令に運転停止指令が有るか、否
かを判定し、有れば、ステップＳ１８に行き、エンジン
の運転停止処理を行い、この制御をストップする。
【００４９】このステップＳ１２で、運転停止指令が無
ければ、次のステップＳ１３に行き、読み込んだエンジ
ンの運転指令とエンジンの情報に基づいて、燃料量、空
燃比、制御弁１５の弁開時期、ＥＧＲガス流量等の運転
パラメータを設定又は変更の処理を行う。
ければ、次のステップＳ１３に行き、読み込んだエンジ
ンの運転指令とエンジンの情報に基づいて、燃料量、空
燃比、制御弁１５の弁開時期、ＥＧＲガス流量等の運転
パラメータを設定又は変更の処理を行う。
【００５０】そして、次のステップＳ１４で、ノッキン
グが発生したか否かを判定し、ノッキングが発生してい
ないと判定した場合には、ステップＳ１５の運転最適化
・低燃費化処理を行って運転パラメータを更新して、ス
テップＳ１７で所定の時間の間、エンジンの運転を行
い、ノッキングが発生していると判定した場合には、ス
テップＳ１６のノッキング回避処理を行って運転パラメ
ータを更新して、ステップＳ１７で所定の時間（エンジ
ンの制御のインターバル）の間、エンジンの運転を行
う。
グが発生したか否かを判定し、ノッキングが発生してい
ないと判定した場合には、ステップＳ１５の運転最適化
・低燃費化処理を行って運転パラメータを更新して、ス
テップＳ１７で所定の時間の間、エンジンの運転を行
い、ノッキングが発生していると判定した場合には、ス
テップＳ１６のノッキング回避処理を行って運転パラメ
ータを更新して、ステップＳ１７で所定の時間（エンジ
ンの制御のインターバル）の間、エンジンの運転を行
う。
【００５１】このステップＳ１５の運転最適化・低燃費
化処理は、空燃比を薄くする処理、副室弁開時期を遅角
又は最適化させる処理、ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）を
減少する処理を含み、一方のステップＳ１６のノッキン
グ回避処理は、空燃比を濃くする処理、副室弁開時期を
進角させる処理、ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）を増加す
る処理を含む。
化処理は、空燃比を薄くする処理、副室弁開時期を遅角
又は最適化させる処理、ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）を
減少する処理を含み、一方のステップＳ１６のノッキン
グ回避処理は、空燃比を濃くする処理、副室弁開時期を
進角させる処理、ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）を増加す
る処理を含む。
【００５２】そして、このステップＳ１７の所定の時間
の間のエンジンの運転を終了したら、ステップＳ１１に
戻り、エンジンの運転をエンジンの運転停止指令が出る
まで、この制御フローに基づく運転を継続する。
の間のエンジンの運転を終了したら、ステップＳ１１に
戻り、エンジンの運転をエンジンの運転停止指令が出る
まで、この制御フローに基づく運転を継続する。
【００５３】この構成の制御弁付き副室式ガスエンジン
１とその運転方法によれば、ノッキングセンサ５１とコ
ントローラ５０によりノッキングの発生を監視しなが
ら、制御弁開時期、ＥＧＲ率、空燃比を、一サイクル
毎、一定期間毎、又はシリンダ毎に、フィードバック制
御等による方法でコントロールすることにより、ノッキ
ングの発生を防ぎながら、高い熱効率点でエンジン運転
を行うことができる。
１とその運転方法によれば、ノッキングセンサ５１とコ
ントローラ５０によりノッキングの発生を監視しなが
ら、制御弁開時期、ＥＧＲ率、空燃比を、一サイクル
毎、一定期間毎、又はシリンダ毎に、フィードバック制
御等による方法でコントロールすることにより、ノッキ
ングの発生を防ぎながら、高い熱効率点でエンジン運転
を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の制御弁
付き副室式ガスエンジンとその運転方法によれば、ノッ
キングの発生を監視しながら、制御弁開時期、ＥＧＲ
率、空燃比を、一サイクル毎、一定期間毎、又はシリン
ダ毎にコントロールすることにより、常時ノッキングの
発生を防ぎながら、常に高い熱効率点でエンジン運転を
行うことができる。
付き副室式ガスエンジンとその運転方法によれば、ノッ
キングの発生を監視しながら、制御弁開時期、ＥＧＲ
率、空燃比を、一サイクル毎、一定期間毎、又はシリン
ダ毎にコントロールすることにより、常時ノッキングの
発生を防ぎながら、常に高い熱効率点でエンジン運転を
行うことができる。
【００５５】そのため、ノッキングの発生を回避しなが
ら、常に熱効率の高い運転領域内で、高い熱効率で、Ｎ
Ｏｘ排出量が著しく少なく、また、エンジンの燃焼騒音
が低い状態で運転することができる。
ら、常に熱効率の高い運転領域内で、高い熱効率で、Ｎ
Ｏｘ排出量が著しく少なく、また、エンジンの燃焼騒音
が低い状態で運転することができる。
【００５６】従って、低燃費、低公害エンジンが実現で
き、更に、通常のディーゼルエンジンでは着火・燃焼が
困難なアルコール燃料、ガソリン等の液体燃料にも適用
できるエンジンとなる。
き、更に、通常のディーゼルエンジンでは着火・燃焼が
困難なアルコール燃料、ガソリン等の液体燃料にも適用
できるエンジンとなる。
【図１】本発明に係る実施の形態の制御弁付き副室式ガ
スエンジンの燃焼室の構成を示す図である。
スエンジンの燃焼室の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の制御弁付き副室式ガ
スエンジンのシステム構成を示す図である。
スエンジンのシステム構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の制御弁付き副室式ガ
スエンジンの運転の制御フローを示す図である。
スエンジンの運転の制御フローを示す図である。
１ 副室式ガスエンジン １２ ピストン １３ 主室 １４ 副室 １５ 制御弁 ４０ 吸気通路 ４７ ＥＧＲ通路 ４８ ＥＧＲガス流量制御装置（ＥＧＲ弁） ４９ ＥＧＲクーラー ５０ コントローラ（制御手段） ５１ ノッキングセンサ Ｆ ガス燃料 Ｇ 排気ガス Ｇｅ ＥＧＲガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 19/10 Ｆ０２Ｂ 19/10 Ｐ Ｆ０２Ｄ 15/04 Ｆ０２Ｄ 15/04 Ｇ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ａ ３１１ ３１１Ｚ 41/02 ３５１ 41/02 ３５１ 41/22 ３５５ 41/22 ３５５ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｎ ３０１Ｗ ３０１Ｚ 45/00 ３４５ 45/00 ３４５Ｂ ３６８ ３６８Ａ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｇ Ｌ Ｐ ３０１ ３０１Ａ ３０１Ｊ 25/07 ５５０ 25/07 ５５０Ｇ ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ｚ Ｆターム(参考） 3G023 AA05 AA06 AB05 AC03 AC04 AC07 AD23 AD30 AF00 AF03 AG03 3G062 AA00 BA00 BA02 CA00 DA01 DA05 EA10 ED01 ED04 ED08 GA18 3G084 AA01 AA05 BA00 BA09 BA20 DA38 EC01 FA25 FA39 3G092 AA07 AA11 AA17 AB08 AB09 BA04 DD09 EA01 EA03 EA05 FA16 FA17 GA00 HB00X HC05Y HD07X HE00X 3G301 HA05 HA06 HA11 HA13 HA22 JA22 MA00 MA01 NE23 PC08Z
Claims (6)
- 【請求項１】 副室と主室と、前記副室と前記主室の間
に設けられ、ピストンの圧縮工程中に開弁する制御弁と
を備え、ガス燃料を前記副室と前記主室に供給し、前記
副室で着火させて、前記制御弁を開弁することにより、
前記主室の燃焼を開始させる副室式ガスエンジンであっ
て、排ガスの一部を吸気通路に戻し、前記主室へ予混合
気とともに供給するＥＧＲシステムと、制御弁開時期と
ＥＧＲガス流量と空燃比を調整する制御手段を備えると
共に、ノッキングの発生を検知するノッキングセンサを
備え、前記制御手段が、前記ノッキングセンサによりノ
ッキングの発生を検知した時に、ノッキング回避制御を
行うことを特徴とする請求項１記載の制御弁付き副室式
ガスエンジン。 - 【請求項２】 前記制御手段が、前記ノッキング回避制
御を、一サイクル毎、一定時間間隔毎、気筒毎のいずれ
か一つ又はその組み合わせで行うことを特徴とする請求
項１記載の制御弁付き副室式ガスエンジン。 - 【請求項３】 前記ノッキング回避制御が、制御弁開時
期の進角、空燃比の減少、ＥＧＲ量の増加のいずれか一
つ又はその組合せを含むことを特徴とする請求項１又は
２に記載の制御弁付き副室式ガスエンジン。 - 【請求項４】 副室と主室と、前記副室と前記主室の間
に設けられ、ピストンの圧縮工程中に開弁する制御弁と
を備え、ガス燃料を前記副室と前記主室に供給し、前記
副室で着火させて、前記制御弁を開弁することにより、
前記主室の燃焼を開始させ、排ガスの一部を吸気通路に
戻し、前記主室へ予混合気とともに供給するＥＧＲシス
テムと、制御弁開時期とＥＧＲガス流量と空燃比を調整
する制御手段を備えると共に、ノッキングの発生を検知
するノッキングセンサを備えた副室式ガスエンジンにお
いて、前記制御手段で、前記ノッキングセンサの信号か
らノッキングの発生を検知した時に、ノッキング回避制
御を行うことを特徴とする制御弁付き副室式ガスエンジ
ンの運転方法。 - 【請求項５】 前記ノッキング回避制御を、一サイクル
毎、一定時間間隔毎、気筒毎のいずれか一つ又はその組
み合わせで行うことを特徴とする請求項４記載の制御弁
付き副室式ガスエンジンの運転方法。 - 【請求項６】 前記ノッキング回避制御を、制御弁開時
期の進角、空燃比の減少、ＥＧＲ量の増加のいずれか一
つ又はその組合せで行うことを特徴とする請求項４又は
５に記載の制御弁付き副室式ガスエンジンの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163644A JP2002357138A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 制御弁付き副室式ガスエンジンとその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163644A JP2002357138A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 制御弁付き副室式ガスエンジンとその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002357138A true JP2002357138A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=19006574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001163644A Pending JP2002357138A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 制御弁付き副室式ガスエンジンとその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002357138A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005095768A1 (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置 |
| JP2008215092A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Hitachi Ltd | エンジンシステム |
| DE102011116956A1 (de) * | 2011-10-26 | 2013-05-02 | Vaillant Gmbh | Verfahren zur Klopfregelung an einer Brennkraftmaschine |
| CN107304726A (zh) * | 2016-04-22 | 2017-10-31 | 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 | 用于操作燃气发动机的方法和控制装置 |
| JP2020125743A (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | 株式会社Ihi | ガスエンジン |
-
2001
- 2001-05-31 JP JP2001163644A patent/JP2002357138A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005095768A1 (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置 |
| JP2005282542A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Toyota Motor Corp | 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置 |
| US7421999B2 (en) | 2004-03-30 | 2008-09-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for an internal combustion engine capable of pre-mixed charge compression ignition |
| JP2008215092A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Hitachi Ltd | エンジンシステム |
| JP4687666B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2011-05-25 | 株式会社日立製作所 | エンジンシステム |
| DE102011116956A1 (de) * | 2011-10-26 | 2013-05-02 | Vaillant Gmbh | Verfahren zur Klopfregelung an einer Brennkraftmaschine |
| EP2587033A3 (de) * | 2011-10-26 | 2017-07-12 | Vaillant GmbH | Verfahren zur Klopfregelung an einer Brennkraftmaschine |
| CN107304726A (zh) * | 2016-04-22 | 2017-10-31 | 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 | 用于操作燃气发动机的方法和控制装置 |
| JP2020125743A (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | 株式会社Ihi | ガスエンジン |
| JP7251184B2 (ja) | 2019-02-06 | 2023-04-04 | 株式会社Ihi | ガスエンジン |
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